Иначе выглядит этот процесс в САПР, построенных на полностью формализуемых методах решения проектных задач. Результат решения задачи в таких системах — множество взаимосвязанных элементов объекта, т. е. конструктивно-технологический граф. Сам процесс решения связан с формированием функциональных элементов объекта и может быть представлен в качестве структурно-функционального графа. Синтез объекта состоит из решения идентичных задач, которые в САПР классифицируются как проектные операции. 

При этом нельзя сказать заранее, сколько проектных операций и применительно к каким элементам объекта необходимо будет применить, однако можно указать перечень тех проектных операций, которые и определяют синтез объекта в формализованных САПР.

В системах можно выделить три части, или подсистемы: формирования входной информации; проектирования—пакеты прикладных и управляющих программ; формирования выходной информации. Такие системы работают обычно в автоматическом режиме, имеют многовариантную основу, т. е. могут быть нацелены на процесс перепроектирования, если полученный результат по тем или иным причинам не устраивает проектировщика. Идентичные элементы систем САПР в зарубежной литературе имеют следующую аббревиатуру: подсистема формирования входной информации — PREPROCESSOR; подсистема проектирования —PROCESSOR; подсистема формирования выходной информации — POSTPROCESSOR.

Для придания этим системам большей универсальности в них предусмотрено несколько уровней ветвления хода решения задачи, в связи с чем программное обеспечение их имеет колоссальные размеры, обращение с ними непросто, а трудоемкость разработки достигает иногда сотен тысяч человеко-лет.

Наиболее правильное название таких САПР — системы автоматического проектирования. Хотя они уязвимы с точки зрения экономичности, однако отдельные их подсистемы — желанные компоненты любой САПР.

Наибольшую известность у нас в стране и за рубежом получили системы автоматизированного проектирования, которые в отличие от автоматических способны осуществлять процесс проектирования при решении задач, не поддающихся полной формализации. Проектирование в таких системах осуществляется под непосредственным контролем человека-оператора, чаще всего на уровне человеко-машинного диалога. Человек сам принимает решение там, где процесс проектирования не поддается формализации, благодаря чему активно используется профессиональный уровень проектировщика в том случае, когда оценка проектных решений не имеет количественного выражения. Системы, в которых организуется поиск решений неформализуемых задач, составляют группу эвристических САПР.

Представляется целесообразным объединять в рамках одной САПР приемы эвристического и формального представления проектных процедур.

Следующая “ступенька” в иерархии — САПР функционального назначения, наиболее популярными представителями которых являются расчетно-оптимизационные САПР. Популярность их объясняется тем, что первоначально на ЭВМ выполнялись различные расчеты, а затем на втором, более высоком уровне с помощью этих расчетов начались поиски оптимальных характеристик конструкций. Основой таких САПР служат пакеты управляющих и прикладных программ. Чаще всего режим работы диалоговый, но встречается также и пакетный. Графический интерпретатор в таких системах обычно обеспечивает вывод конечных или промежуточных проектных решений на устройства графического вывода.

Особый интерес в конструкторских бюро вызывает применение графоаналитических САПР. Первоначально конструктор на экране графического дисплея формирует изображение или расчетную схему проектируемого объекта, что эквивалентно введению информации в память ЭВМ. Затем с помощью расчетных модулей осуществляется решение задачи анализа конструкции. Полученные результаты тут же обрабатываются и выдаются на экране графического дисплея в виде эпюр, гистограмм, графиков и т. д. Далее, в зависимости от поставленной задачи, конструктор вносит изменения в первоначальный проект геометрии образа, и указанный процесс осуществляется заново. Таким образом, за определенное число графических итераций может быть получено оптимальное проектное решение.

Часто приходится слышать, в частности от математиков, что отсутствие оптимизационной математической основы в таких системах делает их “слепыми” но сравнению с расчетно-оптимизационными. Однако не следует забывать о тех, кто будет работать у экранов графических дисплеев,— о конструкторах. В этом плане графоаналитическая САПР служит как бы контролером правильности действий конструктора-проектировщика, так как задача создания новой конструкции стоит перед ним, а не перед ЭВМ. Как показывает опыт эксплуатации таких систем, в большинстве случаев за 8—10 итераций, выполненных проектировщиком, становится ясным, какой должна быть та или иная конструкция. В заключение отметим, что графоаналитические САПР в основном ориентированы на проектирование небольших узлов и деталей.

