Автоматизированное рабочее место конструктора

Обновлено: 04.05.2024

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Федотов А.С., Гатчин Ю.А.

В статье рассказывается о методах и алгоритмах позволяющих разработать автоматизированное рабочее место проектировщика технологических систем. Приводится комплекс необходимых программных продуктов, их анализ и качество работы.

Текст научной работы на тему «Методы и алгоритмы разработки автоматизированного рабочего места проектировщика технологических систем»

МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ РАЗРАБОТКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАБОЧЕГО МЕСТА ПРОЕКТИРОВЩИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Научный руководитель - д.т.н., профессор Ю.А. Гатчин

Современные технологические системы отличает большое многообразие компонентов и элементов, что увеличивает время проектирования, а как следствие - и их стоимость. Темпы проектирования таких систем являются основным сдерживающим фактором их разработки и внедрения. Решение этой задачи приводит к необходимости создания системы автоматизированного проектирования.

Автоматизирование проектирования технологических систем предполагает разработку специализированных технических средств, обеспечивающих ввод и вывод информации, разработку автоматизированных рабочих мест проектировщика, содержащих комплексы оборудования, а также разработку математического обеспечения: методов, алгоритмов и программ.

Традиционные методы проектирования технологических систем имеют низкую степень формализации и в основном ориентированы на принятие решений проектировщиком, они включают большой объем вычислительных операций, характеризуются низкой точностью, так как очень часто автоматизированное рабочее место проектировщика организовано не на должном уровне. Все это ограничивает их применение. В связи с этим совершенствование традиционных методов, разработка новых методов зачастую неэффективно.

В последние годы появилось много новых методов и программ для проектирования технологических систем. Эти методы отличаются от классических более высокой сложностью, они формализованы, их исполнение связано с большим объемом вычислений, что делает полезным при решении практических задач наличие в них библиотеки стандартных подпрограмм. Однако даже наличие таких библиотек требует от проектировщика значительных усилий в программировании для решения конкретной задачи. Высококачественная, хорошо отлаженная программа, написанная программистом высокой квалификации специально для некоторого проекта, наиболее оптимальна. Развитие технологических систем на таком высоком уровне требует нового подхода к методам и алгоритмам разработки автоматизированных рабочих мест проектировщика, способствует использования последних новинок в области программных продуктов для разработки автоматизированных рабочих мест.

Структура и назначение автоматизированного рабочего места

Автоматизированное рабочее место (АРМ) (рис. 1) - индивидуальный комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для автоматизации профессионального труда специалиста - картографа, проектировщика электронных схем, оператора системы дальнего радиолокационного обнаружения и пр. Обычно в АРМ входит персональный компьютер или рабочая станция с графическим или текстовым дисплеем, графопостроитель и другие периферийные устройства. АРМ работает в составе локальной или территориальной сети или в автономном режиме [1].

Технические средства Программные средства Информационное обеспечение и методическая документация.

Общее ПО Функциональное ПО

Управление ресурсами вычислительной системы, обеспечение работы в сети. Средства для создания новых программных средств.

Рис. 1. Схема автоматизированного рабочего места

В настоящее время всестороннее развитие технологии приводят к необходимости выживания промышленных предприятий в новых экономических условиях, осуществляя глубокую конверсию основного производства. Возникают задачи проектирования все более сложных технических объектов в сжатые сроки, требующие специфического оборудования, новых технологий и программных продуктов, а также увеличения численности проектировщиков. Удовлетворить противоречивые требования с помощью простого увеличения численности проектировщиков нельзя, так как возможность параллельного проведения проектных работ ограничена, а численность инженерно-технических работников в проектных организациях не может быть сколько-нибудь заметно увеличена [2]. Выходом из этого положения является широкое применение методов развития и усовершенствования АРМ. Все это приводит нас к автоматизации системы проектирования.

Автоматизированная система проектирования технологий представляет собой одну из составных частей АРМ технолога-проектировщика, главными элементами которой являются, с одной стороны, проектировщик, а с другой стороны - система автоматизации проектирования, т. е. система, предназначенная для совершенствования процесса проектирования, основанная на взаимодействие технического, алгоритмического, программного и информационного обеспечения.

Построение автоматизированной системы проектирования на основе современных информационных технологий и технологий программирования даст возможность расширения программного обеспечения за счет соответствия стандартам построения открытых систем, ведения единой информационной модели для решения технологических задач, интеграции решения задач разного направления, автоматического создания и адаптации математической модели задачи и исходных данных под реальные ситуации, использования графического интерфейса пользователя, упрощающего взаимодействие пользователя с ЭВМ. Особый интерес в настоящее время вызывает подход, при котором проектировщик технологических систем в процессе диалога с системой осуществляет творческое конструирование и выбирает наилучшее проектное решение. Для этого ему необходимо создать АРМ, полностью удовлетворяющее его критериям.

АРМ должно отвечать следующим требованиям:

• своевременное удовлетворение информационной и вычислительной потребности специалиста;

• минимальное время ответа на запросы пользователя;

• адаптация к уровню подготовки пользователя и его профессиональным запросам;

• простота освоения приемов работы на АРМ и легкость общения, надежность и простота обслуживания;

• терпимость по отношению к пользователю;

возможность быстрого обучения пользователя; возможность работы в составе вычислительной сети.

Новые возможности в свете последних достижений

Один из методов облегчения работы проектировщика связан с созданием различных автоматизированных баз данных. Специалистам часто приходится работать с большими объемами данных, чтобы найти требуемые сведения для подготовки различных документов. Для облегчения такого рода работ были созданы системы управления базами данных (СУБД: DBASE, RBASE, ORACLE и др.). СУБД позволяют хранить большие объемы информации, и, что самое главное, быстро находить нужные данные. Так, например, при работе с картотекой постоянно нужно перерывать большие архивы данных для поиска нужной информации, особенно если карточки отсортированы не по нужному признаку. СУБД справится с этой задачей за считанные секунды [2].

