Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Системы автоматизированного проектирования изделий и процессов. Учебное пособие
.pdf
- проектирование программного обеспечения;
- проектирование баз данных (БД);
- организация диалога в САПР.
При создании САПР следует руководствоваться принципами системного
единства, совместимости, типизации, развития:
- принцип системного единства обеспечивает целостность системы;
- принцип совместимости обеспечивает функционирование составных
частей САПР и сохраняет открытую систему в целом;
- принцип типизации ориентирует на преимущественное создание и
использование типовых и унифицированных элементов САПР (типизации
подлежат элементы многократного применения);
- принцип развития обеспечивает пополнение, совершенствование и
обновление составных частей САПР, взаимодействие и расширение
взаимосвязи с автоматизированными системами различного уровня и
функционального назначения.
2.1. Процессы проектирования изделий
Современные САПР позволяют проектировать не только изделия,
т. е. что изготавливать, но и процессы их производства, т. е. как
изготавливать. Как правило, эти этапы подготовки производства
называют конструкторской и технологической подготовкой.
Разработка конструкций одежды осуществляется, как правило, на основе
рисунка модели, не имеющей математического описания поверхностей. Задача
состоит в построении на плоскости чертежей развертки поверхностей будущего
изделия. Анализ достигнутого уровня автоматизации конструирования одежды
позволяет выделить три подхода при проектировании:
- на плоскости — построение лекал существующими, в основном
приближенными, методами проектирования;
- в объеме — трехмерное проектирование от создания трехмерной формы
одежды до получения двухмерных лекал;
- комбинированный — от построения конструкции на развертке
поверхности типовой фигуры человека (сетке) по специально разработанной
методике автоматизированного конструирования до визуальной оценки
объемного изображения модели, «надетой на фигуру», и корректировки при
необходимости.
2.2. Проектирование процессов производства
42
Суть процесса проектирования производства заключается в разработке
адекватной модели производства и инструментов оценки эффективности ее
работы.
С позиций системного подхода технологический процесс изготовления
изделия можно рассматривать как сложную систему, которая определяется
функцией, структурой, набором характеристик, связями с внешней средой.
Основой для создания модели проектирования процесса являются два
принципа:
- идентичность структур конструктивных переходов при сборке
конструкции изделия и технологических процессов, обеспечивающих эти
переходы;
- отсутствие причинно-следственных связей между процессами,
обеспечивающими каждый конструктивный переход, возможность автономного
альтернативного решения частей задачи.
Целевой функцией процесса сборки швейных изделий является
получение завершенного композиционного решения элементов изделия,
определяющего заданную модель.
2.3. Формализация задач проектирования
Формализация — это отображение результатов мышления в точных
понятиях и утверждениях. При формализации изучаемым объектам, их
свойствам и отношениям ставятся в соответствие некоторые устойчивые,
хорошо обозримые и отождествимые материальные конструкции, дающие
возможность выявить и зафиксировать существенные стороны объектов.
Формализация уточняет содержание путем выявления его формы и может
осуществляться с разной степенью полноты. Выражение мышления в
естественном языке можно считать первым шагом формализации. Дальнейшее
ее углубление достигается введением в обычный язык разного рода
специальных знаков и созданием частично искусственных и полностью
искусственных языков. Логическая формализация направлена на выявление и
фиксацию логической формы выводов и доказательств. Полная формализация
теории имеет место тогда, когда совершенно отвлекаются от содержательного
смысла ее исходных понятий и положений и перечисляют все правила
логического вывода, используемые в доказательствах. Такая формализация
включает в себя три момента:
- обозначение всех исходных, неопределяемых терминов;
- перечисление принимаемых без доказательства формул (аксиом);
- введение правил преобразования данных формул для получения из них
новых формул (теорем).
43
В формализованной теории доказательство не требует обращения к
содержанию используемых понятий, их смыслу. Доказательство является здесь
последовательностью формул, каждая из которых либо есть аксиома, либо
получается из аксиом по правилам вывода. Проверка такого доказательства (но
не его отыскание) превращается в чисто механическую процедуру, которая
может быть передана вычислительной машине. Формализация играет
существенную роль в уточнении научных понятий. Многие проблемы не могут
быть не только решены, но даже сформулированы, пока не будут
формализованы связанные с ними рассуждения.
2.3.1. Классификация задач
Правильная формулировка задачи — залог повышения эффективности
проектируемой системы. Задачи различают по классу:
- хорошо формализованные (структурированные), имеющие в своей
основе количественные оценки;
- слабо формализованные (структурированные), смешанные, имеющие в
своей основе и количественные и качественные оценки;
- неформализованные (неструктурированные), в основе которых лежат
качественные оценки.
Для решения задач первого класса существует хорошо развитый
математический аппарат исследования операций. Для решения задач второго
класса нужны системные методы. Для решения проблем третьего класса
применяются эвристические методы (путем наводящих вопросов).
2.3.2. Проблемы формализации
В любой сфере деятельности человек принимает решения (формализует
задачи). В тех случаях, когда решение задачи базируется на законах физики,
химии и других фундаментальных областей знаний, или когда задача может
быть поставлена в терминах конкретного класса прикладных задач, для
которого разработан соответствующий математический аппарат, мы имеем
дело с задачами первого класса. В иных случаях суть поставленной задачи
становится проблемой, для решения которой нужно разрабатывать
специальные подходы, приемы, методы. В таких случаях возникает
необходимость определить область проблемы принятия решения (проблемную
ситуацию); выявить факторы, влияющие на ее решение; подобрать приемы и
методы, которые позволяют сформулировать или поставить задачу таким
образом, чтобы решение было принято.
Следовательно, для принятия решения необходимо получить выражение,
связывающее цель со средствами ее достижения. Получить такие выражения
44
возможно, если известен закон, позволяющий связать цель со средствами. Если
закон неизвестен, то необходимо выбрать иной способ отображения
проблемной ситуации. Можно определить закономерности на основе
статистических исследований или исходя из наиболее часто встречающихся на
практике экономических или функциональных зависимостей. Если и это не
удается сделать, то выбирают или разрабатывают теорию, в которой
содержится ряд утверждений и правил, позволяющих сформулировать
концепцию и конструировать на ее основе процесс принятия решений. Если и
теория не существует, то выдвигается гипотеза, на основе которой создаются
имитационные модели, c помощью которых исследуются возможные варианты
решения.
В общем виде для ситуаций различной сложности модель формирования
критериальной функции для отображения проблемной ситуации можно
представить, воспользовавшись многоуровневым представлением типа слоев
М. Месаровича.
В наиболее общем случае могут учитываться и варьироваться не только
компоненты (средства достижения цель) и критерии (отражающие требования и
ограничения), но и сами цели, если первоначальная их формулировка не
привела к желаемому результату, неточно отразила потребности линии
принятия решений.
При постановке задачи в числе критериев могут быть и принципиально не
формализуемые. В этих случаях полностью формализованная постановка
задачи оказывается нереализуемой. Возможны и другие ситуации,
затрудняющие формализацию критериев или формирование выражения,
связывающего цель со средствами.
При решении задач организации современного производства требуется
учитывать все большее число факторов различной природы, являющихся
предметом исследования различных областей знаний. В этих условиях один
человек не может принять решение о выборе факторов, влияющих на
достижение цели, не может определить существенные взаимосвязи между
целями и средствами; в формировании и анализе модели принятия решения
должны участвовать коллективы разработчиков, состоящие из специалистов
различных областей знаний, между которыми нужно организовать
взаимодействие и взаимопонимание; тогда проблема принятия решений
становится проблемой коллективного выбора целей, критериев, средств и
вариантов достижения цели.
Для проблем принятия решения характерно, как правило, сочетание
качественных и количественных методов. Принятие решений в системах
управления промышленностью часто связано с дефицитом времени: лучше
принять не самое хорошее решение, но в требуемый срок, так как в противном
случае лучшее решение может уже и не понадобиться. Поэтому решение часто
45
приходится принимать в условиях неполной информации, и нужно обеспечить
возможность как можно в более сжатые сроки определить наиболее значимые
для принятия решений сведения и наиболее объективные предпочтения,
лежащие в основе принятия решения.
Для того чтобы помочь в более сжатые сроки поставить задачу,
проанализировать цели, определить возможные средства, отобрать требуемую
информацию (характеризующую условия принятия решения и влияющую на
выбор критериев и ограничений), а в идеале — получить выражение,
связывающее цель со средствами, применяют системные представления,
приемы и методы системного анализа.
2.4. Базы данных
Система баз данных — это, по сути, не что иное, как
компьютеризированная система хранения записей. Саму же БД можно
рассматривать как подобие электронной картотеки, т. е. хранилище для
некоторого набора занесенных в компьютер файлов данных. Пользователю
этой системы предоставляется возможность выполнять множество различных
операций над такими файлами, например:
- добавлять новые пустые файлы в БД;
- добавлять новые данные в существующих файлах;
- вести поиск данных в существующих файлах;
- изменять данные в существующих файлах;
- удалять данные из существующих файлов;
- удалять существующие файлы из БД, т. е. избавляться от их
содержимого.
Компьютерные файлы БД называют реляционными таблицами.
Строки таблиц называются записями (логическими записями). Столбцы
таблиц идентифицируют поля этих логических записей.
Системы баз данных существуют как на малых компьютерах, так и на
больших машинах. Однопользовательская система — это система, в которой в
одно и то же время к БД может получить доступ не более одного пользователя;
многопользовательская система — это система, в которой к БД могут получить
доступ сразу несколько пользователей.
В общем случае данные в БД являются интегрированными и общими.
Под понятием «интегрированные данные» подразумевается возможность
представить БД как объединение нескольких отдельных файлов данных,
полностью или частично не перекрывающихся.
Под понятием «общие данные» подразумевается возможность
использования отдельных областей данных в БД несколькими различными
46
пользователями, т. е. каждый из этих пользователей может иметь доступ к
одной и той же области данных.
Одним из следствий интегрированности БД является то, что любой
конкретный пользователь обычно имеет отношение к какой-то небольшой
части всей БД. Иначе говоря, такая БД может восприниматься различными
пользователями по-разному. На самом деле, даже два пользователя одной и той
же общей области БД могут иметь значительно отличающиеся взгляды на эту
область.
Обычно данные в БД называют постоянными. Под словом «постоянные»
подразумеваются данные, которые отличаются от других, более изменчивых
данных, таких как промежуточные результаты, входные и выходные данные,
управляющие операторы, рабочие очереди, программные управляющие блоки и
вообще все транзитные данные.
Входные данные — это информация, передаваемая системе. Такая
информация может стать причиной изменений в постоянных данных, но не
является частью БД как таковой.
Выходные данные — это сообщения и результаты, выдаваемые системой.
Эту информацию можно брать из постоянных данных, но ее нельзя
рассматривать как часть БД.
Преимущества использования баз данных, связанные с
централизованным управлением:
- возможность сокращения избыточности;
- возможность устранения противоречивости;
- возможность общего доступа к данным;
- возможность соблюдения стандартов;
- возможность введения ограничений для обеспечения безопасности;
- возможность обеспечения целостности данных;
- возможность сбалансировать противоречивые требования.
Почти все продукты баз данных, созданные с конца 70-х гг., основаны на
подходе, который называют реляционным. Реляционная система — это
система, основанная на следующих принципах:
- данные для пользователя передаются в виде таблиц;
- пользователю предоставляются операторы, генерирующие новые
таблицы из старых.
Можно различить реляционные и нереляционные системы по следующим
признакам:
- способу представления информации (таблицы или нечто иное наряду с
таблицами);
- используемым операторам (математическим или другим наряду с
математическими).
47
Например, в иерархической системе данные представлены пользователю
в форме набора древовидных структур (иерархий), а среди операций работы с
иерархическими структурами есть операции перемещения по иерархическим
путям вниз и вверх по деревьям.
Старые дореляционные системы можно разделить на три большие
категории: системы инвертированных списков, иерархические и сетевые.
Разновидности реляционных систем:
- дедуктивные;
- экспертные;
- расширяемые;
- объектно-ориентированные;
- семантические;
- универсальные реляционные.
Итак, систему баз данных можно рассматривать как
компьютеризированную систему хранения записей. Такая система включает в
себя данные (непосредственно сохраняемые в БД), аппаратное обеспечение, ПО
(называемое СУБД), а также пользователей (что наиболее важно).
Пользователи, в свою очередь, подразделяются на прикладных программистов,
конечных пользователей, а также на администраторов баз данных, или АБД.
Последние отвечают за администрирование БД и системы баз данных в
соответствии с требованиями, устанавливаемыми администратором данных.
БД являются интегрированными и (чаще всего) совместно
используемыми. Они применяются для хранения постоянных данных.
Система баз данных имеет ряд преимуществ, наиболее важным из
которых является независимость данных (иммунитет приложений к
изменениям способа хранения данных и метода доступа).
Система баз данных может быть основана на нескольких различных
подходах, среди которых есть реляционный подход. И с экономической, и с
теоретической точки зрения можно сказать, что реляционный подход наиболее
важный. В реляционных системах данные рассматриваются пользователями как
таблицы, а операторы, доступные каждому пользователю для работы с
данными, — как операторы обработки таблиц.
Различают три уровня архитектуры БД:
- внутренний уровень — это уровень, наиболее близкий к физическому
хранению, т. е. связанный со способами сохранения информации на физических
устройствах хранения;
- внешний уровень — наиболее близок к пользователям, т. е. он связан со
способами представления данных для отдельных пользователей;
- концептуальный уровень — это «промежуточный» уровень между
двумя первыми.
48
Если внешний уровень связан с индивидуальными представлениями
пользователей, то концептуальный уровень связан с обобщенным
представлением пользователей. Иначе говоря, может быть несколько внешних
представлений, каждое из которых состоит из более или менее абстрактного
представления определенной части базы данных, и может быть только одно
концептуальное представление, состоящее из абстрактного представления БД в
целом.
Концептуальное представление — это представление всей информации
БД в несколько более абстрактной форме по сравнению с физическим способом
хранения данных.
В большинстве автоматизированных информационных систем применяют
СУБД, поддерживающие реляционные модели данных. Основные требования к
СУБД:
- обеспечение целостности данных (их полноты и достоверности);
- защита данных от несанкционированного доступа и от искажений из-за
сбоев аппаратуры;
- удобство пользовательского интерфейса;
- возможность распределенной обработки в сетях ЭВМ.
Первые два требования обеспечиваются ограничением прав доступа,
запрещением одновременного использования одних и тех же обрабатываемых
данных (при возможности их модификации), введением контрольных точек для
защиты от сбоев и т. п.
Банк данных в САПР является важной обслуживающей подсистемой, он
выполняет функции информационного обеспечения и имеет ряд особенностей.
В нем хранятся как редко изменяемые данные (архивы, справочные данные,
типовые проектные решения), так и сведения о текущем состоянии различных
версий выполняемых проектов. Как правило, банк данных работает в
многопользовательском режиме, с его помощью осуществляется
информационный интерфейс различных подсистем САПР. Построение банка
данных САПР — сложная задача, что обусловлено следующими особенностями
САПР:
- разнообразие проектных данных, фигурирующих в процессах обмена
как по своей семантике (многоаспектности), так и по формам представления
(большой объем графической информации наряду с другими видами);
- обмены данными должны производиться с высокой частотой, что
предъявляет жесткие требования к быстродействию средств обмена;
- в САПР проблема целостности данных оказывается более трудной для
решения, чем в большинстве других систем, поскольку проектирование
является процессом взаимодействия многих проектировщиков, которые не
только считывают данные, но и изменяют их, причем в значительной мере
работают параллельно;
49
- транзакции могут быть длительными и трудоемкими;
- иерархическая структура проектных данных и, следовательно,
отражение наследования в целях сокращения объема базы данных.
