Основные направления механизации и автоматизации труда в проектировании

Механизация и автоматизация труда архитекторов, инженеров и обслуживающего персонала проектных институтов является одной из важнейших задач. В нашей стране производство средств механизации, автоматизации и организационной техники развивается быстрыми темпами: создаются специализированные автоматизированные и полуавтоматизированные комплексные системы для всех процессов проектирования и обработки технической и деловой документации, счетно-вычислительные, множительные машины и другие технические средства механизации и автоматизации трудовых процессов в проектировании.

Рост производительности труда в проектных и изыскательских институтах отстает от роста выполняемых ими работ. Учитывая динамику выполнения и ожидаемого роста объемов проектно-изыскательских работ, к 1990 г. потребовалось бы увеличить численность проектировщиков по сравнению с 1980 г. примерно в 2,3 раза. Снижение прироста численности проектировщиков можно получить за счет повышения производительности их труда путем внедрения в процессы проектирования автоматизированных систем и технических средств. Научно-технический прогресс в народном хозяйстве способствует созданию новых условий для проектирования объектов строительства с использованием новой техники и, в частности, электронно-вычислительных машин (ЭВМ). Основными мероприятиями по совершенствованию процесса архитектурно-строительного проектирования, которые ведутся в СССР, являются: введение унифицированных габаритных схем и каталогов строительных конструкций заводского изготовления, обязательных для применения; разработка типовых проектов для объектов массового строительства; разработка унифицированных типовых секций и унифицированных типовых пролетов, из которых можно компоновать здания различного назначения, размеров, конфигурации; использование макетно-модельного метода проектирования, основанного на физическом моделировании (объемном или плоскостном), позволяющем производить варьирование и увязку отдельных элементов; использование возможностей вычислительной техники для повышения качества и темпов проектирования.

Первые четыре перечисленных метода совершенствования проектного дела только частично решают проблему повышения эффективности проектных разработок. Главная же задача совершенствования проектирования — это переход на машинную технологию проектирования, соответствующую современному уровню развития науки и техники и позволяющую обрабатывать огромное количество информации автоматизированным способом. Эта задача может быть решена только с помощью вычислительной техники а других технических средств, применяемых в проектировании.

Проектирование с применением электронно-вычислительной техники является одним из наиболее интересных направлений кибернетики. Благодаря наличию запоминающих устройств, хранящих большие объемы специальной информации, архитектор, конструктор, экономист, сметчик могут использовать ЭВМ одновременно и как справочную библиотеку, и как вычислительное средство. Однако применение ЭВМ нельзя рассматривать лишь как способ автоматизации вычислительных работ. ЭВМ вносят новый, совершенный системный подход к творческому процессу деятельности архитектора. Применение математических методов и ЭВМ is архитектурном проектировании позволяет не только выбрать оптимальный вариант проектного решения, но и автоматически вычертить чертежи, соответствующие этому варианту, т. е. перейти к так называемому машинному проектированию объектов строительства.

Использование автоматизированной системы проектирования значительно сокращает сроки выполнения проектных работ, улучшает качество проектно-сметной документации, исключает пропуски и ошибки в проектах и сметах, снижает стоимость и трудоемкость проектных работ.

Вначале ставится задача и строится математическая модель объекта проектирования. Построение математической модели заключается в выявлении и представлении в виде математических уравнений, неравенств, логических условий совокупности соотношений в структуре объекта проектирования. Потом разрабатывается алгоритм, т. е. точное предписание выполнения в определенном порядке некоторой системы операций, ведущих от варьируемых исходных данных к исходному результату. Далее составляется программа, т. е. запись алгоритма на языке применяемой машины, отладка программы на ЭВА1 путем проверки правильности решения контрольных примеров, после чего на ЭВМ решается задача и выполняется дешифровка полученного результата.

Автоматизация архитектурно-строительного проектирования выдвигает ряд требований, основными из них являются: моделирование процесса и объекта проектирования и взаимодействие человека и машины в процессе проектирования.

Первая задача состоит в том, что человек, используя ЭВМ для хранения и переработки информации, должен описать свою деятельность таким образом, чтобы она была «понятна» машине, т. е. представить некоторую математическую модель этой деятельности. Вторая задача состоит в том, чтобы распределить обязанности в ходе процесса проектирования в соответствии со способностями человека и возможностями ЭВМ. При использовании ЭВМ в процессе принятия решения любой задачи должно быть тщательно продумано содержание и последовательность действий. Только при этих условиях может быть составлена программа для ЭВМ. На первых этапах внедрения ЭВМ в проектирование они применялись для автоматизации наиболее трудоемких расчетов в проектировании конструкций. К преимуществам вычислительной машины можно отнести: высокое быстродействие, возможность запоминать колоссальный объем информации и мгновенно извлекать из своей памяти нужные сведения; надежность в шаблонной работе, отсутствие ошибок из-за усталости или невнимания.