Методом разработки АРМ проектировщика технологических систем можно считать метод использования различных программных комплексов. Программный комплекс LCAD (от Layout CAD - расстановка оборудования с помощью компьютера) предназначен для создания АРМ проектировщика, осуществляющего технологическое проектирование новых производственных помещений (рис. 2), а также технологическую реорганизацию существующего производства. Комплекс может быть также использован для получения различной справочной информации по установленному на производстве и введенному в базу данных системы оборудованию.

Рис. 2. Проектирование новых производственных помещений

Программный комплекс ЬСАБ позволяет автоматизировать процесс формирования: строительной подосновы (планов этажей зданий) по одноэтажным и многоэтажным промышленным помещениям для последующего размещения технологического оборудования; а также административно-бытовым зданиям;

графической и текстовой документации по технологической планировке производственных помещений.

LCAD обеспечивает создание и ведение базы данных (БД), содержащей массивы текстовой и графической информации. Структура массивов БД позволяет загружать и использовать при проектировании следующие виды информации:

• характеристики оборудования (наименование и модель, габариты, масса, установленная мощность электродвигателя и некоторая дополнительная информация), с обеспечением поиска и выбора информации по классам и группам оборудования;

• дополнительная графическая информация по оборудованию: размеры, установочные планы, планы опор, точки подключения электропитания, воздуха и т.п.;

• темплеты («габаритки», «фишки») оборудования;

• спецификации по установленному оборудованию;

• принятые условные графические обозначения для нанесения на планировки;

• структура производства (промышленная площадка - производственный корпус -цех - участок);

• генплан предприятия (для обеспечения быстрого выхода на нужную планировку производственных корпусов, цехов, участков);

• любая информация по цехам и участкам предприятия (виды и размеры площадей и т.д.);

• справочные данные по нормам и требованиям к размещению оборудования.

LCAD предполагает создание и хранение в БД технологических планировок на строительной подоснове производственного корпуса (здания) в целом. Спецификация установленного оборудования (рис. 3) создается и хранится в БД в целом по предприятию. Оформление и вывод на печать графической (чертежи планировок) и текстовой (спецификации оборудования) документации может производиться как в целом по производственным корпусам, так и по отдельным цехам и участкам, запрашиваемым в БД.

Рис. 3. Спецификация установленного оборудования

LCAD использует и расширяет возможности пакета AutoCAD фирмы Autodesk за счет наличия дополнительного набора специальных приложений, обеспечивающих основные функции проектирования технологических планировок цехов и участков предприятии [3]. Комплекс можно использовать в технологических подразделениях и технических отделах как крупных предприятий, так и небольших производственных организаций, применяющих АРМ технологов-проектировщиков на базе персональных компьютеров.

Великолепные достижения современной информатики, большое количество и значительный ассортимент программных продуктов позволяют строить процесс проектирования на новом, совсем недавно недоступном, уровне. Обобщая доступные знания

о современных достижений, можно попробовать виртуально синтезировать АРМ проектировщика. Рассмотрим АРМ проектировщика изделий электронной техники. Основной метод создания такого АРМ, как и многих других, основан на внедрении последних программных продуктов. Необходимыми составными частями предлагаемого АРМ являются графический, топологический и текстовый редакторы, а также пакет программ схемотехнического моделирования.

Сердцем виртуального АРМ выбираем графический редактор, а именно AutoCAD200X фирмы AutoDesk. Дружеское и квалифицированное присутствие его создателей ощущается в процессе всей работы. Действительно, трудно найти такой режим работы конструктора, который бы не предусмотрели специалисты AutoDesk. Интерфейсное окно одного из замечательных продуктов AutoDesk, а именно - AutoDesk Mechanical Desktop 2004, с примером трехмерного отображения сборочного чертежа платы, приведено на рис. 4.

Рис. 4. Интерфейсное окно AutoDesk Mechanical Desktop 2004 с примером трехмерного

отображения сборочного чертежа платы

Руками нашего создания будут являться топологический и текстовый редакторы. Правой рукой назначаем топологический редактор, а конкретно PCAD200X. Основным и несомненным достоинством в его работе является наличие функции автотрассировки (особенно при наличии программы SPECCTRA). Действительно, получение готовой топологии платы на основе схемы электрической принципиальной и грамотно составленного задания является значительным шагом в автоматизации и, соответственно, облегчении работы тополога, тем более в таком рутинном сегменте разработки. Левой рукой у нас будет текстовый редактор. Несомненным лидером в этой номинации является Microsoft Word, его и возьмем в помощники. Ну а головой, конечно же, является пакет программ схемотехнического моделирования. С середины 90-х годов прошлого века автор успешно эксплуатировал пакет Design Lab, добиваясь значительно большей производительности, чем в современных OrCAD 9.X, OrCAD 10, причем на менее мощных компьютерах. Приходится только мириться с некоторыми «дикими» зигзагами развития рынка. Безусловно, достоинством семейства OrCAD является наличие программы схемотехнического и функционального моделирования Capture OrCAD [4].

Описанные выше функциональные возможности отсутствуют в каждой из составных частей нашего АРМ, однако они присутствуют в пакетах программ некоторых машинных станций и платформ типа UNIX, Hewlett-Packard и других. И хотя их стоимость и стоимость предлагаемого комплекса разнятся многократно, ставится задача

осуществления таких функциональных возможностей, которые бы не только превосходили аналоги, но и переводили бы систему на качественно новую ступень. За теоретическую основу примем статью [5]. Действительно, производительность современных персональных компьютеров позволяют наделить уже не электронные устройства, а рассматриваемый программный комплекс абсолютно новыми свойствами. Определим появление комплекса новых свойств как «интеллектуализация программного продукта».

С целью построения алгоритмов действия промоделируем процесс разработки, осуществляемый человеком, и попробуем перенести выявленные закономерности в деятельность создаваемого продукта.

