Программные продукты и системы

В кинофильме "Талант" для характеристики крайней несостоятельности и бедности конструкторского бюро (КБ), в котором работал главный герой, сценарист и режиссер использовали два абсолютных показателя: в КБ не было ни одного кульмана, а справочник "Hiitte" был один на семерых. Обогащенное (интеллектуальное) КБ за счет автоматизации па базе современных средств вычислительной техники часто и сейчас понимается многими маститыми руководителями проектного дела как автоматизация чер-тежно-графических и поисковых работ [11]. Ранее [6] в качестве традиционных методов проектирования был даже определен специальный, так называемый чертежный способ разработки сложных изделий.

С другой стороны, попыткой каким-либо образом преодолеть трудность в создании сложного изделия является декомпозиция процессов его проектирования на два этапа: проектирование и конструирование [7], внешнее и внутреннее проектирование, обликовое н рабочее и т.д. [4, 8-10]. В жизненном цикле (ЖЦ) создания сложных изделий выделяются фазы поискового, концептуального, исследовательского, научного и даже научно-исследовательского проектирования. Все это безусловно верно и направлено на отделение творческих процессов от так называемых рутинных.

И в настоящее время на первый план, создания информационных технологий [9] проектирования сложных изделий выдвигается задача автоматизации функций именно такого концептуального проектирования и конструирования уже с использованием методов и средств искусственного интеллекта. Правомерность такой постановки задачи у авторов не вызывает сомнений. Однако, с нашей точки зрения, такие разработанные средства часто не дают ожидаемого эффекта вследствие того, что проектировщики и конструкторы просто не подготовлены к их применению на практике.

Основной причиной этого, по-видимому, является желание преодолеть хроническое отставание в области информационных технологий скачком, революцией, а не более характерными для природы эволюционными методами (собственно, это относится не только к информационным технологиям). Вспомним наши переходы от файловых систем к базам данных (БД), от БД к базам знаний (БЗ), от систем обработки данных (СОД) к экспертным системам, от локальных СОД к интегрированным и т.п. Чаще всего потребности в переходе к новым технологиям со стороны пользователей (снизу) не формировались, а фактически насаждались разработчиками (сверху). Однако для того, чтобы построить хорошую БЗ или ЭС необходима длительная эксплуатация БД или СОД, желательно дождаться эффекта от внедренной системы и главное -соответствующей адаптации пользовательской среды.

Не следует, однако, считать на основе изложенного, что авторы зовут назад, к реализации САПР первого поколения. Разработки самых разнообразных сверхсовременных. методов и средств САПР необходимы, и всегда должно быть некоторое упреждение в их развитии относительно реализации и внедрения. Но, с нашей точки зрения, в стране в целом катастрофически не хватает систем автоматизации процессов рабочего проектирования, а зачастую именно этот этап является критическим в эффективности разработки сложных изделий. Кроме того, реализация интегрированных систем их создания невозможна без автоматизации этих процессов. По-видимому, и надо начинать реализацию комплексных СОД сложных изделий с разработки систем данного класса.

Авторы статьи хотели поделиться опытом создания (изложить проектные решения) и внедрения системы, которая уже несколько лет постоянно используется конструкторами новых изделий транспортной авиации и теперь пользователи готовы, имеют потребность и формируют соответствующие требования (естественно, совместно с разработчиками) к реализации информационных технологий более высоких уровней.

Создание комплексной автоматизированной системы, объединяющей процессы проектирования и конструирования изделия с процессом его автоматизированного изготовления, в первую очередь требует разработки единого информационного банка деталей изделия. В процессе создания изделия этот банк обеспечит эффективный технический и административный контроль. Основную роль в разработке банка деталей играет конструкторская спецификация как основной конструкторский документ, раскрывающий состав изделия. В условиях опытно-конструкторского предприятия с динамичностью выпуска конструкторской документации, оперативностью ее изменений, длительН0СТ1.Ю времени использования документации эффективное создание банка деталей изделия возможно только при автоматизации процессов выпуска и ведения конструкторских спецификаций изделия.

