Информационно-вычислительные системы в машиностроении CALS-технологии (Соломенцев, 2003)

•создание уникальных и адаптация универсальных програм­ мных систем общего назначения для решения конкретных за­ дач (операционные системы, базы данных, машинная графи­ ка, сети ЭВМ и т.д.); эти решения обычно рассматриваются собственно при построении автоматизированных систем.

Большая часть разработок, посвященных созданию автоматизи­ рованных систем КТПП, фиксирует основное внимание на алгорит­ мах, машинной графике, базах данных и т.д. Однако при этом зачас­ тую теряется долгосрочная цель разработки автоматизированной сис­ темы - эффективность КТПП в ходе всего жизненного цикла созда­ ния и эксплуатации изделия. При постоянной борьбе за рынки сбыта комплексным показателем эффективности КТПП может выступать конкурентоспособность выпускаемой продукции. Практика показы­ вает, что лидирующие позиции на рынках сбыта могут быть достигну­ ты только при соблюдении следующих условий:

•совершенствования управления и 100% контроля за деятельно­ стью всего коллектива производящего предприятия;

•интеграции в ходе всего жизненного цикла отдельных видов деятельности по созданию и подготовке производства изделия на базе информационных технологий;

•обеспечения средствами информационных технологий воз­ можности для максимального раскрытия и усиления творче­ ского потенциала конечных пользователей, действия которых собственно и определяют успех или неудачу новой разработки в целом.

Все это требует нового взгляда на формализованное описание собственно процесса профессиональной деятельности, подлежащей автоматизации, на архитектуру построения прикладных приложе­ ний, на построение интерфейсов взаимодействия пользователей с компьютерной средой и, наконец, инструментальных программных средств, которые способны обеспечивать повседневную деятельность пользователя в компьютерно-технологической среде с минимальным привлечением профессиональных программистов.

Именно это является обоснованием необходимости комплексного методологического подхода к решению задач построения автоматизи­ рованных систем КТПП (рис.3.1), которые наиболее полно представ­ лены в CALS-технологии. Назначение этой методологии призвано по­ мочь модернизировать и совершенствовать в первую очередь информа­ ционную и организационную структуру машиностроительного пред­ приятия таким образом, чтобы отслеживались и решались базовые проблемы его развития, предопределяющие стабильные успехи не то­ лько в настоящем, но и в будущем. Эта методология существенно опи­ рается на современные научно-технические достижения, включая

191

Производственная

система

JkJS* Сохранеш^ яначеюУ! параметров в ходе проекткфованяя, шпготовлешц! и вкеплуатацяк

4.4.Бааы аюишй АО 1ф6ект11ровашпа к кдгагговдеикю технологической оеяаеткй по oeifOBHt4M переделам

Рис.3.1. Комплексный подход к решению задач производящего предприятия при использовании информационных технологий

объектно-Ориентированный подход, CASE и Workflow-технологии, стандарты ИСО, гипертекстовые и экспертные системы и т.д.

Исходя из этих подходов, в данной работе сделана попытка обо­ сновать выбор новой архитектуры построения автоматизированной си­ стемы КТПП - систем автоматизированной поддержки информацион­ ных решений (САПИР), показать их роль и место в производственной

структуре предприятия на примере отечественных инструменталь­ ных программных средств и опыта разработок в промышленности.

Общую цель автоматизации деловых процессов в рамках компь­ ютерно-технологической среды можно определить как необходи­ мость более эффективного совершенствования управлением деятель­ ностью производящего предприятия (КБ + завод) в условиях рынка. Чтобы компьютерно-технологическая среда отвечала этой глобаль­ ной цели, непосредственные участники создания последней должны усвоить и точно понять потребности протекающих на предприятии деловых процессов и сотрудников их исполняющих, т.е. разработать модель деятельности производящего предприятия. Затем на этой основе проектируется и реализуется компьютерно-технологическая среда, которая будет адекватно отвечать конечным нуждам произво­ дящего предприятия и сможет адаптироваться собственными силами в течении 5-10 лет. Этапность по переводу традиционной деятельно­ сти к автоматизированному варианту представлена на рис.3.2.

Концептуальная модель перехода от традиционного проектирова­ ния к компьютерной среде приведена на рис.3.3. Данная модель пре­ дусматривает предварительный анализ деятельности специалистов при решении задач традиционным способом в форме деловых (техни­ ческих) процессов (левая часть рис.3.3). Как показывает практика в машиностроении все многообразие действий специалистов можно определить через следующие базовые типы деловых процессов:

•заполнение и редактирование данных в диалоге;

•выбор датнтых из таблиц;

•выполнение расчета;

•создание и редактирование графического решения;

•выбор варианта действий из списка допустимых;

•сохранение промежуточных результатов;

•просмотр и утверждение результатов.

