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超越电子表格的限制同时设计和记载计算如何促进卓越工程管理白皮书超越电子表格的限制第1页（共13页）白皮书超越电子表格的限制第2页（共13页）目录执行概要...............................................3电子表格的吸引力和限制..................................4找到一个解决方案以实现工程师和工程组织的目标.............6Mathcad®—允许同时设计和记载工程工作...................8Mathcad与电子表格的对比—统一采用适合工程师的工具......9从电子表格过渡到Mathcad—集成和迁移方案...............11PTCMathcad—满足工程企业的需求.......................12结束语.................................................13白皮书超越电子表格的限制第3页（共13页）执行概要对全球各类组织而言，当今的市场竞争非常激烈，因此，缩短产品上市时间。改善产品质量和持续遵守法规依然是首要的目标—同时还要促进持续不断的创新。工程驱动型组织（从航空航天公司到汽车公司，再到制药公司）同样有这些目标，但是，在这些组织为成功管理其业务关键信息而努力时，有证据表明，牵涉到的利益会高很多。未能捕获和记载工程计算信息会造成巨大的风险，原因是，一个错误就能毁掉投资数百万美元的整个项目，甚至会危及生命财产安全。在当今日趋技术化的经济发展中，由于工程技术推动着如此之多位列“财富1000强”的公司取得成功，因此，许多组织觉醒到需要对其业务关键型工程计算进行标准化和记载。通过对求解和记载工程计算的方法进行标准化，能提高全球产品开发过程中的一致性。无论是计算重要的产品参数以评估向新的供应商购买钢材所产生的影响，分析测试数据以验证新型半导体的电路，还是预测产品性能以确定塑料的弹性，应用数学计算都构成了设计工程项目的骨干。在产品开发的每一步中。许许多多的计算帮助公司明智地作出几乎所有设计决策，计算是产品开发过程的一个重要部分，并应作为知识资产(IP)加以获取和共享。当今的工程师通过多种方式执行计算；手算、使用计算器、编写定制的程序，以及常常使用电子表格。要承认的是，电子表格的吸引力在于，它作为一种可提高工作效率的应用程序，普遍安装在如今出货的几乎每一台PC上。但是，此种普遍性并不等于可靠性或可审查性，这在工程组织中可能尤其成问题，因为在此类组织中错误的代价并不只是损失金钱那么简单。“未能捕获和记载工程计算信息会造成巨大的风险，原因是，一个错误就能毁掉投资数百万美元的整个项目，甚至会危及生命财产安全。”Rolls-Royce聚焦“才华横溢的工程师使用Excel，并犯下了自己毫不知晓的严重错误。而且，错误蔓延的速度比你想像中的要快。”-AlanStevens博士，数学建模和仿真专家，Rolls-RoyceStevens博士使用PTC的Mathcad软件进行许多工程计算。在Rolls-Royce的MathToolsforEngineering特别关注小组所考察的四种工程计算工具中，Mathcad获得了最高评分。该小组的成员指出，此软件易于使用、界面直观，并且能够处理复杂的方程。白皮书超越电子表格的限制第4页（共13页）在计算成为工程信息核心的情况下，工程企业发现，它们的最佳利益并不位于电子表格所提供的信息或数据管理内，而是更多地位于将计算视为重要的企业资产而非附带性任务的最佳业务实践内。本白皮书论述工程组织如何能够通过统一采用为工程而优化的工具一致地实现卓越工程管理，从而超越电子表格而过渡到一种专为更好地创建、记载和共享计算而设计的解决方案。计算对于工程组织非常重要，这不仅是因为最终结果的缘故，还因为这些结果背后的假设、方法和值的缘故。