Применение ЭВМ для автоматизации

проектирования и технологической подготовки

производства автомобилей и тракторов

Проектирование технического объекта связано с созданием, преобразованиями и представлением в принятой форме образа этого объекта. Образ объекта или его составных частей может создаваться в воображении человека в результате творческого процесса или генерироваться по некоторым алгоритмам в процессе взаимодействия человека и ЭВМ. В любом случае проектирование начинается при наличии задания на проектирование, которое отражает потребности общества в получении некоторого технического изделия; это задание представляется в виде тех или иных документов и является исходным (первичным) описанием объекта. Результатом проектирования, как правило, служит полный комплект документации, содержащий достаточные сведения для изготовления объекта в заданных условиях; эта документация представляет собой окончательное описание объекта.

Проектирование — процесс, заключающийся в преобразовании исходного описания объекта в окончательное описание на основе выполнения комплекса работ исследовательского, расчетного и конструкторского характера.

Преобразование исходного описания в окончательное порождает промежуточные описания, которые являются предметом рассмотрения с целью определения окончания проектирования или выбора путей его продолжения. Такие описания называют проектными решениями.

Проектирование, при котором все или часть проектных решений получают путем взаимодействия человека и ЭВМ, называют автоматизированным, а проектирование, при котором ЭВМ не используются, — неавтоматизированным.

Возможности проектирования сложных объектов обусловлены использованием ряда принципов, основными из которых являются декомпозиция и иерархичность описаний объектов, многоэтапность и итерационность проектирования, типизация и унификация проектных решений и средств проектирования.

Широкое внедрение вычислительной техники в условиях научно-технического прогресса обеспечивает рост производительности труда в различных областях производства. Главное внимание при этом обращается на те из них, где рост производительности труда до применения ЭВМ проходил крайне медленно; это, в первую очередь, области, связанные с приложением умственного труда человека, т. е. управление производством, проектирование и исследование объектов и процессов. Если производительность труда в сфере производства с начала XX в. возросла в сотни раз, то в области проектирования только в 1,5 — 2 раза; это обусловливает большие сроки проектирования новых объектов, что не отвечает потребностям развития экономики.

Очевидность того факта, что развитие новой техники в современных условиях замедляется не столько отсутствием научных достижений и инженерных идей, сколько сроками и не всегда удовлетворительным качеством их реализации в процессе конст-рукторско-технологической разработки, ни у кого не вызывает сомнения. Одним из направлений решения этой проблемы является создание и развитие САПР.

Качество проектирования в значительной степени определяет темпы технического прогресса.

Прогресс производства в современных условиях связывают с достижениями в области автоматизации производства. Поскольку проектирование и разработка технологии являются ступенью производства (логическим уровнем), прогресс на этой ступени также должен определяться автоматизацией.

Таким образом, автоматизация проектирования — закономерность, соответствующая естественному пути совершенствования производства вообще. Дело лишь в том, что логический уровень подготовки производства (проектирование) связан непосредственно с интеллектуальной деятельностью человека, которую пока еще формализовать сложно.

При неавтоматизированном проектировании результаты во многом определяются инженерной подготовкой конструкторов, их производственным опытом, профессиональной интуицией и другими факторами. Автоматизированное проектирование позволяет значительно сократить субъективизм при принятии решений, повысить точность расчетов, выбрать наилучшие варианты для реализации на основе строгого математического анализа всех или большинства вариантов проекта с оценкой технических, технологических и экономических характеристик производства и эксплуатации проектируемого объекта, значительно повысить качество конструкторской документации, существенно сократить сроки проектирования и передачи конструкторской документации в производство, эффективнее использовать технологическое оборудование с программным управлением. Автоматизация проектирования способствует более полному использованию унифицированных изделий в качестве стандартных компонентов проектируемого объекта.

Характер применения ЭВМ при проектировании различных объектов с течением времени претерпевает значительные изменения. С появлением вычислительной техники был сделан переход от традиционных «ручных» методов проектирования к реализации отдельных задач проектирования на ЭВМ. Такой подход, характеризовавший использование ЭВМ на первом этапе, носит название «позадачного» и заключается в том, что каждая вновь возникающая задача решается с помощью автономно создаваемой программы, которая функционирует независимо от других программ данной предметной области. Коренной недостаток такого подхода заключается в том, что подобные программы строятся по принципу «натурального хозяйства», когда для решения отдельной задачи требуется полная подготовка вспомогательных средств (технических, информационных, программных и др.). Поскольку проектирование объекта, как правило, предполагает и его оптимизацию, машинная программа в этом случае представляет собой «симбиоз» модели проектируемого объекта и некоторого алгоритма оптимизации. Естественно, что в этом случае ни модель, ни алгоритм оптимизации не могут использоваться для других целей (например, чтобы провести оптимизацию модели трансмиссии с помощью другого алгоритма, необходимо разработать новую программу).

