Как создать много автоматизированных рабочих мест, если для их приобретения недостаточно средств? Необходимо найти нужные инструменты, а затем на месте силами своих специалистов и без дополнительных затрат создать САПР требуемой специализации и обеспечить предприятие необходимым количеством рабочих мест. Российская компания “СПРУТ-Технология” (www.sprut.ru) - одна из тех, которые разрабатывают и поставляют инструментальные средства для создания САПР.
За последние несколько месяцев список инструментов этой компании пополнился двумя новыми: системой описания инженерных знаний и системой для разработки специализированных САПР технологических процессов. Они входят в состав целого комплекса программных средств, но могут использоваться и автономно для решения локальных задач.
Метасистема проектирования волнового редуктора
Потребность в системе описания инженерных знаний связана с проблемой смены поколений. Уходят опытные специалисты, их знания и опыт проектирования, которые копились десятилетиями, теряются. И если формализовать процесс геометрических построений или процесс документирования достаточно просто, то обобщить проектные методики предприятий, часто представляющие собой произвольную смесь эмпирических таблиц, формул, графиков и уникальных сведений, содержащихся только в записных книжках специалистов, очень трудно. Расчетные формульные и дискретные табличные зависимости, экспертные оценки применимости вариантов компоновок, структура конструкций сборок и деталей, а также программы генерации элементов чертежей, трехмерных моделей и отчетных документов - все это обобщается под названием “Инженерные знания” и может быть формализовано посредством описываемой здесь системы, служащей инструментом помощи эксперту в переводе знаний ведущих конструкторов и технологов на единый “язык” алгоритмов, но без программирования. Стандартизованные таким образом программы можно использовать при разработке САПР как подключаемый метод (программу) создаваемой прикладной системы. Но как описать инженерные знания?
Если представить элементарный этап инженерной методики как функцию вычисления одной или нескольких проектных характеристик, то процесс проектирования с помощью такой методики есть произвольное перемещение (навигация) по этапам с целью проведения полноценного расчета, и наша задача - преобразование этого процесса в алгоритм. В описываемой системе методике соответствует понятие “метод”, а элементарному этапу методики - понятие “модуль инженерных знаний” (МИЗ). На практике каждый такой метод всегда состоит из большого числа элементарных программ (МИЗ). Каждый МИЗ отвечает или за определение характеристик объекта, или за выбор варианта его конструкции.
Самое важное при этом то, что при описании инженерных знаний в системе форма их представления неизменна (таблица остается таблицей, формула формулой, график графиком и т. д.), что позволяет использовать подготовленные ранее бумажные документы. И если, с одной стороны, мы имеем в системе привычную для инженера форму представления знаний, то с другой - автоматически получаем набор программных модулей. Более подробно эта методология объектно-ориентированного синтеза прикладных систем описана в журнале “САПР и Графика” (1998 г., № 9).
Фрагмент специализированной инструментальной среды формирования баз знаний
Кроме того, используя специализированный редактор, проектировщик должен описать: входы и выходы МИЗ в терминах прикладных понятий (мощность, усилие на отжим и т. д.), условия его применимости (с учетом ограничений или сочетаний значений на входе в МИЗ) и расчетные зависимости. Это позволяет не описывать последовательность применения разработанных модулей, а автоматически создавать ее на основе общего сгенерированного словаря прикладных понятий всех имеющихся в наличии МИЗ. Поэтому проектировщик может постоянно уточнять знания о проектировании узла или детали (консультируясь с более опытными специалистами) и добавлять в систему новые МИЗ. Система сама встроит эти МИЗ в цепочку вычислений. Таким образом, мы получаем возможность разрабатывать прикладную систему проектирования, в которой проектная часть реализуется подключением сгенерированных программ. Изменения в этих программах не приводят к переделке самой прикладной системы.
Описываемые системы являются не адаптируемыми программными системами, а инструментами создания специализированных систем. С этой позиции их можно применять для решения любой задачи инженерного проектирования, конечно, прежде всего в машиностроении.
Сложно ли пользоваться такими системами? И да и нет. Да, поскольку такая система требует глубокого понимания сути описываемого процесса проектирования, которым обладает далеко не каждый специалист. Нет, поскольку описание этого процесса, как сказано выше, ведется в естественной для инженера форме уже используемых им методик. И опыт нашей работы показывает, что для начала продуктивной работы требуется всего 2 - 3 дня.
Примерами разработанных с помощью этой и других программных сред конструкторско-технологических систем проектирования являются “Волновой редуктор”, “Электродвигатель”, “Подшипник” и многие другие. (Описание этих систем и сами прикладные системы можно найти в Интернете на сервере компании “Спрут-Технология”, www.sprut.ru).
Примеры экранов системы на основных этапах разработки технологического процесса
Конечно, с наскока разработать прикладную систему очень сложно, однако с помощью постоянных консультаций с проектировщиками удается постепенно наполнить ее информацией о структурном и параметрическом синтезе проектируемых объектов, а затем заново сгенерировать ее проектную часть с учетом новых замечаний.
Среда проектирования технологических процессов (ТП) опирается на результаты анализа объектов производства и классификации технологических решений и позволяет разрабатывать специализированные системы проектирования технологических процессов. Такие системы, в отличие от универсальных, позволяют повысить уровень автоматизации при проектировании ТП, за счет использования информации о структуре проектируемого изделия и знаний о синтезе структуры проектируемого технологического процесса. Эти знания включают в себя: информационную модель проектируемого изделия, базу данных ресурсов проектирования и базу знаний (БЗ) правил выбора элементов ТП (операций и переходов) в зависимости от входных условий. Для ввода в компьютер технологических знаний о синтезе структуры технологического процесса и определения параметров отдельных технологических операций используется система описания инженерных знаний. Формализованные с ее помощью технологические знания заносятся в систему проектирования ТП путем выбора из разработанных ранее методов. Ну а поскольку система проектирования ТП использует тот же словарь прикладных понятий, что и система описания инженерных знаний, то согласование параметров этих программных модулей осуществляется автоматически. Именно эти программные модули и осуществляют формирование структуры техпроцесса, расчет его параметров, а также параметров этапа, операции, перехода.
Таким образом, в зависимости от наполнения системы знаниями (программами) происходит автоматическая смена режимов проектирования: от интерактивного (если технологические знания о проектировании изделия в системе отсутствуют) до автоматического проектирования технологического процесса (если технологические знания о проектировании изделия определены).
Процесс получения технологической документации полностью автоматизирован благодаря технологическим знаниям в программных модулях создания отчетных документов. Для разработки таких модулей используется другая интерактивная среда - “Генератор подсистем документирования”. Пользователи системы могут дополнить ее любым необходимым количеством отчетных технологических документов, принятых на их предприятии, добавляя их в уже работающую систему.
Итак, для создания специализированной системы нужно описать структуру и состав проектируемого объекта, формализовать знания о его проектировании, разработать структуру БД ресурсов, расчетные модули, внешний пользовательский интерфейс и модули подсистемы документирования. Большая часть этой работы может быть выполнена с помощью инструментальных средств автоматизации разработки САПР, а оставшаяся трудно формализуемая часть может быть разработана уже с помощью языковых средств среды СПРУТ.
Пользователей разработок компании “СПРУТ-Технология” можно разделить на две основные категории: конечные разработчики (технологи и конструкторы) и ведущие специалисты проектных отделов, занятые разработкой прикладных систем.
Какие направления развития программных средств САПР наиболее перспективны? По нашему мнению, это инструментальные средства разработки САПР, поскольку сегодня предприятия уже не устраивают как законченные программные системы, так и программирование на низком уровне на основе алгоритмических языков. Нужен компромисс, комплекс программных инструментов, оптимизированный под создание САПР, это и заложено в идеологии инструментальных средств компании “СПРУТ-Технология”.
С Владимиром Ковалевским можно связаться по адресу: kov@sprut.bmstu.ru.
