CC BY
13
В условиях, когда необходимо загружать несколько разных наборов данных, необходимо равномерно распределять между разными индексами количество потоков, выполняющих загрузку, что позволяет максимально освободиться от блокировок на основной разделяемый ресурс каждого из индексов - корневую страницу.
Экспериментальное тестирование подхода
Для проведения эксперимента была реализована синхронизированная версия программной библиотеки ИМДК. Загружались данные из MS SQL Server, связь с которым осуществлялась через 100 Мбит/с Ethernet. Загружаемые данные имели один атрибут типа decimal и были классифицированы по двенадцати измерениям. При загрузке 4 млн записей, загрузка на одном процессоре в среднем заняла 182 с, на двух процессорах - 107 с, на четырех - 83 с. При загрузке двух аналогичных по структуре наборов данных объе-
мом 2 млн записей время загрузки на одном процессоре составило 185 с, на двух процессорах -92 с и на четырех — 71 с. Данные представлены в виде графика на рис. 2.
Небольшое замедление однопроцессорной загрузки при разделении набора данных на два, с нашей точки зрения, связано с тем, что СУБД параллельно читала два физически разнесенных набора данных. В этих условиях, несмотря на то, что поток загрузки был один, он переключался между блоками загрузки различных наборов данных.
Таким образом, предложенный способ загрузки данных достаточно хорошо масштабируется и, как следствие, использование технологий параллельного программирования значительно ускоряет работу системы. В этой связи в настоящее время осуществляется перенос библиотеки ИМДК на SIMT архитектуру.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бородин, А.М. Сравнительный анализ возможностей и скорости обработки многомерных данных программными средствами бизнес-аналитики на основе индексирующих структур основной памяти [Текст]/ А.М. Бородин, С.В. Поршнев//Научно-технические ведомости СПбГПУ. Сер. Информатика, Телекоммуникации, Управление.-2010.-№ 1.-С. 99-102.
2. Analysis Services in VertiPaq mode [Электронный ресурс]/Ьйр:/ЛесЬпе1тю1^ой.сот/т-т/НЬгагу/ ee637273(SQL.105).aspx
3. Рекламно-техническое описание «Программная библиотека «Индексирование многомерных классифицированных данных» 45392457.00084-01 99 01. Инвентарный номер ВНИТИЦ 50200900990 [Текст] // Св. о рег эл. ресурса № 14197 ОФЭРНИО.
4. Таненбаум, Э. Архитектура компьютера [Текст]/Э. Таненбаум.-СПб.: Питер, 2007.-5-е изд.-848 с.
5. Бородин, А.М Использование пространственных индексов для обработки аналитических запросов и агрегирования многомерных данных в ИАС [Текст]/А.М Бородин, С.В. Поршнев, М.А. Сидоров// Изв. Томского политехнического ун-та.-2008.-№ 5. -С. 64-86.
6. Beckmann, N. The R*-tree: An Efficient and Robust Access Method for Points and Rectangles [Текст]/№ Beckmann, H.-P. Kriegel, R. Schneider [et al.]//Praktuche Informatlk.-Universitaet Bremen, 1991. -С. 322-331.
