Прогрес виробництва в сучасних умовах пов'язують із досягненнями в області автоматизації виробництва. Оскільки проектування і розробка технології є сходинкою виробництва (логічним рівнем), то прогрес на цьому ступені також повинен визначатися автоматизацією.
При неавтоматизованому проектуванні результати багато в чому визначаються інженерною підготовкою конструкторів, їх виробничим досвідом, професійною інтуїцією та іншими факторами. Автоматизоване проектування дозволяє значно скоротити суб'єктивізм при прийнятті рішень, підвищити точність розрахунків, вибрати найкращі шляхи для реалізації на основі суворого математичного аналізу всіх або більшості варіантів проекту з оцінкою технічних, технологічних і економічних характеристик виробництва і експлуатації об'єкта, що проектується, значно підвищити якість конструкторської документації, істотно скоротити терміни проектування та передачі конструкторської документації у виробництво, ефективніше використовувати технологічне обладнання з програмним управлінням. Автоматизація проектування сприяє більш повному використанню уніфікованих виробів в якості стандартних компонентів об'єкта, що проектується.
Широке впровадження комп'ютеризації в умовах науково-технічного прогресу забезпечує зростання продуктивності праці в різних галузях суспільного виробництва. Головна увага при цьому звертається на ті області, де зростання продуктивності праці до застосування ЕОМ проходив вкрай повільно. Це, в першу чергу, області, пов'язані з додатком розумової праці людини, тобто управління виробництвом, проектування і дослідження об'єктів і процесів. Якщо продуктивність праці у сфері виробництва з початку століття зросла в сотні разів, то в області проектування тільки в 1.5 - 2 рази. Це обумовлює великі терміни проектування нових об'єктів, що не відповідає потребам розвитку економіки. Очевидність того факту, що розвиток нової техніки в сучасних умовах сповільнюється не стільки відсутністю наукових досягнень та інженерних ідей, скільки термінами і не завжди задовільною якістю їх реалізації при конструкторсько-технологічної розробці, ні в кого не викликає сумніву. Одним з напрямків вирішення цієї проблеми є створення та розвиток систем автоматизованого проектування (САПР).
Використаний новий тип обчислювальних моделей, що відрізняється: - Формою подання вихідних і вихідних параметрів завдання, способом формування і призначенням синтезується програми, орієнтованих на довизначення геометричних і територіальних властивостей елементів моделей об'єктів кількісного рівня САПР за раніше визначеним властивостям з метою формування опису їх креслень
Основними структурними елементами САПР є підсистеми, які поділяються на ті, що проектують та обслуговуючі. До проектуючих відносять підсистеми, що виконують проектні процедури та операції, наприклад розрахункову, креслярсько-графічну. До обслуговуючих відносять підсистеми, призначені для підтримки працездатності проектуючих підсистем, наприклад, підсистему керування даними.
Залежно від ставлення до об'єкта проектування також розрізняють об'єктно-орієнтовані та об'єктно-незалежн інваріантні системи.
Кожна підсистема САПР, як правило, створюється у вигляді пакета програм (ПП), під яким розуміється комплекс взаємопов'язаних програм, що володіють спеціальною організацією, яка забезпечує значне підвищення продуктивності праці користувача при вирішенні конкретних завдань.
Спільними особливостями організації ПП є наступні: Орієнтація пакету на певний клас задач. При цьому ПП діляться на методо-орієнтовані та проблемно-орієнтовані. Перші призначені для вирішення задач різними методами, наприклад пакет алгоритмів параметричної оптимізації. Другі пакети призначені для вирішення певного набору завдань, що розрізняються як по постановці, так і за методами рішення.
Кожен ПП володіє деяким набором можливостей з методів обробки даних, формам подання результуючої інформації і т.д. Це дає можливість користувачу вибрати необхідний варіант обробки даних. Значне зниження вимог до рівня професійної підготовки інженера-користувача в області програмування в порівнянні з підготовкою математика-програмування.
Відмінністю побудови моделей функцій у СПРУТ є орієнтація на метод узагальнених обчислювальних моделей та метод програмування в обмеженнях. Дані методи, з одного боку, дозволяють найбільш ефективно вирішувати завдання параметризації, а, з іншого боку, забезпечувати найбільш гнучкий апарат представлення функцій в САПР.
Розглянемо задачу програмування динамічно недовизначених обчислювальних мереж. Є обчислювальна мережа з вузлами пов'язаними не за значення «знаю», «хочу знати», а область визначення як підмножина значень, задана системою обмежень (двосторонні, односторонні, набір інтервалів). Ця система формульних відносин - та ж сама, міняється лише постановка завдання, яка полягає в наступному: «є поточний недовизначений стан мережі», «знайти новий стан, коли всі обмеження співвіднесені між собою». Змінюється процес виведення, для чого пропонується новий алгоритм перерахунку (багаторазовий перерахунок у різні боки, з деяким критерієм вибору шляху) і доводиться його збіжність. Такий метод отримав назву «програмування в обмеженнях».
