Архитектура механообработки программного комплекса информационно-технологической среды предприятия

В.Н. Старов

Работа посвящена вопросам совершенствования методики проектирования архитектуры программной системы, используемой для автоматизации технологической подготовки машиностроительного производства.

Современные компьютерные технологии и инструментальные средства проектирования составляют основу проекта информационных систем, в том числе АСУП предприятия, частью которой является система технологической подготовки производства АСТПП [1,2]. Любая методология реализуется через конкретные технологии и поддерживающие их стандарты, методики и инструментальные средства, обеспечивающих выполнение процессов жизненного цикла продукта (ЖЦП). Технология проектирования определяется как совокупность подсистем, которые связаны основными составляющими, в том числе такими: применение пошаговой процедуры, определяющей последовательность технологических операций проектирования; выбор и установление рациональных критериев и правил, используемых для оценки результатов выполнения технологических операций; применение эффективных нотаций (графических и текстовых средств), используемых для описания проектируемой системы [3].

При построении предлагаемой автоматизированной системы управления был составлен тезаурус предметной области (машиностроения). Составление тезауруса представляет собой формализованный опрос аналитиком специалистов в предметной области и получение точных описаний всех процессов и объектов. Успешное завершение этого этапа определяет, насколько верно будут составлены модели, структура баз данных и библиотека классов проекта, поэтому ему было уделено должное внимание.

На этапе информационного моделирования учитывали и проводили построение сложных многоступенчатых связей между понятиями предметной области. Результат этого этапа проектирования завершается построением концептуальных моделей, разделённых для удобства чтения на различные уровни детализации. На модели нанесены все понятия из тезауруса, их взаимодействия и отношения. Такие информационные модели являются промежуточным звеном между описанием объектов и процессов на языке предметной области, понятным техническим специалистам. Это UML-модели программных систем. Модели нами строились в нотации IDEF с употреблением нотации UML верхних уровней абстракции, во многом дополняющие IDEF. Созданные модели позволили иметь следующее: формализованную и стандартизованную графическую нотацию, удобную для восприятия; наглядную структурированность; они обеспечили устранение неоднозначности технического описания технологического объекта.

За этапом информационного моделирования предметной области следует этап моделирования услуг, предоставляемых программной системой, в контексте отношений система-пользователь. В UML-нотации эти модели реализуются диаграммами актёров (пользователей) и прецедентов (услуг, предоставляемых системой). На основе полученных диаграмм строятся диаграммы разных уровней абстракции.

С использованием указанных методик нами проведено моделирование технологий и процессов механической обработки широкой номенклатуры типовых деталей машиностроительного предприятия. Внимание обращено на проходящие процессы с использованием рациональных маршрутов информационного, материального и энергетического потоков.

Проектирование технологических процессов проведено на трёх уровнях, результатом чего являются диаграммы верхнего, нижнего и среднего уровня абстракций.

Верхний уровень абстракции представлен девятью диаграммами прецедентов, которые показывают процессы, происходящие в АСУП с разных позиций и с разным уровнем детализации. Например, на диаграмме общей системы есть актёр, представляющий людей или системы (внешних относительно АСУП) и прецеденты, представляющие в рамках АСУП те услуги, которые она предлагает потребителям.

При этом диаграмма системы поддержки жизненного цикла продукта работает в рамках стандартов ISO9000:2000 и элементов CALS и обслуживает весь ЖЦП, включая маркетинговое исследование, проектирование, разработку, испытание, техническую поддержку и т.п. Для конкретного предприятия создана диаграмма системы работы с базой знаний (с репозиторием). В ней хранятся собственные и отраслевые наработки предприятия, а также общепризнанные стандарты (ГОСТ, ОСТ), каталоги моделей стандартизированных деталей и материалов и другая подобная информация. Диаграмма системы управления кадрами обеспечивает автоматизированную работу с кадрами, включая набор кадров через биржи труда, их обучение и т.д.

Для организации базы знаний избрана объектно-релятивистская модель базы данных. Базы данных основаны на сумме принципов, где каждая сущность, информация о которой хранится в БД, — это объект. Каждый объект уникален в пределах БД и имеет уникальный идентификатор. Объект имеет свойства, которые описывают атрибуты сущности. Объекты связаны между собой произвольным образом. Объект может быть хранилищем. Такая БД не привязана ни к какой бизнес-модели и позволяет реализовать «над собой» любую бизнес-логику, которая выделяется в отдельный программный слой и реализуется на сервере приложений.

Разработана диаграмма системы управления ресурсами. Она включает в себя системы прогнозирования ресурсоёмкости, снабжения ресурсами, энергией и т.д.

На предприятии все работы выполняются на оборудовании, поэтому есть диаграмма процессов, связанных с оборудованием.

Диаграмма системы контроля отражает систему, обеспечения высокого и стабильного уровня качества продукции и обеспечивает повышение эффективности производства.