К созданию автоматизирован ной системы выпуска конструк торских спецификаций, как и к создав сию более общей системы автоматизированного             выпуска текстовой конструкторской документации (ТКД), возможны два подхода:

—            автоматизация черт еж но-графи ческих работ и (как следствие) автоматизированный выпуск ТКД;

-   автоматизация выпуска ТКД н объединение автоматизированных систем выпуска ТКД с автомати зированными системами выпуска графических документов.

В первом случае объем работ по созданию автоматизированной системы выпуска ТКД значительно сократится, но сложность создания автоматизированных систем выпуска чертежей, слабая техническая база, обеспечивающая их эффективную эксплуатацию, увеличит сроки создания банка деталей изделия. А это в свою очередь послужит тормозом для автоматизации процессов подготовки производства и изготовления изделия.

В большинстве случаев при разработке автоматизированных систем конструирования основное внимание разработчиков уделяется автоматизации выполнения графических работ, при которой автоматизация выпуска текстовых документов рассматривается как необходимое обрамление графики. И это объяснимо. Но надо помнить, что для этого требуется иная вычислительная и периферийная техника, чем та, которой в основном оснащены предприятия нашей страны. В то же время следует отметить, что ускорение проектно-конструкторских работ обеспечивается не только убыстрением процессов, которые связаны с графическим образом будущей конструкции, ко и анализом, подготовкой и выдачей вторичных конструкторских и технологических документов, необходимых для более полного и качественного осуществления процессов технологической подготовки производства опытных образцов новых конструкций, и для их запуска в серийное производство- Эта часть работ во многом базируется не только на графическом образе проектируемой конструкции, но и на текстовом ее описании (спецификации, извещении об изменении, ведомости комплектующих изделий и др.)- Кроме того, для создания образа будущей конструкции необходимо иметь информацию о подобных конструкциях, материалах, крепеже и др., соответствующих современному техническому уровню. Автоматизация процессов информационного обеспечения также является элементом ускорения проектных и конструкторских работ.

Второй подход потребует проведения дополнительных работ при создании автоматизированной системы выпуска ТКД (автоматизация ряда проектных процедур, которые станут ненужными при объединении автоматизированной системы выпуска ТКД с автоматизированными системами выпуска чертежей), однако наличие технической базы для ее эксплуатации дает возможность обеспечить эффективное внедрение системы автоматизированного выпуска ТКД и значительно ускорить разработку и внедрение всей комплексной автоматизированной системы.

Следует обратить внимание еще на один аспект проблемы создания автоматизированной системы конструирования изделия, свидетельствующий в пользу выбора второго подхода. Сложность формализации процедур конструирования, а также переход на новую технологию конструирования требует участия будущих пользователей этих систем в их создании на самых ранних этапах разработки. Текстовая конструкторская документация более приспособлена к формализации. Кроме того, объем текстовой конструкторской документации довольно значителен в общем объеме КД (спецификации, например, составляют 20-25% общего объема КД) и в ее выпуске участвует основная масса конструкторов. И поскольку у конструкторов нет опыта в создании и эксплуатации автоматизированных систем, что не позволяет им эффективно участвовать в постановке задач автоматизации сложных процедур конструирования, автоматизация выпуска ТКД обеспечит ликвидацию компьютерной безграмотности пользователе й-конструкт о ров и подготовит их к участию в работе по автоматизации всех процессов конструирования.

Однако к основным компонентам обеспечения автоматизированной системы выпуска ТКД (программному, информационному и техническому), как показала одна из первых автоматизированных систем, внедряемых в процесс конструирования, необходимо ужесточить требования простоты и надежности в эксплуатации.

А это в свою очередь достигается соответствием современно' му научно-техническому уровню требований и документов [5].

