Системний підхід до проектування

Почнемо формулювати основи проектування з опису системного підходу до проектування.

Основний загальний принцип системного підходу полягає в розгляді частин явища або складної системи з урахуванням їх взаємодії. Системний підхід включає виявлення структури системи, типізацію зв'язків, визначення атрибутів(властивостей), аналіз впливу зовнішнього середовища.

Інтерпретація і конкретизація системного підходу мають місце у ряді відомих підходів з іншими назвами, які також можна розглядати як компоненти системотехніки. Такі структурний, блоковий- ієрархічний, об'єктно-орієнтований підходи.

При структурному підході, як різновиду системного, вимагається синтезувати варіанти системи з компонентів(блоків) і оцінювати варіанти при їх частковому переборі з попереднім прогнозуванням характеристик компонентів.

Блоково-ієрархічний підхід до проектування використовує ідеї декомпозиції складних описів об'єктів і, відповідно, засобів їх створення на ієрархічні рівні і аспекти, вводить поняття стилю проектування(висхідне і низхідне), встановлює зв'язок між параметрами сусідніх ієрархічних рівнів.

Ряд важливих структурних принципів, використовуваних при розробці інформаційних систем і, передусім, їх програмного забезпечення(ПО), виражений в об'єктно-орієнтованому підході до проектування. Такий підхід має наступні переваги в рішенні проблем управління складністю і інтеграції ПО:

- вносить в моделі додатків велику структурну визначеність, розподіляючи представлені в додатку дані і процедури між класами об'єктів;

- скорочує об'єм специфікацій завдяки введенню в описи ієрархії об'єктів і стосунків спадкоємства між властивостями об'єктів різних рівнів ієрархії;

- зменшує вірогідність спотворення даних внаслідок помилкових дій за рахунок обмеження доступу до певних категорій даних в об'єктах.

Опис в кожному класі об'єктів допустимих звернень до них і прийнятих форматів повідомлень полегшує узгодження і інтеграцію ПО.

Для усіх підходів до проектування складних систем характерні також наступні особливості.

• Структуризація процесу проектування, виразима декомпози-цией проектних завдань і документації, виділенням стадій, етапів, проектних процедур. Ця структуризація є суттю блоково-ієрархічного підходу до проектування.

• Ітераційний(покроковий) характер проектування.

• Типізація і уніфікація проектних рішень і засобів проектиро-вания.

У системотехніці введений ряд термінів, серед них до базових треба віднести наступні поняття.

Система - безліч елементів, що знаходяться в стосунках і зв'язках між собою.

Елемент - така частина системи, уявлення про яку нецелесо-образно піддавати при проектуванні подальшому розчленовуванню.

Складна система - система, що характеризується великим числом елементів і, що найбільш важливо, великим числом взаємозв'язків елементів.

Складність системи визначається також видом взаємозв'язків елементів, властивостями цілеспрямованості, цілісності, членимости, ієрархічності, багатоаспектності. Очевидно, що сучасні автоматизовані информа-ционные системи і, зокрема, САПР є складними в силу наявності у них перерахованих властивостей і ознак.

Підсистема - частина системи(підмножина елементів і їх взаємозв'язків), яка має властивості системи.

Надсистема - система, по відношенню до якої дана система є підсистемою.

Структура - відображення сукупності елементів системи і їх взаємозв'язків; поняття структури відрізняється від поняття системи також тим, що при описі структури беруться до уваги лише типи елементів і зв'язків без конкретизації значень їх параметрів.

Параметр - величина, що виражає властивість або системи, або її частини, або середовища, що впливає на систему. Зазвичай в моделях систем в якості параметрів розглядають величини, що не змінюються в процесі дослідження системи. Параметри підрозділяють на зовнішні, внутрішні і вихідні, виражаючі властивості елементів системи, самої системи, зовнішнього середовища відповідно. Вектори внутрішніх, вихідних і зовнішніх параметрів далі позначені X(хь Х2, ..., xn), Y(yb У2, .., Ут), Q(qi, 42, ---, qk) відповідно.

Фазова змінна - величина, що характеризує енергетичне або інформаційне наповнення елементу або підсистеми.

Стан - сукупність значень фазових змінних, зафикси-рованных в одній тимчасовій точці процесу функціонування.

Поведінка(динаміка) системи - зміна стану системи в процесі функціонування.

