CC BY
17
вии 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 ЕТАР) 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. Oàdànîâ Â.Â. ïïâûâ nodàoââèè dâîdâàièçàôèè è àâoîîàoèçàôèè ïdâaïdèyoèé: ià ïooè ê èioâëëâêooàëûiûî ïdââïdèyoèyî// Îîâînoè ènêonnoâânîâî èioâëëâêoà.- 1996.-№ 4. - N.40-84.
2. Шильников П.A., Овсянников M.B. 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 // КомпьютерПресс, 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 производст-венно-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/SC4AVG4 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.
СОВМЕЩЕННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ НА БАЗЕ ИНТЕГРИРОВАННОЙ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ПРОГРАММНОЙ СРЕДЫ И ЕДИНОЙ МОДЕЛИ
ОБЪЕКТ-ПРОЦЕСС-СРЕДА
A.M. Савинов, Б.В. Кузьмин
Быстрое выявление потребностей рынка, создание необходимой продукции и материальных ресурсов для организации ее производства являются требованием сегодняшнего дня. Это возможно, во-первых, благодаря автоматизации проектных работ при традиционном фазовом планировании проекта. Во-вторых, за счет совмещения во времени процессов проектирования изделий, подготовки и планирования их производства. И, наконец, вследствие интеллектуализации процесса проектирования за счет введения баз знаний в систему автоматизированного проектирования, что позволяет перейти от автоматизированного проектирования к автоматической генерации проектов.
При традиционном подходе к разработке новых изделий - фазовом планировании проекта (phase project planning) - весь процесс создания проекта нового изделия разделяется на отдельные фазы: функциональное проектирование (ФП), объектное проектирование (ОП) и процессное проектирование (ПП). Каждая фаза может содержать несколько этапов, например структурный, параметрический синтез. В каждый этап входит не-
сколько шагов проектирования. В процессе выполнения каждого шага реализуется законченная проектная процедура, например выбор режущего инструмента, расчет диаметра вала и т.п. Таким образом, каждому шагу можно поставить в соответствие проектную процедуру И® и два состояния объекта до и после выполнения шага проектирования ИМ® и ИМ®-1) (рис.1). Промежуточные состояния объекта могут быть зафиксированы в виде информационных моделей ИМ®, например чертежей, операционных эскизов или информационных блоков. Процесс проектирования складывается из последовательности таких шагов. Объект представлен множеством состояний, связанных с проектными процедурами. При решении задачи на ьм этапе .¡-й фазы готовится информация для выполнения 1+1-го этапа этой фазы. Доступ к полученной информации возможен только
l/IMi ni l/IMi+1
Рис. 1. Структура шага проектирования
Этапы проектирования ФЗЗОВОб ПР06КТПР0ВЗНП6
Функцион-ое. Объектное. Процессное. Техническая, подготовка
Этапы проектирования
Совмещенное проектирование
Функцион-ое. Объектное. Процессное. Техническая, подготовка
Рис. 2. Иллюстрация фазового и совмещенного проектирования
после окончания i-ro этапа.
Каждый этап выполняется группой узкопрофильных специалистов, действующих самостоятельно и начинается только после завершения предыдущего.
Процесс проектирования и подготовки производства нового изделия, обычно ведется в условиях ограничения материальных и информационных ресурсов, необходимых для организации производственного процесса и производственной системы, и тесно связан с формированием структуры ресурсов.
На этапе функционального проектирования, определяется набор функций, которые необходимо и возможно реализовать различными способами в имеющемся пространстве ресурсов. Из множества ресурсов выделяется подмножество, обеспечивающее реализацию выбранного варианта принципиальной схемы объекта.
На этапе объектного проектирования из этого подмножества выделяются ресурсы, определяющие возможность произвол- _
ства изделия в определенной производственной системе.
Процессное проектирование позволяет создать структуру ресурсов, то есть получить взаимосвязанное множество ресурсов, необходимых для производства объекта (привлеченных для производства данного изделия).
В настоящее время традиционный последовательный подход к разработке новых изделий уступает место совмещенной разработке изделия и процессов, или С-технологии (concurrent engineering) [1].
Окончательно структура ресурсов формируется на эта-
пе проектирования производственной системы (для вновь создаваемого производства) или при планировании уже имеющегося производства.
При совмещенном проектировании во время решения задачи на каком-либо этапе формируется информация, необходимая для выполнения последующих этапов, причем доступ к ней возможен до завершения выполняемого этапа. Эта информация может быть представлена в виде концептуальных решений, которые базируются на техническом, экономическом и социальном анализе или на прогнозах.