7. Ramakrishnan, R. Database Management Systems [Текст]Ж. Ramakrishnan, J.Gehrke.-McGraw-Hill,Wisconsin.-2002.-899 с.
8. Guttman, A. R-Trees: A Dynamic Index Structure for Spatial Searching [Текст]/А Guttman//SIGMOD Conf.-1984.-Q 47-57.
УДК 004.415.2.043
Л.М. Курочкин
ВОПРОСЫ ИНТЕГРАЦИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
CAD СИСТЕМ ПРЕДПРИЯТИЯ
Повышение эффективности производства рованного проектирования (CAD), инженерных
невозможно без интеграции информационных расчетов (CAE), автоматизированное производ-
систем предприятия. Центральное звено инте- ство (CAM). Во время реализации нового проекта
грированной системы - подсистемы автоматизи- процессы проектирования, инженерных расчетов
и управление технологическим процессом выполняются последовательно, и в случае полного согласования промежуточных решений можно приступать к выпуску опытных образцов. Если указанное производственное оборудование отсутствует или невозможно реализовать требуемый технологический процесс, необходимо внести изменения в проектные решения и повторить предыдущие этапы конструкторского проектирования и инженерных расчетов. Многократное повторение цикла конструкторского проектирования приводит к увеличению сроков работы над проектом и его стоимости. Устранить эти издержки возможно путем интеграции АСУТПП предприятия с распределенной автоматизированной системой эффективной организации технологической подготовки машиностроительного производства (РСТПП), в которой используется универсальное представление данных о технологических возможностях предприятий, обладающих оборудованием разного типа.
Основные задачи РСТПП - сбор, хранение и предоставление сведений о возможностях оборудования и технологических процессах предприятий, которые могут войти в производственную кооперацию.
Использование данных о возможностях оборудования не только своего предприятия, но и предприятий смежников, позволяет на этапе конструирования изделия выбирать только те решения, которые можно реализовать в данный момент. Таким образом, устраняется один из дорогостоящих циклов процесса проектирования и изготовления нового изделия - многократное согласование конструкторской и технологической документации, связанное с ограничениями и возможностями предприятий изготовителя.
Для реализации этой концепции необходимо создать метод разработки и эксплуатации специализированного информационного и программного обеспечения РСТПП машиностроительного производства.
Проектирование метода предусматривает системное решение задач функционального, информационного, алгоритмического, методического, технического и других видов обеспечения РСТПП. Рассмотрим функциональное и информационное обеспечение более детально.
Функциональная модель блока обработки запросов пользователей
Определим основной производственный процесс взаимодействия пользователей с РСТПП.
Основным процессом является поиск и предоставление пользователю всех вариантов исполнения заказа по реализации требуемой технологии, одной или нескольких операций, одного или нескольких переходов. Под вариантом исполнения заказа будем понимать предприятие, способное в настоящий момент времени выполнить заказ с требуемым качеством, т. е. предприятие, обладающее необходимыми технологическими возможностями. Понятие технологическая возможность включает в себя как наличие конкретной модели оборудования, так и совокупность всех компонентов, позволяющих в настоящий момент времени приступить к выполнению заказа. Набор этих компонентов включает наличие оснастки, заготовок, свободного времени, кадровое обеспечение и другие параметры производственного процесса. Технологическая возможность характеризует наличие необходимых и достаточных условий для начала выполнения заказа.
Бизнес-процессы формирования и обработки электронного представления производственного заказа предприятия представлены в нотации IDEF0 [5].
Описание технологических возможностей предприятия включает в себя следующие этапы: выбор из справочника оборудования РСТПП перечня моделей оборудования, расширенного наборами технологических операций и переходов; коррекцию значений параметров и атрибутов инструментальных переходов; установку значения загрузки оборудования; указание наличия инструментальной оснастки.
Описание технологического процесса (производственного заказа) формируется на базе классификаторов технологических операций и переходов РСТПП, используемых при описании технологических возможностей оборудования. Данная формализация описания производственных возможностей и потребностей промышленных предприятий позволяет работать в едином информационном пространстве, не только решать задачи поиска (как субподрядчиков, так и различных исполнений технологического процесса силами собственного предприятия), но и проводить анализ отдельных предприятий и отрасли в целом.
На рис. 1 приведена диаграмма А0, описывающая механизм формирования наборов данных, необходимых для осуществления поиска исполнителей заказов. Для поиска оборудования используются параметры: наименование модели, тип, специализация станка. Для описания пере-
Классификатор операций
Технолог предприятия
Рис. 1. Процесс поиска исполнителей заказа
хода используются технологические операции, наборы значений атрибутов и параметров перехода. Описание технологического процесса (заказа) включает четыре уровня: неформальную текстовую частью (опционально дополняемую электронной документацией), упорядоченный перечень технологических операций, упорядоченный перечень инструментальных переходов, набор параметров и атрибутов и их значения.
