К структурно-сложным относятся многие технические системы: системы контроля и управления, системы учета тепловой и электрической энергии, системы электросвязи, электроснабжения и др.

Для сквозной автоматизации процесса проектирования структурно-сложных систем в Ивановском государственном энергетическом университете была разработана программная система Mirage-ADT и основанная на ее использовании новая агрегативно-декомпозиционная технология автоматизированного проектирования [1-4].

Систему Mirage-ADT выгодно отличает от ряда разработок в данной области то, что с ее помощью автоматизируются не только рутинные операции на стадии документирования, но также проектные процедуры, которые находятся в голове процесса проектирования и требуют принятия основных проектных решений.

Информационной основой автоматизации проектирования в системе Mirage-ADT является база данных и знаний. Все возможные типовые проектные решения в конкретной предметной области представлены как варианты структуры определенного уровня иерархии. Причем понятие типовой здесь нетрадиционно и применимо для любого устойчивого проектного решения любого состава и сложности.

Эксперт-проектировщик никогда не берется за проектирование всей системы сразу. Проектирует по подсистемам, а те, в свою очередь, по частям, а части по узлам, элементам и т.д. Но, принимая решения по отдельным узлам или элементам, проектировщик имеет в голове целостную картину сначала той подсистемы, в которую входит данный узел, а затем и системы в целом. Чаще всего этот процесс дробления на части, а затем сборки из готовых частей системы происходит неосознанно, как само собой разумеющееся. Описание объекта проектирования по подсистемам, узлам, элементам и т.д. – это информационная основа системы Mirage-ADT.

Все проектные процедуры, свойственные для неавтоматизированной технологии, связаны в системе в единую технологию, основой которой является единая модель проекта (ЕМП) всей проектируемой системы в машинном представлении. ЕМП включает в себя все элементы и все связи проектируемой системы с полным набором параметров, необходимых для документирования. Применение ЕМП позволяет полностью исключить дублирование информации при ее передаче от проектировщика к системе проектирования.

C функциональной точки зрения система Mirage-ADT состоит из трех основных подсистем:

·     создания и ведения базы данных и знаний;

·     подготовки и синтеза единой модели проекта (подсистема проектирования);

·     документирования.

Для формального описания предметной области были применены так называемые фреймы (агрегативные и декомпозиционные). В рамках подсистемы создания и ведения базы данных и знаний разработан специализированный язык структурированного описания множества возможных проектных решений YRD. Описания на языке YRD образуют глобальную базу данных и знаний. Интегрированная среда системы Mirage-ADT состоит из многооконного текстового редактора и транслятора языка YRD, который в режиме обработки конкретного файла или потока файлов в случае отсутствия синтаксических ошибок переводит языковое описание во внутреннее представление базы данных и знаний (локальную базу данных и знаний). После завершения процедуры создания локальной базы система Mirage-ADT предоставляет возможность просмотра ее структуры, визуального прохождения по любой из веток иерархии предметной области с предоставлением информации о структуре вариантов фреймов, правилах соединения элементов между собой и внешней средой, контактах фреймов и др. Инструментальные средства позволяют создавать в диалоговом режиме новые или редактировать существующие фреймы с последующей ретрансляцией в описание на языке YRD.

Главной подсистемой является подсистема структурного синтеза (проектирования). Процесс структурного синтеза принципиально отличается от привычного и наиболее распространенного способа сборки целого из отдельных частей. Система Mirage-ADT предполагает синтез как движение от корня к множеству всех вершин. Что дает такой способ?

1.   Проектировщику предоставляется возможность иметь целостное представление о будущем проекте, наблюдать и контролировать постепенно возрастающую сложность структуры.

2.   В зависимости от полноты заложенного в базу опыта проектирования система может выбирать те или иные пути при прохождении от корня (задания) к множеству вершин (полной структуре проектируемой системы), что позволяет получать более приемлемый (рациональный) проект.

3.   Система позволяет осуществлять синтез структур большой сложности (несколько тысяч элементов с несколькими десятками тысяч связей между ними) автоматизированным, а порой автоматическим способом, что практически невозможно при традиционном способе.

4.   Задолго до выбора конкретных технических изделий система позволяет обнаружить ошибки, тупиковые ситуации и т.д. и путем вмешательства проектировщика исправить их или обойти, направив процесс синтеза в нужное русло.

К этому следует добавить, что параллельно с выбором структур узлов, элементов и т.д. осуществляется и собственно синтез структуры.

Возможны автоматический и диалоговый режимы синтеза.

В автоматическом режиме система либо самостоятельно принимает решения, выбирая первый из подходящих вариантов, либо предоставляет проектировщику право принять одно решение из нескольких подходящих. Возможен также автоматический режим, когда необходимо подтвердить принятое системой решение. Это позволяет установить проектировщику более жесткий контроль над ходом синтеза.

В диалоговом режиме система, предоставляя полную информацию обо всех возможных вариантах решений, оставляет за проектировщиком право выбрать тот, который по его мнению наиболее приемлем.

Для быстрого повторения синтеза нескольких одинаковых целей функционирования системы, следующих одна за другой, для которых хорошо известны правила выбора, а также при условии, что наиболее подходящие варианты для каждого уровня этих задач окажутся на первом месте в списках вариантов, можно воспользоваться понятием закладки (Break Point). Закладка устанавливается на задаче, до которой синтез можно с уверенностью проводить в автоматическом режиме. До закладки система будет самостоятельно принимать решения по выбору структур, а затем перейдет в диалоговый режим. Синтез может быть в любой момент времени прерван и возобновлен с той же точки позже.

