3.2. Структура и принципы функционирования интеллектуальной сапр

Да последнего времени все САПР, реализующие в той или иной мере процесс автоматизированного проектирования, работали по жестким алгоритмам. Эта жесткость, не гибкость проявлялась как в строгой регламентированности в последовательности выполнения проектных процедур, так и в использовании при выполнении проектных процедур детерминированных программ получения решений без учета эвристических приемов и навыков конструкторов-разработчиков. Особенностью таких САПР является то, что они не ориентированы на сохранение специальных знаний разработчиков, поскольку в базах данных САПР хранятся лишь окончательные результаты принятых проектных решений, но не те промежуточные решения и сделанные выводы и обоснования часто неформального характера, основанные только на опыте и интуиции разработчиков, которые привели к этим результатам. Это усложняет впоследствии возможность выявления ошибочных решений, затрудняет применение специальных знаний опытных разработчиков в виде методов принятия проектных решений неквалифицированными пользователями САПР. Таким образом, в современных САПР специальные знания выражены неявно, и доступ к ним практически невозможен, что не позволяет управлять процессом накопления этих знаний для будущего их эффективного использования. Кроме того, такие САПР требуют от разработчиков определенных часто необоснованно повышенных знаний в области программирования и работы на ЭВМ. Получение этих знаний отвлекает разработчиков от углубленного изучения предметной области проектирования. Устранение этих недостатков САПР лежит в реализации принципов структурированности, распределенности и интеллектуальности.

Принцип структурированности САПР реализуется ее техническим обеспечением с помощью локальных вычислительных сетей. При этом большое значение приобретают транспьютерные сети, которые позволяют по-новому организовать вычислительный процесс в САПР, выполняя его по принципу «эстафетного бега». Программа проектирования в таком случае представляется графом. Каждой вершине этого графа ставится в соответствие проектная процедура, причем каждой вершине этого графа ставится в соответствие также транспьютер, который реализует эту процедуру. Дуги графа осуществляют связи между транспьютерами. Граф в целом соответствует транспьютерной сети. Транспьютер ожидает получения всех данных для выполнения соответствующей операции, выполняет ее и передает результат по информационным связям следующим транспьютерам.

Принцип интеллектуальности САПР состоит в систематическом накапливании знаний специалистов в базе знаний (БЗ) САПР, использовании этих знаний при автоматизированном проектировании.

В общем виде структура такой интеллектуальной САПР должна содержать следующие компоненты: базу знаний (БЗ); библиотеку программных модулей (ПМ); диалоговый формирователь логических схем проектирования (ЛСП), базу данных (БД) для проектирования; БД для управления; специализированную СУБД; систему управления (см. рис. 3.1)

Рис.3.1. Структура интеллектуальной САПР

Рассмотрим назначение и функции каждого компонента структуры База знаний представляет собой совокупность иерархически взаимосвязанных описаний технологии проектирования и содержит данные о комплексе задач, которые реализуются проектирующей системой в процессе функционирования.

Структурно БЗ можно представить в виде древовидного графа (рис. 3.2), каждая вершина которого отождествляется определенным понятием (наименование вида проектирования, стадий или этапа работы операции, структурного элемента проектирующей системы). Если обозначить искомую задачу проектирования (ИЗП), которая определена на уровне , через , то множество операций , расположенных на уровне i и связанных по вертикали с , представляет собой полное описание с определенной степенью детальности, т. е.

Очевидно, что для определения схемы взаимосвязи задач (операций) на любом уровне достаточно определить ее на конечном уровне декомпозиции d*. Отображение А множества во множество находится на основе сопоставления данных, используемых и получаемых при выполнении различных операций и определяет модель технологии проектирования в виде сети , названную обобщенной логической схемой проектирования (ОЛСП).

Каждая локальная задача (операция) из ОЛСП реализуется определенным структурным элементом проектирующей системы, который фиксируется в БЗ на самом ее нижнем (d*+l)-M уровне. Таким образом, анализ ОЛСП позволяет установить соответствие между технологией автоматизированного проектирования и. структурой проектирующей системы как некоторую проекцию множества локальных задач ОЛСП на множество имеющихся в наличии проектировщиков, технологического оборудования и инструментальных средств.

Библиотека ПМ САПР представляет собой совокупность разработанных или заимствованных пакетов прикладных программ (ППП), каждый из которых реализует решение определенной проектной задачи из множества функциональных задач (операций), содержащихся в ОЛСП. Иными словами, библиотека ПМ есть подмножество операций, зафиксированных в ОЛСП и выполняемых на ЭВМ (с использованием машинного ресурса). Обязательным требованием к ПМ является следующее: имя ПМ (если ПМ строится по принципу главная программа — подпрограммы, то дается имя главной программы) и его функциональное назначение должны в точности совпадать с именем и функциональным назначением соответствующей проектной операции в ОЛСП.

Рис. 3.2. Древовидный граф базы знаний САПР

Диалоговый формирователь логической схемы проектирования (ДФЛОП) представляет собой пакет программ для формирования в рамках имеющейся БЗ конкретной (рабочей) модели, технологии проектирования. Задача заключается в том, чтобы выбрать нужную ОЛСП и согласовать ее с особенностями заданного объекта проектирования, т. е. осуществить «привязку» ОЛСП к объекту. Процесс согласования (или «привязки») ОЛСП, реализуемый с помощью ДФЛСП и БЗ, определяет входной язык САПР как язык диалога проектировщика с ЭВМ. Причем словарь этого языка содержит только такие предложения, которые присутствуют в БЗ, т. е. входной язык САПР является естественным (профессиональным) языком конечного пользователя системы. Результатом привязки является ЛСП.

