Das Circuit Navigation System als Technologietreiber

Technische Neuerungen vereinfachen die Arbeit

Das Arbeitsweise der Menschheit wurde bisher drei mal revolutioniert:

Als erstes in der neolithischen Revolution, in welcher die Menschheit sesshaft wurde, und begann Ackerbau zu betreiben anstatt Beeren zu sammeln.

Als zweites durch die Mechanisierung. Die mechanisierten Geräte liefern bis dahin ungekannte gewaltige Kräfte. Wer sie nutzt, muss nicht mehr mühsam selber diese Kraft von Hand aufbringen.

Doch die mechanisierten Geräte waren noch nicht in der Lage, komplizierte Bewegungsabläufe zu vollziehen oder Entscheidungen zu treffen.

Das änderte sich mit der dritten technologischen Revolution, der Automatisierung. Automatisierte Geräte liefern nicht nur die Kraft, sondern steuern selbstständig. Sie nehmen dem Benutzer weitere Arbeiten ab.

Landwirtschaftliche Arbeit ist ein oft verwendetes Beispiel für die fortschreitende Entwicklung. Zu Beginn war sie von manueller Arbeit geprägt. Die Einzelnen Arbeiten können in dieser spätmittelalterlichen Malerei betrachtet werden.

Mit der Zeit kamen mechanisierte Geräte auf, welche die Arbeit zum Teil übernehmen

Im Beispiel der industriellen Fertigung ist das Sinnbild der Automatisierung die speicherprogrammierbare Steuerung. Sie steuert heutzutage Produktionsanlagen aller Art.

Landwirtschaftliche Arbeit ist ein oft verwendetes Beispiel für die fortschreitende Entwicklung. Zu Beginn war sie von manueller Arbeit geprägt. Die Einzelnen Arbeiten können in dieser spätmittelalterlichen Malerei betrachtet werden.

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Die ersten Hochkulturen stellten die Arbeitsweise um, ohne dass Elektrizität eine Rolle spielte.

In der Mechanisierung spielten Elektromotoren eine Rolle, ...

Damit wachsen die Anforderungen an die tägliche Arbeit der Elektroingenieure.

Die ersten Hochkulturen stellten die Arbeitsweise um, ohne dass Elektrizität eine Rolle spielte.

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Bedeutung der Elektrotechnik

Die Elektrotechnik wird bei mit der Zeit immer wichtiger: Bei der neolithischen Revolution spielte sie noch keine Rolle. Bei der Mechanisierung war sie in Form von Elektromotoren eine von vielen Technologien. Bei der Automatisierung waren Computerchip, Speicherprogrammierbare Steuerungen und Sensoren die zentralen Komponenten, aus welcher der Fortschritt gebaut wurde.

Dieser Fortschritt wird in wachsendem Anteil von Elektroingenieuren gebracht. Dafür entwerfen sie immer grössere Schaltungen und führen immer aufwändigere Analysen durch.

Allem Fortschritt zum Trotz müssen sie selbst ihre Arbeit weitgehend manuell erledigen.

Arbeitsschritte des Elektroingenieurs - derzeit

Die Arbeit des Elektroingenieurs besteht darin, Dokumentation zu lesen, Schaltungen zu analysieren, sie zu verbessern und das Ergebnis zu dokumentieren, siehe hier.

In jeder Schaltplan-Analyse führt er fünf Schritte durch:

1. Messwerte erfassen,

2. Messwerte darstellen

3. Darstellungen den Bauteilen zuordnen

4. Zusammenhänge suchen

5. Funktionsprinzip erkennen

Zwar haben wir heutzutage Oszilloskope zur Verfügung, dank welcher wir die Schritte 1 und 2 weitgehend automatisiert haben, doch die Schritte 3,4 und 5 müssen wir immernoch durch menschliche Gedankenleistung durchführen, ohne durch Geräte unterstützt zu werden.

Um 1900 hatten Elektrotechniker Voltmeter und Amperemeter zur Verfügung.

Damit haben sie Messreihen gemessen, und die Messreihen zu Kurvenverläufen gezeichnet.

Dazu muss er die zu den Kurven gehörenden Bauteile suchen. Das führt in aufwändigeren Schaltungen zu tagelanger manueller Arbeit, siehe Link:

Um 1900 hatten Elektrotechniker Voltmeter und Amperemeter zur Verfügung.

