автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.14, диссертация на тему:Разработка методов и средств назначения технологического оснащения при проектировании технологических процессов

зЫ4Ь@3631

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ"

ЧЕРТКОВ Сергей Александрович РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ НАЗНАЧЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОСНАЩЕНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

На правах рукописи

Специальность 05.11.14 - Технология приборостроения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 0 и ЮН 2910

Санкт-Петербург 2010

004603631

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики»

Научный руководитель:

доктор технических наук,

профессор Куликов Дмитрий Дмитриевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Васильков Дмитрий Витальевич

кандидат технических наук, доцент Бондарепко Игорь Борисович

Ведущая организация:

ОАО «Техприбор»,

196084, Россия, Санкт-Петербург, Варшавская ул., 5а

Защита состоится «22» июня 2010 г. в 17 часов на заседании диссертационного совета Д.212.227.04 при Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптики по адресу: 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., Д. 49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики

Автореферат разослан «/^» мая

2010 г.

Ваши отзывы и замечания по автореферату (в двух экземплярах), заверенные печатью, просим направлять по адресу университета:

197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д. 49, секретарю диссертационного совега

Ученый секретарь диссертационного совета Д.212.227.04 кандидат технических наук, доцент

Киселев С.С

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования

Назначение средств технологического оснащения (СТО) является важным этапом проектирования технологических процессов. Многообразие СТО вызывает определенные трудности с созданием баз данных для СТО. Базы данных оказываются неполными как по составу, так и но содержанию информации о хранимых объектах. Особенно это относится к приспособлениям и оборудованию. Формирование и сопровождения таких баз является весьма трудоемкой задачей для каждого предприятия, особенно на начальных этапах. Организация доступа к базам для территориально удаленных филиалов обычно основано на применении сложных программных и технических средств. Имеющиеся в настоящий момент па рынке САПР технологических процессов не предоставляют возможностей по формированию баз данных, достаточных для того, чтобы использовать их в качестве основы для динамично изменяющегося и распределенного производства.

Многообразие СТО требует формализации и разработки сотен небольших алгоритмов выбора тех или иных видов оснащения и их типоразмеров. Сложность этой задачи вынуждает в современных САПР технологических процессов использовать режим диалога, при котором техполог обращается к базе данных и выполняет поиск по параметрам хранимых объектов.

Таким образом, разработка методов снижения трудоемкости сопровождения баз дашплх для СТО, организация хранепия сложно структурированных объектов (приспособления и оборудование), организация доступа к базам из территориально удаленных филиалов и повышение уровня автоматизации назначения СТО представляют собой комплекс актуальных задач. Решение этих задач особенно важно в условиях жестких трсбова-шш к срокам технологической подготовки производства на современном промышленном предприятии. '

Для решения задачи повышения уровня автоматизации назначения средств технологического оснащения необходимо разработать методику формализации данных о заготовке и об объектах средств технологического оснащения в виде обобщенных параметрических моделей, методику формализации и применения знаний для использования подученных моделей, а также способы хранения этой информации.

Целью работы является разработка методов и средств автоматизированного назначения технологического оснащения при проектировании технологических процессов на основе использования современных информационных технологий и баз знаний.

Объектом исследования являются задачи назначения технологического оснащения при проектировании технологических процессов и сопровождения баз данных для средств технологического оснащения.

Предмет исследования - методы и средства автоматизированного назначения технологического оснащения, методы удаленного доступа к системе хранения и поиска средств технологического оснащения.

Задачи исследования. Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

- Провести анализ методов и средств разработки баз данных технологического назначения для определения подходов к созданию удаленных приложений баз данных (знаний) для средств технологического оснащения.

- Разработать методы и средства организации и поддержки удаленной базы данных (знаний) технологического назначения.

- Разработать методику формирования обобщенных параметрических моделей технологического оснащения.

- Разработать методики поиска технологического оснащения по параметрам заготовки с использованием базы знаний.

