Модель представления процессов проектирования технических объектов Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Оценка эффективности создания архитектурного каркаса была проведена при создании симуляторов Motorola 68000 и PDP-11. В результате разработки общая часть симуляторов составила 4000 операторных строк. Специфичная часть симулятора М68000 составила 4354 операторных строк, а симулятора PDP-11 - 3320. Таким образом архитектурный каркас в симуляторе М68000 составил около 48% от общего кода, а в симуляторе PDP-11 -около 55%. Motorola 68000 и PDP-11 относятся к так называемым ортогональным архитектурам и имеют существенно пересекающиеся множества операций над 8-битными и 16-битными данными. Оценка возможностей использования этого факта показала, что включение программных функций по реализации этих операций в архитектурный каркас увеличило бы степень повторного использования кода еще примерно на 5-7%, однако при этом существенно ухудшились бы параметры быстродействия и читабельности программы. Таким образом, ортогональность и близость операций не сыграли существенной роли в расширении архитектурного каркаса, хотя ее значение в повышении производительности труда программиста все же заметно, т. к. многие программно-технические решения по реализации командного цикла для М68000 были впоследствии использованы с соответствующими модификациями в симуляторе PDP-11.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Негода В. Н. О построении учебно-исследовательской системы функционально-логического моделирования микропроцессорных систем //Вестник УлГТУ. Сер. Информационные технологии. - 1998. - №3.

2. Негода В. Н. О контроле деятельности обучаемого в учебной САПР микропроцессорных систем //Вестник УлГТУ. Сер. Информационные технологии. - 2000. - №3.

3. Буч Г. Язык иМЬ. Руководство пользователя / Г.Буч, Д.Рамбо, А. Джекобсон. - М.: ДМК, 2000.

4. Гамма Э. Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования / Э. Гамма, Р. Хелм, Р. Джонсон, Дж. Влиссидес. -СПб.: Питер, 2001.

5. Ларман К. Применение иМЬ и шаблонов проектирования / К. Ларман. - М.: Изд. дом «Вильяме», 2001.

6. Боэм Б. У. Инженерное проектирование программного обеспечения / Б.У.Боэм.- М: Радио и связь, 1985.

Негода Виктор Николаевич, доктор технических наук, окончил радиотехнический факультет Ульяновского политехнического института. Профессор кафедры «Вычислительная техника» (ВТ) УлГТУ. Имеет статьи и монографии в области проектирования микропроцессорных систем, автоматизации обучения и сетевых технологий.

УДК 658.512.22

А. Ф. ПОХИЛЬКО, А. А. МАСЛЯНЦЫН

МОДЕЛЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Описывается модель, позволяющая хранить, модифицировать и обобщать процессы проектирования технических объектов.

ВВЕДЕНИЕ

Ранее, в работе [1] показаны недостатки современных информационных систем поддержки конструкторского проектирования (САПР, РЭМ), заключающиеся в отсутствии представлений процессов проектирования технических объектов. В работах [2, 3] описаны общие принципы представления процессов проектирования и концепции построения . информационных систем, реализующих эти задачи. В этой работе рассматриваются вопросы архитектуры

программного средства поддержки работы с процессами проектирования технического объекта на основе концепции многоагентной системы, его место в информационной среде автоматизированного

рабочего места конструктора, описана графовая модель, позволяющая накапливать и модифицировать методики проектирования отдельно взятого технического объекта.

СИСТЕМНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О ПРОЦЕССЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА

Для системного представления о процессе проектирования технического объекта необходимо

рассматривать совокупность (0,11 [1], где О-

объект; I) - субъект; Р - процесс и £ -информационная среда проектирования.

Результат проектирования - представление

ооъекта проектирования в форме

комплекта технической документации, оговоренной

стандартами и включающей в себя графические бг, табличные ТЬ и текстовые документы Тх. С системной точки зрения такое представление объекта является целостным. Носителем же представлений о целостности аспектов Ог,ТЬ,Тх является субъект и.

При неавтоматизированном проектировании (среда 5 - отсутствует) субъект С/, реализовав в своей интеллектуальной деятельности процесс Ру фиксирует в технической документации полученные решения.

При использовании средств автоматизации, образующих информационную среду процесс Р распределяется между субъектом и и средой состав и свойства которой определяют степень сохранения в £ представлений о целостности результата

проектирования

С учетом сказанного можно утверждать, что для системного представления о проектировании технического объекта в информационной среде необходимо выделить следующие механизмы: ® создание технического объекта

в среде 5 и композиция его

графических, табличных и текстовых аспектов в виде технической документации;

® фиксация и представление

последовательности состояний объекта и событий, приводящих к целенаправленному переходу между состояниями.

