Die Einsatzmöglichkeiten von MATLAB® reichen weit über den Rahmen dieses Buches hinaus. Dies begründet gerade die ständig steigende Bedeutung vom MATLAB im professionellen Einsatz.
Das Ziel dieses Buches kann nicht der Einbezug von solch weitverzweigten Detailkenntnissen sein, dies ist schon vom Umfang her unmöglich. Der hier angebotene, attraktive Einstieg in das Arbeiten mit MATLAB will bei den Leserinnen und Lesern eine enge Vertrautheit im Umgang mit MATLAB vermitteln, welche motiviert und Freude bereitet. Auf dieser Grundlage sind viele weitere Vertiefungsschritte bis hin zum professionellen Einsatz leichter zu bewältigen.
Das interaktiv grafische Werkzeug GUIDE® dient zum Erzeugen von grafischen Benutzeroberflächen (GUI Graphical User Interface DEveloper).
Die mächtige interaktive Berechnungs- und Simulations-Umgebung Simulink® ist ein auf grafischer Programmierung aufbauendes Simulationswerkzeug. Es basiert auf MATLAB, bietet jedoch über die Grafik ein eigenständiges Paradigma zur Behandlung von Simulationsproblemen an.
Der Gebrauch von interaktiven grafischen Werkzeugen ist ganz allgemein nicht leicht mit dem Medium Buch zu vermitteln. Man benötigt dabei Unmengen von Bildern, die dann aber oft nicht genau auf den konkreten Fall passen.
Besser geeignet zum Erlernen des Gebrauchs von interaktiven Werkzeugen sind Video-Sequenzen, wie sie The MathWorks im Rahmen der Demo-Programme mitliefert. Ebenfalls von hoher Qualität und guter Effizienz sind die Webinare, das sind Seminarvorträge die über das Web, das Internet kostenlos verbreitet werden. Regelmäßig finden solche Webinare online statt, bei diesen kann man am Schluss direkt Fragen an den Referenten stellen. Alle Webinare werden auch aufgezeichnet und können zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt über das Internet abgerufen werden.
Einen noch effizienteren Lerneffekt für weitergehende Detailkenntnisse über interaktive Werkzeuge vermitteln natürlich direkte Schulungen. Solche werden von The MathWorks ebenfalls angeboten.
Mit Hilfe einer grafischen Benutzeroberfläche, die mit GUIDE® einfach zu erstellen ist, kann aus einem MATLAB-Programm eine eigenständige Applikation kreiert werden. Die Programmsteuerung einer solchen Applikation erfolgt nicht mehr mit MATLAB Befehlen, sondern durch Anklicken von GUI-Elementen wie Pushbuttons, Radio-Buttons, Auswahlmenüs und durch Eingaben in Dialogfeldern. Falls man die Lizenz für die Zusatzoption „MATLAB Compiler“ erworben hat, ist es möglich, solche Applikationen zu kompilieren, um sie nachher unabhängig von MATLAB ablaufen zu lassen. Das Ausführen eines solchen kompilierten Programms erfordert keine MATLAB Lizenz.
Damit wird MATLAB zu einer Programm-Entwicklungsumgebung, deren fertige Produkte weit verteilt einsetzbar sind und auch kommerziell verwertet werden können. Die GUIDE-Entwicklungsumgebung ist im Grundpaket von MATLAB enthalten, die Compiler-Option erfordert jedoch eine Zusatzlizenz.
Das Prinzip von Simulink® hat Analogien zu einem gut ausgerüsteten Elektroniklabor mit einer großen Auswahl an Bausteinen zur Signalverarbeitung (Integratoren, Dämpfungsglieder, Signalgeneratoren u.v.m.), sowie der Möglichkeit, deren Aus- und Eingänge miteinander zu verbinden. Die Möglichkeit zur Simulation beschränkt sich jedoch nicht auf elektrische Signale, es sind alle Arten von technisch physikalischen Größen mit ihren Zeitabhängigkeiten simulierbar.
Darüber hinaus kann Simulink auch allgemein für die Verarbeitung von großen Datenmengen, für online Datenstrom-Verarbeitung oder für die Bildverarbeitung eingesetzt werden. Die grafische Programmierung vermittelt in diesen Fällen ein Datenflussmodell mit Quellen, Filter-Aktivitäten, Kombinationsmöglichkeiten, Iterationsverfahren, sowie verschiedenartigen Display- und Ausgabemöglichkeiten. Die Vielseitigkeit von Simulink wird noch erheblich erhöht durch die Möglichkeit, beliebige eigene Verarbeitungsbausteine in der MATLAB Sprache zu programmieren.
Das Grundthema in Simulink sind vielfach zeitliche Abläufe von komplexen gekoppelten dynamischen Systemen. Deshalb sei hier das Studium des Kapitels „Differentialgleichungen“ für Einsteiger in Simulink besonders empfohlen. Es vermittelt einen guten Einblick in die mathematische Maschinerie, die bei den Simulationen hinter den Kulissen der grafischen Oberfläche in Aktion tritt.
Für die Benutzung von Simulink ist eine Zusatzlizenz zu MATLAB erforderlich.
MATLAB befindet sich in stetiger Weiterentwicklung. Zum ständig steigenden Angebot an neuen Möglichkeiten im Basispaket und an Zusatzpaketen zu MATLAB und zu Simulink kommt der rege Informations-Austausch in einer wachsenden, weltweiten Benutzergemeinschaft dazu.
Informationen zu aktuellen Angeboten auf diesen drei Expansionsrichtungen sind alle über die www-Homepage der Firma „The MathWorks“ erreichbar www.mathworks.com.
