Роль информационного обеспечения в системах автоматизированного проектирования



Проектирование уже давно вошло в жизнь современного общества. Без проектирования невозможно представить создание какого-либо сложного объекта, например, процессора или ядерного реактора. Проектирование представляет собой процесс создания и определения полной модели будущего объекта [6]. Конечно, с проектированием некоторых простых объектов человек может справиться без труда и сам, но, когда речь идет о действительно трудном объекте, состоящем из тысяч составных частей, обойтись без использования специального обеспечения нельзя. Такое обеспечение называется системой автоматизированного проектирования, в которой сам процесс проектирования происходит благодаря диалогу вычислительной машины и человека. Автоматизированное проектирование позволяет существенно снизить расходы, сократить число вовлеченного в проектирование персонала, уменьшить время проектирования, а также обеспечивает создание безошибочной модели, то есть не имеющей дефектов.

Системы автоматизированного проектирования, или САПР, имеют обширную классификацию [2]. Они делятся в зависимости от типа объекта проектирования (организационная система, программное изделие, объект строительства и т. д.), его разновидности и сложности (простые, средней сложности, сложные, очень сложные и очень высокой сложности в зависимости от числа составных элементов), уровня автоматизации (низкой, средней и высокой степени), степени комплексности (одноэтапные, многоэтапные и комплексные), характера и числа выпускаемых проектных документов (текстовые, текстово-графические и т. д.), а также по числу уровней в структуре технического обеспечения. Данная классификация постоянно обновляется и улучшается. Благодаря ей можно с легкостью выбрать необходимую систему автоматизированного проектирования, проанализировав требования к проектируемому объекту.

Одной из важнейших частей САПР является информационное обеспечение. Простыми словами, оно представляет собой данные, необходимые для проектирования. К этим данным относятся документы, проектные процедуры, проектные решения, типовые элементы и комплектующие изделия, материалы и другие данные, а также файлы и блоки данных на машинных носителях с записью указанных документов [1]. В совокупности все эти компоненты представляют из себя базу данных системы автоматизированного проектирования.

Базу данных можно рассматривать как подобие электронной картотеки, то есть хранилище или контейнер для некоторого набора файлов данных, занесенных в компьютер [5]. При этом пользователи могут выполнять множество операций над этими данными, например, добавлять новые пустые файлы в базу данных, вставлять новые данные в существующие файлы, получать данные из существующих файлов, удалять данные из существующих файлов, изменять данные в существующих файлах, удалять существующие файлы из базы данных. Сами же данные представляют собой сведения о каких-либо фактах, на основании которых можно сделать определенные выводы. Эти данные предоставляют информацию об объектах, характеризуя их некоторым набором атрибутов. База данных обладает большими преимуществами по сравнению с другими способами предоставления информации, такими, как компактность (огромные массивы данных размещаются на физических накопителях), быстродействие (при правильной настройке скорость работы компьютера с базой данных колоссально превышает аналогичные действия, выполняемые человеком вручную), низкие трудозатраты (практически всю нагрузку на себя забирает машина), актуальность (при необходимости всегда имеется доступ к точной и свежей информации), защита (ограничение несанкционированного доступа и исключение случайной потери). Помимо преимуществ самой базы данных есть достоинства, определяемые использованием базы данных. К ним относятся возможность совместного доступа к данных (с данными могут работать сразу несколько пользователей), сокращение избыточности данных (устранение повторяющейся информации за счет правильной организации и объединения), устранение противоречивости данных до некоторой степени (исключение противоречивости за счет представления факта только одной записью или программный контроль противоречивости за счет распространения обновлений), возможность поддержки транзакций (объединение нескольких операций базы данных в одну логическую единицу), обеспечение целостности данных (поддержка правильности данных в базе за счет введения ограничений целостности), организация защиты данных (установление различных правил для разных типов доступа к определенным данным), возможность согласования противоречивых требований (выбор наилучшего структурирования базы данных в сложившихся условиях), а также возможность введения стандартизации.

Одним из принципов построения системы автоматизированного проектирования является информационная согласованность частей ее программного обеспечения [4]. Оно достигается путем построения общей для согласуемых программ базы данных, в которой можно выделить три части, играющие важную роль в процессе проектирования. К первой относится так называемый справочник, содержащий справочные данные о ГОСТах, нормалях, унифицированных элементах, ранее выполненных типовых проектах. Второй частью является проект, который содержит сведения об аппаратуре, находящейся в процессе проектирования. Справочник и проект вместе представляют собой архив. К третьей же части относятся массивы переменных, значения которых важны только в процессе совместного решения конкретной задачи проектирования. Справочник называют постоянной частью базы данных, проект — полупеременной частью, а массивы переменных — переменной частью базы данных. В связи с этим существует несколько способов информационного согласования частей. Основными из них являются два, первый из которых предлагает при создании САПР сначала разработать централизованную базу данных, а затем программное обеспечение. Второй же предлагает построить систему, в которой несколько частных баз данных сопрягаются с помощью специального программного обеспечения. Однако куда более правильным решением является параллельная разработка информационного и программного обеспечения, так как для разработки базы данных необходимы сведения о алгоритмах проектирования, доведенных до машинной реализации, а для разработки пакетов прикладных программ необходимы сведения о структуре базы данных.

