Laissez tomber les feuilles de calcul Excel^® !

Chaque ingénieur commence sa carrière en utilisant Excel®. Au fur et à mesure que les données sont transmises entre les équipes, Excel devient l’outil par défaut pour collecter des valeurs et effectuer des opérations arithmétiques de base. Vous modifiez quelques valeurs et voyez à quoi ressemblent les résultats. Les chiffres semblent bons, vous procédez donc à la construction d’un prototype.

Pendant ce temps, la feuille de calcul est partagée avec une autre équipe, où quelqu’un ajoute quelques lignes supplémentaires, modifie certaines des valeurs d’origine et introduit un certain nombre d’erreurs intraçables. Quelques mois plus tard, personne ne sait d’où viennent ces chiffres, et pourtant, les équipes de projet ont basé des mois de travail de conception sur les résultats de ces calculs erronés.

Les formules cryptiques, associées à un manque de visibilité sur la provenance des données et sur la manière dont les équations sont résolues, laissent place à des erreurs qui entraînent des conséquences indésirables, voire désastreuses.

Le risque élevé d’erreurs dans les feuilles de calcul Excel

En 2015, une étude1 sur le risque d’erreurs dans les feuilles de calcul Excel commerciales et opérationnelles a montré que pour les feuilles de calcul Excel complexes (celles comportant plus de 100 cellules avec des formules), la probabilité moyenne qu’une cellule particulière contienne une erreur est de 3,9 %, mais cela se répercute rapidement sur plusieurs onglets et pages, avec pour effet qu’en moyenne 94 % des documents étudiés comportaient au moins une erreur.

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Le rapport a également examiné les types d’erreurs qui se produisent lors de l’utilisation de feuilles de calcul Excel. Dans une étude, on a constaté qu’en moyenne 45 % des erreurs étaient liées aux mathématiques sous-jacentes, comme une erreur dans l’utilisation d’une équation, tandis que 23 % des erreurs étaient liées à la manière mécanique de saisir les valeurs dans Excel, par exemple en utilisant des références de cellules incorrectes ou en les copiant au mauvais endroit. Ces erreurs sont rendues plus courantes par la façon dont les formules Excel sont cachées. Cela montre l’importance de vérifier les calculs contributifs dans le cadre d’un processus de révision de documents de qualité.

L’alternative moderne aux feuilles de calcul Excel

Il n’en demeure pas moins que, même si Excel a ses utilités, il n’est tout simplement pas conçu pour les calculs mathématiques avancés et leur documentation associée. Les ingénieurs et les scientifiques ont besoin de systèmes mathématiques interactifs qui leur permettent d’écrire des équations décrivant des problèmes en utilisant une notation mathématique standard, telle que puis de résoudre ces problèmes en travaillant avec les équations de manière naturelle.

Maple Flow est l’un des meilleurs exemples de système mathématique interactif spécialement conçu pour développer, documenter et résoudre des calculs d’ingénierie. S’appuyant sur le moteur mathématique avancé Maple, Maple Flow a accès à une gamme complète de solvers qui couvrent tous les principaux domaines des mathématiques d’ingénierie dans un environnement de documents techniques qui combine du texte, des calculs, des images, des graphiques et plus encore dans un seul document. Puisque Maple Flow est conçu pour effectuer des calculs mathématiques avancés et permet aux ingénieurs de capturer le flux de travail de conception ainsi que les résultats, Maple Flow offre de nombreux avantages qu’Excel ne peut pas offrir.

Cet article passe en revue 4 domaines clés dans lesquels les ingénieurs peuvent améliorer leur productivité et leur flux de travail en utilisant Maple Flow en remplacement d’Excel.

1) Capacités mathématiques complètes

L’outil idéal pour les projets d’ingénierie est celui qui peut gérer des calculs complexes dans un large éventail de domaines.

Excel est, de par sa nature, un outil commercial, qui a évolué pour gérer certains calculs non commerciaux. Sa bibliothèque de fonctions comprend désormais de nombreuses fonctions mathématiques et d’ingénierie, mais ne peut pas gérer les fonctions avancées, telles que le calcul mathématique ou fournir directement des tracés de fonctions. Pour tracer le graphique d’une fonction ou évaluer des points ou des gradients sur une courbe tracée, les données sous-jacentes doivent être triées dans des tableaux qui peuvent ensuite être utilisés pour créer des tracés et des graphiques. Excel propose également des macros d’application Visual Basic (VBA) qui permettent aux utilisateurs de créer des fonctions personnalisées et d’automatiser les tâches fréquemment effectuées. Cependant, les macros fonctionnent en manipulant des feuilles de calcul, ce qui n’est pas une manière naturelle d’aborder la résolution de problèmes.

