ИНТЕГРАЦИЯ ОСНОВНЫХ СТАТИЧЕСКИХ СТРУКТУР НА ЭТАПЕ ИНФОЛОГИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

DOI 10.36622/VSTU.2022.18.1.008 УДК 658.512:001.8:004

ИНТЕГРАЦИЯ ОСНОВНЫХ СТАТИЧЕСКИХ СТРУКТУР НА ЭТАПЕ ИНФОЛОГИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

О.В. Новоселова, А.С. Сидоров Московский государственный технологический университет «СТАНКИН», г. Москва, Россия

Аннотация: затронуты проблемы, связанные с разработкой сложных автоматизированных систем. Целью является разработка метода интеграции описаний инфологических структур в виде диаграмм на этапе инфологического моделирования при проектировании автоматизированных систем. Инфологическое модельное представление является проектом автоматизированной системы, которая разрабатывается для решения проектных расчетных задач в вычислительной среде. Этап инфологического моделирования является этапом проектирования автоматизированных систем по методологии автоматизации интеллектуального труда. Инфологическое модельное представление не зависит от платформы реализации автоматизированной системы. Описание инфологического модельного представления включает формы (спецификации) и диаграммы для каждой составляющей: статической, динамической, функциональной и модели в целом. Для выполнения поставленной цели были использованы материалы, описывающие методологию автоматизации интеллектуального труда, а также метод проектирования автоматизированных систем - метод инфологического моделирования. При разработке метода интеграции были исследованы особенности построения диаграмм и формирования спецификаций при создании инфологической структуры, на основе которых определены метод и методика интеграции описаний статических составляющих для моделей-проектов автоматизированных систем, выполняющих расчетные задачи при проектировании объектов машиностроения. Интеграция графических описаний инфоло-гических структур (диаграмм) позволяет сформировать полное представление статической составляющей для сложной автоматизируемой системы на этапе ее проектирования, что способствует устранению дублирования элементов при развитии системы. Необходимо отметить, что правильность формируемого инфологического представления определяет в дальнейшем рациональность организации информации и ее обработки в вычислительной среде

Ключевые слова: автоматизация интеллектуального труда, проектная задача, инфологическая структура, интеграция диаграмм

представление описывает проект автоматизированной системы (АС), не зависящий от платформы реализации.

Далее в статье будем рассматривать представление предметных задач на этапе инфологического моделирования [1, 7].

Инфологическое модельное представление включает следующий набор составляющих:

- инфологическая структура (статическая составляющая) - отражает состав и структуру статических элементов модели;

- система предметных доступов (динамическая составляющая) - определяет порядок работы с инфологической структурой, связанный с действиями по считыванию и записи атрибутов, необходимых для реализации алгоритма;

- система предметных манипуляций (функциональная составляющая) - показывает алгоритм работы проектируемой системы и наборы атрибутов для каждого действия алгоритма;

- модель в целом определяет взаимосвязь инфологической структуры, систем предметных доступов и манипуляций.

__В процессе моделирования описание ин-

© Новоселова О.В., Сидоров А.С., 2022 фологического модельного представления вы-

Введение

Методология автоматизации интеллектуального труда (МАИТ) [1, 2] разработана в России, на кафедре информационных технологий и вычислительных систем в МГТУ «СТАНКИН». МАИТ определяет промышленный способ создания автоматизированных систем и позволяет описывать многоуровневую информационную структуру и сложные формализованные алгоритмы. К такому типу задач относятся расчетные задачи, выполняемые при проектировании технических объектов [3, 4, 5, 6].

Создание автоматизированной системы по МАИТ включает следующие этапы моделирования: начальный, концептуальный, инфоло-гический и даталогический.

Начальное модельное представление описывает действия предметного специалиста, выполняющего решение задачи.

Концептуальное модельное представление определяет структуру понятий предметной области и систему ограничений для автоматизируемой задачи. Инфологическое модельное

полняется в виде диаграмм и спецификаций -для статической составляющей в виде диаграммы инфологической структуры, а также спецификаций Р1 и Р2.

При работе со сложными проектными задачами, в том числе расчетными, сначала декомпозируют комплекс задач на подзадачи. Комплекс и подзадачи фактически являются проектами автоматизированной системы и подсистем, выполняющих работу за специалиста в вычислительной среде. В дальнейшем формируют инфологические модельные представления, отражающие проекты автоматизированной системы и каждой подсистемы. Чтобы получить полное описание автоматизированной системы, выполняют интеграцию описаний подсистем в описание системы [7].

Метод интеграции графических описаний инфологических структур

Общие правила интеграции описаний основных статических структур модельных представлений заключаются в следующем: интеграцию необходимо выполнять для табличного и графического описаний отдельно; интеграция проводится по уровням инфологической структуры; после получения результирующего опи-

сания необходимо выполнить перекодировку элементов.