Функциональная схема САПР выпуска и ведения ТКД. Разработка автоматизированной системы выпуска ТКД включает в себя создание в качестве подсистем САПР проблемно-ориентированных базовых программно-методических комплексов (ПМК), которые обеспечивают выпуск конструкторских документов (спецификаций, таблиц соединений проводов, ведомостей покупных изделий и др.), а также информационно-поисковых систем на базе нормативно-технической документации (НТД), обеспечивающих конструкторов информацией о стандартных и покупных изделиях, материалах, технических требованиях и др. Автоматизированные подсистемы выпуска ТКД формируют базы данных соответствующих текстовых конструкторских документов. Благодаря автоматизации выпуска извещений об изменении соответствующих конструкторских документов поддерживается актуальность информации этих баз данных.

На рис. 1 показаны основные функциональные   компоненты комплекса подсистем САПР, обеспечивающего выпуск, ведение и обработку текстовой конструкторской документации. Подсистемы выпуска ТКД и извещений об изменении документации во. многом определяют жизнеспособность всего комплекса в условиях опытно-конструкторского предприятия. Только обеспечив более удобную по сравнению с ручной технологию выпуска ТКД, можно автоматизировать формирование баз данных ТКД, в том числе и банка данных изделия. Особую сложность в разарботке подсистем выпуска ТКД и извещний создают требования частичного и поэтапного внедрения. Очевидно, переход от ручной технологии конструирования к автоматизированной - процесс длительный. Это связано и со сложностью объекта автоматизации, необходимостью ломки привычной традиционной технологии, со слабо развитой и с недостаточно надежной технической базой автоматизации, с необходимостью обучения новым формам и методам работы и др. Поэтому внедрение подсистем должно быть, во-первых, частичным, т.е. наряду с ручной технологией выпуска (например спецификаций) должна внедряться автоматизированная, и, во-вторых, поэтапным, т.е. внедряется не весь комплекс сразу, а отдельные его компоненты. Частичное внедрение обеспечивает переходный период от ручного выпуска определенного текстового конструкторского документа к полиостью автоматизированному выпуску. В это время, с одной стороны, происходит обучение конструкторов новой автоматизированной технологии, а с другой - адаптация программного и и к фор мац ионного обеспечения подсистемы к реальным условиям функционирования. Поэтапность внедрения диктуется необходимостью создания условий для замены одних подсистем комплекса другими. Например, эффективная эксплуатация банка спецификаций изделия возможна только при полном внедрении автоматизированных систем выпуска спецификаций и извещений об изменениях спецификаций. В то же время подсистема выпуска извещений об изменении спецификаций требует наличия в памяти ЭВМ самих спецификаций. Таким образом, частичное и поэтапное внедрение комплекса подсистем выпуска, ведения и обработки ТКД обеспечат его адаптацию к реальным условиям проектирования и при соответствующих организационно-технических мероприятиях, учитывающих специфику опытно-конструкторского предприятия, приведут к полному внедрению автоматизированной технологии выпуска ТКД.

Структура программно-информационного комплекса САПР, Подсистемы автоматизации выпуска ТКД и извещений об изменении соответствующих ТКД обеспечивают диалоговое формирование текстовых конструкторских документов и извещений об их изменении. На рис. 2 показана типовая структура программного и информационного обеспечения всего комплекса. Информационный обмен с пользователями-конструкторами и подключение соответствующих требованиям пользователей блоков программного обеспечения (ПО) осуществляет программа-монитор. Блоки ПО подсистемы включают в себя следующие программные средства: пакет прикладных программ (ППП) оперативной обработки запросов пользователей, т.е. запросов, которые необходимо удовлетворить за минимальное время (например вызов фрагмента документа, удаление строки документа и др.); ППП последующей обработки — набор программ, которые реализуют запросы, требующие длительной обработки на ЭВМ (например печать документа, упорядочение и редактирование его в соответствии с требованиями стандартов ЕСКД и др.). Технология выпуска ТКД не требует мгновенной реализации таких запросов, и поэтому функционирование ППП последующей обработки возможно параллельно с работой ППП оперативной обработки, но с меньшим приоритетом по отношению к ресурсам ЭВМ. Обмен информацией с пользователями осуществляется посредством алфавитно-цифрового дисплея (АЦД). Настройку

