Языки описания объекта проектирования и задания на проектирование отражают специфику проблемной области САПР, особенности исторически сложившихся обозначений параметров, операций, процедур и т. д.
При этом управляющее лингвистическое обеспечение должно удовлетворять требованиям полноты описания основных проектных операций и процедур; удобства и выразительности восприятия языковых средств проектировщиком для минимизации затрат времени на их изучение и практическое использование; лаконичности языка для сокращения времени ввода информации в систему и переработки ее в системе; развития и расширения языка по мере накопления опыта проектирования.
В зависимости от степени формализации тех или иных задач обобщенного алгоритма проектирования удовлетворение указанных требований осуществляется в условиях пакетного или диалогового режимов функционирования комплекса средств САПР.
Языки пакетного режима (или пассивные языки) ориентированы на автоматическое решение полностью формализованных задач проектирования. В состав этих языков включаются средства формулирования задач проектирования, достаточные для их однозначного решения в приемлемое время.
Если задачи тех или иных фрагментов обобщенного алгоритма проектирования не поддаются полной формализации, то используются языки диалогового режима (или диалоговые языки). Они относятся к числу основных в САПР, позволяя проектировщику принимать и сообщать системе решения по отработке неформализуемых участков алгоритма проектирования. Состав языковых средств диалогового взаимодействия существенно зависит от принятой стратегии распределения функций управления проектированием между человеком и комплексом средств САПР.
В зависимости от распределения этих функций различают три основных вида человеко-машинного общения.
«Ведущая – ЭВМ». Здесь система посредством специальных сообщений запрашивает необходимые описания объекта проектирования, либо указывает возможные пути решения задачи и требует от проектировщика конкретизации задания. Эти сообщения оформляются на естественном языке пользователя с соблюдением требования, однозначного толкования их смыслового содержания. Кроме того, запросы формулируются таким образом, что ожидаемые ответы проектировщика, как правило, являются немногословными и строятся с соблюдением простых синтаксических правил.
«Ведущий – проектировщик». Здесь пользователь на специальном языке задает для ЭВМ последовательность операций и процедур обработки указываемой информации. Этот вид общения требует от проектировщика четкого знания алгоритма проектирования и возможностей используемого комплекса САПР.
«Равные партнеры». Здесь реализуется двухстороннее управление алгоритмом проектирования, в котором, в зависимости от ситуации, принятие решений о дальнейшем ходе проектирования осуществляет либо человек, либо ЭВМ. Этот вид общения является наиболее эффективным с точки зрения достижения целей диалогового проектирования.
Диалоговые языки, ориентированные на взаимодействие по принципу «Ведущая – ЭВМ», наибольшее распространение получили в так называемых запрос-ответных языках. В зависимости от формы запроса различают языки «Выбор из меню» и «Заполни пустые места».
При использовании языка «Выбор из меню» проектировщику предлагается по шагам алгоритма проектирования список альтернативных данных или операций, на котором он принимает решение. Языковые возможности пользователя ограничиваются средствами указания требуемой альтернативы.
Инициатором диалога при использовании запрос-ответных языков является ЭВМ. Это накладывает определенные ограничения на их применение в САПР. Во-первых, развитие процесса проектирования осуществляется только по заложенному в системе сценарию диалога. Во-вторых, ввод информации проектировщика происходит лишь в тот момент, когда этого требует автоматизированная система. Наряду с этим запрос-ответные языки имеют и важные преимущества, обеспечивающие их широкое распространение: простота и наглядность взаимодействия, отсутствие необходимости в предварительной подготовке проектировщика для ведения диалога. Поэтому, если в процессе проектирования нет необходимости в изменении структуры проектной процедуры, такие языки являются наиболее подходящими.
Более широкими возможностями организации диалога обладают директивные языки, реализующие взаимодействие по принципу «Ведущий – проектировщик». Основной синтаксической единицей этих языков является директива, которая представляет собою управляющее предложение фиксированной структуры. Каждая директива позволяет задать определенное действие по управлению процессом проектирования. В состав директивы, как правило, входят название действия, которое должна выполнить автоматизированная система, а также параметры, устанавливающие определенный режим выполнения этого действия. Параметры директивы могут быть позиционными и ключевыми. Позиционные параметры характеризуются их позицией в синтаксической структуре директивы и должны перечисляться в определенном порядке. Каждый ключевой параметр характеризуется своим наименованием.
