Эволюция применения ЭВМ при решении инженерных задач.

Применение ЭВМ в практике проектирования уже имеет свою историю, заключающуюся в по­степенном переходе от фрагментарного использования ЭВМ при решении отдельных инженерных задач к системам, автоматизирующим крупные стадии разработки различных объектов. Сначала ЭВМ применялись для автоматизации трудоем­ких вычислений, характерных для поверочных расчетов (расчеты на прочность и моделирование на ЭВМ процессов и явлений, связанных с функционированием технических объектов).

На этом этапе сложился определенный стереотип процесса подготовки и решения на ЭВМ ин­женерной задачи, который в общем случае состоит из следующих этапов:

1) инженерная постановка задачи;

2) математическая постановка задачи или разработка математической модели;

3) составление блок-схемы логической последовательности решения задачи;

4) выбор численных методов решения каждой из подзадач;

5) разработка алгоритмов решения каждой из подзадач;

6) составление программы на доступном ЭВМ языке и перенос её на машинные носители;

7) отладка программы (отыскание и исправление всех допущенных ошибок на базе исходных данных и результатов конт­рольного варианта);

8) решение задачи на ЭВМ при "контрольных" и реальных ис­ходных данных;

9) инженерный анализ полученных результатов и при необходимости, корректировка задачи (возврат к одному из пунктов 1-5,7) или исходных данных (возврат к пункту 9).

Большинство этапов в этой схеме осуществлялось вручную, что приводило к существенным затратам времени на подготовку к реше­нию задачи - собственно вычислений на ЭВМ. Кроме того, от инженера-проектировщика, помимо его профессиональных знаний, требовалась специальная подготовка в области программирования. Все это не могло не сдерживать широкое использование ЭВМ в практике проектирования. С методической точки зрения основные недостатки применения ЭВМ на этой стадии заключались, во-первых, во фрагментарности, информационной разобщенности отдельных расчетных процедур и, во-вторых, в ориентации на традиционные, отработанные вручную методики. Поэтому, наряду с несомненным положительным эффектом, кардинального изменения в технологию проектирования подобные способы ис­пользования ЭВМ внести не смогли.

Возникли явные диспропорции между сложностью проектируемых объектов и используемыми традиционными методами проектирования, даже если они и реализовывались с использованием ЭВМ. Академик Н.Н.Моисеев отмечал в связи с этим: "Суть трудностей заключается прежде всего в том, что рост сложности создаваемых конструкций привел к резкому расширению задач, стоящих перед проектировщиком, и к не менее резкому их усложнению. Конструктору двигателя тридцатых годов не приходилось думать о проблемах охраны окружающей среды, конструктору самолетов в те времена не приходилось думать о преодолении пассажирским лайнером звукового барьера и о влиянии форм боевого истребителя на его видимость на экране локатора противника. Практически ни один конструктор не решал вопросов о поведении трущихся поверхностей в вакууме, а с этой задачей все время имеют дело создатели космической техники. Одним словом, конструктор сталкивается с потоком новых физических задач. Ему приходится учитывать обстоятельства, часто не достаточно изученные наукой, которая, как правило, не поспевает за потребностями конструктора. Такое рассогласование неизбежно. Так или иначе, но усложнение конструкции всегда служило мощным ускорителем прикладной науки. В конструкторских бюро сейчас начинают использовать во всё большей степени сложные методы решения инженерных задач"»

С учетом сказанного традиционные методы и организация процесса проектирования такой сложной системы, как, например, летательный аппарат уже не обеспечивали ни приемлемых сроков стоимости их разработки, ни требуемого качества. Они не позволяли проанализировать достаточное число вариантов проектных решений, вследствие чего возникали неизбежные ошибки в проектировании, выявляющиеся на поздних фазах разработки и приводящие к изменениям в конструкции, технологии, доработкам в производстве. Все это неизбежно затягивало процесс создания» испытания и серийного производства нового вагона.

По мере развития вычислительной техники, появления быстро действующих ЭВМ с большой оперативной памятью, развитой периферией стал практиковаться комплексный подход к операциям проектирования с помощью ЭВМ. Вычислительные средства стали все чаще применяться с целью автоматизации совокупности взаимосвязанных процедур проектирования.

Претерпевает изменения и схема решения задачи с использованием ЭВМ, что связано с разработкой универсальных математических моделей для проведения инженерных исследований классов объектов и созданием необходимых пакетов прикладных программ, а также проблемно-ориентированных языков взаимодействия проектировщика с этими подпрограммами. Короче, приходят к мысли создания САПР – специальных систем, предназначенных для комплексной автоматизации проектно-конструкторских работ и объединенных общностью решаемых задач в ходе процесса проек­тирования. Создание подобных САПР может быть осуществлено только на основе создания и широкого использования математических моделей, обеспечивающих автоматизированное решение таких задач, как формирование и выбор рациональных технических решений, организация информационного взаимодействия при проектировании взаимосвязанных компонентов сложной системы, разработка текстовой и графической документации, технологических процессов и операций, управление процессом разработки системы и т.д.