шаблонов для информационных обменов, удобных пользователю, осуществляет генератор ввода- вывода (ГВВ). Подсистема долж на быть устойчива в случае ошибочных действий пользова теля, а также корректировать эти действия, уведомляя "об этом пользователя. Эти функции берет на себя программа "Диагностика". Она также информирует пользо вателя о нормальном завершении процессов, выполняемых подсис темой. БД подсистемы содержит: ТКД (или извещение об измене нии), информацию об объекте проектирования       подсистемы,

справочники-классификаторы, например сокращения и соответствующие им полные наименования наиболее часто встречающихся деталей, материалов и др., типовые формулировки, часто встречающиеся в данном ТКД, и др. Кроме того, база данных подсистемы содержит информацию, необходимую для настройки ее на условия эксплуатации (операционную систему ЭВМ, тип АЦД и др.). Информация, входящая в НТД, передается подсистеме посредством связи ее СУБД с СУБД всего комплекса.

Информационным ядром комплекса выпуска, ведения и обра-ботки ТКД является совокупность баз данных, содержащих текстовые конструкторские документы, извещения об изменении ТКД, а также информацию, входящую в НТД. Управление этими базами должна осуществлять высокоразвитая промышленная СУБД реляционного типа; в данном проекте используется СУБД ПАЛЬМА [3]. Выбор СУБД комплекса определяется следующим:

-    запросы к информационным ба зам часто непредсказуемы и по стоянно пополняются в процессе проектирования;

-    возможны изменения структуры данных, увеличение или уменьше ние количества реквизитов и из менение их типов;

-    объемы баз данных заранее не ограничены, а время поиска ин формации должно быть мини мальным;

-    необходима адаптация к по стоянно развивающейся техничес кой базе автоматизации и ее мате матическому обеспечению;

-    СУБД должна быть окружена программными средствами, обес печивающими ее эффективную эксплуатацию, в первую очередь системой теледоступа, генерато ром отчетов и др.

На основе системы теледоступа (СТ) и СУБД в комплексе функционируют информационные системы, выполняющие такие функции:

1) информационно-поисковую как в диалоговом режиме по запросам пользователей-конструк-

торов, так и в системном по запросам СУБД других автоматизированных систем;

2)         ввода данных, обеспечивающую диалоговое формирование баз данных НТД н системное (т.е. другими автоматизированными подсистемами САПР) формирова ние баз данных ТКД;

3)         корректировку данных НТД и ТКД в соответствии с п. 2.

Самостоятельным элементом комплекса выпуска, ведения и обработки ТКД является блок "Интерфейсы" - инструмент служб сопровождения баз данных конструкторской документации (см. рис. 1). Его функции заключаются в передаче ТКД и извещений об изменении между подсистемами (при этом целесообразно проводить автоматизированный нормо-контроль), а также в автоматической корректировке баз данных ТКД на основании соответствующих извещений об изменении.

Необходимо отметить значительный эффект, который достигается работой комплекса при выпуске "вторичной" конструкторской документации, например ведомостей спецификаций, ведомостей ссылочных документов, ведомостей согласования применения покупных изделий и подшипников и др. Эти документы практически полностью избавляют конструкторов от ручного труда.

Постепенное  объединение  подсистем выпуска ТКД с подсистемами выпуска графических документов (по мере их разработки и внедрения) приведет к созданию и внедрению единого комплекса выпуска, ведения и обработки конструкторской документации.

Выпуск ТКД средствами САПР. Остановимся на внедрении комплекса подсистем САПР в процесс рабочего проектирования сложных изделий машиностроения.

На рис. 3 показана типовая схема включения автоматизированных процедур в процессе выпуска ТКД в условиях опытно-конструкторского бюро машиностроения. Во главу угла поставлено решение задачи оперативного управления составом изделия, что возможно только в случае машинной обработки информации. Очевидно, что решение этой задачи во многом влияет на создание конкурентоспособного проекта нового изделия, при этом не только окупаются все затраты на создание комплекса, но и создается материальная (да и моральная) база для его эффективного развития, стимулируется продолжение работ в этой области.

