Введение

Апрельский Пленум ЦК КПСС (1985 г.) сформулировал концепцию ускорения социаль­но-экономического развития СССР на базе научно-тех­нического прогресса, которая получила дальнейшее раз­витие на июньском (1985) совещании по вопросам науч­но-технического прогресса в ЦК КПСС и в материалах октябрьского (1985 г.) Пленума ЦК КПСС. К основным направлениям научно-технического прогресса относится автоматизация проектирования (АП), призванная обес­печить выполнение возрастающего объема проектно-конструкторских работ в приемлемые сроки с помощью огра­ниченных людских и материальных ресурсов.

Автоматизация проектирования возникла на базе достижений конкретных технических дисциплин, вычисли­тельной математики и вычислительной техники.

В конкретных технических дисциплинах зародились и получили развитие принципы построения технических объектов, приемы и типовые последовательности выпол­нения проектных задач, системы основных понятий, терминов, классификаций, оценок проектируемых объектов. Многие положения, принципы и приемы традиционного ; инженерного проектирования совместимы с требования ми автоматизации и оказали определенное влияние на методологию современного АП.

Однако при традиционном проектировании ориента­ция на ручной счет не позволяет положить расчетные ме­тоды в основу выполнения большинства проектных про­цедур. Поэтому в процессе неавтоматизированного проек­тирования преимущественно используются эксперимен­тальные методы исследования и оценки качества проектных решений, получаемых на основе инженерного опыта и интуиции без привлечения формальных методов. С ростом сложности проектируемых объектов сроки и стоимость

9

такого проектирования оказываются чрезмерно большими. Поэтому возникла необходимость в переходе от физического экспериментирования к математическому моделированию, замене эвристических приемов оценок, определении параметров и оформлении документации ал­горитмизированными процедурами.

Вычислительная математика дала возможность алго­ритмизировать и автоматизировать ряд проектных про­цедур, имеющих известную математическую интерпрета­цию.

Однако математическая постановка для большинства проектных процедур неочевидна, а их последующая алго­ритмическая реализация существующими математически­ми методами часто неудовлетворительна. Поэтому фор­мализация задач, выбор и разработка математических моделей, методов и алгоритмов выполнения проектных процедур в значительной мере определяют содержание теории АП.

Необходимое условие реализации алгоритмизирован­ных проектных процедур — наличие соответствующих средств вычислительной техники. Особенностью АП яв­ляется существование задач, возможности решения ко­торых без принятия упрощающих предположений нахо­дятся за пределами возможностей вычислительной тех­ники, как уже созданной, так и предвидимой в ближай­шем будущем. Поэтому в крупных САПР находят применение ЭВМ предельной производительности. Приспо­собление задач к возможностям имеющейся вычисли­тельной техники происходит, во-первых, на основе специальных приемов разделения процессов проектирования на ряд иерархических уровней и аспектов, во-вто­рых, благодаря сохра-

10

нению за человеком в САПР тех функций, которые не могут быть выполнены формаль­ными методами с приемлемыми затратами времени и средств. В результате процесс автоматизированного проектирования сводится к необходимости решения конеч­ной последовательности задач приемлемой сложности в режиме взаимодействия человека и ЭВМ.

Необходимость взаимодействия человека и ЭВМ и специфика проектных задач порождают много дополни­тельных требований к техническим средствам. Кроме устройств программной обработки данных необходимы специальные устройства оперативного обмена информа­цией, документирования и архива проектных решений, хранения информации в виде базы знаний, отражающей накопленный опыт проектирования. Средства взаимодей­ствия человека и ЭВМ должны быть многократно про­дублированы и приближены к рабочим местам инжене­ров. Вопросы организации совместного функционирова­ния разнообразных и многочисленных технических средств в составе САПР образуют важный раздел тео­рии АП. Эти вопросы касаются не только аппаратных средств, но даже в большей мере средств программного обеспечения САПР.

Таким образом, автоматизация проектирования как научно-техническая дисциплина включает в себя:

1) методологию АП;

2) математическое обеспечение, объединяющее мате­матические модели, методы и алгоритмы для выполнения различных проектных процедур;

3) вопросы комплексирования технических средств и разработки специализированной аппаратуры для САПР;

4) вопросы разработки и использования программно-информационного обеспечения банков данных, пакетов прикладных программ, операционных систем ЭВМ.

Применение ЭВМ для решения инженерных задач на­чалось сразу же после появления первых ЭВМ. Однако это применение требовало от пользователя трудоемкой, подготовки задач к решению, заключающейся в матема­тической формулировке задачи, выборе численного мето­да, разработке алгоритма и его записи на одном из языков программирования. Автоматизированное проекти­рование отличается от подобного использования ЭВМ прежде всего тем, что почти все из перечисленных опера­ций автоматизированы и выполняются на ЭВМ с помощью заранее разработанного

11

программного обеспечения, 1 рассчитанного на многократное применение при решении определенного класса проектных задач. От пользователя требуется лишь описать исходные данные задачи на проблемно-ориентированном языке и быть готовым к оценке результатов и принятию решений по полученным от ЭВМ сведениям. Первые программные комплексы, обеспечива­ющие работу инженера с ЭВМ в таком режиме, были соз­даны в начале 60-х годов для нужд проектирования в ра­диоэлектронике, электронной технике, строительной механике, самолетостроении. Однако степень автоматизации проектирования с помощью отдельных комплексов по­добного типа оставалась невысокой. С помощью ЭВМ выполнялась только часть требуемых проектных про­цедур. Отсутствовали средства поддержки взаимодейст­вия комплексов между собой. В результате переходы от одной процедуры к другой требовали трудоемкого руч­ного информационного согласования данных. Но даже при таком несовершенном использовании средств АП в ряде случаев удалось повысить эффективность проекти­рования (сократить сроки), улучшить его качество, сни­зить материальные затраты, ликвидировать потребности в увеличении численности коллективов проектировщи­ков. Однако существенное повышение эффективности наблюдается только при сквозной автоматизации про­ектирования с помощью комплекса средств, объединен­ных в единую систему автоматизации проектирования. В настоящее время созданы и функционируют круп­ные САПР в радиоэлектронной и машиностроительной промышленности; выпускаются программно-аппаратные комплексы (интерактивные графические станции), кото­рые могут использоваться как автономно, так и в соста­ве вычислительных сетей САПР. Такие станции широко применяются на многих предприятиях. Наблюдается тен­денция к интеграции автоматизированных систем проек­тирования и изготовления с образованием систем гибких автоматизированных производств (ГАП). Применение ГАП позволяет существенно повысить эффективность Производства путем быстрой перестройки оборудования па выпуск определенных классов деталей. САПР в соста­ве ГАП предназначена для оперативного проектирования технологических процессов, оснастки и инструмента, по­лучения результатов проектирования изделий в виде ин­формации на машинных носителях для управления техно­логическим оборудованием.

12