Представление процесса проектирования системой процессных диаграмм в интегрированной инструментальной среде
ART 85460
Авторы:
Д.
Э. Цыганков, А.
И. Сидорычев
Д.
Э. Цыганков, А.
И. Сидорычев Библиографическое описание статьи для цитирования:
Цыганков
Д.
Э.,
Сидорычев
А.
И. Представление процесса проектирования системой процессных диаграмм в интегрированной инструментальной среде // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2015. – Т. 13. – С.
2296–2300. – URL:
http://e-koncept.ru/2015/85460.htm.
Аннотация. Настоящая статья посвящена интеграции описания процесса проектирования в виде системы процессных диаграмм в рамках методологии IDEFx и способа его представления в интегрированной инструментальной среде. Рассмотрена структура предлагаемого метода представления проектной деятельности, и описан способ его программной реализации.
Похожие статьи
Текст статьи
Цыганков Денис Эдуардович,аспиранткафедры «Прикладная математика и информатика» ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный технический университет», г. Ульяновскd.tsygankov@ulstu.ru
Сидорычев Андрей Иванович,магистрант кафедры «Радиотехника» ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный технический университет», г. Ульяновск.hitand@ya.ru
Представление процесса проектирования системой процессных диаграмм в интегрированной инструментальной среде
Аннотация.Настоящая статья посвящена интеграции описания процесса проектирования в виде системы процессных диаграммв рамках методологии IDEFxи способа его представления в интегрированной инструментальной среде. Рассмотрена структура предлагаемого метода представления проектной деятельности и описан способ его программной реализации.Ключевые слова:процесс, проектирование, автоматизация,интеграция, САПР.
Автоматизация рабочего места инженераконструктора требует программных решений как различного назначения, так и разного производителя, что вызывает проблему интеграции результатов его работы на различных стадиях проектирования[1], а следовательно, делает невозможным достижение интероперабельности[2]. Интегрированная инструментальная среда (ИИС)способна решать данную проблему, однако имеется ряд сложностей с представлением в ней процесса проектирования, описанных в [3].В процессе проектирования инженер использует различные САПР, при работе с которыми, как правило,вынужден оперировать понятиями, заложенными в них разработчиками. Для возможности оперирования понятиями своей предметной области, а также для повышения эффективности взаимодействия инженеркомпьютер, предлагается объединение описанияпроцесса проектирования в виде процессных диаграмм со способом представления процесса проектирования в ИИС в виде проектных процедур, тем самым обеспечивая всесторонний и детальный анализ проектной деятельности.Следовательно, разработка модуля представления процесса проектирования в виде процессныхдиаграмм и управления ими, является актуальной задачей. Кроме того, предлагаемый метод является новым подходом к представлению проектной деятельности.При программной реализации предлагаемого метода, процесс проектирования описывается моделью представления объектов в методологиях семейства IDEFX.IDEFX(Integrated definition) методология функционального моделирования, предстающая в виде совокупности взаимосвязанных функций проектных процедур. Взаимосвязи проектных процедур описывается в виде «стрелок» четырех типов[4]:•
Входисходные данные для проектирования (техническое задание);•
Управлениеданные, управляющие процессом проектирования (ГОСТ, НТД);•
Механизмресурсы (в том числе и людские), непосредственно выполняющие проектирование (инженерконструктор, САПР);•
Выходрезультат выполнения процессапроектирования(техническая, конструкторскаядокументация, 3Dобраз).Таким образом, данная методология отображает преобразование входных данных в выходные данные с учетом управляющих воздействий и с помощью выполняющих механизмов[5].Процесс проектирования, в общем случае,представляет собой упорядоченную последовательность проектных процедур, а так же связывающих их проектных параметров и управляющих данных (рис. 1).
Рис.1. Структура представления процесса проектированияПроектная процедура представляет собой уровень абстракции [1], отображающий проектирование в виде последовательности стадий, позволяющей перейти от представления проекта в виде последовательности операций к более привычному для инженера виду.Для наглядности определения понятия проектной процедуры, на рис.2. представлена контекстная диаграмма процесса проектирования типичного технического объекта антенны рупорной волноводной Hсекториальной [6].