При разделении функций между человеком и ЭВМ всегда встает вопрос о детальном изучении конкретной деятельности проектирования и выделения в ней операций, которые могут выполняться ЭВМ. При этом надо помнить, что такое деление не может быть однозначным, так как нельзя раз и навсегда разделить проектирование на операции, которые могут выполняться только человеком или только ЭВМ. ЭВМ может выполнять только те операции проектного процесса, которые могут быть формализованы, остальные операции выполняются проектировщиком.

По мере развития научной и технической базы проектирования определенная часть деятельности, традиционно выполняемая раньше человеком, будет передаваться ЭВМ. Таким образом, применение научных методов и технических средств в проектировании усилит творческий потенциал проектировщика и его роль в процессе проектирования будет возрастать. Освободившийся от рутинных операций проектировщик сможет более качественно решать задачи, относящиеся к его профессиональной компетенции.

Особенно эффективным является взаимодействие человека и ЭВМ в режиме диалога. Человек дает ЭВМ задания, получает и анализирует ответ и на основании этого анализа принимает решение. Затем цикл повторяется. Поддерживать контакт с. ЭВМ человек может при помощи вводного устройства, напоминающего пишущую машинку, и немедленно получать ответ в письменном виде или на экране электронно-лучевой трубки в виде текста, графиков, рисунков. Возможность оперативного диалога внесла изменение в состав специалистов, которые общаются с ЭВМ. Если раньше непосредственно с ЭВМ общались только операторы и программисты, то теперь это могут делать непосредственные потребители информации, т. е. специалисты-проектировщики.

При использовании ЭВМ в проектировании некоторую сложность представляет разработка машинных программ, особенно для выбора объемно-планировочных и архитектурных решений. Этот вопрос проектирования требует творческого подхода и учета большого числа социальных, демографических и эстетических факторов, трудно поддающихся формализации. Поэтому применение с)ВМ в проектировании требует разработки и создания специальных методик, фонда алгоритмов и программ в области проектирования и строительства. Этим занимается центральный институт методологии, организации, экономики и автоматизации проектирования и инженерных изысканий (ЦИМОЭАПиИИ). Для информации об имеющихся в фондах специальных методик, алгоритмах и программах и более широкого их использования в проектных институтах ЦИМОЭАПиИИ издает ежегодно перечни материалов фонда и ежемесячно аннотированные карточки.

В архитектурно-строительном проектировании ЭВМ применяют с конца 50-х годов. На первом этапе автоматизации разрабатывались отдельные программы, решающие локальные проектные задачи, в основном расчет стержневых рамных конструкций методом сил или перемещений. В, 60-х и начале 70-х годов было разработано много программ, в той или иной степени затрагивающих все стадии и этапы проектирования для многих типов объектов. Так, например, автоматизированное проектирование строительных конструкций (конструктивный расчет железобетонных конструкций, конструирование форм железобетонных элементов, арматуры и закладных деталей, металлоконструкций и т. д.). Большое число программ было разработано и по проектированию зданий и сооружений. Например, для проектирования жилых домов программы создавались по следующим направлениям: разработка основной номенклатуры серии; анализ и выбор планировочных схем и конструктивно-планировочных параметров типовых объектов серии; анализ и выбор номенклатуры основных изделий серий; разработка документации и вариантное проектирование с использованием чертежного автомата.

Для проектирования производственных зданий и комплексов разрабатывались программы: размещения объектов в промышленном узле; компоновка одноэтажных зданий; проектирование конструкций одноэтажных зданий и др. Опыт эксплуатации программ показал положительный эффект в сфере строительства за счет оптимизации проектных решений жилых домов — снижение стоимости 1 м2 площади возведенного здания на 7—10%, не менее важным был другой показатель — повышение качества застройки за счет комплексного учета при разработке проектных решений градостроительных, архитектурно-композиционных и' экономических факторов.

В 1966 г. были разработаны «Основные положения автоматизированной системы проектирования объектов строительства» (АСПОС), в которых обосновывалась необходимость разработки единой методологии для решения задач проектирования на всех уровнях — от разработки элементов строительных конструкций и инженерного оборудования зданий и сооружений до проектирования зданий, генеральных планов и т. д.

