§ 3.6. Информационное обеспечение

Информационное обеспечение — это средство хранения, поис­ка и выдачи данных, необходимых проектировщику для получе­ния проектных решений с помощью инструментов САПР. Инфор­мационное обеспечение возникло из-за необходимости использо­вать справочную литературу, каталоги, ГОСТы, спецификации и другие материалы по прежним, текущим и перспективным про­ектам. Существует положение, когда каждый пользователь ЭВМ создает свои собственные библиотеки, «отдельные полки» в библиотеках, размещающиеся на «личных» машинных носителях — магнитных дисках, лентах. Однако в этом случае возникает дуб­лирование. Например, при проектировании датчика углового (ДУ) положения в САУ ЛА- (см. рис. 1.1) его данные (масса, габарит, влагостойкость, допустимые ток и потребляемая мощ­ность) требуются как разработчику ДУ, так и разработчику системы управления. При этом данные, которыми пользовался разработчик элементов в «своем ТШП», никак нельзя было ис­пользовать в «ППП разработчика САУ». Поэтому возникла необ­ходимость в создании новых средств информационного обеспече­ния банков данных (БнД) — специально организованной сово­купности данных и комплекса языковых, программных средств для хранения, поиска, запросов и выдачи необходимой при про­ектировании информации всем разрядам проектировщиков в ре­жиме коллективного пользования.

Каждый инструмент (подсистема) САПР включает в качестве компонента отдельные части БнД. При этом пользователем БнД может быть как проектировщик, так и соответствующий инстру­мент САПР. Например, проектировщик САУ ЛА запрашивает ДУ типа ВТ..., с габаритами точностью, мощностью, чтобы выбрать схему САУ; ППП «инструмента расчета ДУ» через управляющую программу запрашивает исходные данные для элек­трического, магнитного, теплового, геометрического расчетов ДУ. БнД состоит из баз данных и СУБД. База данных — совокуп­ность всех информационных массивов, описывающих определен­ный объект, организованная в виде файлов, блоков, статей, групп, элементов. Под файлом (англ, file — картотека) понимается сово­купность однородных по структуре и способу использования запи­сей, относящихся к определенному объекту (например, характе­ристики конкретных устройств САУ). Блоки, статьи, группы, эле­менты - дальнейшие ступени в иерархической структуре данных.

СУБД - система программных средств для поиска, запроса, выдачи и управления данными. Данные (от англ, data) — число, имя, понятие, правило, представленные в условной форме, удоб­ной для хранения, пересылки, интерпретации и обработки чело­веком или ЭВМ.

Информация - значение (содержание), вкладываемое челове­ком в данные. Например, 1 угл. мин не является данным. Точ­ность 1 угл. мин — уже данное. Точность датчика ДУ-873 — 4 угл. мин — информация. Элемент — элементарное данное, кото­рое дальше не делится. Группа — объединение элементов по како­му-либо признаку. Так, в группу «Система стабилизации ГСП» входят ДУ, У, Дв, ГБ.

Статья — совокупность групп, каждая из которых относится к одному объекту. Так, система стабилизации (СС) ГСП вклю­чает в себя группы: дискретные СС ГСП, непрерывные СС ГСП.

Блоки — совокупности из статей. Например, блок САР ГСП включает в себя статьи: система стабилизации, система приведе­ния, система коррекции, система индикации.

Ниже приведены основные требования к БнД применительно к САПР САУ:

Разнообразие данных, поступающих от разных групп проекти­ровщиков САУ, и возможность их связи в заданные структуры.

Минимальная избыточность. В БнД должно происходить слия­ние различных ранее самостоятельных файлов в базу данных пу­тем замены части информационных полей в записях ссылками на поля, содержащие аналогичную информацию. При этом сокраща­ется занимаемая данными память и упрощается управление дан­ными.

Целостность. Базы данных в БнД должны содержать только «правильные» данные, которые, следовательно, должны быть за­щищены от различных необдуманных действий пользователей.

