Целью любого конструирования является разработка и формирование функций изделия путем переработки геометрической, технологической и организационной информации; подготовка производства обеспечивает технологическую реализацию превращения исходной заготовки в изделие. Поэтому конструирование можно интерпретировать как геометрическую обработку информации, обеспечивающую выполнение функциональных требований к изделию, а подготовку производства – как геометрическую обработку информации, обеспечивающую выполнение технических и технологических требований к изделию.
При применении ЭВМ нет необходимости в разделении цикла создания изделия на две стадии, первая из которых имеет целью обеспечение целевой функции изделия, а вторая – технологии производства этого изделия. Если не ставить условия, чтобы один исполнитель смог самостоятельно выполнить обобщенную обработку информации в самых сложных технических ситуациях, то можно ожидать, что использование ЭВМ значительно увеличит шансы на успех взаимной увязки информационных данных, относящихся к конструированию и технической подготовке производства. Именно этот смысл вкладывается в понятие САПР, означающее деятельность человека, использующего ЭВМ для конструирования и подготовки производства.
Исследование – это целенаправленная системно-методическая работа для получения знаний, необходимых для выработки качественно новых решений.
Разработка – это рациональное использование результатов исследований (в том числе и технико-экономических) в целях получения новых изделий или модернизации уже существующих.
Конструирование – это творческая реализация технического замысла изделия, определение его функциональной структуры и технологии изготовления. Конструирование включает процедуры обдумывания и отображения, выбор материалов и технологии изготовления; оно должно обеспечивать возможность экономически целесообразного материального воплощения технической идеи. Различают новое конструирование, конструирование на основе аналогов и вариантное конструирование.
Под конструированием понимается не только соединение частей в единое целое, но формирование составных частей этого целого. Конструирование может означать соединение деталей, определение их взаимного расположения, определение формы и функций изделия, а также разработку документации для изготовления. Это также исследование и поиск конструктивного решения.
Конструкция – это система, составленная по определенным правилам из отдельных функциональных элементов. Это определение находит свое подтверждение также в первоначальном значении слова. В латинском языке слово construere означает сборку, компоновку, нагромождение, а также сооружение.
Функционирование САПР определяет новую прогрессивную технологию проектирования, основанную на взаимодействии человека и ЭВМ. Последовательность этапов или проектных процедур в системе называется маршрутом проектирования объекта.
Проектная процедура – это часть этапа проектирования, выполнение которой заканчивается получением проектного решения (например, получение чертежа изделия, выбор типовой конструкции, расчет параметров и т. д.). Более мелкие составные части процесса проектирования, входящие в состав проектных процедур, называют проектными операциями. В зависимости от степени участия человека и использования ЭВМ различают несколько режимов проектирования.
Автоматический режим проектирования осуществляется при выполнении маршрута проектирования по формальным алгоритмам на ЭВМ без вмешательства человека в ход решения. Автоматизированное проектирование характеризует процесс, в котором часть процедур в маршруте выполняется человеком, а часть – с использованием ЭВМ. Такой режим характеризует невысокую степень автоматизации проектирования.
Диалоговый (интерактивный) режим является более совершенным режимом, при нем все процедуры в маршруте выполняются с помощью ЭВМ, а участие человека проявляется в оперативной оценке результатов проектных процедур или операций, в выборе предложений и корректировке хода проектирования. Если инициатором диалога является человек, то он (диалог) называется активным. Если прерывания вычислений происходят по командам программы, то диалог называют пассивным.
Во многих случаях пользователь САПР в режиме диалога только вводит и редактирует исходные данные для выполнения определенного маршрута проектирования, а непосредственное исполнение процедур производится в автоматическом (пакетном) режиме работы ЭВМ.
С точки зрения информатики процесс конструирования можно представить в виде информационного потока, в котором различают создание, переработку, накопление и выдачу информации.
Информационный поток, реализуемый в процессе проектирования с помощью изобразительных и абстрактных представлений, учитывающих пространственные и временные соотношения, характеризуется качеством и интенсивностью. При этом важным фактором являются знание и доступность относящихся к нему данных. Плохое проектирование часто является следствием недостаточных знаний.
С точки зрения системотехники процесс конструирования может быть представлен в виде некоторой реальной системы, построенной путем упорядочения отдельных элементов и описываемой с помощью логических выражений. Числовые значения логических выражений определяются в процессе проектирования, и их совокупность фиксируется системой на соответствующих носителях информации в виде графических, алфавитно-цифровых или комбинированных данных.
Различные сведения о функциях системы записываются на различных носителях (чертежах, спецификациях, технологических картах, программах для станков с ЧПУ и др.) в графическом, алфавитно-цифровом или в смешанном виде. При конструировании сложных объектов быстрое принятие частных решений весьма затруднительно, так как возможности отдельного человека ограничены, и он не может осмыслить одновременно все аспекты неожиданно возникающей перед ним новой задачи и решить ее с учетом всех целевых функций создаваемой конструкции. В таких случаях целесообразно использовать системотехнические методы, разработка которых требует проведения предварительного анализа процесса конструирования.
В последние годы интенсивно велись разработки основ так называемого методического подхода в конструировании. Методика конструирования облегчает поиск оптимального решения, объединяет в единый процесс различные смежные вопросы и способствует применению вычислительной техники для обработки данных. Систематика и методика конструирования является важным подготовительным этапом при переходе к конструированию с применением ЭВМ.
Процесс конструирования состоит из нескольких последовательных этапов: разработка замысла изделия, определение его структуры и затем детализация. При использовании ЭВМ, когда объединяются конструирование и разработка технологии изготовления, различают следующие этапы: определение функциональной структуры изделия, разработка принципа действия, деталировка и подготовка производства.
Процесс конструирования может быть итеративным с повторением выполнения более ранних этапов, что наиболее часто требуется при конструировании сложных технических объектов.
Значительная часть работ при конструировании может быть выполнена с применением ЭВМ, если имеются типовые алгоритмы процедур. Однако решающая роль при поиске оригинальных конструктивных решений остается за конструктором. При конструировании с использованием ЭВМ наиболее рационально использовать режим активного диалога с ЭВМ, где все принципиальные решения принимает конструктор, а вычислительные процедуры выполняются в нужной последовательности автоматически.
Оптимизация при конструировании может охватывать широкий круг вопросов. При конструировании определяются качественные и экономические характеристики будущего изделия. Значительное повышение производительности труда конструкторов является в настоящее время весьма актуальной задачей, так как с увеличением сложности проектируемых изделий существенно возрастают затраты времени на проектирование. Возникло определенное отставание темпов роста производительности труда конструкторов по сравнению с технической подготовкой производства. Использование ЭВМ призвано не только значительно сократить сроки конструирования, но и улучшить качество конструктивных решений.
