Принципы системного проектирования

Принципы системного проектирования

Как было отмечено выше, проектирование, если оно нацелено на получение эффективных результатов, должно базироваться на системном подходе. В настоящее время еще нельзя утверждать, что известны их полные состав и содержание применительно к проектной деятельности, однако можно сформулировать наиболее важные из них.

1. Практическая полезность.

2. Единство составных частей. Эффективность решения задачи зависит и от того, насколько полно учтены все связи, как между частями рассматриваемого объекта, так и с взаимодействующими с ним другими объектами.

3. Изменяемость во времени. Объекты проектирования существуют не мгновение, а, как и живой организм, последовательно «проживают» ряд этапов:

· постановка цели и планирование работы,

· проведение исследований и проектирование,

· производство,

· эксплуатация,

· утилизация (переработка и захоронение вышедшего из употребления изделия).

Все вместе, т.е. период от возникновения потребности в создании объекта до его ликвидации вследствие исчерпания потребительских качеств, составляет жизненный цикл. Учет этапов жизненного цикла позволяет уменьшить издержки или даже предотвратить возможную катастрофу вследствие действия «непредусмотренных» обстоятельств, рационально спланировать деятельность по созданию и обслуживанию объекта.

С другой стороны, новое изделие возникает не на пустом месте. Важно учитывать историю и предусматривать перспективы развития и применения разрабатываемого объекта, а также областей науки и техники, на достижениях которых базируются соответствующие разработки.

 

 

Основные понятия

Первичное описание, представленное в заданной форме, называется заданием на проектирование.

Проектное решение – промежуточное или конечное описание объекта проектирования, необходимое и достаточное для рассмотрения и определения дальнейшего направления или окончания процесса проектирования.

Проектная операция – блок элементарных действий, объединенных всего лишь одним результатом, используемым в дальнейшем. Примерами проектных операций являются вычерчивание контура детали, ввод исходных данных и так далее.

Проектная процедура – это совокупность операций, выполняемых проектировщиком или компьютером непрерывно и последовательно. Примерами проектных процедур могут служить оптимизация, компоновка.

Процедуры и операции отличаются друг от друга не только содержанием, но и такими свойствами, как детерминированность, эвристичностъ, трудоемкость, объектно-ориентированпостъ, объектно-инвариантность.

Полностью детерминированной называется такая процедура или операция, которая сводится к выполнению определенного алгоритма, то есть совокупности правил, предписаний, программ. К числу подобных процедур относятся построение проекции какого-либо тела на плоскость, поиск в архиве объекта с заданными характеристиками и так далее. Детерминированные процедуры и операции характерны тем, что при аккуратном и точном следовании предписанному алгоритму результат их выполнения будет всегда одинаковым, независимо от опыта, знаний, способности и квалификации исполнителя. Последние определяют только скорость выполнения процедуры. Идеальным исполнителем таких процедур является компьютер: он не делает ошибок и строго следует заложенной в него программе.

В противоположность детерминированным для полностью эвристических процедур или операций невозможно или чрезвычайно сложно составить сколько-нибудь однозначный алгоритм выполнения. Поэтому такие процедуры выполняются только человеком, ибо только он способен действовать в отсутствие четкого алгоритма и полной исходной информации. Результат выполнения эвристических процедур определяется знаниями, опытом, способностями и квалификацией исполнителя. Для эвристических процедур характерно повышение эффективности их выполнения по мере обучения исполнителя. Примерами эвристических процедур могут служить оценка результатов синтеза, оптимизации и принятие решений о дальнейшем ходе проектирования, составление задания на оптимизацию и др.

Попытки алгоритмизировать эвристические процедуры и поручить их выполнение компьютеру из-за недостаточных знаний закономерностей работы мозга человека пока что к успеху не привели. Продвижение в этом направлении связано с применением компьютерных экспертных систем и средств искусственного интеллекта. В них аккумулируется эвристический опыт квалифицированных проектировщиков в конкретных областях.

Трудоемкость выполнения процедур и операций определяется требуемыми затратами ресурсов.

Объектно-ориентированность какой-либо процедуры или операции определяется степенью зависимости применяемых методов, математического аппарата, алгоритмов от специфики проектируемого объекта. Достаточно универсальными являются методы поиска прототипа в базе данных, математический аппарат оптимизации. Их содержание и алгоритмы не зависят от того, какой объект оптимизируется или ищется в архиве. О таких универсальных процедурах говорят, что они полностью объектно-инвариантны.

