CC BY
106
ПРЕДМЕТНАЯ ОБЪЕКТНАЯ
ГРАФИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ
Курчидис
Виктор Александрович,
д.т.н., профессор, профессор кафедры автоматики (и вычислительных средств) Ярославского высшего военного училища противовоздушной обороны, г. Ярославль, Россия, [email protected]
Анисимов Олег Витальевич,
к.т.н., доцент, доцент кафедры автоматики (и вычислительных средств) Ярославского высшего военного училища противовоздушной обороны, г. Ярославль, Россия, [email protected]
Попов
Тимур Александрович,
заместитель начальника научно-исследовательского отдела Ярославского высшего военного училища противовоздушной обороны, г. Ярославль, Россия, [email protected]
£ О л л С
Ключевые слова:
электрическая схема, фреймовая модель, предметная объектная модель, графическая объектная модель, паттерн, восстановление радиоэлектронной аппаратуры.
Эксплуатация современных сложных технических комплексов требует от обслуживающего персонала не только навыков по использованию изделий по назначению, но и их техническому обслуживанию и восстановлению в связи с необходимостью поддержания таких систем в работоспособном состоянии. Это определяет важную роль, которая отводится системам информационной поддержки обслуживающего персонала для решения совокупности задач технической эксплуатации с использованием комплекта электрических схем радиоэлектронной аппаратуры.
Одним из направлений развития средств автоматизации в части информационной поддержки обслуживающего персонала при использовании электрических схем является совершенствование средств автоматизации, связанных с предоставлением необходимых схемных фрагментов для извлечения требуемой технической информации в процессе восстановления радиоэлектронной аппаратуры. Развитие соответствующих средств представляет собой актуальную научную задачу, решение которой позволяет использовать концептуальные интерфейсы при построении систем информационной поддержки процесса восстановления радиоэлектронной аппаратуры. В работе рассматривается решение задачи по преобразованию фреймовой модели, формирующей представление элементов электрических схем в понятиях и терминах предметной области, в графическое описание. Предлагаются две модели: предметная объектная модель радиоэлектронной аппаратуры и графическая объектная модель электрических схем, совместное применение которых направлено на обеспечение согласования графического представления элементов радиоэлектронной аппаратуры на схемах с предметными понятиями, что необходимо для организации высокоуровневых интерфейсов обслуживающего персонала.
Предлагаемые формальные модели радиоэлектронной аппаратуры и электрических схем позволяют создавать высокоуровневые информационные интерфейсы обслуживающего персонала на основе естественно-подобных языков для систем автоматизации технической эксплуатации. Это способствует повышению уровня автоматизации систем информационной поддержки обслуживающего персонала и сокращению времени решения прикладных задач технической эксплуатации изделий радиоэлектронной аппаратуры сложных технических комплексов.
Полученный результат целесообразно рассматривать в качестве методологической основы построения концептуальных интерфейсов на основе естественно-подобных языков для систем информационной поддержки обслуживающего персонала в процессе технической эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры.
Комплекты электрических схем на радиоэлектронную аппаратуру (РЭА) являются одним из основных информационных ресурсов, используемых обслуживающим персоналом при восстановлении зенитного ракетного вооружения. При выполнении операций по восстановлению РЭА обслуживающий персонал работает с фрагментами электрических схем, содержащих необходимую техническую информацию. Предоставление соответствующих фрагментов электрических схем осуществляется на системы информационной поддержки (СИП) по запросам обслуживающему персоналу (ОП). Основой для представления в СИП электрических схем в терминах и понятиях предметной области может выступать фреймовая модель ФМ РЭА, описанная в работе [1].
Фреймовая модель, обеспечивая высокоуровневое описание РЭА, не содержит средств, которые предназначены для графического представления РЭА в виде электрической схемы. В данной работе для устранения указанного недостатка ФМ предлагается разработать две модели: предметную объектную модель РЭА (ПОМ) и графическую объектную модель электрических схем РЭА (ГОМ). Совместное применение этих моделей направлено на обеспечение согласования графического представления элементов РЭА на схемах с предметными понятиями, что необходимо для организации высокоуровневых интерфейсов ОП.
Формирование моделей ПОМ и ГОМ представляет собой самостоятельную задачу, которая требует учета и взаимного согласования целого ряда следующих аспектов:
предметного представления РЭА в виде фреймовой ФМ РЭА,
графического представления электрических схем РЭА в графических системах,
графического представление электрических схем в соответствии с правилами ЕСКД,
соответствия принципам объектно-ориентированного подхода.