通过对求解和记载计算的方法进行标准化，工程驱动型组织能使组织的其余部分看到重要的工程信息，而且关键人员能够访问这些信息—最终确保获得丰厚的投资回报和实现期盼的卓越工程管理。电子表格的吸引力和限制自VisiCalc和Lotus1-2-3出现以来（此类基本应用程序使PC摆上了企业的办公桌），电子表格提供了快速准确的计算。电子表格的普及很大程度上是因为它们的可编程性，而MicrosoftOffice的成功意味着几乎所有台式机上都提供了电子表格。但是，电子表格在涉及到业务关键型计算时未能提供“综览”，因此，可能会妨碍工程组织实现其大范围的业务目标：“计算对于工程组织非常重要，这不仅是因为最终结果的缘故，还因为这些结果背后的假设、方法和值的缘故。”电子表格：确凿的事实•夏威夷大学发现，在所有电子表格中有20%到40%包含错误。1•Coopers和Lybrand发现，在所有超过150行的电子表格中有90%包含错误。2•KPMG发现，取自行业样本的22个电子表格中有91%包含错误。3•Olson&Nilsen发现，在电子表格的资深用户中，单元格错误率为21%。4•密歇根大学发现，在无经验的电子表格用户中，单元格错误率为11.3%。51夏威夷大学学术研究2《会计杂志》，“HowtoMakeSpreadsheetsError-Proof”3KPMG管理咨询，“SupportingtheDecisionMaker:AGuidetotheValueofBusinessModeling”4人－计算机交互，“AnalysisoftheCognitionInvolvedinSpreadsheetInteraction”5密歇根大学，“ComputerizedFinancialPlanning:DiscoveringCognitiveDifficultiesinKnowledgeBuilding”白皮书超越电子表格的限制第5页（共13页）电子表格显示了答案但忽略了上下文。电子表格提供了重要工程计算的结果，但产生这些结果的方法、假设、值和逻辑保持不可见状态。用户看到的是可由计算机读取的隐藏在公式中的文本，而不是以常规数学符号列出的计算。虽然电子表格的单元格结构暗示了单元格背后的逻辑，但该逻辑并非很明确。嵌入的方程和隐藏的宏通常是难以解译的。而虽然当今的电子表格软件可以跟踪单元格之间的关系，但追溯各个步骤可能是令人烦恼的。电子表格本身易于出错。RickButler是一位编写电子表格并广泛就其发表意见的审计员，据他所说，有控制的对照实验表明，40%到80%的电子表格一开始就包含错误。6在当今的全球经济环境下，工程计算必须准确无误，并且要求检验、认证、记录在案和可追溯性，而所有这些都是电子表格未能提供的。“RickButler是一位编写电子表格并广泛就其发表意见的审计员，据他所说，有控制的对照实验表明，40%到80%的电子表格一开始就包含错误。”电子表格的问题夏威夷大学的电子表格专家RaymondPanko写道：“每一项尝试检测错误的研究无一例外地都发现，错误率之高在任何组织中都是无法接受的。”7RickButler是一位编写电子表格并广泛就其发表意见的审计员，据他所说，电子表格开发者未觉察到自己犯下的超过80%的错误，而外部测试者未觉察到超过50%的设计逻辑错误和34%的应用程序错误。81987年，Davies和Ikin检查了19个电子表格，这些电子表格当时正被人使用，而且10家不同公司的10位开发者都认为它们正确无误。四个电子表格包含了严重的数量错误，而四分之三的电子表格包含了数量或质量错误。7RaymondR.Panko，“WhatWeKnowAboutSpreadsheetErrors”，2000年夏季发表于电子表格研究网站8RickButler，“TheSubversiveSpreadsheet”，欧洲电子表格风险关注小组。6RickButlerTheSubversiveSpreadsheet欧洲电子表格风险关注小组网站www.eusprig.org2002年11月白皮书超越电子表格的限制第6页（共13页）对于“任务关键型”用途，电子表格需要接受大量测试。