Выпуск «Основных положений» имел важное значение для развития работ по автоматизации архитектурно-строительного проектирования. В соответствии с Основными положениями в 1966 г. был разработан «Эскизный проект автоматизированной системы проектирования объектов строительства (АСПОС)», в состав которого входили рекомендации по разработке отдельных подсистем— «Город», «Промзона», «Жилой дом», «Промздание», «Несущие конструкции». В 1972 г. вышли в свет «Методические указания по разработке подсистем АСПОС».

К этому времени автоматизированные системы проектирования начали разрабатываться для многих отраслей народного хозяйства. Возникла необходимость в унификации этих систем и разработке принципов единой межотраслевой «Системы автоматизации проектно-конструкторских работ и технологической подготовки производства» (САПР). В этих условиях АСПОС стала частью отраслевой системы строительства, которая в соответствии с унификацией межотраслевой терминологии стала называться «Системой автоматизированного проектирования объектов строительства» (САПР-ОС).

В настоящее время рекомендуется разрабатывать и внедрять конкретные, полностью законченные системы автоматизированного проектирования (САПР-ОС) разных уровней. Это может быть уровень, охватывающий минимальную часть проектного процесса, которая выделяется из общего процесса проектирования, обладающего всеми признаками системы, например проектирование каркаса производственного здания. Уровень, объединяющий две или несколько систем первого уровня, например технологическая линия проектирования одноэтажного производственного здания, включает поиск объемно-планировочного решения, проектирование несущего каркаса здания и ограждающих конструкций.

Объединение нескольких САПР-ОС второго уровня образует САПР третьего уровня. В рассматриваемом примере могут быть объединены САПР-ОС по проектированию технологической, строительной, сантехнической и других частей проекта производственого здания. В итоге образуется САПР проектного института (САПР-ПИ). Аналогично создаются САПР более высоких уровней. В конечном результате САПР-ОС должен постепенно охватить всю систему проектирования в нашей стране вплоть до полного охвата автоматизацией всего проектного процесса.

При создании САПР-ОС различных уровней в наибольшей степени учитываются существующие структура, организация и система управления проектированием строительства.

Технические средства механизации и автоматизации труда, большие затраты труда при проектировании (до 50%) приходятся им выполнение чертежно-конструкторских работ. Для снижения трудоемкости этих работ в нашей стране разработана автоматизированная система составления, размножения, хранения и поиска проектной документации на основе применения современной аппаратуры для микрофильмирования и электрографии. К средствам механизации и автоматизации трудовых процессов в архитектурно-строительном проектировании также относятся: средства составления, копирования и размножения проектно-сметной документации, микрофотокопирования,. малая организационная техника, оборудование служебных помещений и др.

Светокопировальные аппараты применяют для копирования на светочувствительных бумагах оригиналов чертежей н документов, выполненных па светопроницаемых основах.

Микрофотокопирование технической документации и деловых бумаг значительно сокращает необходимую площадь и расходы на содержание архивных документов, а также обеспечивает неограниченные сроки их хранения. Полученные этим методом копии документов читаются с помощью специальных аппаратов для чтения и просмотра микрофильмов.

Для размножения рукописных материалов используют пишущую механическую машинку, однако в большинстве проектных институтов они уже заменены на машины с электрическим приводом, имеющие следующие преимущества: при работе не требуется сильного нажима на клавишу, отпечатки получаются равномерными по цвету, возможно электрическое подсоединение нескольких машин к основной, на которой работает машинистка, число технически возможных ударов в 1 мин составляет до 1000 и т. д. средняя скорость печатания на такой машине— 14 ударов в 1 с.

В практику работы проектных институтов внедряется также малая организационная техника, представляющая собой устройства и приспособления, облегчающие труд работников, занятых в сфере вспомогательных операций и управления. К ней относятся машины для обработки корреспонденции, уничтожения ненужных бумаг, а также машинки для заточки карандашей, дыроколы, сшиватели и т. д. Применение перечисленных средств в проектных институтах позволяет улучшить организацию труда работников, повысить производительность их труда и культуру производства, сократить трудозатраты на вспомогательные операции и снизить себестоимость проектно-изыскательских работ.

В постановлении ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 30 марта 1981 г. предусмотрено довести в одиннадцатой пятилетке уровень автоматизации проектных работ до 15—20% в стране от их общего объема.