Рис. 5. Алгоритм процесса идентификации

Начнем с этапа получения задания. Получив задание, человек ищет в памяти (своей базе данных) аналоги заданию, с целью его возможного выполнения путем модернизации. Рассмотрим программное осуществление данного этапа. Дополнив графическое обозначение кратким формализованным описанием, мы получим элемент идентификации для АРМ. Этот элемент будет использоваться не только при вводе задания, но и для краткого формализованного описания разработанных продуктов. Храниться он будет в отдельной библиотеке, а задействован будет для идентификации разработок. Механизм идентификации на начальном этапе будет несовершенен из-за недостаточной формализации задействованных в процессе данных. Но попробуем обойти эти трудности, используя информационную избыточность: если не удается идентифицировать разработ-

ку с помощью системы графических обозначений, то используется система формализованного описания. Алгоритм предлагаемого процесса проиллюстрирован рис. 5.

После процесса идентификации наступает этап конкретного сопоставления полученных в задании данных и параметров идентифицированной разработки. С этой целью мы переходим от функциональных моделей к иным моделям. Эти модели могут предоставить нам интересующие нас данные. Вот тут мы сразу же вспоминаем, что рабочее место у нас автоматизированное, а не автоматическое. Дело в том, что огромный объем используемой информации различного вида, и сложнейшие алгоритмы действий не позволяют автоматизировать этот процесс на современном этапе. Да и, в конце концов, разработчик должен продемонстрировать творческое начало. Но и в этом случае современные программные продукты могут оказать неоценимую помощь. Одним из таких инструментов является директива вариации параметров программы Spice. Но целью статьи является не обучение пользователей, а стремление показать возможность создания высококачественного АРМ [5].

Если обратить внимание на достижения данного направления, то подавляющее место в нем занимают зарубежные продукты, что весьма обидно.

Предлагаемое АРМ окажется полезным системотехникам, схемотехникам, конструкторам, топологам и технологам. Пользователю не обязательно устанавливать четыре-пять редакторов. Можно обойтись минимально количеством, необходимым для работы. Но сами закладываемые в предлагаемый программный продукт принципы не только адекватны возникающим в процессе разработки задачам, но и переводят процесс разработки на более высокий уровень. Внедрение проекта позволит не просто значительно автоматизировать процесс разработки и создавать интегрированные библиотеки разработок, но и создать рынок разработок, не имеющий аналогов.

Анализируя сущность АРМ, специалисты определяют их чаще всего как профессионально-ориентированные малые вычислительные системы, расположенные непосредственно на рабочих местах специалистов и предназначенные для автоматизации их работ. Для каждого объекта управления нужно предусмотреть АРМ, соответствующие их функциональному назначению. Однако принципы создания АРМ должны быть общими: системность, гибкость, устойчивость, эффективность.

2. Козлова Е.В., Когутенко В.А. Модифицированный метод структурного распараллеливания В. А. Костенко для линейных и разветвляющихся участков схемы технологического процесса сборочного производства.

4. Силкин В. Трехмерное отображение в электронике - варианты использования и возможные направления развития. // Компоненты и технологии. 2005. №5. С. 26-28.

5. Силкин В. «Интеллектуализация» электронных устройств. // Компоненты и технологии. 2005. №3. С. 37-39.

Один из крупнейших проектных институтов России — «Норильскпроект» — делится своим опытом создания оптимального автоматизированного рабочего места конструктора-проектировщика в части его обеспечения комплексом взаимно дополняющих друг друга программ Autodesk Inventor, CADMECH Inventor PRO, Search. Разработка осуществлялась в сотрудничестве с Норильским индустриальным институтом и при участии специалистов компании ЕМТ.

Использование современных компьютерных технологий позволяет существенно сократить длительность проектно-конструкторских работ, по-новому реализовать проектные процедуры и в результате получить более эффективные технические решения.

Новейшие компьютерные технологии позволяют организовать автоматизированное рабочее место конструктора-проектировщика. Базовыми программными продуктами АРМ конструктора-проектировщика являются операционная система Microsoft Windows и универсальная графическая платформа AutoCAD 2004 фирмы Autodesk. Использование этих программных продуктов дает возможность реализовать следующие функции:

• обеспечить стандартную системную среду для работы в локальной вычислительной сети проектной организации;

• использовать базовый графический файловый формат (DWG), а также ссылочную технологию интеграции интеллектуальных объектов — элементов трехмерных моделей, созданных различными программными приложениями в едином комплексном проекте;

• создать основу для коллективной одновременной работы проектировщиков, выполняющих различные разделы проектной документации комплексного проекта в целях сокращения времени проектирования.

Ядром специализированного автоматизированного рабочего места конструктора-проектировщика является система параметрического твердотельного 3D-проектирования и конструирования с адаптивными сборками Autodesk Inventor. Этот программный продукт обладает широким диапазоном функциональных возможностей, прост в освоении и в применении, а также характеризуется высокой результативностью при решении практических задач.

Построение каждой детали представляет собой последовательное описание составляющих ее конструктивных элементов, которые могут быть заданы с помощью формообразующих эскизов (элементов, полученных выдавливанием, вращением, сдвигом по траектории, натягиванием), а также созданы на базе уже имеющихся элементов (отверстия, фаски, скругления, оболочки, ребра жесткости, перегородки, литейные уклоны, резьбовые элементы). Autodesk Inventor имеет развитые средства импорта-экспорта геометрии самых распространенных графических форматов, что позволяет при необходимости использовать созданные ранее модели и осуществлять кооперацию разработчиков.

Пример модели технологического оборудования, разработанной в Autodesk Inventor и загруженной в AutoCAD 2004

Помимо работы с отдельными деталями Autodesk Inventor предоставляет пользователям все средства для создания сборок. Система ориентирована на эффективную работу даже с очень большими сборками, включающими тысячи деталей. При формировании сборки могут быть использованы как уже построенные, так и создаваемые в контексте сборки детали. Во втором случае конструктор имеет весьма полезную возможность создавать детали с использованием уже имеющейся геометрии. Для описания правил существования деталей в сборке на детали накладываются сборочные зависимости, что позволяет моделировать реальное поведение механизма. В процессе динамического моделирования, как и в статике, могут быть определены возможные пересечения деталей друг с другом.