Подготовленные данные позволяют определить перечень предприятий, расширенных наборами моделей, способных обеспечить требования данного ТП, либо описание фрагментов ТП, выполнение которых невозможно мощностями, описанными в РСТПП.
На рис. 2. приведена диаграмма, отражающая порядок формирования четырехуровневого описания электронного представления технологического процесса.
Описанная методика формирования ТП обеспечивает уровень детализации описания ТП, необходимый для осуществления поиска и решения производственных задач.
Информационное обеспечение модуля технологических возможностей.
Для выполнения главной задачи РСТПП в со-
став информационного обеспечения включены следующие категории данных:
индивидуальные данные о предприятии изготовителе;
индивидуальные данные о предприятии заказчике;
классификаторы ТО и ТП; классификаторы оборудования; технологические возможности; заказы предприятий.
Индивидуальные данные предприятия содержат юридический адрес, виды деятельности, контакты и любую дополнительную информацию о предприятии.
Классификаторы технологических операций и переходов содержат общепринятые соглашения для предприятий машиностроения.
Классификаторы оборудования содержат виды оборудования, типы и модели.
Технологические возможности содержат условия выполнения операций на оборудовании. Заказы предприятий содержат описание технологических процессов, операций, переходов и значения их параметров и атрибутов.
Классификатор переходов базируется на «Классификаторе технологических переходов машино-
Рис. 2. Процесс формирования четырехуровневого описания технологического процесса
строения и приборостроения» [1], содержит описание переходов, включающее название, код (два символа обозначают действия, три цифры кода -предметы труда), тип, вид операции и вид обработки, к которым принадлежит данный переход. Переходы группируются в операции. Описание технологических операций соответствует «Классификатору технологических операций машиностроения и приборостроения» [2]. Операция содержит название и четырехзначный код операции (по классификатору). Операции объединяются в группы операций (по первым двум цифрам кода).
Каждый переход соответствует операции, описывается названием, кодом и конечным вектором параметров, которые содержат характеристики его выполнения. Параметры перехода -значения, диапазоны значений или списки значений для описания возможностей оборудования составляются в форме определения предельно достижимого качества выполнения перехода. Параметры перехода содержат сведения о переменных параметров норм времени и точности обработки на технологическом оборудовании (например, величину припуска, число ходов, скорость обработки, машинное время). Так, например, переходу «Вырезать отверстие», относящемуся к виду операций «Обработка резанием», соответствует код ЖН 730. Переход закрепляется за операциями 4261, 4237, 7512, 7519, 7525 («Комплексная обработка на обрабатывающих центрах с ЧПУ», «Вертикально-фрезерная обработка» и т. д.), содержит два параметра: «Диаметр» (задается интервалом, ограниченным числами с плавающей точкой, измеряется в миллиметрах) и «Точность
диаметра» (задается целым числом, единица измерения - «квалитет»).
Классификатор переходов позволяет группировать переходы по набору атрибутов перехода и их значений, а также по типу перехода. Любой переход может быть закреплен за конкретной моделью станка. Атрибутами перехода называется группа параметров, позволяющих описать основные характеристики оборудования, на котором выполняется переход (габаритные размеры рабочей области, число степеней свободы механизмов передачи движения, перечень сменного инструмента и т. д.). Для более точного описания технологических возможностей оборудования, атрибуты перехода объединяются в группы (пример группы: наибольшая ширина стола, наибольшая высота стола, наибольшая масса заготовки).
