ПИТ / Лекция 2

2.5. Информационное обеспечение САПР

Основной компонент систем PDM – банк данных (БнД). Он состоит из системы управления базами данных (СУБД) и баз данных (БД). 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, БнД работает в многопользовательском режиме, с его помощью осуществляется информационный интерфейс (взаимодействие подсистем САПР). Построение БнД САПР – сложная задача, что обусловлено следующими особенностями САПР.

1.Разнообразие проектных данных, фигурирующих в процессах обмена как по своей многоаспектности, так и по формам представления. В частности, значительна доля графических данных.

2.Нередко обмены должны производиться с высокой частотой. Что предъявляет жесткие требования к быстродействию средств обмена.

3.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.

4.Транзакции могут быть длительными и трудоемкими. Транзакцией называют последовательность операций по удовлетворению запроса. В САПР внесение изменений в некоторую часть проекта может вызвать довольно длинную и разветвленную сеть изменений в других его частях из-за существенной взаимозависимости компонентов проекта.

5.Иерархическая структура проектных данных и, следовательно, отражение наследования в целях сокращения объема базы данных.

Вопределенной мере названные особенности учитываются в

СУБД, в которых стали применяться черты объектно-

21

ориентированных СУБД. В них наборы данных, характеризующих состояние проекта, помещаются в отдельные файлы. Наследование свойств объектов предметной области выражается с помощью введения категорий класса, надкласса, подкласса.

Объектные базы данных выгодны тем, что, во-первых, данные по конкретным объектам проектирования не разбросаны по множеству таблиц, как это имеет место в реляционных базах данных, а сосредоточены в определенных местах. Во-вторых, для каждого объекта могут быть назначены свои типы данных. В результате проще решаются задачи управления и удовлетворения запросов.

Наряду с объектными СУБД, применяют СУБД объектнореляционные. В последних происходит объединение свойств реляционных и объектно-ориентированных СУБД: объектноориентированная СУБД снабжается языком запросов SQL или реляционную СУБД вводится наследование свойств и классы.

Среди общих требований к СУБД можно отметить:

обеспечение целостности данных (их полноты и достоверности);

защита данных от несанкционированного доступа и от искажений вследствие возникающих сбоев аппаратуры;

удобство пользовательского интерфейса;

возможность распределенной обработки в сетях ЭВМ. Рассмотренные особенности БнД в САПР позволяют

квалифицировать их как системы Data Warehouse (DW), т.е. хранилища данных. Для хранилищ данных характерен ряд особенностей, совпадающих с названными выше особенностями БнД САПР:

длительное хранение информации, отражающей историю разработок;

частота операций чтения данных выше частоты операций обновления данных;

использование единых форматов для однотипных данных, полученных из различных источников (например, от разных прогаммно-методических комплексов).

22

Для реализации концепции CALS – повышение эффективности процессов ЖЦ изделия за счет повышения эффективности управления информацией об изделии – необходимо ориентироваться на создание единого информационного пространства (ЕИП) для всех участников ЖЦ изделия (в том числе, эксплуатирующих организаций). ЕИП должно обладать следующими свойствами:

вся информация представлена в электронном виде;

ЕИП охватывает всю информацию, созданную об изделии;

ЕИП является единственным источником данных об изделии (прямой обмен данными между участниками ЖЦ исключен);

ЕИП строится только на основе международных, государственных и отраслевых информационных стандартов;

для создания ЕИП используются программно-аппаратные средства, уже имеющиеся у участников ЖЦ;

ЕИП постоянно развивается.

Стратегия CALS предусматривает двухэтапный план создания ЕИП:

автоматизация отдельных процессов (или этапов) ЖЦ изделия и представление данных на них в электронном виде;

интеграция автоматизированных процессов и относящихся к ним данных, уже представленных в электронном виде, в рамках ЕИП.

Основными преимуществами ЕИП являются:

обеспечение целостности данных;

возможность организации доступа к данным географически удаленных участников ЖЦ изделия;

отсутствие потерь данных при переходе между этапами ЖЦ изделия;

изменения данных доступны сразу всем участникам ЖЦ изделия;

повышение скорости поиска данных и доступа к ним по сравнению с бумажной документацией;

возможность использования различных компьютерных систем для работы с данными.

