2. Основные этапы становления автоматизированного проектирования

Таким образом, автоматизация проектирования с помощью средств вычислительной техники, основной путь, на котором преодолеваются противоречивые трудности, связанные с сокращением сроков проектирования при одновременном увеличении сложности разработок.

Целью автоматизированного проектирования является объединение конструктора и ЭВМ в единую команду для решения задач, способную приходить к поставленным целям в задачах проектирования более эффективно, чем каждая из них, работающих по отдельности. Принципы, лежащие в основе этого разделения, а так же многие другие принципы автоматизированного проектирования (о которых будет сказано ниже) находятся в зависимости от последних достижений в области новых информационных технологий.

Основные задачи, которые ставятся при переходе на автоматизированное проектирование следующие:

-Сократить сроки проектирования;

-Снизить материальные затраты на проектирование;

-Повысить качество проектирования;

-Сократить количество конструкторов и чертёжников, занятых на рутинных операциях;

Хотя автоматизация проектирования - основной путь развития проектирования, но этот путь не тривиален и не всегда все поставленные цели достигаются одновременно:

-На смену кульману приходят достаточно дорогие технические средства, мощные рабочие станции, устройства графического ввода-вывода чертежей, соответствующее программное обеспечение и многое другое;

-Математическая постановка задач для большинства проектных процедур не очевидна, а их последующая алгоритмизация требует разработки оригинальных методов, что в значительной мере определяет содержание теории САПР.

Перечисление проблем, возникающих при внедрении САПР, можно продолжить, но, несмотря на эти трудности, успешное внедрение в практику проектирования подтверждает реальность решения перечисленных проблем.

Уже на ранних стадиях развития новых методов проектирования успешно решались эти задачи в станкостроении, электронной техники, судостроении и т.п. Впечатляющие достижения демонстрируют зарубежные фирмы. Так фирма Boeing способна в течение года запустить в производство новый авиалайнер (к примеру, отечественный авиалайнер ТУ 234 запускался в производство в течении пяти лет).

Можно выделить несколько последовательных этапов развития САПР, тесно связанных с динамикой развития средств вычислительной техники и методов её использования.

Начальный этап связан с использованием вычислительной машины при решении сложных математических задач, возникающих при проектировании. На этом этапе важнейшую роль играло развитие методов вычислительной математики и её внедрение в инженерную практику.

Развитие методов проектирования тесно связанно с развитием методики использования вычислительной техники. Решение инженерных математических задач на компьютере (так же как и решение любых других задач) строится по следующей схеме

1. Математическая формулировка задачи.

2. Разработка алгоритма.

3. Выбор численных методов решения задачи.

4. Кодирование алгоритма (программирование).

5. Перфорация (запись программы на различные носители устройств ввода вывода компьютера).

6. Отладка программы и её тестирование.

7. Решение задачи.

8. Обработка результатов.

На начальном этапе использования компьютеров только 7^й пункт выполнялся без участия человека оператора или программиста, а эффективность использования компьютеров была крайне низкой.

Решающую роль в переходе на новый уровень использования компьютеров, имеющий важное значение в автоматизации проектирования, явилась тенденция к универсализации задач и разработка единых подходов к целому классу расчётно-проектных процедур. На начальном этапе этот подход связан с реализацией модульного программирования созданием библиотек по специальности в виде подпрограмм функций и процедур, как на системном уровне, так и в виде внешних процедур, собираемых на стадии компоновки.

Были разработаны библиотеки как для широкого круга применений, как например библиотеки научных подпрограмм на фортране фирмы IBM, так и более специализированные библиотеки для различных научно-технических приложений.

Основная задача, которая ставилась на этом этапе, по возможности, избавить разработчика от рутины алгоритмизации и кодирования задачи, т.е. исключить ручной труд на этапах 2-5.

Математическая постановка задачи, безусловно, определяется разработчиком. Широкая универсализация задач, позволяющая абстрагироваться от деталей алгоритмизации и программирования (кодирования) увеличивает накладные расходы на ресурсы компьютеров, что при современных темпах развития технических средств не актуально. Гораздо более актуальным является то обстоятельство, что большинство универсальных библиотек не учитывает особенности конкретных приложений и в ряде случаев были не пригодны для практики.

На этом же этапе автоматизации проектирования успешно решались задачи новых способов оформления технической документации, оперативной обработки и отображения результатов проектирования. Это связанно с созданием и быстрым совершенствованием специализированных пассивных и интерактивных устройств и систем машинной графики – графопостроителей, дигитайзеров, разнообразных специализированных дисплеев и т.п.. Одновременно развивается специализированное программное обеспечение машинной графики и её более высокая степень - машинная геометрия. Лидерами этого направления были ведущие фирмы США. Так уже в 1963 сотрудники МТИ (Массачузетского технологического института) представили доклад, в котором демонстрировали возможности формирования изображения на экране и манипулирование им в реальном масштабе времени, что явилось началом интерактивной машинной графики (ИМГ). И уже к концу 60^х годов (прошлого столетия). Крупнейшие американские концерны (General Motors, IBM, Lochhead, MC Donal Douglas) включились в создание ИМГ. К началу 70^х годов появилось несколько поставщиков САПР\АПП.

На этом этапе дальнейшее развитие автоматизации проектирования виделось в дальнейшем увеличении мощности компьютеров и развитии специализированной периферии. Однако довольно быстро выяснились ограниченные возможности этого подхода при проектировании сложных технических систем, требующих системного подхода.

Как выразился известный специалист в области информационных технологий академик Моисеев П.П.: «Простое наращивание вычислительной мощности без качественного изменения всей её информационной основы, без надлежащей организации человеческого труда не может быть ожидаемого эффекта, а напротив приводит к «вавилонскому столпотворению»»

Наглядный пример «вавилонского столпотновения» - ситуация, сложившаяся на американской фирме Boeing. В 1970 году на фирме был проведён тщательный анализ результатов около 700 расчётных работ с использованием ЭВМ. Результаты были ошеломляющими. Каждое второе решение расчётной задачи было неверным. В большинстве случаев это не было обнаружено своевременно и результаты пошли в качестве исходных данных в решение других задач. Дополнительные затраты на устранение каждой ошибки составляли от 2 ^х до 15 человекомесяцев.

Как показал анализ причин ошибок, они были связанны отнють не с низким качеством компьютерных программ, а с низким качеством технической культуры использования вычислительной техники в проектировании. Из-за отсутствия четкой организации вычислений, из-за путанице в передаче информации, из-за ошибок, внесенных в результаты самими исполнителями. Именно подобного сорта обстоятельства привели к необходимости системного подхода к автоматизации проектирования, т.е. к переходу на новый этап систем автоматизированного проектирования.