Развитие инженерной деятельности в России

На основе проведенного анализа структуры эксперной системы, можно утверждать, что такая вычислительная среда имеет прямое применение для инженерной деятельности как средство автоматизации проектных работ, если проектирование ведется от прототипа, по восходящей технологии или на высших иерархических уровнях той или иной системы проектирования. Однако, если объект проектирования можно формально описать, возникает потребность, с одной стороны, использовать приемы, характерные для инженерной деятельности, а с другой - привлечь знания математиков для использования формальных методов принятия решения. Кроме того, дальнейшее развитие САПР, по мнению многих разработчиков, должно идти по пути создания вычислительных систем, которые "лояльны" к пользователю, легко тиражируются и обладают свойством развития. В ближайшее время при построении САПР необходимо обеспечить решение следующих задач: обучение пользователя, которое сводится к обучению входным языкам, представлению справочной информации, адаптированной к характеру запроса, диагностике ошибок и сопровождению пользователя в процессе проектирования; обучение САПР, предполагающее настройку системы на конкретную предметную область или класс проектных процедур; организация диалога в процессе проектирования с целью описания объекта проектирования, технологического задания и заданий на выполнение проектных процедур; изготовление проектной и справочной документации, оформляющей проектные решения; контроль за функционированием системы и отображение статистических данных о количестве и качестве проектных решений.

Одни из наиболее мощных САПР – Unigraphics NX компании EDS, CATIA французской фирмы Dassault Systemes (которая продвигает ее вместе с IBM) и Pro/Engineer от РТС (Parametric Technology Corp.). Главная особенность таких мощных САПР - обширные функциональные возможности, высокая производительность и стабильность работы - все это результат длительного развития.

Важную роль в становлении среднего класса сыграли два ядра твердотельного параметрического моделирования ACIS и Parasolid, которые появились в начале 90-х годов и сейчас используются во многих ведущих САПР. Геометрическое ядро служит для точного математического представления трехмерной формы изделия и управления этой моделью. Полученные с его помощью геометрические данные используются системами CAD, CAM и САЕ для разработки конструктивных элементов, сборок и изделий.

Программы "легкой" категории служат для двумерного черчения, поэтому их обычно называют электронной чертежной доской. К настоящему времени они пополнились некоторыми трехмерными возможностями, но не имеют средств параметрического моделирования, которыми обладают тяжелые и средние САПР. Первая чертежная система Sketchpad была создана еще в начале 60-х годов, а затем появилось немало других продуктов такого рода, использующих достижения компьютерной графики. Однако подлинный расцвет в этой области наступил лишь в 80-е годы с появлением персональных компьютеров. Пионером в этой области стала компания Autodesk, которая в 1983 г. выпустила САПР для ПК под названием AutoCAD.

Таким образом, развитие систем автоматического проектирования идет двумя путями - эволюционным и революционным. В свое время революционный переворот произвели первые САПР для ПК и системы среднего класса. Сейчас рынок развивается эволюционно: расширяются функциональные возможности продуктов, повышается производительность, упрощается использование. Но, возможно, вскоре нас ждет очередная революция. Аналитики из Cambashi считают, что это произойдет, когда поставщики САПР начнут использовать для хранения инженерных данных (чертежей, трехмерных моделей, списков материалов и т. д.) не файловые структуры, а стандартные базы данных SQL-типа. В результате инженерная информация станет структурированной, и управлять ею будет гораздо проще, чем теперь [4, с. 65].

Рассматривая развитие и внедрение технической базы компьютеров, можно выделить ряд этапов этого процесса.

Начальный этап эволюции информационной технологии (1950-1960 гг.) характерен тем, что в основе средств взаимодействия человека и компьютера лежали языки, которые в своих терминах кодировали способы достижения цели обработки (т.е. как правило, машинные языки). Компьютеры были доступны только профессионалам программистам.

Следующий этап (1960-1970 гг.) характеризуется созданием операционных систем, позволяющих вести обработку нескольких заданий, формируемых различными пользователями. Основная цель при этом состояла в обеспечении наибольшей загрузки машинных ресурсов.

Третий этап (1970-1980 гг.) характеризуется изменением критерия эффективности автоматизированной обработки данных - основным ресурсом стали человеческие ресурсы по разработке и сопровождению программного обеспечения. Распространяются мини- компьютеры. Стал возможен интерактивный режим взаимодействия нескольких пользователей.