Рис.2. Контекстная процессная диаграммаИсходными данными для проектирования антенны рупорнойволноводнойHсекториальнойявляются рабочая длина волны (λ), коэффициенты направленного действия и усиления (D, G), ширина диаграммы направленности в каждой из плоскостей (ϴE, ϴH), а так же входное сопротивление (R). В соответствии с ГОСТ 209002014и ГОСТ 1331789 и с помощью системы математических расчетов, средств электродинамического трехмерного моделирования на выходе формируются проектные решения в виде конструкторскойдокументации на проектируемую антенну и ее 3Dмодели, а так же данных о технологическом процессе[7].Декомпозиция контекстной процессной диаграммы, проводимая для детализирования информации о процессе, выводит упорядоченный список этапов проектирования, несущих физический смысл, называемых проектными операциями [8]. В случае секториальной рупорной антенны[9], это проектирование фланца, волноводной трубы и раскрыва рупора, а также формирования из спроектированных деталей сборочной3Dмодели.Декомпозиция процедуры проектирования секториального рупора представлена на рис.3.
Рис.3. Декомпозиция контекстнойпроцесснойдиаграммыКак видно на рис3., один набор исходных данных может поступать, как только на одну проектную процедуру (L0), так и одновременно на несколько процедур (a×b). На выходе каждой проектной процедуры имеется результат ее выполнения, так же относящийся к исходным данным при выполнении проектных процедур более поздней стадии. Таким образом обеспечивается всесвязанность совокупности проектных процедур, на которые декомпозируется контекстная процессная диаграмма.Программная реализация процессногопредставление процесса проектированияосуществляется на основе идей объектноориентированного программирования (ООП)при использовании языков программирования C# и C++. Для интеграции компоненты моделирования процессов с системой и реализации работы с базой данных весь процесс представляется в виде набора диаграмм, составляющих иерархию алгоритмов действий и процедур, из которых состоит процесс. Каждая представляемая диаграмма реализуется в виде сущности, описывающей все свойства данного уровня, а также содержащей коллекции классов, описывающих структурные блоки, из которых состоит процесс,и связи между этими элементами. Таким образом, реализован базовый программный класс Activity, учитывающий все данные требования:class Activity {public ListBlock&#x-400; blockList = new ListBlock怀(); // Коллекцияблоков(процедур);public ListArro&#x-400;w arrowList = new ListArro&#x-400;w(); // Коллекциясвязей;public int Level; // Уровеньвиерархии;public int id; // Уникальныйидентификаторсущности;public int blockNumber; // Уникальный идентификатор блоков;public int arrowNumber; // Уникальный идентификатор связей;public Activity() {…}; // Конструктор класса;// Далее следуют методы добавления/удаления блоков/связей и т.д.;public void AddBlock(…) {…}; // Методы добавления блоков (связей);public void RemoveBlock(…) {…}; } // Метод удаления блоков (связей);Листинг.1. Базовый программный классКласс Blockэто способ представления проектных процедур и функций, включающий в себя всю информацию о данной процедуре, а так же имеющий возможность ссылаться на относящийся к нему подуровень диаграммы, то есть класс Activity, аналогичный внешнему базовому уровню. Таким образом, создаётся иерархия уровней диаграммы.Класс Arrowописывает связи между проектными процедурами (классами Block). Ссылается на паруэлементов, которые он соединяет, так же может включать в себя некоторые передаваемые данные, если это необходимо.Хранение и обработка всей совокупности классов Activityреализована с помощью класса Hierarchy. Данный класс содержит коллекцию классов Activity, модель их отношений и представления, методы работы с данной моделью, а также методы взаимодействия с БД.Архитектура класса Hierarchyпредставлена на рис.4.
