CC BY
76
Литература
1. Пер Кролл, Филипп Крачтен: Rational Unified Process - это легко. Руководство по RUP для практиков. - М. «Эксмо», 2004.- 427с.
2. Грэг Ларман, Применение UML и шаблонов проектирования: пер. с англ. - М. Издательский дом «Вильямс», 2004.- 624с.
УДК 004.9:684.4
ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННЫЙ ПОДХОД К ПРОЕКТИРОВАНИЮ КОРПУСНОЙ МЕБЕЛИ В САПР БАЗИС
Бакулина Наталья Николаевна, директор, ООО «Базис-Центр», Россия, Коломна,
Бунаков Павел Юрьевич, к.т.н., доц., Коломенский институт (филиал) Московского государственного открытого университета, Россия, Коломна, [email protected] Каскевич Николай Владимирович, ведущий специалист, ООО «Базис-Центр», Россия, Коломна,
Стариков Александр Вениаминович, к.т.н., доц., Воронежская государственная лесотехническая
академия, Россия, Воронеж, [email protected]
Харин Валерий Николаевич, д.т.н., профессор, Воронежская государственная лесотехническая академия, Россия, Воронеж, [email protected]
В основе построения большинства современных систем автоматизированного проектирования (САПР) лежит геометрически-ориентированная парадигма проектирования, которая основывается на модели объекта, определенного в так называемых исполнительных координатах. В общем виде такая модель MG представляется следующей тройкой [1]:
Mg = <Ig, Ag, Ria>,
где IG - множество геометрических элементов, AG - множество геометрических атрибутов, Ria - множество отношений между элементами и атрибутами.
Геометрические модели имеют иерархическую структуру, которая обычно формируется в результате выполнения восходящего проектирования. Элементами геометрической модели могут быть система координат, точка, кривая (на плоскости или в пространстве), поверхность, различные геометрические тела. Подобный подход, будучи универсальным и инвариантным к специфике предметной области, имеет ряд ограничений, не позволяющих достигнуть высокого уровня автоматизации конструкторскотехнологических работ:
• выполнение проектных операций на сравнительно низком уровне абстракции в пространстве исполнительных координат элементов модели, что не позволяет в должной мере производить анализ корректности ввода множества координат и, как следствие, обнаруживать ошибки субъективного характера на ранних стадиях проектирования;
• детерминированность моделей, следствием которой является сложность внесения конструктивно-технологических изменений в проект;
• отсутствие адекватных средств задания и хранения информации о структурных взаимосвязях элементов проектируемого изделия, что не позволяет выполнить структурно-логический анализ конструкции изделия;
• моделирование атрибутивных свойств элементов на основе геометрических понятий, не отражающих физические характеристики конструкционных материалов, что является объективным препятствием для реализации комплексного контроля корректности математической модели;
• поэтапная раздробленность единого процесса концептуального проектирования, конструирования, технологической подготовки и производства изделий, причина
114
которой в отсутствии единой математической модели, удовлетворяющей совокупному множеству требований всех этапов;
• отсутствие формальных средств контроля ошибок при изменении конструкции ранее разработанных изделий, что не позволяет снизить влияние субъективного фактора при выполнении проектирования информационных технологий.
Ограничения геометрической парадигмы построения САПР особенно заметно в мебельной промышленности, имеющей дело с художественно-техническими изделиями, при проектировании которых невозможно разделить художественные и конструкторскотехнологические аспекты или установить приоритеты их действия. В дополнение к этому для современного потребителя мебели большое значение имеет индивидуальность изделий в сочетании с высоким качеством их изготовления. Это означает существенное увеличение объема информации, подлежащей осмыслению и переработке в процессе проектирования, при одновременной необходимости снижения времени выполнения проектов без потери качества.
В таких условиях необходим переход от геометрического моделирования к использованию объектно-ориентированных моделей более высокого уровня абстракции, чем традиционные, - эскизно-структурных, графоаналитических и структурно-атрибутивных, в которых геометрическая составляющая является одним из аспектов [2]. Перечисленные модели являются информационной основой для формирования объектных структурноатрибутивных моделей (ОСАМ) объектов проектирования - изделий корпусной мебели.
