Блеск и нищета САПР. Наши разработки. Software. ГП ДПИ.

Вы здесь:   >ГП ДПИ   >Software   >Наши разработки   >Блеск и нищета САПР

Экономические аспекты

Блеск и нищета САПР.

Лев Кибиткин, Сергей Попадьин, инженеры,

Государственный Днепровский проектный институт

Часть 2

…разве не сказал нам граф, что вся человеческая мудрость заключена в двух словах: ждать и надеяться!

А. Дюма, финал романа «Граф Монте Кристо»



Почему же на сегодняшний день мы не имеем инструмента проектирования, хотя бы аналогичного тому, что имели 14 лет назад?

Причин тому, по-видимому, несколько. Безусловно, основное – необходимость очень больших затрат, которые мог позволить себе Советский Союз (без комментариев, хорошо это или плохо). В 1989 году мы одновременно использовали как ТЛП «КАЛИПСО» так и лицензионный AUTOCAD R10, при этом вполне осознанно рассматривая как элемент САПР только ТЛП, а AUTOCAD как инструмент черчения с возможностью удобной корректировки сделанного, в том числе и чертежей полученных с ТЛП. По чисто экономическим причинам за прошедшее время конкуренцию выиграли системы, ориентированные на визуализацию, как чертежную, так и натуралистическую. При всей их внешней «впечатляемости» (даже имея в виду большие сборки и появление ARX-объектов) по большому счету до САПР в части действительно АВТОМАТИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ практически всем им «как до луны». Так может и не стоит беспокоиться – реальная жизнь отсеяла нереальные на сегодня идеи и все расставила по местам?

На наш взгляд, беспокоиться стоит, ради места под солнцем. Просто в данной области действует «эффект больших систем» – только при совместном развитии ряда элементов (список которых приведем ниже) можно будет получить СИСТЕМУ МАТЕРИАЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА эры IT. Затраты же на разработку САПР, в традиционной, автономной постановке (как разрабатывалась ТЛП «КАЛИПСО»), по-видимому, уже не будут окупаемы никогда.

Авторы считают, что ни одна из компаний принципиально не сможет самостоятельно создать САПР уровня сложного изделия (самолет, стартовый комплекс, завод …), в то же время уверены в «практической потребности» таких систем. Ключ к разрешению противоречия в понимании того простого факта, что если мы хотим работать с информацией в общем виде (что и есть САПР), то должны быть готовыми воспринимать сложность модели любого объекта, адекватно сложности фактического объекта (фундамент здания, электродвигатель, человек-работник …), эта модель должна себя вести максимально подобно натуральному объекту. Отсюда вывод - модели объектов и процессов их преобразования должны описывать и размещать на своих сайтах те, кто лучше всех их знает, то есть производители и исследовательские организации (работающие с расчетными моделями). Эти доступные модели должны быть едины, но открываться в запрашиваемом понятийном срезе и с необходимой степенью детализации. Кроме того должна обеспечиваться рекурсивная ссылка на соответствующие аналогичные сайты с элементов входящих в состав модели. Таким образом, развитие могло бы идти при единстве дальних и ближних целей: в части ближних целей – производителям все равно необходимо публиковать на сайтах информацию о своей продукции и процессах сопутствующих ей; в части дальних – структура этой информации должна позволять также обращаться к ней из систем САПР по глобальной сети. При такой постановке на каждом уровне разработки САПР необходимо будет иметь дело с моделями объектов в большей степени уже готовых и, что очень важно, уже отлаженных. На наш взгляд, такую возможность сможет обеспечить модель в виде ассоциативного Лисп-списка.

Одна из целей написания статьи – попытаться кратко изложить наши подходы к глобальной циркуляции компьютерно ориентированной информации в процессе материального производства, так как время прошедшее с 1997 года, когда нам пришлось свернуть разработки, только укрепило нас в важности развития этого направления, как одного из высокотехнологичных, структурообразующих и сулящих «бездну могущества».

Материальное производство явно, но не жестко можно условно разделить на 2 класса, в одном главенствует энергетический обмен, например, производство электроэнергии на уже имеющихся мощностях, во втором обмен информационный, например, изготовление высокотехнологичного изделия или строительство той же электростанции.

