Software & Systems

Виртуальное предприятие (ВП) понимается как сеть взаимодействующих агентов, не связанных в постоянные организационные структуры, обладающих свободой поведения и интеллектом. Эти агенты представляют собой элементы производственной структуры, которые реализуют совместный проект (или ряд взаимосвязанных проектов), обеспечивая выполнение различных этапов жизненного цикла продукта, который является целью проекта, находясь между собой в отношениях партнерства, кооперации, координации и т.п. [1].

Поэтому создание ВП есть проектирование взаимодействия неоднородных интеллектуальных агентов. Решение этой проблемы означает использование агентами, участвующими в совместном проекте, единой модели продукта и производственной среды. Различные агенты используют различные подмножества общей модели изделия в зависимости от этапа жизненного цикла изделия (ЖЦИ), который они обеспечивают, и функций, которые выполняют. Прохождение информации между ними предполагает пересечение моделей взаимодействующих агентов.

Под совместной реализацией понимается вариант системного подхода к созданию продукта, предполагающий совмещенное во времени проектирование продукта и процессов его изготовления, планирование и материальное обеспечение. В частности, совмещенное проектирование означает проектирование с учетом производственных и эксплуатационных ограничений, которые могут быть известны в момент выполнения проектных работ, совмещенное планирование ресурсов и производства – принятие плановых решений на ранних этапах ЖЦИ с учетом тех ограничений на конструкцию и технологию изготовления продукта, которые определены на момент принятия решений.

В рамках международного сотрудничества проблемы совмещенной разработки рассматриваются в неразрывной связи с электронным обменом и управлением документацией предприятия в рамках инициативы CALS (Continuous Acquisition and Life Cycle Support – непрерывное приобретение информации и поддержка жизненного цикла). По нашему мнению, CALS может быть определен как комплект инструментальных средств, содержащих набор методов, подпрограмм и стандартов представления и передачи информации [2,3]. Эти инструментальные средства делают возможным представление ее в единой структуре и формате, облегчая передачу, хранение, поиск разнородных технических данных и знаний, необходимых для проектирования, производства и сопровождения продукции [4].

В результате развития и воплощения в жизнь концепции CALS параллельно с материальным миром возникает мир виртуальной реальности. Этот мир связан с материальным миром, но не является его копией. Между объектами материального мира и объектами виртуальной реальности нет полного соответствия. Могут существовать такие материальные объекты, которые не имеют соответствующих им виртуальных объектов, и, наоборот, могут быть объекты виртуальной реальности, не имеющие материального воплощения. Следовательно, материальный и виртуальный миры, не являясь адекватными, дополняют друг друга, оказывая взаимное влияние и способствуя таким образом взаимному развитию и совершенствованию.

Идея создать единую, полную, цельную модель изделия, которая сопровождала бы изделие на всем протяжении его жизненного цикла, естественна и понятна [5,6]. Образ объекта должен строиться таким образом, чтобы любой фрагмент модели был доступен на любом этапе жизненного цикла, то есть изделие (или его отражение в виртуальном мире) первично, а проектирование жизненного цикла вторично.

Итак, в нашем представлении CALS – это мир виртуальной реальности, и, следовательно, все те инструменты, которые поддерживают создание и существование виртуального мира, имеют к методологии CALS самое прямое отношение.

Рассмотрим подробнее группы стандартов [7-10]. При этом следует иметь в виду разницу между стандартом и реализацией стандарта. Например, стандарт IGES – это большая книга, описывающая формат и структуру обменного файла IGES, а реализации стандарта IGES – это десятки (или сотни) конкретных программ, способных читать и писать файлы IGES.

Информационные CALS-стандарты включают: ISO 10303 STEP (Стандарт обмена данными об изделии); ISO 13584 P_LIB (Интеллектуальная библиотека изделий), ISO 15531 MANDATE (Описание производственного процесса); ISO 14959 PAREX (Описание параметризованной модели и представление знаний об изделии); ISO 15926 OIL & GAZ (Описание жизненного цикла нефтегазового оборудования).

Перечисленные пять стандартов образуют группу стандартов STEP. Формальным признаком принадлежности стандарта к группе STEP можно считать то, что разработка стандарта ведется Подкомитетом 4 Технического Комитета 184 ISO. Отличительной особенностью стандартов группы STEP является использование общих принципов и общих механизмов моделирования, представленных в стандарте STEP.

