CC BY
184
О 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Я
Рис. 4
На рис. 4 показаны расчётные графики средней длины серий, построенные с использованием зависимостей (1) - (2) в системе МаШса^ для обычной карты Хотеллинга 1 и карты с предупреждающей границей при различном количестве точек между предупреждающей и контрольной границами к = 2, 3, 4; по горизонтальной оси отложены значения параметра нецен-тральности X, по вертикальной - ^ Ь(Л). Видно, что применение карты с предупреждающей границей приводит к повышению эффективности контроля (уменьшению средней длины серий) в наиболее важном для практики диапазоне X = 2 -г- 3 до 20%.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Клячкин, В. Н. Идентификация режима статистического контроля многопараметрического технологического процесса / В. Н. Кляч-
УДК 004.896
кин, А. Ю. Михеев // Автоматизация и современные технологии. - 2011. - № 2. - С. 27-31.
2. Кравцов, Ю. А. Использование предупреждающих границ в контрольных картах Хотел-линга // Информатика и вычислительная техника. Сборник научных трудов аспирантов, студентов и молодых учёных. -Ульяновск, 2012. -С. 351 - 356.
3. Клячкин, В.Н. Повышение эффективности статистического контроля многопараметрического технологического процесса на основе карты Хотеллинга с предупреждающей границей /
B. Н. Клячкин, Ю. А. Кравцов // Автоматизация и современные технологии. - 2013. - №10. -
C. 35-37.
4. Клячкин, В. Н. Методы повышения эффективности многомерного статистического контроля / В. Н. Клячкин, Ю. А. Кравцов, Т. И. Свя-това // Наукоёмкие технологии. - 2013. - №5. -С. 53-58.
5. Клячкин, В. Н. Диагностика состояния объекта по наличию неслучайных структур на контрольной карте / В. Н. Клячкин, Ю. А. Кравцов // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. -2013. -№ 5. -С. 44-50.
6. Вероятность и математическая статистика: Энциклопедия / Гл. ред. Ю. В. Прохоров. - М. : Большая Российская энциклопедия, 1999. -910 с.
Кравцов Юрий Андреевич, аспирант кафедры «Прикладная математика и информатика» УлГТУ.
В. С. ХОРОДОВ, А. Г. ИГОНИН
ТЕХНОЛОГИИ РАСПРЕДЕЛЁННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Приведён обзор современных технологий распределённого проектирования.
Ключевые слова: САПР, проектирование, проектные работы, сквозное проектирование, CORBA, RMI, DCOM, GRID.
Введение
Технология World-Wide-Web из средства, которое предоставляет графический интерфейс в Тйете! и упрощает доступ к информации, пре-
© Хородов В. С., Игонин А. Г., 2014
вращается в инструмент для распределённой работы по сети. Интенсивность освоения новых областей применения вычислительной техники и появление новых технологий приводит к необходимости совершенствования средств проектирования. Разрабатываются новые технологические решения построения приложений в среде
Internet и Intranet. На сегодняшний день сложно представить процесс получения проектных решений без использования САПР. Большое внимание уделяется построению среды взаимодействия, которая способствует совместной работе проектировщиков.
Среда для распределённого проектирования должна поддерживать интеграцию различных приложений, предоставлять функционал декомпозиции задач и распределения подзадач между проектировщиками.
Распределённая реализация проектных процедур - одна из основных тенденций в развитии современных САПР. Данная тенденция связана со спецификой организации виртуальной команды проектировщиков, находящихся на расстоянии друг от друга, для решения общей задачи.
Актуальным является вопрос о реализации связующего программного обеспечения (middleware level), которое позволяет организовать взаимодействие между проектировщиками, и использовании облачных технологий для размещений связующего ПО, как одного из способов реализации системы распределённого проектирования.
При создании системы распределённого проектирования основными задачами являются следующие:
1) Декомпозиция задач проектирования.
2) Распределение проектных работ.
3) Управление изменениями в проекте (как завершённой части проекта, так и актуальной, находящейся в разработке).
4) Создание эффекта одной комнаты (механизмы взаимодействия между проектировщиками, которые находятся на расстоянии и зачастую не знакомы друг с другом).
