Автоматическое конструирование

Вероятно, сколько существует машинная техника, столько же времени ведутся работы по ее "автоматизации", т. е. освобождению человека от непосредственного управления машиной (хотя бы освобождения частичного). Вклад кибернетики в современную автоматизацию хорошо известен. Достаточно напомнить только, что, по мнению В. М. Глушкова, экономический эффект от внедрения в различные отрасли производства автоматизированных систем управления должен составить процентов 50 - 60 [2, с. 66]. Однако нас здесь интересует не проблема автоматизации вообще, а специфические вопросы использования ЭВМ для расширения возможностей творческой деятельности человека. Пожалуй, и здесь подход может быть только функциональным. Если газопровод, построенный в районе побережья штата Луизиана (США), обошелся в 720 млн. долл., при машинном же проектировании этого сооружения на него потребовалось бы затратить только 340 млн. (с. 115), то мы полагаем, что такой результат мог быть получен только за счет творческого труда, непосильного для невооруженного машиной человека.

В. М. Глушков вполне справедливо полагает, что сегодняшний инженер-конструктор захлебывается в половодье различных сведений, параметров, противоречивых требований, в ассортименте сырьевых материалов и т. п. В этом море информации тонут возможности выбора оптимального для основных требований в данной конструкции варианта. Это порождает необходимость разработки методов автоматизации проектирования, машинной обработки экспериментально полученной информации и экспресс-анализа данных испытаний в их неразрывном единстве и взаимосвязи.

Любопытно, что один из первых экспериментов по применению ЭВМ для проектирования касался проектирования самих ЭВМ - новых, более совершенных. Сейчас уже считается немыслимым "ручное" проектирование больших интегральных схем (так называемых БИС), содержащих многие сотни (и даже тысячи) элементов, так как число возможных соединений в них достигает астрономических чисел. Создать оптимальную схему с наименьшим числом элементов и соединений в приемлемые сроки может только ЭВМ.

Но ЭВМ занимаются отнюдь не только "самообслуживанием". Их внедрение происходит нарастающими темпами в самые различные (и зачастую - самые неожиданные) отрасли народного хозяйства. Рассмотрим лишь несколько примеров. Использование ЭВМ на основе методов динамического программирования позволяет решать задачи рационального раскроя сырья, в результате чего экономия на предприятии может выражаться сотнями тысяч рублей. Не меньший экономический эффект дает разработка экономико-математических моделей угольных шахт, отрабатывающих свиты пологих и наклонных пластов (при помощи ЭВМ вырабатывается оптимальное проектное решение для заданных горно-геологических условий, как основы для разработки проекта шахты); машинно-математическое моделирование систем зажигания для автомобильных двигателей и т. п.

С конца 60-х годов в СССР и США ведутся работы по автоматизации архитектурного проектирования. Любопытно, что одна из первых книг, излагающих зарубежные результаты в решении этой проблемы, посвящена авторам Н. Негропонте "первой машине, которая сможет оценить жест" (для сравнения отметим, что некоторые авторы согласны признать за машиной "интеллектуальность", если она "поймет" шутку ...). В настоящее время Центральным научно-исследовательским и проектно-экспериментальным институтом автоматизированных систем в строительстве (ЦНИПИАСС, Москва) разрабатывается "Автоматизированная система проектирования объектов строительства" - АСПОС. Ряд аналогичных систем автоматизации проектно-конструкторских работ и технологической подготовки производства (АПР) в промышленности и строительстве ведут другие исследовательские организации СССР. Из зарубежных систем автоматизации строительного проектирования следует отметить GENESIS (Англия) и ICES (США). Интересные идеи об использовании ЭВМ в системе автоматизации проектирования развивает группа чехословацких исследователей.

В системе автоматизации архитектурного проектирования чертежная доска заменяется операторским пультом и дисплеем (электронно-лучевой трубкой) ; кроме того в распоряжение архитектора имеется "световое перо". "Перо" позволяет делать эскизы на дисплее, а пульт - вводить поправки в "архитектурные предложения" машины (программы). На выходе системы находится графопостроитель, изготовляющий чертежи с требуемой точностью.

Стандартное выходное устройство печатает относящийся к проекту словесно-цифровой материал.

Перед началом работы в ЭВМ вводится программная операционная система, обеспечивающая общение архитектора с машиной на едином для них языке; в нее, в частности, входят такие команды, как "показать аксонометрию", "повернуть вокруг оси OZ на 30°, "сделать разрез плоскостью O₁ NO₂" и т. п. В память машины закладываются также программы вычисления требуемых функций (выражающих, например, стоимость 1 м² площади при заданных конкретных параметрах здания, сведения о возможных подрядчиках работ, необходимом составе рабочей силы, перечне и объеме необходимых стройматериалов и т. п.).

Возможный вариант работы этой человеко-машинной системы выглядит примерно так. Архитектор при помощи светового пера делает на дисплее эскизный проект будущего здания (никакой линейки для рисунка не требуется - он может быть самым приблизительным) и вводит в машину необходимые исходные данные. ЭВМ производит расчеты, связанные с инженерной интерпретацией предложенного эскиза, и предлагает свои варианты. Эти варианты отбираются и корректируются архитектором с операторского пульта либо с помощью светового пера. При этом происходит вызов на дисплей подходящих вариантов в различных ракурсах, включая картину проектируемого сооружения в его целом в окружении других зданий квартала, причем с различных точек наблюдения. Все несообразности и недостатки по ходу работы сразу же устраняются. Тут же контролируется (с помощью печатающего устройства) сметная стоимость здания, необходимые затраты материалов и т. п. Когда проектировщик принимает решение о выборе некоторого варианта, дается команда на представление результата. Графопостроитель выдает нужные чертежи, а автоматическое печатающее устройство - сметную, расчетную и иную документацию.

Разумеется, эстетическая сторона дела остается за человеком-архитектором. Но разве расчетно-проектная работа инженера-конструктора, автоматизированная в такой системе, не считается творческой?! Граница между творческим и нетворческим, как мы уже подчеркивали, относительна и подвижна.