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Maplesoft——來自楓葉之國的「數學家的軟體」

2024-01-11科學

源於滑鐵盧大學研究計畫,成就了強大的數學計算引擎——Maple,也是全球最優秀的三大數學和工程計算軟體之一。本期文章,軟見君將帶您了解這家來自楓葉之國,建立於1988年的公司——Maplesoft。

一分鐘了解全球軟體企業:Maplesoft加拿大數學軟體企業

來自浪漫的楓葉之國,源於滑鐵盧大學研究計畫

Maplesoft是工程、科學和數學領域高效能軟體工具的領先開發商,發展經歷可以追溯到1980年,滑鐵盧大學電腦科學系的教授Keith Geddes與Gaston Gonnot共同主導符號計算小組的科研計畫。Keith Geddes博士作為安大略電腦代數研究中心ORCCA的首席研究員,現仍在數學計算領域開展前沿研究,而Gaston H. Gonnet則是著名的牛津英語詞典電子版的建立者。

數學計算軟體Maple即是計畫研究成果之一。經過四十多年的發展,Maple已成為當今世界上最優秀的三大數學和工程計算軟體之一(另兩家是美國的mathematica和MATLAB),在數學和科學領域享有盛譽,素有「數學家的軟體」之稱 。

1988年,Maplesoft軟體公司成立,開始面向全球銷售Maple軟體。參與公司建立的創始人之一David Antoon博士不僅是一位傑出的科學家和電腦科學家,還是一位成功的商業領袖。他對於數學和科學教育有著巨大的熱情和投入,積極推動Maplesoft與學術界的合作,將maple推廣到歐美各大學使用,為數學和科學教育提供支持。

另一位創始人Jim Cooper目前任職Maplesoft線上教育產品公司DigitalEd的CEO,據軟服之家了解,Jim Cooper今年年中曾來到中國進行交流並接受采訪,介紹了DigitalEd在STEM線上教育解決方案領域的技術領先性。

一款為科學家開發的軟體,從學院走向全球商業化

Maple自1985年釋出第一個商業化版本以來,逐漸擴大市場範圍。隨著時間的推移、技術的發展和市場需求的變化,Maple公司也不斷進行產品升級和改進。

1992年,Windows系統下的Maple V Release2 (即5.2版)面世後,Maple被廣泛的使用,得到越來越多的使用者。

2000年之後,由於Maple由於使用者介面較弱,被競爭對手搶占了大量市場份額。Maplesoft決定嘗試新賽道,從科學計算走向工程建模,支持多領域系統建模仿真,這也是科學與工程計算軟體的共同發展方向。

2008年,Maple推出了可以用於工程和科學領域的建模和仿真的軟體MapleSim。增強了Maplesoft的產品線,提高了產品的競爭力。

2009年,Maplesoft被日本軟體零售商Cybernet Systems收購,成為其全資子公司,在管理營運方面依然保留了獨立性。

2018年,Maplesoft剝離了線上教育產品,成立了獨立公司 DigitalEd,Jim Cooper擔任CEO。 DigitalEd加強與高校、科研機構等學術界的合作,推動科研成果的套用和轉化。

2020年,Maplesoft領先涉足雲服務,推出了Maple Cloud,這是一個基於雲端運算的線上版本,可以提供更好的計算能力和儲存空間,以及更方便的協作和共享功能。

基於數學軟體不斷衍生,從科學研究到工程套用

Maplesoft 的旗艦產品 Maple, 是世界上最強大的數學計算引擎。公司基於科學計算技術開發了系列產品,包括教育和研究、系統級仿真、計算管理、基於模型的系統工程的產品和解決方案。從事科學、技術、工程和數學(STEM)領域的教育工作者、工程師和研究人員都能夠從中獲益。

1. 數學軟體Maple

Maple是一個基礎軟體和基礎科研軟體,以其良好的使用環境、強有力的符號計算能力、高精度的數位計算、靈活的圖形顯示和高效的可編程功能,獲得科研人員和開發人員的青睞,在全球各國的重要大學以及工業領域都得到廣泛的套用。

Maple系統內建高級技術解決建模和仿真中的數學問題,包括符號計算、任意精度數值計算、強大的Maple語言,工業領域擴充套件等。其中以符號計算引擎最為強大。

Maple內建超過6000個計算命令,100多個不同領域的演算法函式包,覆蓋幾乎所有的數學領域,可以輕松分析、探索、視覺化和求解數學問題。運用Maple軟體可以解決微積分、解析幾何、線性代數、物理、動力系統、積分和離散變換,計算方法、線性規劃,金融建模、編碼和密碼理論,張量分析,機率統計等數學分支中的常見的計算問題。

Maple軟體主要由三部份組成:使用者介面(Iris),代數運算器(kernel),外部函式庫(External library),可以在較小記憶體的電腦上執行。Maple可以在單一檔中組合計算、文字、圖形、視訊、聲音、和模型等。可以開發復雜演算法、高級應用程式、或者計算書,並且程式碼更短、易於編寫、易於偵錯、易於維護。

