Excel + VBA für Ingenieure: Programmieren erlernen und technische Fragestellungen lösen

358 Pages·2017·11.73 MB·German

by  Harald Nahrstedt (auth.)

Harald Nahrstedt
Excel + VBA
für Ingenieure
Programmieren erlernen
und technische Fragestellungen lösen
5. Auflage
Excel + VBA für Ingenieure
Harald Nahrstedt
Excel + VBA für Ingenieure
Programmieren erlernen und technische
Fragestellungen lösen
5. Auflage
HaraldNahrstedt
Möhnesee,Deutschland
ISBN978-3-658-17698-3 ISBN978-3-658-17699-0(eBook)
DOI10.1007/978-3-658-17699-0
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V
Vorwort zur 5. Auflage
Warum dieses Buch
Jeder Anwender eines Office-Pakets, bzw. einer Anwendung daraus, bekommt ohne zusätzli-
che Anschaffungskosten eine Entwicklungsumgebung für VBA (Visual Basic for Application).
Von allen Office-Anwendungen wird insbesondere die Anwendung Excel im Ingenieurbereich
vielfach eingesetzt, oft auch ohne Kenntnisse der Entwicklungsmöglichkeiten. Sie hat sich, so
wie es die Werkzeuge Bleistift und Rechenschieber auch einmal geschafft haben, einen festen
Platz als Arbeitswerkzeug im Ingenieurwesen, und nicht nur dort, erobert. Was liegt also näher,
die Möglichkeiten von VBA unter Excel an Beispielen aus der Praxis darzustellen. Ziel dieses
Buches ist es, sowohl dem Ingenieurstudenten als auch dem praktizierenden Ingenieur Wege
und Möglichkeiten der Entwicklung eigener Programme zu zeigen. Die dargestellten Beispiele
können mit den vermittelten Kenntnissen aus diesem Buch weiter ausgebaut und den vorhan-
denen Praxisproblemen angepasst werden. Hilfen dazu befinden sich auch auf meiner Website.
Mit dieser inzwischen fünften Auflage bestätigt sich dieses Konzept.
Versionen
Die erste Auflage wurde mit der Version Microsoft Office Excel 2002 begonnen und mit der
Version Microsoft Office Excel 2003 beendet. Die zweite und dritte Auflage wurden mit der
Office Version 2007 erstellt. Der vierten Auflage lag die Version 2010 zugrunde. Diese Aufla-
ge wurde mit der Version 2016 überarbeitet und ergänzt. Ich übernehme keine Haftung für
Folgen die sich aus dem Einsatz der Programmcodes ergeben.
Zum Aufbau
Das erste Kapitel gibt eine Einführung in VBA, in die Handhabung der Entwicklungs-
umgebung und ist auch für Autodidakten gut geeignet. In den nachfolgenden fünfzehn Kapiteln
finden Sie ausgesuchte Anwendungsbeispiele aus verschiedenen Ingenieurbereichen. Neben
einer grundlegenden Einführung in das jeweilige Thema, werden die Schritte von der Erstel-
lung des Algorithmus bis zur Anwendung anschaulich wiedergegeben. Einzelne Kapitel wur-
den teilweise ergänzt und ein weiteres Kapitel Projektmanagement kam hinzu. Auf meiner
Homepage werden weitere Bereiche, Anwendungen und Hinweise laufend ergänzt.
Danksagung
Ich danke all denen im Hause Springer-Vieweg, die stets im Hintergrund wirkend, zum Gelin-
gen dieses Buches beigetragen haben. Ein besonderer Dank gilt dem Lektorat Maschinenbau
und seinem Cheflektor Thomas Zipsner, der mir geduldig mit vielen wichtigen und richtigen
Ratschlägen in allen fünf Auflagen half, den für den Leser richtigen Weg einzuschlagen.
An den Leser
Dieses Buch soll auch zum Dialog zwischen Autor und Leser auffordern. Daher finden Sie
sowohl auf der Homepage des Verlages www.springer-vieweg.de, wie auch auf der Homepage
des Autors www.harald-nahrstedt.de ein Forum für ergänzende Programme, Anregungen und
Kommentare.

