ФОРМАЛІЗАЦІЯ ПРОЦЕСУПРОЕКТУВАННЯ
(реферат)
План
1. Основні поняття
2. Блочно-ієрархічнийпідхід до процесу проектування
3. Аспекти проектування
4. Складові частинипроцесу проектування
5. Способи організаціїпроцесу проектування
7. Схема проектуванняапаратно-програмного комплексу інформаційно-обчислювальної системи
1. Основні поняття
Проектування технічного об'єкта зв'язане із створення, перетворенням іпредставленням у прийнятій формі образу цього об'єкта. Образ об'єкта чи йогоскладових частин може створюватися в уяві людини в результаті творчогопроцесу чи генеруватися по деяких алгоритмах у процесі взаємодії людини й ЕОМ. Убудь-якому випадку проектування починається при наявності завдання напроектування, що відбиває потреби суспільства в одержанні деякого технічноговиробу. Завдання представляється у виді тих чи інших документів і євихідним (первинним) описом об'єкта. Результатом проектування, якправило, служить повний комплект документації, що містить достатні дані длявиготовлення об'єкта в заданих умовах. Ця документація являє собою остаточнийопис об'єкта.
Перетворення вихідного опису в остаточне породжує проміжні описи — проектнірішення, що є предметом розгляду.
З інформаційної точки зору проектування є процес перетворення вхідноїінформації про об'єкт проектування, про стан знань у розглянутій області, продосвід проектування об'єктів аналогічного призначення у вихідну інформацію увигляді проектно-конструкторської і технологічної документації, виконаної увизначеній формі і містячи опис об'єкта для його матеріальної реалізації.
З погляду теорії прийняття рішень проектування представляється, якпроцес прийняття проектно-конструкторських рішень, спрямований на одержаннязадовольняючого технологічному завданню опису, технічної системи заданогоступеня деталізації.
Процес проектування можна також розглядати і як реалізацію циклукерування, що містять операції синтезу, аналізу, оцінку і виробку керуючоговпливу.
Усі визначення відбивають лише окремі сторони поняття «проектування»і показують, що однозначного його визначення не існує, що проектування єскладний комплексний процес.
2. Блочно-ієрархічний підхід до процесупроектування
Проектована система розчленовується на ієрархічні рівні. На вищомурівні використовується найменш деталізоване представлення, що відбиває тількизагальні риси й особливості проектованої системи. На наступних рівнях ступінь детальностірозгляду зростає; при цьому система розглядається не в цілому, а окремимиблоками.
При блочно-ієрархічному підході до проектування складна задача великоїрозмірності розбивається на послідовно розв'язувані групи задач малоїрозмірності, причому усередині груп різні задачі можуть вирішуватися паралельно.На кожнім рівні існують свої представлення про систему й елементи. Те, що набільш високім i-м рівні називалося елементом, на наступному (i-1)-м рівні стає системою. Часто елементи самого нижчого з рівнів називаютьбазовими чи елементами компонентами.
При проектуванні складних систем іноді приходиться оперувати описами, уяких одночасно представлені два ієрархічних рівні, у цьому випадку застосовуютьтермінисистема, підсистема й елементи.
Таким чином, ієрархічні рівні являють собою рівні описуоб'єктів, які розрізняються ступенем детального відображення властивостейоб'єкта. Інакше їх називають горизонтальними рівнями чи рівнямиабстрагування. Сукупність описів деякого рівня разом з постановками задач іметодів одержання цих описів називають ієрархічним рівнем проектування.
На горизонтальних рівнях існують групи задач, зв'язані з проектуваннямсхем, конструкцій, технології. Ці групи задач разом з використовуваними дляїхнього рішення моделями, методами, формами документації називаються аспектамипроектування (іноді аспекти проектування називають вертикальними рівнямипроектування).
3. Аспекти проектування
Крім поділу описів по ступені детальності відображення властивостейоб'єкта породжуючого ієрархічні рівні, використовують декомпозицію описів порізних аспектах. Найбільш великими є функціональні, конструкторські ітехнологічні аспекти. Рішення задач, зв'язаних з перетворенням або одержаннямописів, що відносяться до цих аспектів, називають відповідно функціональним,конструкторським і технологічним проектуванням.
Функціональний аспект відображає основніпринципи функціонування, характеру фізичних і інформаційних процесів, щопротікають в об'єкті, і відображаються в принципових, функціональних,структурних, кінематичних схемах і супровідних їм документах.