跟隨軟服之家來看看Maple還有哪些附加產品和模組:

① 全域最佳化工具箱Global Optimization Powered by Optimus®

② 網格計算工具箱Grid Computing

③ 量子化學工具箱Quantum Chemistry Toolbox from RDMChem

④ Simulink模型匯入工具箱BlockImporter

⑤ 與Maple & MapleSim的介面工具箱ModelCenter® Plug-in for Maple and MapleSim

⑥ Maple播放器Maple Player

⑦ 微積分教學工具包Teaching Calculus with Maple: A Complete Kit

⑧ Maple 小算盤(一個免費的手機app)

⑨ 檔網路部署釋出工具MapleNet

2. 白板工具Maple Flow

Maple Flow 是一個數學工具,涵蓋數學、科學和工程各個領域,包括快速求解器,內建單位跟蹤,靈活的繪圖等功能,可以讓工程師輕松地進行頭腦風暴、技術交流、開發和記錄設計計算。目前已更新到2023版本。

Maple Flow 界面風格簡單、自由,是一個虛擬」白板「形式的環境,當使用者在改進、重新定位和開發工作時自動保持計算的即時性,可以隨意移動位置,就像在用紙、自由的界面上工作和記錄計算和思考。並且可以將計算結果與Maple其他軟體進行數據互聯並實作自動更新。

Maple Flow在土木工程與分析計算、管道設計與分析計算、電氣工程與分析計算等方面得到了深入的套用。

① 土木工程與分析計算

鋼結構設計、鋼筋混凝土設計、公路及交通設計等。

② 管道設計與分析計算

執行壓力管道設計規範、計算壓降和流量、研究管道尺寸和安裝的經濟性等。

③ 電氣工程與分析計算

使用傳遞函式和拉普拉斯變換進行電路分析、電力系統-保護系統工程、最壞情況電路分析計算等。

3. 多學科系統級建模仿真MapleSim

MapleSim是一個適用於多領域系統的高級建模和仿真工具,建立在符號—數值混合計算技術基礎之上,能夠有效地處理工程系統模型(例如復雜多領域系統和控制工程中控制物件的模型),開發中涉及的各種復雜數學問題,包括復雜多領域系統、虛擬裝置建模、和控制系統設計。MapleSim 數位孿生實作虛擬偵錯,在車輛即時模型、航空航天系統設計、重型機械仿真分析等領域得到廣泛的套用。

MapleSim提供強大的基於Modelica語言的開發平台,支持 Windows/Linux/Mac 作業系統,方便使用者建立和分析模型,使用者也可以利用數學軟體Maple將自訂數學模型轉化為仿真模型,快速建立復雜的系統級模型。

MapleSim 的預定義模型庫和工具箱,包括多體機械庫、傳動庫、液壓庫、電氣庫、控制設計工具箱等。MapleSim基本版偏好設定700多個建模元件,包含訊號、控制、電子、電氣、熱、多體、機械、電磁、液壓等不同領域。最新釋出的2023版本,MapleSim CAD 工具箱新增了對 NX、Creo、Inventor 和其他 CAD 工具最新軟體版本的支持。

4. 系統工程MapleMBSE

MapleMBSE是一款連線不同團隊、跨學科資訊和各類MBSE平台的工具。它基於Excel使用者介面,降低了不同使用者對MBSE的使用門檻,消除了工具和溝通不暢帶來的障礙,讓所有參與者都能夠進入流程,在系統工程流程中協同工作,實作了高效的跨學科協作。

MapleMBSE可以透過API即時雙向連線Rhapsody, Cameo,Capella,過程整合和最佳化,科學計算Maple,MapleSim系統級仿真等,在不同工具之間自動轉換系統,與系統模型中的資訊同步,有效提高了溝通效率和設計品質。

根據IBM Research發表的研究,與直接使用標準MBSE工具執行相同任務相比,MapleMBSE可以更快地完成任務,並將錯誤減少了75%。軟服之家看到,在Maplesoft官網展示的一個汽車變速箱系統開發案例中,使用 MapleMBSE 工具將完成典型 SysML 建模任務的時間縮短至不到 25%, 跨學科團隊的生產力提高了四倍。

在數學和工程計算領域,高端市場覆蓋率超80%

Maplesoft 的產品和服務被廣泛套用於機器設計、機器人技術、航空、航天、汽車、工業自動化,以及工程和教育等領域,在全球擁有數百萬使用者。超過96%的世界主要高校和研究所,以及超過81%的世界財富五百強企業在使用Maple。

據軟服之家搜集到的公開資訊,作為全球領先的工程科學和數學高效能軟體工具開發商,Maplesoft的產品和服務已在90個國家超過8000家教育機構、研究所、實驗室以及企業中廣泛使用,其中包括 NASA、JPL、波音、FLSmidth、福特、谷歌、英特爾、華為、美國國家航空暨太空總署、三星等知名企業及全球主要高校和研究所。

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