На рисунке показан фрагмент синтеза задачи контроля температуры с точки зрения демонстрации поуровневого порождения структуры задачи. Этот пример достаточно тривиален, поскольку показывает только фрагмент синтеза для одной задачи управления (реальная система включает несколько сотен задач).

Функциональный синтез этого фрагмента включает следующие уровни:

1.   Датчик + Отображение информации.

2.   Температурный датчик + Подключение к микропроцессорной системе управления.

3.   Бобышка + Защитная арматура + Термометр сопротивления + Модульный соединитель + модуль Аналогового входа + Процессор + Подключение к верхнему уровню системы.

4.   Определенный тип, класс и модель приборов, выбраны для каждого элемента предыдущего уровня (технический синтез).

5.   Терминальные функции питания 220 вольт агрегируются с последующим выбором автомата питания АП50-2МТ.

Подсистема документирования состоит из двух основных компонент, обеспечивающих соответственно формирование табличных и графических документов.

Формирование табличных документов осуществляется при помощи специальных инструментальных средств, построенных с применением OLE-технологии программирования и обеспечивающих информационный обмен в режимах клиент-сервер и сервер-клиент между системами Mirage-ADT и Microsoft Word. В режиме создания табличных фреймов (шаблонов) загружается система Microsoft Word с расширенным меню создания и редактирования слотов. Средствами Microsoft Word осуществляется построение постоянной части шаблона: штампа, заголовка таблицы, рамки и др. В соответствующие позиции таблицы помещаются слоты с последующей привязкой к ним вида запрашиваемой из ЕМП и выводимой информации. Здесь же могут располагаться списки демонов (присоединенных) процедур для преобразования отображаемых в документе параметров. Созданный табличный фрейм сохраняется в списке шаблонов Microsoft Office. Любой из созданных табличных фреймов может быть применен для вывода информации об элементах класса ЕМП, о группе классов ЕМП, о связях и контактах элемента в соответствующую форму. Использование табличных фреймов обеспечивает полностью автоматический режим формирования документов любой сложности. Эти же средства используются для передачи информации в другие САПР в dbf-формате. Кроме того, имеется возможность формировать документы в виде текстовых файлов с так называемыми разделителями полей. Такой формат легко преобразовывается большим количеством программных продуктов, поддерживающих стандарт ODBC.

Формирование графических документов осуществляется инструментальными средствами, основанными на расширителе команд графического редактора AutoCAD фирмы Autodesk или на своем встроенном графическом редакторе. Система Mirage-ADT позволяет накапливать опыт документирования с учетом любых стандартов и традиций. Для этого проектировщик средствами графического редактора по мере необходимости готовит графические фрагменты. Причем здесь понятие фрагмент условно, поскольку он существенно отличается от обычного фрагмента чертежа. В нем есть постоянная часть (изображение элементов, контактов, связей) и специально выделенные окна под переменную часть (имена контактов, маркировки связей, позиции по проекту, характеристики приборов и т.д.). Количество элементов, входящих во фрагмент, не ограничено. Чем сложнее фрагмент, тем эффективнее его использование (тем большую часть элементов группы он документирует). Чем меньше фрагмент, тем чаще он может быть использован, поскольку более универсален. Фрагмент также включает в себя информацию, необходимую для его автоматического выбора.

Имеется инструмент автоматической трассировки связей при документировании различных схем. Возможна трассировка связей между элементами в различных схемах. При построении схем присоединений возможна так называемая табличная трассировка, которая заключается в установке символа (например крест) в месте пересечения линии связи от соответствующего контакта элемента и линии элемента, подключенного к данному.

Группа элементов автоматически покрывается графическими фрагментами, причем в окна заносится переменная информация из ЕМП. Если в графической базе найдутся фрагменты, покрывающие полностью группу, документ можно считать почти готовым, остается с помощью графического редактора довести его до надлежащего вида. Если несколько элементов группы остались непокрытыми, то для них создаются новые фрагменты. Накопление фрагментов повышает степень автоматизации для каждого нового документа. Все изменения в окнах документа автоматически вносятся и в саму ЕМП, что позволяет избежать многократного повторения корректировок в разных частях проекта, как это имеет место при неавтоматизированном проектировании или при использовании известных программных комплексов и пакетов.

Текст в графические и в табличные документы может выводиться как на русском, так и английском языке или на двух сразу, если есть соответствующие файлы перевода терминов конкретной предметной области.

Использование системы Mirage-ADT позволило в несколько раз повысить производительность труда проектировщиков, а также качество проектов как за счет возможности многовариантного проектирования, так и за счет уменьшения ошибок, неизбежных при неавтоматизированном проектировании.

Список литературы

1.   Салин А.Г., Целищев Е.С., Мошкарин А.В. и др. Технология проектирования тепловых электростанций и методы ее компьютеризации. - М.: Энергоатомиздат. - 1997. - 234 c.

2.   Tselichev E.S., Salin A.G., Sedov V.V., Kozlov A.V., Nikol’skii V.N. Intelligent Technology for Automated Design of Monitoring and Control Systems// VGB PowerTech. International Journal for Power Plant Technology, Germany, N6, 1999, p.33-37.

3.   Салин А.Г., Целищев Е.С. База данных и знаний о приборах и системах управления и ее применение при проектировании АСУТП. //Приборы и системы управления. - 1997.- №6.-С.20-22.

4.   Целищев Е.С., Салин А.Г., Никольский Н.В. Интеллектуальная технология автоматизированного проектирования систем контроля и управления. //Управляющие системы и машины. - 1998.- №6.-С.27-35.