Ein Beispiel für eine wesentliche Erweiterung, die im Basispaket in letzter Zeit angebracht wurde, ist die Möglichkeit, die verwendete Arithmetik vorzugeben. Damit kann das exakte Verhalten von Algorithmen in online eingesetzten kleinen Prozessorchips nachvollzogen werden. Es erlaubt aber auch bei großen Datenmengen, wie z. B. bei der Bildverarbeitung, einen unnötigen Ressourcenbedarf zu vermeiden.
Eine weitere wichtige Änderung ist die vollständige Neugestaltung der Editiermöglichkeiten einer angezeigten Grafik mit einem eigenen „property inspector“. Die 2015 eingeführte Option „Live Script“ ermöglicht das Erstellen von dynamischen E-Texten, in denen Berechnungen unmittelbar modifziert und ausgeführt werden können.
Eine große Zahl von kleinen Verbesserungen und Korrekturen von Schönheitsfehlern demonstrieren ebenfalls die dynamische Weiterentwicklung von MATLAB.
Eine außerordentlich breite Palette an Zusatzpaketen, sogenannten Toolboxen, wird sowohl zu MATLAB, als auch zu Simulink angeboten. Eine Übersicht, sowie weitergehende Informationen dazu können unter den Stichworten „Produkte und Dienstleistungen“/„Produkt-Verzeichnis“ eingesehen werden, ausgehend von den deutschsprachigen Internet-Hauptseiten www.mathworks.de bzw. www.mathworks.ch. Von der englischen Hauptseite www.mathworks.com der Firma ausgehend, lauten die Stichworte „products & services“ und „product list“. Für die meisten Zusatzpakete ist ein Lizenz-Zusatz erforderlich.
Weil die angebotenen Möglichkeiten ständig wachsen, lohnt es sich immer, bei den Internetseiten von The MathWorks nachzuschauen, ob inzwischen noch weitere Toolboxen entwickelt wurden, welche beim anstehenden Problem von Nutzen sein können.
The MathWorks hat aktiv mitgeholfen, eine weltweite Benutzergemeinschaft aufzubauen und unterstützt in Rahmen dieser Initiative den freien Austausch von Hintergrundinformation und von Programmbeispielen. Von der MathWorks Hauptseite gibt es einen Menüpunkt „User Community“. Dieses Forum, das sich ständig wachsender Beliebtheit erfreut, kennt die Hauptteile „file exchange“, „MATLAB newsgroup“ und „link exchange“. Eine Startseite zu aktuellen „blogs“ und ein zweimal jährlich durchgeführter Programmierwettbewerb beleben die Webseiten der Benutzergemeinschaft zusätzlich.
Die Vielfalt der in diesem Forum präsentierten Themen ist enorm! Daher empfiehlt es sich sehr, in diesen Seiten zu stöbern, ausgenommen, wenn man gerade in Eile ist.
Die Welt der Ingenieurskunst und der Wissenschaft ist in ständiger Bewegung. Darum freue ich mich auf Rückmeldungen über Abschnitte, die bei den Lesern gut angekommen sind, über Ideen zu möglichen Ergänzungen und Verbesserungen und über Meldungen zu Fehlern, ganz speziell aber über interessante Anwendungen, welche auf den dargelegten Methoden aufbauen. Verwenden Sie dazu meine E-Mail-Adresse:
stefan.r.a.adam@gmail.com
Weitere Beispiele und interessante eingesandte Programme werden in Zukunft auf den Webseiten zu diesem Buch, unter der URL www.adam-math.ch den Lesern zur Verfügung gestellt.
Autor
Stefan Adam
Rue des Parcs 53
2000 Neuchâtel
Schweiz
Beim Erreichen eines Ziels, beim Einfahren der Ernte, ist es an der Zeit, Danke zu sagen. In der Hektik unserer Welt geht dieser Brauch leider immer mehr verloren.
Ich bin von Herzen dankbar, dass es mir möglich war, dieses schöne Werk zu vollenden. Ganz speziell möchte ich meine Dankbarkeit erwähnen, die ich meinen verstorbenen Eltern gegenüber empfinde, meiner Mutter, Doris Adam-Stoffel, die mich gelehrt hat, mit hellwachem Geist durchs Leben zu gehen und den Menschen mit Freundlichkeit zu begegnen, sowie meinem Vater, Erwin Adam, der mir ein tiefgreifendes Verständnis für solide Ingenieurskunst vermittelt hat.
Von meinen Lehrern an Gymnasium und Hochschule und Vorgesetzten meiner ersten Berufsjahre haben mich Heinrich Jung, Theodor Osterwalder, Hans Rudolf Moser, Walter Saxer, Alfred Huber, Joseph Hersch, Fritz Heinrich, Peter Henrici und Hans Alexander Willax nachhaltig geprägt. Ihnen und vielen anderen nicht namentlich erwähnten bin ich zutiefst dankbar. Meinen Dank aussprechen möchte ich auch gegenüber allen Förderern, Motivatoren und Helfern bei der Realisierung dieses Buchprojektes, speziell Walter Gander, Eberhard Goede und Peter Foster; danken möchte ich meinen Studenten in den vergangenen Jahren für ihre Rolle als Beta-Tester und natürlich den Mitarbeitern des Verlages Wiley-VCH für die gute Zusammenarbeit und ihren großen Einsatz bei der eigentlichen Produktion des Buches.
Und zum Schluss geht mein ganz großer Dank an meine Frau Marthi, für Ihre große Unterstützung und feinfühlige Beratung, für Ihre riesige Geduld und ihren Verzicht auf unzählbare Stunden gemeinsamer Freizeit, damit ich meinen Spleen, meine ambitiöse Idee, dieses Buchprojekt zu einem guten Ende bringen konnte.