Для этого 2-го класса материального производства сформулируем объективные предпосылки целесообразности инвестиций в развитие САПР в широком смысле этого понятия.

Известно, что судьба технических новшеств, как правило, проходит этапы типа:

В 1993 г на семинаре в стенах ДПИ проектных институтов Минмашпрома, когда мы, в качестве головной организации САПР капитального строительства, излагали свое видение проблемы, общая реакция склонялась к начальной оценке по представленной шкале. Сейчас оценки сдвинулись, причем, благодаря разговорам о CALS, вплоть до высшей (ЭТО само собой разумеется), однако мы под «глобальной циркуляцией компьютерно ориентированной информации в процессе материального производства в течение всего инвестиционного цикла» понимали несколько большее.

С точки зрения неформального мышления часто полезнее ответить на вопрос "от противного", а именно, для чего НЕ НАДО вкладывать средства в развитие систем автоматизированного проектирования.

Их не надо вкладывать для:

Эти цели тоже не лишены смысла, но все они не могут по важности и минимально конкурировать с возможностью приблизиться к основной цели - СИСТЕМЕ МАТЕРИАЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА эры IT.

Инженерный труд, как традиционно не связанный с торговыми операциями, оплачивался низко, сейчас тем более. Поэтому, за редким исключением, обоснование эффективности вкладывания средств в автоматизацию инженерного труда не выдерживает критики - барьер нищенской оплаты очень серьезен. Тем не менее, вложение средств и государственная поддержка развития систем автоматизации инженерного труда не просто целесообразны - они ЖИЗНЕННО НЕОБХОДИМЫ.

Почему? Рассмотрим пример развития материального производства. Пока строились здания типа простейшей хаты либо промышленное предприятие типа кустарной кузницы (т. е. простые объекты материального производства) - для их реализации достаточно было словесного описания "от отца к сыну". Появление технической документации на объекты материального производства было вызвано не стремлением конкурировать с методом "без техдокументации", а ПОЛНОЙ НЕВОЗМОЖНОСТЬЮ выполнить в натуре любой сложный объект, иначе, как разработав такую документацию. Т.е. в процессе человеческой эволюции материальное производство потребовало проекта (модели) ввиду следующего:

  1. Сложности объекта - его полное представление во всех деталях одновременно не представляется возможным;
  2. В связи с разделением труда, необходимо разным исполнителям давать разную, но взаимоувязанную информацию;
  3. Еще до начала работ необходимо соотнести все необходимые ресурсы со своими возможностями и, при необходимости, откорректировать цель, (либо отказаться от нее вовсе - вспомним Робинзона, построившего лодку и не сумевшего ею воспользоваться);
  4. Желательно проиграть варианты - что будет после реализации проекта;
  5. Если объект выполняется "на заказ", то заказчик при помощи проекта подтверждает свои ожидания;

Чем являлась техническая документация для создания любого сложного объекта материального мира? Очевидно, определенным образом структурированной информацией на бумажных носителях. Об эффективности самого факта использования техдокументации речь не шла, это технико-организационное новшество давно перешло в разряд "ЭТО само собой разумеется".

У авторов нет сомнения, что с точки зрения создания объектов материального производства в наши дни осуществляется ГЛОБАЛЬНЫЙ ПЕРЕХОД от бумажного описания объекта к определенным образом структурированной компьютерно-ориентированной информации. Основной вопрос – КАКОЙ И КАК ИМЕННО СТРУКТУРИРОВАННОЙ.

Можно с уверенностью сказать, что последствия такого перехода будут не менее глобальными для развития техники, чем в свое время появление техдокументации. Важно понять, что автоматизация инженерного труда, в результате которой другими (машинными) методами создавались бы те же бумажные документы – лишь промежуточный этап к подготовке предпосылок СИСТЕМЫ МАТЕРИАЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА эры IT.

Именно ради этой КОМПЛЕКСНОЙ ЦЕЛИ и стоит вкладывать средства и осуществлять государственную поддержку развития соответствующих отраслей. Именно эта комплексная цель обеспечит не просто эффективность, а СОХРАНЕНИЕ вообще соответствующих производств, (также немыслимых сейчас без традиционной бумажной техдокументации, как через какое-то время - без компьютерно-ориентированнной).