23

ЕИП может быть создано для организационных структур разного уровня: от отдельного подразделения до виртуального предприятия.

2.6. Лингвистическое обеспечение САПР

К лингвистическому обеспечению относят языки программирования и форматы данных.

В САПР необходимо обеспечить единообразное описание и интерпретацию данных. Языки представления проектной, технологической и эксплуатационной документации должны быть стандартизованными. В CALS-технологиях основными языками является объектно-ориентированные языки Express, UML (Unified Modeling Language), а также языки для построения гипертекстовых документов SGML (Standard Generalized Markup Language), XML (eXtensible Markup Language), HTML (Hyper Next Markup Language). Форматы обмена информации – IGES, DXF, SAT, STEP, STL, XGL и

др. Приведем описание некоторых форматов данных (табл. 2.2), позволяющих воспользоваться данными 3D-модели и сборки для анализа конструкции или в автоматизированных производственных системах.

Параллельное (совмещенное) проектирование, интеграция автоматизированных систем проектирования и управления возможны только в распределенной среде. Распределенные хранение и обработка информации в большинстве случаев осуществляются на базе применения технологий CORBA (Common Object Request Broker Architecture – устанавливает способы удаления объектов – серверных компонентов – в клиентских программах), языков Java (объектноориентированный язык, прототипом является язык C++) и XML.

Современные САПР предусматривают возможность адаптации к конкретным условиям (разработку собственных программных приложений) с помощью языков расширения. Язык расширения – язык программирования, позволяющий адаптировать и настраивать

24

системную среду на выполнение новых проектов. Язык расширения должен обеспечивать доступ к различным компонентам системной среды, объединять возможности базового языка программирования и командного языка. Для большинства языков расширения базовыми являются C или Lisp.

Таблица 2.2

Форматы данных

документы, регламентирующие порядок её эксплуатации.

25

Всостав таких документов входят:

спецификация;

общее описание САПР;

инструкции по эксплуатации комплекса технических средств;

описание проектных процедур;

формы экранных и выходных документов.

Всостав организационного обеспечения входит вся совокупность нормативных документов, определяющих место и функции САПР в составе подразделения, эксплуатирующего эту систему:

приказы;

штатное расписание;

должностные инструкции;

программы курсов обучения;

собственно автоматизированные учебные курсы различного назначения.

Форма представления методического и организационного обеспечения – документ (в основном текстовый), который может существовать как в виде бумажной (твердой) копии, так и в виде файла. Исключение составляют автоматизированные учебные курсы – это, безусловно, программные модули, хотя инструкции к ним могут быть и на бумажном носителе.

Методическое обеспечение выполняется в основном разработчиками САПР. В то же время организационное обеспечение (за исключением программ курсов обучения и автоматизированных учебных курсов, где необходимы совместные усилия разработчиков и эксплуатационников – пользователей САПР) создается теми предприятиями, их структурными подразделениями, где осуществляется эксплуатация конкретной САПР.

Наполнение этих видов обеспечения во многом индивидуальное и зависит от конкретных условий разработки и эксплуатации САПР в тех или иных подразделениях предприятий, учреждений, вузов и т.д.

26

2.8. Понятие о CALS-технологиях

Технологии комплексной компьютеризации сфер промышленного производства, цель которых – унификация и стандартизация спецификаций промышленной продукции на всех этапах ее жизненного цикла, называют CALS-технологиями [30]. Терминология в области CALS еще окончательно не установилась. Так, первоначально аббревиатура CALS расшифровывалась как Computer Aided Logistics Systems, т.е. автоматизированная логистическая поддержка. Поскольку под логистикой обычно понимают дисциплину, посвященную вопросам снабжения и управления запасами, а функции CALS намного шире и связаны со всеми этапами жизненного цикла промышленных изделий, применяют и более соответствующую предмету расшифровку аббревиатуры CALS –

Continuous Acquisition and Lifecycle Support. В русском языке понятию

CALS соответствует ИПИ (информационная поддержка изделий) или КСПИ (компьютерное сопровождение и поддержка изделий).