На этапе проектирования АС интеграция инфологических модельных представлений объектного уровня «-предметной задачи определяется следующим образом [7, 8, 9] (рис. 1):

Щ п) = Ощ (п)

(1)

и включает в себя «совокупность интеграций множеств структурных единиц (2), множеств статических отношений (3), множеств функциональных отношений (4), множеств динамических отношений (5) и отношений, описывающих взаимосвязи статической, функциональной и динамической составляющих (6)» [7].

Щ (п ) = О Щ (п) .

I=1

т

DE (п ) = О DEi (п).

I=1

т

ZJ (п ) = О ZJi (п) .

i=1 т

& (п) = О QI1 (п).

i=l т

RЩ (п) = ОRЩ (п).

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

Рис. 1. Структура процедур интеграции инфологических модельных представлений по составляющим

В работе был исследован процесс интеграции инфологических структур, описанных в графическом виде - в виде диаграмм.

Описания и сложной автоматизированной системы, и каждой подсистемы включают ин-фологическую структуру - проектное пред-

ставление организации информации в вычислительной среде, которая состоит из множества структурных единиц и множества статических отношений. Инфологическая структура организована как многоуровневая конструкция, в со-

ставе которой определены следующие структурные единицы (рис. 2):

- типа «информационный модуль» (ИСЕ типа «ИМ»);

- типа «информационная сущность» (ИСЕ типа «ИС»);

- типа «информационный атрибут» (ИСЕ типа «ИА»).

Каждый уровень (рис. 2) раскрывается набором именованных информационных модулей (модуль является аналогом базы данных), состоящих из совокупности именованных информационных сущностей (сущность является аналогом отношения). Каждая из именованных информационных сущностей включает набор именованных информационных атрибутов [1, 8].

Рис. 2. Инфологическая структура на объектном уровне

Для формирования инфологических структур определяют следующие типы связей: бинарные и тернарные. Связи бинарного типа подразделяются на виды: «состав», «упорядочивание», «компоновка». Каждая тернарная связь представлена тройкой структурных единиц соответствующего уровня или так называемой элементарной схемой структурных единиц. Множество элементарных схем, которые имеют общую пару структурных единиц «ИМ-ИС», образует схему. Между схемами можно определить бинарные связи вида «упорядочивание», «состав», «компоновка». Это является производной инфологической структурой [1, 8].

Интеграция описаний инфологических структур в виде диаграмм осуществляется по уровням, определяемым структурными единицами типа «ИМ», «ИС», «ИА» на 1, 3 и 5 уровнях. Выполнение процесса интеграции инфоло-гических структур начинается с верхнего уровня «ИСЕ - «ИМ-1» и осуществляется по уровням.

Произведем интеграцию диаграмм инфо-логических (статических) структур

(L2(и),De2(п)), (L2( т), De2(т)). При этом (L2( т), De2( т)) - статическая структура под-

системы, интегрируемой в автоматизированную систему с инфологической структурой

( L2( и), De2( и)) [9]. В результате слияния структур получается новая инфологическая структура ( L2( и)*, De2( и)* ), с единой кодировкой, включающая в себя (L2(и), De2(и)), (L2(m), De2(m)) (7).

( L2( и)*, De2( и)* ) =

V ' . (7)

= ( L2( и), De2( и)) U( L2( m), De2( m))

Так как выполняем интеграцию (слияние) разных диаграмм инфологических структур, то необходимо ввести индексы, которые будут определять элементы соответствующей инфологической структуры - и, m. Для упрощения описания инфологических структур введём соответствующие обозначения именованных

а

структурных единиц: сир - именованная струк-

а /т

турная единица и-подзадачи, cmp ст.р - именованная структурная единица m - подзадачи, где о - тип структурной единицы (p - информационный модуль, q - информационная сущ-

ность, r - информационный атрибут) и р - уровень сложности структурной единицы.

На первом шаге определяется исходная инфологическая структура - диаграмма n-й системы, описывающей комплекс задач, и интегрируемая в нее инфологическая структура -диаграмма m-й подсистемы.

Далее процесс интеграции выполняется на каждом уровне. Алгоритм интеграции на каждом уровне идентичен.

Графическая интерпретация интеграции инфологических структур для уровня структурных единиц типа «Информационный атри-бут-1» приведена на рис. 3.

Формальное описание интеграции инфо-логических структур для уровня структурных единиц типа «Информационный атрибут-1»:

r r rr

то есть спл = спл, ..., спса = спса

r r

cm, = сп,

cl с(а+1) :

г г*

ст = сп, >

• • • ? с<р с(а+<р) *

При слиянии на данном уровне если ИСЕ типа «Информационный атрибут - 1» семанти-

чески

r r

сп. = cm. и

Если cnl ={aíл,..., спс„}:

{сmrл,..., m}, '

г \ г

emc ={ст.

