Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Особенности процесса автоматизированного проектирования 11
1.1. Постановка задачи 11
1.2. Тенденции развития конструкторского проектирования РЭА 13
1.3. Концепции перестраиваемых архитектур САПР 18
1.4. Метод формирования архитектуры САПР 25
1.5. Разработка архитектуры системы формирования и реконфигурации конструкторских САПР РЭА 31
Глава 2. Формализация знаний в области автоматизированного конструкторского проектирования изделий РЭА 39
2.1. Концептуализация описания процесса проектирования 39
2.2. Системная модель процесса проектирования 47
2.3. Смысловая модель предметной области 53
2.4. Структурная адаптация программного обеспечения к объекту проектирования 64
Глава 3. Инструментальные средства СППР САПР 76
3.1. Использование метода экспертной оценки 76
3.2. Имитационное моделирование 94
3.3. Ресурсно-процедурная модель процесса автоматизированного проектирования 100
3.4. Проектирование и выбор оптимальной конфигурации САПР 106
Глава 4. Реализация системы ФОРМИрованИЯ и реконфигурации архитектуры конструкторской сапр РЭА cad-architecture 119
4.1. Разработка рабочих моделей конструирования печатных плат 119
4.2. Реализация информационного обеспечения системы CAD-Architecture 131
4.3. Реализация процесса формирования архитектуры САПР с помощью системы CAD-Architecture 138
4.4. Использование системы CAD-Architecture для обучения разработчиков САПР 141
Заключение 147
Список литературы 149
- Тенденции развития конструкторского проектирования РЭА
- Системная модель процесса проектирования
- Ресурсно-процедурная модель процесса автоматизированного проектирования
- Реализация информационного обеспечения системы CAD-Architecture
Введение к работе
Актуальность исследования
Постоянное усложнение проектируемых объектов и возрастающие требования к срокам их внедрения в производство выдвигают задачу совершенствования как средств автоматизации проектирования, так и организации процесса автоматизированного проектирования. Особое значение для организации процесса автоматизированного проектирования имеют вопросы формирования и периодической реконфигурации системы автоматизированного проектирования (САПР).
В последние годы основное внимание уделялось разработке отдельных компонентов САПР и совершенствованию методов проектирования. Значительные успехи достигнуты в области разработки математического и программного обеспечения, структур данных и пользовательского интерфейса. Однако в гораздо меньшей степени исследованы особенности формирования и реконфигурации архитектуры САПР и процессов автоматизированного проектирования. Практически отсутствуют инструментальные средства поддержки принятия проектных решений, которые бы позволили выбрать архитектуру САПР, оптимальную для данных условий эксплуатации.
В настоящее время вопросы адаптации компонентов САПР к изменениям проектной среды, особенностям проектируемого объекта и квалификации пользователей привлекают пристальное внимание разработчиков САПР. Работа по формированию адаптируемых к определенным изменениям компонентов САПР ведется в нескольких направлениях: разработка удобных пользовательских интерфейсов, создание инвариантных средств управления информационными ресурсами, совершенствование математических моделей объектов проектирования и подсистем оптимизации, разработка средств интеграции и интеллектуализации САПР.
Большинство из рассмотренных направлений адаптации связано лишь с реконфигурацией системы на уровне программных и информационных компонентов. Однако проблемам системной реконфигурации САПР, направленным на адаптацию к изменениям бизнес-процессов предприятия, уделяется недостаточно внимания. В основе реализации данной концепции лежит требование строгой унификации и стандартизации всех программных, информационных и технических компонентов САПР. Формирование системы в этом случае должно осуществляться на основе стандартных программных и информационных интерфейсов. Возможность комбинирования стандартных программно-аппаратных компонентов позволяет создавать различные варианты САПР и выбирать наиболее оптимальные из них по заданным критериям конфигурации системы.
Для реализации этой концепции, помимо заложенных в системе возможностей ее реконфигурации, необходимы специальные инструментальные средства моделирования процессов автоматизированного проектирования.
