Предыстория кафедры
Предыстория кафедры САПР уходит в 70-е годы и напрямую связана с кафедрой «Конструирование машин и аппаратов» (КМХП) машиностроительного факультета МИХМа. Кафедра КМХП выпускала инженеров по специальности 0561 (17.05) «Химическое машиностроение и аппаратостроение».
Одной из важных и интересных проблем, решением которых кафедра КМХП занималась вместе со студентами, была проблема эффективного использования вычислительной техники при решении инженерных задач. В качестве аппаратного обеспечения учебного процесса в институте в то время служила ЭВМ БЭСМ-4 (БЭСМ – Большая Электронная Счетная Машина). Она занимала почти весь первый этаж в главном корпуса (сегодня там размещается учебный центр компьютерного проектирования), имела гигантский пульт управления, который светился сотнями лампочек и был снабжен десятками клавишей. В качестве языка программирования использовался Алгол, который являлся языком высокого уровня. Однако по вычислительным ресурсам это чудо электронной техники существенно уступало современному персональному компьютеру. Несмотря на это, студенты решали на этой машине сложные задачи расчета различных конструкций, связанные с решением систем дифференциальных уравнений в частных производных, применением численного аппарата рядов Фурье и т.п. Это удавалось делать с помощью специальных приемов программирования, связанных с разработкой программ так называемой оверлейной структуры. Алгоритм решения задачи и соответственно программа расчета разбивались на большое число отдельных частей малого объема, логически связанных между собой, и загружались в память ЭВМ последовательно. Таким образом, задача решалась по частям. Конечно, процесс программирования при этом граничил с искусством, но был чрезвычайно увлекательным. При этом следует отметить, что никаких устройств типа современных мониторов тогда еще не было. Программу писали на бумаге, а затем с помощью специального перфоратора наносили на перфокарты в виде систем отверстий. Пакет перфокарт с нанесенной программой расчета и исходными данными задачи вводили в ЭВМ с помощью специального считывающего устройства. Программист должен был также владеть искусством чтения текста про-граммы по отверстиям на перфокартах для того, чтобы обнаружить возможные технические ошибки. Несмотря на все эти трудности, студенты с большим энтузиазмом осваивали нелегкое искусство программирования. В период 1975-1980 г.г. разработка программного обеспечения учебного процесса велась также на ряде других ЭВМ, которые появлялись и быстро исчезали по причине своего несовершенства. Линейка используемых ЭВМ включала в себя такие машины как «Мир», «Наири», «Проминь», «ДВК» и даже программируемые калькуляторы. Программирование велось на широком ряде алгоритмических языков, таких как Фортран, Алгол, Ассемблер, входные языки указанных ЭВМ, а в некоторых случаях даже в машинных кодах. Ряд выпускников тех лет в последующем стали профессиональными программистами. Например, Квасов Александр Николаевич, выпускник 1979 года, успешно защитил диссертацию, связанную с раз-работкой программного обеспечения, и затем работал директором института прикладной математики Кемеровского государственного университета. Петровнин Юрий Алексеевич защитил диссертацию, связанную с компьютерным анализом прочностных параметров аппаратов, и после защиты диссертации работал начальником вычислительного центра НИИ «Пензхиммаш».
В 1980 году парк ЭВМ института пополнился машиной нового поколения ЕС-1033. Эта линейка ЭВМ (ЕС-1022, ЕС-1033, ЕС-1045, ЕС-1060) была аналогом американских машин линейки IBM-360. Вычислительные ресурсы ЕС-1033 на два порядка превосходили ресурсы ЭВМ БЭСМ. Новая машина была снабжена транслятором алгоритмического языка высокого уровня PL/1, который был хорошо адаптирован для решения прикладных инженерных задач, и алфавитно-цифровыми дисплеями (графические мониторы еще не появились). Появление новой машины позволило существенно увеличить темпы, уровень и качество работ по созданию программного обеспечения учебного процесса.