Конструкторський аспект реалізує результатифункціонального проектування, тобто визначає геометричні форми об'єктів і їхнєвзаємне розташування в просторі.
Технологічний аспект зв'язаний з реалізацієюрезультатів конструкторського проектування, тобто з описом методів і засобіввиготовлення об'єктів зокрема, з підготовкою програм для ЧПУ.
4. Складові частини процесупроектування
Проектування як процес, що розвивається в часі, поділяють на стадії,етапи, проектні процедури й операції.
Стадії проектування.
При проектуванні складних систем виділяють стадії наперед проектнихдосліджень,технічного завдання і технічної пропозиції, ескізного, технічного, робочогопроектів, іспитів і впровадження.
На стадії науково-дослідних робіт (НДР.) — наперед проектнихдосліджень, технічного завдання і технічної пропозиції — на підставівивчення потреб суспільства в одержанні нових виробів, науково-технічнихдосягнень промисловості, наявних ресурсів визначають призначення, основніпринципи побудови технічного об'єкта і формулюють технічне завдання (ТЗ) найого проектування.
На стадії ескізного проекту дослідно-конструкторських робіт(ДКР) перевіряються коректність і реалізаційність основних принципів іположень, що визначають функціонування майбутнього об'єкта, і створюється йогоескізний проект.
На стадії технічного проекту виконується всебічнепророблення всіх частин проекту, конкретизуються і деталізуються технічні рішення.
На стадіях робочого проекту, дослідів і упровадження формуєтьсявся необхідна документація для виготовлення виробу. Далі створюється івипробується досліджувальний зразок чи пробна партія виробів, за результатамиіспитів вносяться необхідні корективи в проектну Документацію, після чогоздійснюється впровадження у виробництво.
Етапи проектування.
Етап проектування — частина процесу проектування, що включає в себеформування всіх описів об'єкта, що вимагаються, які відносяться до одного чидекількох ієрархічних рівнів або аспектів. Часто назви етапів збігаються зназвами відповідних ієрархічних рівнів і аспектів. Так, проектуваннятехнологічних процесів розбивають на етапи розробки принципових схемтехнологічного процесу маршрутної технології, операційної технології йодержання керуючої інформації на машинних носіях для програмно-керованоготехнологічного обладнання.
Проектні процедури.
Складові частини етапу проектування називають проектними процедурами.Проектна процедура — частина етапу, виконання якої закінчується одержаннямпроектного рішення. Кожній проектній процедурі відповідає деяка задачапроектування, розв'язувана в рамках даної процедури.
Проектна операція.
Більш дрібні складові частини процесу проектування, що входять доскладу проектних процедур, називають проектними операціями.
Приклади проектних процедур: оформлення креслення, виробу, розрахунокпараметрів підсилювача, вибір типової конструкції для побудови електродвигуна. Прикладипроектних операцій: креслення типового графічного зображення (зубцюватогозачеплення, рамки креслення і т.п.), рішення системи алгебраїчних рівнянь якіописують статичний стан підсилювача, розрахунок показників ефективностічергового варіанта побудови електродвигуна.
Таким чином, поняття рівня й аспекту відносяться до структуруванняпредставлень про проектований об'єкт, а поняття етапу — до структуруванняпроцесу проектування.
5. Способи організації процесупроектування
Автоматизоване проектування забезпечує підтримку процесу проектування. Отже,перш ніж вивчати автоматизоване проектування, необхідно вивчити сам процеспроектування, тобто створити спрощену модель процесу проектування Однактруднощі полягають у тому, що процеси проектування сильно відрізняються одинвід одного і залежать від конкретного виробу, від розмірів організації, щопроектує, і її структури, від виду проекту (проектування на базі типових рішеньабо цілком оригінальний проект нового виробу).
Розробка деякої моделі процесу проектування дозволяє виділити найбільшістотні компоненти процесу проектування. Як розроблювач САПР, так і їїпотенційний користувач повинні мати можливість погоджувати опис інтерфейсівавтоматизованих етапів процесу проектування з іншими етапами цього процесу. Такіінтерфейси можна описувати, якщо процес проектування адекватно представленийпослідовністю або ланцюжком дій, так що результати кожної дії передаються длявиконання наступного.
Розглянемо загальну модель процесу проектування.
/>
Рис.4.1 Схема процесу проектування
На рис.4.1 показаний перший варіант такої моделі, щодо якої можнаприпустити:
ціль проектування незмінна (принаймні протягом якогось часу);
для створення проекту вимагаються знання технології певного типу;
процес проектування породжує інформацію (проект), що може бутидокументована і використана для виробництва тим чи іншим способом.
