科学计算与仿真应用（基于MWORKS）课件 第一章 MWORKS简介

第1章MWORKS简介本章目标了解科学计算与建模仿真平台的发展背景掌握MWORKS软件体系结构及组成熟悉Syslab的基本功能与应用场景了解Syslab的基础函数库与工具箱能够使用帮助系统进行自主学习知识点总览科学计算平台概述：主流科学计算软件的发展历程与技术特点MWORKS软件体系：四大系统级产品及整体架构组成Syslab基本功能：界面结构、运行方式与核心应用能力基础函数库：TyBase、TyMath、TyPlot等函数库的功能分类符号计算与工具箱：TySymbolicMath及常用数学工具箱功能帮助系统：帮助模式与线上使用手册的使用方法科学计算的定义与发展什么是科学计算?科学计算是指运用计算机处理科学与工程技术中的数学问题,通过数学运算和数值计算方法求解复杂模型的科学问题。数值计算NumericalComputing数据分析DataAnalysis建模仿真Modeling&Simulation发展历程1早期阶段:专注于数值计算环境开发,提供基础的数学运算和矩阵计算功能2Modelica革命:1997年Modelica语言诞生,推动科学计算软件走向可视化建模,支持多领域统一建模仿真3现代发展:从单一科学计算走向信息物理融合,支持数字化与智能化融合科学计算的定义与发展核心特点高精度计算支持复杂数学模型的高精度数值求解可视化建模图形化界面降低建模门槛多领域融合支持机械、电子、控制等多领域协同应用领域航空航天车辆工程船舶设计能源系统计算范式科学计算通常包含三种核心范式——数值计算、数据分析与建模仿真，共同构成现代科学研究的主要计算框架三大商业科学计算软件MATLABMathWorks公司核心功能数值计算、数据分析、算法开发、数据可视化、创建用户界面配套工具Simulink:系统模拟、动态/嵌入式系统开发工具箱拥有众多功能强大的工具箱,满足不同领域应用需求地位:工程领域最广泛使用的科学计算平台MathematicaWolfram公司核心功能强大的数值计算和符号运算能力,被称为计算机代数系统应用领域科学、工程、数学、计算等领域特色符号运算能力业界领先,支持复杂数学公式推导地位:符号计算领域的标杆产品MapleMaplesoft公司核心功能符号运算和数值计算,提供完整的数学计算环境教育应用在教育领域广泛应用,支持数学教学与研究配套产品MapleSim:基于Modelica的多领域物理建模地位:教育与研究领域的重要工具共同特点:三大软件都经历了从科学计算环境到可视化建模环境的发展,现均支持Modelica语言进行多领域统一建模仿真图形参数设置子窗口设置subplot(m,n,p)将窗口拆分为m×n个子窗口,第p个为当前窗口子窗口顺序:先按行从左到右特殊符号支持希腊字母\alphaα\betaβ\gammaγ\thetaθ\piπ\omegaω\sigmaσ\phiφ数学符号\infty∞\int∫\partial∂\rightarrow→图例与注释legend("说明")：添加图例text(x,y,"字符串")：在图中插入说明文字作用：区分多条曲线、突出关键信息开源科学计算语言Python最流行的开源编程语言语言特性解释型、高级、通用编程语言,支持多种编程范型类型系统动态类型系统,自动内存管理(垃圾回收)标准库拥有巨大且广泛的标准库,生态丰富应用领域数据科学、AI、Web开发、自动化等Julia高性能科学计算语言编译方式即时编译(JIT),无需解释器,执行效率高类型系统参数多态类型系统,完全动态语言类型并行计算支持并发、并行和分布式计算外部调用直接调用C和Fortran库,无需粘合代码Scilab开源数值计算软件数据类型以矩阵作为主要数据类型绘图功能具有丰富的绘图功能语法特点语法与MATLAB相近功能领域信号处理、统计分析、图像增强、数值优化开源科学计算语言开源vs商业开源优势免费使用、源代码可见、社区活跃、可定制性强商业优势技术支持完善、文档丰富、工具箱专业、稳定性高选择建议根据项目需求、预算、技术栈综合考虑MWORKS平台介绍同元软控与MWORKSMWORKS是由苏州同元软控信息技术有限公司出品的科学计算与系统建模仿真软件,是国内为数不多具有国际一流技术水平、自主可控的工业软件之一。