С учетом вышесказанного вопросы создания системы формирования и реконфигурации архитектуры конструкторской САПР радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) представляют значительный практический и теоретический интерес.
Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является исследование вопросов разработки базовых ресурсно-процедурных компонент конструкторских САПР и имитационных моделей процесса автоматизированного проектирования, направленных на создание инструментальных средств формирования и реконфигурации архитектуры конструкторской САПР РЭА.
Достижение указанной цели предполагает решение следующих задач:
1. разработка архитектуры системы CAD-Architecture, предназначенной для моделирования процессов автоматизированного проектирования и оценки конфигурации конструкторской САПР;
2. исследование методов и технологий моделирования процесса автоматизированного проектирования, предназначенных для формирования и реконфигурации архитектуры конструкторских САПР;
3. разработка ресурсно-процедурных имитационных моделей процесса автоматизированного конструирования с использованием UML-диаграмм;
4. формирование библиотеки типовых проектных процедур автоматизированного конструирования изделий РЭА и баз данных моделей компонентов САПР;
5. разработка системы CAD-Architecture, включающей инструментальные средства формирования и реконфигурации архитектуры конструкторской САПР РЭА;
6. разработка методики обучения специалистов, участвующих в процессах проектирования и реконфигурации конструкторских САПР РЭА.
Основные методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы математического моделирования, теории сложных систем, теории планирования и принятия решений, методы системного, структурного и функционального моделирования, методы имитационного моделирования; методы объектно-ориентированного программирования, теории реляционных баз данных, теории графов, теории множеств, методы искусственного интеллекта.
Достоверность научных результатов
Подтверждается корректностью использования математического аппарата, результатами экспериментальных исследований на имитационных моделях и программах, а также результатами испытаний разработанного программного и информационного обеспечения системы CAD-Architecture.
Новые научные результаты
-
Разработана архитектура системы CAD-Architecture, отличающаяся от известных наличием нескольких подсистем, обеспечивающих реализацию различных методов и технологий для выбора компонентов и структур САПР.
-
Впервые разработана ресурсно-процедурная модель процесса проектирования в виде UML-диаграмм, характеризующаяся представлением базового операционного элемента процесса как отображения логической комбинации предшествующих состояний ресурсных и процедурных компонентов САПР и описания объекта автоматизированного проектирования.
-
Предложены способы формирования и реконфигурации архитектур САПР, отличающиеся от известных наличием средств имитационного моделирования процесса автоматизированного проектирования и средств сбора, накопления и обработки полученной информации о результатах моделирования.
-
Разработана методика обучения специалистов в области разработки и применения САПР, основанная на использовании системы CAD-Architecture.
На основании полученных результатов разработана система формирования и реконфигурации архитектуры САПР CAD-Architecture, предназначенная для специалистов, занимающихся разработкой и реконфигурацией конструкторских САПР РЭА.
Научные положения, выносимые на защиту
-
Архитектура системы формирования и реконфигурации конструкторской САПР РЭА CAD-Architecture.
-
Ресурсно-процедурные модели процесса конструкторского проектирования, представленные в виде UML-диаграмм.
-
Методика обучения специалистов в области разработки и применения САПР, основанная на использовании системы CAD-Architecture.
Практическая ценность работы
-
На основании комплексного использования полученных результатов разработана и реализована система формирования или реконфигурации САПР CAD-Architecture. Система позволяет проводить имитационное моделирование процессов проектирования, собирать данные о результатах моделирования для последующего анализа. Полученные результаты моделирования могут быть использованы для оценки качества архитектуры конструкторских САПР РЭА. Система CAD-Architecture может быть использована на стадиях формирования и реконфигурации САПР.
-
На основе разработанных ресурсно-процедурных моделей в системе CAD-Architecture реализованы имитационные модели, представленные в виде библиотеки моделей типовых проектных процедур. Использование библиотеки упрощает процесс моделирования и сокращает усилия, затрачиваемые на разработку новых моделей.