Выбирать можно лишь между тактическими моментами, при решении вопросов, связанных с автоматизацией инженерного труда, стратегически выбора нет - так же как когда-то не было выбора при переходе на бумажные носители и письменность.

На наш взгляд, сейчас уже есть определенное общественное понимание необходимости ГЛОБАЛЬНОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ компьютерно-ориентированной информации в процессе материального производства и, при этом, на первый план встает вопрос - какой должна быть эта информация. Очевидно, она должна быть упорядочена, и уровень этой упорядоченности представляется минимально как электронное представление традиционных документов, максимально как некие электронные документы, соответствующие спецификациям CALS. Основная мысль статьи состоит в том, что этого мало.

Мы считаем, что принципиально «взрывной» эффект в развитии материального производства может дать следующая формула работы с информацией (аналогичная по важности формуле расположения игольного ушка у острия швейной машины):

Все модели и процессы материального мира должны описываться в виде ассоциативных Лисп-списков, со ссылками на родительскую информацию, в том числе размещенную на специализированных сайтах всего мира.

Как мы пришли к мысли такой.

В 1989 году наш институт, получил первый десяток компьютеров с лицензионным Автокадом. По министерской кооперации осуществлялся обмен прикладными программными средствами, и мы попробовали одно из них, в котором можно было отрисовывать поперечные сечения стального проката в виде заранее заготовленных блоков, выбираемых из меню. Мы попытались решить эту задачу на основе Лисп-списков используя механизмы наследования, как данных, так и функций их обработки. На удивление быстро, нами была разработана первая версия прикладного продукта для работы с сортаментом стали - SRTM-среда. Стали очевидными принципиальные преимущества Лисп подхода к описанию объектов. Аналог, используя стандартные возможности AUTOCADа мог только отрисовывать поперечные сечения профилей. SRTM-среда (будучи объектно-ориентированной) за счет ряда механизмов, в том числе наследования, занимая в 20 раз меньше места на один профиль, позволяла НЕСОИЗМЕРИМО большее, а именно:

В дальнейшем мы развивали среду, что позволило отрисовывать 3-х мерные конструкции, рассчитывать на основные случаи нагрузок по СНИП, генерировать составные сечения множества топологий, автоматически выбирать из чертежа спецификацию стали и многое другое. Главное - в процессе развития постоянно сохранялась преемственность снизу вверх, рост среды шел естественно и безболезненно. О функции «спецификация стали» необходимо немного сказать особо. В начале 90-х мы планировали приобрести программу для формирования спецификации стали в одном из проектных институтов, она была написана на C, предусматривала ввод с использованием кодов профилей, кодов стали и вывод на принтер на листы А4. По разным причинам приобрести ее не удалось, и один из ведущих специалистов строительного отдела предложил нам написать свою программу формирования спецификации на основе SRTM-среды. Мы попробовали, имея в виду, что к тому времени уже была на Лиспе написана универсальная функция работы с табличными формами в чертежах. На удивление, все получилось довольно быстро. Благодаря ряду механизмов спецификация стали в SRTM-среде не только предоставляла больше возможностей, но и работала быстрее своего аналога.) Это оказалось возможным, благодаря тому, что в универсальную функцию табличных форм мы заранее (на всякий случай) заложили механизм «демонов» - программа отрисовывала таблицу (с автоматической разбивкой на листы), затем возвращалась, вычисляла и заполняла нужные поля. Механизм «демонов» на порядок упростил разработку, сократил ее сроки, сделал ее более интеллектуальной.

Опыт разработки SRTM-среды (прикладного продукта для работы с сортаментом стали) и возможность сравнения с аналогами не могли не открыть нам глаза на то, что Лисп-подход наиболее приспособлен для задач САПР просто по своей природе. Напомним слова Дж. Саммит «Все языки программирования можно грубо разбить на два класса. В одном находится ЛИСП, в другом - все остальные языки программирования». Кроме того, мы убедились в том, что проблема производительности труда проектировщика в последнюю очередь связана с быстродействием компьютеров, а в первую с принципами структурирования информации (как данных, так и функций обработки) и ее полнотой и актуальностью.