Системы автоматизированного проектирования конструкций, представляющие третью группу САПР, создаются обычно только в крупных фирмах или на заводах и предназначаются для проектирования и конструирования всего изделия в целом, т. е. самолета, корабля, автомобиля, трактора, строительного объекта и т. д. В основном они строятся на дифференциальной основе, когда проектирование крупных узлов изделия осуществляется подсистемами проектирования. Согласно ГОСТ 23501.0—89, подсистемы — составные структурные части САПР, которые представляют элементы всех “обеспечении” автоматизированного проектирования, необходимые для выполнения подсистемой ее функций, и по своим свойствам и функциям могут рассматриваться как отдельные системы.

Подсистемы на уровне формализации решаемых задач — это отдельные единицы, основные функции которых — автоматизация отдельных участков наиболее трудоемких процессов проектирования, т. е. ввода и вывода информации, изготовления документации и т. д. Подсистемы на уровне системы автоматизированного проектирования, рассматриваемой на данном этапе,— это сложные комплексы проектирования, направленные на автоматизацию проектирования отдельных узлов сложных изделий. Например, если объектом проектирования является самолет, то подсистемами САПР будут подсистема проектирования крыльев, подсистема проектирования фюзеляжа, подсистема проектирования хвостовой части, подсистема проектирования системы жизнеобеспечения и другие; если объект проектирования —автомобиль, то подсистемами САПР могут быть подсистема проектирования передних и задних мостов, подсистема проектирования кабины и т. д.

Естественно, что каждая подсистема САПР может создаваться как отдельный элемент процесса проектирования. В дальнейшем, с увеличением количества подсистем и ростом их качества при наличии достаточной базы типовых структур становится возможным объединение их в рамках систем автоматизированного проектирования.

Такие САПР обладают программным обеспечением различного уровня, в том числе активными графическими системами, и обеспечивают глубину проработки проектируемого изделия до полных чертежей основных узлов.

Следующей разновидностью САПР являются графические системы, предназначенные для непосредственного вычерчивания на экране различных узлов и деталей конструкций. Графические системы особенно необходимы на стадии технического проектирования, когда выполняется значительный объем чертежных работ и требуется большое количество чертежно-графической документации. Задачи графических систем состоят в том, чтобы облегчить и ускорить доработку конструкций, уменьшить вероятность появления технических ошибок.

Системы подготовки технической документации обеспечивают автоматизированный выпуск рабочих чертежей деталей или конструкций. Они позволяют воспроизвести формы детали по одной ее проекции или разрезу на сборочном чертеже, определить все размеры с допусками на изготовление и техническими условиями. Однако количество таких систем в общей массе САПР пока незначительно, и проблема массового выпуска рабочих чертежей пока не решена.

Еще одно бурно развивающееся направление САПР намечается в области обработки результатов экспериментальных исследований. Это обусловлено, с одной стороны, возросшим числом экспериментальных исследований новой техники, а с другой стороны, появлением программно-экспериментальных комплексов, позволяющих осуществлять автоматизацию экспериментальных исследований. В связи с этим на крупных предприятиях организовываются замкнутые системы получения, обработки и передачи экспериментальной информации на вход других подсистем САПР, при этом образуется эффективная система проектирования изделия, что в свою очередь позволяет производить оценку тех аналитических или численных методов, которые были заложены в основе других подсистем, и дает толчок к совершенствованию последних.

Немалая роль отводится так называемым информационным системам, которые призваны собирать, компактно хранить и в нужный момент избирательно передавать необходимый файл информации на вход следующей подсистемы или по требованию конструктора на указанное им устройство. К достоинствам этих САПР необходимо отнести их способность организации патентного поиска требуемого образца или детали.