На рис.3.2 представлений другий варіант моделі процесу проектування.На початку процесу проектувальнику передається специфікація проекту. Під специфікацієютут розуміється деяке первинне завдання на проект. Ця специфікація поки нецілком відповідає кінцевій меті, вона скоріше формулює мету. Можливо, що черезневірну інтерпретацію, неповних чи некоректних формулювань у специфікаціїпроекту досягнення мети неможливо. Не можна припускати, що специфікаціїмасштабних проектів, розрахованих на тривалий час розробки, будуть залишатисянезмінним. Вони можуть бути не тільки деталізовані, але і змінені. При розробціпроекту повинні бути передбачені спеціальні міри, що забезпечують введення вспецифікації подібних змін. Для забезпечення таких коригувальних мір у модельпроцесу проектування повинне бути включене представлення проміжних результатівпроектування для етапів, що мають більш високий рівень у загальному процесі.
У більшості випадків процес проектування є ітеративним. На раннійстадії проекту щодо конкретних характеристик виробу приймаються рішення,засновані на евристичних розуміннях з урахуванням неповних знань про їхнійвплив на досягнення кінцевої мети. Цю частину процесу проектування назвемо синтезом.На останній стадії проект необхідно аналізувати й оцінювати по специфікації.Говорячи про програмне забезпечення, такі дії позначають термінами «перевіркаправильності» чи «верифікація». Якщо ціль не досягається, топроектні рішення повинні бути скоректовані.
/>
Рис.4.2 Модель процесу виробництва
З рис.4.2 випливає, що процес проектування являє собою цикл керування. Ввнутрішньому циклі здійснюються наступні операції над проектними описами: синтез,аналіз і оцінка. Дані про відхилення попереднього проекту від специфікаціїпередаються до операції синтезу. Зовнішній цикл замикається не усередині самогопроцесу проектування, а тільки в процесі вищого рівня. Таким чином, проектніспецифікації відбивають усі зміни мети проектування. Для економії в процесіпроектування потрібно використовувати методи специфікації, мінімізуючи витрати,зв'язані зі зміною мети.
Процес проектування складного об'єкта розпадається на ієрархічнусукупність процесів проектування окремих компонентів, що приводить довиникнення такого поняття як середовище проектування. Середовищепроектування включає проектувальника, сукупність обчислювальних засобів,методичне забезпечення.
/>
Рис.4.3 Модель середовища проектування
Любий процес проектування може встановлювати зв'язок з будь-якимпроцесом середовища проектування і запитувати створення нового підлеглогопроцесу (рис.4.3).
Лінія, що з'єднує процес середовища з окремим процесом проектування,означає відношення «належить до». За допомогою графічної схеми можнапредставити мережну модель процесів, виділивши її структурні рівні.
Така модель дозволяє розглядати окремий процес проектування і йогоінтерфейси без спільного розгляду всіх процесів.
6. Загальна схемапроцесу проектування
Системи автоматизованого проектування, що підтримують визначенуметодологічну схему, повинні мати здатність розгортання заданої методології увиді лінійної послідовності процедур. Для цього потрібно, насамперед, ретельнепророблення всієї методологічної схеми, тому що процес проектування задопомогою САПР визначений лише тоді, коли цілком задані можливі альтернативипослідовності процедур.
Процес проектування представляється циклічною процедурою і відбиваєвизначену концептуальну модель. В основі цієї моделі лежать поняття підпроекта(ПП) і його шаблона (Ш). Під шаблоном підпроекта будемо розуміти сукупністьпитань, що вимагають відповіді на даному кроці проектування. Тоді підпроектявляє собою сукупність відповідей на поставлені питання, тобто результатрішення деякої приватної задачі проектування (ПЗП).
Проект (П), будучи результатом виконання визначеної стадії проектування,є сукупність інформації, достатньої для виконання наступної стадії абовиготовлення технічного зразка. У пропонованій концепції проект включаєзведення, почерпнуті з підпроектов, що входять у дану стадію. Формування ПП наоснові заданого Ш здійснюється за допомогою перетворення в процесі проектуваннярішення заданої ПЗП. При заданому Ш це дозволяє одержати різні варіанти ПП узалежності від обраних критеріїв, наявності обмежень, некерованих параметрів, атакож обраного методу прийняття рішень.
