Введение
Электронные таблицы Microsoft Excel - удобное средство, с помощью которого можно выполнять самые разнообразные повседневные вычисления. Новые версии программы Excel позволяют легко и быстро решать современные инженерные задачи. В этой книге основное внимание уделено использованию программы Excel, - в настоящее время наиболее популярной среди электронных таблиц, широко применяющихся для инженерных вычислений.
Примеры и прикладные задачи
В тексте книги использованы примеры задач, иллюстрирующих методы применения программы Excel в инженерных вычислениях. В книгу включены задачи трех видов.
- Демонстрационные примеры (обычно очень простые) - хорошо известные факты, которые используются для представления определенных процессов в Excel. Как правило, они состоят из одного этапа.
- Учебные задачи (несколько сложнее демонстрационных и состоят из нескольких этапов) - объясняют, как применять функции и возможности программы Excel для решения инженерных проблем.
- Прикладные задачи (наиболее объемные задания) - приближены к таким задачам, которые студенты инженерных факультетов обычно выполняют в качестве домашних заданий.
Автор поставил своей целью включить в книгу материал по всем инженерным дисциплинам основного университетского курса. В книге предпринята попытка охватить в примерах и прикладных задачах достаточно широкий диапазон вопросов; в то же время автор постарался обойти стороной задачи, для решения которых нужно обладать специальными знаниями.
Что такое электронная таблица?
Таблица (spreadsheet) - это разграфленный по вертикали и горизонтали лист бумаги, на котором могут храниться различные данные. Вертикальные и горизонтальные линии образуют сетку, в ячейки (cells) которой записываются значения; таким образом данные выстраиваются в вертикальные столбцы и горизонтальные строки. На протяжении длительного времени таблицы широко использовались представителями деловых кругов для оформления финансовых отчетов в упорядоченном виде. После изобретения в 1970 году персонального компьютера таблицы были перенесены с бумаги на компьютер, в результате чего появились электронные таблицы (electronic spreadsheets). Строки и столбцы при этом остались такими же, а значения по-прежнему заносятся в ячейки. Строение электронных таблиц не представляет особой сложности, что позволяет легко научиться с ними работать. Даже если вы никогда прежде не работали с программой Excel, уже через несколько минут после ее запуска вы сможете приступить к решению задач.
Основным достоинством первых электронных таблиц была возможность автоматического пересчета (automatic recalculation): при любом изменении значения или формулы электронная таблица выполняет пересчет значений всех остальных ячеек. Любую обнаруженную в электронной таблице ошибку можно было легко исправить, не пересчитывая при этом все остальные значения вручную. Электронные таблицы стали также использовать для исследования влияния, вызванного изменением одного из значений, на остальную часть электронной таблицы. Инженеры, которых, к примеру, интересовал вопрос, что произойдет при увеличении нагрузки на мост на 2, 3 или 4%, быстро оценили полезность электронных таблиц.
Вычислительные возможности электронных таблиц, установленных на персональных компьютерах, значительно возросли по сравнению с 1970 годом. Почти сразу же после появления электронных таблиц к ним были добавлены графические возможности, существенно улучшенные впоследствии. Чтобы ускорить процесс вычисления, электронные таблицы были усовершенствованы встроенными функциями. Фирма Microsoft укомплектовала программу Excel языком программирования, доступ к которому при необходимости можно получить, не выходя из таблицы. Кроме того, скорость вычислений и емкость запоминающих устройств персональных компьютеров возросла до такой степени, что с помощью одного персонального компьютера, оснащенного хорошими программами (включая такие электронные таблицы, как Excel, но не ограничиваясь ими), можно справиться с большей частью повседневных инженерных задач.
Для чего используются электронные таблицы
Электронные таблицы незаменимы при решении многих, но не всех задач. Так, для решения задачи, где фигурируют наборы данных (например, результаты измерений), сетчатая структура электронной таблицы подходит как нельзя лучше. Однако если нужно выполнить символьные преобразования сложных математических уравнений, то электронная таблица - не лучшая среда для решения таких задач.
При работе с электронными таблицами становятся очевидны их характерные особенности, присущие этим программам как рабочему инструменту, используемому в бизнесе - эти программы обладают многочисленными возможностями представления данных в виде секторных диаграмм и гистограмм. Однако выбор возможностей оформления графиков в декартовых координатах (такое оформление общепринято среди ученых и инженеров) более ограничен. Инженеры также найдут для себя полезными многие встроенные функции, которые помогают рассчитывать норму прибыли инвестиции, однако среди встроенных функций отсутствует, например, функция для вычисления вращающего момента.
Электронные таблицы просты в использовании, с их помощью и с помощью других программ, установленных на персональных компьютерах, можно решить широкий круг задач, для которых раньше составлялись компьютерные программы. Очевидно, что суперкомпьютер быстрее оперирует с числами, чем персональный компьютер, и программа на нем будет работать значительно быстрее. Однако требуется время для написания программы и составления на основании полученных результатов отчета. Напротив, предоставляемые электронными таблицами удобства использования и выведения на печать результатов в конечном виде (или простота переноса результатов в текстовый процессор) способствуют значительному сокращению времени, требуемого для решения задачи с помощью электронных таблиц по сравнению с общепринятыми методами программирования.
Электронные таблицы удобны в таких случаях.
- Многократное выполнение однотипных вычислений (например, анализ данных, полученных в нескольких циклах одного и того же эксперимента).
- Использование табличных данных (например, если из справочной таблицы для водяного пара ввести в электронную таблицу энтальпию, ее не нужно будет каждый раз искать в справочной литературе).
- Создание графиков. Электронные таблицы - удобный способ представления данных в виде графика.
- Анализ зависимости от параметра (исследование типа "что будет, если...". Например, что произойдет, если скорость потока увеличить в два раза?).
- Представление результатов в читабельном виде.
Было время, когда электронные таблицы являлись не лучшим средством выполнения громоздких вычислений (например, неоднократно повторяющийся процесс решения сложных задач). Однако значительный рост производительности персональных компьютеров, а также улучшение методов решения в программе Excel способствовали преодолению многих ограничений. Теперь Excel справляется с такими большими задачами, которые всего несколько лет назад никто не рассматривал в качестве кандидатов для реализации в электронной таблице.
Несмотря на это, электронные таблицы все же не подходят для некоторых заданий. Такие программы, как Mathematica и Maple разработаны для выполнения символьных преобразований математических уравнений, тогда как программа Excel для этого не предназначена. Кроме того, электронные таблицы выводят только результаты вычислений (подобно их предшественникам на бумаге), а не уравнения, использующиеся при вычислении результатов, поэтому чтобы показать, как получено решение, при создании электронных таблиц нужно уделить особое внимание способу решения задач. Другие же предназначенные для вычислений программы, такие как MATHCAD , показывают не только результат, но и процесс решения.