Система без післядії - її поведінка при t>t0 визначається завданням стану у момент t0 і вектором зовнішніх дій Q(t). У системах з післядією, крім того, треба знати передісторію поведінки, т. е. стани системи в моменти, попередні t0.

Вектор змінних V, що характеризують стан(вектор змінних стану), - ненадмірна безліч фазових змінних, завдання значень яких в деякий момент часу повністю визначається поведінка системи надалі(у автономних системах без наслідку).

Простір станів - безліч можливих значень вектору змінних станів.

Фазова траєкторія - представлення процесу(залежності V(t)) у вигляді послідовності точок в просторі станів.

До характеристик складних систем, як сказано вище, часто відносять наступні поняття.

Цілеспрямованість - властивість штучної системи, виражаюче призначення системи. Ця властивість потрібна для оцінки ефективності варіантів системи.

Цілісність - властивість системи, що характеризує взаємозв'язану елементів і наявність залежності вихідних параметрів від параметрів елементів, при цьому більшість вихідних параметрів не є простим повторенням або сумою параметрів елементів.

Ієрархічність - властивість складної системи, що виражає можливість і доцільність її ієрархічного опису, т. е. представлення у вигляді декількох рівнів, між компонентами яких є стосунки ціле - частина.

Складовими частинами системотехніки є наступні основні розділи:

- ієрархічна структура систем, організація їх проектування;

- аналіз і моделювання систем;

- синтез і оптимізація систем.

Моделювання має дві чітко помітні завдання: 1 - створення моделей складних систем(у англомовному написанні - modeling); 2 - аналіз властивостей систем на основі дослідження їх моделей(simulation).

Синтез також підрозділяють на два завдання: 1 - синтез структури проектованих систем(структурний синтез); 2 - вибір чисельних значень параметрів елементів систем(параметричний синтез). Ці завдання відносяться до області ухвалення проектних рішень.

Моделювання і оптимізацію бажано виконувати з урахуванням статистичної природи систем. Детермінована - лише окремий випадок. При проектуванні характерні нестача достовірних початкових даних, невизначеність умов ухвалення рішень. Облік статистичного характеру даних при моделюванні значною мірою заснований на методі статистичних випробувань(методі Монте-Карло), а ухвалення рішень - на використанні нечітких великих кількостей, експертних систем, еволюційних обчислень.

Приклад 1. Комп'ютер є складною системою в силу наявності у нього великого числа елементів, різноманітних зв'язків між елементами і підсистемами, властивостей цілеспрямованості, цілісності, ієрархічності. До підсистем комп'ютера відносяться процесор(процесори), оперативна пам'ять, кеш-пам'ять, шини, облаштування введення-виведення. В якості надсистемы можуть виступати обчислювальна мережа, автоматизована і(чи) організаційна система, до яких належить комп'ютер. Внутрішні параметри - часи виконання арифметичних операцій, читання(записи) в накопичувачах, пропускна спроможність шин та ін. Вихідні параметри - продуктивність комп'ютера, місткість оперативної і зовнішньої пам'яті, собівартість, час напрацювання на відмову та ін. Зовнішні параметри - напруга живлення мережі і його стабільність, температура довкілля та ін.

Приклад 2. Для двигуна внутрішнього згорання підсистемами є колінчастий вал, механізм газорозподілу, поршнева група, системи змазування і охолодження. Внутрішні параметри - число циліндрів, об'єм камери згорання та ін. Вихідні параметри - потужність двигуна, ККД, витрата палива та ін. Зовнішні параметри - характеристики палива, температура повітря, навантаження на вихідному валу.

Приклад 3. Підсистеми електронного підсилювача - підсилювальні каскади; внутрішні параметри - опори резисторів, місткості конденсаторів, параметри транзисторів; вихідні параметри - коефіцієнт посилення на середніх частотах, смуга пропускання, вхідний опір; зовнішні параметри - температура довкілля, напруги джерел живлення, опір навантаження.

Структура процесу проектування

При використанні блоково-ієрархічного підходу до проектування уявлення про проектовану систему розчленовують на ієрархічні рівні.