Специфическую группу САПР составляют системы. технологической подготовки программ для станков с ЧПУ. Сегодня это направление во многом определяет эффект, который дает автоматизация проектирования. Вопрос зачастую ставится так: экономично ли использовать системы САПР — CAD без систем ИАСУ — САМ или их элементов? Ответ на этот вопрос дает практическое использование в системах САПР даже отдельных компонентов систем числового программного управления, каковыми являются САПР технологической подготовки программ для ЧПУ.

На следующей классификационной “ступеньке” расположены специализированные и инвариантные САПР.

Под специализированными САПР понимают такие системы проектирования, область применения которых ограничивается определенным классом конструкций, например САПР грузового автомобиля, САПР строительных конструкций, САПР тракторов и т. д. Инвариантные САПР — это такие системы автоматизированного проектирования, область применения которых не ограничена определенными сферами применения, например система автоматизации прочностных расчетов методом конечных элементов может быть инвариантна по отношению к автомобилю, строительной конструкции, трактору и т. д.

Какие системы нужны? Наверное, и те, и другие. Судите сами. Специализированные САПР обеспечивают обычно полную проработку всех узлов изделия, в то время как инвариантные затрагивают только какую-то отдельную функциональную их особенность, например вопросы прочности. С другой стороны, инвариантная САПР в отличие от специализированной найдет применение на многих предприятиях и в проектных институтах. Следовательно, чтобы специализированные САПР были экономически эффективными, их следует разрабатывать на крупных предприятиях, выпускающих сложную дорогостоящую продукцию, или на предприятиях, выпускающих продукцию большими сериями.

И наконец, последняя “ступенька” нашей классификации, характеризующая, каким образом технические средства определяют различия в системах автоматизированного проектирования.

По современным представлениям, существуют две тенденции развития САПР, связанные с наличием аппаратных средств и вычислительной техники. К первой относятся системы проектирования, в которых вся основная информация, связанная с проектированием, обрабатывается мощной ЭВМ, а корректировка и ввод графической информации на местах осуществляются с помощью мини- или микроЭВМ, соединенных интерфейсом с большой машиной. Другую группу образуют системы САПР, в которых весь процесс проектирования осуществляется на автоматизированных рабочих местах конструкторов (АРМах) за счет собственных вычислительных и графических средств, а более мощный компьютер служит только передаточным звеном с общей базой знаний.

Что же более выгодно? Почему существуют обе тенденции?

Чтобы ответить на эти вопросы, вспомним, как шел процесс создания вычислительной техники. Сначала появились большие ЭВМ, затем мини-ЭВМ и, наконец, микроЭВМ. Соответственно и САПР сначала создавали на больших ЭВМ, затем инициатива перешла “в руки” их более компактных наследников, тем более, что на базе последних начали создаваться различные средства автоматизации конструкторских работ.

Второе направление в создании САПР на базе АРМов следует признать более прогрессивным по многим аспектам, главные из которых следующие: во-первых, процесс проектирования не зависит от выхода из строя одного из рабочих мест, как это имеет место в системах первого направления, где выход из строя основной ЭВМ практически срывает весь процесс проектирования; во-вторых, независимая обработка данных избавляет конструктора от потерь времени, связанных с выполнением задания другого конструктора, упрощает управление процессом проектирования. Программное обеспечение САПР относится к наиболее сложным программным системам, созданным к настоящему времени.

Языки проектирования имеют две функции: познавательную и коммуникативную. Познавательная функция используется конструктором при фиксировании отдельных результатов процесса проектирования. С одной стороны, это освобождает его от хранения всей поступающей информации, с другой стороны, позволяет передавать текущие результаты решения проблемы другим конструкторам. Так как проектируемое изделие обычно создается коллективом конструкторов в процессе общения друг с другом, то имеет большое значение коммуникативная функция языка проектирования.

Представление описаний проектируемого изделия, выполняемое с использование языка лингвистики, есть не что иное, как реализация познавательной функции языка проектирования, а осуществление преобразований описаний за счет взаимодействия человека и ЭВМ реализуется в коммуникативной функции. Чем ближе язык диалогового проектирования САПР к естественному языку, тем большими возможностями располагает проектировщик при создании нового изделия.