Möhnesee, März 2017 Harald Nahrstedt
VII
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung in VBA ..................................................................................................... 1
1.1 Die VBA Entwicklungsumgebung ........................................................................ 1
1.1.1 Der Visual Basic-Editor .............................................................................. 2
1.1.2 Projekt und Projekt-Explorer ...................................................................... 3
1.1.3 Der Objektkatalog ...................................................................................... 4
1.1.4 Das Eigenschaftsfenster .............................................................................. 4
1.1.5 Die Direkt-, Lokal- und Überwachungsfenster ........................................... 5
1.2 Objekte, Anwendungen, Formulare und Module ................................................... 5
1.2.1 Objekte, allgemein ...................................................................................... 5
1.2.2 Anwendungen und Makros ......................................................................... 8
1.2.3 Steuerelemente in Anwendungen ............................................................... 10
1.2.4 Formulare und Steuerelemente ................................................................... 11
1.2.5 Module ........................................................................................................ 16
1.3 Die Syntax von VBA ............................................................................................. 16
1.3.1 Konventionen ............................................................................................. 16
1.3.2 Prozeduren und Funktionen ........................................................................ 17
1.3.3 Datentypen für Konstante und Variable ..................................................... 17
1.3.4 Parameterlisten ........................................................................................... 19
1.3.5 Benutzerdefinierte Aufzähl-Variable .......................................................... 21
1.3.6 Benutzerdefinierte Datentypen ................................................................... 21
1.3.7 Operatoren und Standardfunktionen ........................................................... 22
1.3.8 Strukturen für Prozedurabläufe ................................................................... 24
1.3.9 Geltungsbereiche ........................................................................................ 26
1.3.10 Fehlerbehandlung in Prozeduren ................................................................ 26
1.4 Algorithmen und ihre Darstellung ......................................................................... 27
1.4.1 Der Algorithmus ......................................................................................... 27
1.4.2 Top-Down-Design ...................................................................................... 29
1.4.3 Flussdiagramm ........................................................................................... 29
1.4.4 Struktogramm ............................................................................................. 31
1.4.5 Aktivitätsdiagramm .................................................................................... 32
1.5 Objekte unter Excel ............................................................................................... 35
1.5.1 Application-Objekt ..................................................................................... 36
1.5.2 Workbook-Objekte ..................................................................................... 37
1.5.3 Worksheet-Objekte ..................................................................................... 38
1.5.4 Range-Objekte ............................................................................................ 40
1.5.5 Zeilen und Spalten ...................................................................................... 40
VIII Inhaltsverzeichnis
1.5.6 Zellen und Zellbereiche .............................................................................. 41
1.5.7 Objektvariable ............................................................................................ 44
1.6 Eigene Klassen und Objekte .................................................................................. 45
1.6.1 Klassendiagramm ....................................................................................... 45
1.6.2 Sequenzdiagramm ...................................................................................... 47
1.6.3 Definition einer Klasse ............................................................................... 48
1.6.4 Konstruktor und Destruktor ........................................................................ 49
1.6.5 Instanziierung von Objekten ....................................................................... 49
1.6.6 Das Arbeiten mit Objekten ......................................................................... 51
1.6.7 Objektlisten ................................................................................................ 56
1.6.8 Vererbung ................................................................................................... 60
1.6.9 Events und eigene Objekte ......................................................................... 61
1.7 Aktionen unter Excel ............................................................................................. 65
1.7.1 Neue Excel-Anwendung starten ................................................................. 65
1.7.2 Der Excel-Anwendung einen Namen geben ............................................... 66
1.7.3 Dem Excel-Arbeitsblatt (Tabelle) einen Namen geben .............................. 66
1.7.4 In der Excel-Anwendung ein neues Arbeitsblatt anlegen ........................... 67
1.7.5 Dem Projekt und dem Arbeitsblatt einen Namen geben ............................. 67
1.7.6 Prozeduren mit Haltepunkten testen ........................................................... 68
1.7.7 Codefenster teilen ....................................................................................... 68
1.7.8 Symbolleiste für den Schnellzugriff ergänzen ............................................ 69
1.7.9 Makros aus dem Menübereich Add-In aufrufen ......................................... 71
1.7.10 Berechnungsprozeduren als Add-In nutzen ................................................ 74
1.7.11 Eigene Funktionen schreiben und pflegen .................................................. 74
1.7.12 Zugriff auf die Objekte des aktiven VBA-Projekts .................................... 76
1.8 Hilfsprozeduren ..................................................................................................... 78
1.8.1 Listenfeld mit mehreren Spalten ................................................................. 78
1.8.2 Die ShowModal-Eigenschaft eines Formulars ........................................... 80
1.8.3 DoEvents einsetzen .................................................................................... 81
1.8.4 Wartezeiten in Prozeduren planen .............................................................. 83
1.8.5 Zyklische Jobs konstruieren ....................................................................... 84
1.8.6 Informationen zum Datentyp ...................................................................... 85
2 Berechnungen aus der Statik ....................................................................................... 86
2.1 Kräfte im Raum ..................................................................................................... 86
2.2 Kräfte in Tragwerken ............................................................................................. 93
2.3 Biegeträger ............................................................................................................. 104
3 Berechnungen aus der Dynamik .................................................................................. 112
3.1 Massenträgheitsmomente ....................................................................................... 112