Решение рассматриваемой задачи, с одной стороны, требует выделения из фреймовой модели ФМ РЭА элементов, имеющих законченный предметный смысл (блок, ячейка, разъем, маркировка, позиционное обозначение и т.п.), а с другой стороны, выделения на электрической схеме РЭА графических элементов, несущих смысловую предметную нагрузку.
В соответствии с принципами объектно-ориентированного подхода [2] выделение таких элементов целесообразно выполнять в виде объектов, что определило название обоих вышеназванных моделей.
Формирование предметной объектной модели радиоэлектронной аппаратуры
Построение предметной объектной модели (ПОМ) начинается с формирования фреймов-прототипов, определяющих на основе ФМ РЭА структуру классов, являющих основой для формирования множества
объектов, соответствующих представлению радиоэлектронной аппаратуры в ФМ РЭА [1]. Исходными данными для этого является множество фреймов, образующих фреймовую модель ФМ РЭА. Каждый из фреймов необходимо поставить в соответствие одному из трех типов фреймов: фрейм-экземпляр Ф1, фрейм-роль Ф2 или фрейм-сценарий Ф3. В соответствии с этим целесообразно определить три типа фреймов-прототипов Ф1, Ф1 и Ф1 (рис. 1).
Рис. 1. иМЬ-представление способа формирования предметной объектной модели РЭА
Для формирования множеств фреймов-прототипов Ф (г = 1,2,3) производится разбиение множеств Ф' (г = 1,2,3) по группам фреймов (блок, разъем, контакт, функция, сигнал, цепь и т.д). Далее для каждой группы фреймов к определяется соответствующий фрейм-прототип путем объединения слотов всех фреймов к-ой группы: Фд0 = 1,2,3; к = 1,2, ..., £Пг). Количество создаваемых фреймов-прототипов и количество слотов в них определяется общей структурой фреймовой модели ФМ РЭА.
Ниже в таблице 1 продемонстрировано применение такого подход на примере формированию фрейма-прототипа для описания предметного понятия «Ячейка» соответствующего схемного элемента «Ячейка».
На основе совокупности фреймов-прототипов Фд, Фп и Фд формируется объединенное множество О ={о1, с2, ..., сМ} слотов по следующему правилу:
О =о(Ф1п) и о(Ф2) и о(Ф3п) (1)
где с(Ф£) - набор всех слотов фреймов-прототипов Ф
Таблица 1
ПОМ = O(K1) u O(K2) u, ..., O(KQ)
Фреймы ячеек РЭА Фрейм-прототип «Ячейка»
Я05А ДЩ2 Я11А П(Ячейка)
Имя фрейма Имя фрейма Имя фрейма Имя фрейма
Название Название Название Название
Маркировка Маркировка Маркировка Маркировка
Позиционное обозначение Позиционное обозначение Позиционное обозначение Позиционное обозначение
Уровень Уровень Уровень Уровень
Индикатор - - Индикатор
Разъем Разъем Разъем Разъем
Обозначение цепи Обозначение цепи Обозначение цепи Обозначение цепи
Дальнейший анализ совокупности слотов О направлен на их классификацию в соответствии с принципами объектно-ориентированного подхода. Для этого множество О разбивается на три подмножества:
ОВ - совокупность слотов, которые имеют визуализируемое представление на электрических схемах (надпись, позиционное обозначение, маркировка, разъем, ячейка и т.д.),
ОС - совокупность слотов-скаляров, которые не используются при визуализации электрических схем (тип сигнала, название функции, название функциональной задачи и т.д.),
Од - совокупность слотов, значениями которых являются демоны (демон ЦПС, демон ЦЗС и т.д [1]).
Следуя принципам объектно-ориентированного подхода, на основе множества слотов О В целесообразно сформировать совокупность НК типов классов. Множество слотов О С определяет совокупность HП полей классов, а множество слотов-демонов Од - совокупность НМ типов методов классов.
Проведенная классификация упорядочивается представлением, определяемым фреймовой модель ФМ РЭА, которое для каждого типа класса определяет соответствующие поля и методы, задающие структуру каждого типа класса. Это позволяет сформировать множество классов К={КЬ К2, ..., Кд }, которые определяют предметное описание РЭА, соответствующее объектно-ориентированному подходу к декомпозиции ФМ РЭА.