Четвертый этап (1980-1990гт) знаменует новый качественный скачок в технологии разработки программного обеспечения. Его суть сводится к тому, что центр тяжести технологических решений переносится на создание средств, обеспечивающих взаимодействие пользователей с компьютером на этапах создания программного продукта. Ключевым звеном новой информационной технологии становится представление и обработка знаний. Создаются базы знаний, экспертные системы. Широкое распространение получают персональные компьютеры.

Современный этап развития компьютеров характеризуется созданием суперкомпьютеров обгоняющих скорость получения, обработки и выдачи информации существующих до этого компьютеров на несколько порядков. Начата разработка систем искусственного интеллекта.

Можно также выделить основные этапы компьютеризации общества. В компании International Data Corp. выделяют три этапа компьютеризации общества. Первый охватывает период с начала 1970-х до 1980 года. Он сопровождается созданием вычислительных центров на предприятиях. В то время число пользователей составляло примерно 10 млн., а ежегодные затраты – 50 млн. долл. Второй этап, с 1980 года по настоящее время, характеризуется компьютеризацией деятельности служащих и вдесятеро возросшими расходами [16, с. 224].

Технико-технологическая составляющая процесса компьютеризации общества охватывает качественное совершенствование всех современных средств коммуникации, что определило формирование четвертой составляющей информатизации общества – её интернетализацию. По этим термином мы понимаем быстрыми и ускоренными темпами развивающуюся мировую информационную систему, прежде всего в форме Интернета. Ныне сеть Интернет охватила все высокоразвитые и среднеразвитые страны, проникая во все сферы жизнедеятельности людей.

3. Актуальные инженерные проблемы ХХ-XXI вв.

 Благодаря активной инженерной деятельности за последние четверть века было создано многое, необходимое для обеспечения жизнедеятельности и повышения качества жизни человека и общества. В середине 80-х годов XX века еще не было мобильных телефонов. Люди получали информацию из книг, поскольку не была создана всемирная сеть Internet.  Компьютер еще не вошел в нашу повседневную жизнь.

Сегодня все это к нашим услугам, а также спутниковое телевидение и радио, гибридные автомобили, использующие различные источники энергии. Расшифрован генетический состав многих организмов, широко применяется на практике анализ ДНК человека, проводятся опыты по клонированию животных. Лазерные технологии используются в медицине, CD и DVD системах. Сверхмощный телескоп позволил рассмотреть далекие галактики, исследования на большом адронном коллайдере приблизили нас к разгадке возникновения нашей галактики. За прошедшие четверть века благодаря деятельности инженеров жизнь человеческого общества значительно изменилась и стала более комфортной. Однако существует еще достаточно проблем, которые стоят перед человечеством и требуют, в том числе, инженерных решений [11, с. 97].

Национальная инженерная академия США организовала специальную комиссию экспертов, которые определили главные технологические задачи прикладного характера на XXI век. Это задачи из разных областей науки и техники, но все они крайне важны для развития человечества в целом. Одной из приоритетных задач экспертами названо овладение технологией термоядерного синтеза. Актуальность определяется тем, что энергетический вопрос стоит крайне остро. За источники энергии ведутся войны, возникают конфликты между государствами. Запасы углеводородов не бесконечны. Ограничены запасы уранового сырья для нужд ядерной энергетики. Идут разработки в области использования альтернативных, в том числе возобновляемых источников энергии (солнечные батареи, геотермальные, ветряные электростанции и др.). Но все они проигрывают перспективе термоядерной энергетики. Учёные уже научились запускать эту реакцию в водородных бомбах, но ещё не получается управлять ходом реакции, чтобы можно было безопасно использовать термоядерную энергию в промышленных целях. Среди приоритетных задач XXI века экспертами было названо улучшение инфраструктуры городов. К концу XX началу XXI века стало очевидно, что крупнейшие города мира задыхаются от потока людей, машин, товаров. А потому эта проблема требует незамедлительного решения.

Необходимо создать такую систему жизнеобеспечения городов, включающую в себя водопровод, канализацию, электросеть, газопровод, транспорт, чтобы сделать жизнь населения в городах более комфортной в экологическом, экономическом и социальном планах. Не менее важной является проблема использования новых информационных технологий в медицинской сфере. Большинство болезней протекают на ранних стадиях незаметно для человека. Когда они выявляются, их лечение становится либо невозможным, либо к этому времени болезнь успевает нанести непоправимый вред здоровью человека. Ранняя и точная диагностика заболевания являются залогом успешного лечения. Перед учёными и инженерами стоит задача осуществить более глубокое внедрение информационных технологий в сферу здравоохранения. Важна разработка новых лекарств и методов лечения, в том числе с использованием нанотехнологий. Технологическая задача – развивать виртуальную реальность [6, с. 78].