作为一种提高个人工作效率的应用程序（也即用户只是为了供自己使用而创建电子表格），电子表格已被证明十分有用。但是，工程设计的过程更多的时候是一个协作过程，需要许多不同用户使用同一个应用程序。发生这种情况时，测试、检验或认证电子表格便非常重要—后续用户可能会将电子表格应用程序用于“任务关键型”用途，并可能会假设电子表格应用程序适合此类用途，而实际上并非如此。虽然电子表格在工程组织中可用于执行许多任务，但它们并不适合对工程设计进行建模、分析和记载的任务。电子表格是通用型工具，并非设计为处理工程师的语言。工程师需要特别的文档，这些文档说明了任何人在单个可共享的文档中了解设计过程所需的全部要素—包括文本、交互式数学计算、图形以及实际的绘图和模型。另一个必需的部件是用于查看、搜索、报告和发布这些文档及其组成部分的系统。找到一个解决方案以实现工程师和工程组织的目标在工程领域计算机化革命的整个过程中，工程企业面对的一个主要挑战是，努力地同时支持工程师的日常计算需求，以及组织长期的业务过程或工程过程目标。对获取IP、共享最佳业务实践、帮助遵守标准或优化过程效率而言，只是用于求解计算的那些计算方法并不一定是最佳的工具。从基于任务的基本角度来看，工程师应能够：•使用他们在设计时所用的同一语言来执行计算工作—使用数学符号•记载实际的方法和假设，并捕获计算结果背后的过程•高效地执行所有阶段的工作并减少错误•将计算重复用于将来的项目工程师需要特别的文档，这些文档说明了任何人在单个可共享的文档中了解设计过程所需的全部要素—包括文本、交互式数学计算、图形以及实际的绘图和模型。另一个必需的部件是用于查看、搜索、报告和发布这些文档及其组成部分的系统。“工程师需要特别的文档，这些文档说明了任何人在单个可共享的文档中了解设计过程所需的全部要素－包括文本、交互式数学计算、图形以及实际的绘图和模型。”9R.M.Barker、P.M.Harris和G.I.Parkin，“SoftwareSupportforMetrologyBestPracticeGuideNo.7:DevelopmentandTestingofSpreadsheetApplications”，2004年3月。电子表格：危险的建议“预定用途的关键程度越高，所需的软件完整性就越高。电子表格软件包和电子表格应用程序无法为安全至上的应用（例如软件故障可能会损害人体健康的应用）提供所需的最高级别的软件完整性。”9白皮书超越电子表格的限制第7页（共13页）对工程组织而言，首要考虑的业务目标包括：•改善创新和产品质量•最大程度地提高生产率•保护和重用组织的知识资产•通过与关键业务合作伙伴和机构一起跟踪、认证、检验和报告活动，促进守规•利用现有的IT资产电子表格使组织能够管理大型数据集、呈现表格式数据，以及执行基本的数学运算。但是，将工程计算作为重要的企业资产来创建和记载的理想解决方案是什么？Bechtel聚焦“自上世纪90年代末期以来，Bechtel使用Mathcad创建了许多工程计算模板，并将它们公布在其Intranet上，供70位工程师使用。由于检验问题的缘故，我们停止使用了电子表格和宏”，Bechtel石化集团的土木、结构和建筑工程自动化协调员KhaldoonSakkal这样说道。“由于集中了40种计算模板供人使用，因此，不管是计算风力载荷还是执行地脚螺栓分析，工程师要做的只是下载所需的计算模板，然后填入变量的值即可。虽然这项技术并不能消除因工程师输错数据而出现的错误，但起码计算本身不会出现错误。”10因此，Sakkal说道，发现和纠正错误是一个相对简单明了的过程（只需检查输入的数据）。10CIO杂志，2003年7月“电子表格使组织能够管理大型数据集、呈现表格式数据，以及执行基本的数学运算。但是，将工程计算作为重要的企业资产来创建和记载的理想解决方案是什么？”白皮书超越电子表格的