ISO 10303 STEP

Стандарт STEP включает в себя как инструменты описания предметных областей, так и собственно набор описаний. Описание конкретной предметной области называется “Прикладной Протокол” (Application Protocol, AP). Прикладные Протоколы пронумерованы, они имеют номера с 201 до 299. Сейчас известны Протоколы с 201 по 232 с пропуском 209 и 219.

Обмен данными с внешними партнерами происходит с использованием стандартов, входящих в группу STEP, а также прочих стандартов. Это связано с тем, что задолго до появления STEP существовали стандарты IGES, SGML и EDIFACT, которые хотя и могут быть в перспективе полностью вытеснены стандартом STEP, но сейчас очень распространены во всем мире и долго еще будут иметь широкое применение.

Стандарт IGES предназначен для передачи чисто геометрической информации о создаваемых изделиях с использованием систем автоматизации конструирования.

Таблица 1

Общие тома: методы описания, реализации и тестирования

Стандарт SGML

Стандарт SGML был опубликован в 1986 г. Он предназначен для хранения и передачи документов. Будучи составной частью новой информационной стратегии, SGML позволяет обрабатывать информацию не как символы на странице, а как объекты данных. Эта технология позволяет эффективным образом хранить и повторно использовать информацию, разделять ее между пользователями и поддерживать в базе данных.

В основу SGML положено разделение документа на три составные части:

-                    содержание (то есть сам текст);

-                    структура (разбиение на разделы, взаимные ссылки, права доступа);

-                    оформление (стиль).

Стандарт SGML предписывает стандартный формат для встроенных в документ описательных пометок. Кроме того, SGML определяет стандартный способ описания структуры документа. Так, SGML позволяет для каждого типа создаваемых документов задать иерархическую структуру.

Структура. В основе приложений, построенных на применении SGML, лежит файл, называемый DTD (Document Type Definition – Определение типа документа). Файл DTD описывает структуру документа подобно тому, как схема базы данных описывает типы информации, которые базой данных поддерживаются, и отношения между полями. Файл DTD обеспечивает структуру для элементов (таких как главы и заголовки глав, секции и пункты), образующих документ. Также DTD определяет правила для отношений между элементами, например: “заголовок главы должен быть первым элементом после начала главы” или “каждый список должен содержать по меньшей мере два пункта”. Эти правила, которые задаются в DTD, помогают удостовериться, что документ имеет последовательную логическую структуру. Файл DTD сопровождает документ всюду, куда документ следует. “Экземпляр документа” – это такой документ, который соответствует конкретному файлу DTD.

Содержание включает заголовки, параграфы, списки, таблицы, графическую информацию и аудиоинформацию.

Стандарт SGML довольно сложен, и в настоящее время не существует приложений, которые полностью поддерживали бы его реализацию. Говоря об SGML, нельзя не отметить, что всем известный стандарт HTML – это подмножество SGML. Таким образом, любой программный продукт, поддерживающий HTML, является частной реализацией SGML.

Стандарт UN/EDIFACT

Разработка стандарта EDIFACT началась еще в 1974 г. Стандарт UN/EDIFACT – это правила ООН для электронного обмена данными в управлении, в коммерции и на транспорте. Правила представляют набор согласованных на международном уровне справочников и руководств по электронному обмену структурированными данными. Правила в основном касаются торговли товарами и услугами между независимыми компьютеризованными информационными системами.

Вкратце принцип использования стандарта EDIFACT заключается в следующем.

1.   
Таблица 2 Ресурсы

Примечания:

*Манифолд-поверхность – поверхность, ограниченная контуром, каждое ребро которого смежно точно с двумя поверхностями;

**Наименования этих томов пока (на стадии проекта) совпадают.

    Основой для любого обмена данными является United Nations Trade Data Elements Directory (UNTDED) – справочник элементов данных для торговли. В этом справочнике элементы данных уникальным образом описаны, поименованы и им присвоены метки (Tag). В справочнике входы данных описаны как с точки зрения их содержания, так и с точки зрения их синтаксиса. Из справочника могут быть выбраны элементы данных как для форм, основанных на UNLK, так и для формирования сообщений для передачи. Также элементы данных из UNTDED, используемые в стандартных типах сообщений, включены в отдельный справочник (EDED) в UNTDID.