Взаимодействие частей информационного обеспечения представлено на рисунке 1. Как видно из рисунка, база данных общается с информационной системой, которая отгорожена от проектных модулей специально организуемым интерфейсом, а уже с самими проектными модулями общаются пользователи системы автоматизированного проектирования. В данной иерархии интерфейс играет важную роль, защищая проектные программные модули от влияния специфики программной реализации информационной системы и поддерживая тем самым независимость проектных операций от вида представления информации в базе данных. В функции этого интерфейса входит также согласование и сопряжение информационной системы и проектных модулей по форматам записей (информационный аспект), по кодам и обозначениям данных (содержательный аспект) и по программным средствам (программный аспект) [3].

Рис. 1. Взаимодействие частей информационного обеспечения

Информация, хранимая в базе данных системы автоматизированного проектирования, делится на несколько категорий по различным признакам. По степени изменения информация бывает статической и динамической, по виду представления — документальной, иконографической и фактографической [3], по типу использования — руководящей и справочной, по способу поступления — входной и выходной [7].

Особенностью статической информации является то, что она практически не изменяется. Примером информации, относящейся к данному виду, являются технические задания на проектирование. За создание, загрузку и изменение таких данных отвечает исключительно администратор базы данных [5] (лицо, обеспечивающее необходимую техническую поддержку для реализации решений, связанных с функционированием базы данных; он определяет концептуальную схему, внутреннюю схему, требования защиты и целостности данных, процедуры резервного копирования и восстановления, взаимодействует с пользователями, управляет производительностью и реагирует на изменяющиеся требования). Причиной этого являются строгие ограничения на выполнение любых действий со статической информацией, поэтому администратору базы данных приходится тесно работать со службой нормализации и стандартизации проектной организации.

Для динамической информации, в отличие от статической, характерны частые изменения. Она включает в себя данные, получаемые во время проектирования, а также результаты проектирования. Несмотря на внесение постоянных изменений в динамическую информацию, доступ к этому процессу имеют лишь конструктор-исполнитель и его руководитель.

Документальная информация представляет собой данные о документах, находящихся в базе данных. Это могут быть сведения о различных объектах проектирования, методиках проектирования и расчетов, а также других материалах, необходимых при работе системы автоматизированного проектирования.

К иконографической информации относится информация, содержащая различные графические изображения (например, фотографии или чертежи). Данная информация хранится на специальных носителях, и обычно ее поиск осуществляется с помощью сопровождающей ее документальной информацией.

Фактографическая информация включает в себя различные данные, необходимые для проектирования. Это специальные материалы для выполнения расчетов (таблицы, функции, коэффициенты), а также сведения о приспособлениях, ценах, изделиях и тому подобному.

Руководящая информация включает в себя отраслевые стандарты, документацию на процессы, специальные классификаторы, технологические нормативы, производственные инструкции по технике безопасности и промышленной санитарии, особые требования, а также данные о методах управления.

В состав справочной информации входят технологическая документация, схемы планировки производственных участков, описания методов изготовления и ремонта, каталоги, паспорта, справочники и альбомы.

Входную информацию вводят в систему пользователи или загружают из других систем. Это могут быть документы, сообщения или другие данные, необходимые для выполнения функций системы автоматизированного проектирования. Выходная же информация обычно выдается пользователю или передается в другие системы. Стандартным видом выходной информации является технологическая документация.

Таким образом, роль информационного обеспечения в системах автоматизированного проектирования очень велика. Оно составляет основу системы, и благодаря ему выполняется крайне важная задача — предоставление пользователям САПР достоверной информации в определенном виде.

Литература:

1. Ехлаков, Ю. П. Теоретические основы автоматизированного управления / Ю. П. Ехлаков. — Томск: Издательство Томского госуниверситета систем управления и радиоэлектроники, 2001. — 337 с.
2. Меньков, А. В. Теоретические основы автоматизированного управления: учебник для вузов / А. В. Меньков, В. А. Острейковский. — М.: Издательство Оникс, 2005. — 640 с.: ил.
3. Титов, Ю. А. Система автоматизированного проектирования технологических процессов: учебное пособие / Ю. А. Титов, А. Ю. Титов. — Ульяновск: Ульяновский государственный технический университет, 2010. — 123 с.
4. Головицына, М. Автоматизированное проектирование промышленных изделий. // Электронный ресурс. URL: http://www.intuit.ru/studies/courses/650/506/lecture/11507 (дата обращения: 25.06.2016).
5. Дейт, К.Дж. Введение в системы баз данных, 8-у издание.: Пер. с англ. / К.Дж. Дейт. — М.: Издательский дом «Вильямс», 2008. — 1328 с.: ил. — Парал. тит. англ.
6. Норенков, И. П. Основы САПР: электронный учебник. / И. П. Норенков, В. А. Трудоношин, М. Ю. Уваров, Е. В. Федорук. — Электронный ресурс. URL: http://bigor.bmstu.ru/?cnt/?prn=y/?doc=140_CADedu/CAD.cou (дата обращения: 25.06.2016).
7. Силич, А. А. Системы автоматизированного проектирования технологических процессов: методические указания. / А. А. Силич. — Тюмень: Тюменский государственный нефтегазовый университет, 2009. — Электронный ресурс. URL: http://www.life-prog.ru/2_72106_osnovnie-vidi-informatsii-v-sapr-tp.html (дата обращения: 25.06.2016).