Применение электронных таблиц в инженерных расчетах

ВВЕДЕНИЕ 

     Электронная таблица – это программное средство позволяющее выполнять достаточно сложные математические расчеты и представлять результаты расчетов в виде профессионально оформленных документов.

     К авиационным конструкциям предъявляются  очень жесткие требования.  Среди них: высокая прочность, жесткость, минимальная масса, надежность, производственная и эксплуатационная технологичность. Очень важно стремиться обеспечить минимальную массу. Один из способов снизить массу конструкции на этапе конструирования – выбор рациональных параметров и использование новых правил разработки оптимальной конструкции. Для отыскания рациональных параметров и представления результатов в работе рекомендуется использовать электронную таблицу Microsoft Excel.

     Применение электронных таблиц позволяет облегчить задачу конструктора при выполнении значительных объемов инженерных расчетов. 
 
 
 
 
 
 
 
 

ГЛАВА 1. ПОНЯТИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ  ТАБЛИЦ И ТАБЛИЧНЫХ  ПРОЦЕССОРОВ 

1. История развития и основные понятия электронных  таблиц и табличных процессоров

 

     Идею электронных таблиц впервые  сформулировал американский ученый  Ричард Маттесич, опубликовав в  1961 году исследование под названием  «Budgeting Models and System Simulation». Концепцию дополнили в 1970 году Пардо и Ландау, подавшие заявку на соответствующий патент. Патентное ведомство отклонило заявку, но авторы через суд добились отмены этого решения.

     Общепризнанным родоначальником  электронных таблиц как отдельного  класса ПО является Дэн Бриклин,  совместно с Бобом Фрэнкстоном разработавший легендарную программу VisiCalc в 1979 году. Этот табличный редактор стал «удобным приложением», превратившим персональный компьютер из экзотической игрушки для технофилов в массовый инструмент для бизнеса. Впоследствии на рынке появились многочисленные продукты этого класса. Перечень программных продуктов:

• Microsoft Excel
• SuperCalc
• Abacus
• Lotus 1-2-3
• OpenOffice.org Calc
• Gnumeric
• KSpread
• Quattro Pro
• Numbers

     Табличный процессор – категория программного обеспечения, предназначенного для работы с электронными таблицами. Изначально табличные редакторы позволяли обрабатывать исключительно двухмерные таблицы, прежде всего с числовыми данными, но затем появились продукты, обладавшие помимо этого возможность включать текстовые, графические и другие мультимедийные элементы. Инструментарий электронных таблиц включает мощные математические функции, позволяющие вести сложные статистические, финансовые и прочие расчеты.

     Электронные таблицы (или табличные  процессоры) – это прикладные  программы, предназначенные для проведения табличных расчетов. Первая программа для работы с электронными таблицами – табличный процессор, была создана в 1979 году, предназначалась для компьютеров типа Apple II и называлась VisiCalc. В 1982 году появляется знаменитый табличный процессор Lotus 1-2-3, предназначенный для IBM PC. Lotus объединял в себе вычислительные возможности электронных таблиц, деловую графику и функции реляционной СУБД. Популярность табличных процессоров росла очень быстро. Одним из самых популярных табличных процессоров сегодня является MS Excel, входящий в состав пакета Microsoft Office.

     Что же такое электронная таблица? Это средство информационных технологий, Позволяющее решать целый комплекс задач. Прежде всего, выполнение вычислений. Издавна многие расчеты выполняются в табличной форме, особенно в области делопроизводства: многочисленные расчетные ведомости, табуляграммы, сметы расходов и т.п. Кроме того, решение численными методами целого ряда математических задач, удобно выполнять в табличной форме. Электронные таблицы представляют собой удобный инструмент для автоматизации таких вычислений. Решения многих вычислительных задач на ЭВМ, которые раньше можно было осуществить только путем программирования, стало возможно реализовать.

Математическое моделирование. Использование математических формул в электронных таблицах позволяет представить взаимосвязь между различными параметрами некоторой  реальной системы. Основное свойство электронной таблицы – мгновенный пересчет формул при изменении значений входящих в них операндов. Благодаря этому свойству, таблица представляет собой удобный инструмент для организации численного эксперимента:

1. подбор параметров;
2. прогноз проведения моделируемой системы;
3. анализ зависимостей;
4. планирование.

    

2. Основные элементы электронной таблицы

 

     Основными элементами рабочего окна являются:

     1.Строка заголовка (в ней указывается имя программы) с кнопками управления окном программы и окном документа (Свернуть, Свернуть в окно или Развернуть во весь экран, Закрыть).

     2.Строка основного меню (каждый  пункт меню представляет собой  набор команд объединенных общей  функциональной направленностью)  плюс окно для поиска справочной  информации.

     3.Панели инструментов (Стандартная,  Форматирование и др.).

     4.Строка формул, содержащая в качестве элементов поле Имя и кнопку Вставка функции (fx), предназначена для ввода редактирования значений или формул в ячейках. В поле Имя отображается адрес текущей ячейки.

     5.Полосы прокрутки (вертикальная  и горизонтальная).

     6.Набор ярлычков (ярлычки листов) для перемещения между рабочими листами.

     7.Строка состояния.