На верхньому рівні використовують найменш детализованное представлення, що відбиває тільки найзагальніші риси і особливості проектованої системи. На наступних рівнях міра подробиці опису зростає, при цьому розглядаються вже окремі блоки системи, але з урахуванням дій на кожного з них його сусідів. Такий підхід дозволяє на кожному ієрархічному рівні формулювати завдання прийнятної складності, що піддаються рішенню за допомогою наявних засобів проектування. Розбиття на рівні має бути таким, щоб документація на блок будь-якого рівня було обозрима і сприймана однією людиною.

Іншими словами, блоково-ієрархічний підхід є декомпозиційний підхід(його можна назвати також диакоптическим), який заснований на розбитті складного завдання великої розмірності на послідовно і(чи) паралельно вирішувані групи завдань малої розмірності, що істотно скорочує вимоги до використовуваних обчислювальних ресурсів або час рішення завдань.

Можна говорити про ієрархічні рівні не лише специфікацій, але і проектування, розуміючи під кожним з них сукупність специфікацій деякого ієрархічного рівня спільно з постановками завдань, методами отримання описів і рішення виникаючих проектних завдань.

Список ієрархічних рівнів в кожному застосуванні може бути специфічним, але для більшості додатків характерно наступне найбільш велике виділення рівнів :

- системний рівень, на якому вирішуються найбільш загальні завдання проектування систем, машин і процесів; результати проектування представляють у вигляді структурних схем, генеральних планів, схем розміщення устаткування, діаграм потоків даних і т. п.;

- макрорівень, на якому проектують окремі пристрої, вузли машин і приладів; результати представляють у вигляді функціональних, принципових і кінематичних схем, складальних креслень і т. п.;

- мікрорівень, на якому проектують окремі деталі і елементи машин і приладів.

У кожному застосуванні число рівнів, що виділяються, і їх найменування можуть бути різними. Так, в радіоелектроніці мікрорівень часто називають компонентним, макрорівень - схемотехнікою. Між схемотехнікою і системним рівнями вводять рівень, що називається функціонально-логічним. У обчислювальній техніці системний рівень підрозділяють на рівні проектування ЕОМ(обчислювальних систем) і обчислювальних мереж. У машинобудуванні є рівні деталей, вузлів, машин, комплексів.

Залежно від послідовності рішення завдань ієрархічних рівнів розрізняють низхідне, висхідне і змішане проектування(стилі проектування). Послідовність рішення завдань від нижніх рівнів до верхніх характеризує висхідне проектування, зворотна послідовність призводь до низхідного проектування, в змішаному стилі є елементи як висхідного, так і низхідного проектування. У більшості випадків для складних систем віддають перевагу низхідному проектуванню. Відмітимо, проте, що за наявності заздалегідь спроектованих складених блоків(пристроїв) можна говорити про змішане проектування.

Невизначеність і нечіткість початкових даних при низхідному проектуванні(оскільки ще не спроектовані компоненти) або початкових вимог при висхідному проектуванні(оскільки технічне завдання є на усю систему, а не на її частині) обумовлюють необхідність прогнозування не вистачає даних з подальшим їх уточненням, т. е. послідовного наближення до остаточного рішення(итерационность проектування).

Разом з декомпозицією описів на ієрархічні рівні застосовують розділення уявлень про проектовані об'єкти на аспекти.

Аспект опису(страта) - опис системи або її частини з деякої обумовленої точки зору, визначуваної функціональними, фізичними або іншого типу стосунками між властивостями і елементами.

Розрізняють функціональний, інформаційний, структурний і поведен-ческий(процессный) аспекти. Функціональний опис відносять до функцій системи і найчастіше представляють його функціональними схемами. Информа-ционное опис включає основні поняття предметної області(сутності), словесне пояснення або числові значення характеристик(атрибутів) використовуваних об'єктів, а також опис зв'язків між цими поняттями і характеристиками. Інформаційні моделі можна представляти графічно(графи, діаграми суть - відношення), у вигляді таблиць або списків. Структурний опис відноситься до морфології системи, характеризує складові частини системи і їх межсоединения і може бути представлене структурними схемами, а також різного роду конструк-торской документацією. Поведінковий опис характеризує процеси функціонування(алгоритми) системи і(чи) технологічні процеси створення системи. Іноді аспекти описів зв'язують з підсистемами, функціонування яких засноване на різних фізичних процесах.