Диаграмма процессов, связанных с реализацией продукта и его поддержкой является особым звеном в сети системы реализации и поддержки продукции.

Наиболее важной является диаграмма высокого уровня – это диаграмма прецедентов системы подготовки производства. Это последняя диаграмма уровня прецедентов. Она состоит собственно из диаграммы АСТПП, диаграммы базы знаний и актёров.

Диаграмм среднего уровня пять. Все они неоднородны по природе, но максимально приближены к практической части работы. Так, диаграмма концептуальной модели ТП описывает его структурный состав. Диаграммы состояний рабочего и оборудования описывают поведение объектов системы, напрямую связанных с технологическими процессами (ТП), реализуемыми на предприятии.

Диаграмма последовательностей «Заготовка-техпроцесс-рабочий» показывает взаимодействие рабочего, оборудования и заготовки во времени. Это необходимо для выполнения главного процесса на предприятии, описанного прецедентом верхнего уровня «Изготовление изделия».

Диаграмма прецедентов АСТПП является переходной к диаграммам нижнего уровня, на которых осуществляют написания программного кода.

Диаграмма концептуальной модели ТП служит для иллюстрации концептуальных связей реальных понятий предметной области. На диаграмме концептуальной модели есть два основных понятия: «Технологический процесс» и производное,например, «Технологический процесс сверления отверстия».

В ветви диаграммы показано отношение абстрактного техпроцесса и его составляющих частей – этапов техпроцесса, которые в свою очередь состоят из «Операций»; «Операции» – из «Позиций», «Позиции» – из «Технологических переходов».

Для описания конкретного техпроцесса сверления можно упростить структуру ТП. «Технологический процесс сверления» имеет в своём составе три основных операции: «Позиционирование», «Смена инструмента» и «Режим резания». Также он соотносится с понятиями «Станок» и «Инструмент» для получения информации об имеющемся оборудовании для подбора верных параметров операций (здесь ТП принимается как некая сущность, способная к самоформированию). Диаграммы состояний рабочего и оборудования иллюстрируют поведение объекта в системе. Согласно методологии объектно-ориентированного программирования, всякий объект на протяжении времени его жизни находится в различных состояниях.

Диаграммы последовательностей служат для демонстрации взаимодействий объектов во времени. Взаимодействие осуществляется с помощью событий, которые могут быть как синхронными, так и асинхронными. В диаграмме использована разновидность синхронных событий, при посылке которых объект сам запускает свой метод.

Диаграмма прецедентов АСТПП. Это диаграмма прецедентов среднего уровня, где все прецеденты диаграммы являются частью прецедента верхнего уровня, ориентированного на автоматизированное изготовление изделия. Диаграммы нижнего уровня строятся непосредственно перед разработкой программной системы. Они описывают все необходимые аспекты разработки и служат для генерации скриптов базы данных, а также «каркаса» программы – заголовочных и исходных программных файлов, в которых прописаны все заголовки и описания классов и проставлены все связи.

Диаграмма физических данных БД ТП. Эта диаграмма моделирует структуру базы данных техпроцессов. Использование нотации UML позволяет на основе этой диаграммы сгенерировать специальную подпрограмму, так называемый «скрипт базы данных», которая позволяет создать базу данных с определёнными атрибутами. На диаграмме можно определить типы запросов к базе данных.

Диаграмма классов АСТПП. Эта диаграмма описывает классы, используемые в системе. Диаграмма является статической.

Диаграмма развёртывания АСТПП. Они полезны при проектировании систем с уровнем сложности выше малого и позволяют спланировать, как будут размещены в пространстве элементы проектируемой системы, на каких устройствах будут установлены, как будут связаны между собой.

Для эффективного функционирования АСТПП необходимо иметь минимум пять процессоров. В данном примере - четыре компьютера и один станок с ЧПУ, а именно: 1) рабочая станция технолога (компьютер, связанный с оборудованием с ЧПУ через специальный интерфейс); 2) рабочая станция администратора; 3) сервер базы данных; 4) сервер сети, на котором установлен HTTP-сервер – протокол передачи гипертекста; HTTP-сервер – программа, позволяющая осуществлять доступ к гипертекстовым документам, находящимся на сервере, в том числе с других машин по протоколу HTTP семейства TCP/IP– протокол управления передачей/протокол Internet; 5) собственно станочное оборудование с ЧПУ (со специализированным интерфейсом для связи с компьютером).

Предложенный программный интерфейс позволяет интегрировать ЧПУ металлорежущего оборудования в систему управления предприятием, предоставляя также широкие возможности для проектирования типовых ТП, не привязанных к конкретному виду ЧПУ и оборудованию. Созданное для подобных ПО делается способным к поддержке техпроцессов любого содержания.

Воронежский государственный технический университет

УДК 627