     8.Рабочим полем электронного процессора является экран дисплея, на котором электронная таблица представляется в виде матрицы. Электронная таблица, подобно шахматной доске, разделена на клетки, которые принято называть ячейками таблицы. Строки и столбцы таблицы имеют обозначения. Чаще всего строки имеют числовую нумерацию, а столбцы – буквенные (буквы латинского алфавита) обозначения. Как и на шахматной доске, каждая клетка имеет свое имя (адрес), состоящее из имени столбца и номера строки, например: А1, С13, F24 и т.п. Но если на шахматной доске всего 8 8=64 клетки, то в электронной таблице ячеек значительно больше. Например, у табличного процессора Excel таблица максимального размера содержит 256 столбцов и 16384 строки. Поскольку в латинском алфавите всего 26 букв, то начиная с 27-го столбца используются двухбуквенные обозначения, также в алфавитном порядке: АА, АВ, АС…АZ,BA, BB, BC, …,BZ, CA… последний, 256-й столбец имеет имя IY. Значит, существуют ячейки с такими, например, именами: DL67, HZ10234 и т.п. Строки нумеруются сверху вниз, а столбцы обозначаются слева направо.

     На экране виден не весь  документ, а только его часть. Документ в полном объеме хранится в оперативной памяти, а экран можно считать окном, через которое пользователь имеет возможность просматривать таблицу. Для работы с таблицей используется табличный курсор – выделенный прямоугольник, который можно поместить в ту или иную клетку.

     Следующий объект в таблице  – диапазон ячеек. Его можно  выделить из подряд идущих  ячеек в строке, столбце или  прямоугольнике. При задании диапазона указывают его начальную и конечную ячейки, в прямоугольном диапазоне – ячейки левого верхнего и правого нижнего углов. Наибольший диапазон представляет вся таблица, наименьший – ячейки. Примеры диапазонов – A1:A100; B12:AZ12; B2:К40. Если диапазон содержит числовые величины, то они могут быть просуммированы, вычислено среднее значение, найдено минимальное или максимальное значение и т.д.

     Иногда электронная таблица может  быть составной частью листа,  листы, в свою очередь, объединяются  в книгу (такая организация  используется в Microsoft Excel). 

1.3 Типы данных, используемых в электронных таблицах 

     В работе с электронными таблицами  можно выделить три основных  типа данных:

• числа;
• текст;
• формулы.

     Числа. Для представления чисел могут использоваться несколько различных форматов (числовой, экспоненциальный, дробный и процентный). Существуют специальные форматы для хранения дат (например, 25.09.2009)  времени (например, 13:30:55), а также финансовый и денежный форматы (например, 1500,00р.), которые используются при проведении бухгалтерских расчетов.

     По умолчанию для представления чисел электронные таблицы используют числовой формат, который отображает два десятичных знака после запятой (например, 195,20).

      Экспоненциальный формат применяется,  если число, содержащее большое  количество разрядов, не умещается  в ячейке. В этом случае разряды числа представляются с помощью положительных или отрицательных степеней числа 10. Например числа 2000000 и 0,000002, представленные в экспоненциальном формате как и , будут записаны в ячейке электронных таблиц в виде 2,00Е+06 и 2,00Е-06.

     По умолчанию числа выравниваются  в ячейке по правому краю. Это  объясняется тем, что при размещении  чисел друг под другом (в столбце  таблицы) удобно иметь выравнивание  по разрядам (единицы под единицами,  десятки под десятками и т.д.).

     Текст. Текстом в таблицах является последовательность символов, состоящая из букв, цифр и пробелов. Например, последовательность цифр “2004” – это текст. По умолчанию текст выравнивается в ячейке по левому краю. Это объясняется традиционным способом письма (слева направо).

     Формулы. Формула должна начинаться со знака равенства и может включать в себя числа, имена ячеек, функции и знаки математических операций. Однако в формулу не может входить текст. Например, формула =А1+В1 обеспечивает сложение чисел, хранящихся в ячейках А1 и В1, а формула =А1*5 – умножение числа, хранящегося в ячейке А1, на 5. При изменении исходных значений, входящих в формулу, результат пересчитывается немедленно.

     В процессе ввода формулы она отражается как в самой ячейке, так и в строке формул (рис.1). После окончания ввода, которое обеспечивается нажатием клавиши {Enter} в ячейке отображается не сама формула, а результат вычислений по этой формуле.

Рис.1. Ввод формул

     Для просмотра формулы необходимо выделить ячейку с формулой, в строке формул появится введенная ранее формула. Для редактирования формулы необходимо щелкнуть по ячейке или строке формул и провести редактирование. Для одновременно просмотра всех введенных формул можно задать специальный режим отображения формул, при котором в ячейках отображаются не результаты, а сами формулы.

     Ввод и копирование данных. Ввод в ячейки чисел, текстов и формул производится с помощью клавиатуры. Ввод в формулы имен ячеек можно осуществлять выделением нужной ячейки с помощью мыши.

     Данные можно копировать или  перемещать из одних ячеек или диапазонов ячеек в другие ячейки или диапазоны ячеек. В процессе копирования можно вставлять в ячейки не только сами данные, но и формат данных и параметры оформления ячеек (тип границы и цвет заливки). Для быстрого копирования данных из одной ячейки сразу во все ячейки определенного диапазона используется специальный метод: Сначала выделяется ячейка и требуемый диапазон, а затем вводится команда [Заполнить - вниз] (вправо, вверх, влево). 

4. Используемые  типы функций

 

     Формулы могут включать в себя не только адреса ячеек и знаки арифметических операций, но и функции. Электронные таблицы имеют несколько сотен встроенных функций, Которые подразделяются на категории: Математические, Статистические, Финансовые, Дата и время и т.д. В арифметических формулах используются следующие операторы арифметических действий:

+ сложение,

  - вычитание,

  * умножение,