Разработка обменного файла с данными рассматриваемого приложения программы.
Необходимость интеграции данных растет с увеличением числа приложений, используемых на различных этапах Жизненного Цикла Изделия (ЖЦИ), актуальной становится задача создания Единого Информационного Пространства. В таком пространстве может существовать Единая модель изделия, отражающая все аспекты изделия на всех этапах ЖЦИ и с точки зрения всех предметных областей, имеющих отношение к изделиям данной разновидности.
Появление такой модели является закономерным этапом развития компьютерной автоматизации, прошедшей перед этим через следующие этапы:
Этап 1. Функционально-алгоритмический. Сценарий использования компьютера на этом этапе был следующий: Вы формулируете задачу (например, расчет орбиты искусственного спутника или расчет на прочность клепаной оболочки), составляете алгоритм ее решения, программируете, получаете исполняемый код. После этого можно ввести исходные данные и получить результат с быстротой и точностью, недоступными для человека. Модель исследуемого объекта строится под алгоритм и неотделима от алгоритма.
Этап 2. Этап моделей и баз данных. Данные отделяются от алгоритма. Модели данных строятся таким образом, чтобы отразить определенный аспект сопровождаемого объекта (геометрическая форма детали, персонал предприятия, склад и т. д.). На этом этапе с помощью прикладной программной системы строится модель сопровождаемого объекта (не важно, какого – болта, автомобиля или авиационного завода). После этого, работая с моделью, можно решать задачи, относящиеся к той предметной области, в которой работает данное программное обеспечение. Происходит разделение модели и алгоритма.
Этап 3. Этап Единой модели и Хранилищ Данных Data Warehouse. Все данные об изделии координируются, взаимоувязываются и объединяются.
Рис. 1 Эволюция методов информационного сопровождения изделий
Таким образом, CALS-технологии – это технологии построения Единой модели изделия, существующей в Едином информационном пространстве.
Надо разделять CALS как технологию интеграции данных и те задачи для решения которых CALS может использоваться (а может не использоваться, например, многие PDM-системы не интегрованы в Единое информационное пространство, реинжиниринг бизнес-процессов может проводиться как с учетом и применением CALS-технологий, так и без него и т. д.).
Рис. 2 Роль CALS в современных информационных технологиях
Единая Модель Изделия, отражающая все требуемые аспекты изделия содержит данные, описываемые многими сотнями и тысячами понятий. Для того, чтобы согласовать столь разнообразные данные, требуется некоторая теоретическая основа. В качестве такой основы мы принимаем концепцию смысла Г. Фреге в той интерпретации, которая предложена специалистом по семиотическим моделям профессором .
Рис. 3 Концепция смысла (треугольник Фреге)
Основой построения Единого информационного пространства должно служить представление данных в унифицированном виде. Таким средством может служить Международный стандарт ISO 10303 STEP. Статус Международного стандарта гарантирует его общедоступность и стабильность. STEP ориентирован на представление данных в большом количестве предметных областей, и та идеология, которая лежит в основе стандарта, интерпретируется с точки зрения концепции Фреге следующим образом:
Рис. 4 Интерпретация концепции смысла Фреге в контексте STEP
Многие крупные коммерческие приложения всемирно известных производителей имеют конверторы STEP. Но следует учитывать, что большая доля используемых приложений, особенно, в российских условиях, не относятся к классу коммерческих приложений и не имеют соответствующих конверторов. Такие продукты, часть которых может быть разработана самими пользователями, часто используют уникальные методы проектирования и расчета изделий, и таких методов желательно сохранить и в новых условиях. Существуют различные подходы к интеграции подобных приложений в Единое Информационное Пространство, т. е. обеспечения их совместимости со STEP.
Возможны два способа решения этой задачи: перевод методов на платформы универсальных продуктов средствами API (прикладного программного интерфейса) и обеспечение интерфейса мелких и средних программных приложений с Единым Информационным Пространством. Второй способ представляется более рациональным.