2.       Элементы данных могут образовывать различные наборы, будучи выстроенными в соответствии с согласованными правилами. Эти группы (или сегменты) выделены с помощью общего деноминатора (метки сегмента). Сегменты могут быть упорядочены в соответствии с правилами, изложенными в United Nations Standard Message Types (в стандартных типах сообщений) или в соответствии с соглашением, принятым между партнерами, участвующими в передаче. Неявным идентификатором каждого элемента данных является положение этого элемента в сегменте. Элементы данных перечислены в справочнике UNTDID и в сжатой форме в справочнике UNEDED.

Стандарт ISO 13584 P_LIB

Изделие часто состоит из деталей (то есть комплектующих). Информация о деталях может передаваться между различными организациями для того, чтобы облегчить создание информации об изделиях (то есть создание моделей изделий), содержащих такие детали.

Cоответственно, ISO 13584 – это серия международных стандартов для представления и обмена доступными для компьютерной интерпретации данными библиотеки деталей. Цель стандарта – обеспечить механизм, способный передавать данные библиотеки деталей. Механизм не зависит от любого прикладного программного обеспечения, работающего с этими данными. Природа механизма такова, что он может использоваться не только для обмена данными о деталях, но и в качестве основы для снабжения и разделенного использования библиотек деталей.

Серия ISO 13584 обеспечивает представление информации о библиотеке деталей вместе с необходимыми механизмами и определениями. Это позволяет обмениваться данными библиотеки деталей, использовать данные и изменять их. Обмен происходит между различными связанными с полным жизненным циклом изделия компьютерными системами и средами, включая проектирование изделий, их производство, использование, поддержку и уничтожение.

В область действия ISO 13584 входит следующее.
Таблица 3 Прикладные протоколы

·         Представление информации в библиотеке деталей, включая библиотеки компонентов и библиотеки сборочных единиц.

·         Обработка данных библиотеки деталей, включая хранение, передачу, доступ, изменение и архивирование.

·         Средства, позволяющие поставщику деталей описать поставляемую им (ею) деталь. Описание при этом не использует ссылок на какие-либо другие библиотеки или внешние словари. По сути – это продолжение одной из концепций STEP, а именно: концепции отказа от использования механизма идентификаторов и использования внешних ссылок. В STEP и в P_Lib обеспечивается модульность и максимально возможная автономность информационных блоков.

·         Определение механизма, который позволяет делать ссылки на стандартизованные словари из библиотеки поставщика (когда они доступны).

Многие из разработанных в ISO 13584 концепций применимы не только для деталей, но могут быть использованы для управления элементами, содержащимися в библиотеке любого типа.

Стандарт разделяет представление информации в библиотеке деталей от методов реализации, используемых для обмена данными. Он разделяет информацию о структуре библиотеки от информации о детали или семействе деталей. Для описания структуры библиотеки деталей используется язык EXPRESS.

Стандарт P_Lib позволяет представлять информацию о детали или о семействе деталей с помощью других стандартов. На эту информацию будет даваться ссылка из информации о структуре библиотеки, например: документ, описывающий семейство деталей, может быть представлен в формате ISO 8879 SGML, а описание поведения семейства электронных деталей – в формате VHDL.

Методология и организационная структура проверки на соответствие берется из стандарта ISO 10303 STEP. Таким образом, P_LIB может применяться не только для передачи данных между партнерами, но и в пределах предприятия для описания ресурсов.

Стандарт ISO 14959 PAREX

Стандарт PAREX (Parametric Representation and Exchange), создаваемый изначально как средство передачи параметризованных моделей между системами автоматизации конструирования, может стать также и основой для стандартизации передачи знаний об изделий, начиная от формулирования требований заказчика к разрабатываемому изделию.

Стандарт ISO 15531 MANDAT

Если сравнить структуру, образованную стандартами, со зданием, то фундаментом здания будет стандарт STEP, а каркасом, несомненно, должен стать стандарт MANDATE, описывающий функционирование предприятия. Стандарт состоит из трех разделов:

1)       регламентация взаимодействия предприятия с внешними партнерами;

2)       регламентация описания ресурсов предприятия;

3)       регламентация описания информационных и материальных потоков внутри предприятия.

Стандарт KIF

Для передачи знаний, возможно, в стандарт будет включен язык представления знаний KIF (Knowledge Interchange Format). КIF – особый логический язык, представленный как стандарт для использования в области описания объектов внутри систем, основанных на знаниях, например экспертных систем, интеллектуальных агентов и т.д. Более того, он был специально разработан для использования в качестве interlingua-языка-посредника при трансляции с других языков. Например, были сделаны трансляционные программы, которые могут отображать STEP/ PDES-выражения в эквивалентные KIF-выражения и наоборот.