Рис.4. Архитектура класса HierarchyВсе вышеперечисленные классы включают в себя методы и поля, служащие для осуществления визуального отображения данного элемента как части целой диаграммы. Так как вся система создана на основе объектноориентированного подхода к программированию, данный функционал может корректироваться или быть изменён в зависимости от способа визуализации, никак не затрагивая при этом идеии методы представления и описания процесса. Аналогично, имеется возможность, в зависимости от целей и потребностей, модифицировать те или иные идеи представления процесса, связи с базой данных, расширять функционал без какоголибо ущерба или усложнения системы.Представление процессапроектирования системойпроцессных диаграмм вформате IDEF открывает перспективуперехода на качественно более высокий уровень конструкторских единиц. А именно, переход от чертежной терминологии проектирования к терминологии конкретных структурных объектов изделия.Предлагаемая методика включает в себя следующие шаги:
дифференциация процесса проектирования;
представление этаповпроектной деятельностив виде проектных процедур диаграммы декомпозиции;
манипулирование элементами диаграммы декомпозиции;
автоматическое построение 3Dмодели изделия.Представление этапов проектирования в виде диаграммы декомпозиции является ключевой особенностью предлагаемой методики, т.к. появляется возможность сохранять проектные процедуры в видеэлементов этой диаграммы, и именно эти элементы становятся минимальными конструкторскими единицами в процессе проектирования. Создание последующих процессов на основе уже имеющегося осуществляется в контексте терминологии IDEFx, что повышает производительность процесса, сокращает сроки проектирования и упрощает процесс выработки вариантов решения.Ссылки на источники1.KozintsevO. A Model for Storing and Presenting Design Procedures in a Distributed Serviceoriented Environment/ O. Kozintsev, A. Pokhilko,L. Kamalov, I. Gorbachev, D. Tsygankov// Moving Integrated Product Development to Service Clouds in the Global Economy: Proceedings of the 21st ISPE Inc. International Conference on Concurrent Engineering, 2014, P.8491.2.Горбачев И.В. Представление процессов проектирования в функционально адаптируемой форме для хранения классов проектных решений / И.В. Горбачев, А.Ф. Похилько // Программные продукты и системы.2013. №1 (101). С.7782.3.Похилько А.Ф. Построение модели классов объектов и типовых методик проектирования в интегрированной интероперабельной среде САПР/ А.Ф.Похилько // Вестник Ульяновского государственного технического университета. 2001. №4. С.3540.4.Малинин А.А.Разработка универсальной модели электронного архива конструкторской документации с применением методологии IDEF/ А.А.Малинин, Н.Ю.Иванова // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2011. Т.54. №5. С.2934.5.ПохилькоА.Ф. CASEтехнология моделирования процессов с использованием средств BPWin и ERWin:учебное пособие/А.Ф. Похилько, И.В. Горбачев. Ульяновск, 2008. 120с.6.Цыганков Д.Э. Формальное описание класса технических объектов функционально адаптированной САПР «Антенны рупорные волноводные» / Д.Э. Цыганков, С.В. Рябов // Научнотехнический вестник Поволжья. 2014.№1. С.181184.7.Похилько А.Ф. Технология представления проектной деятельности в интегрированной среде САПР/ А.Ф.Похилько// Вестник Ульяновского государственного технического университета. 2000. №3. С.3237.8.Цыганков Д.Э. Формирование функционально адаптированных САПР классов технических объектов / Д.Э. Цыганков // Междисциплинарные исследования в области математического моделирования и информатики: материалы научнопрактической internetконференции.Ульяновск: SIMJET, 2013.С.140144.9.Цыганков Д.Э.Представление класса технических объектов в виде системы структурно и логически связанных проектных процедур/ Д.Э.Цыганков // Научнометодический электронный журнал "Концепт". 2014. Т.20. С.881885.
Сидорычев Андрей Иванович,магистрант кафедры «Радиотехника» ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный технический университет», г. Ульяновск.hitand@ya.ru
Представление процесса проектирования системой процессных диаграмм в интегрированной инструментальной среде
Аннотация.Настоящая статья посвящена интеграции описания процесса проектирования в виде системы процессных диаграммв рамках методологии IDEFxи способа его представления в интегрированной инструментальной среде. Рассмотрена структура предлагаемого метода представления проектной деятельности и описан способ его программной реализации.Ключевые слова:процесс, проектирование, автоматизация,интеграция, САПР.
Автоматизация рабочего места инженераконструктора требует программных решений как различного назначения, так и разного производителя, что вызывает проблему интеграции результатов его работы на различных стадиях проектирования[1], а следовательно, делает невозможным достижение интероперабельности[2]. Интегрированная инструментальная среда (ИИС)способна решать данную проблему, однако имеется ряд сложностей с представлением в ней процесса проектирования, описанных в [3].В процессе проектирования инженер использует различные САПР, при работе с которыми, как правило,вынужден оперировать понятиями, заложенными в них разработчиками. Для возможности оперирования понятиями своей предметной области, а также для повышения эффективности взаимодействия инженеркомпьютер, предлагается объединение описанияпроцесса проектирования в виде процессных диаграмм со способом представления процесса проектирования в ИИС в виде проектных процедур, тем самым обеспечивая всесторонний и детальный анализ проектной деятельности.Следовательно, разработка модуля представления процесса проектирования в виде процессныхдиаграмм и управления ими, является актуальной задачей. Кроме того, предлагаемый метод является новым подходом к представлению проектной деятельности.При программной реализации предлагаемого метода, процесс проектирования описывается моделью представления объектов в методологиях семейства IDEFX.IDEFX(Integrated definition) методология функционального моделирования, предстающая в виде совокупности взаимосвязанных функций проектных процедур. Взаимосвязи проектных процедур описывается в виде «стрелок» четырех типов[4]:•
Входисходные данные для проектирования (техническое задание);•
Управлениеданные, управляющие процессом проектирования (ГОСТ, НТД);•
Механизмресурсы (в том числе и людские), непосредственно выполняющие проектирование (инженерконструктор, САПР);•
Выходрезультат выполнения процессапроектирования(техническая, конструкторскаядокументация, 3Dобраз).Таким образом, данная методология отображает преобразование входных данных в выходные данные с учетом управляющих воздействий и с помощью выполняющих механизмов[5].Процесс проектирования, в общем случае,представляет собой упорядоченную последовательность проектных процедур, а так же связывающих их проектных параметров и управляющих данных (рис. 1).