-
Разработана и реализована база данных системы CAD-Architecture, работающая под управлением Microsoft SQL Server 2005. База данных обеспечивает информационную поддержку процессу имитационного моделирования и обработки экспертных оценок. Информационная база системы включает БД сеанса моделирования, БД моделей компонентов САПР и архив моделей. Применение реляционной модели хранения данных и использование развитых средств управления данными промышленной СУБД обеспечивает унифицированные процедуры обслуживания базы данных, упрощает процедуру ее расширения и модификации.
-
Предложена и реализована в учебном процессе методика обучения разработчиков САПР. Предложенная методика позволяет выработать у обучаемых профессиональные навыки быстрой и обоснованной оценки ситуации и принятия проектных решений по формированию и реконфигурации архитектуры САПР.
Практическая реализация и внедрение результатов работы
Разработанные в ходе исследования имитационные модели реализованы в среде разработки Microsoft Visual Studio 2005 на языке C#. База данных системы CAD-Architecture реализована в среде универсальной промышленной СУБД Microsoft SQL Server 2005. Практическим результатом работы являются имитационные модели процесса проектирования, позволяющие разработчикам САПР в ускоренном масштабе времени просмотреть множество вариантов архитектур САПР и сделать обоснованный выбор формируемой и реконфигурируемой САПР. Применение в системе CAD-Architecture реляционной модели хранения данных и использование развитых средств управления данными промышленной СУБД обеспечивает унифицированные процедуры обслуживания базы данных, упрощает процедуру ее расширения и модификации.
Разработанная система CAD-Architecture внедрена в учебную практику в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) на кафедре «Системы автоматизированного проектирования», что подтверждено соответствующим актом о внедрении.
Результаты диссертационной работы использовались:
в работах по планам госбюджетной НИР по теме «Разработка моделей и методов интеллектуального анализа и поиска научно-технической информации» (шифр САПР-44 тем. плана СПбГЭТУ 2009 г.);
в работах по НИР по теме «Теоретические основы и методы проектирования программно-аппаратных комплексов испытаний технических объектов», выполняемой в рамках программы фундаментальных научных исследований ОНИТ РАН «Фундаментальные проблемы разработки новых структурных решений и элементной базы в телекоммуникационных системах»;
по хоздоговору «Разработка цифровой системы измерений и управления испытательным оборудованием при проведении механических и климатических испытаний» (договор № 6814/САПР-72», 2009 г.).
Основные результаты работы используются при подготовке инженеров по специальностям 230104 «Системы автоматизации проектирования» и магистров по направлению «Информатика и вычислительная техника» (специализация 230100.68-16 «Информационное и программное обеспечения САПР»). Применение разработанной системы в учебном процессе обеспечивает поддержку дисциплин «Оптимальное проектирование» и «Информационные технологии в проектировании и производстве» учебного плана подготовки магистров по направлению «Информатика и вычислительная техника» дисциплин «Системная организация САПР» и «Теория принятия решений» учебного плана подготовки инженеров по специальности 230104 «Системы автоматизации проектирования».
Результаты диссертационной работы используются в учебной практике Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) на кафедре «Системы автоматизированного проектирования» для подготовки магистров и бакалавров по направлению «Информатика и вычислительная техника».
Апробация результатов исследования
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
Международная научно-техническая конференция по мягким вычислениям и измерениям SCM-2006, Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) (г. Санкт-Петербург, 27-29 июня 2006 г.).
Международная научно-техническая конференция «Современные технологии обучения 2006», Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) (г. Санкт-Петербург, 20 апреля 2006 г.).
Международная научно-техническая конференция «Приборостроение в экологии и безопасности человека», Санкт-Петербург ГУАП (г. Санкт-Петербургский, 31 января-2 февраля 2007 г.).
59-я и 60-я научно-технические конференции профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина).