Определение степени эвристичности и детерминированности, объектно-ориентированности и объектно-инвариантности, а также трудоемкости отдельных процедур и операций, позволяет в казалось бы непрерывном и неупорядоченном процессе проектирования безошибочно отделить выполняемые действия друг от друга, наиболее рационально использовать компьютерные средства. В частности, необходимо четко отделить все эвристические процедуры и обеспечить их выполнение человеком-проектировщиком. На компьютер же необходимо возложить выполнение всех детерминированных процедур и в первую очередь наиболее трудоемких. Для выполнения эвристических процедур проектировщику должна быть предоставлена из компьютера вся необходимая информация, причем в наиболее наглядной и доступной форме, как правило, в графической. Что касается объектно-ориентированности, то в первую очередь необходимо вычленять максимально объектно-инвариантные процедуры и их части – операции. Как было отмечено выше, такие процедуры и операции используют универсальные алгоритмы и методы, хорошо развитые и тщательно отработанные в настоящее время множеством авторов для самых различных применений. Пакеты компьютерных программ, реализующие универсальные, объектно-инвариантные операции и процедуры проектирования, являются наиболее массовыми, широко известными и, в силу своей массовости, сравнительно недорогими.

 

Выполнение проектных работ можно распределить по времени и по отделам предприятия. При временном распределении работ по созданию новых объектов процесс проектирования разделяется на стадии и этапы. Стадии: предпроектные исследования, техническое задание, техническое предложение, эскизный проект, технический проект, рабочий проект, изготовление, отладка, испытание и ввод в действие. (выделенные стадии посмотреть в ГОСТе).

Техническое задание (ТЗ) устанавливает основное назначение, технические и тактикотехнические характеристики, показатели качества и технико-экономические требования к разрабатываемому объекту, предписание по выполнению необходимых стадий создания документации и ее состав, а также специальные требования к изделию.

Решение любой задачи начинается с ее осмысления и уточнения исходных данных. Те (технические) требования (ТТ), которые выдаются заказчиком, формулируются на языке потребителя-неспециалиста и не всегда бывают технически четкими и исчерпывающими. Перевести требования на язык предметной области, сформулировать задачу максимально полно и грамотно, обосновать необходимость ее решения, т.е. сформулировать техническое задание, — первый и обязательный этап работы. Исполнитель выполняет его в тесном контакте с заказчиком.

В машиностроении этот этап иногда называют внешним проектированием. Этим подчеркивается, что разработка объекта уже начинается с постановки задачи (ТТ) и формирования ТЗ и активно ведется совместно с заказчиком.

Этапы:

– этап научно-исследовательских работ (НИР). Объединяет стадии: предпроектные исследования, техническое задание и часть технического предложения;

– этап опытно-конструкторских работ (ОКР). Объединяет стадии: часть технического предложения, эскизный проект, технический проект;

– этап рабочего проектирования. Объединяет стадии рабочего проектирования, изготовления, отладки и испытания, ввод в действие.

 

Синтез

 

Задача синтеза заключается в создании первоначального описания объекта проектирования по техническому заданию (на данном уровне данной ветви). Формально она сводится к определению неизвестного вектора параметров x по заданному вектору характеристик f.

Под xstart понимается начальное решение, представляющее набор значений параметров, который является крайне приближенным и наверняка не удовлетворяет большинству требований технического задания. Существенное отличие задачи синтеза – гарантированная реализуемость решения. Это решение называют стартовой точкой. Вектор характеристик f при синтезе не является полным и не полностью соответствует исходному техническому заданию: он может включать лишь основные требования, у которых допустимые интервалы могут быть расширены. Можно сказать, что сущность задачи синтеза состоит в получении наиболее простыми средствами начального приближения, принимаемого за исходную, стартовую точку для последующей оптимизации.

