5.1 Цели системы автоматизированного проектирования (сапр)

Широкое внедрение автоматизации в процесс проектирования связано не только с прогрессом непосредственно вычислительной техники, хотя этот прогресс, действительно, впечатляет и намно­го превосходит темпы повышения количественных и качествен­ных показателей в остальных фундаментальных отраслях чело­веческой деятельности. Так, за 20 лет быстродействие и объем оперативной памяти серийных ЭВМ увеличились в 1000 раз при одновременном уменьшении габаритов устройств и повышении уровня их надежности. Принципиально изменяется и организация использования вычислительной техники в сторону все большего приближения к обмену между человеком и машиной с помощью естественных языков и графических изображений, что расширяет возможности использования ЭВМ в различных сферах интеллек­туальной деятельности.

И тем не менее, главные причины все большего внедрения автоматизации в проектирование связаны с изменением требова­ний, предъявляемых к качеству проектирования. Рассмотрим эти причины.

Постоянно возрастающая интенсификация производства пред­полагает получение максимального эффекта от вводимых в сфе­ру производства ресурсов. С точки зрения проектирования это связано, во-первых, с получением точных прогнозов показателей функционирования различных вариантов проектируемых объек­тов с учетом всего множества влияющих факторов и с поиском варианта, обеспечивающего экстремальные значения выбранных критериев. Во-вторых, рациональное использование ресурсов не­возможно без их детального учета на всех этапах производства, что приводит к необходимости для реализации проектов разра­батывать детальные спецификации оборудования, изделий и ма­териалов.

Оптимизация проектных решений с использованием много­факторных моделей, а также хранение и оперативная передача данных о десятках тысяч позиций, поставляемых на строящиеся объекты, невозможны без использования современных вычисли­тельных устройств.

Важным фактором, влияющим на эффективность современно­го производства, является возможность быстрого внедрения в промышленность научных разработок и наиболее прогрессивных агрегатов. При ручном проектировании время передачи достиже­ний прикладной науки в производство затягивалось из-за необ­ходимости изменения установившихся проектных стереотипов и корректирования сложного нормативно-справочного хозяйства.

Механизм внедрения при ручном проектировании действует следующим образом. Как правило, через 5—10 лет издаются ме­тодики по проектированию заводов определенного технологиче­ского профиля (например, цементных заводов) и каталоги выпу­скаемого машиностроителями оборудования. По мере появления новых разработок появляются всевозможные дополнения, уточ­нения, временные указания и так далее. Разобраться в этом потоке слабо организованной информации исключительно слож­но, что резко снижает гибкость проектирования.

При использовании САПР все идеи, показавшие свою эффек­тивность, непосредственно вводятся в сферу проектной деятель­ности в виде изменения алгоритмов автоматизированных проек­тных процедур и необходимых корректировок базы данных оборудования. При этом не нарушается структурная целостность всей системы, а последние достижения в соответствующей отрас­ли автоматически заменяют устаревшие концепции. Попутно за­метим, что возможность гибкого и непрерывного изменения ал­горитмического и информационного обеспечения САПР является важнейшим показателем ее качества.

Необходимость автоматизации проектирования обусловлива­ется также социальными факторами. Наличие при ручном про­ектировании большого числа рутинных, малоквалифицированных и утомительных операций приводит к снижению престижности профессии проектировщика и созданию острого кадрового дефи­цита. К «тяжелым» операциям следует отнести заполнение ведо­мостей, спецификаций, смет, выполнение расчетов по заданным методикам, вычерчивание детализирующих схем и чертежей.

Наряду с перечисленными факторами, обусловливающими развитие САПР, можно назвать также следующие, очевидность которых не требует подробного разъяснения:

- повышение производительности труда проектировщиков;

- повышение уровня унификации проектных решений;

- снижение количества проектных ошибок;

- изменение эстетики как самого процесса проектирования, так и проектных документов, что несомненно влияет на ход последующего строительства.

Прежде чем перейти к рассмотрению состава и функциони­рования САПР, остановимся на принципах создания автоматизи­рованных систем проектирования. Знание этих принципов спе­циалистами-технологами необходимо потому, что только высококвалифицированные технологи, вооруженные в требуемом объеме знаниями принципов автоматизации проектирования, а не математики и программисты должны быть ведущей силой при создании системы.