3.2 Mechanische Schwingungen .................................................................................. 123
Inhaltsverzeichnis IX
4 Festigkeitsberechnungen .............................................................................................. 130
4.1 Hauptspannungen eines zusammengesetzten Biegeträgers .................................... 130
4.2 Die Anwendung der Monte-Carlo-Methode auf ein Biegeproblem ....................... 136
4.3 Objektorientiertes Bestimmungssystem ................................................................. 140
4.3.1 Klassen und ihre Objekte ............................................................................ 140
4.3.2 Polymorphie ............................................................................................... 151
4.3.3 Vererbung ................................................................................................... 159
5 Berechnungen von Maschinenelementen .................................................................... 164
5.1 Volumenberechnung nach finiten Elementen ........................................................ 164
5.2 Durchbiegung von Achsen und Wellen ................................................................. 167
6 Technische Statistik und Wahrscheinlichkeitsrechnung ........................................... 185
6.1 Gleichverteilung und Klassen ................................................................................ 185
6.2 Normalverteilung ................................................................................................... 190
6.3 Probabilistische Simulation ................................................................................... 196
7 Wirtschaftliche Berechnungen .................................................................................... 200
7.1 Maschinenbelegung nach Johnson ......................................................................... 200
7.2 Optimale Losgröße ................................................................................................ 204
8 Berechnungen aus der Strömungslehre ...................................................................... 213
8.1 Rotation von Flüssigkeiten .................................................................................... 213
8.2 Laminare Strömung in zylindrischen Rohren ........................................................ 217
9 Berechnungen aus der Thermodynamik ..................................................................... 223
9.1 Nichtstationäre Wärmeströmung durch eine Wand ............................................... 223
9.2 Der Carnot’sche Kreisprozess für ideale Gase ....................................................... 233
9.2.1 Allgemeine Zustandsgleichung für Gase und Gasgemische ....................... 233
9.2.2 Isochore Zustandsänderung ........................................................................ 234
9.2.3 Isobare Zustandsänderung .......................................................................... 235
9.2.4 Isotherme Zustandsänderung ...................................................................... 235
9.2.5 Adiabatische Zustandsänderung ................................................................. 236
9.2.6 Der Carnot’sche Kreisprozess .................................................................... 237
10 Berechnungen aus der Elektrotechnik ........................................................................ 242
10.1 Spannungen und Ströme in Gleichstromleitungen ................................................. 242
10.2 Rechnen mit komplexen Zahlen ............................................................................ 246
10.3 Gesamtwiderstand einer Wechselstromschaltung .................................................. 251
11 Berechnungen aus der Regelungstechnik ................................................................... 254
11.1 Der PID-Regler ...................................................................................................... 254
11.2 Fuzzy-Regler .......................................................................................................... 265
X Inhaltsverzeichnis
12 Berechnungen aus der Fertigungstechnik .................................................................. 274
12.1 Stauchen – eine spanlose Formgebung .................................................................. 274
12.2 Drehen – eine spanende Formgebung .................................................................... 280
12.3 Die belastungsoptimale Pressverbindung .............................................................. 283
13 Berechnungen aus der Antriebstechnik ...................................................................... 291
13.1 Ermittlung der Zahnflankentragfähigkeit geradverzahnter Stirnräder ................... 291
13.2 Lagerreaktionen beim Schneckengetriebe ............................................................. 296
14 Technische Dokumentation mit Excel ......................................................................... 304
14.1 Aufteilung von Informationen ............................................................................... 304
14.2 Beziehungen zwischen Informationen ................................................................... 306
14.3 Verknüpfungen mit Objekten ................................................................................ 307
14.4 Technische Darstellungen ...................................................................................... 308
14.5 Visualisierung von Daten ....................................................................................... 309
14.5.1 Das Steuerelement TreeView Control ........................................................ 309
14.5.2 HTML ......................................................................................................... 314
14.5.3 XML ........................................................................................................... 317
15 Animationen .................................................................................................................. 323
15.1 Shape-Bewegungen als Grundlage ........................................................................ 323
15.2 Ein Zylinder-Modell .............................................................................................. 325
15.3 Ein Motor-Modell .................................................................................................. 326
16 Projektmanagement ...................................................................................................... 330
16.1 Ein Portfolio erstellen ............................................................................................ 330
16.2 Kriterien-Gewichtungsverfahren ........................................................................... 332
16.3 Vergleich von Plan- und Istwerten im Wasserfalldiagramm ................................. 336
16.4 Entscheidungen nach dem Pareto-Prinzip treffen .................................................. 338
16.5 Mit Treemap zur Mustererkennung ....................................................................... 341
Literaturverzeichnis ........................................................................................................... 343
Sachwortverzeichnis Technik ............................................................................................ 345
Sachwortverzeichnis Excel + VBA .................................................................................... 348
1
1 Einführung in VBA
VBA wurde ursprünglich entwickelt, um Anwendungen (Applications) unter Office
anzupassen. Solche Anwendungen sind Word, Excel, Access, Outlook, u. a. Und darin liegt die
Einschränkung. Im Gegensatz zu Visual Basic, lässt sich Visual Basic for Application nur in
einer solchen Anwendung nutzen. Doch VBA ist noch viel mehr als nur eine einfache
Programmiersprache. VBA besitzt nicht nur eine Entwicklungsumgebung (IDE = Integrated
Development Environment), sondern ermöglicht auch eine objektorientierte Programmierung.
Zusätzliche Werkzeuge erlauben das Testen und Optimieren von Prozeduren.
1.1 Die VBA Entwicklungsumgebung
Zu allen Office-Anwendungen ist also eine zusätzliche weitere Anwendung, die IDE,
vorhanden (Bild 1-1).

