Anwendung von Mikrocomputern – serie

In den letzten Jahren haben sich die programmierbaren Taschenrechner und Computer als nützliches Arbeitsgerät weitgehend in der Ingenieurausbildung durchgesetzt. Diese Tatsache liefert ftir Teilgebiete der Getriebelehre eine Möglichkeit, von den oftmals umständlichen und zeitaufwendigen zeichnerischen Lösungsverfahren auf rechnerische überzugehen. Hierdurch werden sowohl die übersichtlichkeit als auch vor allem die Genauigkeit erheblich verbessert. Insbesondere der Trend zu immer schneller laufenden Automaten erfordert als Konstruktionsgrundlage u.a. die Kenntnis der Beschleunigung einzelner Getriebeglieder für einen vollen Kurbelumlauf. Um gute Lesbarkeit und praktische Nutzung zu erreichen, wurde der mathematische Aufwand möglichst gering und einfach gehalten. Die Bezeichnung einzelner Getriebeglieder mußte, um überschneidungen zu vermeiden, unüblich geändert werden. Bei den - in BASIC geschriebenen - Programmen wurde ein einfacher Aufbau gewählt, um auch hier eine leichte Durchsicht zu ermöglichen. Lediglich die im Farbanhang dargestellten Diagramme sind programmtechnisch etwas aufwendiger, 0 da das Achsenkreuz hierbei um -90 gedreht wurde. Man erhält dadurch etwa um den Faktor 2,5 verlängerte Diagramme mit einer verbesserten Anschaulichkeit. Es bleibt zu hoffen, daß das vorliegende Buch nicht nur die Berechnung und Auswahl von Getrieben erleichtert, sondern darüber hinaus auch die Bereitschaft fördert, technisch­ konstruktive Fragen mit Hilfe von Computern zu lösen. Iserlohn im Januar 1984 Hans Bürde VI Inhaltsverzeichnis 1· Mathematische Grundlagen ................................ 1 1.1 Rechtwinklige und Polarkoordinaten .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 1 . . . 1.1.1 Rechtwinklige ebene Koordinaten . . . . . . . . . . . . . . .. . .. 1 . . . 1.1.2 Polarkoordinaten ................................. 1 1.1.3 Umrechnung von Polar-in rechtwinklige Koordinaten und umgekehrt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 2 . . . . . . . . 1.2 Änderung des Koordinatensystems. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 2 . . . .

Durch die fortschreitende Entwicklung auf dem Gebiet der Taschenrechner und Hand­ Held-Computer kommt der Wunsch sehr schnell, sich die Arbeit zu erleichtern. Während die Kapazität bei den ersten Rechnern für ein vollständiges Einkommen-bzw. Lohnsteuer-Programm nicht ausreichte, kann mit dem Epson HX-20 bereits ein an­ sprechendes Programm erstellt werden. Aber genauso, wie der Appetit beim Essen kommt, so möchte man auch bei der Erstellung eines Programms alle Möglichkeiten bedenken und berücksichtigen. Dafür ist aber das Einkommensteuerrecht zu umfangreich geworden. Während man 1936 mit 4 Seiten für die gesamte Einkommensteuererklärung auskam, hat heute bereits der Mantelbogen mit den allgemeinen Fragen diesen Umfang. Die Anlagen umfassen bereits 14 Seiten, wenn alle Einkunftsarten angesprochen werden. Insofern konnten im vorliegenden Buch auch nur alle Einkunftsarten gestreift werden. Das Buch wurde im Manuskript auf einem Sharp MZ-80K mit dem Textsystem Crowood geschrieben und auf einem Epson FX-80 gedruckt. Die Programme laufen alle in der Grundversion des Epson HX-20. Bei Speichererweiterungen kann das Einkommensteuer­ Programm, das für die Grundversion in 3 Blöcke geteilt wurde, aneinandergefügt werden. Für die Abschnitte 1 bis 9 sowie die Programme Ermittlung der Einnahmen aus Kapitalvermögen (Abschnitt 10.1). Einkünfte aus Vermietung und Verpachtung (Abschnitt 10.2). Ermittlung der Renteneinkünfte (Abschnitt 10.3). Ermittlung der Werbungskosten (Abschnitt 10.4) und Bausparprämie (Abschnitt 10.6) zeichnet Werner Grajewski verantwortlich. Diese Programme wurden auf einem Video-Genie erstellt und auf den Epson HX-20 über­ tragen.

