В отличие от отдельных учебных программ учебно-исследовательские автоматизированные системы состоят из совокупности программных компонентов и электронных учебных материалов с возможным дополнением такими компонентами, как базы данных, проблемно-ориентированные языки моделирования и проектирования, учебное технологическое оборудование и т.п.
Наибольшее распространение получили учебно-исследовательские системы автоматизированного проектирования (САПР или CAD/CAM/CAE/PDM-системы). Известны также учебные системы управления технологическими процессами (АСУТП), версии геоинформационных систем (ГИС) и некоторые другие.
Учебные автоматизированные системы чаще всего создаются на основе адаптации промышленных автоматизированных систем к условиям учебного процесса. Иногда используют упрощенные (учебные) версии промышленных систем. Упрощенные версии распространяются или бесплатно, или со значительно уменьшенной ценой. Они могут отличаться от промышленных дорогостоящих продуктов или более существенными ограничениями на сложность исследуемых объектов, или сниженной функциональностью, или невозможностью записи в память компьютера результатов исследования.
В учебном процессе инженерных вузов широко используются САПР различного назначения.
В машиностроении автоматизация конструирования выполняется с помощью CAD-систем. Среди них различают системы нижнего и верхнего уровней. Первые из них сравнительно дешевы, ориентированы преимущественно на 2D-графику, реализуются на персональных ЭВМ. Системы верхнего уровня значительно дороже, более универсальны, ориентированы на геометрическое твердотельное и поверхностное 3D-моделирование, оформление чертежной документации в них обычно осуществляется с помощью предварительной разработки трехмерных геометрических моделей. Иногда выделяют также системы среднего уровня, занимающие промежуточное положение между системами верхнего и нижнего уровней.
Основные функции CAM-систем: разработка технологических процессов, синтез управляющих программ для технологического оборудования с ЧПУ, моделирование процессов обработки, в том числе построение траекторий относительного движения инструмента и заготовки в процессе обработки, генерация постпроцессоров для конкретных типов оборудования с ЧПУ, расчет норм времени обработки.
CAЕ-системы, иногда называемые системами инженерного анализа, предназначены для выполнения проектных процедур анализа, моделирования, оптимизации проектных решений. Основу программного обеспечения этих систем составляют программы моделирования, рассмотренные выше.
Программное обеспечение САПР обычно имеет модульную структуру. Компоненты ПО машиностроительных САПР подразделяется на группы программ конструкторского проектирования механических объектов, промышленного дизайна, функционального моделирования, технологического проектирования, обмена данными.
Базовые модули конструкторского проектирования предназначены для твердотельного и поверхностного моделирования, синтеза конструкций из базовых элементов формы, поддержки параметризации и ассоциативности, проекционного черчения и разработки чертежей с простановкой размеров и допусков. Пользователь может пополнять библиотеку БЭФ оригинальными моделями. Синтез трехмерных моделей сложной формы возможен вытягиванием плоского контура по нормали к его плоскости, его протягиванием вдоль произвольной пространственной кривой, вращением контура вокруг заданной оси, натягиванием между несколькими заданными сечениями. Синтез сборок выполняется вызовом или ссылкой на библиотечные элементы, их модификацией, разработкой новых деталей. Детали сборки можно нужным образом ориентировать в пространстве. Далее следует ввести ассоциативные (сопрягающие) связи.
Дополнительные модули конструкторского проектирования имеют более конкретную, но узкую специализацию. Примерами таких модулей могут служить модули конструирования панелей из композиционных материалов, разработки штампов и литейных пресс-форм, трубопроводных систем, сварных конструкций, разводки электрических кабелей и жгутов.
Модули функционального моделирования относятся к CАЕ-системам.
Основные модули САМ-систем служат для технологического проектирования, с их помощью выполняют моделирование технологических процессов разных видов обработки заготовок, разрабатывают постпроцессоры для систем управления оборудованием с ЧПУ.
Модули обмена данными (конверторы форматов данных) должны обеспечивать возможности импорта/экспорта данных в другие CAE/CAD/CAM-системы.
Геоинформационные системы предназначены для ввода, генерирования, обработки и представления моделей объектов, отражающих пространственное расположение объектов различного назначения. Преимущественно моделями, рассматриваемыми в ГИС-системах, являются карты, планы, схемы географических объектов, включая модели инженерных коммуникаций и транспортных систем. Примером ГИС может служить система Zulu. Области ее применения: городское хозяйство, инженерные коммуникации, архитектура, транспорт, экология, образование. Имеются средства для создания оригинальных ГИС-приложений, в систему интегрирован пакет теплогидравлических и гидравлических расчетов систем тепло-, водо- и газоснабжения.