Bild 1-1
Anwendungen und
Visual Basic-Editor

Der Zugang zur IDE erfolgt über die Registerkarte Entwicklertools, die nach der Installation
von Excel nicht freigeschaltet ist. Die Freischaltung wird wie folgt erreicht:
• Die Registerkarte Datei mit einem Mausklick wählen (alternativ Tasten ALT + D)
• In der linken Spalte die Auswahl Optionen wählen (ALT + O)
• Im Dialogfenster Excel-Optionen in der linken Spalte Menüband anpassen wählen
• Im rechten Feld Hauptregisterkarten die Option Entwicklertools mit einem Mausklick
setzen (im Optionsfeld erscheint ein Haken)
• Danach mit der Schaltfläche OK das Dialogfenster schließen
• Nun existiert in der Excel-Anwendung die Registerkarte Entwicklertools.

Geöffnet wird die Entwicklungsumgebung (IDE) aus einer Office-Anwendung heraus wie
folgt:
• Registerkarte Entwicklertools wählen (ALT + W)
• In der Menügruppe Code die Auswahl Visual Basic wählen (ALT + V)
• Es öffnet sich das Fenster der Entwicklungsumgebung, das nachfolgend als Visual
Basic-Editor (kurz VBA-Editor) bezeichnet wird.
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H. Nahrstedt, Excel + VBA für Ingenieure, DOI 10.1007/978-3-658-17699-0_1