Maple Flow dispose de plus de 5 000 fonctions touchant pratiquement tous les domaines des mathématiques, notamment le calcul, les équations différentielles, les statistiques, l’algèbre linéaire et les transformations. Il prend en charge les calculs numériques ainsi que les calculs symboliques très précis. Grâce aux calculs symboliques, les utilisateurs peuvent évaluer des expressions sans attribuer de valeurs aux variables. Maple Flow fournit des outils pour la résolution de problèmes algébriques et numériques à grande échelle et utilise les algorithmes de pointe du moteur de calcul Maple pour résoudre des problèmes hors de portée de tout autre système logiciel.

Maple Flow comprend également un langage de programmation complet qui peut être utilisé pour créer des scripts, des programmes et des applications complètes. Conçu pour les calculs mathématiques, il comprend des structures de données mathématiques intégrées, des opérations et des fonctions spécifiquement destinées à la manipulation d’objets et d’équations mathématiques, ce qui le rend idéal pour les calculs d’ingénierie avancés.

2) Notation mathématique naturelle

Les ingénieurs souhaitent décrire les problèmes en termes d’équations utilisant des variables, des constantes et des opérandes, puis résoudre ces problèmes de manière logique. Un outil efficace doit avoir la capacité d’accompagner les utilisateurs dans la manière dont ils souhaitent travailler.

Excel ne prend pas en charge la notation mathématique standard. Une expression comme ((B12+2*$A$1)/A12)*2,132 8 dans Excel ne représente pas les mathématiques de la manière dont les ingénieurs expriment leurs problèmes, et Excel ne permet pas aux ingénieurs de manipuler les équations de manière naturelle. Il n’y a pas de flux dans la manière dont les équations sont résolues, et vous devez sauter d’une cellule à l’autre pour voir où un calcul est effectué et où le résultat est utilisé. La fonction d’équation d’Excel affiche les équations dans un format plat, un peu comme une image, ce qui nécessite que toutes les mises à jour soient effectuées manuellement.

Avec le canevas de forme libre de Maple Flow, les ingénieurs peuvent écrire des équations et des formules de manière intuitive et lisible en utilisant la notation mathématique standard. Maple Flow vous permet ensuite de résoudre votre problème de manière naturelle, chaque étape étant clairement visible et bien documentée. Ceci est particulièrement utile lors de la présentation et de la résolution d’équations différentielles et de l’utilisation de calculs avancés. Dans Maple Flow, vous pouvez voir d’où proviennent les valeurs d’entrée et où les résultats sont utilisés, ce qui vous permet de mettre à jour et de manipuler facilement les mathématiques dans vos documents.

Maple Flow permet aux ingénieurs de résoudre des problèmes mathématiques de la même manière qu’ils le feraient en les résolvant à la main, mais beaucoup plus rapidement, sans erreurs et avec de nombreux solvers et outils d’analyse qui dépassent de loin ce qui peut être fait manuellement.

3) Systèmes d’unités

Les calculs d’ingénierie impliquent des valeurs qui ont des unités indiquant la masse, la vitesse, la résistance, la densité, etc. Les outils utilisés pour les calculs d’ingénierie doivent être suffisamment robustes pour reconnaître et gérer correctement les unités afin d’effectuer des calculs corrects.

Excel n’est pas conçu pour les calculs scientifiques et ne gère pas les unités de manière intuitive. Vous ne pouvez pas effectuer de calculs sur des nombres dans Excel qui incluent des unités, et toute référence d’unité doit être ajoutée séparément, occupant une cellule voisine. Vous ne pouvez convertir un nombre dans une cellule d’une unité à une autre qu’à l’aide d’un appel de fonction, tel que =CONVERT(C5, "ft", "m").

Un domaine de confusion courant dans Excel est la façon dont il évalue par défaut les expressions trigonométriques, telles que le sinus, le cosinus et la tangente en utilisant des radians, tandis que de nombreux projets d’ingénierie structurelle font référence aux valeurs des angles mesurés en degrés.

