Методы разработки ПО САПР

Формально процесс проектирования алгоритма и программы можно представить в виде следующей схемы:

1) построение гипотезы о характере существующих связей между элементами объектов производства и решениями технологической задачи ( в соответствии с гипотезой строится алгоритм и программа);

2) проверка гипотезы на контрольных примерах ( чаще всего гипотеза проверяется после написания программы);

3) если связи построены неправильно, то они корректируются, то есть повторяется цикл, начиная с пункта 1.

Эта схема основана на принципе итерации. Длительность одного шага итерации составляет 1-3 месяца, количество выдвигаемых гипотез по каждой задаче технологического проектирования равно 1-8. Подсистемы АСТПП обычно включают в свой состав несколько задач, например, подсистема разработки технологии обработки деталей состоит из 9-15 довольно крупных задач технологического проектирования. Следовательно, разработка одной подсистемы проектирования технологии составляет порядка 10-20 человеко-лет. Схема проектирования алгоритмов и программ АСТПП показана на рис.6.

Можно сделать вывод, что в процессе отладки алгоритма происходит обучение технолога-аналитика решению технологических задач в условиях конкретного производства.

Следовательно, при проектировании пакета прикладных программ желательно укорить проверку гипотезы. Это возможно сделать, если разработать специальный пакет ПО, с помощью которого можно было бы не только проводить анализ производства, но и строить алгоритм решения задачи. Очевидно, что такой пакет прикладного ПО будет использоваться не так часто, как пакет ПО, предназначенный для решения технологических задач, т.е. это пакет не регулярного использования. Учитывая, что многие алгоритмы строятся с использованием одних и тех же методов этот пакет МО должен быть ориентирован на метод. С целью снижения трудоемкости проектирования и снижения требований к знаниям потребителей в области вычислительных машин и программирования, степень автоматизации вычислительного процесса должна быть довольно высокой.

Названными характеристиками обладают системы программирования с использованием специализированных языков (см.п.4 раздела 1). Следовательно, пакет прикладного МО АСТПП, предназначенный для проектирования алгоритмов и программ, должен представлять собой систему программирования с использованием специализированного языка, ориентированного на проблему проектирования.

Построение такого пакета требует применения методов и алгоритмов, позволяющих автоматизировать процесс проектирования. В настоящее время методы развиты слабо, и поэтому перед разработчиками стоит проблема формализации процесса проектирования, развития старых и разработки новых методов проектирования алгоритмов и программ АСТПП. И это не единственная проблема. Рассмотрим процесс проектирования технологии с помощью ЭВМ, характерный для настоящего времени (рис.7).

Информация, описывающая объект и необходимая решения конкретной задачи, кодируется человеком, затем переносится на носитель информации ( на перфоленту или перфокарты ). После подготовки данные вводятся в ЭВМ. В соответствии с информацией об изделии и состоянии производства проектируется технология его изготовления, решается задача отработки изделий на технологичность проектируется технологическое оснащение. Результаты решения выдаются на выводные устройства в удобной для дальнейшего использования форме (например, в виде технологической карты обработки деталей, в виде перфоленты для станков с ПУ и т.п.).

Наиболее трудоемкой работой является кодирование. Она не предполагает высокой квалификации технолога, но требует большой внимательности. На этом этапе допускается большое количество ошибок, так как выполняется не свойственная для инженера работа по переводу информации с графического языка на естественно-формализованный. Перед разработчиком АСТПП стоит проблема автоматизации процесса кодирования графической информации, что позволило бы значительно снизить трудоёмкость и повысить эффективность решения задач технологии с помощью ЭВМ и решить проблему единого языка ввода дан-

 

 

 

Рис. 6.

 

 

Рис. 7.

 

ных в ЭВМ. В настоящее время слабо развиты методы анализа графической информации и перехода с языка проекции на язык пространственного представления изделий и предстоит еще большая научная и практическая работа по разработке методов и МО анализа и редактирования графических данных.

Учитывая сложность и перспективность этой задачи, необходимо в данный момент спроектировать МО для проведения кодирования графических данных в режиме диалога, что позволит кодировщику контролировать себя по получаемому изображению на графическом дисплее.