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Arbeitsschritte des Elektroingenieurs - in Zukunft

Ein Video mit dem CNS zu erstellen ist einfach. Das schwierigste, ist die Schaltung zu erstellen. Hier ein Funktionsgenerator erstellt in KiCad

Öffnen Sie das CNS

... wird die Simulation durchgeführt und schon haben Sie die Animation im CNS! Sie können diese Animation auch als Video ausgeben, siehe https://youtu.be/EvZYZc4WSKM

Ein Video mit dem CNS zu erstellen ist einfach. Das schwierigste, ist die Schaltung zu erstellen. Hier ein Funktionsgenerator erstellt in KiCad

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Dabei können Rechenmaschinen mit dem Circuit Navigation System den Arbeitsschritt 3 automatisch, zuverlässig und in kurzer Zeit durchführen, während der Mensch dafür lange braucht und sich dabei leicht verwirren lässt.

Die Schritte 4 und 5 können Maschinen zwar nicht automatisch durchführen. Doch mit dem CirNavSys muss der Benutzer in Schritt 4 keine Kurven mit einander vergleichen, sondern kann in der Ausgabe selbst die Zusammenhänge leichter finden.  Und er kann mit der integrierten Darstellung des CirNavSys das Funktionsprizip direkt erkennen, weil alle Ströme und Spannungen intuitiv verständlich aufbereitet und dargestellt werden.

Anders ausgedrückt, er wird in den Schritten 4 und 5 vom CirNavSys unterstützt.

Beispiele, wie Zusammenhänge in Schaltungen und das Funktionsprinzip der jeweiligen Schaltungen mit dem CirNavSys leicht erkannt werden können, finden Sie in den Beispiel-Schaltungen auf dieser Website und in den Lehrvideos des zugehörigen youtube-Kanals.

Automatisierte Arbeit für den Elektrotechniker

Der Anteil der manuellen Arbeit in verschiedenen Tätigkeiten wird in den folgenden Tabellen dargestellt. Darin ist ein Arbeitsschritt...

...rot markiert, wenn er manuell durchgeführt wird,

...gelb markiert, wenn er zwar manuell durchgeführt wird, aber die Technik dabei unterstützt

...grün markiert, wenn er automatisch durchgeführt wird.

Arbeitsschritte zum Verstehen einer Schaltung
Arbeitsschritte zum Verstehen einer Schaltung

Um eine Schaltung zu analysieren, muss man fünf Schritte durchführen. Hier ist der Anteil der manuellen Arbeit in diesen fünf Schritten dargestellt.

Kreislauf des Ingenieurwesens
Kreislauf des Ingenieurwesens

Die tägliche Arbeit des Elektro-Ingenieurs besteht aus: 1.Dokumentation lesen, 2. Schaltung analysieren, 3 Schaltung verbessern, 4. verbessertes System dokumentieren.

Zeitliche Übersicht
Zeitliche Übersicht

Die Arbeit des Elektroingenieurs wird auf absehbare Zeit nicht annähernd so weit automatisiert werden können, wie die Arbeit des Landwirtes. Wie weit sie in Zukunft automatisiert wird, wird sich zeigen.

Arbeitsschritte zum Verstehen einer Schaltung
Arbeitsschritte zum Verstehen einer Schaltung

Um eine Schaltung zu analysieren, muss man fünf Schritte durchführen. Hier ist der Anteil der manuellen Arbeit in diesen fünf Schritten dargestellt.

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Schlussfolgerung, Ausblick

Durch das Circuit Navigation System wird die Arbeit, welche für die Automatisierung zuständig ist, selbst automatisiert und besser durch Maschinen unterstützt als dies bisher möglich war. Die Zukunft wird zeigen, wie sich die selbst automatisierte Automatisierung auf die tägliche Arbeit der Elektroingenieure direkt und aller anderen Berufe indirekt auswirkt.

Eine mögliche Auswirkung ist, dass Elektroingenieure in Zukunft mehr Zeit für die Optimierung der Schaltungen zur Verfügung haben, und damit mehr Optimierungen durchführen können. Das kann sich wiederum auf die Arbeits- und Lebensweise aller anderen Menschen uaswirken, weil sie dann früher bessere Geräte erhalten.