Публикации
Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 7 статьях и докладах, из них по теме диссертации 7., среди которых 2 публикации в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК, 2 статьи в других журналах. Доклады доложены и получили одобрение на 3 международных, всероссийских и межвузовских научно-практических конференциях перечисленных в конце автореферата.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, 12 таблиц, 51 рисунка списка литературы, включающего 135 наименований. Основная часть работы изложена на 147 страницах машинописного текста.
Тенденции развития конструкторского проектирования РЭА
Появление и развитие САПР было обусловлено практическими требованиями производства к качеству проектов, срокам их выполнения, которые становятся все более жесткими по мере увеличения сложности проектируемых изделий и повышения ответственности выполняемых ими функций.
Следует отметить, что формализация наиболее трудоемких этапов конструирования РЭА размещения элементов и трассировки монтажных соединений с использованием универсальных математических методов с применением теории графов, теории вероятностей, теории множеств и т.п., привела к широкому внедрению средств и методов автоматического конструирования, осуществляемого без вмешательства человека. В рамках такого подхода к построению САПР получены существенные результаты при проектировании изделий РЭА с большим количеством компонентов, а, следовательно, и с большим пространством решений, которое конструктор не в состоянии оценить и проанализировать [1, 9, 22]. Типичным примером изделий такого класса являются БИС и СБИС, ручное проектирование которых невозможно.
Практической целью разработки автоматических САПР РЭА является сокращение сроков выполнения проектно-конструкторских работ на всех этапах процесса конструирования — от ввода описания ОП до получения про- ектно-технологической документации.
Характерной чертой автоматических методов проектирования является строгое задание последовательности проектных процедур и операций, реализующих каждый этап проектирования в отдельности. Для автоматических САПР характерно жесткое определение маршрута проектирования и привязка к конкретным конструктивно-технологическим требованиям изделий, что является причиной снижения эффективности средств автоматизации конструирования РЭА на этапах размещения и трассировки при смене классов объектов проектирования или технологии производства. Снижение эффективности происходит вследствие увеличения времени конструирования, вызванного необходимостью коррекции получаемых проектных решений, осуществляемой либо в интерактивном режиме, либо посредством перезапуска автоматического процесса.
В целях снижения трудозатрат на модификацию математического и программного обеспечений средств автоматизации проектирования в ходе их эксплуатации, связанную с изменениями конструктивно-технологических параметров проектируемых изделий, используются методы проблемной адаптации [100, 101]. Проблемная адаптация в САПР означает способность системы проектирования приспосабливаться к специфическим особенностям задачи путем динамической настройки структуры и состава ПО на основе априорной информации, вводимой в систему извне, и апостериорной информации, формирующейся в вычислительной среде в процессе проектирования изделия.
Реализация проблемно-адаптивного подхода в организации САПР РЭА основана на оптимальном (по учитываемым параметрам процесса проектирования) выборе соотношений между множествами задач и вариантов их решения; настройка вариантов решений осуществляется с помощью критериев адаптации, задаваемых проектировщиками или вырабатываемых в процессе работы САПР.
Существуют различные виды организации проблемно-адаптированных САПР — структурная и параметрическая [23, 39, 82]. Суть структурной адаптации заключается в изменении структуры ПО САПР за счет включения альтернативных модулей, различающихся используемыми моделями ОП, временем выполнения, качеством получаемых решений. Структурная адаптация возможна лишь при наличии нескольких моделей ОП и нескольких методов решения задачи, а также наличия информации о правилах выбора моделей или методов в зависимости от текущего состояния процесса. Таким образом, универсальность САПР обеспечивается благодаря избыточному количеству программных модулей.
Практической реализацией идеи структурной адаптации явилась разработка концепции интегрированных САПР [10, 107], включающих в свой состав альтернативные алгоритмы и подсистемы, ориентированные на решение специфических задач и реализующие одну и ту же функцию конструирования с учетом различных конструктивно-технологических ограничений.