Задача синтеза отличается крайней эвристичностью. Особенно это относится к структурному синтезу. Задача синтеза обладает также явно выраженной объектной ориентированностью. Из-за высокой степени эвристичности синтез (особенно структурный) в значительной своей части выполняется непосредственно проектировщиком. Тем более что для опытного проектировщика синтез путем правильного выбора из типовых структур с возможной их модификацией является сравнительно нетрудоемкой, хотя и эвристической задачей. Синтез принципиально новой, ранее неизвестной структуры является весьма редким и относится к числу трудных изобретательских задач, выполняемых лишь опытными, талантливыми проектировщиками.

Различают два этапа синтеза – структурный и параметрический. На первом этапе определяется структура проектируемого объекта, то есть количество и типы элементов, последовательность расположения и связи между ними (например, облик металлорежущего станка, структура технологического процесса); на втором – определяются численные значения параметров этой структуры (например, определение геометрических размеров обрабатываемых деталей, режимы резания).

Задачу структурного синтеза проектирования технологических процессов относят к наиболее трудноформализуемым.

Задача параметрического синтеза может быть сформулирована как задача определения наилучших параметров при неизменной структуре проектируемого объекта. Такой параметрический синтез называют параметрической оптимизацией или просто оптимизацией.

Параметрический синтез, как правило, производится с использованием приближенных формул, своих для каждой типовой структуры. Такие приближенные формулы обычно имеются в справочной литературе и могут быть легко запрограммированы для компьютера.

Весьма распространенным методом синтеза является синтез путем поиска прототипа в базе данных готовых решений и предыдущих проектов. Этот метод характеризуется высокой детерминированностью и универсальностью. В базе данных хранятся описания уже готовых объектов, взятые из различных источников, в том числе патентной литературы. Проектировщик составляет задание на поиск, содержащее набор характеристик, которым должен удовлетворять искомый объект. А система управления базой данных осуществляет поиск объекта, удовлетворяющего этому запросу. Возможны два варианта поисковых предписаний и методов поиска. Первый – это интервальное предписание, при котором для каждой характеристики задается интервал приемлемых значений. В этом случае одному поисковому предписанию может соответствовать несколько объектов, из которых проектировщик впоследствии выбирает один, либо сужая интервалы в поисковом предписании, либо делая эвристический выбор. При этом может не найтись и ни одного объекта. Тогда проектировщик должен расширить допустимые интервалы поискового предписания. Второй вариант – это критериальное предписание, при котором характеристики ближайшего объекта должны быть по какому-либо критерию ближе всего к поисковому предписанию. При использовании критериального предписания всегда будет найден один и только один объект, удовлетворяющий заданным условиям поиска.

Использование СУБД является наиболее простым и удобным методом синтеза, вполне детерминированным и совершенно универсальным. При этом СУБД одновременно решает задачу как структурного, так и параметрического синтеза. Единственным, но весьма крупным недостатком этого метода является то, что он принципиально не может дать нового решения, а только использует уже существующие. Для частичного устранения этого недостатка применяют модификацию найденного в архиве решения.

Модификация может заключаться в добавлении новых элементов, масштабировании всего объекта или частей, замене некоторых элементов и так далее. Разумеется, модификация отличается высокой степенью эвристичности и выполняется достаточно опытным проектировщиком.

В случае явно неудачного результата производится возврат на этап формулировки нового задания на синтез. Такой возврат имеет также место в случае, когда после поиска прототипа требуется его модификация, для которой необходим следующий цикл синтеза. Если на этом этапе результат синтеза признается удачным, то осуществляется переход к анализу.

 

Эвристические методы и моделирование присущи только человеку и отличают его от искусственных интеллектуальных (мыслящих) систем. В настоящее время к сфере человеческой деятельности относят:

· постановку задачи;

· выбор методов ее решений и построение (разработка) моделей и алгоритмов, выдвижение гипотез и предположений;

· осмысление результатов и принятие решений.

Стоит отметить, что важной особенностью именно человеческой деятельности является наличие в ней элемента случайности: необъяснимые поступки и сумасбродные решения часто лежат в основе оригинальных и неожиданных идей.

Долгое время в основе творчества лежали методы проб и ошибок, перебора возможных вариантов, ожидание озарения и работа по аналогии. Так, Эдисон провел около 50 тысяч опытов, пока разрабатывал устройство щелочного аккумулятора. А об изобретателе вулканизированной резины Чарльзе Гудиер (Goodyear) писали, что он смешивал сырую резину (каучук) с любым попадавшимся ему под руку веществом: солью, перцем, сахаром, песком, касторовым маслом, даже с супом. Он следовал логическому заключению, что рано или поздно перепробует все, что есть на земле и, наконец, наткнется на удачное сочетание.