Рис.1. Структура представления процесса проектированияПроектная процедура представляет собой уровень абстракции [1], отображающий проектирование в виде последовательности стадий, позволяющей перейти от представления проекта в виде последовательности операций к более привычному для инженера виду.Для наглядности определения понятия проектной процедуры, на рис.2. представлена контекстная диаграмма процесса проектирования типичного технического объекта антенны рупорной волноводной Hсекториальной [6].
Рис.2. Контекстная процессная диаграммаИсходными данными для проектирования антенны рупорнойволноводнойHсекториальнойявляются рабочая длина волны (λ), коэффициенты направленного действия и усиления (D, G), ширина диаграммы направленности в каждой из плоскостей (ϴE, ϴH), а так же входное сопротивление (R). В соответствии с ГОСТ 209002014и ГОСТ 1331789 и с помощью системы математических расчетов, средств электродинамического трехмерного моделирования на выходе формируются проектные решения в виде конструкторскойдокументации на проектируемую антенну и ее 3Dмодели, а так же данных о технологическом процессе[7].Декомпозиция контекстной процессной диаграммы, проводимая для детализирования информации о процессе, выводит упорядоченный список этапов проектирования, несущих физический смысл, называемых проектными операциями [8]. В случае секториальной рупорной антенны[9], это проектирование фланца, волноводной трубы и раскрыва рупора, а также формирования из спроектированных деталей сборочной3Dмодели.Декомпозиция процедуры проектирования секториального рупора представлена на рис.3.
Рис.3. Декомпозиция контекстнойпроцесснойдиаграммыКак видно на рис3., один набор исходных данных может поступать, как только на одну проектную процедуру (L0), так и одновременно на несколько процедур (a×b). На выходе каждой проектной процедуры имеется результат ее выполнения, так же относящийся к исходным данным при выполнении проектных процедур более поздней стадии. Таким образом обеспечивается всесвязанность совокупности проектных процедур, на которые декомпозируется контекстная процессная диаграмма.Программная реализация процессногопредставление процесса проектированияосуществляется на основе идей объектноориентированного программирования (ООП)при использовании языков программирования C# и C++. Для интеграции компоненты моделирования процессов с системой и реализации работы с базой данных весь процесс представляется в виде набора диаграмм, составляющих иерархию алгоритмов действий и процедур, из которых состоит процесс. Каждая представляемая диаграмма реализуется в виде сущности, описывающей все свойства данного уровня, а также содержащей коллекции классов, описывающих структурные блоки, из которых состоит процесс,и связи между этими элементами. Таким образом, реализован базовый программный класс Activity, учитывающий все данные требования:class Activity {public ListBlock&#x-400; blockList = new ListBlock怀(); // Коллекцияблоков(процедур);public ListArro&#x-400;w arrowList = new ListArro&#x-400;w(); // Коллекциясвязей;public int Level; // Уровеньвиерархии;public int id; // Уникальныйидентификаторсущности;public int blockNumber; // Уникальный идентификатор блоков;public int arrowNumber; // Уникальный идентификатор связей;public Activity() {…}; // Конструктор класса;// Далее следуют методы добавления/удаления блоков/связей и т.д.;public void AddBlock(…) {…}; // Методы добавления блоков (связей);public void RemoveBlock(…) {…}; } // Метод удаления блоков (связей);Листинг.1. Базовый программный классКласс Blockэто способ представления проектных процедур и функций, включающий в себя всю информацию о данной процедуре, а так же имеющий возможность ссылаться на относящийся к нему подуровень диаграммы, то есть класс Activity, аналогичный внешнему базовому уровню. Таким образом, создаётся иерархия уровней диаграммы.Класс Arrowописывает связи между проектными процедурами (классами Block). Ссылается на паруэлементов, которые он соединяет, так же может включать в себя некоторые передаваемые данные, если это необходимо.Хранение и обработка всей совокупности классов Activityреализована с помощью класса Hierarchy. Данный класс содержит коллекцию классов Activity, модель их отношений и представления, методы работы с данной моделью, а также методы взаимодействия с БД.Архитектура класса Hierarchyпредставлена на рис.4.