Независимость данных. При использовании БнД представление пользователя о хранящихся в БнД данных не должно меняться при изменении физической и логической организации баз данных, а сами данные не должны зависеть от изменений в прикладных программах и используемых ТП.

Секретность данных. Информация, хранящаяся в БнД, не дол­жна быть утеряна или разрушена в результате вмешательства пользователей, поэтому каждый пользователь должен иметь дос­туп только к определенной части данных и действия его должны строго контролироваться.

Безопасность данных. В случае возможных случайных сбоев и искажений данных должна быть предусмотрена процедура их восстановления. Хранимая информация должна контролироваться с помощью различных проверочных средств.

Эффективность, производительность и удобство обработки. Система БнД, как и любая вычислительная система, должна удов­летворять требованиям, предъявляемым критериям эффективно­сти и производительности, таким, как оценки быстродействия, рациональное использование памяти, скорость обработки запро­сов и т. д.

Мобильность данных. При создании БнД должна быть преду­смотрена возможность переноса системы в другую аппаратную и операционную среду.

Попытки использования БнД в САПР предпринимались с 70-х годов. Имеется ряд объективных причин, препятствующих исполь­зованию стандартных БнД в САПР. Перечислим эти причины:

- неформализованность части данных процесса проектирова­ния;

- неполнота и противоречивость данных;

- необходимость машинной ориентации данных, алгоритмов и выходных документов;

- неподготовленность проектировщиков;

- необходимость унификации данных как внутри отрасли, предприятия, так и между отраслями, предприятиями и странами; - противоречивость ГОСТов, ОСТов и специальных нормалей, которые во многом определяют ранжирование и состав БнД.

Специфика САПР вносит ряд дополнительных требований к БнД. Информационные модели в САПР более разнообразны, чем, например, в автоматизированных системах управления производ­ством (АСУП) при меньшем количестве экземпляров каждой модели. Количество связей велико, и связи играют более суще­ственную роль. Модель процесса проектирования должна продви­гаться через весь процесс проектирования и быть динамичной, возможно появление новых объектов, новых связей между объек­тами и, наоборот, устранение существующих. Многие данные дол­жны хранить информацию о том, где их использовать и как они должны обрабатываться, т. е. должна осуществляться интеллекту­ализация данных.

В САПР необходимо хранить самую разнообразную информа­цию— числовую, текстовую, графическую. Данные в САПР целе­сообразно делить по разрядам проектировщиков, создавая базы данных разработчика, конструктора, технолога и испытателя. Должно быть обеспечено взаимодействие между этими базами данных с возможностью передачи данных на следующие этапы проектирования или, наоборот, возврата к более ранним этапам.

Существует определенная часть информации, которая нужна только на отдельных этапах проектирования, после чего подле­жит уничтожению либо записи в архив. При плохой организации работ базы данных будут быстро забиваться «мусором» и станут непригодными в использовании. «Мусор» в САПР — это частные, промежуточные результаты, имеющие сиюминутное значение. Он возникает, например, при оптимизации параметров информацион­ной модели объектов проектирования, когда происходит много­кратное решение проектных задач с разными исходными данны­ми. После выбора окончательного варианта проектного решения данные не нужны.

В перспективе в САПР САУ будут создаваться распределен­ные базы данных, реализованные на сетях ЭВМ из ТСП и ТП (см. рис. 14). Повышение «интеллектуализации» инструмен­тов САПР достигается на основе так называемых баз знаний (БЗ). БЗ в отличие от баз данных состоят из таких объектов, как правила решения задач, отношения, закономерности, типовые методики проектирования и другие элементы интеллектуальной деятельности проектировщика. С помощью БЗ строятся инстру­менты САПР в виде ее экспертных подсистем. Последние приме­няются, в частности, на этапах согласования технического зада­ния, испытаний и т. д.

С учетом перечисленных выше обстоятельств построение ин­формационного обеспечения САПР САУ проводится путем создания банков данных, которые включают в себя несколько баз дан­ных (БД), систему ведения архивов и хорошо налаженное адми­нистрирование, специализированные БнД, отражающие особенно­сти САУ.

