Введение

Проектирование - сложный специфический вид творческой дея­тельности, в которой сочетаются искусство, наука и математика.

Главная трудность проектирования заключается в том, что про­ектировщик на основании современных данных должен прогнозировать некоторое будущее состояние, которое возникнет только в том слу­чае, если его прогнозы верны. В процессе проектирования инженер должен наглядно изобразить нечто, что предметно еще не существует, а является лишь продуктом его умственной деятельности. Это и есть творческая инженерная задача в области техники. Другими словами, проектно-конструкторский процесс творчески определяет будущее тех­ническое средств.

В основе творческой инженерной деятельности необходимо ис­ходить из диалектической формы взаимосвязи, прежде всего причин­ности - связи причины и последующего действия. Возможными являются все действия. Но будут реализованы лишь те возможности, для кото­рых созданы условия и имеются объективные предпосылки.

Автоматизированное проектирование - область прикладных иссле­дований, обусловленная необходимостью внедрения современных мате­матических методов и средств вычислительной техники в проектирова­ние различных систем и объектов. Она объединяет два основных направления работ: построение общей теории проектирования сложных систем и объектов и разработку систем автоматизированного проекти­рования (САПР) на базе современной вычислительной техники.

Первое направление включает: формирование математического ап­парата, пригодного для описания объекта проектирования и среды его функционирования; создание на основе этого аппарата математической модели объекта проектирования и среды, в которой он будет функцио­нировать; разработку методов принятия проектно-конструкторских ре­шений, цель которых - создание объекта заданного назначения. Вто­рое направление содержит: работы по созданию пакетов прикладных программ, объединенных в проблемно-ориентированные подсистемы;

разработку системного матобеспечения, объединяющего эти подсистемы в единую управляемую диалоговую систему; реализацию в этой системе определенной иерархической процедуры проектирования, удовлетворяю­щей требованиям общей теории проектирования.

Появление САПР должно привести к созданию новой технологии проектирования, суть которой состоит в представлении инженеру возможности традиционную совокупность этапов проектирования рассмат­ривать как единую задачу проектирования во всей сложности ее внут­ренних взаимосвязей. Реализация таких систем предполагает наличие мощной вычислительной техники и математического обеспечения высо­кого уровня.

Новая технология предъявляет высокие требования к уровню инже­нерной подготовки. Она позволяет концентрировать усилия инженера на решении творческих проблем в вопросах интерпретации результатов расчетов и испытаний. Исторически же обстоятельства складывались так, что с ростом сложности объектов проектирования требовалась все более узкая специализация инженеров. Такое положение противо­речит возросшим требованиям к сокращению сроков выполнения проек­тов и повышению их качества. Возникла необходимость в интегриро­ванном использовании современных математических методов на базе ЭВМ.

Создание любого нового технического средства последовательно проходит несколько этапов. Этот процесс начинается с прогнозирова­ния потребностей, на основе которого разрабатываются хозяйственные планы. Эти планы тесно увязываются с тенденциями развития техники и определяют объем капиталовложений. Методы планирования капита­ловложений опираются на результаты научных исследований, на осно­вании которых разрабатывается новая техника. Затем наступает этап технического проектирования. Технический проект служит основой для соответствующих проектных решений, на базе которых осуществляется производство новых технических средств. Их эксплуатация является проверкой правильности новых гипотез, принимаемом в творческом и производственном процессах.

При современном уровне и возможностях технологии можно быстро освоить производство практически любых изделий. В этих условиях темпы технического прогресса определяются темпами производства новых эффективных проектных решений. Следовательно, повышение качества и производительности процесса проектирования является сегодня решающим условием роста эффективности производства. Однако современному проектировщику приходится работать в сложных условиях, сталкиваясь с целым рядом проблем.

Во-первых, качественная специфика современной техники заключается в том, что технические объекты часто принимают форму сложных комплексов. Развитие автоматических технических систем приводит к превращению их в большие отраслевые объединения. Существующие традиционные методы проектирования хороши на уровне разработки отдельных процессов, агрегатов и типовых машин, когда есть основа для сравнения и число альтернатив обозримо. При создании же технических систем необходимы новые методы проектирования, позво­ляющие проанализировать и оценить большое число возможных вариан­тов с учетом не только технических, но и социально-экономических факторов.

Во-вторых, НТР привела к устойчивым изменениям таких показа­телей развития техники в ведущих отраслях промышленности, как рез­кое увеличение числа различных технических систем, рост объема на­учно-технической информации, используемой в проектных разработках, сокращение сроков создания новых изделий и уменьшение времени их морального старения.

Совместное влияние всех этих факторов приводит к тому, что объем необходимых проектных работ, возрастает примерно в 10 раз че­рез каждые 10 лет. Такими темпами, разумеется, число проектировщи­ков расти не может. Возникает и все более усугубляется дефицит между необходимым и фактическим объемом проектных работ. Поэтому большинство проектов новых технических средств все менее прораба­тываются, что ведет к снижению их качества.

В-третьих, проектирование - это, пожалуй, единственная об­ласть деятельности человека, в которой с момента ее зарождения до наших дней достигнуты самые скромные результаты в повышении произ­водительности труда. Если в производстве она выросла более чем на 1000%, то в проектировании - менее чем на 20%.

Из различных путей повышения качества и производительности проектно-конструкторского труда самым эффективным является автома­тизация на базе современных средств вычислительной техники. Она позволяет методически вооружить современного проектировщика, выс­тупающего главной творческой фигурой претворения результатов науч­ных исследований в новые средства производства.

Сегодня инструментом высококвалифицированного проектировщика все чаще становится САПР. Их разработка представляет собой большую научно-техническую задачу, решение которой затруднено из-за отсутствия теории разработки таких систем. К сожалению, пока рано говорить и о теории автоматизированного проектирования, так как практически отсутствует общая теория проектирования. В настоящее время речь можно вести о становлении методологии создания САПР. Экспериментальные данные, накопленные в процессе разработки и экс­плуатации этих систем, позволяют сделать некоторые обобщения и выводы.

1. Создание САПР технических систем связано не только с воз­можностями вычислительной техники, но и с глубиной наших знаний в области проектирования как сферы творческой деятельности человека, в области технологии производства, в области современных математи­ческих методов, применение которых помогает принимать рациональные и оптимальные решения.

2. Без эффективной теории проектирования строить развитые и эффективные САПР нельзя.

3. Эффективными могут быть только те САПР, объекты, исследования которых имеют серьезную формализованную теоретическую базу, основанную на системном подходе и имеющую развитый математико-ло­гический аппарат.

4. САПР - это инструмент высококвалифицированного проектиров­щика, предназначенный для решения сложных научно-технических задач.

Другими словами, при разработке САПР технических систем, опре­деляющая роль принадлежит будущим пользователям, которые полнотой формализации процесса проектирования закладывают качество будущих проектов, создаваемых с помощью ЭВМ.

Успех взаимодействия проектировщика с ЭВМ лежит в его кропотливой совместной работе с математиками, специалистами по автоматизированной обработке информации и программистами над алгоритмизацией проектных процедур, над созданием новой технологии автоматизированного проектирования.