Після того як побудований черговий підпроект, його частина надходить упроект. Крім того, ПП є основою для створення чергового шаблона Ш з допомогоюметодологічної операції перетворення в процесі проектування. Методологічніоперації будуються на основі обраної методології проектування, що представляєсобою сукупність даних, методів, процедур проведення декомпозиції, координації,агрегуровання і т.д. Одне з основних вимог до методології — можливістьстворювати розв'язні шаблони. Саме ця вимога приводить до необхідностівикористання в методології таких прийомів, як ітерація, декомпозиція,відсівання факторів, агрегурованя характеристик.
Таким чином, підсумок процесу проектування — проект, що створюється вході реалізації процесу проектування і який містить у собі об'єднання всілякихслідів проектування (стрімко розростаючомуся дереву процесу проектування). Надаліце дерево будемо називати технологічною схемою (ТС) процесу проектування. Такимчином, ТС включає як методологічні питання проектування, так і методики рішенняПЗП.
Таким чином, розглянута вище організація процесу проектування дозволяєвиділити його істотні компоненти, їхнє створення, взаємозв'язок, визначитипідходи до реалізації.
САПР, побудована по зазначеній схемі, повинна мати:
засоби аналізу;
способи чи рекомендації проведення проектних перетворень;
пакети програм по реалізації методики рішення різних ЧЗП;
сценарій загальної технологічної (операторно-інформаційної) схемипроектування;
банк даних для роботи з базами підпроектов, вихідних і нормативно-довідковихданих, сценаріїв окремих ПЗП;
діалогову систему організації загального сценарію і сценаріїв ПЗП;
монітор організації паралельних процесів проектування;
базу даних проектів.
Важливою проблемою є декомпозиція вихідної задачі на сукупністьприватних задач проектування. Така декомпозиція ґрунтується на представленніпроцесу проектування у виді багаторівневого ієрархічного вкладеного процесуприйняття рішень по окремих компонентах системи. Для цього необхідно:
1) побудувати граф проробки, вершини якого відображають формування йаналіз рішень по компонентах системи, а дуги — вершини за інформацією іпослідовності розвитку загальносистемного проектування (ОСП) за часом;
2) сформулювати постановки задач ухвалення рішення по компонентах, утому числі визначити приватні цілі й умови компромісу для їхнього узгодження (прохідпо графі «зверху вниз»);
3) вирішити поставлені вище задачі пророблення компонент системи (прохід«знизу нагору»).
7. Схема проектування апаратно-програмногокомплексу інформаційно-обчислювальної системи
Методологічна схема загальносистемногопроектування апаратно-програмного комплексу (АПК) ИВС призначена дляорганізації автоматизованого проектування АПК і являє собою алгоритм процесупроектування. Розробка такого алгоритму вимагає попереднього аналізу процесупроектування АПК із метою виділення обмеженого числа базових проектних процедурдля різних рівнів проектування і з різним ступенем деталізації. При такійпостановці задачі стає можливим конструювати алгоритм процесузагальносистемного проектування (ЗСП) з обмеженого набору базових проектнихпроцедур. Причому цей алгоритм можна розробляти з різним ступенем деталізації,у залежності від рівня проектування, на який орієнтований алгоритм, іконкретної проектної ситуації.
Методологічна схема має три рівні деталізації.
Перший рівень відбиває основний зміст процесу проектування АПК. Алгоритмцього рівня складається з блоків і зв'язків між ними, що являють собоюструктуру проектованої системи, її розбиття на підсистеми, що забезпечують, іпослідовність проектування підсистем і систем у цілому. Для блоків розробленийперелік проектувальних задач (проектних процедур), які необхідно вирішити вданому блоці. Блокам відповідають предметні області людино-машинного діалогу вСАПР.
Другий рівень розкриває зміст проектних процедур першого рівня длякожного блоку. З цією метою складають перелік питань, які необхідно розглянутидля рішення відповідної задачі проектування; виявляють послідовність виконанняй умови переходу від однієї проектної процедури до іншої, можливі альтернативнішляхи розвитку процесу проектування і правила адаптації методологічної схеми доконкретних проектних умов.
Третій рівень являє собою деталізований людино-машинний сценарійпроцесу ЗСП. Цей рівень є основою для розробки алгоритмів діалогу для різнихпредметних областей загальносистемного пророблення.
Схему, у якій поряд із зазначеними процедурами присутні і допоміжнімашинні процедури: вводу-виводу, розбору текстових рядків, аналізу відповідейпо «меню», введення інформації з НМД і ін., називають технологічноюсхемою обробки інформації в ЕОМ, або в обчислювальному комплексі.