- Разработать и выполнить экспериментальную проверку системы поиска и сопровождения удаленной базы данных (знаний) технологического назначения.

-Выполнить экспериментальную проверку назначения средств технологического оснащения при проектировании технологических процессов на основе использования разработанной системы.

Методы исследования. В работе использованы методы теории исследования операций, теории графов, методы реляциошшх и объектно-ориентированных СУБД, методы объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна состоит в:

- создании методики назначения средств технологического оснащения по параметрам заготовки;

- создании методики формирования обобщенной модели для средств технологического оснащения

- создании методики формирования поисковых предписаний для средств технологического оснащения с использованием конструкторских и технологических параметров;

- создании методики разработки системы удаленного доступа для средств технологического оснащения.

Теоретическая значимость представленных в работе подходов состоит в создании архитектуры распределенной информационной системы для средств технологического назначения, предоставляющей расширенные возможности поиска, учитывающей дополнительные параметры, определяемые по рассмотренным методикам.

Методика декларативной записи алгоритмов назначения технологического оснащения в виде поискового предписания, использующего информацию о параметрической модели заготовки, позволяет повысить уровень автоматизации проектирование технологических процессов.

Практическая значимость работы заключается:

- в создании системы сопровождения базы данных (знаний) с удаленным доступом о средствах технологического оснащения;

- в разработке языка описания правил назначения технологического оспащения;

- в создании системы назначения средств технологического оснащения, которая может быть использована при проектировании технологических процессов либо автономно, либо интегрирована с САПР ТП.

Апробации работы:

Результаты работы докладывались на всероссийских конференциях, а также па факультетских и кафедральных семинарах, на конференциях молодых ученых и аспирантов СПбГУ И'ГМО в 2005-2010 гг. Разработанные системы внедрены в учебный процесс кафедры технологии приборостроения и используются при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Приборостроение».

Основные результаты, выноснмые на защиту:

- Методика применения параметрических моделей заготовок для автоматизации назначения средств технологического оснащения

- Методика формирования обобщишых моделей для средств технологического оснащения

- Методика проектирования распределенных баз данных для средств технологического оснащения

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ, 1 из них в журналах, включенных в перечень изданий, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, изложенных на 103 страницах машинописного текста с иллюстрациями, библиографического текста, включающего 99 источников, и 2 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен анализ современного положения дел на рынке информационных систем технологического назначения. Кроме того, определены общие тенденции в разработке программного обеспечения. Рассмотрены основные подходы к решению поставленных задач.

Анализ отечественных и зарубежных разработок позволяет выделить основные недостатки, общие практически для всех программных продуктов: отсутствие стандартных интерфейсов к хранилищу данных, сложность предоставления удаленного доступа и недостаточная развитость алгоритмов поиска.

Системы хранения технологической информации, хотя и выполняют в каждом рассмотренном случае практически идентичные функции и обладают очень схожими возможностями, реализуются каждой фирмой-разработчиком заново, что затрудняет использование в единой среде продукции разных разработчиков.

Эти системы не имеют стандартизованных методов доступа из сторонних приложений, что снижает ценность указанных САПР ТП с точки зрения интеграции с подсистемами АСТПП.

Возможность удаленного доступа во всех рассмотренных системах реализуется за счет возможностей используемой системы управления базами данных (СУБД). На практике такой подход совершенно неприемлем. Самой очевидной проблемой является то, что совершенно не обязательно все информационные архивы предприятия хранятся в одной .базе данных, или даже в базах данных под управлением одинаковых СУБД, т.е. сразу возникнет проблема объединения данных и выбора единственного физического хранилища — это очень большая работа, к тому же перечеркивающая все предыдущие наработки предприятия, поскольку приложения, ориентированные на работу со старыми хранилищами (например - СУБД других производителей), скорее всего, не смогут работать с новыми.