Maple Flow, quant à lui, permet aux ingénieurs d’effectuer des calculs intelligents qui incluent des unités et peut facilement convertir des unités d’une unité à une autre. Avec un ensemble d’unités SI et impériales, il fournit également un support pour l’utilisation des unités, la vérification des choix incompatibles et la gestion de la manipulation des unités afin d’attribuer l’unité correcte à un calcul résultant. Prenons par exemple l’équation F=ma. Dans Maple Flow, vous pouvez multiplier une masse donnée par une accélération, et Maple Flow donnera par défaut le résultat en Newtons. Cela est impossible dans Excel.

4) Traçage et vérification des hypothèses de conception

Les feuilles de calcul d’ingénierie sont plus que la somme de leurs opérations arithmétiques. Elles affichent les propriétés, les hypothèses, ainsi que les exigences, et elles peuvent être conçues pour afficher les approbations des réviseurs, en plus de relier la conception aux résultats de conception demandés. Lorsqu’elles sont créées et approuvées par un ingénieur professionnel, les feuilles de calcul d’ingénierie peuvent également communiquer la conformité aux normes internationalement reconnues, telles que les Eurocodes, IBC/IRC ou JIS.

Disposer d’un processus d’évaluation interne solide est essentiel au succès d’une entreprise d’ingénierie. Cela permet aux ingénieurs de vérifier les hypothèses, de reproduire les calculs et de comprendre d’où viennent les résultats. Étant donné que la clarté et la précision sont essentielles pour les calculs d’ingénierie avancés, un environnement qui ne donne que des résultats ne fait qu’une petite partie du travail.

Excel est conçu principalement pour les applications commerciales, les résultats finaux sont donc prioritaires tandis que les calculs sont masqués. Les cellules de la feuille de calcul masquent les formules et les références de cellules, ce qui nécessite des étapes supplémentaires pour vérifier l’exactitude. Bien qu’une syntaxe de formule médiocre soit souvent mise en évidence par les fonctionnalités de vérification des erreurs intégrées d’Excel, la saisie accidentelle d’une mauvaise référence de cellule ne sera pas mise en évidence par Excel et reste une possibilité sérieuse, qui prend du temps à trouver et à corriger.

De même, Excel ne fournit pas de moyen clair d’ajouter des notes et des commentaires dans un flux de travail. Sans la possibilité d’obtenir un contexte supplémentaire à partir des annotations, le lecteur peut avoir du mal à déterminer d’où viennent les entrées et pourquoi certaines valeurs sont utilisées. Excel prend en charge l’ajout de commentaires à une cellule, mais ils ne sont pas facilement identifiables. Le réviseur est obligé de rechercher un triangle rouge dans le coin d’une cellule pour savoir qu’il y a un commentaire, puis de passer la souris dessus pour lire le commentaire. Le commentaire lui-même ne peut pas inclure plus que des expressions mathématiques très basiques composées de caractères disponibles sur un clavier standard. Ce n’est tout simplement pas une bonne façon de transmettre des exigences importantes du projet ou des informations générales.

De son côté, Maple Flow est une plateforme de gestion de calcul et son format de documentation flexible fournit un environnement riche dans lequel créer un historique de travail complet d’un projet. Vos notes, commentaires, visualisations et calculs sont tous conservés dans un seul document. Les réviseurs peuvent facilement voir d’où viennent les contributions, les raisons pour lesquelles certaines actions ont été entreprises. Les modifications aux documents sont « en direct », donc si les hypothèses changent, des ajustements peuvent être apportés aux paramètres et aux formules et les résultats seront recalculés dans le document d’origine. Le document Maple Flow fournit une piste d’audit ouverte qui réduit le risque d’erreurs et de retards coûteux, servant d’enregistrement de toutes les activités du projet.

La plateforme Maple Flow permet également de conserver les connaissances organisationnelles. En documentant l’ensemble du flux de travail d’un projet, les connaissances acquises au cours d’un projet sont capturées dans un document vivant qui peut être référencé à une date ultérieure. Cela protège l’entreprise lorsque des employés partent ou lorsque des questions surgissent concernant les raisons pour lesquelles les choses ont été faites d’une certaine manière.

5) Conclusion

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1. Panko R.R., "What We Don't Know About Spreadsheet Errors Today: The Facts, Why We Don't Believe Them, and What We Need to Do", Proceedings of the EuSpRIG 2015 Conference: Spreadsheet Risk Management, Shidler College of Business, Hawaii. https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1602/1602.02601.pdf