книги / Системы автоматизированного проектирования технологических процессов

К обслуживающим подсистемам ПО относятся: диалоговая, СУБД или информационно-поисковая система (ИПС), «Монитор».

Диалоговая подсистема организует взаимодействие пользователя управляющей и проектирующей подсистемами, подготовку и редактированис исходных данных, просмотр результатов работы проектирующих под­ систем.

СУБД реализует доступ к базе данных и предназначена для хранения сведений нормативно-справочного характера, результатов выполнения теку­ щих этапов проектирования.

«Монитор» - программа, обеспечивающая управление вычислитель­ ным процессом и координацию взаимодействия различных подсистем. Функции монитора многообразны: прием, диагностика и интерпретация ко­ манд пользователя; загрузка и активизация программных компонентов; реги­ страция пользователей и т.д.

Подсистема машинной графики (Г1МГ) занимает промежуточное по­ ложение между проектирующими и обслуживающими подсистемами. С од­ ной стороны, ПМГ обслуживает проектирующие подсистемы. В этом случае она используется для наглядного представления исходной информации и ре­ зультатов проектирования. С другой стороны, машинная графика может вхо­ дить в проектирующую как основная часть, например, генерирующая внут­ реннюю геометрическую модель объекта по вводимому пользователем изо­ бражению.

Проектирующие подсистемы - это отдельные программы или ПЛИ, ориентированные на решение проектных задач (например, проектирующая подсиаема прорисовки операционных эскизов, подсистема проектирования технологического маршрута, определения режимов обработки и т.д.).

7.7.4. Принципы и этапы разработки ПО

Программное обеспечение разрабатывается в соответствии с основ­ ными принципами блочно-иерархического проектирования сложных систем - модульности и иерархичности.

Модуль - структурная составляющая ПО, рассматриваемая как единое целое на определенных стадиях разработки или в процессе эксплуатации.

Принципы модульности и иерархичности позволяют организовать коллективную параллельную разработку различных частей ПО, составить от­ крытые программные системы, облегчить их комплексную отладку и инфор­ мационное согласование.

Выделяют следующие уровни проектирования: системный, приклад­

ных программ, подпрограмм (модулей).

На системном уровне конкретизируются функции программно­ методического комплекса, планируются его структура и состав, выбираются или разрабатываются языки проектирования, устанавливается степень ис­ пользования доступного для приобретения общесистемного и прикладного

которые должна выполнять программа. Эксплуатационные спецификации включают в себя требования к быстродействию, надежности ПО, ограниче­ ния на используемые вычислительные ресурсы. Спецификации по ЕСПД (единой системе программной документации) содержат описание состава ПО и перечень требуемой программной документации.

На этапах 3 и 4 решаются охарактеризованные выше задачи уровней прикладных программ и подпрограмм.

На этапах 5, 6, 7 осуществляется отладка, цель которой - обнаружение и устранение ошибок, допущенных на этапах синтеза. Отладка выполняется с помощью процедур выбора тестов и верификации (доказательства правиль­ ности программ).

Тесты представляют собой контрольные задачи с известными правиль­ ными результатами решения.

На каждом из уровней разработки ПО имеются свои способы представ­ ления проектных решений. Если после этапа кодировки получаются полные тексты программ на принятых языках программирования, то на предыдущих этапах необходимо иметь средства более лаконичного и укрупненного пред­ ставления структур данных, вычислительных процессов и описания специ­ фикаций. Такими средствами являются:

- граф-схема - граф, вершины которого изображают блоки обработки информации, а дуги - связи по информации или по управлению между бло­ ками;

-диаграммы Н1РО (иерархия - вход - обработка - выход), которые служат для представления спецификаций модулей в виде перечисления вы­ полняемых функций и описания данных, являющихся входными и выходны­ ми для модуля;

-функциональные схемы;

-псевдоязык, представляющий собой объединение естественного язы­ ка с одним из языков программирования.

7.8. Информационное обеспечение САПР

При автоматизированном проектировании для удовлетворения потреб­ ностей прикладных программ и подсистем САПР, а также запросов пользо­ вателей в диалоговом режиме возникает необходимость в машинном пред­

ставлении данных.

Совокупность всех необходимых для функционирования САПР данных составляет информационный фонд САПР.