По сути KIF есть префиксная форма логики предикатов первого порядка с расширением для поддержки определений. Описание языка включает спецификации как для синтаксиса, так и для его семантики. В нем имеется многообразие логических операторов для поддержки кодирования символьной информации (отрицание, дизъюнкция, импликация и пр.). Он предусматривает кодирование знаний о знаниях, используя символы (`) (,) и словарь отношений. Язык KIF может быть также применен для описания процедур, то есть для написания программ. Использование префиксного синтаксиса в KIF делает его схожим с Lisp или Scheme. Цели, которые преследует KIF, при грубой аналогии сходны с Postscript. KIF, так же как и Postscript, является программно-читаемым языком, поэтому осуществляется независимая разработка программ, обрабатывающих знания, но в тоже время KIF не так эффективен, как специальные представления знаний. Когда программа читает базу знаний, написанную на языке KIF, она конвертирует данные в свою собственную внутреннюю форму представления (специальные структуры указателей, массивы и пр.) Все вычисления проводятся с использованием внутренней формы представления данных. Для связи с другими программами происходит отображение внутренних структур данных в KIF.

У KIF есть свои особенности.

1.     Язык имеет декларативную семантику. Понимание значения выражения языка возможно без обращения к специалистам в данной области. Этим KIF отличается от других языков, таких как Emycin и Prolog.

2.     Язык логически полный, что обеспечивает перевод выражений в исчисление предикатов первого порядка. Язык обеспечивает представление знаний о представлении знаний. Это позволяет создавать все представление знаний, что дает возможность вводить конструкции новых знаний без изменений в языке.

В дополнение к этому KIF характеризуется такими свойствами, как:

-         транслируемость: возможна трансляцияи декларативных баз знаний и из типичных языков представления знаний.

-         читаемость: хотя KIF не имеет целью использоваться в качестве первичного языка взаимосвязи с пользователями, читаемость облегчает его использование для описания представления семантики языка, например базы знаний, его использования для помощи пользователям при проблемах с трансляции баз знаний и т.д.

-         реализуемость: хотя KIF не предназначен для использования в программах как язык представления или связи, он может быть использован по желанию и для этой цели.

Программное обеспечение, относящееся к KIF.

·       Prologic-common lisp ïîäîáíîå.

·       Представление знаний и интеллектуальных систем, совместимых с KIF.

·       Epilog – система выводов common lisp, совместимых с KIF.

·       JKP – Java KIF parser (синтаксический анализатор), который может синтаксически анализировать ascii-строки, представленные предложения в подмножестве KIF в Java-представление для кодировки логических структур, готовое для дальнейшей обработки.

·       C parser для KIF.

·       IBM Agent Building Environment инструментарий для построения интеллектуальных агентных приложений.

Epilog Inference Package

Epilog – библиотека lisp-подпрограмм, которые реализуют процедуры логических выводов для информации, кодированной на SIF (упрощенный формат обмена Simplified Interchange Format). Эта процедура, использованная в Epilog, базируется на технике, называемой модельным исключением (model elimination). Процедура похожа на использованную в Prolog, но имеет некоторые отличия.

SIF – язык, поддерживаемый Epilog, является соответствующим подмножеством KIF, то есть все выражения SIF являются выражениями KIF, но не все выражения KIF являются выражениями SIF. Несмотря на эту связь, SIF полностью выразителен, то есть, для любого набора KIF-выражений существуют эквивалентные SIF-предложения. Поэтому использование подпрограмм Epilog возможно для построения процедур выводов целиком для KIF.

IBM Agent Building Environment (ABE)

ABE IBM – инструментарий для разработчиков ПО, которое облегчает построение приложений, базируемых на интеллектуальных агентах или упрощает присоединение агентов в существующие предложения. Интеллектуальные агенты следят за определенными условиями, решают, что нужно делать, базируясь на заданных правилах, и в результате предпринимают определенные действия. Например, можно поручить интеллектуальному агенту с определенной периодичностью проверять биржевой курс в Internet, и если цена упадет ниже определенной точки, интеллектуальный агент забьет тревогу. Условия, основанные на ваших интересах, и правила поведения интеллектуальных агентов в этих условиях базируются на ваших предпочтениях.

