gototopgototop

Программный комплекс автоматизированного управления процессом проектирования в рамках САПР СУ технологическими объектами

Арунянц Геннадий Георгиевич – доктор технических наук, профессор кафедры Систем управления и вычислительной техники Калининградского государственного технического университета. (КГТУ, г.Калининград)

Айрапетов Давид Альбертович - аспирант кафедры Систем управления и вычислительной техники Калининградского государственного технического университета. (КГТУ, г.Калининград)

Аннотация: Рассмотрены основные проблемы управления процессом проектирования систем управления сложными объектами в условиях САПР. Представлены основные структурные решения и особенности реализации подсистем и модулей разработанного управляющего комплекса УК-01. Рассмотрены проблемы обеспечения универсальности УК относительно источников данных, построения и реализации оригинального информационного и специального программного обеспечения УК-01.

Ключевые слова: Система проектирования, технологический объект, декомпозиция, управляющий комплекс, структура, модуль, информационное обеспечение, программное обеспечение, пользовательский интерфейс

Современные системы автоматизированного проектирования (САПР), являющиеся сложными программно-техническими комплексами, должны представлять собой не только инструменты для разработки проектных решений, но и иметь в своем составе средства для обеспечения эффективной одновременной работы большого количества пользователей.

В составе всех современных САПР, предназначенных для коллективной работы, есть управляющая программа (УП) или управляющий комплекс (УК). УП отвечает за соблюдение технологического процесса проектирования и предоставление разработчикам возможностей доступа к необходимым средствам проектирования (синтеза, моделирования, анализа и т.п.) и данным. УК является более сложной разновидностью УП, подразумевающий организацию параллельного инжиниринга, контроль версий рабочих данных, контроль за процессом проектирования (построение отчетов, слежение за сроками проектирования, оценка времени простоя и эффективности труда и др.), обеспечение одновременной разработки в САПР несколько независимых проектов и многое другое. В зависимости от конкретной многопользовательской САПР, УК или УП могут выполнять различные функции, но при этом являются неотъемлемой частью САПР.

В целом принципы организации коллективной работы в САПР были учтены и при реализации разрабатываемого программного комплекса УК-01 автоматизированного управления процессом проектирования в рамках САПР сложными технологическими объектами (ТО). САПР СУ ТО отличается от других САПР по структуре технологического процесса, прикладной области и способам организации совместной разработки, что сказалось на принципах работы и функционале управляющего комплекса.

Организация САПР СУ ТО с использованием платформы использования облачных приложений [1] связывается с результатами системных исследований самого процесса проектирования [2,3], что дает возможность декомпозиция его на отдельные взаимосвязанные по конечным результатам функциональные подсистемы и задачи, решаемые в рамках этих подсистем. При этом все этапы проектирования объединялись в укрупненные профессионально-направленные группы проектировщиков.

По результатам проведенного системного анализа процесса проектирования СУ сложными ТО [2,3] и методологических аспектов его автоматизации, а также с целью достижения условий универсальности разрабатываемого комплекса, авторы пришли к выводу о целесообразности использования концепции управления процессом проектирования, осуществляемом на двух уровнях.

На нижнем уровне, реализуемом в рамках самой САПР СУ ТО, процесс управления проектирования направлен на реализацию все этапов автоматизированного проектирования в соответствии с процессуальной схемой [2]. Управляющая программа САПР СУ ТО осуществляет диалог с проектировщиком, используя при этом пакет прикладных программ специального ввода-вывода. Назначение диалога определяется необходимостью анализа промежуточных результатов, принятия соответствующих решений и ввода необходимой дополнительной информации в систему, выполняемых оператором (проектировщиком-пользователем) в процессе решения задачи. Выбор соответствующих периферийных устройств, участвующих в диалоге на различных этапах функционирования системы, определяется объемом и характером вводимой (выводимой) информации.

На верхнем уровне управление осуществляется программным комплексом УК-01, представляющим собой совокупность программных модулей, внутрисистемных и пользовательских интерфейсов, реализующих решение задач добавления проектов в базу данных (БД) и управления ими (запуск, остановка, изменение приоритетов, сроков выполнения и т.п.), построение деревьев задач для рабочих групп, генерирование отчетов, а также генерации рекомендаций по управлению проектами, находящимися в разработке, редактирования настроек работы УК и управления системными параметрами.