Quellen

Simon Bening: Labors of the month - September
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e3/Simon_Bening_-_September.jpg
License=public domain

Adriance_reaper,_19th_century_illustration.jpg
https://en.wikipedia.org/wiki/Reaper#/media/
Date=1.Jan.1889
Image=Adriance-Getreidemaeher
License=Public Domain

Jesster79: A modern John Deere 8110 Farm Tractor using a chisel plough
https://en.wikipedia.org/wiki/Plough#/media/File:JDTractor_chisel-plough.jpg
License=CC-BY-SA 3.0 http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/

Harvesting wheat Regional Research Station Hermitage November 1955
Author=Queensland State Archives
License=public domain
https://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Sunshine_combine_harvesters#/media/File:Queensland_State_Archives_1811_Harvesting_wheat_Regional_Research_Station_Hermitage_November_1955.png

Zeichnung einer göpelbetriebenen Dreschmaschine aus einem technischen Lexikon des Jahres 1881 (gemeinfrei)
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Batteuse_1881.jpg

 Bildausschnitt aus: Bundesarchiv, Bild 183-20293-0003 / CC-BY-SA 3.0
 https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bundesarchiv_Bild_183-20293-0003,_Radeberg,_Aufladen_von_Strohballen.jpg

Two_men_threshing_sheaf: CC0
https://fr.wikipedia.org/wiki/Battage_(agriculture)#/media/Fichier:Two_men_threshing_sheaf_-_Luttrell_Psalter_(c.1325-1335),_f.74v_-_BL_Add_MS_42130_(cropped).jpg

Mahlum: Schlepper mit Anbau-Drillmaschine
License=gemeinfrei
https://de.wikipedia.org/wiki/Drillsaat#/media/Datei:Sowing_machine_Nordsten.jpg

Jiří Komárek: Kombajn New Holland TX68 seče pole mezi Slatinkami a Lípami, okres Prostějov
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kombajn_New_Holland_TX68_se%C4%8De_pole_mezi_Slatinkami_a_L%C3%ADpami,_okres_Prost%C4%9Bjov.jpg?uselang=fr
License = CC-BY-SA-4.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.fr

Laurits Andersen Ring - Statens Museum for Kunst (Danish State Museum of Art)
License = CC-BY-1.0 https://creativecommons.org/licenses/by/1.0
https://commons.wikimedia.org/wiki/Category:I_h%C3%B8st?uselang=de#/media/File:L.A.Ring_Harvest.jpg

Ausschnitte aus: Landscape_with_a_Harvest_Scene - um etwa 1800 (gemeinfrei)
(Original artist is unknown)
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:French_School_-_Landscape_with_a_Harvest_Scene_-_1449049_-_National_Trust.jpg

Hinrich:Zeitersparnis durch Abtanken während der Fahrt:  
License = CC-BY-SA-2.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/de/deed.en
https://de.wikipedia.org/wiki/M%C3%A4hdrescher#/media/Datei:Jd9880sts-abtanken.jpg

Rafal Rygielski: Schaltschrank mit typischen Komponenten der Automatisierungstechnik (hier: Prozessleitsystem in Einbusarchitektur der Emerson Electric Company „DeltaV“)
Link = https://de.wikipedia.org/wiki/Automatisierungstechnik#/media/Datei:DCS_DeltaV.png
License = Free Art License http://artlibre.org/licence/lal/en

„Magnetelektrische Maschinen“ I um 1890 - gemeinfrei
https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromotor#/media/Datei:Meyers_b11_s0078a.jpg

MAN Dampfmaschine
Author = Aliquis507
available under two licenses from https://commons.wikimedia.org/wiki/File:MAN_Dampfmaschine.jpg
License1 =  GNU Free Documentation License, Version 1.2 https://en.wikipedia.org/wiki/en:GNU_Free_Documentation_License
License2 =  Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en

Cutaway view of a V-6 engine
Date     24 October 2006 (original upload date)
Author     Swaroopvarma at English Wikipedia
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/10/IC_engine.JPG/480px-IC_engine.JPG
License=Public domain

Bipolar junction transistor (BJT)
https://en.wikipedia.org/wiki/Computer#/media/File:Transistor-die-KSY34.jpg
Uploaded: 30 December 2005
License=Public Domain
File:Transistor-die-KSY34.jpg

Ausschnitt aus: Wosch21149: Philips CAN-Mikrocontroller P87CE598 (80C51-Familie), vor dem endgültigen Stanzen der Anschlüsse
CC BY-SA 3.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0
File:87CE598.JPG
https://de.wikipedia.org/wiki/Mikrocontroller#/media/Datei:87CE598.JPG

PIC18F8720 Mikrocontroller in einem 80-pin-TQFP-Gehäuse
https://de.wikipedia.org/wiki/Mikrocontroller#/media/Datei:PIC18F8720.jpg
License=Gemeinfrei
File:PIC18F8720.jpg