Эскизно-структурное описание объекта проектирования основывается на системе классификации корпусной мебели и ее элементов и обеспечивает укрупненное структурное представление мебельной конструкции. Для идентификации элементов этой конструкции используется система соподчиненных понятий (уровней), с помощью которых структуру любой мебельной конструкции модульного типа можно представить в виде планарного графа, каждая вершина которого относится к одному из четырех уровней: изделия (F), секций (S), блоков (B) или деталей (D), что можно записать в виде соотношений:
l ( m ^ n \ p (q Л f s \
*4 II Ъо Ь оэ и II B У J=1 J D\ ; B = Bt, Bt = Dj У j=1 J D\
i=1 У k=1 J i=1 У k=1 J
D D = К, d2,..., dn}, D D =0,
где S - множество секций в изделии F; B - множество блоков; D' - множество деталей, не входящих в состав блоков; D - множество деталей, входящих в состав блоков; d; - деталь, являющаяся элементом множества D или D'.
Логическая структура блока определяется рекурсивно в виде совокупности деталей, блоков и стандартных блоков. При этом первые два вида объектов иерархии изделия рассматриваются как единое целое на B-уровне, но для них предполагается дальнейшая декомпозиция. В отличие от них, стандартный блок представляет собой неделимое изделие -с точки зрения объектного представления модели, не допускающее дальнейшей декомпозиции по физическим или логическим причинам.
Особую роль в процессе изготовления корпусной мебели играют элементы сопряжения, обеспечивающие надежное соединение всех деталей конструкции и определяющие в большой степени ее долговечность. На уровне эскизного проекта узел сопряжения Us представляется абстрактным понятием, включающим в себя комбинацию сопрягаемых панелей Р; и крепежных элементов K, которые, в свою очередь, описываются как обобщенные отверстия:
N
Us = ( P) K.
i=1
В графоаналитическом описании объекта проектирования с любым мебельным объектом (F, S , B или D) сопоставляется ряд основных свойств (атрибутов), каждое из которых можно отнести к одной из следующих двух групп: атрибуты (параметры мебельного
115
изделия) и отношения (взаимосвязи) между объектами. Полное описание мебельного изделия, помимо указания составных элементов и их основных свойств, требует также задания отношений между ними. С учетом специфики конструирования корпусной мебели выделены следующие отношения между элементами: вложенности, или принадлежности, выравнивания, пропорциональности, симметрии, зеркальности и сопряжения.
Для описания различных типов отношений между элементами мебельного изделия используются структурированные хроматические (раскрашенные) графы с параллельными ребрами: G(V, E) = GN GA GS G{ GM GP, где EN, EA, ES, E,, EM, EP -
множество отношений вложенности, выравнивания, симметрии, сопряжения, зеркальности и пропорциональности соответственно.
Цвета в графе используются не только для того, чтобы представить иерархию объектов, сгруппированных по уровням; они также применяются для окраски ребер графа, задающих различные отношения между элементами одного или разных уровней иерархии. Для графоаналитического описания легко реализуются машинные алгоритмы обработки на основе использования матриц смежности и инцидентности.
Структурно-атрибутивное описание изделий корпусной мебели базируется на теории полихроматических графов [3], дополняя множество их окрашенных ребер окрашенными петлями. Каждая петля, для которой одна и та же вершина является одновременно и входной, и выходной, представляет какой-либо внешний атрибут элемента: геометрию (привязка элементов структуры, привязка к узлам сетки, ориентация элементов структуры, простановка размеров), материал, текстуру, цвет, чистоту обработки, покрытие и другие.
Каждая из рассмотренных моделей является объектной моделью, включающими в себя атрибуты соответствующего объекта (А), его свойства (S) и методы (F):
VM е M о M = (N A.) ( S.) (" F). Объединение их в рамках ОСАМ мебельного
i:=1 j:=1 к=\
изделия обеспечивает необходимый информационный континуум для высокоуровневого моделирования (рис. 1).
M
L
Рис. 1. Структура ОСАМ
Важной отличительной особенностью ОСАМ является включение в ее состав совокупности конструкторско-технологических требований и ограничений (КТТО), которая может быть записана как пара значений <Kk,K>, отражающих, соответственно, конструкторские и технологические ограничения, свойственные технологическим процессам изготовления изделий корпусной мебели. Каждый элемент КТТО связан с определенными структурно-функциональными элементами модели изделия.
Объектно-ориентированный характер модели КТТО предполагает инкапсуляцию методов, контролирующих результаты выполнения проектных операций на соответствие определенному интервалу значений. В силу этого, каждый метод имеет две составляющие: алгоритмы контроля и набор формальных параметров. Реализация КТТО осуществляется в
116
процессе трансляции ОСАМ в пространство исполнительных координат путем поэтапной замены формальных параметров фактическими параметрами и автоматическим подключением необходимых методов, включенных в модель на высших уровнях абстракции.