В соответствии с принятой концепцией в УК-01 выделяются следующие роли пользователей:
1) диспетчер проектов – это пользователь, который с помощью УК производит построение деревьев задач (формирование оперативных планов) для рабочих групп) и контроль за их исполнением.
2) руководитель профессиональной группы – это пользователь, организующий работу профессионально-ориентированной группы разработчиков и заносящий в УК в рамках предоставленных ему прав оперативные данные о ходе выполнения стадий (этапов) проектирования по каждому проекту, находящемуся в разработке группы.
3) разработчик – проектировщик в составе рабочей группы, который использует средства проектирования, доступные ему в зависимости от специализации группы, в которой он работает.

Логика взаимодействия комплекса УК-01 и САПР СУ ТО и место пользователей УК приведены на рис. 1.

Структура комплекса УК-01 представляет собой множество взаимозависимых объектов, характеризующихся набором атрибутов, значения которых определяют состояние объекта, и набором операций, которые можно применять к этому объекту. Каждый объект имеет строго определенный интерфейс, т.е. набор открытых операций, которые можно применять к этому объекту. Все объекты одного класса имеют одинаковый интерфейс.

Введение понятия подсистемы определяет иерархическую структуру объектной модели и позволяет использовать методологию OMT [4], в соответствии с которой проектируемая программная система представляется в виде трех взаимосвязанных моделей:
• объектной модели, которая представляет статические, структурные аспекты системы, в основном связанные с данными;
• динамической модели, описывающие работу частей системы;
• функциональной модели, в которой рассматривается взаимодействие частей системы (как по данным, так и по управлению) в процессе ее работы.

В ходе выявления классов и связей между подсистемами и построения моделей было принято решение о реализации УК САПР СУ ТО из следующих функциональных подсистем (рис. 2).

Каждая подсистема имеет хорошо определенный (внешний) интерфейс с остальной частью системы, определяющий форму всех взаимодействий с подсистемой и все потоки данных через ее границы, но не специфицирующий внутреннюю структуру и внутреннее окружение подсистемы, а также особенности ее реализации. Поэтому каждая подсистема может разрабатываться независимо от остальных подсистем. Подсистемы могут взаимодействовать друг с другом либо как клиент и поставщик (клиент-сервер), либо как сопрограммы.

Рисунок 1. Логика взаимодействия комплекса УК-01 и САПР СУ ТО.

Рисунок 2. Укрупненная структурная схема комплекса УК-01.

Подсистемы УК-01 взаимодействуют между собой с помощью общих переменных (общей памяти), операционных массивов и БД. Подсистемы выделяются по функциональному принципу и состоят из взаимосвязанных модулей, которые реализованы в соответствии со сложившимися требованиями объектно-ориентированного программирования.

Все программные модули и процедуры комплекса УК-01 составлены с учетом возможности их самостоятельного использования при решении отдельных задач управления процессом проектирования.

В виду того, что САПР СУ ТО использует в свой работе СУБД [5] и в организации, где будет эксплуатироваться УК-01 планируется наличие СУБД, авторы приняли решение об использовании СУБД в качестве хранилища данных для УК-01.

УК-01 функционирует с использованием оригинального информационного обеспечения (ИО). В рамках решаемой задачи таблицы и поля ИО являются статическими в виду определенности решаемой задачи и четкой структуры данных, необходимых для работы УК. Модель базы данных – реляционная, создаваемая по архитектуре ANSI-SPARC [6]. В ИО УК-01 представлены, прежде всего, настройки его функционирования, пользовательские данные, операционные массивы, информация о проектах, разрабатываемых в САПР, состоянии рабочих групп и некоторая другая информация. Учитывая возможное увеличение количества одновременно разрабатываемых проектов, приводящего к увеличению в УК-01 в геометрической прогрессии объема обрабатываемых данных, была обоснована целесообразность использования MS SQL, обеспечивающих требований к безопасности данных, быстродействию, надежности и т.п.