Впоследствии мы вполне осознанно, в соответствии с «Программой развития САПР капитального строительства» тогда Минмашпрома, занялись разработкой общего подхода к описанию объектов-моделей материального мира. Не можем не вспомнить с благодарностью людей осознанно поддержавших в те годы направление развития САПР на самом высоком уровне – Министра Минмашпрома г-на Черненко, Замминистра г-на Тимощенкова.

В этих разработках также разделялись дальние и ближние цели: в части дальних – формулировка своеобразного «списка - социального заказа развития» Государственным Деятелям – списка внешних целей, дающих эффект только при совместной реализации; в части ближних – разработка действующего прообраза структуры Унифицированных Моделей Объектов на основе фреймов-ассоциативных списков (мы назвали это ACE-технологией).

Этот «список - социальный заказ развития» состоит в прямом и косвенном поощрении на государственном уровне следующих факторов:

Относительно ACE-технологии необходимо заметить, что в процессе использования различных программных средств опыт привел нас к мысли о том, что основное внимание отдельных разработчиков всегда было направлено на оптимизацию работы разрабатываемого им программного средства. При этом априори считалось, что в дальнейшем, при необходимости, удастся сделать переходники для стыковки с модулями других разработчиков. На практике эта стыковка – основное препятствие развитию больших систем. Мы попытались разработать вариант общего подхода к описанию любого объекта реального мира: станок, строительная конструкция, сам проектировщик, который ведет проектирование и т. д. Причем таким образом, чтобы эти описания могли посылать друг другу сообщения и автоматически реагировать на них, в том числе посылая сообщения другим объектам.

К 1997 году нам удалось создать первый работоспособный вариант ACE-технологии – системы взаимодействия Унифицированных Моделей Объектов (УМО). Эта технология характеризовалась следующими свойствами, заложенными в качестве базовых принципов:

(Например, во фрейм-УМО описывающий как объект здорового трезвого человека посылается сообщение на изменение понятийного ключа – процента алкоголя в крови, на это изменение автоматически запускается «демон», в зависимости от других понятийных значений изменяющий ключ веселости и ключ агрессивности и, кроме того, при превышении некоторых значений инициирующий посылку сообщения УМО-фреймам, описывающим партнеров этого человека).

Практический опыт разработки этой технологии дал нам ощущение выхода «на золотую жилу» и одновременно понимание невозможности серьезного успеха в этом направлении (ГЛОБАЛЬНОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ компьютерно-ориентированной информации в процессе материального производства) без серьезной государственной поддержки. Стало очевидным, что САПР, работающая со сложным объектом, вообще не может быть создана в виде программы обрабатывающей данные – только моделирование объектов реального мира с механизмом посылки сообщений.

Как мы уже говорили в 1-й части статьи, наши разработки после двухлетней задержки оплаты оформленных договоров с Минмашпромом (не оплаченных до сих пор) пришлось законсервировать. В определенном смысле тематика этой статьи опирается на маловероятную (но все же не исключаемую) возможность, что кому-либо наши мысли могут показаться интересными, и он пойдет дальше.

Разумеется, мы понимаем, что не обязательно во всем правы, но в главном – в том, что направление разработок по ГЛОБАЛЬНОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ компьютерно-ориентированной информации в процессе материального производства требует широкого фронта работ с альтернативными подходами разных групп разработчиков, и это сейчас вопрос «выживания» экономик, сомнений нет.

Развитие последних лет, когда небольшие улучшения интерфейсов (безусловно, полезные) и минимальные элементы объектного ориентирования преподносятся как серьезный прогресс САПР и требуют колоссальных (для Украины) затрат на новые и новые версии, принципиально не ведущие к прорывным технологиям и, по большому счету, проектирующими системами не являющимися, если и добавляет уверенности в том, что в ближайшее время «жить станет лучше, жить станет веселее», то с атрибутом «не у нас».

В заключение осталось поделиться более радикальным взглядом на опробованные нами принципы взаимодействия информационных объектов в качестве базовых (начиная от устройств компьютеров, до глобальной сети и мобильных телефонов и умной бытовой техники и всего прочего), но это тема следующей, заключительной части статьи.