При параметрической адаптации все модули САПР программируются с расчетом на решение некоторой гипотетической задачи максимально возможной сложности и информативности и организуются в модели жесткой логической структуры. Настройка на решаемую задачу осуществляется на основе изменения критериев адаптации, являющихся параметрами модели. Здесь универсальность САПР обеспечивается ее информационной избыточностью.
Практика эксплуатации автоматических САПР показывает, что наилучшие результаты дает комбинированное применение структурной и параметрической адаптации, позволяя находить приемлемый для конкретных условий эксплуатации САПР компромисс между количеством альтернативных программных модулей и их информационной насыщенностью.
Системная модель процесса проектирования
На основе проведенного в работе [74] анализа операционных компонентов САПР реальное проектирование определяется как многошаговый итерационный процесс формирования, уточнения и конкретизации элементов атрибутивного пространства путем формирования, уточнения и конкретизации элементов соответствующего ему функционального пространства. Задача синтеза сводится к логической комбинации и многократному повторению операций синтеза, анализа, оценки, прогнозирования, принятия решения и трансформирования. Основными процедурными компонентами процесса проектирования являются стадии, этапы, процедуры и операции.
Стадии проектирования — наиболее крупные части проектирования как процесса, развивающегося во времени. Примерами стадий могут служить НИР или предпроектные исследования или стадией технического предложения. Очевидно, что по мере перехода от стадии к стадии степень подробности и тщательность проработки проекта возрастают, и рабочий проект должен быть вполне достаточным для изготовления опытных или серийных образцов. Близким к определению стадии, но менее четко оговоренным понятием является понятие этапа проектирования. По определению [8] этап - это часть стадии, выделенная по соображениям единства характера работ и (или) завершающего результата или специализации исполнителей.
Стадии (этапы) проектирования подразделяют на составные части, называемые типовыми проектными процедурами (ТИП). Для конструкторских САПР РЭА ТПП являются компоновка, размещение конструктивных элементов, трассировка монтажных соединений и другие проектные задачи. В свою очередь, проектные процедуры можно расчленить на более мелкие компоненты, называемые проектными операциями. Проектирование сводится к выполнению некоторых последовательностей проектных процедур - маршрутов проектирования [3]. Процесс проектирования — это отображение входного описания в выходное. Если любому состоянию процесса сопоставить описание ОП в соответствующей форме, то может быть выделена типовая проектная процедура (ТПП) и обобщенная модель системы типа «процесс». Эта модель базируется на системе представления знаний о проектных описаниях (декларативные знания) и выделении конечного множества базовых операционных единиц процесса проектирования БОЕПП (процедурные знания). Данная модель обеспечивает единый подход к систематизации, спецификации, идентификации операционных компонентов различных иерархических уровней САПР.
В данной модели ГШ представляет собой целенаправленную последовательность изменений состояния информационного описания S проектной задачи во времени, т. е. процесс проектирования — это транзитивное замыкание ТПП: SqP[ — Sp2 — S2P3 — ...— SkPM Типы информационных описаний ОП и предметной области различаются способами их физического представления в концептуальном, нормативно-документированном и цифровом видах. Представление типов описаний ОП и предметной области для различных форм описания показано в табл. 2.1. Описания обозначений были представлены в п. 2.2. ства проектных ситуаций [113].
Переход из одного состояния в другое осуществляется с помощью проектных процедур, классификация которых по их функциональному назначению и по отношению к исполнителям приведена в табл. 2.2.