то

сп

=п и

\om,.

(8)

одинаковы

: LC (n)' C (n) = {(cn^,cnrci) | cnbf e C\ (n)',

onrci e C (n)},LCqb (n)' C (m) = {(c<,cmj) |

| cnbj eCq (n) ,m eCr (m)}, то в итоговую диаграмму попадет атрибут, принадлежащий ис-

r r'

ходной диаграмме, - cnci ^ cnci , в противном случае в итоговую диаграмму попадают оба атрибута: cnrci, cncj .

После интеграции диаграмм на уровне типа «Информационный атрибут - 1» осуществляется перекодировка и восстановление связей

«*

с уровнем выше - ац .

Рис. 3. Графическая интерпретация интеграции структурных единиц инфологических структур на уровне типа

«Информационный атрибут-1»

В результате выполнения процесса интеграции на каждом уровне выполняются следующие действия: формируется полный набор структурных единиц для автоматизированной системы, объединяющий структурные единицы исходной и интегрируемой инфологических

структур, проводится перекодировка структурных единиц и восстановление связей со структурными единицами уровнем выше.

Заключение

1. Методология автоматизации интеллектуального труда основывается на когнитивном подходе, семиотическом и его развитии. Она предлагает промышленный способ создания автоматизированных систем. Это позволяет поэтапно формировать модельные представления предметной задачи (начальное, концептуальное) и будущей автоматизированной системы (инфологическое, даталогическое) в виде диаграмм и спецификаций.

2. Инфологическое модельное представление определяет проект автоматизированной системы, независимый от программно-технической среды и средств ее реализации. Следует отметить, что правильность формируемого инфологического представления определяет в дальнейшем рациональность организации информации и ее обработки в вычислительной среде.

3. Интеграция описаний инфологических структур позволяет сформировать единое представление статической составляющей для сложной автоматизированной системы на этапе ее проектирования, что способствует устранению избыточности и дублирования элементов при развитии (расширении) системы.

Литература

1. Волкова Г.Д. Методология автоматизации интеллектуального труда. М.: Янус-К, 2013. 104 с.

2. Волкова Г.Д. Теория и практика автоматизации интеллектуального труда. M.: Янус-К, 2020. 104 с.

3. Medvedev V., Volkov A., Biryukov S. Automation of technological preproduction of straight bevel gears// Mechanisms and Machine Science. 2020. Vol. 81. pp. 133155.

4. Egorov O.D., Bujnov M.A. Analysis of mechanisms based on their structural and constructive redundancy// Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2018. Vol. January. Issue 2. pp. 177-181.

5. Reliability in gear shaping/ V.A. Grechishnikov, R.M. Khusainov, S.Y. Yurasov, R.R. Khaziev //Russian Engineering Research. 2016. Vol. 36. Issue 9. pp. 791-795.

6. Brovkina Y.I., Sobolev A.N., Nekrasov A.Y. Research of characteristics and parameters of cycloidal gear. Lecture Notes in Mechanical Engineering (9783319956299),

2019. р. 1169-1179.

7. Сидоров А.С. Интеграция описаний динамических составляющих концептуальных модельных представлений // Информационные технологии в моделировании и управлении: подходы, методы, решения: сб. науч. ст. II Всерос. науч. конф. с междунар. участием. В 2 ч. Тольятти: Издатель Качалин Александр Васильевич, 2019. Ч. 1. С. 570-576.

8. Волкова Г.Д., Новоселова О.В., Семячкова Е.Г. Проектирование прикладных автоматизированных систем в машиностроении: учеб. пособие. М.: МГТУ «Станкин», 2002. 162с.

9. Новоселова О.В., Сидоров А.С. Интеграция модельных представлений, формируемых при разработке автоматизированной системы // Перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении: сб. науч. ст. 5-й Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. / отв. ред. Горохов А.А. Курск: Юго-Зап. гос. ун-т, 2020. С. 193 - 195.

10. Новоселова О.В., Сидоров А.С. Интеграция описаний инфологических модельных представлений // Наука сегодня: вызовы и перспективы: материалы междунар. науч.-практ. конф. Вологда: ООО «Маркер»,

2020. С. 74-77.