Для формирования предметного объектно-ориентированного представления РЭА с каждым фреймом F е ФМ РЭА сопоставляются соответствующие классы K(F) с K и производится заполнение полей этих классов значениями, определяемыми слотовой структурой фрейма F. В результате на основе каждого из классов Щ е K формируется множество объектов O(Kj), которые в совокупности образуют предметную объектную модель (ПОМ), адекватную фреймовой модели РЭА:
Каждое множество ОЩ) определяет не только некоторый набор объектов, но также и предметное значение этого объекта в соответствии с типом класса. Учитывая, что в этой записи О(Щ) является множеством объектов, целесообразно использовать другую форму записи ПОМ, отражающую объектное представление ФМ РЭА:
ПОМ={оь о2, ..., 0т},
(3)
При этом m обозначает общее число различных
созданных объектов 0m = 1,m в модели ПОМ, так, что
& т
m=cardinal (UO(K,)), где cardinal - количество элемен-1=1 J тов множества.
Таким образом, использование двух форм (2) и (3) записи ПОМ определяет не только объектное представление, но также задает соответствие между объектами модели и предметными понятиями, связанными с этими объектами. Предлагаемый способ представления фреймовой модели ФМ РЭА при использовании средств автоматизации обеспечивает возможность работать с объектами в терминах предметной области. Однако этого недостаточно для определения графического представления элементов, определяемых соответствующими предметными схемными понятиями, так, что требуется разработка графической объектной модели электрических схем РЭА.
Формирование графической объектной модели электрических схем радиоэлектронной аппаратуры
В СИП для представления электрических схем используются базовые графические элементы, которые предоставляются графическими системами средств автоматизации и которые в соответствии с ГОСТ 2745987 и ГОСТ 27817-88 называются примитивами вывода (ГП). Например, в графической системе Microsoft Visio такими базовыми элементами является надпись, линия, прямоугольник, отрезок и т.д [3].
Правила построения электрических схем S, изложенные в нормативных документах ЕСКД, являются основой для определения множества примитивов вывода rn(S)e ГП, которые целесообразно использовать при визуализации электрических схем РЭА в СИП.
Для визуализации электрических схем ниже предлагается использовать объектное представление схемных элементов на основе паттернов. В литературе термином «паттерн» обозначают повторяющийся шаблон, образец [4]. Термин «паттерн» широко используется в графике, математике, программировании [4-6]. Паттерн следует рассматривать как шаблон (виджет), предназначенный для визуального представления предметных понятий, соответствующих структурным элементам на электрических схемах. Использование паттернов позволяет обеспечить согласование объектов ПОМ РЭА с примитивами вывода, определяемыми возможностями графической системы СИП.
При определении паттернов необходимо каждое предметное понятие, определяющее поле класса, представить в виде объекта, который выступает в качестве основы для формирования графических единиц визуализации схемных объектов. В соответствии с этим всякий паттерн формально можно представить в виде двухэлементного кортежа:
п = {о(п), rn(s)) .
(4)
В структуре (4) паттерна п одновременно отражены два аспекта схемных элементов - предметный и графический. Предметный аспект в структуре паттерна представляется набором ГП(п) объектов ПОМ, а графический - набором примитивов вывода.
Паттерны формируются для каждого типа схемных элементов с учетом их предметного объектного описания в ПОМ и используемых графических примитивов вывода. Например, такие объекты ПОМ, как «Маркировка», «Позиционное обозначение», «Название» и другие, которые на электрических схемах представляются в виде надписей, целесообразно представить в виде графического примитива ГПТекст. Такие объекты, как «Кабель» и «Шлейф», на электрических схемах представляются в виде линий, и их можно представить в виде графического примитива ГПЛиния. Объекты типа «Блок» и «Ячейка» на электрических схемах визуально представляются в виде прямоугольника и для таких объектов целесообразно использовать примитив вывода ГППрямоугольник.
Разнообразие графических примитивов определяется видом и сложностью визуализируемого объекта. При этом одни и те же примитивы могут использоваться при построении паттернов разных объектов. С другой стороны, создание паттернов объектов может требовать использования собственных уникальных графических примитивов вывода. Таким образом, для каждого объекта ПОМ должны быть определены соответствующие графические примитивы вывода. Совокупность всех различных используемых графических примитивов вывода образует графическую объектную модель электрических схем ГОМ = {ГПЬ ГП2, ..., ГПЬ}.