Однако со временем такие методы начали приходить в противоречие с темпами создания и масштабами современных объектов. Стали вырабатываться рекомендации, позволявшие более осознанно подходить к проектированию как творческой деятельности. Наиболее интенсивно поиском новых методов занялись со второй половины 20 века, причем не только посредством изучения приемов и последовательности действий инженеров и других творческих работников, но и на основе достижений психологии и физиологии мозга.

Сейчас практически во всех преуспевающих фирмах, занятых созданием материальной и нематериальной (программы, методики) продукции, поиск новых идей и решений ведется с помощью тех или иных эвристических методов. А для современного инженера знание этих методов становится столь же необходимым, как и умение писать и читать. Даже журналисты, художники, бизнесмены и представители других профессий, кто остро нуждается в оригинальных идеях, активно используют такие методы.

Несколько примеров.

Метод контрольных вопросов

Суть метода заключается в ответе на специально подобранные по содержанию и определенным образом расставленные наводящие вопросы. Вдумчиво и, по возможности, полно отвечая на них, фиксируя основные положения ответов, например, на бумаге в виде ключевых слов, схем и эскизов, удается всесторонне представить решаемую задачу, отыскать новые пути ее решения. Контрольные вопросы, с одной стороны, подобны консультанту, в ненавязчивой форме предлагающему попробовать те или иные подходы и пути решения проблемы, а с другой стороны, позволяют спокойно и не спеша поразмышлять в одиночестве. В составлении и группировании вопросов участвуют и психологи.

Применительно к проектированию варианты метода были предложены А. Осборном (1964г., США) и Т. Эйлоартом (1969г., США).

Метод мозговой атаки

Многие согласятся с тем, что легче выбрать хорошее решение из нескольких вариантов, чем сразу предложить требуемое решение. Естественно, чем больше вариантов, тем лучшее решение можно найти. Для отыскания большого количества идей в сжатые сроки и предназначен метод мозговой атаки (или, как его еще называют, мозгового штурма).

Метод основан на коллективном обсуждении проблемы в психологически комфортной обстановке. Он направлен на преодоление психологической инерции. Отличается простотой и эффективностью.

Коллективное обсуждение как способ решения задач было известно с древности. Но в виде самостоятельного метода со своими правилами и структурой он был предложен А. Осборном (США) в 1957 году, в развитие своих идей, появившихся в годы 2-й мировой войны.

Для упорядочения и описания альтернатив структуры используют метод морфологического анализа. Метод эффективен при решении конструкторских и технологических задач общего характера: проектирование новых машин и технологического оборудования, поиск новых вариантов технологических процессов, новых применений технических объектов и др.

Суть метода состоит в построении таблиц, которые должны охватывать все мыслимые варианты характеристик технической системы. В простейшем случае морфологический метод предусматривает построение двухмерной таблицы: выделяют важнейшие характеристики технической системы, составляют для каждой из них список всевозможных вариантов, а далее строят таблицу, осями которой являются эти списки (см. пример). Каждую получившуюся по таблице комбинацию рассматривают на предмет «фантастичности», возможности ее реализации на существующем уровне развития науки и техники и др.

 

Структурная схема синтеза

 

 

Из приведенной таблицы, например, трамваю соответствует следующий набор: 1.2 – 2.1 – 3.3 – 4.2.

Метод морфологических таблиц является наиболее эффективным для опытных проектировщиков, имеющих глубокие знания в области исследуемой проблемы. У неопытных возникают трудности с выбором набора характеристик и их конкретных решений.

Морфологическая таблица может быть представлена в виде дерева. Часто применяются структуры деревьев, в которых используются логические функции И и ИЛИ.

И-ИЛИ-дерево – дерево с вершинами типов И и ИЛИ, служащее для компактного представления множества проектных альтернатив. Используется для представления множества проектных решений в задачах структурного синтеза.

 

 

Например, стол может быть или письменным, или обеденным, или журнальным и т.д., но у него есть и столешница, и ножки и т.д.