Следующая проблема связана с оптимизацией решений, получаемых с ЭВМ. Большинство существующих систем не позволяют получить оптимальные решения. Это происходит по следующим причинам: нет достоверного критерия эффективности проектируемых решений; модель среды, хранимой в памяти системы, не адекватна по отношению к реальному производству. Первая причина требует проведения глубокого анализа решаемых задач и дальнейшего развития технологии как науки. Вторая – организации адаптивных свойств системы. Такие работы требуют проектирования специального МО, для чего потребуется длительное время. Повысить качество решений в свою очередь, потребует разработки специального программного обеспечения.

АСТПП должна быть не только самообучающейся системой, но и самоорганизующейся, так как её задачи заключаются в приспособлении к существующей производственной среде, сколько в преобразовании этой среды с целью повышения качества функционирования производства. Эти задачи предполагают разработку методов, алгоритмов и программ, обеспечивающих свойство самоорганизации.

Следовательно, чтобы решить проблемы, стоящие перед разработчиками АСТПП, необходимо иметь вспомогательные программные средства, ориентированные на методы решения задач по анализу, распознаванию образов, классификации, обучения без учителя и т.п. Этот пакет АСТПП должен быть ориентирован на программистов-пользователей, занимающихся вопросами разработки теории АСТПП, и организован в виде библиотеки программ. В дальнейшем будем называть эту библиотеку программ пакетом программ перспективного развития системы.

Таким образом, как показывает анализ условий эксплуатации, процесса проектирования и проблем по дальнейшему развитию АСТПП, её ПО можно разделить на три составные части: ПО программной системы программирования с использованием специализированных языков, ориентированное на квалифицированных пользователей; ПО формирования новых методов, алгоритмов и программ проектирования и функционирования АСТПП, рассчитанное на разработчиков системы.

Такое построение ПО АСТПП позволяет одинаково успешно работать с ним пользователям с различным уровнем квалификации. Широкий пользователь с имеет доступ к системе с помощью специального языка программной системы, позволяющего описывать вводимые данные и требования к обработке. Квалифицированный пользователь с помощью специализированного языка может проводить процесс генерации ПО, подключить к выполнению какие-либо специальные программы, расширяющие возможности данного пакета. Программист-пользователь и разработчики новых методов решения задач имеют возможность заменить один или несколько модулей ПО, либо ввести в ПО свои собственные модули. Разработчики системы, используя библиотеку программ, имеют возможность проектировать новые методы решений, расширять функциональные возможности АСТПП, формировать новые свойства системы и т.п.

Организация ПО АСТПП в виде трех пакетов повышает эффективность АСТПП за счет уменьшения продолжительности подготовки и программирования алгоритмов, а также настройки пакета ПО на конкретные производственные условия; повышения степени автоматизации при эксплуатации ПО АСТПП; достижения простоты при составлении и отладке программ и обслуживания запросов потребителя.

Кроме названных пакетов к ПО АСТПП следует отнести пакет программ, обеспечивающих организацию и корректировку данных (или так называемую информационно-поисковую систему технологического назначения).

Эти пакеты (см.рис.8) имеют программы общего назначения: трансляторы для ввода данных об объектах производства и среде, программы формирования выходных документов. Система программирования и пакет программ перспективного развития имеют общие программы отладки алгоритмов, программ и системы.

Программная система и система программирования включают общие программы организации диалога, объединения объектов в группы и сортировки.

Кроме этого, каждый пакет имеет ряд специальных программ. Для пакета обслуживания данных – это программы, предназначенные для работы с данными. Для пакета программ перспективного обслуживания составить полный перечень программ не представляется возможным, т.к. трудно предположить, какие методы решения задач будут применяться в дальнейшем. Поэтому этот пакет представлен как открытый.

Система программирования содержит такие элементы, как программы анализа, обучения, прогнозирования, экспертных оценок, моделирования и трансляторы с языков записи алгоритмов и программы. Этот пакет также может дополняться в процессе своего развития.

В состав программной системы входят программы информационной связи между элементами разных АСТПП – это редакторы данных, программы построения кортежа признаков и формирования результирующих массивов. Для реализации блока принятия решения применяется ограниченный набор операций обработки данных. К ним относятся программы поиска информации, выбора и синтеза решений. Ограниченность состава операций объясняется общностью методов принятия решений. Кроме названных программ в этот состав включаются программы реализующие аналитическую зависимости, например: расчёт количества проходов при нарезании резьбы, расчёт обработки и т.п.