Определяя графические примитивы вывода, соответствующие объектам ПОМ, можно сформировать множество паттернов, совокупность которых образует предметно-ориентированное графическое описание П = ( Пт, п2, ..., пВ ) радиоэлектронной аппаратуры, которое целесообразно представить в виде предметно-графической объектной модели ПГОМ. Эта модель образуется объединением моделей ПОМ и ГОМ, что формально можно записать следующим образом:
ПГОМ = {ПОМ, ГОМ).
(5)
вы структурных схемных элементов, являющихся классами ПОМ, которые имеют собственные паттерны.
На рис. 2 иллюстрируется принцип формирования паттерна «Ячейка» пячейка в соответствии с описанием схемного элемента «Ячейка», приведенным в ПОМ (Таблица 1). Предметную объектную основу паттерна «Ячейка» составляют такие объекты, как: название (О!), позиционное обозначение (О2), маркировка ячейки (О3), маркировка разъема (О4), разъем (О5), название индикатора (О6), индикатор (О7). Графическую объектную основу паттерна «Ячейка» составляют графические примитивы для представления паттернов схемных элементов «Разъем» (ГПРазъем) и «Индикатор» (ГПИндикатор), а также графические примитивы текст (ГПтекст) и прямоугольник (ГППрямоугольник).
Паттерны можно комбинировать для представления фрагментов электрических схем. При этом предлагается использовать иерархический принцип структуризации паттернов, означающий, что во всяком паттерне можно использовать графические примити-
Рис. 2. Элементы графического паттерна «Ячейка»
В соответствии в иерархическим принципом структуризации паттернов, сформулированным выше, в паттерне «Ячейка» использованы два графических примитива ГПРазъем и ГПИндикатор, соответствующих структурным схемным элементам «Разъем» и «Индикатор», которые являются классами ПОМ. Это означает, что каждый из этих структурных схемных элементов имеет собственный паттерн (рис. 3).
Подобным образом могут быть сформированы и структурированы паттерны для других понятий. В качестве примера ниже приведен паттерн «Цепь» (рис. 4), в котором также используются графические примитивы элементов электрических схем, имеющих собственные паттерны.
Предоставление обслуживающему персоналу возможности работать с электрическими схемами в понятиях и терминах предметной области следует рассматривать, как эффективный путь развития средств автоматизации СИП. Совместное применение моделей ПОМ и ГОМ в форме предметной графической модели ПГОМ позволяет согласовать графическое представление и понятийное описание электрических схем РЭА для использования в системах информационной поддержки ОП. Представленные модели ПОМ и ГОМ в совокупности определяют набор средств, которые хорошо согласуются с принципами объектно-ориентированного подхода к описанию информационно-программных компонентов современных систем автоматизации.
Рис. 3. Графические паттерны для схемных элементов «Разъем» (а) и «Индикатор» (б)
б
а
Рис. 4. Графический паттерн «Цепь»
Разработанные модели ПОМ и ГОМ можно рассматривать, как основу для организации интеллектуали-зированных интерфейсов в СИП, которые обеспечивают обслуживающему персоналу новые возможности по извлечению и предоставлению технической информации при работе с электрическими схемами в процессе восстановления РЭА. Особенностью предлагаемых интерфейсов является их высокая информативность за счет использования высокоуровневых понятий предметной области, что позволяет сократить число запросов ОП к СИП, а, соответственно время восстановле-
ния РЭА за счет уменьшения времени на извлечение требуемой технической информации.
Литература
1. Анисимов О.В., Курчидис В.А., Попов Т.А. Концептуальное представление электрических схем радиоэлектронной аппаратуры на основе фреймовой модели // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2015. Т. 7. № 2. С. 20-28.
2. Грэди Буч и др. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений (3-е издание).: Пер. с англ. М.: Вильямс. 2010. 720 с.
3. Леонтьев Б. Microsoft Visio 2002 Professional. Построение проектов, диаграмм и бизнес-схем в ОС Microsoft Windows XP. М.: СОЛОН-Р. 2002. 512 с.
4. Гамма Э., Хелм Р., Джонсон Р., Влиссидес Дж. Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования. СПб: «Питер». 2007. 366 с.
5. Фримен Э., Фримен Э., Сьерра К., Бейтс Б. Паттерны проектирования // O'Relly. СПб: «Питер». 2007. 656 с.
