Подсистема помогает проектировщику в решении двух классов задач: в поиске новых принципов действия технических объектов и поиске вариантов решения при известных принципах действия. Подсистема содержит различные методики поиска решения технических задач. Многие творческие задачи не поддаются полной формализации. В этом случае решение принимает человек в результате человеко-машинного диалога. Подобные методы автоматизированной генерации решений повышают интеллектуальные способности и творческую активность проектировщиков.
Учитывая важность рассматриваемой подсистемы, в организационной структуре САПР желательно предусматривать группу специалистов в области эвристики, пополняющей подсистему новыми алгоритмами творчества, учитывающими как особенности характера и структуры решаемых задач, так и особенности психической деятельности человека [5].
Основное назначение подсистемы - выполнение всех вычислительных работ, связанных с детализацией выбранного варианта решения проектной задачи. Автоматизация вычислений позволяет использовать более сложные модели объектов и более мощные вычислительные методы, что значительно приближает показатели модели к действительным показателям объекта. Арсенал вычислительных методов постоянно пополняется, многие инженерные задачи стимулируют разработку новых подходов и методов, новых критериев и алгоритмов.
При выборе параметров объекта возможно использование различных видов моделей, к которым относятся:
а - Аналитические (детерминированные - непрерывные и дискретные, стохастические), причем этапам эскизного, технического, рабочего проектирования соответствуют свои модели;
и - Имитационные, если объект отличается неопределенностью функционирования Такие модели воспроизводят процесс функционирования проектируемого объекта, а оценка различных вариантов решения при варьировании управляющими переменными позволяет найти наиболее приемлемый из них;
э - Эвристические и игровые модели, когда объект характеризуется неопределенностью функционирования и не установлены значения его параметров. В этом случае используется интуитивный выбор решения в условиях неполной информации.
В процессе проектирования рассмотренные модели используются в обратном порядке: от самых общих до наиболее точных.
Поскольку методика проектирования постоянно уточняется и модифицируется то структура САПР должна допускать возможность изменения отдельных частей системы без изменения остальных составляющих или с их минимальными изменениями, этим требованиям наиболее полно отвечают функциональные структуры интегрированных САПР. Такие системы характеризуются модульным принципом построением математического обеспечения, наличием встроенных операционных систем и набором альтернативных проектных процедур и их оценок на различных этапах процесса проектирования [5].
Подсистема предназначена для изготовления и выдачи проектных документов (чертежей, технических описаний, схем, графиков, таблиц), необходимых для создания объекта проектирования и позволяет, таким образом, автоматизировать наиболее трудоемкую, однообразную и утомительную рутинную работу. Автоматизация этих процессов позволяет резко сократить затраты труда и времени, а также сравнительно легко обеспечить внесение изменений во все части проектной документации.
Автоматическое изготовление документации осуществляется с помощью чертежных автоматов и графопостроителей, устройств микрофильмирования, репродуцирования и т.д.
Этой подсистемой осуществляется компоновка документов, т.е. разбиение его на страницы стандартного формата, размещение графических символов на поле страницы, соединение их линиями.
Рассмотренные подсистемы составляют основу технологии автоматизированного проектирования технических объектов. Эту технологию проектирования применяет проектировщик, которому достаточно знать правила записи технического задания на проектирование с помощью специальных языков описания объекта и директив управления системой, чтобы инициировать процесс обработки и отображения информации в САПР. Специальные диалоговые средства (дисплеи, АРМы) позволяют ему оперативно получать промежуточные результаты в процессе решения задачи и иметь возможность влиять на ход ее решения, не прерывая вычислительного процесса.
В САПР имеются и другие подсистемы, которые в общем случае подразделяются на объективно-ориентированные, осуществляющие разработку того или иного объекта на определенной стадии проектирования С например, конструирования деталей объекта, технологического проектирования), и инвариантные или объектно-независимые подсистемы, которые осуществляют функции управления и обработки информации, не зависящие от особенностей проектируемого объекта (диалоговых процедур, численного анализа, оптимизации, информационно-поисковых процедур, ввода-вывода графической информации).
Некоторые из этих подсистем описаны ниже при рассмотрении примеров промышленных САПР.
Подсистемы и компоненты САПР соединяются и взаимодействуют друг с другом под управлением операционной программы проектирования, отображающей логическую схему построения проекта, в соответствии с директивой пользователей системы. Подвергаясь воздействию проектных процедур, модель проекта развивается, накапливая и структурируя поступающую все более детальную проектную информацию таким образом, чтобы в любой момент представить ее в распоряжение конструктора или какой-либо из программ системы. Такой организацией системы достигается обеспечение единства модели проекта на всех стадиях процесса проектирования. Наличие общего для всех программ образа проектируемого объекта существенно отличает САПР от простого объединения разрозненных программ, каждая из которых требует специфического описания данных о проекте.
При создании и развитии САПР применяются основные общесистемные принципы:
включения, предусматривающий согласование параметров и возможностей конкретной САПР с системой более высокого иерархического уровня;
системного единства" обеспечиваемый тесными связями всех подсистем САПР;
развития, предусматривающий наращивание и совершенствование компонентов САПР и связей между ними;
комплексности, обеспечивающий связность проектирования отдельных элементов и всего объекта в целом на всех стадиях проектирования, т.е. своеобразный конвейер проектирования;
информационного единства, требующий использования в подсистемах САПР установленных соответствующими нормативными документами проблемно-ориентированных входных языков, языков программирования, способов представления информации, терминов, символов и т.д.;
совместимости, обеспечивающий совместное функционирование всех подсистем САПР при сохранении открытой структуры системы в целом;
инвариантности, требующей чтобы подсистема и компонента сапр были по возможности универсальными или типовыми, т.е. инвариантными к проектируемым объектам и отраслевой специфике;
моральной живучести, предполагающий наличие в САПР средств настройки на ограниченный, но достаточно представительный класс технических баз проектирования.
Система должна легко адаптироваться к этим базам. Предусматривается три уровня настройки системы: системный, процедурный и параметрический. На системном уровне осуществляется смена общесистемных программ, например, связанных с переходом на новые физические принципы реализации проектируемого объекта. Процедурный уровень используется при переходе на новый класс объектов проектирования и обеспечивает замену отдельных блоков в программных модулях входного описания объекта, инженерного анализа, документирования. На параметрическом уровне производится настройка системы внутри некоторого класса проектируемых объектов [5].
Более десяти лет в Государственном институте азотной промышленности и промышленности органического синтеза (ГИАП) функционирует система автоматизированного проектирования предприятий химической промышленности. Для ее создания существовал целый ряд предпосылок. Одна из них - чрезвычайно высокая стоимость проекта при традиционных методах проектирования - до трех процентов стоимости объекта (на Западе 10-12%). При этом создание программ для автоматизации отдельных проектных операций, не объединенных в САПР, позволяет автоматизировать лишь 15-20% объема проектных работ.
Второй предпосылкой является длительность процесса традиционного проектирования.
Задание на проектирование выдается в несколько этапов. Сначала выдается предварительное задание. После начальной проработки этого задания появляется уточненное задание. Затем следует согласование задания с целым рядом инстанций.
Вследствие этой этапности в процессе проработки проекта возникают изменения в задании. Это - источник ошибок в проектах, которые приходится исправлять. Поэтому проектирование всегда является итерационным процессом. Уже это делает целесообразным использование ЭВМ.
Проект требует решения экологических задач. Экологические расчеты в ручную не реализуются. Длительность традиционного проектирования и строительство от начала планирования до выпуска первой продукции составляет в России 10 - 12 лет.