В качестве главного принципа создания САПР следует на­звать принцип комплексного охвата решаемых системой проек­тных задач. Опыт применения вычислительной техники показал, что, автоматизируя отдельные проектные процедуры, можно лишь несущественно (до 10 %) охватить общий объем проектных работ. В основном это составление смет, выполнение сложных строительных и незначительного числа технологических расче­тов, например, расчет сырьевых цементных смесей. Невозмож­ность более широкого внедрения автоматизации отдельных про­ектных задач объясняется тем, что каждая отдельная задача встречается достаточно редко, вследствие чего разработка и под­держание работоспособности каждой автоматизированной проце­дуры в виде отдельной системы с большим количеством вспомо­гательных ресурсов становятся нерентабельными. Только в том случае, когда все задачи объединены в единую систему с непре­рывной передачей информации от одной проектной процедуры к другой, с едиными обслуживающими подсистемами, автоматизи­рованное проектирование сможет решить возложенные на него задачи.

Приведем пример различного подхода к автоматизации от­дельной проектной процедуры, а именно, выбора дробильного оборудования. Вначале рассмотрим вариант создания независи­мой программы.

В цементной промышленности применяются следующие типы дробилок: щековые, роторные, валковые, молотковые, конусные; методики их расчета существенно различны. Следовательно, не­обходимо разрабатывать ряд программ по расчету производитель­ности дробилок, каждая из которых требует своей инструкции ввода исходных данных. Причем количество этих данных доста­точно велико: здесь и характеристика перерабатываемых мате­риалов, и конструктивные параметры оборудования, и экономи­ческие показатели (стоимость оборудования, электроэнергии, эксплуатационных затрат). Результатом работы программы явля­ются данные о производительности оборудования и потребных ресурсах, на основании которых проектировщик принимает ре­шение. При этом точность произведенных расчетов значительно теряет свою ценность, поскольку данные о технологических свой­ствах сырья были получены на основании приблизительных оценок, также приближенно известны возможные колебания свойств сырья и необходимой производительности оборудования. Все это заставляет проектировщика вводить внушительный запас по про­изводительности оборудования на неучтенные обстоятельства, что естественно снижает коэффициент полезного действия этой программы, и, как правило, с такими программами успешно кон­курируют прикидочные расчеты или номограммы, а то и просто опыт и интуиция проектировщика.

В том случае, если приведенная выше расчетная процедура реализована в рамках САПР, ее разработка и использование производятся по принципиально другой схеме. Во-первых, обяза­тельным элементом САПР является база данных (БД) оборудо­вания и перерабатываемых материалов. Таким образом, ввод ис­ходных данных для решения конкретной задачи сокращается, поскольку необходимая информация выбирается из соответству­ющего раздела базы данных. Во-вторых, решению задачи выбора оборудования предшествовала статистическая обработка полной информации о перерабатываемом сырье, в результате чего име­ются точные данные как о средних значениях характеристик сырья, так и об их колебаниях, что позволяет значительно сни­зить коэффициент на «непредвиденные обстоятельства». И, на­конец, информация о выбранном оборудовании заносится в базу данных проектируемого объекта, что позволит на дальнейших стадиях проектирования без дополнительного ввода решать такие задачи, как системный анализ всей технологической схемы, вы­бор вспомогательного и транспортного оборудования, составление заданий на проектирование смежных частей проекта и выпуск заказных спецификаций. Как видим, в рамках САПР та же за­дача становится важным и эффективным элементом автоматиза­ции процесса проектирования.

Вторым по важности принципом создания САПР является обеспечение гибкости системы. Здесь следует обратить внимание как на возможность безболезненного и достаточно оперативного изменения информационного и алгоритмического обеспечения в соответствии с последними достижениями технологической науки и технических средств, так и на возможность влияния проекти­ровщика на процесс проектирования. Как было показано, САПР предполагает и непрерывность процесса автоматизированного проектирования. Однако зачастую возникают ситуации, когда проектировщику надо принимать решения, не предусмотренные системой; в этом случае должны быть предоставлены средства ввода полученных проектировщиком решений, с тем чтобы не нарушалось дальнейшее автоматизированное проектирование.

И, наконец, третий принцип — принцип поэтапного проекти­рования. Система должна обеспечивать возможность разработки проектов с различным уровнем детализации. Этот принцип позволяет выбирать оптимальные решения на всех стадиях проек­тирования: выбор места строительства, разработку технологиче­ской схемы и выбор основного оборудования с целью определения технико-экономических показателей, и, наконец, полную разра­ботку проекта с выпуском рабочих проектных документов.