КОМПОНЕНТЫ ИНФОРМАЦИОЬШОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАБОЧЕГО МЕСТА

КОНСТРУКТОРА

Современные САПР предоставляют

конструкторам системы, сочетающие в себе самые разнообразные возможности (инженерные расчеты, Зё-моделированяя, различные методики

конструирования). Результаты такой деятельности представляют собой схемы, чертежи программы для станков ЧПУ в различных форматах.

В системах управления технической документацией (РВМ-продуктах) создаются базы знаний, инкапсулирующих всю существующую конструкторскую документацию об изделии. В них также созданы системы менеджмента данных.

В настоящее время вышеозначенные информационные системы фиксируют лишь конечный результат проекта, упускал подробное описание процесса его конструкторской деятельности [1, 2], т.е. реализуют лишь первый механизм системного представления технического объекта.

Исходя из сказанного, на сегодняшний день актуально создание систем с возможностями динамического отображения проектной деятельности с целью накопления, модификации и обобщения типовых методик проектирования. Сохраняя последовательность получения результата, мы имеем возможность, при равных условиях, повторить результат, вмешаться в процесс, а в идеале -совершенствовать сам процесс и, соответственно, результат.

Место подобных систем - расширение возможностей систем САПР, с одной стороны, и дополнительных, объединяющих документов, хранимых в системах управления информацией об изделии (РБМ) с другой стороны.

Такой подход к представлению проектной деятельности предъявляет следующие требования интеграции к информационной системе.

Модульность. С точки зрения объектно-ориентированного программирования (ООП) за различные аспекты представления объекта должны отвечать различные модули. В каждом из таких модулей должна инкапсулироваться

функциональность, связанная с одним из аспектов представления, например за графическое представление, должен отвечать графический моделлер. Модульность построения создает предпосылки для выполнения очередного требования.

Интероперабельность. Это повторное использование существующей функциональности. Современные технологии позволяют использовать функциональность ядра существующих

информационных систем. И С твердотельного моделирования ЗоНс^огкБ предоставляет свой программный интерфейс и позволяет использовать все свои функции как библиотечные при построении более сложных систем. Выполнение перечисленных требований позволяет создавать гибкие системы, поддерживающие реинжениринг проектной деятельности в ИС.

ОБОБЩЕННАЯ АРХИТЕКТУРА ПРОГРАММНОГО СРЕДСТВА И ОРГАНИЗАЦИОННАЯ СТРУКТУРА

В РАБОЧЕЙ ГРУППЕ

Рабочие группы конструкторов представляют собой расширяемую многоагентную систему, в которой агентами являются программные средства, выполняемые на рабочих станциях пользователей.

В такой многоагентной среде выделяется, по меньшей мере, следующие два типа агентов: агент-конструктор и агент-руководитель. Все данные, принадлежащие агентам, сохраняются с использованием клиент-серверной технологией на сервере рабочей группы. Таким образом, третьим типом агента в такой системе является агент-хранитель, представляющий собой SQL-сервер.

Примем следующее определение агента: агент

^ё == (^1 5 ' • • • > Оп 1 5 9 • • • э ) —

самостоятельный процесс, выполняемый

параллельно, имеющий определенное состояние и

знания о заданных объектах О •, поведение которого

определяется множеством методов ¥•, способный

взаимодействовать с другими агентами посредством передачи сообщений и обладающий рядом свойств:

© автономность: агент способен

функционировать без прямого вмешательства человека и обладает определенной способностью контролировать свои действия и внутреннее состояние;

Агент (специализация 1) \

СЕЛ

АРМ

Аге*т 1 1

□

и

Агент 1 2

АРМ

п .1 г-.1 5Г'-

Агент

/ Агент (специализация 2)

АРМ

/ Агент (специализация Ы)

Агент 2.1

I

АРМ

Агент 2.2

ж

АРМ

п

Агент г N^2

АРМ

А'снт N.1

I

АРМ

■н-

Агент N.2 —

□

аз

АРМ

п

Агент N

ш

АРМ

Рис. 1. Обобщенная организационная структура агентов-конструкторов

• реактивность: агент ооладает спосооностью воспринимать среду (пользователя, коллекции гетерогенных агентов) и адекватно реагировать в определенных временных рамках на происходящие изменения;

• активность: агент не просто реагирует на изменения среды, но и обладает целенаправленным поведением и способностью проявлять инициативу;

© вместе с тем агент функционирует так же и под управлением человека, а также сохраняет все его действия, касающиеся его конструкторских разработок.