По результатам проведенного анализа особенностей реализации, преимуществ и недостатков известных технологий универсального доступа к данным ODBC (Open Database Connectivity – программный интерфейс (API) доступа к базам данных) [7], ADO (ActiveX Data Objects – программный интерфейс, представляющий собой набор COM-объектов, предоставляющий интерфейс для OLE DB), OLE DB (низкоуровневый интерфейс доступа к данным, позволяющий создавать компоненты программного обеспечения, включающие платформу «универсального доступа к данным» [7], BDE (Borland Database Engine), JDBC (Java Database Connectivity) и прочих [8,9] с учетом требований быстродействия и надежности при создании и реализации УК-01 для САПР СУ ТО были приняты следующие решения:
1. Использовать набор библиотек прямого доступа к СУБД ZeosDBO [18] для обеспечения взаимодействия с такими СУБД как MS SQL Server, MySQL, Oracle, InterBase и другими, поддерживаемыми данной API.
2. Использовать ODBC для реализации возможности подключения СУБД, не поддерживаемых ZeosDBO.
Проверка работоспособности УК-01, использующей СУБД MS SQL, осуществлялась при анализе возникающих в процессе проектирования реальных систем управления технологическими объектами [9] ситуаций в соответствии с процессуальной схемой автоматизированного структурного синтеза СУ сложными ТО [2]. Результаты проверки подтвердили его высокую эффективность при решении всего комплекса поставленных задач управления процессом проектирования в рамках САПР.

УК САПР СУ ТО является приложением, которое должно обеспечить одновременную работу большого числа пользователей [2]. Взаимодействие пользователей с УК может осуществляться по клиент-серверной технологии, получившей широкое распространение в корпоративном секторе в последние десятилетия [10].

В качестве средства разработки выбрана среда CodeGearDelphi 2010. Так как УК-01 имеет сложные взаимосвязанные графические интерфейсы, то благодаря использованию среды Delphi их построение заметно упрощается. От более поздних версий (2011 и 2012 годов) данную версию среды отличает стабильность работы, и совместимость со сторонними компонентами [11]. Помимо оригинальных программных модулей были использованы сторонние компоненты, не входящие в состав CodeGearDelphi 2010: компоненты AlphaControls из серии AlphaSkin – используется для построения графического интерфейса; ZeosDBO – позволяет получить доступ к серверам БД. Он имеет ряд преимуществ перед стандартным BDE, встроенным в Delphi; SecureLogin – компонент, реализующий механизмы авторизации пользователей; Embedded – компонент реализация чата пользователей с ведением истории (запись в файлы либо БД), поддержкой отправки файлов; OfficeExporter – позволяет формировать документы в формате XML или HTML и экспортировать их в файлы документов MicrosoftOffice или PDF.

В случае виртуализации САПР в вычислительном облаке доработка программного кода УК-01 САПР СУ ТО не потребуется – в программном комплексе реализованы все необходимые для этого функции.

УК САПР СУ ТО работает под управлением операционной системы MSWindowsXP/Vista/Seven. Приложение является 32-битным.

Для просмотра и печати сформированных в комплексе документов необходимо наличие пакета прикладных программ MSOffice (Word, Excel) и AdobePDFReader или их аналогов. Перед эксплуатацией УК запускается процедура диагностики БД и устранения найденных ошибок.

Основные режимы, в которых функционирует УК-01, составляют:
Фоновые режимы (скрыты от пользователя и не имеют графического представления в интерфейсах): ведение БД; сбор статистики; анализ хода проектирования; генерация рекомендаций по устранению отклонений; автоматическое построение деревьев задач для рабочих групп; диагностика БД; архивирование; резервное копирование.

Интерактивные (диалоговые) режимы: диспетчирование; редактирование деревьев задач; исполнение и перестройка деревьев задач; диалог диспетчера с руководителями рабочих групп; администрирование (изменение настроек УК); авторизация пользователей УК; построение и просмотр отчетов; экспорт отчетов в форматы для сторонних программ.

Укрупненная схема работы комплекса УК-01 приведена на рис. 3.

Предусмотрена работа одновременно в нескольких режимах. Для всех режимов созданы пользовательские интерфейсы, обеспечивающие дружественный диалог пользователей с УК.

