Ретроспективный обзор развития автоматизированных систем промышленного назначения

Чтобы понять современные тенденции компьютеризации промышленности, необходимо представить и оценить путь, пройденный системами автоматизации за последние десятилетия.

Автоматизация проектирования и производства зародилась в радиоэлектронной промышленности (ECAD) в конце 1950-х - начале 1960-х годов XX века, практически одновременно с появлением первых серийных электронно-вычислительных машин. Обоснование практической ценности САПР для машиностроительного конструирования (MCAD) связывают с появлением и совершенствованием возможностей технических средств интерактивной машинной графики в середине 1960-х. Первая графическая станция Sketchpad с использованием дисплея и светового пера была представлена И. Сазерлендом в 1963 г.. Важность проекта Sketchpad трудно переоценить, так как именно в нем была впервые продемонстрирована возможность формирования изображения на экране дисплея и манипулирования им в реальном масштабе времени.

В эти же годы появились первые программы для расчетов и компьютерного моделирования технологических процессов. Среди первых работ по автоматизации проектирования технологических процессов нужно отметить создание языка APT (Automatic Programming Tools) в 1961 г. в Массачусетском технологическом институте США под руководством Д.Т. Росса. APT позволял в символьном виде описывать геометрические элементы деталей и моделировать движение обрабатывающего инструмента. Этот язык стал родоначальником многих других языков программирования для оборудования с числовым программным управлением. Следует обратить внимание, что в этой работе уже был использован термин «Computer Aided Design», ставший общепринятым обозначением САПР в мировом научном сообществе. Необходимой предпосылкой автоматизации сложных инженерных расчетов стало появление ориентированного на применение ЭВМ математического обеспечения для анализа силовых конструкций. Метод конечных элементов (МКЭ) был разработан в 1950 годах специалистами, работавшими в областях строительной механики и теории упругости. Сам термин «конечные элементы» был введен в 1960 г. Клафом.

Исчерпывающий анализ ранних этапов развития МКЭ и его применения для решения инженерных задач дан Дж. Оденом В. Там же приведен систематизированный и самый широкий список литературных источников, состоящий более чем из 400 наименований. Хотя в 1950-х компьютерной графики еще не существовало, для моделирования рассчитываемой с помощь МКЭ конструкции совершенно необходима была геометрическая информация. Топологические данные и координаты узлов конечно-элементной сети представляют собой не что иное, как сеточную (ячеистую) геометрическую модель. Правда, рисовать модель надо было карандашом на бумаге, а вводить многотысячные массивы цифр приходилось с помощью перфокарт и перфолент. Реализация МКЭ не была столь жестко привязана к аппаратным средствам машинной графики, как автоматизация конструирования, поэтому достаточно быстро появились многочисленные расчетные программные пакеты, которые и послужили прообразом современных систем инженерного анализа (CAE-системы). В настоящее время МКЭ считается одним из инвариантных методов САПР.

Уже в 1970-е годы выдвигаются идеи создания интегрированных САПР, предусматривающих переход от использования отдельных, не связанных друг с другом программ, решающих частные проектные задачи, к применению интегрированной совокупности программно-методических комплексов. Роль интегрирующего компонента в 70-е гг. отводилась единой базе данных САПР. Однако попытки использовать имевшиеся в то время СУБД не привели к удовлетворительным результатам в силу разнообразия типов проектных данных, распределенного и параллельного характера процессов проектирования, с одной стороны, и недостаточной развитости технологии баз данных, с другой стороны.

В 1980-е годы разнородность и большой объем информации, используемой при проектировании, необходимость поддержания целостности данных, их достоверности и полноты, а также нарастающая сложность управления проектами привели интеграторов автоматизированных систем к концепции применения в составе САПР специальных средств для управления проектными данными (PDM — Product Data Management). Начиная с середины 1990-х годов, разворачиваются работы по созданию специализированных PDM-систем для машиностроительных САПР. Расширение функций программ управления проектными данными и их использование на большинстве важнейших этапов жизненного цикла изделий, позволяет создавать на базе современных PDM автоматизированные системы управления жизненным циклом продукции предприятия или корпорации (PLM — Product Lifecycle Management). Таким образом, уже в последнем десятилетии XX века САПР изделий машиностроения обрели состав и структуру прикладных подсистем, которые существуют и сейчас. Справедливости ради следует отметить, что многие теоретические основы САПР, сформированные в те годы, не потеряли своей актуальности и в XXI веке. Например, подтвердили свою методическую важность и правильность определение САПР, системный подход к компьютеризации промышленности. Достаточно давно появилась идея комплексной автоматизации и введен термин «интегрированная САПР»