Сущность выделенных типовых операционных компонентов процесса автоматизированного проектирования можно обобщить в виде следующих логических правил преобразований. Правило 1. Два проектных описания объекта различаются в заданной метрике пространства свойств (/,{7) тогда и только тогда, когда не выполняется условие эквивалентности значений хотя бы по одному свойству. Правило 2 (синтез):
В этом отображении каждая управляющая команда и е и на множестве доступных машинных проектных процедур синтезирующего типа PJ (м) инициирует конкретную процедуру Р/(м), такую, что обеспечивается преобразование цифровых проектных описаний Л -1 в Л хотя бы на одну информационную единицу. Это преобразование осуществляется на основе автоматических программ с использованием информации из БД И или из базы знаний К, а количество / синтезирующих процедур определяется уровнем его декомпозиции в модели. Синтезирующие процедуры обеспечивают прогресс в текущем проекте путем создания нового атрибутивного описания или его детализации. Синтезирующие процедуры, выполняемые либо только пользователем, либо пользователем совместно с машиной, характеризуются отображениями: Ря(чм): .Р — А. Правило 3 (расширение информационной базы):
Ра(чм): Р —» 22; С(м):-» ; Рк(чм): ЕК (м):)хЛ где /(чм) - ввод описаний стандартных библиотечных элементов; (?(м) — расширение словаря общения в интеллектуальной САПР; Рк (чм) - приобретение системой знаний от эксперта; Х(м) - конкретизация и активация знаний, самообучение системы по данным.
Ресурсно-процедурная модель процесса автоматизированного проектирования
В 2.2 была рассмотрена обобщенная модель системы типа «процесс», ее функциональные и структурные компоненты в контексте информационной обработки описания ОП. В этой модели ресурсы САПР рассматривались лишь с точки зрения исполнительных компонентов как машинные, пользовательские и смешанные. При этом не учитывались возможность мультиобработки и особенности отдельных экземпляров ресурсов.
Характерной особенностью САПР является разнородность ресурсов, объясняющаяся наличием особой категории реальности - информации, способной существовать в различных формах (средах): концептуальной, логической, физической. Особый класс ресурсов составляют инженерные знания. В САПР инженерные знания могут быть представлены в различных формах и на различных уровнях.
Процесс проектирования в современной САПР характеризуется одновременной обработкой системой нескольких задач проектирования. Для нормального функционирования многопользовательских САПР необходима синхронизация всех процессов проектирования и предназначенных для их выполнения ресурсов. Состояние САПР определяется комбинацией условий выполнения различных процессов автоматизированного проектирования. С другой стороны, одним из основных свойств САПР является потребность в захвате определенной группы (набора, комплекта) ресурсов для выполнения проектирования.
Используемые в процессе проектирования ресурсы делятся на два класса: неразделяемые (монопольные) Ят и разделяемые Яа. К первой группе ресурсов относятся пользователи, большинство технических средств, вторую группу составляют ресурсы, работа которых основана на свойстве тиражируемое информации, а также возможностях операционных систем. Таким образом, справедливо отношение у{Р К )\Р1 еР Л, еЛт иЛа, где у - инструментальное отношение «выполняться с помощью», Р1 - г -я проектная процедура, Я,- - подмножество ресурсов, необходимых для выполнения г -й проектной процедуры. Для группы ресурсов из подмножества Ка важно лишь их наличие в системе. Что касается разделяемых ресурсов Ят, то имеет значение не только их наличие в САПР, но их неучастие в других процессах, происходящих одновременно с Рг Для удобства представления ресурсно- процедурной модели ресурсы целесообразно сгруппировать в семейства. Под семейством будем понимать класс ресурсов, выполняющий определенную функцию и необходимый для активизации ПП. Выполнение проектной процедуры требует определенной совокупности (комплекта) функционально- полного набора ресурсов.
Для определения условий выполнения г -й процедуры в модели необходимо найти отношение у-1, обратное у, соответствующее инструментальному отношению «выполняться с помощью». Это отношение можно трактовать как «существует в системе». На рис. 3.4 изображена обобщенная ресурсно-процедурная модель САПР, на которой семейства ресурсов, имеющихся в системе, обозначены , где 1 = 1,/. Каждое семейство ресурсов представляется в САПР конкретной реализацией, экземпляром ресурсов, имеющих определенный тип Ль, где V = 1, . Тип ресурсов характеризуется определенным вектором СВОЙСТВ 2(т?/у)= ГДе 2 количество свойств V -го типа ресурсов / -го семейства, учитываемых на данном уровне декомпозиции в модели.