Вторая проблема - предоставление низкоуровневого доступа непосредственно к серверу баз дашсых через интернет - неоправданно большой риск. При таком подходе контроль за корректностью и целостностью данных, добавляемых в базу, целиком возлагается на клиентское ПО, после чего оно рассылается всем клиентам, и в дальнейшем уст-

ранение ошибок, добавление новых возможностей и вообще внесение каких-либо изменений становится чрезвычайно дорогостоящим делом.

Третья проблема связана с безопасностью — для подобных систем необходимы жесткий контроль вводимых данных, четкое распределение полномочий пользователей, в некоторых случаях организация шифрованных каналов связи, для исключения возможности перехвата передаваемых данных и прочие меры по повышению защищенности данных. Сетевые СУБД не предоставляют таких возможностей в достаточном объеме.

И четвертая проблема связана с масштабируемостью — при превышении определенного уровня нагрузки, один сервер, даже очень мощный, не сможет обеспечивать удовлетворительное время отклика для всех клиентов. Именно поэтому в настоящее время во всех проектах, связанных с предоставлением данных большой аудитории используются распределенные хранилища.

Конечно, есть и множество других проблем, их спектр меняется в зависимости от объемов и характера информации, количества пользователей и т.п., по перечисленные выше представляются наиболее очевидными и общими, а значит, с ними столкнется любая организация, пытающаяся организовать единое информационное пространство.

Подведя итог вышесказанному, можно заключить, что для более эффективной и безопасной работы информационной системы необходима прослойка между клиентом, получающим доиуп через коммуникационную среду, и СУБД, выполняющей непосредственно функции хранения данных. Эта прослойка будет скрывать от пользователя низкоуровневый интерфейс СУБД и вообще структуру хранилища, предоставляя пользователю простой высокоуровневый интерфейс. Пользовательское же приложение, в таком случае, будет выполнять только функцию получения данных с сервера и конечную обработку -например, визуализацию или предоставление полученных данных в какой либо программный пакет в качестве исходных данных.

Однако самым слабым местом распространенных систем является поиск информации. Как правило, пользователю предоставляется только простой поиск по параметрам, являющимся полями реляционных таблиц. Только в некоторых системах осуществлена попытка повысить уровень автоматизации назначения средств технологического оснащения с помощью создания архива техпроцессов.

Подход на основе простого поиска по параметрам оснащения является трудоемким, поскольку типов оснащения чрезвычайно много, и, как минимум тип инструмента технолог должен найти без помощи поискового алгоритма. Что, конечно, отрицательно сказывается на скорости назначения средств технологического оснащения.

На основе проведенных в первой главе исследований были сформулированы цели и задачи диссертационного исследования.

Во второй главе представлены методики автоматизированного поиска средств технологического оснащения.

Как было установлено в ходе исследования предметной области, поиск технологической информации - задача достаточно нетривиальная, в силу трудности формализации условий поиска.

Для решения задачи формализации используется метод построения параметрических моделей заготовок и объектов технологического оснащения с последующим их анализом с использованием правил из баз знаний.

Под параметрической моделью в данном случае понимается набор информации о параметрах заготовки, достаточный для принятия правильного решения. В каждом конкретном случае этот набор может изменяться, поэтому, чем шире область применения модели, тем более избыточной она должна быть.

Описание параметров для создания параметрической модели заготовки производится по системе КОД-95. Особенностью этой системы является описание заготовки в виде XML документа, что позволяет представлять информацию о заготовке с шобой степенью детализации.

Помимо кодирования моделей заготовок для принятия решения о назначении, информацию о средствах технологического оснащения также необходимо выполнить описание объекта и занести его в базу данных.

Благодаря использовшшю универсального формата XML возможно создание описаний не только простых объектов, характеризующихся простым набором параметров, но и сложных, комплексных объектов, представляя их в виде древовидной структуры фреймов. Примером таких объектов могут являться приспособления, станки или промышленные роботы, которые имеют большое количество сложно структурированных параметров.

