Особенности современной научной методологии автоматизированного проектирования технологий машиностро

Формулируются и обосновываются принципы и структура современной научной методологии, основанные на достижениях информационной технологии, математических методов и компьютерной техники, применительно к автоматизированному проектированию сложных объектов тяжёлого машиностроения.
Известно [1], что проблема повышения надежности и долговечности в индивидуаль­ном машиностроении и тем более управле­ние этими показателями на стадии проекти­рования - это комплексная проблема, для решения которой требуется переход всей си­стемы проектирования на качественно новый информационный уровень, на современные индустриальные методы проектирования (математическое моделирование и САПР) при максимальном применении вычисли­тельной техники, для чего необходимо:
1) формирование математических моде­лей и создание классификации нагруженно­сти широкой гаммы оборудования, с учетом их связи с параметрами технологических про­цессов, которые могут быть выполнены толь­ко с помощью современных информационно - измерительных систем на основе ЭВМ;
2) формирование пакета прикладных программ для решения на ЭВМ в диалого­вом режиме упругих, термоупругих и термо­упругопластических статистических краевых задач в плоской и объемных постановках, с целью оперативного получения оценок (в том числе и статистических) напряженного и деформированного состояний деталей и конструкций любых сложных конфигураций и их последующей оптимизации, с оценкой срока службы или вероятностей разрушения (решение задач САПР);
3) научиться управлять механическими и другими служебными свойствами материала и его структуры и, в конечном итоге, созда­ние материалов с заданными свойствами, с последующим формированием соответству­ющего банка данных по материаловедению, с целью обоснованного (с позиции экономи­ки) выбора материала, с учетом максималь­ного использования его возможностей при заданном сроке службы.
Эти задачи могут быть успешно решены только при активном взаимодействии кон­структоров, исследователей, математиков, специалистов по материаловедению и тер­мической обработке, службы эксплуатации оборудования.
Достичь поставленных целей можно ру­ководствуясь только единством двух мето­дологий: традиционными методами расчёта машин (можно назвать «макроанализом») – на уровне интегральных, обобщенных оце­нок, совместно с чувством интуиции, опира­ющимся на практику и опыт, и современны­ми аналитическими методами, основанными на максимальном использовании вычисли­тельной техники и численных методов, да­ющих дифференциальные характеристики («микроанализ») технологических процессов и деталей, узлов и систем машин, бόльший приоритет и перспективность которых (особенно САПР) абсолютно несомненны.
Возможности использования традицион­ных информационных технологий и средств проектирования весьма ограничены и недо­статочны для решения сложных задач. Кро­ме того, увеличение количества разработ­чиков приводит к пропорциональному росту энтропии создаваемых систем, т.е. к увели­чению дефектов [2].
Вышеперечисленные факторы и ряд дру­гих не менее значимых факторов и проблем, особенно в новых экономических условиях (когда изменились критерии проектирования, их конкретизация и прагматизм), делают ак­туальным и целесообразным создание ин­формационно - интегрированных САПР, обе­спечивающих последовательно - сквозную автоматизацию проектирования - от замысла до изготовления и эксплуатации, строящих­ся на основе современных вычислительной технике и строгих математических методов. Такой подход особенно необходим при проек­тировании сложных и комплексных техниче­ских систем тяжелого машиностроения: про­катных станов, машин непрерывного литья заготовок, горного и бурового оборудование и т.п. (не говоря уже о летательных аппаратах и космических системах, требующих несрав­нимо бόльшей живучести и безопасности). Поэтому без фундаментального научного анализа проблем и разработки теории про­ектирования сложных технических систем на основе САПР дальнейшее развитие и повы­шение надежности этой техники, по нашему мнению, невозможны. Применение же из­вестных и весьма совершенных и локальных систем САПР не решит проблемы в целом, а компиляция «натуральных» программных хо­зяйств» не даст существенного эффекта [3].
Для САПР, объединяющего все новей­шие достижения фундаментальных наук и повышающего культуру проектирования, характерны следующие основные черты со­временной научной методологии:
• формирование математического и про­граммного обеспечения для создания изде­лий, начиная с технического задания и кончая экологически чистой их утилизацией - приме­нение принципов технологии CALS (Continuo­us Acquisition and Life - Cycle Support);
• применение методов системного анализа и исследования операций, как следствия ие­рархической структуры задач проектирования, насыщенность строгими математическими ме­тодами (численными и аналитическими), в том числе оптимального управления, методами, по­вышающими точность и достоверность расчет­ных задач (метод конечных и суперэлементов и др.), при целесообразной их статистической постановке (желательно в режиме случай­ных процессов), методами идентификации и верификации математических моделей функци­онирования технических систем (адекватность и повышение точности), широкое использова­ние компьютерного моделирования и вычисли­тельных экспериментов, статистических мето­дов их планирования и анализа результатов и ряда других современных методов;
• максимальное применение новейших достижений в материаловедении и высоких технологий (материалов с заданными свой­ствами, с их управлением на микроуровне, композитов и т.п.);
• широчайшее использование в системе и подсистемах САПР диалоговых процедур, содержащих экспертные системы и элемен­ты искусственного интеллекта, а также идеи и подходы системного программного обеспе­чения, что сохраняет и обеспечивает главен­ствующую роль конструктора в проектирова­нии, формирует основы не только широкого применения микропроцессоров в структуре приводов механизмов, но и создания инте­грированных систем машин и сложных авто­матизированных комплексов;
• обязательное научное обобщение (формирование базы знаний) и применение предыдущего опыта проектирования, за счет организации и использования при эксплуата­ции информационных и диагностических си­стем (в том числе мониторинга и самодиагно­стики машин, для управления надежностью и оптимизации технического обслуживания) – математических моделей функционирую­щих объектов – аналогов и прототипов про­ектируемых, а также компьютеризированных испытательных стендов и полигонов;
• широкое применение всего комплек­са современной вычислительной техники и информационных технологий, реализуемых только в сетевых системах.
Изложенное рекомендуется учитывать при организации САПР на машинострои­тельных предприятиях.

Перспективы применения микропроцессорных систем программного управления приводами энергоёмкого обору
Но реальный эффект будет несоизмеримо выше с учетом того, что подобное энергоемкое оборудование в различных отраслях промышлен- ности составляет многие сотни единиц, а для завершения проектных работ необходимо лишь незначительное разовое финансирование