Каждое из свойств может иметь или конкретное смысловое значение, или описываться с помощью лингвистической переменной, например «уровень квалификации пользователя высокий».
В работе [74] были выявлены основные свойства САПР, в соответствии с которыми общесистемная модель должна быть дискретной, динамичной, стохастичной, а также отражать параллельные процессы. Существует несколько схем дискретно-событийного моделирования, определяющих различные подходы к декомпозиции динамических процессов: схемы событий, состояний и параллельных процессов. Понятие «система с дискретными событиями» определяет специфическую схему, которая может служить, во- первых, основой для разработки и алгоритмизации функциональных моделей систем весьма широкого класса и, во-вторых, схемой программирования таких моделей. В рамках этой схемы процесс функционирования системы во времени отождествляется с последовательностью событий, возникающих в системе в соответствии с закономерностями ее функционирования. В формальное понятие «событие» при разработке модели может быть вложено любое конкретное смысловое содержание, определяемое целями и задачами моделирования. Последовательность подпроцессов и порядок их выполнения определяются представлениями и моделями, связанными с преобразованием спецификации изделия во время движения от одного проектного решения к другому. Событием в САПР можно считать достижение проектным описанием определенного состояния, соответствующего уровню качества объекта, т. е. выполнение функциональных требований. Если бы в любой момент времени для решения любой проектной задачи были доступны все ресурсы, то возникновение событий можно было бы связывать только с состоянием проектного описания. В многопользовательских САПР все экземпляры требуемого семейства ресурсов для /) -й процедуры могут быть заняты решением других проектных задач, и задача ставится в очередь. Третий вариант событий связан с процедурой прерывания выполнения задачи в случае, когда один из используемых ею ресурсов потребовался для решения задачи с более высоким приоритетом, а все экземпляры требуемого семейства ресурсов заняты обработкой других задач с более высоким приоритетом, чем вновь поступившая задача. Наконец событием можно считать случайные варианты прерывания проектирования, связанные со сбоями технического оборудования или плохой организацией процесса проектирования. Продолжительность события (устойчивого состояния САПР) определяется как интервал времени, в течение которого никакой процесс не начинается и не заканчивается: где г = 1,2,..., g - текущий подпроцесс й -й проектной задачи, п - количество одновременно выполняемых в САПР активных проектных задач, g - число типовых проектных процедур. Подпроцесс АП р(Т ) представляет собой множество действий на некотором уровне детализации, выполняемых одновременно в САПР в течение временного интервала т:
В любой момент реального времени проектирования т0 е т каждая с1 - я проектная задача {с1 = \,...п) активизирует некоторые подпроцессы Ры, для выполнения которых требуются определенные средства = {гкх,..., г-Л } автоматизации проектирования. Каждый к -й экземпляр у-го типа ресурсов требуемого / -го семейства может находиться в двух состояниях: гг,1 (м ) = 1, если м?-й экземпляр У-ГО типа / -го семейства ресурса активизируется какой- либо процедурой; гу1 (-и ) = 0, если ресурс свободен.