Технология CORBA
Common Object Request Broker Architecture (CORBA) представляет собой технологию построения распределённых систем. Технология CORBA позволяет программам на разных языках, работающим в различных узлах сети, взаимодействовать друг с другом также просто, как если бы они находились в адресном пространстве одного процесса.
Создание клиент-серверной системы распределённого проектирования должно происходить в соответствии с правилами CORBA. Отличительным признаком CORBA является архитектура Object Management Architecture (OMA). OMA описывает систему, состоящую из взаимодействующих сервисов, решающих прикладную задачу. В основе лежит концепция объектов, работающих для достижения общей цели. Распределённые объекты должны быть определены та-
ким образом, чтобы их могли обнаружить и использовать другие распределённые объекты [4].
Брокер объектных запросов (ORB) - основной компонент CORBA. Все объекты, которые используют брокер объектных запросов, могут взаимодействовать с любыми другими объектами, подключёнными через брокер.
Основные этапы распределения задач проектирования, по технологии CORBA:
1) Определить подсистемы, которые отвечают за формирование и распределение проектных задач.
2) Решить, какие из подсистем будут иметь форму распределённых сервисов. Клиентам будет доступен API сервиса.
3) Так как клиент и сервер обмениваются IDL-структурами, необходимо в IDL-файле описать структуры данных, которые сервер возвращает клиенту.
4) Объявить API сервера в IDL-файле и скомпилировать IDL-компилятором.
Технология RMI
Технология RMI (Remote Method Invocation, т. e. вызов удалённого метода), реализует распределённую модель вычислений. Идея вызова удалённых процедур состоит в расширении механизма передачи управления и данных внутри программы, выполняющейся на одной машине, на передачу управления и данных через сеть.
Реализация RMI состоит из трёх абстрактных уровней. Первый - это уровень заглушки и скелета, расположенный непосредственно перед разработчиком. Этот уровень перехватывает вызовы методов, произведённые клиентом при помощи переменной-ссылки на интерфейс, и переадресует их в удалённую службу RMI. Следующий уровень - уровень удалённой ссылки. Этот уровень понимает, как интерпретировать и управлять ссылками на удаленные объекты служб. Транспортный уровень основан на соединениях TCP/IP между сетевыми машинами. Он обеспечивает основные возможности соединения и некоторые стратегии защиты от несанкционированного доступа [3].
В соответствии со спецификацией RMI необходимо выполнять определённую последовательность шагов для создания системы распределения проектных работ по технологии RMI:
1) На RMI сервере создаются задачи проектирования и формируются ссылки в регистре RMI. Регистр RMI представляет собой сервис на сервере RMI. Регистрация происходит по средствам создания уникального имени проектной задачи.
2) Клиент получает удалённую ссылку на одну или несколько проектных задач из регистра.
3) RMI обеспечивает механизм двунаправленной связи между клиентом и сервером. Клиент может вызывать удалённые проектные процедуры. Компьютеры выступают в роли клиента и сервера только для конкретного вызова, т. е. сервер предыдущего вызова может сам стать клиентом при обращении к объекту на другом компьютере.
4) Когда вызываемая процедура действительно является удалённой, в библиотеку помещается вместо локальной процедуры другая версия процедуры, называемая клиентским стабом (stub - заглушка). Подобно оригинальной процедуре, стаб вызывается с использованием вызывающей последовательности, так же происходит прерывание при обращении к ядру. Только в отличие от оригинальной процедуры он не помещает параметры в регистры и не запрашивает у ядра данные, вместо этого он формирует сообщение для отправки ядру удалённой машины [5].
Технология DCOM
Distributed Component Object Model (DCOM) - программная архитектура, разработанная компанией Microsoft для распределения приложений между несколькими компьютерами в сети. Программный компонент на одной из машин может использовать DCOM для передачи сообщения (его называют удалённым вызовом процедуры) к компоненту на другой машине. DCOM автоматически устанавливает соединение, передаёт сообщение и возвращает ответ удалённого компонента.
Распределённая модель DCOM разработана для того, чтобы обеспечить взаимодействие между СОМ объектами в режиме удалённого доступа. Это позволяет СОМ серверу и СОМ клиентам располагаться на разных компьютерах и связываться по сети. По сути, механизм поддержки DCOM реализует те же задачи, что и механизм поддержки СОМ, но дополнительно он обеспечивает безопасность приложений в сетевой среде. Создание DCOM стало возможным в результате расширения возможностей механизма удалённого вызова процедур RPC и превращение его в объектный (Object) RPC. В настоящее время эту модель можно рассматривать как средство реализации распределённых многоплатформенных приложений [7].