Начиная с 1980 года кафедра «Конструирование машин химических производств» выпускает в рамках специальности «Конструирование машин и аппаратов» инженеров-пользователей САПР. Из трех учебных групп кафедры на 3 курсе выделялась одна группа, студенты которой в течение всего срока обучения практически все свои работы, связанные с расчетами и конструированием оборудования, выполняли на ЭВМ. Во время летней практики 3-го курса студенты группы методом «мозгового штурма» осваивали программирование на алгоритмическом языке PL/1. Первые две недели практики они осваивали теоретический и практический курс программирования и разрабатывали достаточно сложные алгоритмы и программы компьютерного анализа элементов конструкций. Занятия проводились по 6-8 часов ежедневно в режиме высокой интенсивности. Заключительные две недели практики проходили в Вычисли-тельном центре НИИ «Гидромаш». Эта организация была головной по проблеме САПР в структуре Министерства химического и нефтяного машиностроения. В состав НИИ входили несколько отделов САПР. В Вычислительном центре была установлена самая мощная ЭВМ того времени – ЕС-1060 (в стране было всего несколько таких машин). Студенты выполняли отладку и тестирование своих программ на этой машине. По ходу своей работы оно изучали и осваивали язык JCL (Job Control Language – язык управления заданиями). Этот язык использовался на мэйнфреймах IBM (и соответственно на ЭВМ ЕС) для описания заданий при работе в пакетном режиме. На этом языке программист был обязан описать весь путь прохождения своей программы через устройства ЭВМ: этап компиляции программы (compilation), этап компоновки (linking), на котором выполняется процесс подготовки загрузочного модуля, этап загрузки (loading) этого модуля в вычислительное устройство и этап выполнения (execution). На старших курсах эти студенты активно участвовали в разработке программного обеспечения, активно вели научно-исследовательскую работу. Результаты научно-исследовательской работы студентов публиковались в научных трудах МИХМа. В учебном процессе широко использовались программные продукты, разработанные по заказам промышленности. В период 1980-1990 гг. было выполнено большое число научно-исследовательских работ, посвященных разработке математического и программного обеспечения инженерного анализа широкого ряда конструкций химического машиностроения. Эти работы выполнялись по хоздоговорам и договорам о социалистическом содружестве с научно-исследовательскими институтами химического машиностроения Москвы, Ленинграда, Иркутска, Харькова, Пензы, институтом ВНИПИНефть, заводами «Уралхиммаш», «Пензхиммаш», Моршанским заводом химического машиностроения. Следует отметить, что в те годы имел место ажиотажный спрос на численные методы расчета конструкций и программное обеспечение. Во всех научно-исследовательских и проектных организациях активно выполнялись работы по созданию новой техники и практически все организации были укомплектованы вычислительной техникой нового поколения – ЭВМ ЕС. Кафедрой КМХП были разработаны методы и алгоритмы численного анализа работы широкого ряда изделий химического машиностроения: оболочечных конструкций различного назначения, центрифуг, сепараторов, распылительных сушилок, вращающихся печей, грануляторов, емкостной аппаратуры, шаровых кран, сосудов и аппаратов высокого давления, включая рулонированные конструкции сосудов, и т.д. Разработанные методы и алгоритмы были реализованы в виде программного обеспечения на алгоритмическом языке PL/1 применительно к ЭВМ ЕС. Активное участие в выполнении этих работ принимали студенты.
Разработанные методы и алгоритмы расчета конструкций сохраняют свою ценность и актуальность и сегодня. Некоторые из них реализованы на современных ЭВМ с добавлением графического интерфейса. Однако востребованность промышленностью математического и программного обеспечения компьютерного анализа работы элементов конструкций сегодня крайне мала, поскольку разработка нового оборудования в области химического машиностроения практически не ведется.