Сборка проекта технологического оборудования из разработанных в Autodesk Inventor моделей, загруженная в Autodesk Architectural Desktop

Уникальная возможность системы — поддержка адаптивных сборок. Это означает свойство системы автоматически изменять свободные параметры деталей в соответствии с заданной системой зависимостей, то есть деталь может изменять форму, подстраиваясь по месту. Для этого не требуется задавать никаких формул, что существенно упрощает работу, особенно в сложных случаях.

Большое значение в инженерной практике имеет повторное использование разработок. Autodesk Inventor включает несколько тысяч типовых элементов (крепежные детали, подшипники т.п.), а также предоставляет возможность создавать пользовательские параметрические конструктивные элементы, из которых формируются библиотеки пользовательских проектных наработок. Таким образом создается экспертная система, включающая багаж знаний конкретного проектировщика и доступная для его коллег посредством локальной вычислительной сети.

На основе 3D-модели в среде Autodesk Inventor могут быть выполнены все необходимые чертежи, построены различные виды, разрезы сечения и т.п. Чертежи обладают двунаправленной ассоциативностью, то есть любые изменения в модели автоматически отражаются на всех соответствующих видах на чертеже, и это, в свою очередь, ведет к автоматическому обновлению модели и к последующему, также автоматическому, обновлению всех остальных видов, которые затрагивает данное изменение.

Autodesk Inventor имеет ряд специальных средств, направленных на решение вопросов эффективной организации процесса разработки в целом с использованием системы для распределенной работы. Сетевые возможности позволяют коллективу разработчиков работать над одним проектом с учетом результатов работы всех членов коллектива.

Следует отметить, что для Autodesk Inventor существует множество встраиваемых объектно- и проблемно-ориентированных модулей, что позволяет решать целый ряд дополнительных задач. Одним из таких модулей является программный продукт CADMECH Inventor PRO, предназначенный для автоматизации конструкторского проектирования в области машиностроения и приборостроения с учетом российских стандартов. Возможность оформления чертежей Autodesk Inventor в полном соответствии с ЕСКД (автоматическая отрисовка и заполнение рамок и штампов, автоматическая генерация технических требований, простановка шероховатостей и отклонений формы с использованием таблиц и справочников), делают CADMECH Inventor PRO незаменимым инструментом для пользователей Autodesk Inventor и т.д. Богатейшие возможности широко известной на отечественных предприятиях системы CADMECH перенесены на платформу графического редактора Autodesk Inventor. Таким образом, CADMECH Inventor PRO дает возможность пользователям Autodesk Inventor использовать богатую библиотеку типовых конструкторских решений и стандартных элементов.

CADMECH Inventor PRO включает интеллектуальные средства расчета валов и других деталей типа «тело вращения», подшипниковых опор, зубчатых передач и трубопроводов. Технология работы, предлагаемая CADMECH Inventor PRO, позволяет автоматически получать спецификации (единичные и групповые) на разработанные изделия или узлы с последующим выпуском различных ведомостей.

Безусловно эффективным и полезным дополнением на рабочем месте конструктора-проектировщика является мощный программный пакет инженерного анализа ANSYS Design Simulation. Моделирование с помощью этого программного пакета позволяет понять поведение детали или сборки при эксплуатации, а также получить ответы на вопросы, возникающие при проектировании:

• выдержит ли изделие заданные эксплуатационные нагрузки;

• не превысят ли деформации при нагружении допустимые значения;

• каким будет значение собственных колебаний;

• каким будет распределение температур и термических напряжений;

• какая форма является оптимальной для данной детали.

ANSYS Design Simulation имеет ассоциативную связь со сборкой, проектируемой в CAD-системе Autodesk Inventor, позволяет проанализировать различные варианты проектируемой сборки и в конечном счете, основываясь на обратной ассоциативной связи, оптимизировать конструкцию, избежать ошибок при производстве, исключить отказы и повторное конструирование.

Для того чтобы конструкторы-проектировщики в процессе работы могли получить полное представление о составе комплекта конструкторской документации на разрабатываемое изделие, в ходе проектирования можно использовать возможность интеграции систем CADMECH Inventor PRO (на базе Autodesk Inventor) и системы ведения архива технической документации, информации о составе изделия и документооборота Search. Шестая версия системы ведения архивов технической документации и информации о составе изделия Search со встроенной двунаправленной ассоциативной связью с моделями Autodesk Inventor позволяет логически замкнуть цикл разработки конструкторской документации в едином информационном пространстве.

Система Search 6.3 предназначена для создания архива технической документации предприятия и служит для решения следующих задач:

• хранение документов различных типов;

• управление доступом к документам;

• быстрый поиск документов и документов-прототипов;

• согласование и утверждение документов;

• проведение изменений документов и управление версиями документов;

• поддержка групповой работы над проектом.

На основании информации, получаемой из занесенных в архив конструкторских документов, Search ведет базу данных изделий, выпускаемых и используемых на предприятии, а также взаимосвязей между этими изделиями. Эта база данных лежит в основе обеспечиваемых системой средств для просмотра структуры и применяемости изделий и для получения различных отчетов по изделиям.

Search хранит все конструкторские документы по проектам, а также информацию, необходимую для их идентификации и поиска (обозначение, наименование, формат и т.д.). В архиве могут храниться любые типы документов (чертежи, спецификации, текстовые документы и т.д.), и для каждого из них можно назначать программы просмотра и редактирования. Поддерживаются документы, состоящие из нескольких файлов (например, чертежи на нескольких листах, гибридные чертежи TIFF+DWG и др.), а также документы, включающие ссылки на другие документы (например, XREF в AutoCAD и т.д.). Имеется возможность регистрации в архиве информации о документах, выполненных на бумажных носителях.