Рис.4. Архитектура класса HierarchyВсе вышеперечисленные классы включают в себя методы и поля, служащие для осуществления визуального отображения данного элемента как части целой диаграммы. Так как вся система создана на основе объектноориентированного подхода к программированию, данный функционал может корректироваться или быть изменён в зависимости от способа визуализации, никак не затрагивая при этом идеии методы представления и описания процесса. Аналогично, имеется возможность, в зависимости от целей и потребностей, модифицировать те или иные идеи представления процесса, связи с базой данных, расширять функционал без какоголибо ущерба или усложнения системы.Представление процессапроектирования системойпроцессных диаграмм вформате IDEF открывает перспективуперехода на качественно более высокий уровень конструкторских единиц. А именно, переход от чертежной терминологии проектирования к терминологии конкретных структурных объектов изделия.Предлагаемая методика включает в себя следующие шаги:
дифференциация процесса проектирования;
представление этаповпроектной деятельностив виде проектных процедур диаграммы декомпозиции;
манипулирование элементами диаграммы декомпозиции;
автоматическое построение 3Dмодели изделия.Представление этапов проектирования в виде диаграммы декомпозиции является ключевой особенностью предлагаемой методики, т.к. появляется возможность сохранять проектные процедуры в видеэлементов этой диаграммы, и именно эти элементы становятся минимальными конструкторскими единицами в процессе проектирования. Создание последующих процессов на основе уже имеющегося осуществляется в контексте терминологии IDEFx, что повышает производительность процесса, сокращает сроки проектирования и упрощает процесс выработки вариантов решения.Ссылки на источники1.KozintsevO. A Model for Storing and Presenting Design Procedures in a Distributed Serviceoriented Environment/ O. Kozintsev, A. Pokhilko,L. Kamalov, I. Gorbachev, D. Tsygankov// Moving Integrated Product Development to Service Clouds in the Global Economy: Proceedings of the 21st ISPE Inc. International Conference on Concurrent Engineering, 2014, P.8491.2.Горбачев И.В. Представление процессов проектирования в функционально адаптируемой форме для хранения классов проектных решений / И.В. Горбачев, А.Ф. Похилько // Программные продукты и системы.2013. №1 (101). С.7782.3.Похилько А.Ф. Построение модели классов объектов и типовых методик проектирования в интегрированной интероперабельной среде САПР/ А.Ф.Похилько // Вестник Ульяновского государственного технического университета. 2001. №4. С.3540.4.Малинин А.А.Разработка универсальной модели электронного архива конструкторской документации с применением методологии IDEF/ А.А.Малинин, Н.Ю.Иванова // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2011. Т.54. №5. С.2934.5.ПохилькоА.Ф. CASEтехнология моделирования процессов с использованием средств BPWin и ERWin:учебное пособие/А.Ф. Похилько, И.В. Горбачев. Ульяновск, 2008. 120с.6.Цыганков Д.Э. Формальное описание класса технических объектов функционально адаптированной САПР «Антенны рупорные волноводные» / Д.Э. Цыганков, С.В. Рябов // Научнотехнический вестник Поволжья. 2014.№1. С.181184.7.Похилько А.Ф. Технология представления проектной деятельности в интегрированной среде САПР/ А.Ф.Похилько// Вестник Ульяновского государственного технического университета. 2000. №3. С.3237.8.Цыганков Д.Э. Формирование функционально адаптированных САПР классов технических объектов / Д.Э. Цыганков // Междисциплинарные исследования в области математического моделирования и информатики: материалы научнопрактической internetконференции.Ульяновск: SIMJET, 2013.С.140144.9.Цыганков Д.Э.Представление класса технических объектов в виде системы структурно и логически связанных проектных процедур/ Д.Э.Цыганков // Научнометодический электронный журнал "Концепт". 2014. Т.20. С.881885.