6. Patterns of Enterprise Application Architecture. Martin Fowler. Addison-Wesley. Boston. 2002. 560 р.
Для цитирования:
Курчидис В.А., Анисимов О.В., Попов Т.А. Предметная объектная графическая модель электрических схем радиоэлектронной аппаратуры // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2015. Т. 7. № 5. С. 38-43.
SUBJECT OBJECT GRAPHICAL MODEL OF ELECTRIC SCHEMES RADIO ELECTRONIC EQUIPMENT
Kurchidis Victor Aleksandrovich,
Yaroslavl, Russian, [email protected]
Anisimov Oleg Vitalyevich,
Yaroslavl, Russian, [email protected]
Popov Timur Aleksandrovich,
Yaroslavl, Russian, [email protected]
Abstrart
One of the ways of improving the efficiency of solving problems in exploitation of complex technical systems is the use of automation. The existing means of automation do not provide service personnel with opportunities to build requests for the required information in the form of fragments of electrical schemes using concepts and terms in the subject domain within the syntax of natural-like language. The work is dedicated to the development of the predicate model of requests, focused on the use of concepts and terms in the subject domain in the formation of the target conditions by service personnel to represent the requested fragments of schemes. Such requests are called in the scheme-oriented. It is offered to record the properties of elements, which are involved in the determination of the conditions, in the form of the relationship between the subject terms. The basic relationship that corresponds to the structural elements of the electrical schemes and are defined in framing conceptual model of radio-electronic equipment are reveled. The conditions asked by service personnel, which must correspond to the elements of electric schemes that are displayed in the form of widgets, are defined. The use of first-order predicate logic within the syntax of natural language is proved to form the target conditions of the requests in terms and concepts of electrical schemes of electronic equipment. The offered formalized structure of the scheme-oriented requests allows coordinating the predicate formulas with the structure of the natural language sentences. The offered predicate model is characterized by requests that are formed based on the sentences in the natural-like language. In this case, it is possible to use those terms and concepts in the subject domain in requests, as well as to produce coordination of the used words in cases and single/ plural forms.
This result is reasonable to consider as a methodological basis for constructing conceptual interfaces based on natural-like language for systems of information support for service personnel in the technical exploitation of electronic equipment. This increases the level of automation of information support for service personnel and reduces the time of solving the applied problems of technical exploitation of radio-electronic equipment in complex technical systems. Keywords: Electrical scheme, frame model, subject object model, graphic object model, pattern, recovery of radio electronic equipment.
References
1. Anisimov O.V., Kurchidis V.A., Popov T.A. Conceptual representation of electrical schemes electronics based on frame model. H&ES Research. 2015. Vol. 7. No. 2. Pp. 20-28. (in Russian).
2. Grady B. & [et al]. Ob'ektno-orientirovannyy analiz i proektirovanie s primerami prilozheniy (3-e izdanie) [Object-Oriented Analysis and Design with Application'/3rd ed]. Moscow: Viliams. 2010. 720 p. (in Russian).
3. Leontiev B. Microsoft Visio 2002 Professional. Postroenie proektov, diagramm i biznes-skhem v OS. Microsoft Windows XP. [Microsoft Visio 2002 Professional. Construction projects , diagrams and business schemes in the OS Microsoft Windows XP]. Moscow: SOLON-R. 512 p. (in Russian).
4. Gamma E., Helm R., Johnson R., Vlissides J. Priemy ob'ek-tno-orientirovannogo proektirovaniya. Patterny proektiro-vaniya [Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software]. SPb: Piter. 2007. 366 p. (in Russian).
5. Freeman E., Freeman E., Sierra K., Bates B., Robson E., Patterny proektirovaniya /O'Relly [Design Patterns / O'Relly]. SPb: Piter. 2007. 656 p. (in Russian).
6. Martin Fowler, 2002, Patterns of Enterprise Application Architecture. Addison-Wesley. Boston. 560 p.
Information about authors:
Kurchidis V.A., Ph.D., professor, professor Automation (and computing devices), Yaroslavl higher military shcool of air defense;
Anisimov O.V., Ph.D., associate professor, docent Automation (and computing devices), Yaroslavl higher military shcool of air defense;
Popov O.V., deputy head of Department scientific research, Yaroslavl higher military shcool of air defense.
For citation:
Kurchidis V.A., Anisimov O.V., Popov O.V. Subject object graphical model of electric schemes radio electronic equipment. H&ES Research. 2015. Vol. 7. No. 5. Pp. 38-43. (in Russian).