Ресурсно-процедурная концепция обработки проектных задач в САПР позволяет определить состояния в системе в любой момент времени как вектор несовместных состояний = {.?,.}, где s = Р{(т )хЯ т )
Реализация информационного обеспечения системы CAD-Architecture
Для обеспечения информационной поддержки процедуры имитационного моделирования в системе САО-АгсЬкесШге необходимо хранить информацию о ресурсах моделируемой САПР: технических средствах, пользователях, используемом программном обеспечении. Основой технического обеспечения является автоматизированное рабочее место конструктора (АРМ). Требуемое оборудование АРМ-а: для каждого сотрудника необходим персональный компьютер. Компьютеры необходимо объединить в сеть. Стоимость сетевого оборудования можно оценить как стоимость коммутатора и проводов. Также необходим лазерный принтер АЗ. Необходимо обеспечить максимально комфортные условия для работы сотрудников. Это касается не только компьютерной техники. Надо создать максимально удобные рабочие места: хорошее освещение, наличие свободного места, удобная мебель. Естественно, что каждому сотруднику необходимо собственное рабочее место с персональным компьютером. Стоимость сетевого оборудования: Коммутатор D-Link DES-1018DG (16 портов 10/100Mbps, 2 порта 10/100/1000Mbps, неуправляемый, автоопределение MDI/MDEX, настольное исполнение) - 120$. Лазерный принтер A3: HP LaserJet 5200 - 1600$. ! Программное обеспечение: Windows 2003 Server + 5 клиентских лицензий (win хр) - 1000$; Модуль ArcGIS Schematics фиксированная лицензия - 3833$ (программа разработки принципиальных схем); P-CAD 2006 (fll) - сетевая лицензия - 18354$ (система разработки печатных плат); AutoCAD 2008 COM NLM (Полная коммерческая сетевая версия) - 6119$; Microsoft Visio Std 2007 - 358$ Microsoft Office 2007 (5 шт.) - 2060$ Общая стоимость: 31724$. Для данного примера оснащения АРМ-а информация была сформирована по данным следующих источников [5], [6] ,[7], [8], [9], [Ю]. Для процедуры ввода описания платы будем использовать следующую конфигурацию аппаратного обеспечения (табл. 4.2): Конфигурация рабочего места для выполнения процедуры размещения элементов(табл. 4.3): Конфигурация рабочего места для выполнения процедуры трассировки соединений(табл. 4.4): Конфигурация рабочего места для выполнения процедуры контроля качества платы (табл. 4.5): Для обеспечения информационной поддержки системы CAD- Architecture были разработаны структуры данных для представления информации об объектах проектирования, процедурных компонентах и ресурсах САПР [34, 41, 69]. Исходя из высокого уровня сложности и разнообразия данных, необходимых для обеспечения процесса поддержки принятия решения и моделирования ПП, было предложено использовать реляционную модель.
Для разработки базы данных ее семантическая модель приведена к третьей нормальной форме. На рис. 4.12 представлен фрагмент структуры данных. Помимо представленных компонентов в систему включены структурные схемы БД моделей компонентов, справочников и БД сеанса моделирования. Архитектура информационного обеспечения системы CAD-Architecture представлена на рис. 4.13. Информационную поддержку процессу имитационного эксперимента оказывает БД моделей компонентов (БДМК) САПР, содержащая характеристики технического оборудования, квалификационные характеристики пользователей, диапазоны варьирования параметров ОП, определяющие размерность задач. Информационная база системы состоит из БД обработки экспертных оценок, БД сеанса моделирования (БДСМ), БДМК, архива моделей, а также базы знаний о процессах автоматизированного проектирования (БЗАП). БЗАП построена на основе семантической модели предметной области автоматизированного конструирования изделий РЭА, систематизация инженерных знаний которой была выполнена в главе 2. БДМК содержит характеристики технических ресурсов САПР: быстродействие, объем памяти, скорость печати и т.п. Выбор ресурсов САПР осуществляется пользователем в процессе диалога с БДМК. В результате диалога пользователя формируется множество параметров, позволяющее осуществить генерацию модели САПР и проектной среды. Это множество записывается в таблицы БДСМ. Варианты моделей формируются в индивидуальном разделе для каждого сеанса моделирования. Каждый запись в таблице имеет поле с идентификатором сеанса, что позволяет строить множество вариантов имитационных моделей различных структур САПР. После того, как пользователем выбрана структура системы, осуществляется подбор параметров компонентов САПР. Семантический анализ модели осуществляется с помощью БЗАП. В случае обнаружения ошибки, например, несоответствия выбранных проектных процедур и технических средств, на экране пользователя появляется диагностическое сообщение с локализацией места ошибки. Результаты моделирования записываются в архив моделей. В качестве СУБД выбран Microsoft SQL Server 2005 [32, 51]. Для реализации моделей использовался язык С# [122].