В состав системы CADMECH Inventor PRO входит специальный модуль AVS, обеспечивающий просмотр и редактирование конструкторских спецификаций. Поддерживаются обычные (единичные) и групповые спецификации форм А и Б по ГОСТ 2.113, а также спецификации на парные изделия (например, левое и правое исполнения). Конструкторские спецификации, занесенные в архив, служат источником информации, которую Search использует для ведения базы данных изделий, выпускаемых и используемых на предприятии, и взаимосвязей между этими изделиями.

Кроме того, в систему включен визуализатор структуры изделий, позволяющий просматривать структуру изделия и его применяемость в виде дерева связей. Обеспечивается возможность привязки к изделию произвольного набора относящихся к изделию документов — конструкторских, технологических, административных и т.п.

Каждый документ в архиве имеет электронную карточку подписей, в которой Search фиксирует имя, дату и должность того, кто подписал данную версию документа. Система обеспечивает автоматизацию процедуры согласования и утверждения документов путем их рассылки пользователям для сбора подписей. Процедуры согласования и утверждения определяются администратором системы, причем таких процедур может быть несколько — для согласования на разных уровнях. Система обеспечивает проведение изменений утвержденных документов вместе с выпуском извещения об изменении (ИИ), утверждением данного ИИ со сбором необходимых подписей и сохранением старых (до изменения или аннулированных) версий документов.

Search понимает внутренний формат файлов чертежей системы AutoCAD и позволяет автоматически считывать информацию из основной надписи чертежа (обозначение, наименование и т.д.) непосредственно из файлов DWG и записывать эту информацию в архив, избавляя пользователей от необходимости ручного ввода такой информации при регистрации чертежей в архиве.

В этой статье была рассмотрена технологическая линия программных продуктов, обеспечивающих автоматизацию рабочего места конструктора-проектировщика. Использование вышеописанных программных пакетов на базе концепций трехмерного моделирования в проектировании предоставляет их пользователям следующие преимущества:

• обеспечение мирового уровня качества проектной документации, высокой точности в решении задач оптимизации. Виртуальное моделирование производственных объектов позволяет исключить из проекта ссылки на различные уточнения, необходимые при производстве работ, что дает реальную экономию средств и снижает затраты труда при выполнении монтажа;

• повышение производительности труда проектировщика. Построив трехмерную модель объекта, можно автоматически получать чертежи различных видов и любых разрезов, а также деталировку всей конструкции. Создавая и расширяя библиотеки трехмерных деталей и сборок, разработчик может использовать их в дальнейшем. Заданные свойства деталей автоматически включаются в спецификацию, приводимую на чертеже, а само проектирование становится наглядным и понятным (из отдельных элементов, узлов, блоков можно построить рабочий орган, механизм и даже целый технологический участок);

• получаемая проектно-конструкторская документация соответствует требованиям технической эстетики и обладает наглядностью, что в конечном счете приводит к повышению качества строительно-монтажных работ.

Данная работа предназначена для изучения автоматизированного рабочего места конструктора (АРМ-К) и получения общего представления о его аппаратно-программном обеспечении. Работа рассчитана на 1 час самостоятельной подготовки и 2 часа работы на автоматизированном рабочем месте конструктора.

Задача работы

Составить структурную схему конфигурации вычислительной системы АРМ-К. На схеме указать все устройства и связи между ними. Заполнить паспорт АРМ-К. В паспорте указать основные характеристики: тип процессора, разрядность, быстродействие, объём оперативной памяти, объём памяти внешних устройств и графической платы и т.д.

Краткие сведения об аппаратных и программных ресурсах АРМ-К

Аппаратный состав АРМ-К

Автоматизированное рабочее место конструктора в зависимости от сложности проектируемых объектов и числа выпускаемых проектных документов может иметь различный состав аппаратных средств и различную конфигурацию их соединения.

Аппаратура АРМ-К подразделяется на функциональные группы: вычислительная система, устройства ввода конструкторской информации, устройства накопления и хранения конструкторских данных, устройства вывода конструкторской информации и устройства связи.

Вычислительная система АРМ-К состоит из процессора и оперативной памяти. В качестве вычислительной системы АРМ-К могут быть использованы любые персональные компьютеры. С точки зрения применимости их в АРМ-К наибольший интерес представляют следующие характеристики: длина слова (разрядность), объём оперативной памяти, быстродействие, экономичность (цена) и надёжность.

Конфигурации соединения аппаратуры подразделяются на: автономные рабочие места; группы рабочих мест с примерно одинаковыми ресурсами, объединённых локальной компьютерной сетью; группы рабочих мест со специализированными функциональными ресурсами, объединённых локальной компьютерной сетью.

Автономные рабочие места в свою очередь делятся: на АРМ минимальной конфигурации (малые), АРМ средней конфигурации (профессиональные) и суперАРМ. Естественно, чем больше комплектация и выше характеристики элементов составляющих АРМ-К, тем больше стоимость аппаратуры.

АРМ минимальной конфигурации комплектуется вычислительной системой с 16- или 32-разрядным процессором и оперативной памятью от 640 Kb до 2 Mb, одним графическим монитором, накопителем информации в виде жесткого диска с ёмкостью от 40 Мb до 1.2 Gb, одним или двумя дисководами гибких дисков размерами 3. 5” и 5.25” ёмкостью 1.44 и 1.2 Мb соответственно, алфавитно-цифровой клавиатурой общего назначения, манипулятором типа “Мышь”, а также принтером формата А3 или графопостроителем такого же формата или большего.

АРМ средней конфигурации называют рабочей станцией комплектуется вычислительной системой с 32-разрядным процессором и оперативной памятью от 32 Мb до 516 Мb, одним или двумя графическими мониторами, накопителями информации на жестких дисках, одном или нескольких, с общей ёмкостью от 5” ёмкостью 1.2 Gb до 10 Gb, одним или двумя дисководами гибких дисков размерами 3.5” ёмкостью 1.44, алфавитно-цифровой клавиатурой общего назначения, манипулятором типа “Мышь”, планшетом-сколкой с сенсорной функциональной клавиатурой, а также принтером формата А3 или графопостроителем такого же формата или большего.

