CC BY
108
УДК 519.7/6813
МЕТОДЫ РАЗРАБОТКИ ПРОЕКТНО-СИСТЕМНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ НА ОСНОВЕ ПЛАНОВО-УЧЕТНЫХ ЕДИНИЦ
© 2012 О.А. Верушкин
ФНПЦ ОАО "НПО "Марс", г. Ульяновск
Поступила в редакцию 29.06.2012
В статье произведен частичный обзор методов разработки проектно-системной документации на предприятии, изготавливающем автоматизированные системы управления, рассмотрена возможность использования системы документирования DocWIQA.net при разработке проектно-системной документации. Ключевые слова: документация проектно-системная, схема структурная, система документирования DocWIQA.net, формирование документа, модель дискретно-детерминированная.
Существование любой промышленной продукции немыслимо без технической документации. Любые технические средства, программы или сложные технические системы окружены документами все время: от замысла до утилизации. Невозможно представить себе создание хоть сколько-нибудь сложного технического решения без проектной документации, а применение без эксплуатационной. Информативная, полная, понятная, качественная техническая документация - залог успеха на всех этапах его жизненного цикла. Вместе с тем, разработка технической документации требует специфических знаний и умений, а также значительных трудозатрат.
К проектно-системной документации на корабельные автоматизированные системы управления можно отнести следующие документы:
- схема электрическая структурная;
- технические условия (проект);
- таблицасоединений.
Спецификой разработки проектно-системной документации являются жесткие требования ГОСТ, РД, СТП по оформлению, согласованию и сдаче в архив, что обуславливает сложность выбора и применения САПР.
Теперь более подробно рассмотрим процесс создания каждого из выше приведенных документов. Схема электрическая структурная - схема, определяющая основные функциональные части изделия, их назначение и взаимосвязи. Разрабатывается на стадии эскизного проектирования по техническому заданию и протоколам с внешними абонентами и необходима для общего ознакомления с изделием и дальнейшей проработки последующих документов. На данный период выполняется с использованием Microsoft Visio или Microsoft Word в виде условно графических обозначений и связей между ними. Пример вы-
Верушкин Олег Александрович, инженер. E-mail: mars@mv.ru
полнения части схемы электрической структурной приведен на рис. 1.
Технические условия (проект) - документ, содержащий требования (совокупность всех показателей, норм, правил и положений) к изделию, его изготовлению, контролю, приемке и поставке, которые нецелесообразно указывать в других конструкторских документах. В связи с тем, что технические условия представляют из себя текстовый документ, то наиболее рационально и целесообразно использовать для его разработки текстовый процессор, например: Microsoft Word. Текстовые процессоры имеют специальные функции, которые предназначены для облегчения ввода текста и представления его в напечатанном виде.
Таблица соединений - таблица, содержащая сведения о расположении технических средств, соединениях, местах подключения и другую информацию. Выпускается взамен схемы электрической соединений в виде самостоятельного документа. В связи с внедрением на предприятии системы документирования DocWIQA.NET, прорабатывается вопрос автоматизированной разработки части документации (в том числе и таблицы соединений) на изделия с использованием данной системы на основе вопросно-ответных протоколов.
Система документирования DocWIQA.NET позволяет осуществлять оперативную проверку проектно-системных решений с использованием типовых интерфейсных прототипов с возможностями выполнения внешней функциональности. Это позволяет:
- осуществить уточнение неясных требований;
- провести анализ осуществимости проекта и отдельных проектных решений;
- осуществить предварительное тестирование на ранних стадиях;
- продемонстрировать отдельные решения заказчикам и членам проектной группы;
- осуществить быструю генерацию шаблонных
Рис. 1. Выполнение части схемы электрической структурной
решений, которые могут быть в дальнейшем использованы в основной программной реализации;
- помочь в осуществлении выбора одного или нескольких проектных решений.
Комплекс средств автоматизированного составления документов DocWIQA.NET состоит из следующих функциональных модулей:
- подсистема вопросно-ответных шаблонов;
- подсистема составления шаблонов оформления документов;
- подсистема формирования документов;
- подсистема контекстных характеристик (взаимоувязки документов, шаблонов и данных).
Система предоставляет возможности по формированию шаблонов данных документов, шаблонов оформления документов, редактированию реальных данных, автоматическому формированию документов и передачи их во внешние приложения или выводу на печать.
