8.1. Архитектура интеллектуальных сапр

Архитектура обычных САПР. Под архитектурой CAПP будем понимать систему концепций, определяющих построение структуры САПР и принципы ее функционирования. Архитектура обыч­ных САПР включает следующие концепции:

• описание объекта и задач проектирования с помощью форма­лизованных фиксированных символьно-цифровых языковых кон­струкций;

• ориентация работы САПР на жесткую, формализованную по­становку задачи проектирования;

• использование процедуры моделирования в проектирующих (не конструкторских) САПР как основы процесса проектирова­ния;

• использование «жестких», неадаптируемых и не учитывающих опыт пользователя алгоритмов проектирования и конструиро­вания;

• фиксированная адаптируемая организация функционирования структуры САПР, задаваемая заложенными в САПР процедурами (управление с помощью алгоритмов);

• использование в качестве основы математического аппарата теории численных методов, теории множеств, имитационного мо­делирования;

• представление внутренней информации в САПР в основном в численном виде;

• использование традиционных языков программирования;

• хранение больших объемов информации в виде сосредоточен­ных или распределенных баз данных;

• представление выходной информации в основном в гиде ал­фавитно-цифровых таблиц, графиков или чертежей.

В состав структуры обычных САПР входят: блок трансляции конструкций входного языка; блок основной проектной процедуры (моделирования, трассировки, размещения и т. д.); блоки обра­ботки результатов основной проектной процедуры (расчет, анализ, оптимизация); база данных.

Перечисленные особенности архитектуры обычных САПР пришли в противоречие с потребностями практики автоматизированного проектирования, что послужило основной причиной раз­работки новых концепций, положенных в основу интеллектуаль­ных САПР.

8.2. Основные концепции интеллектуальных caпp

1. Входная информация представляется в виде фраз на огра­ниченном естественном языке или на предметно-ориентированном языке, допускающем описание пользователем не только объекта задания на его проектирование, как в обычных САПР, но и са­мого алгоритма проектирования. Тем самым достигается высокая функциональная гибкость ИСАПР, возможность постановки и ре­шения самых различных задач проектирования в рамках заданной предметной области. Данная концепция получила название «ин­теллектуального интерфейса».

Постановка задачи может быть не только достаточно свобод­ной, по даже в определенных рамках нечеткой или некорректной для данной САПР. Эти недостатки в постановке задачи могут уст­раняться либо «по умолчанию» автоматически, либо путем диало­га с пользователем, в процессе которого или ИСАПР настраива­ется на предложенную пользователем постановку задачи, или пользователь настраивает задачу на возможности ИСАПР, устраняя указываемые ею нечеткости или некорректности.

2. Информация представляется не в виде данных, т. е. чисел, а в виде знаний, т. е. характеризуется внутренней независимой от пользователя интерпретируемостью, структурированностью, ситуативными связями. Эта концепция влечет за собой: представление и обработку информации не только в числовом, но и в символьном виде; переход к языкам программирования, удобным для работы с символьной информацией (Си, Лисп и др.); разработку и применение в ИСАПР способов представления информации в виде знаний  правил продукции, фреймов, семантических сетей; хранение информации в виде баз знаний, частью которых могут быть базы данных. При этом важным принципом функционирования ИСАПР является четкое разделение знаний и данных (смысловой и числовой информации) как в процессе хранения, так и в процессе использования.

3. Активность знаний выражается в том, что ИСАПР функционируют под управлением не алгоритмов (процедур), а данных. Это означает, что диспетчирование работы отдельных подсистем ИСАПР выполняется не с помощью внешней управляющей программы, а автоматически по факту наличия или отсутствия необ­ходимых для работы этих подсистем данных или знаний. Вместо программного управления работой ИСАПР в этом случае используются процедуры контроля необходимой информации  как только она появляется, автоматически срабатывают процедуры ее обработки. Тем самым достигается гибкость и эффективность ра­боты ИСАПР, реализуется принцип «наискорейшего информаци­онного подъема» от исходных данных к конечному результату, са­моорганизация работы САПР. По существу, в этой концепции выражен один из основных принципов практики  «информация по­буждает к действиям».

4. Представление информации в виде знаний, а не чисел приводит к тому, что ее обработка выполняется не численными, а логическими методами. В связи с этим основным математическим аппаратом ИСАПР является аппарат алгебры логики и его спе­цифические алгоритмы дедуктивного или индуктивного логическо­го вывода в условиях детерминированной, нечеткой или вероятностной информации.

5. Ориентированы ИСАПР не на процедуры моделирования и анализа, а на процедуры синтеза. В связи с этим в ИСАПР ис­пользуются процедуры, характерные для решения задач синтеза. К ним относятся процедуры дедуктивного вывода от общего к частному  декомпозиция, детализация, конкретизация, практиче­скими примерами которых могут быть декомпозиция исходной задачи на подзадачи, доказательство теорем, построение графов за­дач, поиск знаний по образцу, составление документации.

Наряду с дедуктивными в ИСАПР используются и процедуры индуктивного вывода  композиция, агрегирование, обобщение, практическими примерами которых могут быть формирование целого из частей, формализация эвристических знаний, выявле­ние сущностей и построение понятий и т. д. Таким образом, математический аппарат ИСАПР характеризуется широким использованием методов обработки знаний с помощью процедур дедук­тивного и индуктивного вывода.

6. Входная и выходная информация представляются с использованием принципов когнитивной психологии, нашедших практи­ческое выражение в виде ряда специальных приемов визуального отображения информации  иерархических меню, многооконного графического интерфейса, принципа «резиновой нити» при реше­нии задач трассировки соединений на печатных платах, различные способы образного отображения действия пользователя и их ре­зультатов. Перечисленные приемы составляют вторую, графиче­скую часть «интеллектуального интерфейса».

7. Обладают ИСАПР мощной системой интеллектуальной под­держки пользователя в виде экспертных систем, консультирую­щих пользователя по широкому кругу вопросов, касающихся экс­плуатации ИСАПР и методики проектирования. Сюда входит ди­агностика ошибок пользователя и сбоев работы ИСАПР, выдача советов пользователю при постановке задачи и ее решении, обучение пользователя и т. д.

8. Сравнивая ИСАПР с традиционными САПР, следует отме­тить различный подход в них к описанию объекта проектирования пользователем (внешнее представление объекта) и представлению этого же объекта внутри программы (внутреннее представление объекта).