Формально система КТТО может быть представлена следующей семеркой
компонентов: K = Kk ' K =< Kg, Ks, Kd, Kf, Ko, P,/ >, где Kg, Ks, Kd, Kf , Ko -
ограничения, определяемые, соответственно, геометрией и структурой изделия, конструкционными материалами, элементами сопряжения, технологическими процессами, условиями производства и используемым станочным оборудованием; P - предикатные символы, определенные на элементах информационного наполнения ОСАМ; / - функция формального отображения, которая ставит в соответствие любому предикатному символу p е P определенное значение из множества числовых параметров.
Предлагаемая концепция построения ОСАМ изделий корпусной мебели обеспечивает адекватный математический аппарат для разработки формализованного подхода к моделированию дискретных систем различной природы. Ее использование в составе комплексной САПР корпусной мебели БАЗИС позволяет существенно расширить возможности структурного моделирования объектов и процессов проектирования [4].
Система БАЗИС имеет модульную структуру (рис. 2), при этом ее конторскотехнологические модули (БАЗИС-Мебельщик и БАЗИС-Шкаф) реализуют объектноориентированный подход к моделированию, в котором основным элементом конструирования изделий является щитовой элемент (панель). Математически он представляет собой тело, образуемое при перемещении произвольного замкнутого контура вдоль прямой линии. Основное назначение модуля конструирования заключается в предоставлении необходимых функциональных возможностей для моделирования панелей произвольной формы, быстрого построения из них трехмерных моделей изделий и автоматического получения комплекта чертежей, схем, спецификаций и других документов.
Рис. 2. Модульная структура САПР БАЗИС
Модель мебельного изделия в исполнительных координатах, будучи проекцией высокоуровневого представления, содержит не только геометрическую информацию. Она включает в себя полное математическое описание структуры изделия в объектноориентированном представлении, информацию о конструкционных материалах и фурнитуре, типовых и унифицированных элементах и многое другое, что делает ее основой комплексной автоматизации всего цикла конструирования и технологической подготовки производства. Это позволяет с высокой степенью автоматизации моделировать такие важные проектные операции, как облицовка кромок панелей и установка крепежной фурнитуры, с учетом
117
особенностей технологических процессов конкретного предприятия и автоматическим контролем корректности их выполнения.
Завершающим этапом конструирования мебельного изделия является формирование комплекта чертежно-конструкторской документации. В системе БАЗИС реализован механизм автоматического получения ряда документов на основе объектно-ориентированной модели и настраиваемых шаблонов оформления. В большинстве случаев автоматически сформированные чертежи полностью готовы для передачи в производство. Тем не менее, в системе БАЗИС реализован аппарат редактирования чертежей, включающий в себя полный функционал редактора чертежно-конструкторской графической документации.
Использование комплекса объектных структурно-атрибутивных моделей вместо традиционных геометрических моделей позволяет организовать замкнутый цикл дизайнерского, конструкторского и технологического проектирования на единой информационной и методологической платформе, включая:
• автоматизированный прием заказов в мебельных салонах с возможностью моделирования виртуальных помещений в соответствии с реальными размерами и архитектурно-строительными особенностями;
• эффективный инженерный анализ проектируемых изделий, включая статический расчет, расчет на устойчивость конструкции, деформационный расчет и экспрессанализ экологичности изделия;
• автоматизированный синтез технологических процессов на одном из трех уровней: уровень конструктивной или технологической идентичности, а также уровень синтеза нового технологического процесса.
• раскрой материалов с оптимизацией карт раскроя по совокупности критериям, учитывающей организационно-технологические аспекты производственных процессов конкретного предприятия;
• расчет в автоматическом режиме ряда технико-экономических показателей изготовления изделий, включая количество и стоимость материалов, трудоемкость работ, статьи калькуляции цены и цена на изделие в целом;
• автоматическое получение информации для формирования управляющих программ для станков с ЧПУ с выполнением предварительной обработки и локализации потенциально ошибочных ситуаций.