Процесс составления шаблонов и экземпляров документа состоит в следующем:
- формирование шаблонов данных документа ( модуль QA - шаблоны) - 1 раз для каждого документа для проектной организации, на этом этапе формируются типовые вопросно-ответные структуры для каждого документа - по сути, определяется содержательная часть типового документа: разделы, главы, абзацы;
- формирование шаблона оформления документа - 1 раз для проектной организации - формирование внешнего вида документа, определение точек вставки содержательных частей в документ, их представление (шрифт, цвет, список и т.д.);
- перенесение шаблонов данных в вопросно-ответный протокол текущего реального проек-
та, внесение реальных данных - для каждого проектного решения. на этом этапе шаблоны содержательной части переносятся в область данных реального проекта (вопросно-ответный протокол), вместо шаблонных данных вносятся реальные данные конкретного проекта;
- формирование документа в плагине "проектные документы" (для каждого экземпляра документа);
- выбор задачи документирования в вопросно-ответном протоколе;
- выбор шаблона оформления;
- определение имени документа, его описания;
- генерация документа;
- просмотр документа, передача в систему документооборота, печать.
Связующим звеном между данными документа и его представлением выступают контекстные характеристики, которые приписываются содержательным частям документа и местам в шаблонах оформления, куда они должны быть вставлены.
Подсистема контекстной атрибутики предназначена для определения контекстов использования единиц вопросно-ответного протокола в средствах вопросно-ответного моделирования. Подсистема атрибутики A определяется входящими в нее атрибутами ai, представленными в древовидном виде A={a|, i=1..n, a={name, symname, description, P, ak}, name - название атрибута, description - описание для пользовательского режима, symname - уникальное символьное имя для использования в автоматическом режиме, P={pJ, i=1..n - множество параметров атрибута, где pt=<pname, ptype> pname - название параметра, ptype - тип параметра (целый, вещественный, строковый и т.д.), ak - дочерние атрибуты, где k=1..n.
Каждый атрибут самостоятелен и может быть назначен любому объекту системы (вопросно-ответной единице, документу, шаблону, методике и т.д.). При назначении N определяется однозначное соответствие атрибута a; объекту о.: N=<a, о., value, V>, где value - значение, приписываемое этому назначению, V={vg}, vg=<pt, pvalue>, pvalue = значение параметра для созданного назначения.
Подсистема атрибутики используется в двух режимах:
- пользовательский;
- автоматизированный.
В пользовательском режиме атрибуты позволяют члену проектной группы определить, в каком контексте используется объект, что он обозначает. Например, каждой вопросно-ответной единице приписывается множество стандартных атрибутов: время создания, автор, тип (задача, вопрос, ответ, мотив и т.д.), статус. При этом данная единица может использоваться в качестве шага методики, элемента документа, переменной в вопросно-ответной программе и т.д. Чтобы определить контекст использования единицы, ей может быть приписан соответствующий атрибут в пользовательском, "ручном" режиме.
В автоматизированном режиме модули и плагины вопросно-ответного процессора WIQA.NET определяют назначения атрибутов программным способом и используют эти назначения в своей работе.
В автоматизированном режиме атрибутика может быть использована для следующих целей:
- хранения служебной информации для плагинов, например: тип переменной, название которой хранится в тексте вопросно-ответной единицы; адрес вопросно-ответной единицы (идентификатор в базе данных), на которую ссылается QA-единица, которой приписан данный атрибут; с помощью этого варианта использования в QA-дереве становится возможным хранить графовые структуры;
- в системе документирования с помощью атрибутов могут быть помечены те вопросно-ответные единицы, которые могут быть использованы в качестве данных для вставки в шаблон документа;
- в подсистеме прецедентов атрибуты указывают те вопросно-ответные единицы, которые могут быть использованы в качестве входных данных для выбора прецедентом места его использования;
- атрибутика также может быть использована для реализации средств объектно - вопросно-ответных преобразований;
Подсистема контекстной атрибутики предназначена для реализации средств объектно -вопросно-ответного преобразования (OQAM,
Object-Question-Answer Mapping). Под механизмами OQAM понимаются схожие механизмы с объектно-реляционным преобразованием (ORM, Object-Relational Mapping), реализованным в технологиях LINQ To SQL, Entity Framework, Hibernate, NHibernate: автоматическое преобразование сущностей базы данных в объекты языка программирования (C#, Java) и генерация описания классов этих объектов на основе схемы базы данных.
В случае OQAM реализуются схожие механизмы, но применительно не к базам данных, а к средствам вопросно-ответного моделирования:
- экземпляры сущностей инкапсулированы во фрагментах вопросно-ответного протокола;
- необходима полуавтоматическая, ручная генерация описания классов, схемы данных.