Безпосередньо в САПР «СПРУТ» при постановці завдання значення можуть бути або «визначені», або «не визначені». Завдання користувач ставить самостійно, система ж сама автоматично, виходячи з ситуації, що склалася, ставить завдання у формі «дано» - «отримати» і шукає шляхи її вирішення. У обчислювальної мережі фрейми пов'язані між собою обчисленнями. Додатком моделей є вирішення конкретної математичної задачі «параметризація в САПР в умовах задач реконструкції і прямого діалогового проектування».
Розглянемо методи параметризації математичних моделей, прийняті в СПРУТ. Розрізняються такі типи обчислювальних топологічних моделей для труб: 1) відповідності стиків двох труб, пов'язаних між собою; 2) відповідності стиків однієї труби. Обчислювальна топологічна модель труб включає: 1) список зі списків властивостей кінців труб, таких як: координати, нормаль і радіус кінця, наявність фланця; 2) функціональну модель взаємної залежності елементів списків. Для випадку використання обчислювальної мережі для розрахунку геометричних і територіальних властивостей елементів структурної моделі є відмінності в способі її трактування і застосування. Обчислювальна модель використовується нестандартним шляхом - не для пошуку одного можливого шляху розв'язання задачі від даних умов до мети і наступного синтезу програми за структурою і набору базових відповідностей, а для довизначення моделі.
Мова опису моделі це є деякий узагальнений список, що включає в себе як підсписки такі списки: 1) список елементів; 2) список властивостей елементів; 3) список зв'язків між елементами. Дана мова списків посилається на бібліотеку базових відповідностей для різних типів зв'язків між елементами. Програма цією мовою по суті і є основою обчислювальної моделі, оскільки задає всі можливі шляхи визначення невизначених параметрів за раніше визначеним. Процес моделювання на обчислювальної мережі в такій формі опису являє собою ітераційний процес багаторазового проходження по трасі трубопроводу, який закінчується в тому випадку, якщо при проходженні по трасі більше не можливо доопределіть не одне властивість елементів. Можлива постановка і часткової цілі рішення задачі, тобто вивід тільки частини зображень для елементів, що мають цілком визначений набір геометричних і територіальних відповідностей. Тобто передбачається, що ступінь довизначення моделі може бути будь-яка. Момент виклику довизначення може спеціально вибиратися користувачем за бажанням.
Сукупності параметрів певного структурного елементу, що розглядаються як шпацію, об'єднуються в групи, тобто фрейми. Фрейми пов'язані деякими відносинами в мережу. Відносини над фреймами діляться на два типи: 1) математичні формули, задані над параметрами, складовими фрейм; 2) відносини агрегації простих фреймів в більші фрейми. Простий фрейм носить найменування «характерна точка" (ХТ).
ХТ - це центр зосередження всіх функцій у структурній моделі об'єктів в САПР. Фактично це - ідентифікована точка в просторі, визначена як сукупність тривимірних координат точки і ряду її властивостей. Список властивостей ХТ визначається контекстом, де вона знаходиться, тобто пристроєм. Приклад властивості ХТ труби: тип стику (фланець, зварювання ,..), діаметр, нормаль стику і т.д. Властивості ХТ - це власні потенціали фізичної точки з моделі структур МЕВ. Фактично ж ХТ - це складний об'єкт і розпадається на ряд базових блоків (ББ), число яких не менше числа власних властивостей ХТ. Кожен з таких ББ є модель розрахунку деякого властивості через інші властивості даної ХТ, а так само властивості інших ХТ, пов'язаних з даною ХТ. Т.ч., є ББ "діаметр", "тип стику" і т.д. Блок "нормаль стику" сам є складним блоком і розпадається на ряд подблоков, що є ББ, які задають функції для розрахунку координат другого кінця одиничного вектора, початок якого збігається з координатами власне ХТ. Функціональна модель ББ - це базова функція обчислювальної мережі.
Пристрій - це іменована впорядкована група ХТ. Пристрій має додатковий набір власних властивостей. Пристрої поділяються за типами і підтипів, вони відрізняються: типами використовуваних ХТ, що мають різний набір властивостей; числом ХТ різних типів; набором властивостей пристрою в цілому; типами і числом мат. моделей. Приклад пристроїв: труба пряма, арматура типу 1 і т.д. Структурна модель пристрою включає: загальний список ХТ, необхідних для орієнтації об'єкта в просторі і забезпечують синтез його графічної моделі; подспісок ХТ, що розглядаються як потенційні точки стиків (ТЗ) пристроїв між собою; властивості об'єкта в цілому як ряд додаткових ХТ.
Функціональна математична модель пристрою пов'язує між собою просторові координати і властивості окремих ХТ. Функціональна модель пристрою є обчислювальна підмережа, що зв'язує залежностями властивості деякої сукупності ХТ.
Структурна модель так само має на увазі наявність деякої специфічної ХТ - внутрішньої рамки блоку-пристрою. З внутрішнім кордоном пристрою пов'язана функціональна модель, яка визначає залежність значень властивостей внутрішніх блоків із значення властивості труби як єдиного цілого. У даному випадку такою властивістю є тип труби "пряма" і т.д. Зв'язки, що виникають між ХТ, складовими пристрою, підпорядковуються при цьому деяких обмежень по відстані в просторі деяких вимірів. Різні типи зв'язків, що виникають між ХТ, відрізняються: набором вимірів, у якому впорядковані ХТ; відстанями; складом переданих власних потенціалів по зв'язку. Наприклад, розглянемо тип зв'язку між звичайними ХТ і внутрішнім кордоном пристрою. Тип зв'язку між ХТ в цьому випадку - не просторовий в звичайному розумінні слова. Дане простір це – внутріприладний простір. ХТ взаємодіє з пристроєм, якщо відстань між нею і пристроєм менше деякої величини по деякому виміру, що становить упорядкування на шкалі «приналежність до даного пристрою». Тобто відстань між пристроєм та його ХТ з вимірювання «приналежність до пристрою» - «нуль». У цьому випадку всі потенціали ХТ входять в зв'язок з пристроєм. Пристрій на зовнішньому кордоні має ряд власних потенціалів, що відповідають потенціалу внутрішніх ХТ і складових можливі точки стиків. Т.ч., на зовнішньому кордоні пристрою є ряд груп потенціалів, які можна умовно назвати "ХТ". За допомогою даних "ХТ" пристрій зв'язується з іншими пристроями через точки стиків. За допомогою внутрішнього кордону пристрої різні ХТ через функцію блоку "внутрішня межа" зв'язуються між собою за значеннями параметрів. Об'єкт є іменований упорядкований список пов'язаних між собою пристроїв. Об'єкт так само має список власних властивостей. Можливі типи об'єктів: траса трубопроводу; набір строй-конструкцій. Об'єктів в проекті може бути безліч.
Структурна модель об'єкта включає: перелік пристроїв; список ХТ, необхідних для орієнтації об'єкта в просторі і синтезу графічної моделі об'єкта; подспісок ХТ, що розглядаються як потенційні точки стиків (ТС) об'єкта; властивості об'єкта в цілому. Функціональна модель об'єкта є обчислювальна підмережа, що зв'язує властивості ряду пристроїв, включаючи і сам об'єкт, як специфічний пристрій. Специфічне пристрій (тобто об'єкт) - це внутрішня межа блоку-об'єкту. Т.ч., функціональна математична модель об'єкта є обчислювальна підмережа, що зв'язує моделі пристроїв між собою (включаючи власне модель проекту як структурну одиницю) за допомогою точок стику (ТС).
Функція ТС є внутрішня підфункції функціональною моделлю, що відповідає залежності власних параметрів деякої "ХТ", яка є власним зовнішнім параметром пристрої, за "чужий" ХТ, що відноситься до іншого пристрою. Дана підфункція, тобто функціональна математична модель відповідного ББ вибирається з бібліотеки, виходячи з комбінації типів стикованих пристроїв. Функціональна математична модель ББ, що бере участь в точці стику, покликана співвіднести за значеннями всі властивості всіх стикованих "ХТ". Число задіяних з двох сторін стику ББ відповідає числу потенціалів точок стику пристрою. Проект є іменований список ряду моделей об'єктів. Проект так само має список власних властивостей. Функціональна математична модель проекту пов'язує просторові координати, властивості окремих характерних точок, що входять до пристрою, властивості пристроїв, властивості об'єктів, як одиниць проекту, а також самого проекту як логічної одиниці. Приклади проектів: завод, цех, дільниця і т.д.
У системі СПРУТ:
1) Реалізована пропонована концепція МЕВ на кількісному модельному рівні представлення знань про об'єкт за рахунок організації низки інтерфейсів з іншими проблемно-орієнтованими САПР;
2) Реалізовано механізм семантичних мереж фреймів мовою ЛИСП як внутрішня форма представлення моделей об'єктів, а також механізм обчислювальних мереж, визначений над внутрішньою формою представлення моделей об'єктів, необхідний для незалежного від процесів продукційного виведення редукування невизначеностей в моделі;
3) Реалізовано та частина пропонованої загальної структури БЗД, яка пов'язана з бібліотекою БС, як частини внутрішньої моделі об'єкта;
4) На основі даного підходу шення задачі реконструкції складних технічних об'єктів;
Використаний новий тип обчислювальних моделей, що відрізняється: - формою подання вихідних і вихідних параметрів завдання, - способом формування і призначенням синтезується програми, орієнтованих на довизначення геометричних і територіальних властивостей елементів моделей об'єктів кількісного рівня САПР за раніше визначеним властивостям з метою формування опису їх креслень.