Деловые процессы по проектированию в машиностроении доста­ точно успешно автоматизируются в рамках программной платформы под названием интегрированная интеллектуальная система ИнИС (правая часть рис.3.3). В МГТУ «Стапкин» достаточно давно (пер­ вые работы относятся к 1984 г.) используется объективно-ориентиро­ ванная технология ИнИС для проектирования на основе моделей. Символьные и графические базы знаний соответственно создаются с помощью инструментальных средств интеллектуальная компьютер­ ная среда (ИКС) и T-FLEX CAD, и поддерживают создание «строи­ тельных кирпичиков» проектирования и «разумных деталей», вклю­ чая электродвигатели, штампы, пресс-формы, режущие и измерите­ льные инструменты и т.д. Таким образом, ИКС, ИнИС и T-FLEX

193

Рис.3.2. Этапность перевода традиционной деятельности к автоматизированному варианту и набор задач, решаемых на каждом этапе

CAD реализуют набор отечественных CASE-средств, которые позво­ ляют пользователю:

•самостоятельно создавать прикладные системы,

•модернизировать существующие прикладные системы с мини­ мальным привлечением программистов.

Исходя из такого понимания ситуации по переводу деятельности конструктора из традиционной среды проектирования в компьютер­ ную, создание и использование САПИР предполагает.

1. Технологию создания систем автоматизированной поддержки информационных решений при блочно-модульном проектировании на основе компьютерных баз знаний с использованием моделей объ­ ектов. Данная технология обеспечивает:

195

-применение концептуальной модели перевода традиционной деятельности специалиста к компьютерному варианту с мини­ мальным участием программистов;

-использование формы представления знаний для описания правил проектирования как в символьном, так и в графическом вариантах, максимально приближенной к сложившейся в пред­ метной области;

-использование объектно-ориентированного проектирования на основе моделей, при этом не исключая возможности по созда­ нию чертежно-конструкторской документации с применением традиционных средств ПЭВМ.

2.Новые архитектурные принципы построения САПИР. Эти ар­ хитектурные принципы призваны обеспечивать:

-использование стиля программирования, ориентированного на управление событиями в мире пользователя, а не разработчика программных систем;

-использование единой программной платформы типа Workf­ low, структуры и способа взаимодействия между отдельными программными компонентами при >^ете основных достоинств семейства Windows 95/NT;

-единое представление делового процесса;

-единое построение компьютерной базы знаний для решения за­ дач машиностроения;

-единая структура представления «Проекта» на создание нового объекта (Архив, ФТЗ - формализованное техническое зада­ ние. Расчет, Конструкция, Технология);

-реализацию совмещенного во времени проектирования основ­ ного изделия и компьютерной подготовки его производства;

-возможность силами пользователей создавать, адаптировать и наращивать прикладные информационные системы за счет CASE-средств.

Кособенностям разработки САПИР, помогакяцих пользователю

впрофессиональной деятельности, можно также отнести следующее:

-возможность адаптации автоматизированных систем к лично­ сти исполнителя и интересам предприятия («настройка на пользователя»);

-учет особенностей и ограничений человеческой системы перера­ ботки информации.

Использование САПИР может помочь повысить качество и резко снизить время, требующееся для промышленной разработки нового объекта в компьютерной среде. При этом предприятие все в большей и большей степени становится клиенто-ориентированным, т.е.

3.1.Место и роль информатики в индустриальном обществе (на примере задач коиструкторско-технологическои подготовки производства)

На наших глазах наука добилась поразительных успехов и стала мощной силой, формирующей жизни миллионов людей на планете. В 60 годы XX столетия роль и место эволюциотнюго развития науки была показана Т.Купом с использованием понятия парадигмы. Под парадигмой у Т. Куна в широком смысле понимается набор убежде­ ний, теорий, научных ценностей и техник, разделяемых большинст­ вом представителей научного сообщества. В настоящей работе сдела­ на попытка выявить те изменения в множестве общенаучных феноме­ нов, которые вызваны информатизацией общества. И на основе этих изменений попытаться показать место и роль информатики в индуст­ риальном обществе на ближайшие годы. Демонстрация возможно­ стей информационных технологий проводится на примере частной задачи - коиструкторско-технологическои подготовки производства в машиностроении (КТПП).

Исторически сложилось так, что бизнес в области информатики сильно монополизирован. Поэтому за той или иной парадигмой раз­ вития ВТ обычно стоит вполне конкретная фирма-производитель. И в этой ситуации необходимо достаточно полно, своевременно и объек­ тивно представить информацию для руководителя о новых тенденци­ ях, связанных с информатизацией технологической среды при реше­ нии задач КТПП.