Відмітимо, що в загальному випадку виділення страт може бути неодно-значным. Так, окрім вказаного підходу очевидна доцільність виділення таких аспектів, як функціональне(розробка принципів дії, структурних, функціональних, принципових схем), конструк-торское(визначення форм і просторового розташування компонентів виробів), алгоритмічне(розробка алгоритмів і програмного обеспе-чения) і технологічне(розробка технологічних процесів) проектиро-вание систем. Прикладами страт у випадку САПР можуть служити також рас-сматриваемые далі види забезпечення автоматизованого проектування.

Стадії проектування

Стадії проектування - найбільш великі частини проектування процесу, що розвивається в часі. У загальному випадку виділяють стадії науково-дослідних робіт(НДР), ескізного проекту або дослідно- конструкторських робіт, технічного, робітника проектів, випробувань дослідних зразків або досвідчених партій. Стадію НДР іноді називають передпроектними дослідженнями або стадією технічної пропозиції. Очевидно, що у міру переходу від стадії до стадії міра подробиці і ретельність опрацювання проекту зростають, і робочий проект має бути цілком достатнім для виготовлення дослідних або серійних зразків. Близьким до визначення стадії, але менш чітко обумовленим поняттям є поняття етапу проектування.

Стадії(етапи) проектування підрозділяють на складові частини, що називаються проектними процедурами. Прикладами проектних процедур можуть служити підготовка деталировочных креслень, аналіз кінематики, моделювання перехідного процесу, оптимізація параметрів і інші проектні завдання. У свою чергу, проектні процедури можна розчленувати на дрібніші компоненти, що називаються проектними операціями, наприклад, при аналізі міцності деталі сітковими методами операціями можуть бути побудова сітки, вибір або розрахунок зовнішніх дій, власне моделювання полів напруги і деформацій, представлення результатів моделювання в графічній і текстовій формах. Проектування зводиться до виконання деяких послідовностей проектних процедур - маршрутів проектування.

Іноді розробку технічного завдання(ТЗ) на проектування називають зовнішнім проектуванням, а реалізацію ТЗ - внутрішнім проектуванням.

У ТЗ на проектування об'єкту вказують, принаймні, наступні дані.

1) Призначення об'єкту.

2) Умови експлуатації. Разом з якісними характеристиками(представленими у вербальній формі) є числові параметри, що називаються зовнішніми параметрами, для яких вказані області допустимих значень. Приклади зовнішніх параметрів : температура довкілля, зовнішні сили, електрична напруга, навантаження і т. п.

3) Вимоги до вихідних параметрів, т. е. до величин, характеризу-ющим властивості об'єкту, що цікавлять споживача. Ці вимоги виражені у вигляді умов працездатності yiRTi, де yt - i- й вихідний параметр; Re{=, <, >, >, <} - вид відношення; Ti - норма i- го вихідного параметра. У разі R(рівно) треба задати необхідну точність виконання рівності.

Приклади умов працездатності : витрата палива на 100 км пробігу автомобіля > 8л; коефіцієнт посилення підсилювача на середніх частотах > 300; швидкодія процесора > 40 Мфлопс.

Типові проектні процедури

Створити проект об'єкту(виробу або процесу) означає вибрати структуру об'єкту, визначити значення усіх його параметрів і представити результати у встановленій формі. Результати(проектна документація) можуть бути виражені у вигляді креслень, схем, пояснювальних записок, програм для програмно-керованого технологічного устаткування і інших документів на папері або машинних носіях інформації.

Розробка(чи вибір) структури об'єкту є проектна процедура, що називається структурним синтезом, а розрахунок(чи вибір) значень параметрів елементів X - процедура параметричного синтезу.

Завдання структурного синтезу формулюється в системотехніці як завдання ухвалення рішень(ЗПР). Її суть полягає у визначенні мети, безлічі можливих рішень і обмежуючих умов.

Класифікацію ЗПР здійснюють по ряду ознак. По числу критеріїв розрізняють завдання одно- і багатокритерійні. По мірі невизначеності розрізняють ЗПР детерміновані, ЗПР в умовах ризику(за наявності у формулюванні завдання випадкових параметрів), ЗПР в умовах невизначеності, т. е. при неповноті або недостовірності початкової инфор-мации.

Реальні завдання проектування, як правило, є багато-критерійними. Одна з основних проблем постановки багатокритерійних завдань - встановлення правил переваги варіантів. Способи зведення багатокритерійних завдань до однокритерійних і подальші шляхи рішення вивчаються в дисциплінах, присвячених методам оптимізації і математичному програмуванню.