 


Automation of foundry with robot  - gemeinfrei
Description = Factory Automation with industrial robots for metal die casting in foundry industry, robotics in metal manufacturing
Date = 2003
Source = KUKA Roboter GmbH, Zugspitzstraße 140, D-86165 Augsburg, Germany, Dep. Marketing, Mr. Andreas Bauer, http://www.kuka-robotics.com
Author = KUKA Roboter GmbH, Bachmann
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Automation_of_foundry_with_robot.jpg

Stefan Flöper / Wikimedia Commons
Historische Spannungs- und Strommesser (um 1920) im Museum der Stadt Lennestadt
https://de.wikipedia.org/wiki/Strommessger%C3%A4t#/media/Datei:Spannungs-_und_Strommesser.jpg
License=CC BY-SA 4.0  https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0
File=Spannungs- und Strommesser.jpg
Date=28.Sept2006

Losch :  Oszilloskop Hameg HM 207 ca. von 1974
Lizenz: geforderte Namensnennung des Authors und Urhebers "Losch"
Urheber: Losch in der Wikipedia auf Deutsch
Author:  Losch in der Wikipedia auf Deutsch
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Oscilloscope_HM_207_IMG_2824.jpg?uselang=de

Modernes Speicheroszilloskop von Agilent (MSO6054A) mit integriertem Spektrumanalysator/Logikanalysator 500Mhz Bandbreite
Photograph=Björn Heller
License = CC BY-SA 2.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/de/deed.en
File=Modernes Speicheroszilloskop.jpg
Date= 19. April 2008
https://de.wikipedia.org/wiki/Oszilloskop#/media/Datei:Modernes_Speicheroszilloskop.jpg

Hannes Grobe : Moving-vane ammeter
License = CC-BY-3.0 https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/deed.en
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/3d/Amperemeter_hg.jpg/443px-Amperemeter_hg.jpg

Arphotog:Tektronix TDS 360 digital Oscilloscope.
License = CC-BY-SA-4.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.en
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/5e/Tektronix_Model_360_Oscilloscope.jpg/320px-Tektronix_Model_360_Oscilloscope.jpg

Ausschnitt aus:Tobias Radeskog: Tastkopf mit Prüfspitze im Einsatz (gemeinfrei)
https://de.wikipedia.org/wiki/Tastkopf#/media/Datei:ScopeProbe.JPG

B.Sessler: Manuelle Zeichnung von Strom-Spannungskurven
License=gemeinfrei

B.Sessler: Manuelle Zeichnung einer Schaltungaus Spannungsquelle, Resistor und Z-Diode
License=gemeinfrei

B.Sessler: Screenshot eines Dreieck-Rechteck-Generator in KiCad-Eeschema
License=gemeinfrei

B.Sessler: Screenshot des Simulations-Auswahl-Dialogfensters des Circuit Navigation System
License=gemeinfrei

B.Sessler: Dioden-Gleichrichter im Aqueduct Model des Circuit Navigation System
License=gemeinfrei

B.Sessler: Dreieck-Rechteck-Generator im Aqueduct Model des Circuit Navigation System
License=gemeinfrei

B.Sessler: Kreislauf des Ingenieurwesens (gemeinfrei)

B.Sessler: Bilderserie aus sechs Bildern: Erstellung einer Animation des simulierten Spannungs- und Stromverlaufs eines Dreieck-Rechteck-Generators mittels KiCad EEschema und dem Circuit Navigation System
License=gemeinfrei

oscillografo a raggi catodici per uso didattico - Modello Leybold 575 15 B.
(costruttore): E. Leybold's Nachfolger AG
Lizenz= BY-SA 4.0, siehe https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.de
Author/Fotograph= Catalogo collezioni (in it). Museoscienza.org. Museo nazionale della scienza e della tecnologia Leonardo da Vinci, Milano.
link1= http://www.museoscienza.org/dipartimenti/catalogo_collezioni/scheda_oggetto.asp?idk_in=ST110-00241
link2= https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Oscillografo_a_raggi_catodici_per_uso_didattico_-_Museo_scienza_tecnologia_Milano_11242.jpg?uselang=de

Cloudo: The Front Panel of a standard Oscilloscop
License = CC0 (gemeinfrei)
https://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Oscilloscopes?uselang=de#/media/File:Oscilloscope_Clean.svg