Жизненный цикл (ЖЦ) промышленных изделий или полный инжиниринг изделий включает ряд этапов, начиная от постановки задачи, концептуального дизайна, проектирования, инженерного анализа до производства, эксплуатации и утилизации (рис. 2.3).

Современные технологии дают возможность полностью изменить методологический подход к процессу проектирования, сделав его существенно параллельным с сохранением основных связей между этапами, обеспечивая возможность быстро вносить и отслеживать изменения на всех этапах создания технических средств.

На всех этапах ЖЦ изделий имеются свои целевые установки. Особенностью металлургических агрегатов является то, что между их выпусками проходят значительные промежутки времени, измеряемые десятилетиями. Поэтому преобладающим методом обновления оборудования и технологии в металлургическом производстве является не полная утилизация, а реконструкция агрегатов, частичная, поэтапная замена устаревших машин и механизмов.

27

Применение CALS-технологий позволяет существенно сократить объемы проектных работ, так как описания многих составных частей оборудования, машин и систем, проектировавшихся ранее, хранятся в унифицированных форматах данных сетевых серверов, доступных любому пользователю технологий CALS. Существенно облегчается решение проблем ремонтопригодности, интеграции продукции в различного рода системы и среды, адаптации к меняющимся условиям эксплуатации, специализации проектных организаций и т. п.

Построение открытых автоматизированных систем для проектирования и управления в промышленности составляет основу современных CALS-технологий. Свойство открытости означает, вопервых, переносимость (мобильность) программного обеспечения на различные аппаратные платформы, во-вторых, приспособленность системы к ее модификациям (модифицируемость или собственно открытость) и комплексированию с другими системами в целях расширения ее функциональных возможностей и (или) придания системе новых качеств (интегрируемость).

К настоящему времени принят ряд серий международных стандартов, представляющих CALS-технологии, среди которых наиболее значим стандарт ISO 10303. Стандарт ISO 10303 определяет средства описания (моделирования) промышленных изделий на всех этапах их жизненного цикла. Стандарт ISO 10303 состоит из ряда документов, в которых описаны основные принципы STEP (Standard for Exchange of Product Data) – стандарта для обмена данными о промышленной продукции между системами CAD/CAM/CAE; логическая структура базы данных, обеспечивающей хранение информации о составе и конфигурации изделий, геометрических моделей, чертежей, данных о проекте, внесенных изменениях, модернизации и т. п.; интерфейс доступа к информации базы данных.

Главная задача создания и внедрения CALS-технологий – обеспечение единообразного описания и интерпретации данных, независимо от места и времени их получения в общей системе.

28

Структура проектной, технологической и эксплуатационной документации, языки ее представления должны быть стандартизованными. Тогда становится реальной успешная работа над общим проектом разных коллективов, разделенных во времени и пространстве и применяющих разные системы CAE/CAD/CAM. Одна и та же конструкторская документация может быть использована многократно в разных проектах, а одна и та же технологическая документация – адаптирована к разным производственным условиям, что позволяет существенно сократить и удешевить общий цикл проектирования и производства. Кроме того, упрощается эксплуатация систем.

Контрольные вопросы

1.Что означает термин "автоматизированное проектирование"?

2.Перечислите виды обеспечения САПР, раскройте их основное содержание.

3.Приведите классификацию САПР по разным признакам.

4.Дайте характеристику этапов жизненного цикла промышленной продукции.

5.Какие причины привели к появлению и развитию CALSтехнологий? Что дают CALS-технологии?

6.Перечислите требования, предъявляемые к техническому обеспечению САПР.

7.Какие требования предъявляют к моделям математического обеспечения САПР? Перечислите модели объектов в подсистемах геометрического моделирования и укажите их особенности.

8.Что входит в состав программного обеспечения САПР? Перечислите основные функции и проектные процедуры, реализуемые в прикладном программном обеспечении САПР.

9.Дайте классификацию CAD/CAM/CAE-систем. Приведите примеры систем.

10.Каковы задачи систем PDM?

29

11.Каковы принципы организации информационного обеспечения САПР?

12.Каковы функции лингвистического обеспечения САПР? Приведите примеры форматов данных.

30