СуперАРМ комплектуется, как правило, специализированной мультипроцессорной вычислительной системой, внешние устройства также специализированы в зависимости от области применения в промышленности (авиастроение, автомобилестроение и т.п.), устройства внешней памяти позволяют хранить большие объёмы информации.

В связи с интенсивным развитием микроэлектроники и техники программирования конфигурации и характеристики современных АРМ постоянно меняются в сторону увеличения вычислительных мощностей и совершенствования технических возможностей.

Группы рабочих мест, объединённых локальной компьютерной сетью можно классифицировать по следующим признакам:

1) типам передачи данных;

3) протоколам обмена.

Топология - это способ соединения рабочих мест и различного периферийного оборудования. Известны три типа топологий: иерархическая (звёздная), гирляндная (магистральная) и кольцевая. Кольцевые сети для построения АРМ практически не применяются из-за необходимости кольцевого соединения кабелем всех участников цепи и низкой эффективности обмена информацией, так как информация в кольце посылается всегда в одном направлении и, посланная конкретному адресату, принимается всеми промежуточными рабочими станциями (кембриджское кольцо) [1].

Иерархическое объединение показано на рис.1.1. Передача данных обеспечивается либо параллельным, либо последовательным способами с применением “мультиплексоров”, которые соединяют несколько устройств низшего уровня с одним устройством высшего уровня.

Рис.1.1. Компьютерная сеть, организованная по иерархическому принципу: 1- рабочая станция, руководитель проекта; 2 - мультиплексор; 3 - рабочая станция, ведущий конструктор; 4 - рабочая станция, конструктор; 5 - графопостроитель (плоттер); 6 - принтер; 7 – устройство

внешней связи (факс-модем)

Гирляндное объединение компьютеров показано на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Гирляндное объединение компьютеров в сеть: 1 - рабочая станция, руководитель проекта; 2 - сервер, системный администратор; 3 - рабочая станция, ведущий конструктор; 4 - рабочая станция, конструктор; 5 - графопостроитель (плоттер); 6 - принтер; 7 - устройство внешней связи (факс-модем)

Автоматизированное рабочее место (АРМ) руководителя и специалистов

Автоматизированное рабочее место (АРМ) — комплекс средств вычислительной техники и программного обеспечения, располагающийся непосредственно на рабочем месте сотрудника и предназначенный для автоматизации работы сотрудника в рамках его специальности.

В состав АРМ входят: технические средства, программные средства, а также информационное обеспечение и методическая документация.

Программное обеспечение подразделяется на общесистемное и функциональное. В состав функционального программного обеспечения входят текстовые редакторы, редакторы таблиц, СУБД, программы для работы с электронной почтой и др.

Большое распространение получили интегрированные офисные пакеты программ. Типичным примером является Microsoft Office.

Состав АРМ конкретных специалистов определяется в зависимости от их должностных обязанностей и выполняемых ими функций.

В настоящее время имеется огромный выбор различных программных продуктов, отвечающих почти всем требованиям, налагаемым на него представителями различных профессий. Однако встречаются ситуации, когда возникает потребность в каких-то иных программах. В таких случаях разрабатываются специальные АРМ профессионального назначения.

При создании подобных программ необходимо принимать во внимание такие моменты, как:

решаемые задачи;
взаимодействие с другими специалистами;
профессиональные привычки и склонности сотрудника;
разработка не только ФПО, но и специальных технических средств (мышь, сеть, автоматический набор телефонных номеров и пр.).

Создание эффективно работающих профессиональных АРМ позволяет повысить производительность труда специалистов и сократить численность персонала. При этом повышается скорость обработки информации и ее достоверность, что необходимо для эффективного планирования и управления.

Для эффективного использования комплекса АРМ необходимо, прежде всего, четко определить, для каких именно специалистов (руководителей, экономистов, статистиков, бухгалтеров) будут создаваться автоматизированные рабочие места. Состав и число АРМ зависят от профиля деятельности организации, ее структуры, масштабов и других параметров.

На практике разработка конкретных АРМ чаше всего, представляет собой автоматизацию наиболее типичных функций, выполняемых сотрудником на данном рабочем месте. При этом необходимо учесть, что АРМ сотрудника должны составлять только те программы, которые действительно необходимы специалисту для работы. Избыточное количество программного обеспечения на рабочем месте занимает ресурсы ПЭВМ и может отвлекать сотрудника от выполнения своих обязанностей.

Для решения данной проблемы следует четко определить информационные потребности каждого специалиста — предполагаемого пользователя АРМ. Вообще говоря, такие потребности каждый пользователь должен сформулировать самостоятельно. Оптимальная реализация создаваемой системы возможна только в том случае, если пользователи могут определить свои цели и указать характер информации, необходимой им для достижения этих целей. Кроме того, такой подход к решению задачи формирования программного обеспечения АРМ устраняет психологический барьер в отношениях между человеком и машиной. В этом случае пользователь сам определяет те операции, которые он постоянно выполняет, и четко знает, какие именно программы были установлены для их автоматизированного выполнения.

Однако на практике сотрудникам организации не всегда просто четко определить свои потребности в необходимой для работы информации. В этом случае получить сведения о выполняемых сотрудником операциях и используемых для этого данных можно двумя различными способами: задан сотруднику прямой вопрос или получив такие сведения косвенным путем.

В первом случае сотрудники в письменном виде составляют специальные справки, содержащие:

перечень своих основных обязанностей;
конкретные виды информации, необходимые для выполнения вышеуказанных обязанностей.

Потребности в информации определяются сотрудником исходя из состава основных обязанностей и принимаемых в процессе их выполнения решений.

При использовании другого подхода сведения о выполняемых обязанностях и информационных потребностях получают косвенным путем. Разработчик АРМ просит сотрудников - пользователей будущих АРМ - описать то, что происходит в процессе выполнения ими должностных обязанностей. После этого разработчик должен сформулировать конкретные вопросы, на которые необходимо получить ответы в предположении, что АРМ уже функционирует. Такой подход также позволяет сотруднику получить большее представление о своей деятельности и, в частности, о процессе принятия сложных решений.