В сложной системе БнД можно выделить три подсистемы (рис. 22).

Рис. 22. Состав подсистем банка данных.

Подсистема пользователя. С этой подсистемой свя­зано то, как пользователь представляет себе данные, хранящиеся в БнД. Представление пользователя о данных описывается с по­мощью схемы пользователя. Пользователями БнД в САПР САУ являются ППП и проектировщики САУ, работающие с БнД при помощи различных терминалов (см. рис. 3.3). Каждая категория проектировщиков имеет свой язык общения с БнД, содержащий элементы общего языка манипулирования данными (ЯМД). Фак­тически элементы ЯМД есть обращения к стандартным подпро­граммам, выбора и запоминания данных. Каждый проектиров­щик-пользователь САПР САУ должен иметь рабочую область памяти для приема и передачи информации в БнД.

Логическая подсистема. В логической подсистеме оп­ределяется организация построения программ в БнД. Описывает­ся общая организация баз данных с помощью логической схемы работы БнД. Логическая схе-ма не учитывает физического распо­ложения данных в памяти ЭВМ, чем достигается независимость прикладных программ, ориентированных на представления дан­ных в подсхемах, базирующихся, в свою очередь, на общей логи­ческой схеме, от физической организации данных и особенностей аппаратуры.

Физическая подсистема. В физической подсистеме определяется физическая организация баз данных, т. е. типы ма­шинных носителей записей, последовательность хранения этих записей, используемые индексы и т. д. Описывает физическую организацию данных схема, задающая отображения логической схемы системы в память ЭВМ.

Схемы всех трех подсистем записываются на специальном языке описания данных (ЯОД). Компилятор ЯОД переводит их во внутреннее представление и помещает в справочник БнД. Справочник БнД является важной составной частью БнД и кроме описаний схем хранит и другую словесную информацию.

Для управления комплексом программ банка данных служит система управления базами данных (СУБД). Основной функцией СУБД является выполнение операций выборки и запоминания данных по запросам пользователей. При этом СУБД использует схемы трех подсистем.

Действие СУБД по запросу пользователя происходит следую­щим образом. В запросе передается значение ключа тех данных, которые необходимо выбрать из базы данных пользователю. Используя соответствующую схему БнД (рис. 3.15), СУБД нахо­дит описание данных, на которые выдан запрос. При помощи ло­гической подсистемы и полученного описания данных в подсисте­ме пользователя СУБД определяет, каких типов логические дан­ные необходимы. После этого происходит обращение к физиче­ской подсистеме и определяются физические записи, которые не­обходимо «считать», чтобы удовлетворить запрос. Операционная система по команде «Чтение», получаемой от СУБД, выдает тре­буемую запись, которую затем пересылает в буферную память БД. Снова обращаясь к логической подсистеме БнД и подсистеме пользователя, СУБД выделяет запрошенную запись и передает ее пользователю. Аналогичным образом происходит и запоминание данных.

В САПР целесообразны СУБД, подобные СУБД АДАБАС, разработанной в ФРГ в начале 70-х годов. Соответствуя своему названию (адаптивные базы данных), такие СУБД позволяют настраиваться на проблемную область, причем не только при соз­дании, но и при сопровождении базы данных — в системе легко создаются новые файлы, устанавливаются и разрываются связи

между файлами, назначаются и отменяются дескрипторы. Благо­даря хорошо отлаженному и удобному программному обеспече­нию системы типа АДАБАС завоевали широкую популярность. При разумных дополнительных затратах на их дополнение в конкретных САПР они обеспечивают большую скорость и удоб­ство поиска данных. В Советском Союзе имеется несколько ана­логов СУБД АДАБАС — АИСТ, СПЕКТР, ДИСОД.

Наряду с СУБД проектного предприятия существуют СУБД, применяемые на более низких уровнях иерархии информационно­го обеспечения САПР, а именно для ТСП и ТП (см. рис. 3.4). К таким СУБД относятся dBASEII, dBASEIII, применяемые для ПЭВМ.