В модели DCOM используется концепция «прозрачности размещения», которая подразумевает, что можно, не изменяя программного кода, выполнить приложение СОМ сервера на
разных компьютерах сети. При этом ни приложение-сервер, ни приложение-клиент не «знают», на каком компьютере фактически работает «собеседник». Они могут выполняться на одном компьютере, на разных компьютерах локальной сети или даже на разных компьютерах, подключённых к глобальной сети, например Internet. Приложение-клиент «узнаёт» о существовании сервера из данных в системном реестре, которые могут быть легко изменены.
Возможность удалённого создания объекта СОМ - первое, что нужно для работы в среде распределённого проектирования. С точки зрения клиента, доступ к такому удалённому проектному решению осуществляется так же, как и к локальному.
Для создания проектного решения на удалённой машине библиотека COM вызывает менеджер управления сервисами (SCM) локального компьютера, который связывается с SCM сервера и передаёт ему запрос на создание проектного решения. Имя сервера может задаваться при вызове функции создания решения или храниться в реестре.
Для вызова удалённого проектного решения параметры должны быть извлечены из стека (или из регистров процессора), помещены в буфер и переданы через сеть. Процесс извлечения параметров и помещения их в буфер называется маршалинг. На сервере производится обратный процесс воссоздания стека, называемый демаршалинг, после чего вызывается проектное решение. Для выполнения маршалинга и демаршалинга необходимо иметь точное описание метода, включая все типы данных. Для описания используется язык описания интерфейсов (IDL). После завершения вызова производится маршалинг возвращаемого значения и выходных параметров и отправка их клиенту [8].
Технология GRID
GRID -технологии позволяют создать географически распределённые вычислительные инфраструктуры, которые объединяют разнородные ресурсы и реализуют возможность коллективного доступа к этим ресурсам. Принципиальной новизной этих технологий является объединение ресурсов путём создания компьютерной инфраструктуры нового типа, обеспечивающей глобальную интеграцию информационных и вычислительных ресурсов на основе сетевых технологий и специального программного обеспечения промежуточного уровня (middleware), а также набора стандартизованных сервисов (служб) для обеспечения надёжного совместного доступа к географически распределённым
информационным и вычислительным ресурсам: отдельным компьютерам, кластерам, хранилищам информации и сетям. Основными направлениями развития GRID-технологий являются: вычислительный GRID, GRID для интенсивной обработки данных и семантический grid для оперирования данными из различных баз данных.
GRID-технологии претерпевают в настоящее время быстрое развитие. В своём современном виде GRID -технологии ориентированы на создание универсальных распределённых информационно-вычислительных сред (GRID-сред),
обеспечивающих гибкий и унифицированный доступ к самому широкому спектру распределённых информационных ресурсов. Следующие свойства GRID наиболее существенны в контексте реализации исполнительной среды распределённого моделирования на региональном уровне [1, 2].
1) GRID позволяет формировать, в известном
смысле, «разовые» информационно-вычисли-
тельные структуры под задачу.
2) GRID обеспечивает виртуализацию ресурсов, а это значит, что совершенно разнотипные ресурсы представляются (в том числе и в модели) унифицированно.
3) GRID обеспечивает интеграцию и эффективное использование существующих информационно-вычислительных ресурсов региона путём перераспределения нагрузки на них.
4) GRID ориентирована на пакетную обработку заданий, а это существенно снижает требования к качеству коммуникаций.
5) GRID интегрирует в себе средства учёта использования ресурсов и обеспечения информационной безопасности в распределённой среде.
GRID - архитектура, позволяющая распределённым системам обмениваться ресурсами, совместно производить вычисления и хранить информацию [9].
Архитектура среды распределённого проектирования, построенной с использованием Grid-технологий, состоит из следующих основных компонентов: графический интерфейс пользователя, модель Grid-системы, транслятор, выполняемая модель, монитор выполнения.