Основная функция информационного обеспечения (ИО) - ведение ин­ формационного фонда, т.е. создание, реорганизация и обеспечение доступа к данным с использованием ЭВМ. Таким образом, ИО САПР - это совокуп­ ность информационного фонда и средств его ведения.

В состав информационного фонда САПР технологических процессов входят:

- нормативно-справочная информация, включающая в себя, например, сведения о типовых маршрутах обработки, станках (модель, характеристи­ ки); инструменте (обозначение, размеры, материал), комплектующих дета­ лях, узлах;

-записываемые временно данные, являющиеся результатом функцио­ нирования одной подсистемы САПР, для последующего ввода в другую;

-программные модули отдельных подсистем, подпрограммы для стан­ ков с ЧЗТУ;

-чертежи инструментов и приспособлений;

-шаблоны для ввода информации и оформления документов. Известны три подхода к организации информационного фонда на ЭВМ:

- размещение данных непосредственно в теле программы (рис. 7.12, а)\

-запись данных в файлы (рис. 7.12, б)\

-использование баз данных (рис. 7.12, в).

Рис. 7.12. Три способа хранения данных

Недостаток первого подхода состоит в неизбежности модификации программы при обновлении или реорганизации данных. При файловой орга­ низации информация записывается на магнитный диск отдельно от приклад­ ной программы. Это обеспечивает относительную независимость программы от данных, т.е. исключает изменение ПП в случае обновления данных. Одна­ ко при файловой организации данные ориентированы, как правило, на одну программу, в которой жестко предписано, где в файле найти нужные элемен­ ты. Основные недостатки такого подхода: зачастую одни и те же данные ис­ пользуются различными ПП, в которых они имеют разную структуру и пред­ ставлены по-разному, это приводит к их необоснованному дублированию (избыточности) на магнитном диске; к данным, рассредоточенным по разным

Языки программирования. Эти языки используются для написания программ, применяются главным образом разработчиками САПР и подраз­ деляются на процедурные и непроцедурные. Процедурные языки применя­ ются для описания процессов в виде последовательности действий и проце­ дур. В частности, большинство языков программирования служит для описа­ ния вычислительных процессов и относится к процедурным языкам. Непро­ цедурные языки описывают постановку задачи и необходимые условия ее решения. К непроцедурным языкам относится язык программирования се­ мантической сети и язык таблиц решений.

Машинно-зависимые языки представлены языком ассемблера. Про­ граммирование на таком языке оперирует с терминами команд аппаратной части машины и требует знаний технических компонентов. Ассемблер - наи­ более трудоемкий язык, и из-за его низкого уровня не удается построить средства отладки, которые снизили бы эгу трудоемкость.

Как правило, система программирования, включающая язык ассембле­ ра и транслятор с этого языка на машинный код, разрабатывается и поставля­ ется изготовителем ЭВМ. Использование языка ассемблера ограничивается областью системного программирования, т.е. он применяется для програм­ мирования микропроцессоров, для разработки операционных систем, про­ грамм обмена между системным блоком и периферийными устройствами (драйверов) и т.д.

К машинно-ориентированным языкам можно отнести язык Си. Этот язык является результатом объединения достоинства ассемблеров и алгорит­ мических языков высокого уровня (таких, как Фортран). Особенностью язы­ ка Си является использование возможностей конкретной вычислительной архитектуры на основе битовых операций, функций и назначений. Благодаря этому программы на языке Си компактны и работают очень быстро. Однако синтаксис языка сложен, поэтому чтение текстов требует навыка. Язык Си был ориентирован на разработку системных программ. Он, в частности, по­ служил главным инструментом для создания операционных систем MS-DOS и UNIX. В настоящее время язык применяется для создания системных и прикладных программ, в которых скорость работы и объем памяти являются основными параметрами.

Наиболее широко представлен класс алгоритмических языков высокого уровня. Среди них можно выделить такие языки, как Бейсик, Паскаль, Фор­ тран, Модула-2.

Одним из распространенных языков стал Бейсик. Это объясняется тем, что Бейсик прост в освоении и использовании. Для различных типов ПЭВМ разработаны соответствующие версии этого языка. Для ПЭВМ типа IBM PC наиболее удачной считается версия фирмы Microsoft. Она обеспечивает ис­ пользование Бейсика для обработки больших массивов данных (работа с файлами), инженерно-технических и научных расчетов (с помощью большо­ го набора математических функций), обработки текстов (за счет эффектив­ ной работы со знаковыми последовательностями), а также для решения ком­

плексных задач. Появление мощных компиляторов Quick Basic и Visual Basic фирмы Microsoft обусловливает повышение популярности этого языка.