Принятые концептуальные решения позволяют ограничить вариантность решения задачи, обозначить процессы, порождаемые недостатком ресурсов, и инициировать процессы создания или получения необходимых ресурсов до окончания проектирования изделия, что в итоге сокращает цикл подготовки производства и позволяет совместить во времени техническую подготовку для основного и вспомогательного производства. В ряде случаев для последующих этапов могут быть получены готовые варианты решений, что также способствует сокращению сроков подготовки производства.
Совмещенное проектирование может быть реализовано в двух вариантах.
1) Асинхронное, когда при решении задачи на ьм шаге .¡-й фазы (этапа) готовится информация для выполнения 1+1-го и последующих шагов
и последующих фаз (этапов). Получаются частично или полностью сформированные решения для 1+1...к-го шагов. Доступ к этой информации возможен после завершения ¡-го шага. Этот вариант возможен, когда не требуется согласования принимаемого на ьм шаге решения с разработчиками, выполняющими последующие шаги.
Обеспечение фаз проектирования
Фазы проектирования :
порождаемые, расходуемые, временнь1р ресурсы
Состояние производственной системы :
Концептуальная
Проект
Детальный
проект ПС
Рис. 3. Схема формирования ресурсов при подготовке производства -1-
2) Синхронное, когда при решении задачи на ьм шаге .¡-й фазы готовится информация для выполнения 1+1-го и последующих шагов и последующих фаз (этапов). Получаются частично или полностью сформированные решения для 1+1...к-го этапов. Однако доступ к этой информации возможен в процессе выполнения ¡-го шага. В этом случае предполагается возможность получения коллективного согласованного решения, что резко сокращает затраты времени на корректировку решений после завершения проекта (количество итераций).
Реализация совмещенного проектирования возможна только в условиях компьютеризированного интегрированного производства, когда имеется возможность оперативного обмена информацией и доступа к ней для всех специалистов, участвующих в создании изделия и в подготовке его производства через единое информационное пространство.
Единое информационное пространство реализуется на техническом, программном, информационном, методическом и организационном уровнях.
Особое значение имеют инструментальные свойства такого пространства, то есть способность поддерживать создание и функционирование компонентов автоматизированных систем функционального, объектного и процессного проектирования. Именно поэтому в его основу должна быть положена интегрированная программная инструментальная среда. Из представленных в настоящее время на рынке наиболее полно отвечает поставленным требованиям отечественный программный продукт "СПРУТ".
Он, во-первых, содержит элементарный субстрат, эквивалентный базовым знаниям, необходимым для синтеза проектных процедур и алгоритмов; во-вторых, осуществляет интеграцию на языковом уровне; в-третьих, поддерживает информационную интеграцию на основе единого способа представления данных и методов их обработки; в-четвертых выполняет роль системного интегратора на программном уровне и, наконец, выполняет роль операционной системы, обеспечивая дистанционный доступ к знаниям и консультации, поддерживая многопользовательский режим.
Решение задачи информационной интеграции на предметном уровне, другими словами информационной интеграции процессов подготовки и планирования производства, предлагается осуществить на основе единой модели объекта (ЕМО).
Далее под ЕМО будем понимать информационную структуру, на основе которой можно отображать структуры и свойства объекта производства, процедуры преобразования структуры и определения параметров, а также структуры и параметры информационных и материальных ресурсов, необходимых для реализации процессов про-
Еапная информационная моаель объекта
Рис. 4. Схема единой модели объект-процесс-среда
ектирования и изготовления (создания) объекта. Это дает возможность связать информационно в единое целое процесс проектирования изделия и процесс технической подготовки производства, включающий получение необходимых материальных и информационных ресурсов, проектирование вспомогательных процессов, связанных с изготовлением технологического оснащения и с созданием производственной системы.
ЕМО (см. рис. 4) в общем виде отображает состояния объекта по шагам, фазам и этапам проектирования (или изготовления), процедуры или действия Ш, связывающие эти состояния и обеспечивающие переход объекта из состояния СО) в СО+1) и ресурсы определяющие возможность реализации Ш, и по сути дела является моделью объекта, процесса его создания и среды (далее ЕМОПС). Такая модель является в некотором роде проекцией объекта и процесса его производства на множество ресурсов, которое может быть представлено как одномерное при информационных (быстротиражируемых ресурсах), двухмерное или трехмерное при материальных ресурсах: (множество: номенклатура и количество, ресурсов и время их использования). Процедура П(1) в этом случае использует определенные ресурсы в течение ограниченного известного интервала времени. ЭД принадлежит к подмножеству ресурсов К, составляющих производственную систему или информационную проектную среду.
