Моделировавоие процессов движения в приложении Microsoft Ехсе

Дополнительные визуальные средства обучения, аналогичные рассмотренным, являются эффективными технологиями при изучении сложного теоретического материала, так как: они позволяют быстро и доходчиво изобразить вещи, которые невозможно передать словами; они экономят время; они вызывают интерес; они усиливают воздействие воспринимаемого материала; они долго остаются в памяти, в то время как слова забываются.

Кочегаров Б.Е., Кочегаров М.Б.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ДВИЖЕНИЯ В ПРИЛОЖЕНИИ MICROSOFT ЕХСЕ

При решении задач синтеза и анализа различных механизмов и машин конструктор сталкивается с проблемой визуального представления движения сложных многозвенных структур. Особенно это проявляется при исследовании, например, рычажных многозвенных механизмов. В таких механизмах проблематично определить траектории движения точек звеньев, совершающих плоскопараллельное (сложное) движение, не построив совокупность ряда положений схем этих механизмов, что трудоемко и не эффективно. Движения звеньев в «мертвых», неподвижных схемах, вы все равно не увидите и не представите, если даже обладаете хорошим воображением. А что говорить о студентах, которые только начинают изучать подобный материал, им необходимо видеть все процессы движения или хотя бы иметь хорошие модели, если не реальные, то хотя бы виртуальные.

Один из путей решения проблемы - создание специальных программ, обеспечивающих реализацию элементов движения систем. Но для написания таких программ необходимо быть хорошим математиком, да еще и не плохим программистом. Более простой путь для решения этой проблемы -воспользоваться обычным приложением операционной системы Windows - Microsoft Excel. Для простых пользователей - это электронные таблицы, ячейки которых могут нести в себе набор команд, функций и иных операций. А еще, это удобный аппарат для построения различного рода диаграмм и графиков, что очень удобно при решении рассматриваемых задач.

Каким же образом получить движущееся изображение в электронных таблицах? Дело в том, что кинематические схемы любых механизмов можно представить в виде набора точек звеньев с определенными координатами в плоскости (х,у). В процессе движения звеньев, координаты точек изменяются в зависимости от времени или обобщенной координаты. Расчетные зависимости для вычисления координат точек заносятся в ячейки электронных таблиц в определенной последовательности. По полученным координатам организуется построение диаграммы с использованием «Мастера диаграмм», причем оптимальным вариантом является построение точечного типа диаграммы. Таким образом, мы получаем первое неподвижное изображение кинематической схемы механизма (картинку), причем вспомогательные атрибуты диаграммы (оси, шкалы и т.д.) убираются, чтобы не затенять картинку.

Теперь картинку необходимо привести в движение. Следующий шаг в решении задачи - организация циклической ссылки, для обеспечения итерационных (пошаговых) расчетов. При этом необходимо предварительно выполнить некоторые настройки в приложении Excel: войти в «Меню» -> «Сервис» -» « Параметры» -> « Вычисления» и установить флажок в окне «Итерации», чем вы активизируете автоматический итерационный процесс. В окне «Число итераций» для определенности установить «1», для нашей задачи это не принципиально. В ячейках таблицы с адресами, например, «А1» и «В1» записать признаки циклической ссылки (в дальнейшем, для удобства пользователя, столбцы таблицы, где расположены эти ячейки скрываются в невидимую зону, чтобы случайно не сбить настройку). В ячейку «А1» записать «О», а в ячейку «В1» значение шага, с которым будут изменяться ваши циклические расчеты. После того, как программа расчетов будет запущена, значение ячейки «А1» автоматически изменится на «1» (то есть единица является признаком того, что выполнялись расчеты), а значение ячейки «В 1» останется неизменным, если вы только не пожелаете изменить значение шага сами. Для принудительного изменения величины шага необходимо зарезервировать еще одну ячейку на поле листа, в приведенном ниже примере - это ячейка с адресом «D8», что и позволит вам менять значение шага, не открывая поля итерационных настроек.

Управлять «движением диаграммы» удобно через «горячие клавиши», для чего необходимо записать макрос, то есть подпрограмму, обеспечивающую циклический расчет. Для этого, необходимо войти в «Меню» -> « Сервис» -» « Макрос» « Макросы» -> « Начать запись» и выбрать «го-

рячие клавиши», например «ctrl+v» или любую другую комбинацию. Затем написать сам макрос, выполнив команды: «Меню» -> « Сервис» -» « Макрос» -> « Макросы» -» « Войти» (образец написания на рис. 1). Написание макроса или программирование осуществляется на встроенном в приложение языке Visual Basic.

Sub Движение вперед Q

' Движение макрос ' Макрос записан 15.04.2005

'Сочетание клавиш: ctrl+v ' Range (“Al ”). Select ,

ActiveCell. FormidaRlCl = ”1 ”

Range (“Bl ”). Select

ActiveCell. FormulaRlCl = Sheets

Range(“B2 ”). Select

Calculate

End Sub

Рис. 1. Пример записи макроса - «движение вперед»

При нажатии на «горячие клавиши» происходит мгновенный пересчет координат точек и мгновенное перестроение диаграммы (картинка меняет положение). При наличии высокой тактовой частоты процессора и большой оперативной памяти компьютера изображение изменяется настолько быстро, что вы не замечаете паузы между пошаговыми изображениями, и движение представляется плавным процессом.

По аналогии записывается макрос для реверса движения или сброса данных (Рис. 2), причем сброс данных, то есть возвращение в исходную точку расчетов и первоначальное изображение, можно осуществить и в ручную, установив в ячейку с адресом «А1» значение «О».

Sub Сброс О

'Сброс макрос

' Макрос записан 15.04.2005

'Сочетание клавиш: ctrl+s

' Range (“Al ”). Select

ActiveCell.FormulaRlCl—”0 ”

Range (“A2”). Select " -

End Sub

Рис. 2. Пример записи макроса-«сброс»

Таким образом, используя небольшой набор команд и предварительно подготовленные математические зависимости для исследуемой системы, мы получаем наглядное анимационное представление, причем управляемое и изменяемое пользователем. Простота программирования и использования электронных таблиц делает Microsoft Excel эффективным аппаратом на стадии проектирования и исследования кинематических схем механизмов. Апробация методики исследования кинематических схем механизмов было проведено в рамках изучения студентами дисциплины «Теория механизмов и машин» на кафедре «Основы конструирования» Института Механики Автоматики и Передовых Технологий ДВГТУ. Программные модули по получению визуальных эффектов движущейся картинки были зарегистрированы автором статьи в Отраслевом Фонде Алгоритмов и Программ (г. Москва).

ЛИТЕРАТУРА

1. Марк Додж, Крис Кината, Крейг Стинсон. Running Microsoft Excel 5 для Windows: В 2т./ Пер. С англ. - М.: Издательский отдел «Русская редакция» ТОО «Channel Trading Ltd», 1995.-368 с. : ил. .