Была разработана обобщенная модель для описания средств технологического оснащения, Модель любого объекта, входящего в СТО, может быть выражена в следующем виде:

МО ={Ох, Go, Do};

Ох - кортеж с основными характеристиками объекта;

Go - графический образ объекта;

Do - дополнительные характеристики объекта.

Например, для описания создания модели промышленного робота нужно в соответствии с ГОСТ 25685-83 описать его классификационные параметры (кортеж Ох). Создать графический файл с эскизом робота. Далее фиксируются дополнительные характеристики робота (Эо) в виде древовидного набора фреймов, выраженного в форме ХМЬ-документа.

Типовая структура компоненты Оо выглядит как совокупность, так называемых «блок-параметров»:

<оЬ]ео> <

<раг> <

<1еу1>...</1еу1> <

<1еу2>...</1еу2> <

<1еуЗ>...</1еуЗ> <

<патс>...</пате> <

<ге1>...</ге1> <

<уа1>...</уа1> <

<(1ш>...</(1т> <

<М>...<Лс1> <

</раг>

<раг>...</раг> <раг>...</раг> <раг>...</раг> </о1уесЕ>

Каждый блок-параметр выражает слот фрейма, к которому он относится и содержит информацию об одном параметре, включая местоположение слота во фреймовой структуре и атрибуты параметра, необходимые для правильного вывода информации о параметре.

Для взаимодействия с моделями объектов была создана словарная система, которая необходима в первую очередь для задания атрибутов параметров в кортеже общи характеристик, например, таких как размерность, значите параметр;! по умолчанию, интервал допустимых значений и т. д. Словарная система используется для организации правильного ввода информации в базу данных. С помощью указанного подхода были разработаны системы описания режущего и измерительного инструмента, приспособлений и пресс -форм, металлорежущего оборудования и промышленных роботов.

Благодаря использованию такого подхода к моделированию объектов технологического оснащения можно применять единый набор алгоритмов для выбора и назначения всех типов СТО. Различия будут заключаться только в наборе правил, хранящихся в базе знаний и привязанных к конкретному объекту.

- Моделируемыи объект -->

- Блок-параметр -->

- 1 уровень (тип объекта) -->

- 2 уровень (вид объекта) ->

- 3 уровень (обозначение объекта) -

- Наименование параметра —> -- Обозначение параметра —>

- Отношение -->

- Значаще параметра—>

- Размерность -->

- Номеп классибикатооа -->

В целом задача выбора СТО решается на основе единой методики выбора оснащения. Рассмотрим кратко эту методику применительно к назначению инструмента. Назначение инструмента осуществляется в три этапа:

• определение вида инструмента;

• нахождение конкретного объекта (определение типоразмера инструмента);

• проверка возможности использования конкретного инструмента для проектируемой операции.

результат ;

'.поиска I

■-----■

[ Парамо'ричеачт I j Данныеоб I Наборрравилз: I '

; t/ope-n ^jrcroai- ! t it- <И !

t____ _ _ _ПГП __Itl^lT^tltl' J

Рис. ] Этапы назначения технологического оснащения

На первом этапе технологом осуществляется выбор вида инструмента на основе анализа коиструкторско-технологических признаков заготовки или обрабатываемой поверхности. Формально выбор вида инструмента можно представить следующим образом. На первом уровне имеет место соответствие:

roc,i=<Goc,i,V[,Ri> , где Vi={vi,i}; i = l,n - множество входных элементов; Ri={rt,j}; j=l.n - множество решений; Goc.i={<vi, Г| ,>} - график соответствия. Входной элемент является множеством, состоящим из грех подмножеств:

v,={P(D),P(T),P(0)} , где P(D) - Множество характеристик детали или обрабатываемой заготовки;

Р(Т) - Множество характеристик проектируемой операции;

Р(О) - Множество технико-экономических характерисгик (размер партии или объем выпуска).