Язык Паскаль создавался как учебный, но со временем зарекомендовал себя как отличный инструмент для решения серьезных задач, так как он по­ зволяет создавать хорошо структурированные программы. Важным нововве­ дением языка оказалось использование промежуточного P-кода, что повыси­ ло мобильность (степень приспособленности программ к разным ЭВМ), уменьшило программный текст и увеличило быстродействие программ. Еще одной причиной популярности языка стало появление версии Турбо-Паскаль фирмы Borland International. Эта версия обеспечивает полноэкранное редак­ тирование и управление, графику, звуковое сопровождение, возможность вводить программы и выполнять их немедленно, не тратя время на компили­ рование.

В язык Модула-2 вошли удачные средства языка Паскаль. Модула-2 позволяет максимально использовать возможности аппаратуры и призван за­ полнить нишу между Паскалем и СИ.

Язык Фортран - первый язык высокого уровня, активно используется и на современных ПЭВМ. Применяется Фортран при разработке прикладных систем, ориентированных на научные исследования, инженерные задачи, ав­ томатизацию проектирования и другие области, где накоплены обширные библиотеки стандартных программ.

Язык Кобол разработан для решения экономических задач, дает воз­ можность составлять удобочитаемые программы для непрограммиста, эф­ фективен при обработке данных сложной структуры.

Языки представления знаний Лисп, Пролог и Снобол являются инст­ рументом для построения программы с использованием методов искусствен­ ного интеллекта. Особенность языка Лисп заключается в удобстве динамиче­ ского создания новых объектов, которыми могут быть и программы, не отли­ чающиеся от данных. Это дает возможность построения адаптирующихся и самоизменяющихся программ.

Если язык Лисп известен давно, то язык Пролог получил известность в связи с японским проектом создания вычислительных систем пятого поколе­ ния. Одной из первых его реализаций был интерпретатор микро-Пролог. За­ тем появилась система для машин фирмы IBM Турбо-Пролог, которая обла­ дает мощной инструментальной поддержкой, быстрым компилятором, сред­ ствами организации многооконного режима, графикой высокого разрешения, набором математических функций. К недостаткам можно отнести невозмож­ ность динамического изменения базы данных, что является следствием типи­ зации данных: введение новых предложений требует перекомпиляции про­

граммы.

Язык Снобол используется главным образом для обработки текстов на естественном языке и применяется, как и Турбо-Пролог, в экспертных систе­ мах.

Нетрудно заметить, что выбор языка программирования является не­ простой задачей. Характерно, что программисты использование ПЭВМ на­ чинают с языка Бейсик или Паскаль. На Бейсике и его разновидностях реали­ зовано много прикладных систем. Появление компиляторов для Бейсика по­ зволяет быстро переходить от экспериментальной версии программы к окон­

чательной.

Если стоит задача построения большой прикладной системы, то про­ блема выбора возникает между языками Паскаль и Си. Как отмечалось выше, Паскаль обеспечивает хорошую структурированность программ и обработку различных типов данных. Зато Си позволяет быть ближе к аппаратным сред­ ствам и эффективно программировать процедуры обмена между периферий­ ными устройствами.

Язык таблиц решений - удобное средство, позволяющее четко, быстро и просто описывать сложные ситуации. В таблице указываются все возмож­ ные условия, представляющие интерес при рассмотрении задачи, и действия, которые должны быть выполнены в зависимости от различных ситуаций.

Языки проектирования. Существует большое количество языков про­ ектирования, которые делятся на входные, выходные, сопровождения, про­ межуточные, внутренние.

Входные языки служат для задания информации об объектах и задачах проектирования, передаваемой от человека в ЭВМ. Сюда относятся системы классификации и кодирования, формализованные языки, табличное пред­ ставление данных.

Выходные языки используются для представления информации, иду­ щей от ЭВМ к человеку, как результатов проектирования в виде таблиц, тек­ ста, чертежа, графиков.

Языки сопровождения применяются для корректировки и редактирова­ ния данных при выполнении проектных процедур. В диалоговых режимах работы с ЭВМ средства входного, выходного языков и сопровождения тесно связаны и объединяются под названием диалогового языка.