Конец 80-х годов ознаменовался революционным прорывом в области вычислительной техники – появились первые персональные компьютеры. В МИХМе первые четыре компьютера PC 286 XT появились в 1990 году. По сравнению с современными ПК типа Pentium IV это были маломощные машины, уступающие по своим вычислительным ресурсам современным ПК более, чем в 1000 раз. Однако каждая машина PC 286 XT более, чем в три раза превосходила ЭВМ ЕС-1033 как по быстродействию, так и по объему оперативной памяти. Но самое главное преимущество новой вычислительной техники, которое трудно переоценить, заключалось в том, что эти машины были снабжены графическими мониторами. Именно это обстоятельство определило полное господство в инженерной деятельности нового поколения ЭВМ, поскольку позволило решать задачи графического синтеза. Одновременно появилось и новое поколение программного обеспечения: дисковая операционная система (DOS), популярный и сейчас файловый менеджер Norton Commander, а также ряд других программ, обеспечивающих комфортную работу пользователя, в том числе, и хорошо известный графический пакет AutoCAD. К сожалению, этот период отмечен и рядом негативных событий: 1990-1991 годы – экономические реформы, 1991 год – пожар в МИХМе, 1992 год – шоковая терапия Гайдара и т.д. Все эти события резко изменили социальную ситуацию в стране и, в частности, – в системе высшего образования. Количество желающих получить высшее образование уменьшилось, конкурс абитуриентов по приему в вузы стал резко падать. Это явление не обошло стороной и МИХМ. Так в 1991-1992 годах конкурс по поданным заявлениям на специальность 0561 «Химическое машиностроение и аппаратостроение» машиностроительного факультета не превышал 50 % от числа мест. Выпускающие кафедры факультета (КМХП и «Полимерное машиностроение») комплектовали свои студенческие группы за счет студентов, не прошедших по конкурсу на факультет автоматизации химических производств, который тогда держал высокую планку по приему. Существование факультета оказалось под угрозой.
В августе 1992 года в разгар шоковой терапии МИХМу из верхних эшелонов власти неожиданно выделили на приобретение оборудования 46 млн. рублей. Большая часть выделенной суммы была израсходована на закупку вычислительной техники. Было приобретено около 40 персональных компьютеров PC286 и PC386. Наличие столь внушительного аппаратного обеспечения позволило реализовать планы машиностроительного факультета по расширению масштабов применения вычислительной техники в учебном процессе. В сентябре 1992 года оперативно было подготовлено обоснованное предложение об открытии специализации «Автоматизированное проектирование машин» в рамках специальности 0561 «Химическое машиностроение и аппаратостроение». Одновременно был разработан индивидуальный учебный план для этой специализации, предусматривающий непрерывное использование вычислительной техники нового поколения на протяжении всего срока обучения студентов. Для разработки методического и программного обеспечения учебно-го процесса была создана рабочая группа из преподавателей, активно владеющих такой техни-кой. В течение осеннего семестра 1992-1993 уч.г. были разработаны лабораторные практикумы по широкому ряду дисциплин специальности 0561, основанные на использовании персональных компьютеров. Были приобретены профессиональные программы Автокад 10, Cosmos/M, система автоматизированного черчения «Sachok», система автоматизированного расчета деталей машин «QuickCalc». Автоматизированный лабораторный практикум по начертательной геометрии был разработан на основе препроцессора конечно-элементной системы инженерного анализа Cosmos/M и включал полный цикл работ, связанных с выполнением всех заданий по этой дисциплине. Лабораторные практикумы по инженерной графике и деталям машин включали цикл работ по автоматизированному проектированию и расчету деталей и узлов машин, включая работу со сборочными чертежами. По всем разделам курса «Теоретическая механика» (статика, кинематика, динамика) было разработано оригинальное программное обеспечение для выполнения расчетно-проектировочных работ. Была осуществлена полная компьютеризация курса «Прочность машин и аппаратов». В результате за короткий период было разработано в достаточном объеме методическое, программное и организационное обеспечение непрерывного и неформального применения ЭВМ в учебном процессе для специализации «Автоматизированное проектирование машин». В ноябре 1992 года была демонтирована ЭВМ ЕС-1033, и на освободившихся помещениях был организован Учебный Центр компьютерного проектирования (УЦКП), оснащенный персональными компьютерами и достаточно богатым по тем временам программным и методическим обеспечением. Открытие Центра состоялось в апреле 1993 года. Тем временем было получено разрешение Минвуза на открытие специализации «Автоматизированное проектирование машин» и в июне 1993 года был объявлен прием студентов на эту специализацию в количестве 25 человек.
