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Die Formel steht im Mittelpunkt

Der Umgang mit Analogrechnern

Analog arbeitende Rechner sind in den letzten Jahrzehnten innerhalb von Unternehmensmauern zwar zu einer Randerscheinung geworden, bekommen jedoch wieder zunehmend Zulauf, da sie die Ergebnisse selbst anspruchsvollster Rechenaufgaben nahezu verzögerungsfrei in Echtzeit präsentieren können. Es ist daher lohnend, sich mit Ihnen zu befassen, um deren Nutzen für das eigene Unternehmen zu ergründen.


Im Bewusstsein des größten Teils der heute lebenden Menschen kommt die Welt der Binärzahlen zum Vorschein, wenn sich Gespräche rund um Rechenmaschinen drehen. Bilder vom Abakus, von Lochkarten oder klappernden Relais wandern bei diesen Diskussionen durch den Raum der Fantasie. Der Blick auf die an der Hand getragenen Digitaluhr, das Tablet oder das Handy zeigt, dass diese fantastische Technik unser Leben bereichert und im Vergleich zu unseren Vorfahren massiv verändert hat.

Nur wenigen Zeitgenossen ist bewusst, dass lange Zeit neben der Digitaltechnik eine analog funktionierende Technikwelt existierte und im kleinen Rahmen bisher weiterexistiert. Ob analog arbeitende Messuhren und Messschieber oder Rechenschieber zur Schnittgeschwindigkeitsberechnung – nicht in jedem Fall kommen in der Technik digital arbeitende Gerätschaften zum Einsatz, da sich analog arbeitende Alternativen als komfortabel und zeitsparend empfehlen.

Komfortabel und zeitsparend sind Attribute, die auch auf bis in die 1970er Jahre gebauten Analogrechner zutreffen. Diese Rechnergattung stellt locker selbst schnellste Großrechner heutiger Bauart in den Schatten und erlaubt es dem Bediener, sich auf das zu lösende Problem zu konzentrieren.

Während der User am digital arbeitenden Computer gezwungen ist, ein Problem zu zergliedern und eine Vielzahl von Schleifenbefehlen und If-Abfragen solange aufzurufen, bis eine Lösung gefunden ist, steckt der Bediener am Analogrechner lediglich Kabel in Rechenmodule, um auf diesem Weg eine Verdrahtung des Analogrechners zu erreichen, die einer ganz bestimmten Formel entspricht. Auf diese Weise wird die Lösung der Aufgabe praktisch mit dem Einschalten beziehungsweise dem Beginn der Rechnung des Analogrechners angezeigt.

Gewaltige Vorteile

Während die Programmiersprachen von digital arbeitenden Computern mittlerweile oft über ausgefeilte Methoden verfügen, um alle möglichen Programmmängel abzufangen, sind derartige Dinge einem Analogrechner fremd. Hier können keine Fehler durch das falsche Setzen von Variablen, eine zu geringe Zuweisung von Speicherplatz oder das Durchlaufen einer ungewollten Endlosschleife passieren. Noch nicht einmal ein Betriebssystem ist nötig, damit Analogrechner zum Leben erwachen. Vielmehr kann sich der User ganz mit derjenigen Formel befassen, die er zur Lösung einer Aufgabe benötigt.

Diese Formel wird nicht per Tastatur und Programmiersprache in einen RAM-Speicher geladen. Vielmehr wird aus dem Analogrechner ein Spezialrechner gemacht, der sich mit ganzer Kraft einem ganz bestimmten Problem widmet. Dies geschieht durch Kabel, die die einzelnen Module des Analogrechners untereinander verbinden. Diese Module können addieren, integrieren und multiplizieren, entsprechen – grob gesagt – Makros in Programmen herkömmlicher Computer, die, entsprechend programmiert, übergebene Werte entsprechend behandeln und das Ergebnis weiterreichen.

Der Unterschied ist, dass digital arbeitende Computer das Ergebnis in Binärform ausgeben, während analog arbeitende Rechner Spannungspegel weiterreichen. Soll beispielsweise die Rechenaufgabe 2+3 gelöst werden, so wird ein digital arbeitender Computer die beiden Dezimalzahlen zunächst in ihre Binärform (10 beziehungsweise 11) umwandeln, diese anschließend addieren (10 + 11 = 101) und das Ergebnis wieder in eine Dezimalzahl (101 = 5) umwandeln, damit es für Menschen einfach lesbar ist.

Analog arbeitende Rechner hingegen werden zur Lösung dieser Rechenaufgabe derart verdrahtet, dass zwei über Potenziometer regelbare Spannungsquellen über je ein Kabel an einen Addierer angeschlossen werden. Nach dem Einschalten des Rechners werden die beiden Potenziometer derart eingestellt, dass an der einen Buchse eine Spannung von 0,2 Volt, an der anderen eine Spannung von 0,3 Volt anliegt. Der Addierer sorgt nun dafür, dass beide Spannungen zu einer einzigen Ausgangsspannung vereint werden.

