Лекции

зрения различных предметных областей. Поэтому различные фрагменты интегрированной модели создаются с использованием разных программных продуктов, автоматизирующих различные предметные области. Виду того, что некоторые предметные области пока не автоматизированы, процесс создания интегрированной модели изделия является дискретным с точки зрения многообразия охватываемых предметных областей. В то же время потребители интегрированной модели изделия должны иметь возможность выделения из интегрированной модели изделия той информации, которая относится именно к их предметной области.

3. Интегрированная модель изделия имеет большой объем и включает в себя фрагменты, относящиеся к различным предметным областям. Вследствие этого процесс создания интегрированной модели является также дискретным с точки зрения ЖЦ изделия: отдельные фрагменты интегрированной модели создаются и включаются в нее на разных этапах ЖЦ изделия. При этом необходимо хранение всех фрагментов интегрированной модели изделия независимо от того, на каком этапе ЖЦ изделия данный фрагмент был создан. Например, эскизный проект изделия не отменяется с появлением технического проекта, а появление изменения в конструкции производящегося изделия не означает, что описание конструкции ранее произведенных изделий не должно сохраняться.

Вследствие указанных особенностей интегрированной модели изделия становится очевидным принцип ее модульного построения. Под модулем понимают такую часть целого, замена которой требует минимума действий, поэтому каждый из фрагментов модели должен представлять собой модуль.

Модульность интегрированной модели требует наличия средств, описывающих состав модулей, их основные параметры (дату возникновения, ответственных, предметную область, права доступа и т.д.), взаимоотношение модулей. Если содержимое каждого из модулей — это данные об изделии, то описание самих модулей — это метаданные, т. е. данные, описывающие данные. Данные, описывающие модули, формируют структуру интегрированной модели изделия, поэтому они являются структурными метаданными.

Многообразие предметных областей, охватываемых интегрированной моделью изделия, требует наличия данных, описывающих эти предметные области. Такие данные по отношению к данным об изделии являются словарными метаданными.

На основании изложенного можно сделать вывод, что интегрированная модель изделия должна обладать следующими свойствами: модульность; неуничтожаемость данных; наличие струк-

13

ластей и предметную ориентацию.

Анализ необходимых свойств интегрированной модели изделия приводит к выводу о том, что такая модель изделия может строиться по технологии Data Warehouse (Хранилище Данных). Классическое определение Хранилища Данных характеризуется как предметноориентированный, интегрированный, неизменчивый, поддерживающий хронологию набор данных, организованный для целей поддержки управления.

Основными свойствами Хранилища Данных являются предметная ориентация, интегрированность данных, инвариантность во времени, неразрушаемость (стабильность информации), минимизация избыточности информации (табл. 3.2).

Возможность применения технологии Хранилищ Данных для выполнения требований интегрированной модели изделия и построения такой модели показана в табл. 3.3.

В то же время свойства, присущие Хранилищу Данных, согласно классическому его определению соответствуют особенностям интегрированной модели изделия (табл. 3.4).

Таким образом, исходя их анализа таблиц 3.2, 3.3 и 3.4 можно сделать вывод о достаточности технологии Хранилища Данных для построения интегрированной модели изделия.

14

МЕТОДОЛОГИЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ И ОБМЕНА ДАННЫМИ

Стандарт обмена данными STEP

Технологии CALS/ИПИ разработаны на основе международных стандартов ISO, главным из которых является ISO 10303 (STEP). Этот стандарт определяет единые формы компьютерного представления, накопления и обмена данными об изделиях на всех этапах ЖЦ независимо от вида изделий и компьютерных платформ. Стандарт ISO 10303 включает в себя объектно-ориентированный язык EXPRESS для составления моделей изделий и правила работы с библиотеками моделей изделий.

Уже в начале 1980-х гг. было признано, что разработка очередных CAE/CAD/CAM-технологий ведет к значительному расширению существующих стандартов, а быстрое увеличение количества применяемых нейтральных стандартов может привести к новому препятствию в эффективном обмене данными. Следовательно, возникла необходимость создания единого стандарта представления данных об изделии, который будет использоваться в течение всего ЖЦ изделия и применяться для всей информации, поддерживаемой автоматизированными системами производства и управления.

Информация о продукции, создаваемая на отдельных стадиях ее ЖЦ (маркетинг, проектирование, производство, эксплуатация и утилизация), широко используется на протяжении всего ЖЦ. Использование информации производится с помощью различных компьютерных систем, в том числе расположенных в различных организациях.

Для создания единого информационного пространства для всех участников ЖЦ изделия, обеспечивающего подобное использование информации об изделии, в CALS/ИПИ-технологиях предлагается применение интегрированной информационной модели изделия, содержащей в себе полную информацию об изделии. Таким образом, возникает потребность в создании единой, стандартизованной, понятной для компьютеров форме представления информации об изделии, которая к тому же должна обеспечивать организацию информационного обмена между различными компьютерными системами.

16

На первом конгрессе по проблеме создания нового стандарта обмена данными (Вашингтон, 1984) были выработаны основные требования к такому стандарту. Было признано, что стандарт должен обладать следующими свойствами:

•гибкостью (для получения возможности расширения существующих частей стандартов без потери ими законной силы);

•эффективностью обработки, обмена и хранения;

•строгой и формальной документацией;

•минимально возможным количеством элементов данных;

•разделением данных, зависящих от физического формата;

•логической классификацией элементов данных;

•совместимостью с другими существующими связанными стандартами.