Рис. 5 Варианты интеграции приложений в Единое информационное пространство
В качестве концепта может использоваться стандартная онтология STEP, содержащаяся в одном из томов стандарта (вариант 3 на схеме), нестандартная онтология, построенная средствами, предлагаемыми стандартом (вариант 2), и нестандартная онтология, построенная с применением каких-либо других средств, например, традиционная структура классов C++ (вариант 1). В зависимости от характера концепта различаются методики преобразования модели из внутреннего представления приложения в унифицированное представление, принятое в Едином Информационном Пространстве.
Очевидно, что в настоящее время вариант 1 является наиболее распространенным, т. к. средства работы с данными в формате STEP пока применяются, в основном, только в конверторах данных.
В качестве эксперимента было решено интегрировать в единое информационное пространство одно из приложений, разрабатываемых на нашей кафедре. Это приложение как раз можно отнести к разряду некоммерческих приложений собственной разработки.
Рис. 6 Экранная форма приложения
Приложение относится к классу CAE (компьютерная автоматизация технических расчетов) в области электронных устройств. Суть работы приложения заключается в нахождении оптимальных значений параметров некоторых элементов схемы. Интеграция приложения в Единое Информационное Пространство состоит в том, что определенные в результате работы приложения параметры элементов схемы должны быть добавлены в модель схемы, чтобы эти параметры могли быть использованы при рабочем проектировании и подготовке производства схемы.
Рис. 7 Представление зависимостей, рассчитанных с помощью приложения
Прежде всего нужно из числа имеющихся протоколов STEP выбрать протокол, относящийся к той предметной области, в которой работает приложение.
Рис. 8 Аспекты электронных изделий, отражаемые протоколом AP210 STEP
В результате анализа было решено использовать протокол AP210. Возможности протокола приведены на рисунке ниже. С помощью протокола 210 STEP появляется возможность обмениваться моделями электронных устройств между различными приложениями, предназначенными для конструирования (CAD), расчетов и оптимизации (CAE) и технологической подготовки производства (CAM).
В то же время, как выяснилось, данное приложение не имеет внутренней модели проектируемого или исследуемого изделия. Такие приложения построены по функционально-алгоритмическому принципу, и внутренние данные, с которыми работают такие приложения, размещены во внутренних переменных и структурах и неотделимы от алгоритмов. В условиях отсутствия четко выраженной модели методики преобразования модели из внутреннего представления в унифицированное не могут быть реализованы.
Рис. 9 Последовательность конвертации данных выбранного приложения
Сложная структура модели изделия в принятом в качестве унифицированного представления формате STEP требует средств начальной генерации такой модели, т. е. рациональнее представляется не снабжать конвертор малого приложения средствами начальной генерации STEP-модели, а получить эту модель вне конвертора, как это показано на рисунке. Для реализации подхода надо сначала создавать исходную модель в виде обменного файла, затем преобразовать в SDAI модель с помощью утилит работы с данными, затем дополнить исходную модель данными из рассматриваемого некоммерческого приложения рис 10, используя для этого стандартные функции работы с данными STEP. После формирования модели она с помощью утилит генерации обменного файла снова выгружается в символьный обменный файл.
При этом тот факт, что стандартные онтологии STEP охватывают широкий набор предметных областей, методика генерации начальной модели STEP должна обладать высокой степенью инвариантности.
Был проведен анализ различных способов генерации исходной модели. Это следующие способы:
- Подготовка исходной модели в каком-нибудь электронном CAD с последующей выгрузкой через STEP-конвертор. Мы в настоящее время не имеем доступа к таким системам. Мы связались с разработчиками STEP-конверторов из немецко-литовской фирмы LKSoft, которые обещали помочь нам в получении исходных моделей;
- Создание специальных генераторов моделей, используя для этого имеющиеся у нас инструменты работы с данными STEP. Но такой способ представляется излишне трудоемким, т. к. требует фактически разработки еще одного приложения;
- Создание обменного файла в текстовом редакторе;
-Создание обменного файла в имеющемся у нас специализированном редакторе данных STEP (Converter pattern).
Учитывая ограниченность возможностей текущей версии Converter pattern (он предназначен, в первую очередь, для учебно-демонстрационных целей), мы остановились на комбинации двух последних способов.