Это определение специализированно для наших целей и удовлетворяет общепринятому, которое можно найти в [4].

Агенты реализуются соответствующими

программными средствами и строятся с использованием объектно-ориентированного

подхода. На рис.1 представлена обобщенная организационная структура функционирования агентов-конструкторов в многоагентной среде.

МОДЕ! IЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА

Обозначим через а/ - множество возможных действий субъекта Ц в среде Тогда, с точки зрения 5Т, системное представление технического объекта -

совокупность (0(Сг, ТЪ, Тх\ Лg(U),P, 5), где

) - функция, принимающая значения из а/,

реализующая действия субъекта и. Для субъекта и процесс Р - типовая методика проектирования технического объекта О.

Обозначим через РР - реализацию некоторого процесса Р (или протокол построения технического объекта О). РР - множество предикатов

р^а^В^Ь;) следующего вида:

\рг (л>Ц,1$=1..л-1}и (А) и {рп ,

а: е ос/

где

действие,

- элементарное Д = |<с/.,д.. .} - набор данных, связанных с операцией а{; Ь; = , /. ,..., 1пи ] - условия

применения предиката р{ {а{> Д # РР = п -длина реализации процесса (далее - процесса); р.(А>ВьЬ) или РР]: р.(А>В,Ь) - предикат,

осуществляющий отображение Ах ОхЬ в {ОД}, задает некоторое элементарное действие субъекта в процесса РР-, связанное с определенным набором

данных и условий. По построению, предикаты возвращают 1 и могут также рассматриваться, как набор фактов для некоторой экспертной системы.

р1(а1.011Ц)

р2(а2,02,Ц)

Г

- -

р^^А-Ци)

Рис. 2. Представление процесса проектирования технического объекта в виде орграфа

РААлД-и)

р1(а1,0Г2,1и)

р2(а2,02,1.2)

> • •

У

Рис. 3. Представление двух процессов проектирования технических объектов

1:Р1(аг01.г11.1)

1:р1(а1,0,2.112)

I

1:р2(а2,021.Ь21)

2:р2(э2,02>1,1г1)

2:р2(а2.02 2,12 2)

I

2:Рз(аЗ'°31'Ц.1)

V

1:р4(а4,042Х42)

I

1:р4(а4,04>3Х43)

Г

Рис.4. Пример графа, моделирующего проектную деятельность технического объекта

На РР определено отношение следования (или порядка [5]) « —>», являющегося линейным порядком на множестве (антисимметричность и транзитивность показана в [5, 6]). В виде орграфа РР выглядит, как показано на рис.2.

Приняв РР за методику проектирования технического объекта, создание нового объекта, отличающегося лишь изменением данных на втором элементарном действии,графически иллюстрировано на рис.3.

Далее следует серия определений.

Предикаты РР} :р{(а{,и

РР2 : р -{а ), для которых выполняется

состояниями

в

процессе и

равенство а{ = а., при Ф В. и V{ Ф I] ., будем

называть унипар(¡метрическими.

Реализацию процесса РРХ будем называть

шаблоном для процесса РР1, если

УРР^.рХа^ьХ

1 = 0.л 3РР2 :|=у\ а{

П. Ф Dj, Ф и у. Иначе говоря, процессы,

равные с точностью до унипараметрических предикатов, будем называть шаблонными.

В практическом смысле на основе шаблона процесса проектирования технического объекта можно создать новый типовой объект, обладающий заданными свойствами.

Набор из т шаблонов для реализации типового технического объекта может быть представлен уже в

виде графа (г = (V> Ё}, где

V = {р^, Д.,1(.)б РР;\г = 0.= 1 ...т)

~ множество вершин или узлов и множество ребер

Е = Е'иЕ\ 'где Е' = {{р1,р^р1>р]еУ} -

множество направленных ребер, определяющих

переходы между проектирования

Е — {

множество ненаправленных ребер, объединяющих унипараметрические предикаты, имеющие равные индексы в соответствующих процессах.