Durch die fortschreitende Entwicklung auf dem Gebiet der Taschenrechner und Hand­ held-Computer kommt der Wunsch sehr schnell, sich die Arbeit zu erleichtern. Während die Kapazität bei den ersten Rechnern für ein vollständiges Einkommen-bzw. Lohnsteuer-Programm nicht ausreichte, kann mit dem Epson HX-20 bereits ein anspre­ chendes Programm erstellt werden. Aber genauso, wie der Appetit beim Essen kommt, so möchte man auch bei der Erstellung eines Programmes alle Möglichkeiten bedenken und berücksichtigen. Dafür ist aber das Einkommenssteuerrecht zu umfangreich ge­ worden. Während man 1936 mit 4 Seiten für die gesamte Einkommenssteuererklärung auskam, hat heute bereits der Mantelbogen mit den allgemeinen Fragen diesen Umfang. Die An­ lagen umfassen bereits 14 Seiten, wenn alle Einkunftsarten angesprochen werden. Insofern konnten im vorliegenden Buch auch nur alle Einkunftsarten gestreift werden. Das Buch wurde im Manuskript auf einem Sharp-MZ 80K mit dem Textsystem Crowood geschrieben und auf einem Epson FX-80 gedruckt. Die Programme laufen alle in der Grundversion des Epson HX-20. Bei Speichererweiterungen kann das Einkommenssteuer­ Programm, daß für die Grundversion in 3 Blöcke geteilt wurde, aneinandergefügt werden. Für die Abschnitte 1.-9., sowie die Programme Ermittlung der Einnahmen aus Kapitalvermögen (Abschnitt 10.1), Einkünfte aus Vermietung und Verpachtung (Abschnitt 10.2), Ermittlung der Renteneinkünfte (Abschnitt 10.3), Ermittlung der Werbungskosten (Abschnitt 10.4) und Bausparprämie (Abschnitt 10.6) zeichnet Werner Grajewski verantwortlich. Diese Programme wurden auf einem Video­ Genie erstellt und auf den Epson HX·20 übertragen.

In diesem Buch wird die Hardware für ein serielles Interface mit dem ACIA 6551 und für einen Akustik-Koppler mit dem World-Chip Am 7910 be­ schrieben. Es wird ein komplettes Pascal-Programm vorgestellt, das alle Anforderungen an eine Datenfernübertragung erfüllt. Für den Akustik-Koppler müssen die Bestimmungen der Deutschen Bundes­ post eingehalten werden. Sehen Sie hierzu den Anhang mit den postalischen Bestimmungen. Die hier benutzten Schaltungen für die Schnittstelle und den Akustik-Koppler sind sehr einfach im Aufbau und auch für Bastler mit mittlerem Erfahrungs­ schatz geeignet. Als Programmiersprache dient Pascal und zu einem kleinen Teil Assembler. Pascal hat den Vorteil, daß die Programmteile wie Blöcke aneinander gehängt werden können. Außerdem ist Pascal heute an Gymnasien am weitesten verbreitet. Als Betriebssystem wird das Apple-Pascal-System verwendet. Jedoch lassen sich von der Hardware als auch von der Software her alle 6502-Rechner benutzen. Die Datenübertragung von Mikrocomputern untereinander und zwischen "Micros" und Großrechenanlagen gewinnt immer größere Bedeutung. Der Bedarf gerade bei Schülern und in der "Provinz" lebenden Computer-Be­ sitzern ist nicht zu übersehen. Ich möchte diesem Personenkreis eine kom­ plette Anleitung mit einem seit einem Jahr erprobten Programm geben. Die serielle Schnittstelle eignet sich zusätzlich, eine elektronische Schreib­ maschine, einen Drucker oder einen Plotter anzusteuern. Hierauf möchte ich in diesem Buch jedoch nicht eingehen.