По мнению учёных, с помощью таких технологий станет возможным решать некоторые задачи в области образования и обучения личности тем или иным навыкам, их можно будет использовать при лечении психологических расстройств, восстанавливать память и т.д. В числе первоочередных задач - уменьшение или прекращение выброса углекислого газа в атмосферу. Концентрация углекислого газа в воздухе растёт, и людям, особенно в городах, где промышленные и транспортные выбросы этого газа крайне велики, становится всё труднее дышать, учащаются случаи заболевания болезнями органов дыхания: астмой, раком лёгких. Кроме того, необходимо также уменьшить выбросы азотосодержащих соединений в атмосферу. Под их действием разрушается озоновый слой земли, и ультрафиолетовое солнечное излучение, не встречая сопротивления в атмосфере, доходит до самой земли, вызывая «парниковый эффект».

Американская ассоциация инженерного образования суммировала основные проблемы человечества, которые следует решить с участием инженеров в XXI веке, и разделила их на четыре области:   Устойчивое развитие цивилизации. Проблема устойчивого развития цивилизации связана с увеличением населения Земли и возрастанием его потребностей в источниках энергии, продуктах питания, пресной воде. Земля – планета с ограниченными ресурсами [3, с. 114].

Инженерам следует изобрести новые способы производства продуктов питания, новые технологии снабжения населения чистой питьевой водой.  Здоровье человека. Здоровью человека угрожают болезни. Нужны исследования и разработки в области биомедицинского инжиниринга, которые бы позволили создать «персонализированную медицину», реализующую индивидуальный подход к пациенту в вопросах диагностики, подборе лекарств, определении методов лечения с использованием компьютеризированных каталогов.  Уязвимость человека. Уязвимость человека связана как с естественными факторами (землетрясения, наводнения, ураганы, цунами), так и с возможными техногенными катастрофами, а также с проявлением терроризма.

Необходима разработка новых технологий предсказания природных катаклизмов, быстрого обнаружения угроз и организаций контр мероприятий, обеспечивающих спасение людей.

Заключение

К началу ХХ столетия инженерная деятельность представляет собой сложный комплекс различных видов деятельности  (изобретательская, конструкторская, проектировочная, технологическая и т.п.), и она обслуживает разнообразные сферы техники (машиностроение,  электротехнику, химическую технологию и т.д.). Сегодня один человек просто не сможет  выполнить  все  разнообразные работы, необходимые  для  выпуска  какого-либо  сложного  изделия,  как  это делал, например, в начале XIX века на одном  из  первых  машиностроительных заводов  его  владелец  Генри  Модсли. Сам он был механиком-самоучкой, одновременно и изобретателем. Он изобрел,  в частности, суппорт  токарного станка,  причем  сам  же   разрабатывал новую конструкцию   изделия,   и технологическое  оборудование,  и  технологию  его  изготовления.  В   конце прошлого века в Лейпциге еще существовал завод, на  котором  все  инженерные работы (от  замысла  до  рабочих чертежей)  выполнял  один  человек - его владелец Р. Зак. Там не было ни технического бюро, ни чертежников. Уже в те времена его "многосторонняя" деятельность представлялась курьезом.

Для современной инженерной деятельности характерна глубокая дифференциация  по  различным  отраслям  и функциям,  которая   привела к разделению ее на целый ряд взаимосвязанных видов деятельности и выполняющих их кооперантов. Такая дифференциация  стала  возможной, однако,  далеко  не сразу.  Сложная   кооперация   различных   видов инженерной   деятельности складывалась постепенно. На первых этапах своего профессионального  развития инженерная   деятельность   была ориентирована на применение знаний естественных наук (главным образом, физики), а также математики, и  включала в себя  изобретательство, конструирование  опытного  образца  и  разработку технологии изготовления новой технической системы. Инженерная  деятельность,первоначально  выполняемая  изобретателями, конструкторами и технологами, тесно связана с технической  деятельностью  (ее  выполняют  на производстве техники,  мастера  и  рабочие),  которая становится исполнительской по отношению  к  инженерной  деятельности.

Однако с течением времени структура инженерной деятельности усложняется. Классическая  инженерная  деятельность включала в себя изобретательство, конструирование и организацию изготовления (производства) технических систем, а также инженерные исследования и проектирование.