Результатом применения любого из вышеуказанных подходов должен являться четко сформулированный перечень функций, выполняемых сотрудником, и его информационных потребностей. Следующим шагом на пути к созданию АРМ является определение тех функций изданного перечня, которые могут быть автоматизированы, и выбор программ, с помощью которых это можно сделать.

Работник любой специальности с помощью АРМ может выполнять следующие операции:

вводить письменную информацию с клавиатуры и визуально контролировать этот процесс при помощи монитора;
редактировать данные;
перемещать, копировать, удалять информацию;
выводить информацию на экран, принтер, записывать ее на магнитные носители;
переносить данные с одной ЭВМ на другие с помощью магнитных носителей;
обмениваться данными по каналам связи в рамках локальной вычислительной сети или сети Интернет;
накапливать и хранить данные;
осуществлять поиск и сбор необходимой информации, обновит» данные;
получать информацию из баз данных;
осуществлять защиту информации.

Определим состав программного обеспечения, необходимого для создания типовых АРМ. Напомним, что состав конкретных АРМ в значительной степени зависит от конкретной организации и должностных обязанностей, выполняемых сотрудниками.

АРМ руководителя

Рассмотрим основные подходы к комплектованию АРМ руководителя. Под руководителем будем понимать не только главу организации, но и его заместителей, главного бухгалтера, главного инженера, начальников структурных подразделений предприятия, т. е. управляющих различных уровней. Для этих категорий сотрудников выполняемые ими функции во многом схожи, поэтому состав функционального Программного обеспечения АРМ будет примерно одинаков.

Чаще всего руководителю информация необходимая связи с осуществлением процесса управления. Характер потребностей в информации зависит главным образом от двух факторов: личных качеств руководителя (знание информационных систем, стиль управления, представление о потребностях в информации) и организационной структуры управления, в рамках которой принимаются решения.

Чем выше компетентность руководителя в области информационных систем, тем более сложными и точными будут его потребности в информации. Реальные представления о возможностях и требующихся затратах ставят его в гораздо более выгодное положение в отношении оказания помощи в разработке эффективной системы.

Техническая подготовка руководителя, стиль руководства и способность принимать решения — все это оказывает влияние на характер и объем требуемой им информации. Некоторые руководители предпочитают принимать решения на основе детальной информации, другие же — на основе информации более общего характера, используя при этом личные консультации с подчиненными.

Собственные представления руководителя о потребностях в информации также оказывают большое значение на состав программного обеспечения АРМ. Зачастую руководители колеблются между желанием знать только необходимые данные или же знать всю информацию. Многие руководители не представляют себе, какая информация им необходима. Существует несколько точек зрения руководителей относительно их обязанностей в отношении распространения информации среди своих подчиненных. Руководитель, который не может или не хочет распределять полномочия, обычно стремится задержать информацию.

Проблемы информационного обеспечения управления зависят от масштабов предприятия и сложности его организационной структуры. Более крупные предприятия, имеющие более сложную организационную структуру, требуют применения более формальных информационных систем, а потребности в информации приобретают более важное значение для осуществления операций.

Чем сложнее структура организации, тем легче определить потребности в информации. Там, где права и обязанности четко определены, взаимосвязи понятны, а сферы принятия решений ограничены, потребности в информации установить легче.

В обязанности руководителя входит:

принятие управленческих решений в пределах своего круга обязанностей;
анализ и обобщение информации, необходимой для принятия данных решений;
определение необходимых действий для реализации принятых решений и определение круга лиц, которые должны обеспечить их выполнение;
формулирование заданий для конкретных сотрудников, участвующих в процессе реализации управленческого решения, и доведение до них этих заданий;
контроль исполнения заданий.

Очевидно, что большинство современных АРМ не может принять на себя функцию принятия управленческих решений, но они могут существенно облегчить и ускорить выполнение руководителем этой функции.

В состав функционального программного обеспечения АРМ руководителя целесообразно включить как минимум следующие программные средства:

текстовый процессор;
табличный процессор;
личная информационная система (органайзер);
СУБД (для работы с базами данных по всем аспектам деятельности организации, для получения необходимой архивной и оперативной информации);
прикладная экспертная система (по необходимости);
Web-браузер;
программа электронной почты.

При разработке АРМ специалистов необходимо, в первую очередь, учитывать характер выполняемых ими должностных обязанностей. Информационные потребности рядовых сотрудников, так же как и управленческого аппарата, зависят от таких факторов, как личные качества сотрудника и структура организации. Что касается личных качеств, значение имеет знание информационных систем и технологий, а также представление о потребности в информации.

В области структуры организации существенную роль играет профиль ее деятельности. Например, хотя на крупном промышленном предприятии и в небольшой торговой фирме функции бухгалтерии по сути одинаковы, но конкретные задачи, выполняемые сотрудниками бухгалтерии, а также типы документов, с которыми приходится работать, могут сильно отличаться. Поэтому крайне важен правильный подбор и конфигурация программных продуктов для работы конкретной организации.

Рассмотрим состав программного обеспечения АРМ наиболее распространенных специальностей. Указанные ниже программы составляют минимальный набор программных средств для усредненного специалиста.

Текст научной работы на тему «Автоматизированное рабочее место главного конструктора изделий машиностроения»

В представленной работе была изложена лишь небольшая часть возможностей использования MathCAD при расчётах электрических машин, в задачах горной промышленности и теплотехнических расчётах. Наш опыт показывает, что современные версии MathCAD являются универсальным инструментом в инженерной практике.

1. Вентцель Е. С. Исследование операций. М.: Сов. радио, 1972. 552с.

2. Дьяконов В. В. Справочник по MathCAD PLUS 7.0 Pro. М.: СК Пресс, 1998. 352с.