Отображение ЕМОПС в информационном пространстве осуществляется посредством взаимосвязанных тексто-графической базы данных и базы знаний, с помощью которых устанавливается взаимосвязь:
С®,ПО) И са+1);
ПО) И К®;
а также элементов геометрической модели и их свойств.
Таким образом, структура данных ЕМОПС включает (см. рис. 2):
- геометрию и топологию объекта в процессе его проектирования или производства (ИМ Ь1, ИМ 1, ИМ ¡+1);
- свойства отдельных элементов структуры и структуры в целом;
- функциональные и структурные связи элементов;
- процедуры преобразования структуры и определения параметров (П Ь1, П
- описание ресурсов (временных, информационных и материальных), необходимых для реализации процедуры.
"СПРУТ" позволяет реализовать создание такой модели на основе связанной тексто-графической базы данных, языка высокого уровня и средств накопления знаний.
Особую роль играет методическое обеспечение совмещенного проектирования. Основное требование к методическому обеспечению процесса совмещенного проектирования состоит в установлении логических и функциональных связей между элементами и процедурами преобразования разных фаз (и этапов) подготовки производства.
Так, процесс функционального проектирования может быть представлен как построение функциональной модели объекта и обобщенной модели, или метамодели изделия. В соответствие заданному набору функций должно быть поставлено некоторое множество принципиальных схем (или структур изделия). Такие структуры можно поставить в соответствие известным конструкторским решениям, а полученное информационное образование назвать проектно-конструкторским решением (ПКР) или модулем (ПКМ). Для каждой структуры определяются граничные значения параметров, при выходе за которые данное решение не может быть реализовано. Другими словами, устанавливается взаимосвязь между ПКМ, информационными и материальными ресурсами для их реализации.
В процессе объектного проектирования производится окончательный выбор структуры конкретного объекта и выбор однозначной совокупности конструкторских решений. Это осуществляется, с одной стороны, с учетом взаимосвязи между ними, а с другой - с учетом возможности реализации создаваемой конструкции. В качестве информационной базы для этого целесообразно использовать библиотеку конструкторско-технологи-ческих решений (КТР) или модулей (КТМ), устанавливающих взаимосвязь между конструктор-
ским решением и вариантами технологии для его реализации.
Результат решения - проекция объекта на совокупность КТМ. Создается информационная модель, отображающая конструкцию объекта, на основе которой может быть сформирован рабочий проект (конструкторская документация на изделие, спецификация и т.п.), а также информационная база для формирования альтернативных технологических процессов.
При технологической подготовке на основе полученной совокупности КТМ формируются альтернативные планы обработки деталей и формирования сборочных единиц. Решение задачи может осуществляться с учетом дополнительных условий, предъявляемых к технологии, системой планирования и управления производством.
Задача решается в два этапа:
1) структурный синтез альтернативных технологий на основе КТМ и технологических циклов (ТЦ), их образующих;
2) определение параметров технологических циклов, на основе чего создается детальный операционный технологический процесс и формируются УП для оборудования ЧПУ.
На основании изложенного можно сделать следующие выводы. Рассмотрено информационное представление процесса подготовки производства для фазового и совмещенного проектирования. Проведена интеграция процессов функционального, объектного и процессного проектирования и создание единого информационного пространства на основе единой модели объект-процесс-среда и интегрированной инструментальной среды "СПРУТ". Показана особая роль методической интеграции при организации совмещенного проектирования.
Список литературы
1. Смирнов A.B., Юсупов P.M. Совмещенное проектирование: необходимость, проблемы внедрения, перспективы. -С.-Пб: СПИИРАН, 1992. - 36 с.
2. Савинов А.М. Процедурная модель объекта для специализированной сквозной САПР в единой инструментальной среде. Вестник МГТУ. Сер. Машиностроение. - 1993. -№ 1.
3. Савинов A.M., Ковалевский В.Б. Информационная интеграция конструкторско-технологического проектирования // Вестник МГТУ. Сер. Машиностроение. -№3. -1995. - С.24-29.
МУЛЬТИАГЕНТНАЯ МЕТАМОДЕЛЬ ВИРТУАЛЬНОГО ИЗДЕЛИЯ КАК ОСНОВА КООПЕРАТИВНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Г.Б. Евгенев, С.А. Борисов, С.Э. Романцов
Каждое изделие в процессе смены этапов своего жизненного цикла представляется в компью-
терной среде в виде различных информационных моделей [1]. Эти модели имеют иерархическую