Наявність випадкових чинників ускладнює рішення ЗПР. Основні підходи до рішення ЗПР в умовах ризику полягають або в рішенні «для найгіршого випадку», або в обліку в цільовій функції математичного очікування і дисперсії вихідних параметрів. У першому випадку задачу вирішують як детерміновану при завищених вимогах до якості рішення, що є головним недоліком підходу. У другому випадку достовірність результатів рішення набагато вища, але виникають труднощі з оцінкою цільової функції. Застосування методу Монте-Карло у разі алгоритмічних моделей стає єдиною альтернативою, і, отже, для вирішення потрібно значні обчислювальні ресурси.

Існують дві групи ЗПР в умовах невизначеності. Одна з них вирішується за наявності протидії розумного супротивника. Такі завдання вивчаються в теорії ігор, для завдань проектування в техніці вони не характерні. У другій групі протидію досягненню мети роблять сили природи. Для їх вирішення корисно використати теорію і методи нечітких великих кількостей.

Наприклад, при синтезі структури автоматизованої системи постановка завдання повинна включати в якості початкових даних наступні відомості:

- безліч виконуваних системою функцій(іншими словами, безліч робіт, кожна з яких може складатися з однієї або більше за операції); можливо, що в цій множині є часткова упорядо-ченность робіт, яка може бути представлена у вигляді орієнтованого графа, де вершини відповідають роботам, а дуги - стосункам порядку;

- типи допустимих для використання серверів(машин), що виконують функції системи;

- безліч зовнішніх джерел і споживачів інформації;

- у багатьох випадках задається також деяка початкова структура системи у вигляді взаємозв'язаної сукупності серверів певних типів; ця структура може розглядатися як узагальнена надмірна або як варіант першого наближення;

- різного роду обмеження, зокрема обмеження на витрати матеріальних ресурсів і(чи) на часи виконання функцій системи.

Завдання полягає в синтезі(чи корекції) структури, визначенні типів серверів(програмно-апаратних засобів), розподілі функцій по серверах так, щоб досягався екстремум цільової функції при виконанні заданих обмежень.

Конструювання, розробка технологічних процесів, оформлення проектної документації - окремі випадки структурного синтезу.

Завдання параметричного синтезу називають параметричною оптимізацією(чи оптимізацією), якщо її вирішують як завдання математичного програмування, т. е.

extr F(X), X е Dx

де F(X) - цільова функція; X - вектор керованих(що називаються також проектними або варійованими) параметрів; Dx ={X | ф(Х) < 0, Y = 0} - допустима область; ф(Х) і(X) - функції-обмеження.

Приклад. Електронний підсилювач: керовані параметри X(пара-метры резисторів, конденсаторів, транзисторів); вихідні параметри Y = fB і f - верхня і нижня граничні частоти смуги пропускання; K - коефіцієнт посилення на середніх частотах; RBX - вхідний опір). В якості цільової функції F(X) можна вибрати параметр fB, а умови працездатності інших вихідних параметрів віднести до функцій- обмеженням.

Наступна після синтезу група проектних процедур - процедури аналізу. Мета аналізу - отримання інформації про характер функціонування і значення вихідних параметрів Y при заданих структурі об'єкту відомостях про зовнішні параметри Q і параметрах елементів X. Якщо задані фіксовані значення параметрів X і Q, то має місце процедура одноваріантного аналізу, яка зводиться до рішення рівнянь математичної моделі і обчислення вектору вихідних параметрів Y. Якщо задані статистичні відомості про параметри X, і треба отримати оцінки числових характеристик розподілів вихідних параметрів(наприклад, оцінки математичних очікувань і дисперсій), то це процедура статистичного аналізу. Якщо вимагається розрахувати матриці абсолютною А і(чи) відносною В чутливості, то має місце завдання аналізу чутливості.

Елемент Aji матриці А називають абсолютним коефіцієнтом чувстви-тельности, він є приватною похідною j- го вихідного параметра yj по i- му параметру хг-. Іншими словами, Aji є елементом вектору градієнта j- го вихідного параметра. На практиці зручніше використати безрозмірні відносні коефіцієнти чутливості Bji, впливи вимірів параметрів елементів, що характеризують міру, на зміни вихідних параметрів :

^{Bji Aji xi} ном / ^yj ном>_>

де xiноми yjном - номінальні значення параметрів xi і yj відповідно.