Таким образом, построена модель для описания проектной деятельности в информационной среде для типового технического объекта. На практике это означает возможность динамического отображения проектной деятельности с целью накопления, модификации и обобщения типовых методик проектирования. Пример графа, моделирующего проектную деятельность, приведен на рис.4.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рассмотренная архитектура программного средства - компоненты информационной среды автоматизированного рабочего места конструктора -позволяет накапливать, модифицировать и обобщать типовые методики проектирования технических объектов в условиях работы в рабочей группе, что приводит к следующим ключевым положительным эффектам:

® сохранение и использование эмпирического

опыта конструкторов; ® повышение гибкости представления

проектной документации; • сокращение экономических издержек, связанных с естественной сменой кадров на предприятии; ® организация работы в рабочей группе на

уровне информационной системы. Представленная расширяемая модель на основе теории графов позволяет организовать хранение и модификацшо комплекса методик проектирования типовых проектов в СУБД. Такое представление процессов проектирования открывает возможность

для анализа и решения новых задач, связанных с конструированием объектов, например:

« встраивание подпроцессов в текущие проекты;

* определение связей между отдельными

узлами изделий; © задачи, связанные с управлением и распределением работ в рабочих группах.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Похилько А. Ф. Технология представления проектной деятельности в интегрированной среде САПР// Вестник УлГТУ. Сер. Информационные технологии - 2000. - №3.

2. Похилько А. Ф. Построение модели классов объектов и типовых методик проектирования в интегрированной интероперабельной среде САПР// Вестник УлГТУ. Сер. Информационные технологии. —2001. - №4.

3. Похилько А. Ф. Маслянцын А. А. Модель управления проектной деятельностью в распределенной среде САПР// Труды МНТК.

«Системный анализ в проектировании и управлении». - Санкт-Петербург, 2002.

4. Смирнов А. В., Шереметов Л. Б. Многоагентная технология проектирования сложных систем // Автоматизация проектирования. - 1998. - №03. (Ипр://\у\у\у.05р.ги/ар/1998/03/45.Ыт).

5. Хоар Ч. Взаимодействующие последовательные процессы: Пер. с англ. /Ч.Хоар. - М.: Мир, 1989.

6. Романовский И. В. Дискретный анализ/ И. В. Романовский. - СПб.: Невский диалект, 2000.

Похилько Александр Фёдорович, кандидат технических наук, окончил Ленинградский политехнический институт им. М. И. Калинина. Профессор кафедры «Системы

автоматизированного проектирования» (САПР) УлГТУ. Имеет статьи в области информационных технологий построения САПР, методах и моделях принятия решений.

Маслянцын Алексей Александрович, окончил Ульяновский государственный университет. Аспирант кафедры САПР УлГТУ. Имеет работы в области информационных технологий.

УДК 621.37

М. А. ЦВЕТОВ, А. Н. ВАСИЛЬЕВ

АНАЛИЗ МОДЕЛЕЙ ДВИЖЕНИЯ И МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ КОРАБЛЯ

Рассматриваются нелинейная и линейная модели движения корабля в различных режимах маневрирования. Приведены результаты сравнительного анализа одногиагового метода и адаптивного метода Рунге-Кутта при решении системы нелинейных дифференциальных уравнений. Даны рекомендации по использованию методов вычисления местоположения корабля.

ВВЕДЕНИЕ

Полная математическая модель

пространственного движения морского подвижного объекта (М1ТО), содержащая двенадцать нелинейных дифференциальных уравнений, малопригодна для исследования систем управления МПО [1,2], поскольку структура и алгоритмы систем управления непосредственно зависят от структуры исходных математических моделей [3]. Синтез по упрощенным моделям приводит к более простым структурным решениям, доступным для технической реализации. В связи с этим вопросы упрощения математического описания движения МПО весьма актуальны. В статье рассматривается движение корабля в различных режимах.

РЕЖИМ СТАБИЛИЗАЦИИ КУРСА

В этом режиме угловая скорость рыскания со очень мала (2°-3%), угол дрейфа не превышает 10°-12°. При этом динамика корабля с достаточной точностью может быть описана линейной моделью:

т\

<Ь.

¿V.

с1т

сЛ

х- = X; т2—^ = У,?пв — = М;

¿1

— = уу ; —1- = V.

А

0)

г/ф

= СО .

йг х' Л у' А

Пусть корабль, динамика которого описывается уравнением (1), движется равномерно по прямой траектории без рыскания, т.е. со = 0,

у(/) = уо + у г. Подставив параметрическое уравнение

траектории в (1), найдем X = У = М = 0.