Однако применение ЭВМ на этом этапе, несмотря на отмеченный недостаток, позволило перейти от упрощенных методов расчета и проектирования с субъективным выбором «лучшего» варианта к научно обоснованным методам, обеспечивающим рассмотрение всего многообразия технически приемлемых вариантов с учетом заданных условий и ограничений и объективный выбор среди них оптимального.

По мере совершенствования ЭВМ акцент в использовании вычислительной техники постепенно смещался от факта применения ЭВМ в качестве электронного арифмометра в сторону более эффективного и производительного использования ЭВМ в системах с режимом «ЭВМ—человек».

С появлением вычислительной техники новых поколений и совершенствованием методов ее использования наметился новый, системный подход к организации процесса проектирования на ЭВМ, заключающийся в создании крупных программных комплексов в виде пакетов программ (ПП) и САПР, ориентированных на определенный класс задач. Такие комплексы строятся по модульному принципу с универсальными информационными и управляющими связями между модулями. При решении задач данного класса используются единые информационные массивы, организованные в банки данных.

Объединение нескольких ПП в единую систему, предназначенную для реализации вполне определенных функций, позволяет говорить о новом, более высоком уровне в иерархии программных комплексов, т. е. САПР. При этом качественные изменения претерпевают и организация информационного, технического и других видов обеспечения, и, что особенно важно, условия обмена информацией между человеком и ЭВМ. Как правило, эти изменения направлены на повышение гибкости и универсальности системы, улучшение характеристик взаимодействия проектировщика с ЭВМ, повышение качества получаемого результата и снижение времени его получения.

В начале 1950-х гг. существовало мнение, что несколько крупных (по тем временам) ЭВМ могут удовлетворять все запросы на вычисления в любой промышленно развитой стране. Однако жизнь очень скоро опровергла эти предположения. Количественный и качественный рост парка ЭВМ позволил обратиться к решению таких задач, о которых раньше даже не помышляли. Так, например, различные динамические и колебательные процессы требуют для своего описания десятков дифференциальных уравнений. При решении этих задач вручную приходилось сильно упрощать расчетные схемы, что приводило к значительным количественным, а иной раз и к качественным ошибкам. ЭВМ позволяет использовать очень сложные математические модели, значительно более точно описывающие реальные процессы. Более того, открылась возможность для широкого применения расчетных методов, разработанных еще до создания ЭВМ, но неудобных либо неприемлемых при ручных расчетах.

Применение ЭВМ для решения инженерных задач началось сразу же после появления их первых образцов. 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 программного обеспечения, 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.

В каждой новой сфере применения ЭВМ обычно довольно скоро начинают сказываться ограничения в их характеристиках (прежде всего в скорости вычислений и объеме памяти), и, таким образом, стимулируется следующий виток в развитии вычислительной техники, который в свою очередь делает возможным создание и использование программного обеспечения более высокого уровня, а также применение ЭВМ в областях человеческой деятельности, появление и существование которых обусловлено вычислительной техникой. Так, в условиях стремительного развития ЭВМ и быстрого расширения сферы их приложения в начале 1960-х гг. родилась новая область их применения — интерактивная машинная графика, предметом которой стало представление и преобразование графической информации.

Говоря об интерактивной машинной графике, следует отметить ее влияние на организацию самих вычислений. Во-первых, появилась возможность наглядного представления результатов расчета, объем которых в численном виде огромен. Так, при решении газодинамических задач получаемый ответ может состоять из нескольких миллионов чисел, которые человеку осмыслить трудно. Методами же машинной графики всю эту информацию можно уложить в пятиминутный фильм, хорошо воспринимаемый человеком. Во-вторых, ЭВМ теперь позволяют в буквальном смысле рассматривать работу графической модели изучаемого объекта, т. е. решать задачи, в которых обработка графической информации занимает значительное место. Например, можно видеть поведение автомобиля в аварийных ситуациях или колебание остова автомобиля или трактора при движении по неровностям пути. Без графического вывода результат решения подобных задач воспринимается трудно, поэтому многие системы автоматизации научных исследований и САПР немыслимы без использования средств машинной графики.

Современные САПР:

характеризуются наличием банка данных с справочными характеристиками материалов, с прежними техническими решениями, чертежами конструкций, патентами, стандартами и другой информацией, необходимой проектировщику;

обеспечивают возможность корректировки баз данных в процессе проектирования;

могут осуществлять моделирование (физическое, математическое, графическое) как отдельных элементов, так и всей конструкции в целом;

имеют возможность развития путем присоединения нового программного обеспечения в пакеты имеющихся программ;

содержат развитые графические подсистемы, которые могут совмещать различные виды и проекции изделий, преобразовывать масштабы, осуществлять аффинные преобразования, заменять отдельные элементы конструкции другими;

могут обеспечивать одновременную работу нескольких проектировщиков.

Применение САПР позволяет:

ускорить процесс проектирования и улучшить его качество за счет применения современных расчетно-оптимизационных методов; в ряде случаев снизить затраты трудовых и материальных ресурсов на проектирование;

избавить проектировщика от рутинной работы, многократно увеличивая производительность и качество его труда и освобождая его время для творческой работы.

Дата добавления: 2014-01-03