Необходимость описания технологического процесса на уровне инструментальных переходов (глубже уровня операций) вызвана следующими ограничениями:
классификаторы операций и переходов требуют отнести станок, выполняющий разные операции, к группе «операции с ЧПУ», при этом отдельные операции (токарная, фрезерная и т. д.) будут рассматриваться как инструментальные переходы данного станка. Эта особенность усложнит описание технологического процесса при составлении заказа и усложнит механизм поиска;
в описание параметров операции необходимо заносить самые грубые значения для всех инструментальных переходов (наименьшая точность и т. д.), что не позволит осуществить поиск по предельным значениям параметров.
Для описания оборудования выделяется набор свойств: код модели, название модели, тип станка, группа станка, год выпуска станка, фирма-изготовитель. За каждой моделью закрепляется перечень операций и переходов, выполняемых на ней. К каждому переходу присоединяется набор параметров и набор значений. Связывание параметров осуществляется двумя способами: «от перехода» или «от станка». Оба способа являются равнозначными.
Двухуровневый классификатор оборудования, основанный на существующем классификаторе оборудования [3], позволяет группировать оборудование по группам и типам. Группа определяется основной операцией, выполняемой станком (например, токарная, фрезерная). Тип станка более точно описывает его особенности, например, токарно-револьверный, карусельный и т. д.
Перечень оборудования содержит данные о модельном ряде оборудования, описывает оборудование и особенности технологических переходов конкретных моделей в соответствии с паспортными данными оборудования. Перечень оборудования используется предприятиями для описания собственного станочного парка. Для этого данные об оборудовании, включающие описание модели, а также набор операций и переходов (со значениями параметров и атрибутов), копируются в описание станочного парка предприятия. Технологи предприятия могут объединять оборудование в группы (для исключения повторного описания одинаковых экземпляров оборудования), корректировать значения параметров и атрибутов переходов оборудования в соответствии с актуальными значениями своих экземпляров. Значения могут меняться из-за износа или модернизации оборудования.
Оборудование одной модели может быть объединено в группы по характеристикам технологических возможностей, что позволяет избежать индивидуального описания каждого экземпляра оборудования. Каждой группе оборудования приписывается свой набор параметров; перечень параметров фиксирован. Значения параметров копируются из словаря и могут быть откорректированы специалистами предприятия, например, из-за модернизации или амортизации оборудования; при этом перечень параметров остается неизменным.
Функциональное обеспечение модуля технологических возможностей
Управление данными РСТПП обеспечивается набором функций, сгруппированных в шесть под-
систем: управление технологическими операциями; управление классификатором оборудования; управление данными предприятия; управление заказами; поиск заказа; управление правами доступа.
Функция Управление технологическими операциями обеспечивает:
управление операциями (просмотр, удаление, добавление, изменение и корректировка двухуровневого классификатора технологических операций);
управление технологическими переходами; формирование списка параметров переходов для каждого технологического перехода.
Функция Управление классификатором оборудования обеспечивает:
управление классификатором станков (ведение двухуровневого классификатора станков: группа станков и тип станка);
управление перечнем станков (перечень моделей оборудования).
Функция Управление данными предприятия обеспечивает:
управление списком предприятий. Каждое предприятие описывается формой собственности, названием, адресом, номером телефона, электронной почтой, текстовым описанием;
управление перечнем оборудования предприятия. Оборудование выбирается из ранее сформированного словаря системы;
управление группами оборудования предприятия; просмотр переходов оборудования, каждой модели оборудования добавляется фиксированный перечень переходов.
Функция Управление заказами обеспечивает: управление перечнем заказов. Заказ может быть уточнен дополнительными документами: описание технологического процесса, трехмерная модель детали (по желанию заказчика), чертеж детали;
ввод заказа. Заказ вводится в два этапа: формирование текстовой части и формальное задание переходов с ключевыми значениями атрибутов и параметров. Формирование текстовой части состоит в выборе операций из классификатора операций и в приписывании к ней неформализованной текстовой части. Этап формализации переходов состоит в выборе переходов конкретной операции из классификатора переходов и заполнении значений параметров каждого перехода.