 

Анализ

Анализ по своей сути представляет моделирование работы проектируемого на данном уровне объекта с целью определения его характеристик. В большинстве случаев анализ реализуется в настоящее время как математическое, компьютерное моделирование. В некоторых случаях применяется макетирование (изготовление проектируемого объекта).

Характерной особенностью анализа является наличие нескольких (иногда довольно большого) числа уровней, отличающихся глубиной и полнотой анализа и его трудоемкостью. На начальных уровнях определяется сравнительно небольшое количество основных характеристик. Это требует минимального количества вычислений. Поэтому эти уровни характеризуются малой трудоемкостью. На следующих, более глубоких уровнях, анализируется намного большее число характеристик. Это требует возрастающего объема вычислений, причем трудоемкость различных уровней анализа может отличаться в десятки и даже сотни раз.

Разделение анализа на уровни очень важно для экономии ресурсов компьютера, времени проектировщика и исключения ненужных затрат. В самом деле, если проектное решение не удовлетворяет техническому заданию по основным характеристикам, определяемым на начальных уровнях анализа, то не стоит тратить ресурсы компьютера и проектировщика для проведения трудоемких вычислений на последующих уровнях.

На каждом уровне проектирования можно выделить следующие виды анализа: одновариантпый (точечный), поливариантпый, технологический.

Одновариантным называется анализ, при котором характеристики проектируемого объекта определяются только для одного набора значений параметров. Он применяется в случае, когда требуются значения характеристик конкретного проектного решения. На практике он распространен наиболее широко. На языке математики об одновариантном анализе можно сказать, что при его реализации вычисления производятся в одной точке пространства параметров. Поэтому такой вид анализа называют также точечным.

Поливариантным называется анализ, при котором характеристики проектируемого объекта определяются для нескольких вариантов. Последние имеют по отношению друг к другу небольшие отличия: возмущения или приращения в значениях некоторых параметров. Тем самым как бы определяется чувствительность характеристик объекта к изменениям параметров. Поэтому поливариантный анализ называют иногда анализом влияния параметров или анализом чувствительности. При полном анализе чувствительности определяется влияние всех параметров на все характеристики.

Анализ влияния параметров позволяет оценить степень чувствительности проектного решения к изменению тех или иных параметров, другими словами, степень его устойчивости. Для эвристической оценки устойчивости обычно достаточно выборочного анализа влияния. Полный анализ влияния отличается высокой трудоемкостью, содержит большое количество труднообозримой информации и используется весьма редко. Он, безусловно, необходим для технологического анализа или в процессе оптимизации.

Технологический анализ заключается в назначении и моделировании технологических допусков, то есть допустимых отклонений параметров проектируемого объекта от номинальных значений. Технологическому анализу всегда предшествует полный анализ влияния параметров, дающий для него необходимую информацию. Технологический анализ состоит из двух этапов: распределения допусков по отдельным параметрам и статистического моделирования назначенных допусков с их возможной последующей коррекцией.

1. При оценке результатов данного уровня как приемлемых осуществляется переход на следующий уровень или вид анализа, то есть возврат к процедуре “Задание на анализ” с изменением уровня или режимов анализа.

2. При оценке результатов всех необходимых уровней как приемлемых, проектирование на данном узле считается выполненным успешно и осуществляется переход на следующий уровень всего процесса.

Структурная схема анализа

3. При оценке результатов данного уровня как неприемлемых делается переход к попытке оптимизации.

Характерной особенностью анализа является большое количество циклов возврата с углублением уровня и изменением вида анализа или изменением его режимов. Анализ относится к умеренно объектно-ориентированным процедурам. Его аппарат зависит от физической сущности проектируемого объекта и естественно различен для оптических, электронных, кинематических схем. Но он практически не зависит от конкретного типа объекта.

 

Оптимизация

Последней и, вероятно, наиболее важной задачей проектирования является оптимизация. Она представляет собой плавное, постепенное изменение параметров проекта с целью улучшения его качества, достижения оптимальных наиболее благоприятных, наилучших значений заданных характеристик.

Оптимизация не может начинаться “от нуля”, от пустого места, для нее необходимо начальное приближение, стартовая точка.

Эта точка соответствует предварительно синтезированной структуре, полученной с некоторыми приближенными, начальными значениями параметров. По завершении оптимизации определяют окончательные значения параметров, обеспечивающие лучшие, оптимальные значения характеристик.