Объектно-вопросно-ответные преобразования в самом общем виде предназначены для облегчения программного доступа к данным вопросно-ответного протокола, расширения семантики отдельных экземпляров объектов плагинов, в т.ч. обеспечение взаимодействия отдельных объектов путем установления связей между ними. Эти возможности могут быть успешно применены при реализации средств вопросно-ответного программирования, документирования, работы с метрическими показателями, ссылками на ресурсы, прецедентами и др.
Главным преимуществом средств OQAM по сравнению с аналогичными средствами в NetWIQA (Delphi) является возможность для конечного пользователя (а не системного программиста) определять новые классы в модели предметной области, изменять существующие, создавать экземпляры этих классов из разных источников, управлять ими, создавать собственную логику работы с ними.
Например: создадим класс "Документ", который содержит обязательные свойства "Название", "Автор", "Дата составления", "Уровень секретности". От этого класса может наследоваться другой класс "Техническое задание", который помимо свойств базового класса может содержать новые свойства: "Введение", "Основание для разработки", "Назначение разработки", "Требования к программе" и т.д. в соответствии с ЕСКД. Экземпляр класса "Техническое задание" - это конкретный заполненный документ. Причем данные для заполнения хранятся в вопросно-ответном протоколе, а описание классов - в подсистеме контекстной атрибутики. Пользователь в визуальном режиме определяет внешний вид документа, определяя места документа для включения в них свойств элементов. Сама система осуществляет автоматическую генерацию документа на основании определенных экземпляров документов, описании представления.
В подсистеме контекстных атрибутов реализованы средства для распределения атрибутов по приложениям. Т.е. каждому атрибуту должны быть поставлены в соответствие приложения (плагины), которые его используют. Также должны быть средства для контроля сущностей на уровне базы данных, которым могут быть приписаны дополнительные атрибуты.
Конкретный атрибут может быть назначен произвольной таблице (сущности) в базе данных, для этого для каждой такой таблицы динамически создается новая таблица для хранения значений атрибутов и значений их свойств, хранимые процедуры для доступа и контроля назначений.
Все описанное окружение может быть удалено с использованием визуальных средств.
В настоящее время доступны следующие возможности:
- древовидная структура атрибутов, пользовательский визуальный контроль для создания, назначения атрибутов;
- функционал по назначению, выборке, изменению атрибутов отдельным сущностям программы (необходимы визуальные средства);
- пользовательский контроль по назначению атрибутов ца-единицам и просмотра списка уже назначенных атрибутов;
- пользовательский контроль по назначению атрибутов ца-шаблонам и просмотра списка уже назначенных атрибутов;
- средства импорта/экспорта атрибутов в хт1 - файл;
- средства поиска сущностей, которым назначен определенный атрибут.
На данный момент определен перечень входных и выходных документов и их атрибутов (рис. 2).
Особенности математического аппарата при дискретно-детерминированном подходе разработки модели процесса формирования проект-но-системной документации рассмотрим на при-
мере использования теории автоматов. Теория автоматов — это раздел теоретической кибернетики, в котором изучаются математические модели — автоматы. На основе этой теории система документирования DocWIQA.NET представляется в виде абстрактно конечного автомата, перерабатывающего дискретную информацию и меняющего свои внутренние состояния лишь в допустимые моменты времени.
Представим автомат как некоторое устройство (черный ящик), на которое подаются входные сигналы и снимаются выходные и которое может иметь некоторые внутренние состояния. Конечным автоматом называется автомат, у которого множество внутренних состояний и входных сигналов (а, следовательно, и множество выходных сигналов) являются конечными множествами.