Основной вариант использования такой модели можно описать следующим образом:
1) Пользователь с помощью графического интерфейса создаёт проектные задачи, распределяет их между проектировщиками.
2) На сервере происходит сбор проектных решений, которые были созданы проектировщиками.
3) Транслятор преобразует проектные решения в код программы моделирования. Получение выполняемой модели происходит автоматически. Если описание содержит ошибки, транслятор сообщает об этом пользователю.
4) Пользователь запускает модель. Во время работы программы монитор осуществляет сбор информации о происходящих событиях. Данная информация сохраняется в профиле выполнения, анализируется модулем статистики и выводится пользователю. После завершения выполнения профиль может анализироваться отдельно.
В проекте DILIGENT разрабатывается программное обеспечение для гридов, предназначенное для создания и поддержки цифровых библиотек. Проект DEGREE нацелен на распространение GRID-технологий через большое и разнородное сообщество представителей наук о Земле.
Технология сквозного проектирования
Сквозное проектирование - это один из вариантов организации групповой работы. Методика сквозного проектирования позволяет организовать связь между всеми участниками проектирования на уровне среды проектирования.
Смысл сквозной технологии состоит в эффективной передаче данных и результатов конкретного текущего этапа проектирования сразу на все последующие этапы.
Данные технологии базируются на модульном построении САПР, на использовании общих баз данных и баз знаний на всех этапах выполнения проекта и характеризуются широкими возможностями моделирования и контроля на всех этапах проектирования.
Эффективность данной технологии обусловлена возможностью разработчика использовать те данные, которые с его точки зрения позволяют наиболее успешно справиться с поставленной задачей. Причем эти данные состоят из регламентированного другими специалистами набора, который получен с предыдущих этапов проектирования, и данных, которые разработчик выбирает из общей Базы Проекта, в которой накоплены все данные до текущего этапа проектирования.
Сквозное проектирование применяется, как правило, в сочетании с технологией нисходящего проектирования для изделий ВТ.
Задача методики «сквозного проектирования» — снизить время ожидания, повысить оперативность взаимодействия проектировщиков. Применение этой методики позволяет:
1) исключить появление нестыковок между отдельными разделами проекта, потому что позволяет в реальном времени отслеживать обновление исходных данных (исключая работу в ненужном направлении);
2) исключить ручное обновление исходных данных (данные импортируются один раз и обновляются автоматически при изменении источника); при данной схеме можно минимизировать человеческий фактор ошибок, возникающих из-за недостаточной информированности участников проекта о ходе процесса.
Сквозные САПР, как правило, являются интегрированными, т. е. имеют альтернативные алгоритмы реализации отдельных проектных процедур. Примерами таких систем являются Pro/Engineer, CATIA, Unigraphics, ADAMS.
Результаты исследования технологий для распределённого проектирования
GRID-технологии позволяют решать проектные задачи, для решения которых у проектировщика недостаточно вычислительных мощностей. Такие задачи требуют большого объёма вычислений и/или обработки больших объёмов данных. Это достигается путём объединения компьютерных ресурсов отдельных организаций, предприятий и компаний. Полученная в результате сеть компьютеров используется как единый ресурс.
CORBA является сложной и развитой концепцией, а не её реализацией. Технология предоставляет значительно больше возможностей в области сервисов и вспомогательных средств, и эти возможности строго формализованы. CORBA предназначена для решения сложных задач. Позволяет создавать распределённые системы быстрее, чем COM, за счёт большей функциональности middleware и, соответственно, меньшей нагрузки на прикладного разработчика. Данная технология сочетает относи-
тельную
простоту (особенно в сравнении с DCOM), мощность и универсальность подхода.
В RMI взаимодействие между клиентом и сервером реализовано как вызов объектной удалённой процедуры. RMI имеет смысл использовать в локальных сетях и для локального взаимодействия. Лучше всего применять RMI для организации взаимодействия проектных работ. Достоинства RMI - это простота, унифицированность, прозрачность взаимодействия. При создании территориально распределённых систем предпочтительнее технологии более низкого (TCP/IP Sockets) или более высокого (CORBA) уровней. RMI представляется достаточно естественным средством коммуникации с сервером из-за своей простоты и удобства. Во-первых, с помощью RMI клиентская программа может общаться только с программой на Java. Во-вторых, RMI, в отличие от CORBA, как уже отмечалось выше, не имеет стандартных сервисов, берущих на себя часто используемую и очень ответственную функциональность.