База данных для управления содержит в качестве ядра набор ЛСП. Каждая ЛСП выполняет одновременно функцию межмодульного интерфейса для библиотеки ПМ и алгоритма выполнения определенного проекта в проектирующей (организационно-технической) системе. С каждой конкретной операцией ЛСП могут быть связаны такие данные, как сроки, нормативы трудоемкости, требуемое количество и состав ресурса проектирования, текущее состояние (характеристика ситуации). Кроме того, рассматриваемая БД может содержать сведения о наличных ресурсах, плановых и ожидаемых сроках выполнения отдельных этапов работ и каждого проекта в целом.

Данные, описывающие ЛСП, содержатся в БД в табличной форме (в виде таблиц управления).

База данных для проектирования содержит данные НСИ, инвариантной по отношению к проектируемым объектам, и данные оперативной информации (входной, промежуточной и результирующей) по конкретному объекту или проекту. Логическая структура рассматриваемой БД обусловлена принципом построения БЗ САПР, в процессе построения которой определяются данные, используемые для решения каждой задачи, входящей в состав ОЛСП, и способ получения этих данных (результат решения другой задачи, норматив, каталог оборудования, справочник и т. д.). Тем самым оказывается возможным заранее определить полный состав данных, требуемых для решения каждой задачи из ОЛСП и для всей системы в целом. Поэтому целесообразно все данные для проектирования содержать в интегрированной базе с указанием имени задачи из ОЛСП, для которой они используются. Логическая структура такой БД приведена на рис. 3.3.

Единая для любой САПР логическая структура БД, которая может быть спроектирована заранее для всей системы и не требует построения сложных взаимосвязей между данными, делает эффективным использование специализированной СУБД.

ПМ (операции)

Рис. 3.3. Логическая структура такой БД

Специализированная СУБД САПР в качестве главной функций осуществляет поиск данных, требуемых для реализации конкретного ПМ, в БД для проектирования, поставляя их в виде локальных БД табличной структуры.

Рассмотренная логическая структура данных в БД для проектирования обеспечивает при использовании такой СУБД эффективную связь ПМ с данными, простой метод поиска данных в базе благодаря тому, что вход в БД осуществляется только из одной точки (имени ПМ или задачи).

Система управления САПР (СУ САПР) организует процесс проектирования в проектирующей системе в точном соответствии с заданным набором ЛСП путем формирования, команд на выполнение ПМ САПР в мультипрограммном режиме и выдачи информации, регламентирующей процесс взаимодействия подразделений проектировщиков между собой и со средствами автоматизированного проектирования. Поскольку каждая ЛСП выполняет функцию алгоритма проектирования в некоторой организационно технической системе, основное назначение СУ САПР в общем случае заключается в реализации параллельно последовательного выполнения заданного множества алгоритмов, проектирования в сочетании с распределением и «увязыванием» для этого наличных ресурсов проектирующей системы (машинных и трудовых).

При описании процесса проектирования исходим из того, что во внешней памяти ЭВМ создана необходимая для функционирования САПР БЗ фреймовой структуры. В этом случае процесс проектирования для любой целевой САПР начинается с формирования модели технологии проектирования, соответствующей заданному объекту. Для этого пользователь САПР (руководитель проекта) определяет исходную задачу проектирования (ИЗП), устанавливает границы периода, на котором должен выполняться проект. Используя эти данные, ДФЛСП извлекает из БЗ соответствующий фрейм, на основе которого формирует на экране дисплея последовательно шаг за шагом серию вопросов руководителю проекта с целью определения терминалов фрейма, которые необходимо удалить.

Информация на экране представляется в виде «меню», читая которое, пользователь отмечает те позиции, которые следует удалить. Информация, высвечиваемая на каждом последующем шаге, формируется с учетом выбора, который пользователь сделал на предыдущих шагах. Примерами «меню» в САПР АСУ являются: виды разрабатываемой документации, специальность разработчиков, привлекаемых для разработки каждого вида документа и т. д.

Одновременно с просмотром «меню» пользователю предоставляется возможность корректировки норматива продолжительности операций и количества требуемого трудового ресурса.

После удаления «лишних» терминалов из фрейма ИЗП ДФЛСП автематически синтезирует модель технологии проектирования заданного объекта в виде ЛСП и формирует БД для управления. Часть операций, содержащихся в ЛСП, при этом будет выполняться с использованием библиотеки ПМ САПР, остальные — в специализированных подразделениях проектировщиков.

Далее приводятся в действие программы СУ САПР, которые регламентируют процесс реализации содержащегося в БД для управления набора ЛСП (логическая схема проектирования) (таблиц управления) при заданных ресурсных, временных и технологических ограничениях. Из таблицы управления берется имя ПМ, вызываемого на выполнение в текущий момент времени. Это имя передается в СУБД САПР, которая, взаимодействуя с БД для проектирования, по имени ПМ формирует необходимый для его работы набор файлов. После этого в ОС ЭВМ передается задание на выполнение данного ПМ.

Аналогичным образом реализуется каждый ПМ из содержащегося в таблице управления перечня.

В общем случае при условии достижения согласованных действий организационной и технической частей проектирующей системы имя ПМ определяется на основе задачи распределения ресурсов.

В СУ САПР должна быть предусмотрена возможность априорной оценки последствий влияния различных факторов на процесс проектирования, поскольку момент вызова ПМ на выполнение, главным образом, определяется той производственной ситуацией, которая складывается в организационной части проектирующей, системы.