Функция Поиск исполнителей заказа обеспечивает:
выбор вариантов реализации заказа, включающих в себя наименьшее число участников. Результат поиска может быть расширен за счет перечня моделей, обеспечивающих выполнение заказа на конкретном предприятии;
выбор вариантов реализации заданного перехода.
Результатом поиска является список вариантов реализации заказа на предприятиях с указанием моделей станков, либо описание причин невозможности выполнения заказа.
Управление правами доступа. Система поддерживает управление доступом на основе ролей. Роль является совокупностью прав доступа на объекты информационной системы. Система управления правами доступа (СУПД) позволяет организовать доступ к объектам разрабатываемой системы в соответствии с полномочиями пользователей. Функциональность СУПД обеспечивает задание прав пользователей с любой степенью подробности. Для каждого объекта системы определены права на создание, просмотр, изменение и удаление данных. СУПД базируется на понятиях «пользователь» и «роль». Каждому пользователю присваивается единственная роль. СУПД разграничивает доступ пользователей в системы на двух уровнях: серверном и интерфейсном.
На серверном уровне СУПД позволяет управлять доступом пользователей к БД системы. Пользователи системы получают только те права на таблицы данных и функции, на которые для них настроен доступ. Настройку таблиц данных и функций выполняет администратор системы средствами СУБД. Разграничение доступа на интерфейсном уровне позволяет управлять доступом к пунктам меню системы, к функциям и формам на уровнях просмотра и редактирования данных.
Кроме этого, СУПД осуществляет регистрацию всех действий пользователя в рамках системы (аудит) и предоставляет удобную систему отчетности. Эти возможности обеспечивают
средства ведения истории изменений данных в системе, осуществляющие оперативный контроль корректности работы пользователей.
В процессе разработки распределенной автоматизированной системы эффективной организации технологической подготовки машиностроительного производства, получены следующие результаты.
Установлено, что задача автоматизации поиска вариантов организации технологического процесса и подбора необходимого оборудования актуальна и в настоящее время не решена.
Сформулированы требования к распределенной интерактивной информационной системе для построения технологичных решений в области механообработки, используя технологические возможности предприятий региона, что позволит сократить время построения технологичных решений.
Разработана архитектура информационной системы, позволяющая взаимодействовать с пользователями без установки специального программного обеспечения, без дополнительных требований к аппаратной части.
Создана модель данных, позволяющая реализовать принцип открытости, что обеспечивает расширение информационной части системы за счет внесения данных о новом оборудовании и его возможностях.
Разработана программная реализация предложенных решений, которая успешно апробирована при создании электронной системы мониторинга ключевых технологических компетенций машиностроительных предприятий Северо-Западного региона.
Предлагаемые решения наиболее востребованы в таких наукоемких областях машиностроения, как робототехника, космонавтика, медицина, для которых применение новейших технологий является приоритетным.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Классификатор технологических переходов машиностроения и приборостроения. 1 89 187 [Текст].-М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 1991.-120 с.
2. Классификатор технологических операций в машиностроении и приборостроении: в 2-х ч. [Текст]. —М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 1975.-Ч.1.—24 с.; 1978. -Ч.2. —32 с.
3 Металлорежущие станки: Учебник для машиностроительных втузов. [Текст]/Под ред. В.Э. Пуша.-М.:
Машиностроение, 1985.—256 с.
4. Советов, Б.Я Теория информационных процессов и систем: Учебник для студентов вузов [Текст]/ Б.Я. Советов [и др.]; Под редакцией Б.Я. Советова.—М.: Изд. центр «Академия», 2010.—432 с.
5. Методология функционального моделирования IDEF0. Руководящий документ. РД IDEF0 2000 [Текст].—М.: Госстандарт России. Изд-во стандартов, 2000.-75 с.