Существенно, что при оптимизации структура проектируемого объекта остается неизменной, меняются лишь значения параметров этой структуры. В количественном выражении эти изменения часто столь малы, что оптимизированные конструкция или схема внешне практически не отличаются от исходных, хотя улучшение характеристик может быть разительным.

Проблема оптимизации состоит в том, чтобы найти правильную закономерность одновременного изменения большого количества параметров, или, другими словами, найти нужную “траекторию движения” в пространстве параметров. Для решения этой проблемы привлекается довольно сложный математический аппарат. Благодаря достижениям математиков и программистов оптимизация превратилась в мощнейший инструмент проектирования. Именно оптимизация позволяет из весьма приближенного начального проектного решения получать за весьма сжатое время проект, удовлетворяющий самым напряженным и трудно сочетаемым требованиям. С помощью современных методов и программ оптимизации даже начинающий проектировщик может достаточно быстро получить решение, которое ранее было доступно только проектировщикам с огромным опытом и интуицией.

Для выполнения оптимизации необходимо прежде всего построить так называемую оптимизационную модель объекта. Эта модель включает в себя параметры оптимизации, оптимизируемые функции, критерий оптимизации, а также ограничения.

Параметры оптимизации – это те параметры, изменением которых пытаются добиться улучшения характеристик. Обычно не все параметры структуры объекта (конструктивные параметры) включаются в оптимизацию. Так как при прочих равных условиях трудоемкость оптимизации пропорциональна числу параметров, то начинать оптимизацию надо с небольшого количества тщательно отобранных параметров, а затем их количество постепенно увеличивается. По этой же причине при оптимизации часто изменяют не непосредственно конструктивные параметры, а другие величины, связанные с ними определенным образом.

Математические величины, связанные с характеристиками, которые в процессе оптимизации необходимо улучшить, называются оптимизируемыми функциями.

Критерий оптимизации, или оценочная функция, – это число, дающее общую оценку оптимизации по всем функциям.

Правильный выбор оптимизируемых функций является одним из ключевых моментов оптимизации. Этот выбор должен удовлетворять трем противоречивым требованиям: адекватности, простоты и низкой трудоемкости.

В оптимизационную модель входят также ограничения. Они не позволяют изменяться параметрам оптимизации совершенно свободно. Различают ограничения-равенства, выражающие необходимость сохранения при оптимизации заданных значений каких-либо характеристик, и ограничения-неравенства, описывающие различного рода требования физической реализуемости, габаритов, технологичности и другие.

Принципы оптимизации одинаковы для любых объектов: оптических систем, кинематических схем, технологических процессов и другие. В этом смысле оптимизация является полностью объектно-инвариантной процедурой.

Решение “1” означает возврат на оптимизацию с изменением или модификацией оптимизационной модели, например, путем добавления параметров функций, изменением метода оптимизации. Решение “2” принимается, когда после эвристической оценки результат оптимизации выглядит удачным и необходим переход к его полному анализу. Решение “3” принимается в случае неудачного результата оптимизации, когда проектировщик считает, что причиной неудачи является стартовая точка, и поэтому производится возвращение к синтезу другого начального приближения. Решение “4” принимается после многократных неудачных попыток оптимизировать проектную задачу на данном уровне и состоит в возврате на предыдущий уровень.

Оценивая задачу оптимизации в целом, можно сказать, что, во-первых, ее эвристическая часть по объему не очень велика, но крайне важна и требует высокой квалификации и опыта проектировщика. Во-вторых, детерминированная часть отличается крайне высокой трудоемкостью, часто наибольшей по сравнению с трудоемкостью решения других задач проектирования (синтеза и анализа). В-третьих, оптимизация относится к объектно-инвариантным процедурам, поскольку ее принципы, методы и алгоритмы совершенно универсальны.

 

 

Структурная схема оптимизации

Схему типового алгоритма проектирования «собрать» самостоятельно из структурных схем синтеза, анализа, оптимизации

 

Определение САПР

Под системой автоматизированного проектирования на бытовом уровне часто понимают программу для проектирования машиностроительных изделий и процессов и оформления соответствующей технической документации. Однако такое определение является неполным и, главное, совершенно исключает из системы человека, выступающего в качестве основного элемента – субъекта процесса автоматизированного проектирования. В процессах технической подготовки производства всегда присутствует значительный ряд задач, решение которых возможно только на основе использования творческих способностей человека, его опыта и интуиции. Поэтому при разработке промышленных автоматизированных систем большое внимание уделяется проблеме разделения функций и организации эффективного взаимодействия между человеком и компьютером с учетом их качеств и возможностей.