Абстрактно конечный автомат (англ. finite automata) можно представить как математическую схему (F-схему), характеризующуюся шестью элементами: конечным множеством X входных сигналов (входным алфавитом, к которому можно отнести следующие данные -перечень приборов, внешних абонентов, кабелей с соответствующими атрибутами); конечным множеством Y выходных сигналов (выходным алфавитом - это получаемая на выходе проектно-системная документация); конечным множеством Z внутренних состояний (внутренним алфавитом или алфавитом состояний нашей системы); начальным состоянием z0, z0 eZ; функцией переходов состояний р (z, x); функцией выходов w (z, x). Автомат, задаваемый F-схемой: F=<Z, X, Y, р, w, z0>,— функционирует в дискретном автоматном времени, моментами которого являются такты, т. е. примыкающие друг к другу интервалы времени, каждому из которых соответствуют постоянные значения входного и выходного сигна-
А
Рис. 2. Модель последовательности формирования документации
лов и внутренние состояния. Обозначим состояние, а также входной и выходной сигналы, соответствующие 1-му такту при 1=0, 1, 2, ..., через z(t), х(1), у(1). При этом, по условию, 7(0)=70, а 7(1) е Z, х(1) е X, у(1) е У
Абстрактный конечный автомат имеет один входной и один выходной каналы. В каждый момент 1=0, 1, 2, ... дискретного времени F-автомат находится в определенном состоянии 7(1) из множества Z состояний автомата, причем в начальный момент времени 1=0 он всегда находится в начальном состоянии 7(0)=70. В момент 1, будучи в состоянии 7(1), автомат способен воспринять на входном канале сигнал х(1) е X и выдать на выходном канале сигнал у(1) = у [7(1), х(1)], переходя в состояние 7 (1 +1)= р [7(1), х(1)], 7(1) е Z, у(1) е У. Абстрактный конечный автомат реализует некоторое отображение множества слов входного алфавита Х на множество слов выходного алфавита У. Другими словами, если на вход конечного автомата, установленного в начальное состояние 70, подавать в некоторой последовательности буквы входного алфавита х(0), х(1), х(2),... , т. е. входное слово, то на выходе автомата будут последовательно появляться буквы выходного алфавита у(0), у(1), у(2), ..., образуя выходное слово.
Таким образом, работа конечного автомата происходит по следующей схеме: в каждом 1-м такте на вход автомата, находящегося в состоянии 7(1), подается некоторый сигнал х(1), на который он реагирует переходом в (1+1)-м такте в новое состояние 7(1 + 1) и выдачей некоторого выходного сигнала. Сказанное выше можно описать следующими уравнениями: для F-автомата первого рода, называемого также автоматом Мили,
7(1+1) = Р [7(1), х(1)], 1 = 0, 1, 2, ...; (1) у(1) = у [7(1), х(1)], 1 = 0, 1,2, ...; (2) Таким образом, уравнения (1), (2) полностью задают F-автомат детерминированной системы 8 с входным поступающим дискретным сигналом X.
По характеру отсчета дискретного времени конечные автоматы делятся на синхронные и асинхронные. Данная модель относится к асин-Таблица 1. Описание работы F-автомата Мили таблицей переходов р и выходов у
хронному F-aвmoмату. Асинхронный F-автомат считывает входной сигнал непрерывно, и поэтому, реагируя на достаточно длинный входной сигнал постоянной величины х, он может, как следует из (1), (2), несколько раз изменять состояние, выдавая соответствующее число выходных сигналов, пока не перейдет в устойчивое, которое уже не может быть изменено данным входным сигналом.
Простейший табличный способ задания конечного автомата основан на использовании таблиц переходов и выходов, строки которых соответствуют входным сигналам автомата, а столбцы — его состояниям. При этом обычно первый слева столбец соответствует начальному состоянию 70. На пересечении 1-й строки и к-го столбца таблицы переходов помещается соответствующее значение р (7к, х1) функции переходов, а в таблице выходов — соответствующее значение у (7к, х1) функции выходов.
Описание работы F-автомата Мили таблицей переходов р и выходов у иллюстрируется в табл. 1.
Пример табличного способа задания F-автома-та Мили F1 с тремя состояниями, двумя входными и двумя выходными сигналами приведен в табл. 2.
При другом способе задания конечного автомата используется понятие направленного графа. Граф автомата представляет собой набор вершин, соответствующих различным состояниям автомата и соединяющих вершины дуг графа, соответствующих тем или иным переходам автомата. Если входной сигнал хк вызывает переход из состояния 71, в состояние 7., то на графе автомата дуга, соединяющая вершину 71, с вершиной 7., обозначается хк. Для того чтобы задать функцию выходов, дуги графа необходимо отметить соответствующими выходными сигналами. Для автоматов Мили эта разметка производится так: если входной сигнал хк действует на состояние 71, то, согласно сказанному, получается дуга, исходящая из 71 и помеченная хк; эту дугу дополнительно отмечают выходным сигналом у= у (71, хк) (рис. 3).
При решении задач моделирования систем часто более удобной формой является матричное задание конечного автомата. При этом
Таблица 2. Табличный способа задания F-автомата Мили F1 с тремя состояниями, двумя входными и двумя выходными сигналами
Переходы
г»
Л У1
Выхода
г»
Уí У1
ч
л л
Рис. 3. Граф F-автомата Мили с тремя состояниями, двумя входными и двумя выходными сигналами
матрица соединений автомата есть квадратная матрица С=||с. (3), строки которой соответствуют исходным состояниям, а столбцы -состояниям перехода. Элемент с.=хк/уз, стоящий на пересечении 1-й строки и .-го столбца, в случае автомата Мили соответствует входному сигналу хк, вызывающему переход из состояния г., в состояние г., и выходному сигналу уз, выдаваемому при этом переходе. Для автомата Мили F1, рассмотренного выше, матрица соединений имеет вид:
происходит под действием нескольких сигналов, элемент матрицы с представляет собой множество пар "вход-выход" для этого перехода, соединенных знаком дизъюнкции.