Агенты имеют интеллектуальный механизм и адаптер технологий от IBM TJ Watson Research Lab “Adapter”, позволяющие агентам взаимодействовать с миром. Например, HTTP адаптер обеспечивает интерфейс с АВЕ через WWW.

Адаптеры, предусмотренные в этой версии, включают:

·       Time – будильник, который может запускать события, основанные на времени;

·       File – адаптер, позволяющий просматривать и обрабатывать файлы, расположенные на local-system или других серверах, к которым интеллектуальные агенты имеют доступ;

·       HTTP – адаптер, который запускает события, основанные на WWW-технологии.

·       Utilits – адаптер, который обеспечивает утилиты для обработки строк и арифметических операций и др.

Разработками по языку KIF занимается American National Standard, Computer Science Standford University (California 94305)

Пути внедрения CALS

На наш взгляд, можно указать три этапа внедрения CALS в жизнь.

1.       Использование информационных стандартов CALS для обмена данными между конкретными программными продуктами; для этого необходимо обеспечить совместимость программных продуктов со стандартами. На этом этапе мы сейчас и находимся.

2.       Создание централизованных структурированных хранилищ данных (Data Warehouse). Концепция Warehouse хорошо известна в мире, и здесь речь идет о том, чтобы DWH строить в соответствии с информационными CALS-стандартами, что обеспечит их универсальную совместимость.

3.       Создание и внедрение комплексных систем автоматизации и управления предприятием, построенных в соответствии со стандартом MANDATE. Комплексные системы автоматизации и управления предприятием сейчас также широко применяются, и речь идет только о создании новых версий таких систем, построенных уже в соответствии со стандартами CALS и использующих эти стандарты в работе.

В настоящее время ведутся опытные работы по созданию DWH, основанных на STEP. Например, это проект PIPPIN, осуществляемый в рамках программы ESPRIT IV, предусматривающий хранение данных о проектируемых предприятиях. В качестве образцов были выбраны два предприятия: комплекс нефтедобывающих участков в Северном море (проект ETAP) и реконструируемое фармацевтическое предприятие SAK. Данные о предприятиях будут соответствовать Протоколу 221 STEP. В России опытные работы по созданию DWH, содержащего конструкторскую информацию, ведутся, в частности, в рамках проекта CALS-AVIA-97.

Список литературы

1. Òàðàñîâ Â.Á.  Íîâûå ñòðàòåãèè ðåîðãàíèçàöèè è àâòîìàòèçàöèè ïðåäïðèÿòèé:  íà ïóòè ê èíòåëëåêòóàëüíûì ïðåäïðèÿòèÿì// Íîâîñòè èñêóññòâåííîãî èíòåëëåêòà.- 1996.-№ 4. - Ñ.40-84.

2. Шильников П.А., Овсянников М.В. Система электронной документации CALS – реальное воплощение виртуального мира. САПР и Графика // Компьютер Пресс, 1997.- ¹ 8.-С. 88-91.

3. Овсянников М.В., Шильников П.А. Глава семьи информационных CALS-стандартов ISO 10303 STEP САПР и Графика // Компьютер Пресс, 1997.- ¹ 11.

4. Буч Г. Объектно-ориентированное проектирование с примерами применения /Пер. с англ.-М.: Конкорд, 1992- 519 с.

5. Овсянников М.В. Информационная модель производственно-логистической системы в стандарте STEP. // Вестник МГТУ. Сер. Машиностроение. - 1995. - № 3. - С.17-21.

6.        Dmitrov V.,Kaganovich V., Ovsiannikov M. Information model of logistics manufactoring system., Changing the World with Advanced Technology Proc. 29th Annual Logistics Symposium.  Anaheim, California, August 15-17, 1994. p. 207-213.

7.        Guidelines for the Development and Approval of STEP Application Protocols, Version 1.1, ISO TC184/SC4/WG4 ¹ 66.

8.        ISO/DIS 10303-1 Industrial automation systems and integration - Product data representation and exchange - Part 1: Overview and fundamental principles.

9.        ISO/DIS 10303-11 Industrial automation systems and integration - Product data representation and exchange - Part 11: Description methods: The EXPRESS language reference manual.

10.      ISO/DIS 10303-41 Industrial automation systems and integration - Product data representation and exchange - Part 41: Integrated generic resources: Fundamentals of product description and support.