При использовании директивных языков инициатором диалога является проектировщик. Это предоставляет пользователю возможность оперативного управления процессом автоматизированного проектирования и гибкого многовариантного использования программно-информационных средств САПР. Однако директивным языкам присущи недостатки, обусловливающие определенные трудности их использования. Так, проектировщик должен изучить директивный язык, т. е. знать состав и назначение директив, их синтаксис и семантику. Кроме того, по сравнению с запрос-ответными языками, здесь значительно усложняется языковой процессор, реализующий директивный язык, и увеличивается время реакции автоматизированной системы на запрос пользователя. Несмотря на указанные недостатки, директивные языки широко используются в САПР.
Развитие преимуществ запрос-ответных и директивных языков осуществляется в комбинированных языках, поддерживающих диалоговое взаимодействие по принципу «Равные партнеры». Отличительной особенностью этих языков является их естественность для пользователей – приближение средств, предоставляемых в распоряжение проектировщиков, к тем языковым средствам, которыми они привыкли оперировать в процессе решения профессиональных задач, и освобождение от необходимости использования машинно-обусловленных терминов и понятий.
Использование комбинированного языка позволяет чередовать запросы со стороны проектировщика и ЭВМ. Кроме того, запросы проектировщика могут представляться в виде предложений, образующих семантически связный текст. Благодаря этому проектировщику предоставляется возможность фиксировать не только конечный результат решения задачи, но и описывать процедуру его получения. Это, в свою очередь, позволяет диагностировать ошибки на промежуточных шагах решения задачи, а также обеспечивает более гибкое управление проектированием. Однако реализация комбинированных языков требует создания достаточно сложных языковых процессоров. Это обстоятельство обусловливает сдерживание широкого распространения комбинированных языков.
Пассивные и диалоговые языки могут быть ориентированы на описание не только текстовой информации, но и графической. В последнем случае они называются графическими языками. Графические языки предназначены для задания объектов проектирования в виде схем, чертежей; графиков, рисунков, а также манипулирования данными представлениями в процессе формирования проектных решений, С этой целью в составе конструкций графических языков содержатся средства генерации изображений и различных их преобразований. Средства генерации изображений позволяют описывать простейшие геометрические фигуры – примитивы и их совокупности. Геометрическими примитивами в зависимости от проблемной ориентации языка являются элементы принципиальных электрических схем – сопротивления, конденсаторы, диоды и т. д.; элементы машиностроительных чертежей – многоугольники, окружности, эллипсы и т. д. Включение наименований этих примитивов в состав словаря является характерной особенностью графических Языков. Языковые средства преобразования изображений предназначены для задания различного рода действий над геометрическими образами: масштабирование, смещение, поворот, перекомпоновка частей изображения их слияние, удаление. Эти средства оформляются в виде операторов над геометрическими типами данных. Можно выделить четыре основные группы операторов: выполняющие общие организующие действия; строящие геометрические примитивы; выполняющие сложные построения и вычерчивания; служебные и вспомогательные операторы.
Операторы общей организации предназначены для задания страницы, т. е. размеров рабочего поля на экране графического дисплея или бумаге графопостроителя; открытия и закрытия страницы; задания наименования страницы и другой текстовой информации, сопровождающей графическое изображение.
Операторы построения примитивов позволяют указывать тип генерируемой фигуры и ее параметры.
К группе операторов, выполняющих сложные построения и вычерчивания, относятся, на пример, операторы построения графиков. Они предназначены для изображения графиков функций одной или двух переменных, задаваемых, в аналитическом или табличном виде. При табличном задании функции указываются векторы значений каждого аргумента и соответствующий им вектор значений функций.
Рассмотренные выше языковые конструкции графического взаимодействия проектировщиков с ЭВМ являются эффективным средством оформления проектных решений в виде конструкторских чертежей, схем, рисунков и т. д. Современные САПР, наряду с выпуском конструкторской документации, позволяют проектировать программы изготовления проектируемых объектов на технологическом оборудовании с числовым программным управлением (ЧПУ). Языковой основой такого проектирования являются проблемно-ориентированные технологические языки оборудования с ЧПУ.