Der Einsatz des Computers in physikalischen Experimenten erschließt eine Reihe von Versuchen, die sich bisher der direkten Messung und der graphischen Darstellung entzogen. Hierzu gehören insbesondere Versuche, die - nicht periodisch sind, - umfangreiche Auswertungen vieler ~lIeßdaten erfordern, - zu schnell für den Plotter und zu langsam für das Oszilloskop sind und - viele Messungen schnell hintereinander verlangen. In diesem Buch werden nur "On-Line"-Messungen und Auswertungen durchgeführt. Hier erlangt der Computer eine gewichtigere Bedeutung als bei der Simulation physikalischer Probleme. Typische Beispiele sind der freie Fall, optische und akustische Einzelmessungen, Schwingungsversuche und Fahrbahnversuche. Experimente, bei denen Signale bereits in elektrischer Form vorliegen, bieten sich direkt an. Bei Versuchen zur Mechanik muß erst ein elektrisches Signal erzeugt werden. Sofern möglich oder erforderlich werden alle Versuche beispielhaft durchgerechnet. Dieses Buch eignet sich daher als Anleitung, Versuche selb­ ständig zu konzipieren, durchzuführen und auszuwerten. Zu Beginn wird die Steuerung des Programms durch Menükarten beschrieben, um dann sofort zu den Experimenten aus verschiedenen physikalischen Gebieten zu kommen. Die Versuche werden zuerst analysiert und die Grundlagen gelegt. Hierbei werden häufig Differentialgleichungen benutzt. Hieran schließt sich die Messung mit Angabe aller benötigten Parameter und der graphischen Auswer­ tung an. Die analoqen und digitalen ~~essungen unterscheiden sich nicht nur durch die Hardware, sondern auch in der konzeptionellen Überlegung. Daher wer­ den diese beiden ~"eßmethoden auch äußerl ich getrennt.

Die Finite-Elemente-Methode (FEM) ist in den letzten Jahren zu einem wichtigen Werk­ zeug des praktisch tätigen Ingenieurs geworden. Während sie in der Anfangsphase der Entwicklung als selbständiges Rechenverfahren auf Großrechnern dominierte, findet man sie heute als Unterprogramm in vielen CAD-Systemen. Dadurch wird in Zukunft letztlich jeder Ingenieur in Konstruktion und Entwicklung mit Finite-Elemente-Rechnungen konfrontiert. Um die FEM als numerisches Näherungsverfahren effektiv einsetzen zu können, muß das zu behandelnde physikalische Kontinuum zuerst in ein der Rechnung zugängliches Modell überführt werden. Dabei sind gewisse Manipulationen, vor allem zum Erfassen von Rand­ und Sonderbedingungen, nicht zu umgehen. Die dazu nötigen Erfahrungen gewinnt man am besten durch die Anwendung der Methode auf einfache und leicht zu modifizierende Beispiele, vorausgesetzt, man hat einen einfach zu handhabenden Rechner und ein eben­ solches FEM-Programm. Die zur Finite-Elemente-Methode auch immer zahlreicher werdende deutschsprachige Literatur stellt überwiegend hohe Ansprüche an die Vorbildung des Lesers auf den Gebie­ ten der theoretischen Mechanik, der Matrizenrechnung und der numerischen Mathe­ mathik. Selten werden praktische Hilfen zur Modellbildung und Simulation gegeben. Auch die meisten am Markt befindlichen FEM-Programmsysteme und deren Handbücher sind kaum geeignet, Erstanwender zur weiterführenden Beschäftigung mit der Methode zu ermutigen. Vielmehr ist vornehmlich aus dem Bereich der mittelständischen Industrie zu hören, daß manche der für Rard- und Software auf dem Gebiet CAD und FEM aufge­ wendeten Investitionen nicht die erhoffte Arbeitserleichterung und Effizienzsteigerung bringen, da der Einarbeitungsaufwand zu groß ist.