У процедурах багатоваріантного аналізу визначається вплив зовнішніх параметрів, розкиду і нестабільності параметрів елементів на вихідні параметри. Процедура статистичного аналізу і аналізу чутливості - характерні приклади процедур багатоваріантного аналізу.

Системи автоматизованого проектування

Спочатку розглянемо етапи життєвого циклу промислових виробів і основні типи автоматизованих систем, використовувані в життєвому циклі виробів. Потім вкажемо місце системи автоматизованого проектування(САПР) серед інших автоматизованих систем.

Життєвий цикл промислових виробів включає ряд етапів, починаючи від зародження ідеї нового продукту до утилізації після закінчення терміну його використання. Основні етапи життєвого циклу промислової продукції представлені на Рис. 3.1. До них відносяться етапи проектування, техноло-гической підготовки виробництва(ТВП), власне виробництва, реализа-ции продукції, експлуатації і, нарешті, утилізації.

Рис. 3.1. Етапи життєвого циклу промислових виробів і системи їх автоматизації

 

На усіх етапах життєвого циклу виробів є свої цільові установки. При цьому учасники життєвого циклу прагнуть досягти поставлених цілей з максимальною ефективністю. На етапах проектування, ТВП і виробництва треба забезпечити виконання ТЗ при заданій мірі надійності виробу і мінімізації матеріальних і тимчасових витрат, що необхідно для досягнення успіху в конкурентній боротьбі в умовах ринкової економіки. Поняття ефективності охоплює не лише зниження собівартості продукції і скорочення термінів проектування і виробництва, але і забезпечення зручності освоєння і зниження витрат на майбутню експлуатацію виробів. Особливу важливість вимоги зручності експлуатації мають для складної техніки, наприклад, в таких галузях, як авіа- або автомобілебудування.

Досягнення поставлених цілей на сучасних підприємствах, що випускають складні промислові вироби, виявляється неможливим без широкого використання автоматизованих систем(АС), заснованих на застосуванні комп'ютерів і призначених для створення, переробки і використання усієї необхідної інформації про властивості виробів і супроводжуючих процесів. Специфіка завдань, що вирішуються на різних етапах життєвого циклу виробів, обумовлює різноманітність вживаних АС.

Основні типи АС з їх прив'язкою до тих або інших етапів життєвого циклу виробів вказані на Рис. 3.1:

CAE - Computer Aided Engineering(автоматизовані розрахунки і аналіз);

CAD - Computer Aided Design(автоматизоване проектування);

CAM - Computer Aided Manufacturing(автоматизована техноло-гическая підготовка виробництва);

PDM - Product Data Management(управління проектними даними);

ERP - Enterprise Resource Planning(планування і управління підприємством);

MRP - 2 - Manufacturing(Material) Requirement Planning(планування виробництва);

MES - Manufacturing Execution System(виробнича виконавська система);

SCM - Supply Chain Management(управління ланцюжками постачань);

CRM - Customer Relationship Management(управління взаимо-отношениями із замовниками);

SCADA - Supervisory Control and Data Acquisition(диспетчерське управління виробничими процесами);

CNC - Computer Numerical Control(комп'ютерне числове управління);

S&SM - Sales and Service Management(управління продажами і обслуговуванням);

CPC - Collaborative Product Commerce(спільний електронний бізнес).

Сучасні САПР(чи системи CAE/CAD), такі, що забезпечують наскрізне проектування складних виробів або, принаймні, виконують більшість проектних процедур, мають багатомодульну структуру. Модулі розрізняються своєю орієнтацією на ті або інші проектні завдання стосовно тих або інших типів пристроїв і конструкцій. При цьому виникають природні проблеми, пов'язані з побудовою загальних баз даних, з вибором протоколів, форматів даних і інтерфейсів різнорідних підсистем, з організацією спільного використання модулів при груповій роботі.

Ці проблеми посилюються на підприємствах, що виробляють складні вироби, зокрема, з механічними і радіоелектронними підсистемами, оскільки САПР машинобудування і радіоелектроніки до недавнього часу розвивалися самостійно, у відриві один від одного.