发展历程研发团队自2001年开始专注Modelica技术研发,历时20多年推出核心产品技术突破2019年开始用Julia开发科学计算环境,2022年推出Syslab核心能力多领域统一建模机械、电子、液压、控制、信息一体化数字化模型表达复杂装备数字化模型标准表达信息物理融合物理系统与信息系统融合支持MBSE使能工具基于模型的系统工程方法落地MWORKS平台介绍重大工程应用探月工程为嫦娥系列任务提供技术支持空间站支持空间站系统设计与仿真国产大飞机C919等型号研制关键工具核能动力核动力系统设计与分析服务行业航空航天能源车辆船舶电子MWORKS产品体系四大系统级产品Sysbuilder系统架构设计环境全面支持SysML规范,提供需求建模、功能分析、架构设计、验证评估等功能Syslab科学计算环境基于Julia语言,提供通用编程、算法开发、数据分析与可视化功能Sysplorer系统建模仿真环境完全支持Modelica,提供物理、框图、状态机等多范式建模Syslink协同建模与数据管理提供协同建模、模型管理、云端仿真和安全保密功能产品架构1应用层航空、航天、能源、车辆等行业应用2平台层Sysbuilder/Syslab/Sysplorer/Syslink3基础层工具箱、模型库、MoHub平台MWORKS产品体系系统扩展工具箱AI与数据科学信号处理与通信雷达系统控制系统设计优化模型库传动系统液压系统电机系统热流系统支持用户扩展MoHub平台工业知识模型互联平台在线建模仿真工科教学功能知识社区应用赋能Syslab安装与功能安装步骤1下载安装包从同元软控官网申请下载Syslab安装包(iso光盘映像文件)2启动安装向导双击安装程序,进入Syslab安装向导界面3选择安装配置同意用户许可协议,选择安装路径(默认:C:\ProgramFiles\MWORKS\Syslab)4关联文件格式勾选.jl文件(Julia源代码)和.jld2文件(Julia数据格式)5完成安装桌面生成快捷方式,开始程序组生成Syslab程序组核心功能基于Julia开发新一代高性能科学计算语言多语言兼容兼容Python和M语言语言互调用支持与Python、C/C++、Fortran、M、R等相互调用应用领域信号处理通信仿真图形图像处理控制系统设计人工智能信息物理融合:Syslab信息域计算分析与Sysplorer物理域建模仿真相融合,支持完整的信息物理融合系统建模仿真Syslab界面与基础函数库界面构成(5大部分)工具栏提供平台快捷操作按钮,包括文件操作、编辑、运行等功能左侧边栏提供不同的功能部件,可单击展开功能面板命令行窗口进行终端交互,输入命令并回显执行结果工作区进行全局变量列表的显示与管理状态栏提示状态信息,显示当前操作状态专业工具箱曲线拟合统计工具优化工具全局优化符号数学更多...五大基础函数库TyBase语言基础基本运算、数组索引、数据类型、控制流TyMath数学函数初等数学、线性代数、随机数、插值、微分方程TyPlot图形函数二维和三维绘图、格式注释、图形对象TyImages图像函数图像读取、写入、显示、修改、滤波器TyGeoGraphics地理图地理数据可视化、地图影像、坐标区加载方式importTyBaseusingTyMathSyslab帮助系统与使用示例帮助系统帮助模式在Julia提示符julia>后输入?,提示符转变为help?>julia>?help?>sin显示sin函数的帮助信息使用手册单击工具栏"帮助"按钮,打开Syslab使用手册访问同元软控官网,进入"帮助中心"→"Syslab"命令行操作技巧向上键选取已执行过的语句Delete/Backspace删除字符语法高亮输入usingOhMyREPL启用执行代码按回车键执行语句基础计算示例创建变量julia>a=33julia>b=6;c=17;数学运算julia>(a+b)*c-c136julia>sin(a)+cos(b)-2.3926...符号数学julia>usingTySymbolicMathjulia>@variablesxjulia>int(x^3,x)学习建议1多使用帮助系统查询函数用法2通过示例代码学习语法3动手实践,多编写代码本章小结本章围绕MWORKS科学计算平台及Syslab环境

展开，系统介绍了科学计算的基本概念及其在工程技术中的重要作用，帮助读者建立对科学计算软件体系的整体认识。首先，阐述了科学计算的定义与发展背景，说明科学计算是利用计算机对科学与工程问题进行数学建模、数值计算与仿真分析的重要手段，并介绍了主流科学计算软件的发展现状及技术趋势。其次，对MWORKS软件体系结构

进行了总体介绍，重点说明其四大系统级产品及多领域统一建模思想，使读者了解科学计算环境与系统建模环境之间的关系。在此基