После авторизации пользователь в зависимости от прав доступа может запустить одну из трех подсистем: «Диспетчирование», «Рабочие группы», «Администрирование». Подсистема поддержки диспетчирования запустится автоматически (рис. 4). Окна работы в некоторых фоновых режимах приведены на рис. 5. Интерфейсные окна работы в некоторых диалоговых (интерактивных) режимах приведены на рис. 6

Рисунок 3. Укрупненная схема работы управляющего комплекса УК-01.

Рисунок 4. Интерфейсные окна: Запуск подсистем УК после авторизации пользователя (1); Администрирование; Рабочая группа.

Рисунок 5. Интерфейсные окна: Настройка фоновых режимов (служб) УК; Результаты работы режима «Генерация рекомендаций»; Запуск режима «Принятие рекомендаций».

Рисунок 6. Интерфейсные окна работы в интерактивном (диалоговом) режиме: Ход выполнения проектов (1); Формирование графика проектирования (2); Календарный план на разработку (3).

Результаты проведенной проверка работоспособности УК-01 в различных ситуациях при автоматизированном структурном синтезе реальных систем управления технологическими объектами показали соответствие его требованиям открытости, доступности, расширяемости, надежности, и легкой адаптации к различным условиям функционирования. Это позволяет эффективно использовать его для решения широкого круга задач автоматизированного управления процессом проектирования в рамках САПР СУ сложными ТО.

Список литературы:

1. Айрапетов Д. А. Исследование и выбор концепции распределения и использования ресурсов проектирования для САПР систем управления сложными технологическими объектами.// Известия Волг. ГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 7(94). – Волгоград: ИУНЛ ВолгГТУ, 2012. – с. 196-204 (Сер. Актуальные проблемы реформирования российской экономии (теория, практика, перспектива), Вып. 13).
2. Айрапетов Д. А. Методологические аспекты оптимального проектирования систем управления сложными технологическими объектами с использованием эволюционной стратегии синтеза. // Известия Волг. ГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 14(87). – Волгоград: ИУНЛ ВолгГТУ, 2011. – с. 177-189 (Сер. Актуальные проблемы реформирования российской экономии (теория, практика, перспектива), Вып. 12).
3. Айрапетов Д. А., Арунянц Г. Г. Повышение эффективности взаимодействия средств САПР САР ТС в условиях эволюционного развития. Журнал «Естественные и технические науки», № 6 (50), М.: «Спутник+» - с. 544-551.
4. Арунянц Г. Г., Айрапетов Д. А. Проектирование систем управления сложными технологическими производствами как объект системного анализа. // «Балтийский финансовый журнал», №1 (5), Калининград:-БИЭФ-2011. – с. 137-147
5. Салихов З. Г., Арунянц Г. Г., Рутковский А. Л. Системы управления сложными технологическими объектами – М.: Теплоэнергетик, 2004. – 496 с.
6. Кренке Д. Теория и практика построения баз данных., , 2003г.,
800 с.
7. Фаулер М., Скотт К. UML в кратком изложении. Применение стандартного языка объектного моделирования/–Мир, Москва 1999
8. ANSI/X3/SPARC Study Group on Data Base Management Systems Interim Report. FDT Bulletin, 7 (2), 1975, pp. 1-140
9. Федоров А., Елманова Н. Механизмы доступа к данным. Borland Database Engine и альтернатив, КомпьютерПресс,№ 6, 2000
10. Фленов М. Библия Delphi, третье издание. – СПб: Издательство: БХВ-Петербург, 2011.
11. Чужа В. BORLANDDELPHI: Базы данных "на DELPHI" – BDE /http://www.realcoding.net/articles/borland-delphi-bazy-dannykh-na-delphi-%E2%80%93-bde.html публикация, 2004

Интересная статья? Поделись ей с другими:

Внимание, откроется в новом окне. PDFПечатьE-mail

Отправить статью

...

Форма оплаты

Номер статьи, присвоенный редакцией
Количество страниц в статье
Количество экземпляров журнала
Доставка: РФСНГ
Скидка (%)
Заказать свидетельство о публикации
1. Стоимость публикации каждой страницы статьи составляет 200 рублей.
2. Стоимость каждого экземпляра журнала, включая его печать и доставку, составляет 350 рублей для России и 420 рублей для стран СНГ.
3. Стоимость свидетельства о публикации составляет 120 рублей

Реквизиты для оплаты через банк