По своей сути САПР – это человеко-машинная система, инициируемая и управляемая пользователем. Вернее, целым коллективом пользователей, составляющих неотъемлемую организационную часть системы.

Согласно принципам системного подхода, предлагается рассматривать САПР в процессе ее функционирования в единстве и взаимовлиянии всех составляющих систему компонент.

Достаточно точное и полное системное определение САПР содержит действующий ГОСТ на САПР.

САПР – это организационно-техническая система, входящая в структуру проектной организации и осуществляющая проектирование при помощи комплекса средств автоматизации проектирования (КСАП).

Структура САПР

Принятое определение указывает на то, что автоматизированную систему следует рассматривать в первую очередь с организационной точки зрения, учитывая персонал, принимающий решения и выполняющий другие управляющие действия, поддержанный программными и техническими и иными средствами.

Понятие «персонал» отличается от простой совокупности людей или абстрактных пользователей автоматизированной системы (АС) тем, что это тщательно подобранный и подготовленный коллектив специалистов, организационно структурированных и выполняющих согласованную деятельность в соответствии со своими должностными обязанностями.

Из состава коллектива АС можно выделить прежде всего целевой (эксплуатационный) персонал, в который входят инженерно-технические работники, выполняющие основные проектные операции и процедуры.

К пользователям автоматизированной системы можно отнести не только специалистов, непосредственно участвующих в моделировании изделий и разработке технической документации, но и других сотрудников предприятия, использующих электронные модели и документы и участвующих в операциях их прохождения и преобразования содержательной информации. Например, работники отдела маркетинга участвуют в разработке и согласовании технического задания на изделие, производственники используют документацию, модели, программы для станков и формируют сведения о результатах прохождения производственных процессов, служба управления качеством анализирует данные о продукции и формирует результаты контроля и измерений и т.д.

Пользователями автоматизированных систем предприятия являются и руководители всех звеньев, получающие сводные отчеты и аналитическую информацию о процессах жизненного цикла изделия и оказывающие на основе полученных данных своевременные оперативные воздействия на соответствующие их компетенции автоматизированные процессы.

К управляющему персоналу относятся руководители (менеджеры), непосредственно управляющие внедрением, функционированием и развитием автоматизированной системы. За рубежом таких специалистов называют IT-менеджерами. На российских предприятиях существуют должности руководителей отделов автоматизации и информационных технологий, а также профессии системного администратора и администратора баз данных, которые регламентируют работу технических и программных средств, администрируют права пользователей и управляют электронным документооборотом и трафиком компьютерных сетей.

Обеспечивающий персонал занимается так называемым информационным обслуживанием АС и предназначен для обеспечения бесперебойного функционирования, ремонта, проведения плановых и регламентных работ всех составляющих комплекса средств обеспечения. К этой важной категории персонала, без повседневной деятельности которого невозможно поддержание АС в рабочем состоянии, относятся инженеры-электроники, системные программисты, техники, операторы, лаборанты и другие специалисты, напрямую не связанные с проектной деятельностью.

Структура САПР

Математическое обеспечение автоматизированной системы включает в себя всю совокупность математических методов, моделей и алгоритмов обработки информации, используемых при функционировании системы.

Форма представления математического обеспечения может быть самой различной, например, в виде традиционных бумажных документов: книг, статей, описаний, руководств. В связи с развитием сети Интернет и web-технологий появилось множество источников научной информации в электронной форме, в том числе и на специализированных научных сайтах и в электронных библиотеках.

Главное требование к математическому обеспечению – это его полнота, достаточная для обеспечения формализации процесса всего проектирования в целом, а также удобство для анализа и обработки человеком, поскольку его практическое использование происходит после реализации в программном обеспечении.

Для осознанной и успешной работы пользователей в составе САПР большое значение имеет возможность изучения и достижения глубины понимания математического обеспечения.

Программное обеспечение (ПО) автоматизированной системы представляет собой совокупность компьютерных программ на электронных носителях информации с соответствующей программной документацией.