Очевидно, что следующая проблема состоит в сопоставлении данных в рассматриваемом приложении с элементами SDAI модели. Это осложняется тем, что в STEP принята ассоциативная модель, и, согласно принятым основным положениям, отсутствует доступная для пользователя идентификация данных. В STEP основным идентифицируемым элементом является product (изделие). Все данные должны привязываться к изделию.
Таким образом, работа конвертора заключается в определении того, к какому изделию относится рассчитанный параметр и в последующем создании структур представления, содержащих значения всех рассчитанных параметров.
 |
Рис. 10 Представление расчетных параметров изделия средствами протокола 210 STEP
Выполнение данной работы позволит создать методики интеграции малых некоммерческих программных продуктов в Единое информационное пространство, что явится залогом сохранения того интеллектуального капитала, который был создан советскими специалистами в 50-80-е годы двадцатого столетия.
Описание STEP конвертора.
Общая схема работы с конвертором:
Внешний вид конвертора:
Непосредственно после запуска конвертора нажмите кнопку “Open STEP dictionary”. Появится стандартное окно открытия файла, позволяющее открыть файл с расширением “rpd” – стандартный файл конфигурации словарей данных STEP.
Для чтения данных из обменного файла STEP нажмите кнопку «Read STEP file». После нажатия кнопки появляется стандартное MFC-окно выбора файла. Необходимо выбрать обменный файл STEP с моделью изделия. Такие файлы имеют расширение. stp.
После этого появится информация о данных заголовочной секции:
Далее запускается процесс чтения обменного файла STEP. Чтение обменного файла осуществляется в два прохода. Текущее количество прочитанных записей появляется в верхнем окошке счетчика прочитанных записей. В окне состояния конвертора появляется надпись: Read exchange file pass 1 на первом проходе считывания или Read exchange file pass 2 на втором проходе считывания. На втором проходе считывания в правом окне счетчика появляется общее количество записей в обменном файле STEP.
При нажатии кнопки “Compute” происходит расчет параметров схемы и занесение рассчитанных параметров в обменный файл:
Далее при нажатии кнопки “Assign parameters” появляется окно с параметрами схемы (с наименованием параметра, типом значения, со значением параметра, с множителем единицы измерения параметра и с единицы измерения параметра). Для занесения этих параметров в обменный файл в начале проводится исследования обменного файла. Вначале выбираем из списка один из параметров и нажимаем “ОК” или нажимаем два раза на выбранный параметр (далее “ОК” нажимается всегда при появлении аналогичного окна или нажимается два раза на выбранный параметр списка, поэтому пояснения об этом далее всплывать не будут):
Затем всплывает окно со списком версий изделий обменного файла и информацией об изделии:
Если выбрать из списка версию изделия, то при нажатии “OK” появляется окно со всеми Product_Definition данного изделия или описания изделия. В случаи, когда ни один из предложенных Product_Definition не подходит, используют кнопку: “Add new Product Definition list”:
При нажатии “Add new Product Definition list” появляется окно со списком всех Product Definition, которые есть в обменном файле.
При выборе одного из них он заносится в конец списка Product Definition:
Далее, если выбрать описания изделия, появится окно со списком Representation. Здесь так же можно добавить новый Representation при нажатии кнопки “Add new Representation ”:
После выбора Representation без добавления нового появляется список состава Representation:
Если при выборе Representation использовали кнопку “Add new Representation ”,то
при нажатии нового Representation появляется список состава Representation, но незаполненного, так как нового Representation нет еще в обменном файле. Для заполнения состава Representation и занесения его в обменный файл используют кнопку “Add selected parameter”:
Затем опять появится окно со списком параметров схемы, но уже без выбранного ранее параметра:
Далее картина аналогична предыдущим действиям до тех пор, пока все файлы не будут в обменном файле.
Для сохранения новых изменений в обменном файле нажимается кнопка: “Export STEP file”.
Приложение начинает рассчитывать параметры печатной платы, и записывать их в текстовой файл, кнопкой “Computer”.
После этого реализуется занесение просчитанных данных в обменный файл и сохранения кнопкой “Save data”.
После формирования модели она с помощью утилит генерации обменного файла снова выгружается в символьный обменный файл.
На этом работа конвертора закончивается.