Особенности баз данных САПР:
- длительное хранение информации, отражающей историю разработок;
- частота операций чтения данных выше частоты операций обновления
данных;
- использование единых форматов для однотипных данных, полученных
из разных источников.
2.5. Информационные потоки
В основе процесса управления материальными потоками лежит обработка
информации, циркулирующей в логистических системах. В связи с этим одним
из ключевых понятий логистики является понятие информационного потока.
Информационный поток — это совокупность циркулирующих в
логистической системе, между логистической системой и внешней средой
сообщений, необходимых для управления и контроля логистических операций.
Информационный поток может существовать в виде бумажных и электронных
документов.
Современное состояние логистики много в чем определяется бурным
развитием и внедрением во все сферы информационно-компьютерных
технологий. Реализация большинства логистических концепций и систем была
бы невозможной без использования быстродействующих компьютеров,
локальных вычислительных сетей, телекоммуникационных систем и
информационно-программного обеспечения. Значение информационного
обеспечения логистического процесса настолько велико, что многие
специалисты выделяют особую информационную логистику, которая имеет
самостоятельное значение в бизнесе и управлении информационными потоками
и ресурсами. Эту функциональную область логистики часто называют
компьютерной.
Информационная логистика организовывает поток данных, которые
сопровождают материальный поток, и является тем существенным для
предприятия звеном, которое связывает снабжение, производство и сбыт. Она
охватывает управление всеми процессами перемещения и складирования
реальных товаров на предприятии, позволяя обеспечивать своевременную
доставку этих товаров в необходимом количестве, комплектации, качестве с
точки их возникновения в точку потребления с минимальными расходами и
оптимальным сервисом.
50
Информация выступает двигателем деятельности логистической системы
и держит ее открытой — способной приспосабливаться к новым условиям. В
связи с этим одним из ключевых понятий логистики выступает понятие
информационного потока.
В общем виде информационный поток является перемещением в
некоторой среде данных, выраженных в структурированном виде.
С точки зрения логистики информационный поток — это совокупность
циркулирующих в логистической системе, между логистической системой и
внешней средой сообщений, необходимых для управления и контроля за
логистическими операциями.
Увеличение роли информационных потоков в современной логистике
обусловлено такими основными причинами для потребителя, как информация о
статусе заказа, наличии товара, сроках поставки, отгрузочных документах и
т. п., что является необходимым элементом потребительского логистического
сервиса; с позиции управления запасами в логистической цепи наличие полной
и достоверной информации позволяет сократить потребность в запасах и
трудовых ресурсах за счет уменьшения неопределенности спроса; информация
увеличивает гибкость логистической системы относительно того, как, где и
когда можно использовать ресурсы для достижения конкурентных
преимуществ
В логистике выделяют следующие виды информационных потоков:
- в зависимости от вида связываемых потоком систем — горизонтальный
(поток сообщений между партнерами по хозяйственным связям одного уровня
управления) и вертикальный (поток сообщений, поступающих от руководства в
подведомственные ему звенья логистической системы;
- в зависимости от места прохождения — внешний (поток, протекающий
во внешней по отношению к логистической системе среде) и внутренний (поток
сообщений, циркулирующих внутри одной логистической системы);
- в зависимости от направления по отношению к логистической
системе — входной (поток сообщений, входящих в логистическую систему
либо в одну из подсистем) и выходной (поток сообщений, выходящих за
пределы логистической системы либо одной из подсистем);
- в зависимости от срочности — обычные, срочные и очень срочные;
- в зависимости от степени секретности — обычные, содержащие
коммерческую и государственную тайну;
- в зависимости от значимости почтовых сообщений — простые,
заказные, ценные;
- в зависимости от скорости передачи — традиционные (почта), быстрые
(факс, электронная почта, телеграф, телетайп, телефон);
- в зависимости от области охвата — местные, иногородние, дальние,
международные.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]