Для вирішення проблем спільного функціонування компонентів САПР різного призначення розробляються системи управління проектними даними - системи PDM. Вони або входять до складу модулів конкретною САПР, або мають самостійне значення і можуть працювати спільно з різними САПР.

Вже на етапі проектування потрібно послуги системи SCM, іноді званою системою управління постачаннями комплектуючих(Component Supplier Management), яка на етапі виробництва забезпечує постачання необхідних матеріалів і комплектуючих.

АСТПП, що становлять основу системи САМ, виконують синтез технологічних процесів і програм для устаткування з числовим програмним управлінням(ЧПУ), вибір технологічного устаткування, інструменту, оснащення, розрахунок норм часу і т. п. Модулі системи САМ зазвичай входять до складу розвинених САПР, і тому інтегровані САПР часто називають системами CAE/CAD/CAM/PDM.

Функції управління на промислових підприємствах виконуються автоматизованими системами на декількох ієрархічних рівнях.

Автоматизацію управління на верхніх рівнях від корпорації(виробничих об'єднань підприємств) до цеху здійснюють АСУП, що класифікуються як системи ERP або MRP, - 2.

Найбільш відомі системи ERP виконують різні бізнес- функції, пов'язані з плануванням виробництва, закупівлями, збутом продукції, аналізом перспектив маркетингу, управлінням фінансами, персоналом, складським господарством, обліком основних фондів і т. п. Системи MRP - 2 орієнтовані головним чином на бізнес-функції, безпосередньо пов'язані з виробництвом.

АСУТП контролюють і використовують дані, що характеризують стан технологічного устаткування і протікання технологічних процесів. Саме їх гущавині усього називають системами промислової автоматизації.

Для виконання диспетчерських функцій(збору і обробки даних про стан устаткування і технологічних процесів) і розробки програмного забезпечення для вбудованого устаткування до складу АСУТП вводять систему SCADA. Для безпосереднього програмного управління технологічним устаткуванням використовують системи CNC на базі контроллерів(спеціалізованих комп'ютерів, що називаються промыш-ленными), вбудованих в технологічне устаткування.

На етапі реалізації продукції виконуються функції управління стосунками із замовниками і покупцями, проводиться аналіз ринкової ситуації, визначаються перспективи попиту на плановані до випуску вироби. Ці завдання вирішуються за допомогою системи CRM. Маркетингові функції іноді покладаються на систему S&SM, яка, крім того, служить для вирішення проблем обслуговування.

На етапі експлуатації застосовуються спеціалізовані комп'ютерні системи, зайняті питаннями ремонту, контролю, діагностики експлуатованих систем. Обслуговуючий персонал використовує інтерактивні навчальні посібники і технічне керівництво, а також засоби для дистанційного консульти-рования при пошуку несправностей, програми для автоматизованого замовлення деталей замість тих, що відмовили.

Слід зазначити, що функції деяких автоматизованих систем часто перекриваються. Зокрема, це відноситься до систем ERP і MRP - 2. Управління маркетингом може бути доручене як системі ERP, так і системі CRM або S&SM.

На рішення оперативних завдань управління проектуванням, виробництвом і маркетингом орієнтовані системи MES. Вони близькі по деяких виконуваних функціях до систем ERP, PDM, SCM, S&SM і відрізняються від них саме оперативністю, ухваленням рішень в реальному часі, причому, важливе значення надається оптимізації цих рішень з урахуванням поточної інформації про стан устаткування і процесів.

Перераховані автоматизовані системи можуть працювати автономно, і нині так зазвичай і відбувається. Проте ефективність автоматизації буде помітно вища, якщо дані, генеровані в одній з систем, будуть доступні в інших системах, оскільки рішення, що приймаються в них, стануть більше обгрунтованими.

Щоб досягти належного рівня взаємодії промислових автоматизованих систем, потрібно створення єдиного інформаційного простору(ЕИА) не лише на окремих підприємствах, але і, що більше важливо, у рамках об'єднання підприємств. Єдиний інформаційний простір забезпечується завдяки уніфікації, як форми, так і зміст інформації про конкретні вироби на різних етапах їх життєвого циклу.

Уніфікація форми досягається використанням стандартних форматів і мов представлення інформації в міжпрограмних обмінах і при документуванні, т. е. застосуванням так званих CALS(Continuous Acquisition and Lifecycle Support) - технологій.