Внешними признаками парадигмы при КТПП на нынешний мо­ мент выступают:

•наличие общности ценностей (сохранение биосферы, примене­ ние ресурсосберегающих технологий, учет экологических по­ следствий производства, проверяемость, воспроизводимость, логическая непротиворечивость, наглядность или приемлемый допуск ошибки и т.д.);

•использование символических обозначений (применение сло­ жившейся математической нотации, практика выражения определенных устойчивых связей в кратких уравнениях типа D = /?* 2, фиксация стандартов на оформление результатов от­ дельных видов деятельности (ЕСКД для формирования черте­ жей и ЕСТП для представления техпроцессов и т.д.));

•наличие специфического языка «деловой прозы» при записи исходных данных и ограничений, фиксации решения, оформ­ лении результатов деятельности в той или иной прикладной области; специалист должен понимать и выражаться на этом языке;

•доверие к устоявшимся частным моделям (книга - источник знаний, конвейер - способ организации деятельности группы людей при выпуске массовой продукции, чертеж - язык техни­ ки и т.д.);

•моделирование, т.е. когда решение конкретной задачи подме­ няется другим; (например, вместо натурного испытания техни­ ческой системы реализуется компьютерное моделирование); но это другое решение предоставляет исследователю возмож­ ность анализировать свойства, существетнтые при решении конкретной задачи (использование метода конечных элемен­ тов для компьютерного моделирования технологических про­ цессов в штамповке, при проектировании и изготовлении пресс-форм и т.д.).

Насыщение производственных процессов в машиностроении средствами вычислительной техники наиболее существенно отрази­ лось на трех последних признаках парадигмы.

Согласно Т.Куну, парадигмы играют в истории науки решаю­ щую, сложную и неоднозначную роль. На определенных стадиях развития они действуют как концептуальная смирительная рубашка, т.е. «покушаются» на возможности новых открытий и исследования новых областей реальности. В истории науки прогрессивная и реак­ ционная функции парадигм чередуются с некоторым предсказуемым ритмом.

Новая, радикальная теория никогда не будет дополнением или приращением к существующим знаниям. Она меняет основные пра­ вила, требует решительного пересмотра или переформулирования фундаментальных допущений прежней теории, проводит переоценку существующих фактов и наблюдений. Сдвиги от аристотелевской к ньютоновской физике или от ньютоновской к эйнштейновской, от геоцентрической системы Птолемея к астрономии Коперника и Гали­ лея, или от теории флогистона к химии Лавуазье - замечательные примеры изменений этого рода. В информатике аналогичным приме­ ром служит переход от спарадического программирования к струк­ турному и далее к объектно-ориеитированпому, резкое увеличение доли распределенных систем над централизованными, переход от от­ дельных автоматизированных рабочих мест к интеграции технологи­ ческих процессов на компьютерной основе, вплоть до создания рас­ ширенных (виртуальных) предприятий с элементами CALS-техноло­ гий и т.д.

Во время переходного периода от старой парадигмы к новой встает проблема коммуникации. Представители разных школ опери­ руют разными базовыми постулатами о природе реальности и по-раз­ ному определяют элементарные понятия. Научные критерии

разнятся, аргументы зависят от парадигмы, а осмысленная конфрон­ тация невозможна без взаимной интерпретации понятий. Коммуника­ ция через концептуальную перегородку будет заведомо неполной и приведет к путанице. В качестве характерного примера можно приве­ сти полное различие по смыслу таких понятий, как материя, про­ странство и время в ньютоновской и эйнштейновской моделях.

В табл.6 приведены особенности информационной среды, испо­

льзуемой в период перехода от старой технологии к новой.

Таблица 6

Особенности использования и перехода к новой среде представления

В начале перехода к новой среде представления ее возможности воспринимают­ ся пользователем в терминах старой среды, новые возможности проявляются при решении традиционных задач (напомним, что автомобиль при зарождении ! называли «Безлошадный экипаж»)

Новая среда представления решение некоторых задач облегчает, а некоторых - усложняет

В рамках среды представления возникают три типа понимания и общения со средой: я - ты - он. Опыт человека

Любая среда представления отражает достигаутый уровень осознанности пользо­ вателем прикладной задачи с некоторой, вполне определенной нечеткостью

Среда представления влияет на образ мыслей пользователей. («Часы» обеспечи­ вают не только измерение продолжительности отрезков времени, но и «синхро­ низируют» деятельность общества). Влияние среды представления выражается через следующие характеристики:

•Совокупность базовых категорий, принятых в среде, в сильной степени опре­ деляет всю структзфу описания прикладной области, методы исследования и работы с ней

•Большие структуры обладают большой инерцией («Камень на л^^жайке»)

•Влияние понятийного уровня. В том числе и использование национального языка и традиций

•При общении с компьютерной базой знаний нельзя позволить себе роскошь «туманности»

•Предшествующий практический опыт по взаимодействию со средой представления может дать как положительный, так и отрицательный эффект

В последнее время на наших глазах происходит переход от пас­ сивного восприятия к активному воздействию человека на мир. Именно этот переход привел к резкому росту роли и значимости ин­ формации в совремегнюм мире и в особенности в той его сфере, где производятся материальные ценности. Здесь следует отметить, что массовым носителем знаний при пассивном восприятии мира высту­ пают книги, журналы, газеты и т.д., а во втором - средства информа­ ционных технологий и телекоммуникационной техники. В ведущих