Успех превзошел все ожидания. В 1993 году конкурс на специализацию «Автоматизированное проектирование машин» превысил 5 человек на место. Машфак впервые за многие годы вышел на первое место среди факультетов и полностью укомплектовался без посторонней помощи. Это не было случайным событием. В те годы Автокад пользовался огромной популярностью. Фирма Autodesk открыла в Москве десятки учебных сертифицированных платных центров, которые активно работали. Поэтому предложение МИХМа образовательных услуг по обучению методам автоматизированного проектирования было своевременным и весьма эффективным.
Успех новой специализации не остался незамеченным. В следующем учебном году с предложениями об открытии аналогичных специализаций выступили кафедры «Криогенная техника» и «Конструирование аппаратов химических производств». Одновременно руководство МИХМа предложило открыть новую специальность «Системы автоматизированного проектирования». Предложение руководства казалось логичным. Во-первых, расширение числа специальностей было необходимо для развития института. Во-вторых, в наличии имелось аппаратное и методическое обеспечение учебного процесса по родственной специализации «Автоматизированное проектирование машин» и многолетний опыт подготовки инженеров-пользователей САПР. Поэтому с соответствующей просьбой руководство института обратилось в Министерство высшего образования. Экспертная комиссия министерства, которую возглавлял заведующий кафедрой САПР МВТУ им. Баумана профессор И.П. Норенков после детального знакомства с обеспечением образовательного процесса по дисциплинам САПР дала положительное заключение. Затем было получено соответствующее разрешение Минвуза, и в июне 1994 года был объявлен и осуществлен прием одной группы студентов (25 человек) на специальность «Системы автоматизированного проектирования». Предполагалось вначале, что подготовка специалистов по новой специальности будет осуществляться примерно в том же ключе, что и подготовка инженеров-пользователей САПР. Здесь следует отметить, что до 1995 года такое понятие как «Государственный образовательный стандарт по специальности» было неизвестно. Поэтому, когда в апреле 1995 года появился Государственный стандарт по специальности САПР, обязательный к исполнению, это стало для всех полной неожиданностью. ГОС регламентировал преподавание 17 (!) дисциплин, которые никогда ранее в МИХМе не преподавались, и по которым полностью отсутствовало методическое и кадровое обеспечение («Операционные системы», «Сети ЭВМ», «Базы данных», «Лингвистические обеспечение САПР» и т.д.). В этих условиях перед институтом возникла сложнейшая проблема обеспечения выпуска таких специалистов. Решением руководства института студентов, принятых на специальность САПР, передали на машиностроительный факультет, а вместе со студентами все проблемы, связанные с обеспечением выпуска инженеров по специальности САПР. Первые два года (1994-1996) студенты специальности САПР обучались по форс-мажорному учебному плану, в котором общепрофессиональные и специальные дисциплины бы-ли отнесены на старшие курсы. Тем временем шла интенсивная работа по созданию методического и программного обеспечения дисциплин специальности, по подготовке учебных курсов и организации материально-технической базы. К участию в этой работе были привлечены выпускники кафедры КМХП по специализации «Автоматизированное проектирование машин». Одновременно шли работы по организации учебно-вычислительной лаборатории САПР, созданию материально-технической базы. Непосредственное руководство всеми работами осуществлялось деканом машиностроительного факультета, поскольку кафедра САПР была организована только в 1996 году. Обучение студентов специальным дисциплинам на кафедре САПР началось только в сентябре 1997 года, когда студенты приема 1994 года перешли уже на 4 курс. Именно тогда начинается история кафедры САПР.