Для F-автомата Мура элемент с равен множеству входных сигналов на переходе (г., г.), а выход описывается вектором выходов (4), 1-я компонента которого — выходной сигнал, отмечающий состояние г..
г о)
¥( Ч ) ¥( гк )
У =
(4)
С =
х2У - х1 У1 х1 У1 - х2 / У2
V У 2 V У1 -Если переход из состояния г. в состояние г.
(3)
Алгоритм формирования таблицы соединений можно представить графологически (рис. 4).
Таким образом, вид конечного документа таблицы соединений следует представить также графологически в виде таблицы соединений по номеру кабеля (рис. 5).
В дальнейшем будут разработаны алгоритмы формирования других документов и созданы шаблоны документов.
Рис. 4. Алгоритм формирования таблицы соединений
Инв. Ne подл.
ПоОп u Oama
Подп. и dama
> СП
ш
<х> i-fc.
Продолжениетаблицы 1
Номер кабеля Откуда идет (H) Куда поступает (К) Данные кабаля Примечание
помещ прибор разъем (сальник) помещ прибор разъам (сальник)
401 ГРЩ АП TC3MM-6.3-82.QM5 (1) С1 КНРЭ 3x10 380 В
402 ГРЩ АП TC3MM-6.3-82 ОМ5 (2) С1 КНРЭ 3x10 380 В
403 АПС АП ОСВМГЛ-1-В2.0М5 Cl КНРЭ 3x10 380 В
404 АП TC3MM-6.3-82 ОМ5 (1) С2 АП 1 08Л Х14 КНРЭ 3x10 220 В
405 АП TC3MM-6.3-82.0М5 12) С2 АП 108Л Х15 КНРЭ 3x10 220 В
406 АП ОСВММ-1-82.QM5 сг АП 101АБ.01 XI, КНРЭ 2x6 220 В
407 АП 101АБ 01 Х5 АП 180П Д.01 (1) ХЗ КНР 16x1 220 В
408 АП 101АБ.01 Х6 АП 1 80П.Д.01 (2) ХЗ КНР 16x1 220 U
409 АП 1 08Л XI АП 180П Д.01 (1) XI КНРЭ 3x10 220 В
410 АП 1 08Л хз АП 180П Д.01 (1) Х.2 КНРЭ 3x10 220 В
411 АП 108Л хг АП 1 80П.Д.01 (2) XI, КНРЭ 3x10 220 В
412 АП 1 08Л Х4 АП 180П Д.01 (2) хг КНРЭ 3x10 220 В
413 АП 108Л Х5 ГКП 108Д.01 XI КМПВЭ 24x0,5-500
414 ГКП 108Д.01 хг АП 1 80П.Д.01 (1) Х28 КМПВЭ 14x0,5-500
415 ГКП 108Д.01 ХЗ АП 180П Д.01 (2) Х28 КМПВЭ 14x0,5-500
416 ГКП 108Д.01 XJ АП 101АБ.01 Х7 КМПВЭ 19x0,75-500
417 АП 180П Д 01 (1) Х31 АП 101АБ 01 ХЗ КУПЭВ 4х(2х0,35)э-250
Рис. 5. Внешний вид таблицы соединений
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем: учеб. для вузов. 3-е изд., переработанное и дополнен-ное.М.: Высшая школа, 2001. 343 с.
2. Соснин П. И Вопросно-ответное программирование челове-ко-компьютерной деятельности. Ульяновск: "ЖТХ 2010. 240 с.
3. ГОСТ 2.701-2008 ЕСКД. Схемы виды и типы. Общие требования к выполнению
4. ГОСТ 2.114-95 ЕСКД. Технические условия
METHODS DEVELOPMENT PROJECT-SYSTEM DOCUMENTATION BY USING PLANE-ACCOUNTING UNIT
© 2012 O.A. Verushkin
Federal Research and Production Center of JSC "NPO" Mars ", Ulyanovsk
The article made a partial review of the methods of design and development of system documentation for companies that make automated control systems, the possibility of using the system DocWIQA.net documenting the development of design and system documentation.
Keywords: design and documentation system, the circuit structure, the system documentation DocWIQA.net, document generation, model discrete deterministic
Oleg Verushkin, Engineer. E-mail: mars@mv.ru