Кроме того, на этом конгрессе была определена задача — создать первую версию стандарта для описания интегрированной информационной модели изделия. При этом модель изделия должна отражать следующую информацию: трехмерные характеристики, граничное представление, конструктивную стереометрию, допуски, конструкторско-технологические элементы, список материалов, технические требования процесса идентификации изделия, состав изделия, методы конечного моделирования элемента, способы компьютерной обработки данных и обеспечения качества и др.

Вэтом же году (1984 г.) в подкомитете ISO TC184/SC4 началась разработка международного стандарта для обмена данными об изделии, основой которого стали практически все предыдущие работы: IGES, PDDI, АЕСМА, VDA-FS, SET, а впоследствии произошла интеграция с программой PDES. В процессе создания стандарта большую роль сыграла международная электротехническая комиссия (IEC). В 1994 г. были официально опубликованы первые тома нового международного стандарта ISO 10303 Product data representation and exchange (представление данных об изделии и обмен ими). Неофициальным названием стандарта стала аббревиатура STEP: Standard for the Exchange of Product data (стандарт для обмена данными об изделии).

Стандарт STEP задает полную информационную модель изделия на протяжении его ЖЦ, а также способы реализации обмена данными, представленными согласно его полной модели. Как полная модель изделия, так и способы обмена данными предложены в компьютерном виде, причем они не зависят от программных и аппаратных средств, применяемых участниками ЖЦ изделия.

Преимущество единого стандарта состоит в простоте организации информационного обмена между всеми компьютерными системами, которые используются в течение ЖЦ изделия (рис. 4.1). При отсутствии стандарта информационный обмен ведется меж-

17

Жизненный цикл

Жизненный цикл изделия

Производст во б

Рис. 2.1. Информационная среда при отсутствии ( а) и наличии ( б) стандарта для обмена данными

ду каждой парой компьютерных систем, что имеет существенные недостатки: невозможность создания интегрированной модели изделия, необходимость приобретения большого количества кон-

В случае применения стандарта STEP количество конверторов сокращается до 2 х N штук. Кроме того, STEP имеет статус международного стандарта, что обеспечивает взаимодействие различных зарубежных партнеров.

Стандарт STEP регламентирует логическую структуру базы данных, номенклатуру информационных объектов, хранимых в базе данных, их связи и атрибуты. Типовые информационные объекты, такие как данные о составе изделия, материалах, геометрии

18

изделия, независимые от характера описания изделия, называют в стандарте «интегрированными ресурсами», на основе которых строят схемы баз данных об изделии для разных предметных областей: автомобилестроения, судостроения, аэрокосмической промышленности и т.д. Готовые схемы баз данных называют в стандарте «протоколами (правилами) применения», которые представляют собой типовые решения. Стандарт также предусматривает способы взаимодействия с хранилищем данных с помощью текстового обменного файла (ISO 1030321) или через стандартный программный интерфейс SDAI — Standard Data Access Interface (ISO 10303-22).

Стандарт STEP обладает рядом преимуществ по сравнению с предшествующими форматами обмена данными об изделии (например, IGES):

•задает не только информационную модель, но и способы реализации обмена данными;

•кроме геометрической информации содержит также другие данные об изделии, в частности: структуру и конфигурацию изделия, описание процессов и др.

Немаловажной отличительной особенностью стандарта STEP от аналогичных стандартов является его расширяемость. В самом стандарте регламентирована методика разработки на его основе новых моделей данных. Эта методика гарантирует согласованность новых информационных моделей как с самим стандартом, так и с другими моделями данных, построенными на его основе. Это позволяет адаптировать методику под нужды конкретной отрасли или конкретного предприятия, дополняя стандартную информационную модель необходимыми понятиями.

В настоящий момент стандарт STEP переведен на русский язык и имеет статус государственного стандарта России (ГОСТ Р ИСО 10303).

Структуру стандарта STEP можно условно представить схемой, состоящей из трех уровней. Первый уровень является ядром стандарта и содержит инструментарий STEP, с помощью которого задаются остальные компоненты стандарта, а также реализуется информационный обмен. На втором уровне находится базовое представление информации об изделии, которое является инвариантным по отношению к предметной области. Это представление включает в себя базовую информационную модель изделия, которая задана с помощью инструментария STEP. Наконец, третий уровень содержит представления информации об изделии, специфичные для конкретной предметной области (например, машиностроение, автомобилестроение, судостроение и т.п.). Такое представление включает в себя информационную модель изделия для конкретной предметной области и опирается как на инструментарий STEP (первый уровень), так и на базовую модель изделия (второй уровень).

19

Среди различных форматов обмена данными стандарт STEP занимает особое место вследствие следующих обстоятельств:

•самый высокий официальный статус (утвержденный международный стандарт ISO);

•широкий уровень охвата предметных областей;

•наличие формального, доступного для компьютерной интерпретации, описания типов данных средствами языка EXPRESS. В то же время в других форматах, например IGES или SAT, типы данных описаны в текстовом виде. Следовательно, STEP в наибольшей степени пригоден для формирования словарных метаданных;

•наличие интеграции между смежными предметными областями за счет наследования типов данных. Например, в формате IGES механизм наследования отсутствует, а в формате SAT он присутствует, но ограничен только геометрическими типами данных.

В табл. 4.1 и 4.2 показано, как потребности интегрированной модели изделия и свойства технологии хранилища данных соотносятся с возможностями средств стандарта STEP.

Т а б л и ц а

Соотношение свойств интегрированной модели изделия и средств стандарта STEP

20