А. В. Кизим, А. М. Дворянкин, В.П.Шевчук

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ РАБОЧЕЕ МЕСТО ГЛАВНОГО КОНСТРУКТОРА ИЗДЕЛИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ

В настоящее время машиностроительные предприятия вынуждены контролировать весь жизненный цикл выпускаемой продукции от выявления потребности до утилизации. Заводы отвечают за последствия проектирования своей собственной экономикой. Как известно, проектирование технических систем (ТС) начинается с выявления потребности общества в реализации определенной функции. Далее разрабатывается процесс получения определенного продукта. Ставится задача на проектирование машины, реализующей данный процесс. Разрабатывается спектр технических требований (ТТ) к машинно-техническому комплексу (МТК) и его отдельным компонентам.

На главного конструктора (ГК) ТС ложится большая ответственность. Ранее ГК обычно не участвовал в первичных этапах проектирования ТС. Работа ГК начиналась с получения готовых ТТ и разработки технического задания (ТЗ) на проектируемую ТС. ГК согласовывал ТЗ с поставщиками ТТ с огромным научным и интеллектуальным потенциалом, которыми являлись различные министерские организации (например, ВИМ, ВИСХОМ, НАТИ, различные ЦНИИ), выполнявшие функции генераторов, хранителей, и поставщиков информации для предприятий-потребителей. Сейчас разрушены связи и ликвидированы многие интеллектуальные центры поддержки ГК. Оставшиеся организации функционируют слабо, не реализуя полностью свои функции. В США и других промышленно развитых странах существует развитая сеть поддержки производителей. В частности, система университетов с исследовательскими подразделениями. Университеты и институты заключают контракты с производителями или организационно входят в корпорации. В России выявление ТТ и выполнение других проектных процедур в данный момент в большинстве случаев производят неспециалисты. Отсюда низкое качество наших машин. В силу вышесказанного необходимо как можно скорее тесно связывать российских производителей с институтами и университетами, заключать хоздоговора на проведение исследовательских работ и обеспечивать полную информационную поддержку всех этапов проектирования и производства.

Для заполнения информационного вакуума необходима разработка автоматизированного рабочего места (АРМ) интеллектуальной поддержки ГК, одной из важных функций которого является аккумуляция и формализация знаний об объ-

ектах и процессе проектирования. Разрабатывается программный комплекс универсальной инвариантной САПР, позволяющий проектировать различные ТС [1].

Интеллектуальная автоматизированная система поддержки деятельности ГК изделий машиностроения (ИАСПД ГК) ориентирована на автоматизацию этапов деятельности ГК ТС. В ее основу положена оригинальная методика инвариантного описания объекта проектирования (ОП). ИАСПД ГК является комплексом систем интеллектуальной поддержки деятельности ГК, содержащим важные подсистемы для обеспечения его эффективной работы.

Предметом разработки является программное, методическое и информационное обеспечения ИАСПД ГК. Предметами исследований для реализации ИАСПД ГК являются: проектные процедуры, используемые на начальных стадиях проектирования технических объектов; знания об объекте проектирования и их формализованное представление; задачи проектирования и алгоритмы их решения; методическое, программное, информационное и лингвистическое обеспечение АРМ ГК.

Перечислим основные задачи реализации ИАСПД ГК:

1) формализация знаний об объектах проектирования и построение моделей представления этих знаний;

2) моделирование построения и функционирования ТС;

3) экспертная поддержка по этапам проектирования и методам научного творчества;

4) поддержка принятия решения о проектировании ТС;

5) составление базы знаний по показателям качества ТС, качественное моделирование характеристик ТС на начальных стадиях проектирования; оценка качества проектируемого объекта уже на начальных стадиях проектирования;

6) автоматизация составления документации на проектируемый объект и документооборота на всех этапах деятельности ГК;

7) составление плана работ по проектированию ТС;

8) планирование продвижения на рынок проектируемой ТС.

По каждому направлению работ создаются подсистемы ИАСПД ГК и разрабатываются соответствующие методические материалы.

Архитектура системы (см. рис. 1) строится на основе централизованного хранения информации о различных ОП. В ядре системы хранится информация о структуре ТС, моделях, описывающих ее работу, преобразованиях объектов во времени и различных реализациях структур ТС. Доступ к информации об ОП осуществляется с помощью программного интерфейса ядра, реализованного различными способами. Варианты осуществления интерфейса ядра - средства наполнения базы знаний, реализованные как утилита, оболочка с пользовательским интерфейсом, динамически подключаемая библиотека с экспортируемыми функциями, встраиваемый ОЬБ или АсііуєХ компонент, набор хранимых в базе данных процедур и др. В зависимости от варианта реализации доступа к данным об ОП используются соответствующие технологические механизмы программирования с соответствующими вариантами программных модулей слоя взаимодействия с пользователем (от визуально-программируемых клиентских приложений по различным стадиям проектирования ТС до интернет-браузеров, позволяющих не создавать клиентские приложения и использовать систему на различных компьютерных платформах с использованием интернет-технологий доступа к информации с помощью различных серверов данных и пр.).

Знания об ОП и его поведении - структурные, параметрические, временные, пространственные и прочие отношения - задаются на языке задания характеристик (ЯЗХ). В качестве значений могут фигурировать численные, строковые, лингвистические значения, интервалы, порядки, математические, причинноследственные, временные, пространственные и прочие выражения, которые могут образовывать программы расчета. ЯЗХ описывает тип, возможные значения характеристики, ее поведение, правила задания и вычисления. Характеристики одного типа обрабатываются одинаковым способом с помощью интерпретатора ЯЗХ.

По заданным структурным описаниям документов, которые также представляют собой ТС и хранятся в ядре системы, в случае необходимости генерируется выходная документация по ОП.

1. Кизим А. В. Формализация процесса проектирования изделия машиностроения главным конструктором. Концептуальное проектирование в образовании, технике и технологии: Межвуз. сб. науч. тр./ВолгГТУ.- Волгоград, 2000. С. 100-102.

Читайте также: