Informatik im Maschinenbau

Die Informatik hat sich in der Bundesrepublik Deutschland seit ca. 1967 als Studienfach, aber auch als eigenständige Wissenschaftsdisziplin etabliert. Die Informatik beschäftigt sich generell mit dem Lösen von Problemen durch eine präzise Formulierung des Lösungswegs (Algorithmen) und der Realisierung des Lösungswegs auf einer Rechenanlage. Aber schon lange vor der “Informatik” als eigenem Wissenschaftsbereich finden sich Teile dieser Arbeitsinhalte unter den Bezeichnungen “Informationsverarbeitung”, “Elektronische Datenverarbeitung”, “Informationstechnik” etc. Generell kann man sagen, daß die Informationsverarbeitung durch Rechenanlagen mit der häufig damit verbundenen Automatisierung die industrielle Entwicklung seit Anfang der 60er Jahre auf dominante Art und Weise prägt.

Die Entwicklung von rechnergestützten Lösungen für Ingenieurprobleme ist eine komplexe Aufgabe, die weit über das reine Programmieren oder die Auswahl der richtigen Hardware hinausgeht. Vielfältige Anforderungen technischer und nichttechnischer Art spielen in diesem Entwicklungsprozeß eine Rolle. Funktionalität, Wirtschaftlichkeit, Nutzerakzeptanz, Sicherheit, rechtliche, soziale und politische Auswirkungen sind nur einige dieser Einflußfaktoren. Aus diesen Gründen ist ein zielgerichtetes, planmäßiges und durchdachtes Vorgehen unabdingbar. Darauflosprogrammieren in Hacker-Mentalität (“Wo ist das Problem? Man muß doch nur…”) ist nicht nur unzweckmäßig, sondern kann katastrophale Folgen haben.

Im Kapitel 2 haben wir den Weg von einem allgemein formulierten Problem bis hinab zur logischen Verknüpfung verfolgt. Wir legten den Schwerpunkt auf die Frage, in welchen Schritten diese Zerlegung im einzelnen vor sich geht und welche Einschränkungen und Vernachlässigungen man in jedem Schritt machen muß. Wir haben gesehen, daß sich ein Computer immer dann für die Lösung eines Problems einsetzen läßt, wenn sich die interessierenden Aspekte des betreffenden Vorganges mit Hilfe fester und präziser Regeln beschreiben lassen. Nur unter dieser Bedingung war eine Zerlegung in logische Verknüpfungen möglich. In einem weiteren Schritt haben wir festgestellt, daß sich logische Verknüpfungen und die zugehörigen Operationen mit Hilfe physikalischer Systeme realisieren lassen — beispielsweise durch elektrische Schaltungen. Die Frage, wie eine solche physikalisch-technische Realisierung im Detail aussehen muß, um für praktische Zwecke nutzbar zu sein, haben wir jedoch noch nicht untersucht. Dies ist der Inhalt der folgenden Unterkapitel. Die Hardware des Rechners ist dabei als technisches System (Bauteile, Schaltungen, Mechanik etc.) zu betrachten, das durch seine physikalisch bestimmte Verhaltensweise die gewünschten logischen Abläufe sicherstellt. Dabei beschränkt sich die Darstellung auf Digitalrechner.¹

Nun sind wir auf unserem “Parabel-Weg” wieder an der “Oberfläche” angekommen und wollen zum Abschluß einige übergeordnete Aspekte behandeln (vgl. Abb. 1–6).

Gegeben sei das in der folgenden Abbildung dargestellte idealisierte Doppelpendel. Zwei Punktmassen gleicher Masse m, die an zwei masselosen Stangen der Länge 1 aufgehängt sind, bewegen sich unter dem Einfluß der Schwerkraft. Der Luftwiderstand, die Reibung der Lager und andere Störungen werden vernachlässigt. Die Lage des inneren Körpers bezüglich der z-Achse gibt der Winkel α(t) an; die Lage des äußeren Körpers bezüglich der z-Achse wird durch den Winkel γ(t) beschrieben.