Технология выпуска ТКД в этом случае (рис. 3) заключается в следующем.

Полностью автоматизируется процесс выпуска основного конструкторского документа-спецификации, а также заказных ведомостей (сводной ведомости покупных изделий и ведомости согласования применения подшипников' на объектах предприятия). Обеспечивается проведение оперативного нормоконтроля выпускаемой ТКД как на соответствие требованиям стандартов ЕСКД, так и ограничительным перечням предприятия комплектующих изделий и материалов. После чего обеспечивается автоматизированный анализ выпускаемой ТКД с точки зрения унификации составных частей изделия. Анализ проводится средствами подсистемы "Банк конструкторских спецификаций" (Банк-СП) на основе оперативной "загрузки" в его БД неутвержденных спецификаций (т.е. прямо с кульмана) БАНК-СП (оперативный).

Такая оперативность позволяет выдавать рекомендации конструктору по внесению изменений в КД еще до ее утверждения у начальника конструкторского отдела (КО), что значительно упрощает изменение КД как с точки зрения технологии выпуска, так и с психологической — конструктору не нужно признаваться начальнику КО в своих ошибках, хотя (теперь это уже признано [12]) право на ошибку — залог успеха любой деятельности. Анализ состава изделия проводится на основе:

-    выпускаемых спецификаций из делия;

-    ведомостсй.СВ ГТКИ и ВСП из делия;

-    спецификаций ранее выпушен ных изделий;

-    ведомостей СВ ПКИ и ВСП ра нее выпущенных изделий;

-    нормативно-технической доку ментации по комплектующим из делиям (стандартным, покупным, подшипникам) и материалам.

Технической базой эксплуатации комплекса были ЭВМ ЕС-1022 (начало внедрения), ЭВМ ЕС-1035, ЭВМ ЕС-1060, а в настоящее время - ЭВМ EC-I066 в комплексе с локальной вычислительной сетью ПЭВМ типа IBM PC.

Описанный комплекс разработан и внедрен в ОКБ изделий транспортной авиации. Опыт более чем пятилетней эксплуатации в целом показывает правильность выбранного подхода к созданию САПР.

Список литературы

I. Автоматизированная система выпуска конструкторских спецификаций изделия. Научно-технический отчет о

НИР, № Госрегнстрацин У30524, ннв. № Г78877.

2.      Автоматизированная система вы пуска конструкторских спецификаций (''Спецификация") ИЛ № 87-0272.

3.      Андон Ф.И., Бакаев А.А., Крамо- ренко Р.П., Коструба Т.В. Пальма - система управления базами данных со сложной архитектурой. В кн.: Первая Всесоюзная конференция "Банки данных", секция 3: тезисы докладов. - Тбилиси. 1980. - С. 75-80.

4.      Вяэгин В.А., Федоров В.В. Фор мирование облика сложного техни ческого объекта в САПР // Про граммные продукты и системы - 1990- - ]*4. С. 26-37.

5.      ГОСТ 23501.201-85 САПР. Комп лексы средств. Общие технические требования.

6.      Джонс Дж.К. Методы проектиро вания. - М-: Мир, 1986. - 326 с.

7.      Дитрих Я. Проектирование и конструирование: системный подход. -М.: Мир, 1981.-456 с.

8.      Половинкин А.И. Основы инже нерного творчества. - М.: Машино строение, 1988. - 368 с.

9.      Поспелов Г.С. Искусственный ин теллект - основа новой информа ционной технологии. - М.: Наука, 1989. - 262 с.

10. Справочник по САПР/ А.П. Будя, А.Е. Кононюк, Г.Л. Куценко и др.; под ред. В.И. Скурихнна. - Киев: Техника, 1988. - 375 с.

П.Тимченко А.А., Родионов А.А. Основы информатики системного проектирования объектов новой техники. — Киев: Наукова думка, 1991,- 152 с.

12. Харафас Д., Легг С. Конструкторские базы данных. - М.: Машиностроение, 1990Г- 224 с.