DCOM является кроссплатформенной технологией. Она позволяет проектировщику сосредоточиться на решении проблем общего характера, не отвлекаясь на низкоуровневые детали реализации обмена данными. В DCOM присутствует проблемы разрыва и восстановления связи. Эти проблемы являются несущественными при использовании локального соединения, но обязательно должны быть решены при организации работы с удалённым сервером. Эти проблемы могут негативно повлиять на решение задачи распределённого проектирования. В табл. 1 проставлены оценки решения проблем распределённого проектирования по десятибалльной шкале. При выставлении баллов учитываются возможности локального и сетевого взаимодействия между клиентом и сервером, кроссплатформен-ность, сложность разработки, наличие стандартных сервисов и возможность полноценного решения проблемы.
Таблица 1
Оценки решения проблем распределённого проектирования
Проблемы / Технологии GRID CORBA RMI DCOM Сквозное проектирование
Декомпозиция задач проектирования 7 - - - 5
Распределение проектных работ 9 8 5 4 -
Управление изменениями в проекте - - - - 8
Создание эффекта одной комнаты 4 - - - 6
Заключение
Распределённое проектирование с использованием описанных технологий позволит эффективно распределять работу над проектом между несколькими проектировщиками, которые могут находиться как в одном месте, так и на удалённом расстоянии, при этом сохраняя контроль над проектом и системой. Выполнение распределённых проектных работ подразумевает динамичную передачу данных и контроль процесса проектирования. Система распределённого проектирования позволит обеспечить актуальность данных проекта и автоматическую синхронизацию изменений. Всегда можно увидеть развитие проектных данных в режиме виртуального рабочего пространства с учётом распределения ролей между проектировщиками. Это ведёт к повышению качества управления процессом проектирования, к сокращению срока разработки полноценного проектного решения, расходов и рисков.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Путилов, В. А. Функционально-целевая технология подготовки задач к развёртыванию в GRID среде / В. А. Путилов, М. Г. Шишаев // Информационные технологии в управлении жизненным циклом изделий: материалы Между-нар. конф. - СПб.: Центр печати «СеверРосс», 2003. - С. 17-19.
2. Афанасьев, А. П. Современные технологии построения распределённых программных систем / А. П. Афанасьев, А. И. Ванькова и др. // Проблемы системного анализа и управления: Сб. трудов ИСА РАН. - М. : Эдиториал УРСС, 2001.- С. 115-180.
3. Кориков, А. М. Методы и технологии разработки сервис-ориентированных систем анали-
за и идентификации изображений / А. М. Кори-ков. - Томск, 2010.
3. Малышева, Е. Ю. Учебно-методический комплекс по дисциплине «Распределённые информационные системы» / Е. Ю. Малышева. -Тольятти: Изд-во ПВГУС, 2013.
4. Радченко, Г. И. Распределённые объектные технологии. [http://www.hpc-education.ru /files/ lectures/ radchenko/radchenko_txt01 .pdf] (дата обращения: 18.12.2013).
5. DCOM и COM+^лектронный ресурс]. —
Режим доступа: http://mediaplaneta.net/
?page_id=253 (дата обращения: 18.12.2013).
6. DCOM +[Электронный ресурс]. — Режим
доступа: http://academic.ru/dic.nsf/ruwiki/603608
(дата обращения: 18.12.2013).
7. Павловский, Ю. Н. Проблема декомпозиции в математическом моделировании / Ю. Н. Павловский, Т. Г.Смирнова. - М. : ФАЗИС, 1998.
8. Демичев, А. П. Введение в грид-технологии / А. П. Демичев, В. А. Ильин, А. П. Крюков. - М., 2007.
9. Методика организации «сквозного проектирования» в Autodesk AutoCAD с использованием АСКОН ЛОЦМАН: ПГС [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://isicad.ru/ru/ articles. php?article_num=16410 (дата обращения:
18.12.2013).
Хородов Виталий Сергеевич, аспирант кафедры «Вычислительная техника» УлГТУ.
Игонин Андрей Геннадьевич, доцент кафедры «Вычислительная технка» УлГТУ.