Поступила 11.01.2022; принята к публикации 21.02.2022 Информация об авторах

Новоселова Ольга Вячеславовна - канд. техн. наук, доцент кафедры информационных технологий и вычислительных систем, Московский государственный технологический университет «СТАНКИН» (127055, Россия, г. Москва, Вадковский пер., д. 3а), тел. +7(985)773-63-33, e-mail: ol.novoselova@stankin.ru

Сидоров Антон Сергеевич - аспирант кафедры информационных технологий и вычислительных систем, Московский государственный технологический университет «СТАНКИН» (127055, Россия, г. Москва, Вадковский пер., д. 3а), тел. +7(916)683-91-77, e-mail: a.sidorov@stankin.ru

INTEGRATION OF BASIC STATIC STRUCTURES AT THE STAGE OF INFOLOGICAL

MODELING

O.V. Novoselova, А^. Sidorov

Moscow State University of Technology «STANKIN», Moscow, Russia

Abstract: the article discusses the process of integrating descriptions of static structures in the form of diagrams and specifications at the stage of infological modeling in the design of automated systems. The infological model representation is a project of an automated system that is being developed to solve design computational problems in a computing environment. The stage of infological modeling is the stage of designing automated systems according to the methodology of automation of intellectual work. Infological model representation does not depend on the implementation platform of the automated system.

The description of the infological model view includes forms (specifications) and diagrams for each component: static, dynamic, functional and the model as a whole. The article provides the integration of descriptions in the form of diagrams for the static components of infological model views. For this, the features the formation of diagramms and specifications when creating an infological structure were investigated, on the basis of which the method and methodology for integrating descriptions of static components for model-projects of automated systems that perform computational tasks in the design of mechanical engineering objects were determined

Key words: the automation of intellectual labor, design task, infological structure, integration of diagramms

References

1. Volkova G.D. "Methodology for automating intellectual labor" ("Metodologiya avtomatizatsii intellektual'nogo truda"), Moscow: Yanus-K, 2013, 104 p.

2. Volkova G.D. Theory and practice of automation of intellectual labor ("Teoriya i praktika avtomatizatsii intellektual'nogo truda"), Moscow: Yanus-K, 2020, 104 p.

3. Medvedev V., Volkov A., Biryukov S. "Automation of technological preproduction of straight bevel gears", Mechanisms and Machine Science, 2020, vol. 81, pp. 133-155.

4. Egorov O.D., Bujnov M.A. "Analysis of mechanisms based on their structural and constructive redundancy", Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti, 2018, vol. 2018-January, issue 2, pp. 177-181.

5. Grechishnikov V.A., Khusainov R.M., Yurasov S.Y., Khaziev R.R. "Reliability in gear shaping", Russian Engineering Research, 2016, vol. 36, issue 9, pp. 791-795.

6. Brovkina Y.I., Sobolev A.N., Nekrasov A.Y. "Research of characteristics and parameters of cycloidal gear", Lecture Notes in Mechanical Engineering, 2019, 9783319956299, pp. 1169-1179.

7. Sidorov A.S. "Integration of descriptions dynamic components of the conceptual model representations", Proc. of the II All-Russian Sci. Conf. with the Int. Participation: Information Technologies in Modeling and Management: Approaches, Methods, Decisions (Informatsionnye tekhnologii v modelirovanii i upravlenii: podkhody, metody, resheniya: sb. nauch. st. II Vseros. nauch. konf. s mezhdunar. uchastiem), part 1, 2019, pp. 570-576.

8. Volkova G.D., Novoselova O.V., Semyachkova E.G. "Design of applied automated systems in mechanical engineering" ("Proektirovanie prikladnykh avtomatizirovannykh sistem v mashinostroenii"), MSUT STANKIN 2002, 162 p.

9. Novoselova O.V., Sidorov A.S. "Integration of model representations generated during the development of an automated system", Prospects for the Development of Processing and Equipment in Machine-Building: proc. of the 5th All-Russian Sci. and Technical Conf. with Int. Participation (Perspektivy razvitiya tekhnologiy obrabotki i oborudovaniya v mashinostroyenii: sb. nauch. st. 5-y Vseros. nauch.-tekhn. konf. s mezhdunar. uch.), South-West State University, 2020, pp. 193-195.

10. Novoselova O.V., Sidorov A.S. "Integration of descriptions of infological model representations", Science Today: Challenges and Prospects: Proc. the Int. Sci. and Practical Conf. (Perspektivy razvitiya tekhnologiy obrabotki i oborudovaniya v mashinostroyenii: sb. nauch. st. 5-y Vseros. nauch.-tekhn. konf. s mezhdunar.), Vologda: Marker, 2020, pp. 74-77.

Submitted 11.01.2022; revised 21.02.2022 Information about the authors

Ol'ga V. Novoselova, Cand. Sc. (Technical), Associate Professor, Moscow State University of Technology «STANKIN» (3a Vadkovsky per., Moscow 127055, Russia), tel.: +7 (985)773-63-33, e-mail: ol.novoselova@stankin.ru

Anton S. Sidorov, graduate student, Moscow State University of Technology «STANKIN» (3a Vadkovsky per., Moscow 127055, Russia), tel.: +7 (916)683-91-77, e-mail: a.sidorov@stankin.ru