Промежуточные языки используются для описания информации о зада­ чах проектирования на определенной стадии трансляции, что облегчает адап­ тацию комплекса к новым входным языкам.

Введение единого внутреннего языка означает принятие определенных соглашений об интерфейсах отдельных программ и делает ПМК открытым по отношению к новым элементам программного обеспечения.

На рис. 7.14 показано место языков проектирования на различных эта­ пах переработки информации в САПР ТП.

Рис. 7.14. Преобразование информации в САПР

7.10. Методическое н организационное обеспечение САПР

Создание комплекса средств автоматизации проектирования сопрово­ ждается разработкой различных видов документов, определяющих состав, содержание и функциональное назначение всех видов обеспечения САПР. Наряду с этим выделяется особо комплекс работ, связанный с созданием ме­ тодического обеспечения.

Под методическим обеспечением понимается совокупность докумен­ тов, устанавливающих состав, правила отбора и эксплуатации средств обес­ печения автоматизированного проектирования.

Основные виды этих документов следующие: 1. Ведомость эксплуата­ ционных документов. 2. Комплект эксплуатационных документов методиче­ ского обеспечения: а) общее описание САПР; б) инструкция по эксплуатации комплекса средств автоматизированного проектирования. 3. Комплект экс­ плуатационных документов технического обеспечения: эксплуатационные и конструкторские документы. 4. Комплект эксплуатационных документов программного обеспечения: а) общее описание; б) руководство системного программиста; в) руководство программиста; г) описание языка; д) руково­ дство по техническому обслуживанию; е) формуляр.

Успешное внедрение и унифицирование САПР во многом зависят от организационного обеспечения. Организационное обеспечение САПР - это положения, инструкции, приказы, штатные расписания, квалификационные требования и другие документы, регламентирующие организационную структуру подразделений проектной организации и их взаимодействие с комплексом средств автоматизированного проектирования.

Организационное обеспечение разделяется на уровни: международный, государственный, республиканский, отраслевой, объединения, предприятия, подразделения. По другим признакам существует деление организационных средств САПР на аспекты: административный, правовой, материального обеспечения и кадровый.

На международном уровне разрабатываются организационные средст­ ва, создающие такие взаимоотношения государств при проведении работ по созданию и развитию средств автоматизации проектирования, которые обес­ печивают техническую, информационную и программную совместимость.

На государственном и республиканском уровнях, помимо воспроизвод­ ства и реализации (детализации) международных организационных докумен­ тов, необходимо решать вопросы взаимоотношений отраслей с целью уни­ фикации и стандартизации компонентов САПР.

Комплексы государственных стандартов регламентируют организацию работ на этапах создания, развития и сопровождения компонентов и подсис­ тем САПР не только в рекомендательном плане, но также и под контролем юридических служб.

На государственном уровне решаются правовые вопросы разработки и применения САПР, разрабатываются квалификационные требования, уста­ навливается и обеспечивается порядок подготовки кадров, их целевого обу­ чения, повышения квалификации.

Отраслевой уровень организационного обеспечения решает вопросы взаимодействия предприятий не только на этапах создания и развития, но и в процессе эксплуатации компонентов и подсистем САПР.

В рамках объединения организационное обеспечение предназначено для решения вопросов развития и задач текущей эксплуатации САПР, штат­ ной структуры и квалификационного состава подразделений САПР, технико­ экономической оценки их эффективности.

Организационная документация САПР на уровне предприятия в основ­ ном касается текущей деятельности подразделений, развивающих и эксплуа­ тирующих САПР.

Организационное обеспечение САПР на уровне структурных под­ разделений решает текущие вопросы применения средств автоматизации проектирования, повышения производительности, экономической эффектив­ ности, обеспечения выполнения плановых заданий, взаимодействий служб САПР между собой.

В общем случае организационное обеспечение включает два основных вида документов:

-положение о службе САПР;

-программы подготовки специалистов-пользователей САПР с переч­ нем необходимых пособий и методических материалов.

Положение о службе САПР содержит функции и структуру службы, а также определяет взаимоотношения подразделений этой службы.

При внедрении САПР на предприятии необходима организация при от­ деле главного конструктора (технолога) специализированного подразделения (сектора или отдела) САПР. Специализированные подразделения, являющие­ ся пользователями САПР, должны выполнять следующие виды работ: