Функциональная структура САПР

Создание САПР представляет собой разработку комплекса математического обеспечения и средств автоматизации, которые с одной стороны, позволяют полностью автоматизировать процесс конструкторского, расчетного и чертежно-графического решения проектных задач с использованием математического аппарата оптимизации и моделирования, ввода информации, обработки данных и т.д. и, с другой, оставляет за инженером проектировщиком право оперативно вмешиваться в процесс проектирования, корректировать его результаты и менять исходные данные, последовательность и состав проектных работ. Общие принципы функционирования САПР состоят в следующем.

1. Принцип соответствия автоматизированных функций проектирования требованиям набора запросов пользователя.

Основным режимом функционирования САПР является автоматизированное решение проектных задач, при котором происходит обязательное чередование функций автоматического проектирования с функциями, выполняемыми инженером-проектировщиком по подготовке заданий, по визуальному логическому контролю и принятию окончательных решений. Как показывает уже накопленный опыт системного, автоматизированного проектирования, даже незначительное ущемление возможностей инженера-проектировщика оперативно вмешиваться в процесс автоматизированного проектирования сильно снижает эффективность функционирования всей системы - возникают аварийные ситуации в связи с потерей информации, времени при длительной обработке сложных пакетов программ с незамеченной в начале счета ошибкой в исходных данных, получение явно непригодных по каким-либо показателям законченных проектных решений и т.д.

В САПР инженер-проектировщик является основным звеном, на плечи которого ложатся определяющие функции процесса автоматизированного проектирования: выбор исходных параметров для проектируемого объекта; анализ, контроль и подготовка исходной информации для проектирования; принятие решений о составе и последовательности проектных операций; выбор методов решения тех или иных проектных задач, что требует от проектировщика широкого кругозора и достаточно глубоких теоретических знаний по современным методам расчета и проектирования; формулирование принципиальных вариантов проектных решений, которые подлежат последующей детальной автоматизированной проработке; разбивка вариантов объекта на участки проектирования и участки расчета, каждый из которых целиком может быть подвергнут программной обработке; оперативная работа в интерактивном режиме; оценка результатов проектирования; принятие принципиальных решений (корректировка полученного проектного решения, принятие решения о переходе к последующему этапу программной обработки и т.д.); выполнение согласований по инстанциям.

2. Принципы комплексного и пошагового использования.

Методическое обеспечение САПР дает возможность решения расчетных, проектирующих и чертежно-графических задач, а также задач ввода и обработки данных как комплексно, с использованием функциональных возможностей САПР, так и поэтапно (например, с использованием в автономном режиме какой-либо технологической линии проектирования либо пакета прикладных программ. Принцип комплексного использования характерен для развитых систем автоматизированного проектирования, а принцип пошагового использования - для систем в состоянии начального внедрения.

3. Принцип технологического деления проектируемого объекта на участки проектирования и участки расчета.

Системы автоматизированного проектирования автомобильных дорог отличаются от других САПР, прежде всего, спецификой проектируемого объекта, которая характеризуется: разрозненными наборами данных для различных участков проектируемой дороги; значительной протяженностью проектируемого объекта; различными топографическими, почвенно-грунтовыми, инженерно-геологическими, экономическими и другими условиями по длине одного и того же проектируемого объекта, что предопределяет необходимость применения различных методов и различной последовательности выполнения проектных работ; необходимостью многостадийной проработки объекта (технико-экономическое обоснование - ТЭО или обоснование инвестиций - ОИ, инженерный проект - ИП, рабочий проект - РП или техно-рабочий проект - ТРП); нередкой необходимостью проектирования различных участков дороги в разное время и по разным нормативам.

Все эти особенности вынуждают делить автомобильные дороги большой протяженности на участки проектирования, а эти участки, в свою очередь, иногда и на участки расчета, обрабатываемые пакетами прикладных программ или отдельной проблемной программой как одно целое.

4. Принцип многовариантного проектирования.

Помимо широкого использования математических методов оптимизации проектных решений, заложенных в алгоритмы многих подсистем, САПР предусматривает также и широкую возможность эвристического подхода к тем задачам проектирования, для которых в настоящее время еще не получено математическое выражение функции цели или целевого функционала и отсутствует математический аппарат нахождения их экстремальных значений.

Проработка большого количества вариантов проектных решений дает известное приближение к оптимальному.

5. Принцип взаимосвязанности основных проектных задач, входящих в САПР, заключается в том, что функциональная последовательность взаимосвязанных между собой проектных работ определяется в соответствии с общей технологией и стадийностью проектирования автомобильных дорог. Действительно, проектированию варианта плана автомобильной дороги предшествует получение топографической информации о местности и ЦММ; продольный профиль может быть запроектирован после получения черного профиля земли по варианту трассы, инженерно-геологического разреза и расчета водопропускных сооружений (труб, малых мостов, мостовых переходов и т.д.).

6. Принцип преемственности информационных массивов состоит в том, что передача информационных массивов возможна как непосредственно между пакетами программ и отдельными проблемными программами, так и из баз данных с внешних носителей с использованием операционных систем.

7. Принцип разветвляющейся функциональной взаимосвязи проектных задач состоит в том, что на определенных этапах автоматизированного решения проектной проблемы перед инженером-проектировщиком может возникнуть в зависимости от полученного результата необходимость альтернативного принятия решения в части дальнейшего хода проектирования. Например, выполнив автоматизированное проектирование продольного профиля на заданном участке дороги, инженер-проектировщик может сделать оценку полученного решения по какому-либо критерию (скажем, по строительной стоимости) либо по нескольким показателям (например, по приведенным затратам, по обеспечению зрительной плавности трассы, по уровню удобства и безопасности движения и т.д.), может, оценивая полученное решение визуально, сразу же убедиться в его недостаточно высоком качестве и, внеся коррективы, вернуться к началу проектного процесса по установлению положения проектной линии продольного профиля, может записать полученную информацию в базу данных на один из внешних носителей, а может использовать ее сразу же непосредственно для решения последующей проектной задачи и т.д.

Любая система автоматизированного проектирования обычно в своей функциональной структуре содержит значительное число подобных узлов разветвления процесса проектирования.

К настоящему времени в разных странах мира разработано и функционирует большое число систем автоматизированного проектирования автомобильных дорог и сооружений на них (САПР-АД). В России получили наибольше распространение несколько САПР-АД: CAD «Credo» (г.Минск), «Indor-CAD/Road» (г.Томск), «ГИП» (г.Москва) и т.д.

Большинство функционирующих в настоящее время САПР-АД имеют сходную структуру и идентичное распределение функций между инженером-проектировщиком и компьютером.

Они состоят из комплекса подсистем (технологических линий проектирования и пакетов прикладных программ), каждая из которых автоматизирует процесс выполнения следующих проектных операций: переработку исходной топографической, инженерно-геологической, экономической и другой изыскательской информации и представление ее в виде цифровой модели рельефа и инженерно-геологического строения местности; проектирование плана автомобильных дорог; проектирование продольного профиля автомобильных дорог; проектирование земляного полотна и дорожных одежд; проектирование искусственных сооружений; оценку проектных решений; подготовку (оформление) проектно-сметной документации.