Diese kann über ein Oszilloskop sichtbar gemacht werden und dort der Spannungspegel von 0,5 Volt abgelesen werden. Alternativ ist es möglich, ein Multimeter oder einen Analog-Digitalwandler an den Ausgang des Adddieres anzuschließen und dort den Spannungswert abzulesen. Selbstverständlich ist es für User aus der Digitalwelt hindernisreich, in die analog arbeitende Welt einzutauchen, da die Handhabung dieser Rechner wenig komfortabel ist. Es gibt keine Maus, keine gewohnte Tastatur und schon gar keinen hochauflösenden Bildschirm, um Ergebnisse ansprechend darzustellen.

Doch diese Probleme sind lösbar, wenn man Analogrechner und Digitalrechner zu sogenannten Hybridrechner kombiniert. Damit wäre eine Computergeneration zu schaffen, die in Sachen Rechengeschwindigkeit alles in den Schatten stellt, was bisher zu kaufen ist. Eine größere Hürde auf dem Weg dorthin stellt die Verkabelung der einzelnen Rechenmodule der Analogrechner dar, die nicht mehr von Hand, sondern automatisch geschehen sollte.

Wenn diese Hürde genommen ist, stünden Rechner zur Verfügung, die über die Rechenkraft von Analogrechnern verfügen und zudem den Komfort heutiger Digitalrechner bieten würden. Dass sich derartige Überlegungen sehr lohnen, zeigen die Leistungen der damals in der Industrie eingesetzten Analogrechner. Mühelos waren diese in der Lage, Raketenflüge zu simulieren, die Tauglichkeit der Mondlandefähre zu überprüfen und beispielsweise auch halfen, das Design des Senkrechtstarters DO31 zu entwickeln.

Lohn dieser Bemühungen wäre auch, dass die Programmierung derartiger Rechner um Klassen einfacher wäre, da Formeln zur Berechnung nicht mehr in Unterprogramme gesteckt werden müssten, um nach zahllosen Iterations-Durchläufen ans Rechenziel zu kommen. Vielmehr könnten Formeln am Bildschirm nach Art eines Lego-Baukastens zusammengefügt werden, während die „Verdrahtung“ ohne menschliches Zutun im noch zu entwickelnden Blackbox-Rechenbrett erfolgt. Durch den Wegfall der zahllosen Buchsen für die herkömmliche Verkabelung von Analogrechnern könnten diese drastisch verkleinert werden. Vermutlich hätten alle Komponenten in einem modernen PC-Tower-Gehäuse Platz. Noch kleinere Rechner sind nur denkbar, wenn auch die nötigen Präzisionspotenziometer kleiner werden, schließlich sind diese für die Rechengenauigkeit eine entscheidende Komponente.

Rechner mit Zukunft

An der Notwendigkeit derartiger Rechner besteht kein Zweifel, schließlich empfehlen sich diese nicht nur für die Entwicklung technischer Produkte, sondern haben gerade auch zur Simulation von komplizierten dynamischen Prozessen viel zu bieten. In diesem Bereich sorgen Analogrechner, im Gegensatz zu digital arbeitenden Computern, stets für realistische Lösungen, während die Lösungen, die mit Digitalrechnern berechnet wurden, mitunter fragwürdig oder gar falsch sein können.

Entscheidend für stimmige Lösungen sind in jedem Fall korrekte Formeln, die den Weg zur Lösung des Problems beschreiben. Beispielsweise ist eine Simulation des Erdklimas über viele Jahre auch nicht mit einem noch so ausgereiften Analogrechner möglich, ganz zu schweigen von einem digital arbeitenden Großrechner, da es für derartige Berechnungen keine geschlossenen Formeln gibt und auch nie geben wird, da das Erdklima ein viel zu komplexes chaotisches System ist.

Chaotische Systeme lassen sich zwar berechnen, nicht jedoch vorhersagen, somit sind anders lautende Aussagen durchaus bemühter Wissenschaftler hinsichtlich des in einigen Jahren zu erwartenden Erdklimas irreführend. Schon das relativ einfache Modell eines Doppelpendels – ein Beispiel für ein nichtlineares dynamisches System – zeigt, dass nach dem Start jedes Mal ein anderes Verhalten des Doppelpendels zu beobachten ist, obwohl sich am Pendel oder dessen Rahmenbedingungen nur mikroskopische und oftmals nicht messbare Änderungen ergeben haben.

Wer sich nun vor Augen hält, welche ungeheuere Zahl wechselwirkender Objekte es auf der Erde und im Weltraum gibt, kann ermessen, dass die Aussagekraft eines IPCC hinsichtlich des künftigen Erdklimas genau Null ist.

Das schmälert nicht im Geringsten den Nutzen moderner Analogrechner für die Entwicklung technischer Produkte, da deren Bauteile physikalischen Gesetzen gehorchen, die als Modelle für die Lösung von Fragestellungen verwendet werden können. Sie eignen sich damit vorzüglich, eine Entwicklung in extrem kurzer Zeit abzuschließen und mit einem neuen Produkt weit vor der mit herkömmlichen Rechnern arbeitenden Konkurrenz auf dem Markt zu sein. Und Kaufleute wissen, was es bedeutet, der Konkurrenz weit voraus zu sein: der Return off Investment erreicht ganz neue Höhen.

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Diesen Artikel finden Sie auch in Heft 4/2019 auf Seite 58. Zum besagten Heft führt ein Klick auf den nachfolgenden Button!

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