В настоящее время САПР БАЗИС внедрена и активно эксплуатируется на многих мебельных предприятиях. Среди активных пользователей системы многие известные предприятия: ОАО МКО «Севзапмебель» (г. Санкт-Петербург), ПО «Севмаш» и ОАО ЦС «Звездочка» (г. Северодвинск), производственная компания «Ангстрем» (г. Воронеж), Ульяновская мебельная фабрика, мебельные фабрики «Мария» (г. Саратов), «Даурия» (г. Благовещенск) и «Династия» (г. Хабаровск) и другие.
Литература
1. Стариков, А.В. Особенности математического моделирования в системе конструкторскотехнологической подготовки позаказного производства мебели / Стариков А.В., Бунаков П.Ю., Харин В.Н. // Информационные технологии моделирования и управления. - 2007. - № 6(40) -с. 747-752.
2. Новая парадигма проектирования САПР сложной корпусной мебели для позаказного промышленного производства: монография / П.Ю. Бунаков, А.В.Стариков, А.А. Старикова, В.Н. Харин. - М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2007. - 319 с.
3. Павлов В.В. Структурное моделирование в CALS-технологиях / В.В. Павлов, отв. ред. Ю.М. Соломенцев, Ин-т конструкторско-технологической информатики РАН. - М.: Наука, 2006. -307 с.
4. Бунаков П.Ю. Автоматизация проектирования корпусной мебели: основы, инструменты, практика / П.Ю. Бунаков, А.В. Стариков. - М.: ДМК Пресс, 2009. - 864 с., ил.
118
УДК 338.124.4
ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ КОРПОРАТИВНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ (РЕГИОНАЛЬНЫЙ ОПЫТ)
Аверкин Михаил Геннадьевич, к.с.н., доц., Кафедра управления инновационной деятельностью, Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, Россия, Нижний
Новгород, [email protected]
Значительная часть рассуждений последнего десятилетия о реинжиниринге современных компаний, как фундаментальном переосмысление и радикальном перепроектировании бизнес-процессов для достижения существенных улучшений, с одной стороны, и управлении корпорацией, с другой, протекает в ракурсе практического применения информационных технологий, с целью эффективного использования имеющихся ресурсов. При этом основная задача области информационных технологий -создание информационных систем (ИС) корпоративного уровня, где применение и реализация информационно-коммуникативной составляющей, для современной организации, отягощено как динамичностью рыночной, социально-экономической среды хозяйствования, так и непрерывным изменением потребительских трендов, предпочтений и ценностей, что иногда искусственно заставляет руководство компании производить необходимые преобразования.
При проектировании зачастую используются два основных подхода - объектноориентированный и структурный (различение между которыми определено принципами декомпозиции сложной открытой системы). Применение объектного подхода обусловлено возможностью разбить систему на совокупность независимых сущностей - объектов и провести их строгую независимую спецификацию, и здесь объектное моделирование системы, позволяет проследить поведение реальных сущностей предметной области уже на ранних стадиях разработки, делая его более популярным [2]. В итоге, построение комплексных информационно-коммуникативных управленческих систем сегодня стало отдельной отраслью, где при определении двух важных вопросов формирования организационной системы - определение размеров, границ и определение элементарной частицы организации иногда допускают определенную некорректность.
В общем алгоритме, при определении размеров и границ организации, все сводится к соотношению результата деятельности и затрат с ней связанных, а размер и граница связаны с максимизацией превышения результата над затратами т.е. максимизацией прибыли от деятельности; а при определении элементарной частицы организации в экономических организациях выделяют два вида таких структурных единиц. Первый - технологическая единица на основе разделения труда на некоторые элементарные составляющие с закреплением трудовых заданий за определенными работниками (группами работников); при этом возникают структурные единицы - отделы, службы, цеха, участки и т.д. (а для их успешного функционирования необходимой становится координация деятельности). Второй вид структурной единицы - бизнес-процесс, т.е. экономическая единица, когда бизнесмодель компании делится на некоторые составляющие, имеющие своего конечного потребителя как внутри фирмы, так и вовне, в результате появляются новые структурные единицы - процессные (процессные команды и группы) [1], о которых автор и будет вести речь в дальнейшем.
Традиционно необходимо начать с определения некоторых ключевых точек, так как многие из базовых понятий имеют множество определений, поэтому постараемся выбрать находящиеся максимально близко к контексту задачи. Бизнес-модель (БМ) - описание организации, как сложной открытой системы, с заданной точностью. В рамках бизнесмодели отображаются все объекты (сущности), процессы, правила выполнения операций, существующая стратегия развития, а также критерии оценки эффективности функционирования системы. Информационная модель (ИМ) - подмножество бизнес-модели,
119