График соответствия может быть выражен либо программным способом, т.е. в виде программы, либо в виде таблиц решений (предикатных, алгоритмических, информационных и т. д.).

Решение ri j представляет собой множество:

nr{Uoj,Nj,Sj},

Выбор вида 1 !•• Пойск .оснащения рН типоразМе

Ш шМа. I

Проверка по -И дополнительным /¿/Харэметрам

где U0; - код вида инструмента;

Nj - номер набора данных, в котором хранится информация об инструменте выбранного вида;

Sj - приоритет для j - го решения. Принятие решений происходит таким образом, чтобы обеспечить последовательное уточнение принимаемых решений. Кроме того, иснользоваш1е принципа неокончательных решений позволяет выбирать несколько вариантов, которые на следующих этапах последовательно отсеиваются. Результат первого этапа есть множество решений для заданного входного элемента U,-, характеризующего заданную ситуацию: MRl=r0c,i({Ui}), т.е. полученные решения являются образом множества {UJ относительно соответствия Гос.1-

На следующем уровне выбирается решение, имеющее наибольший приоритет, при этом выбор решения, используемого первым, осуществляется по дополнительным признакам , например, по производительности или точности.

Если результаты выбора инструмента на следующем уровне оказались отрицательными, то осуществляется возврат на предшествующий уровень и выбирается следующее по приоритету решение из ранее найденных. Решение, найденное на последнем уровне, принимается окончательным и используется для дальнейшего решения технологической задачи. Найденные, но не использованные решения запоминаются и могут быть применены в дальнейшем, например, при корректировке технологического процесса в режиме диалога. В результате выполнения этого этапа определяется группа допустимых видов инструмента, необходимого для обработки или изменения обрабатываемой поверхности.

Условия выбора вида инструмента обычно достаточно просты, однако количество таких условий весьма велико. Кроме того, эти условия не являются стабильными, т.к. на предприятии постоянно приобретается или изготавливается новый режущий, вспомогательный или измерительный инструмеот. Поэтому целесообразно алгоритмы, содержащие условия выбора, не программировать, а выражать в декларативном виде и записывать в базу знаний. Тогда изменение и дополнение условий требует лишь изменения соответствующих таблиц, хранящихся в базе знаний. Это выполняется процедурами информационно-поисковых систем технологического назначения. Программа поиска вида инструмента остается неизменной. Поисковые предписания (ПП) для выбора вида СТО могут либо храниться в базе знаний для использования проблемными программами назначения вида СТО, либо вводится технологом в режиме диалога при ручном решении технологических задач.

Для отделения правил поиска от программного кода был разработан формальный язык, позволяющий описать отношения между размерами заготовки и оснастки для принятия решения о пригодности в указанном случае.

Язык разработан на основе XML, что позволяет воспользоваться стандартными средствами разбора синтаксиса и проверки корректности. Также такой подход позволяет более эффективно хранить правила в случае, если СУБД поддерживает XML.

Одно правило на этом языке представляет собой XML - тег, созданный в соответствии с требованиями.

Корректный набор правил выглядит следующим образом:

«match comment="npoBepKa типа элемента в начале размерной линии"> «test operation="eq" value="4">

<with direction='start" offset="0" property^startcode" />

</test>

<resu!t type="traor>true</result> </matcti>

«match comment="Pa3Mep элемента со стороны начала размерной линии"> <test operation ="gt" value="L1">

«with direction="start" offset="r property="size" />

</lest>

«return type="boor>true</return> </match>

В данном примере, каждое правило представлено тегом <match>. Внутри этого элемента может быть один или более тегов <test>, представляющих конкретные операции. Параметры операции описываются в свойствах этого тега. Свойство "operation" - тип операции (к примеру "eq" - равенство), "value" - значение. В это свойство может быть занесена как конкретное значение, так и ссылка на параметр модели оснащения.

Элемент <test> содержит один или более тегов <with>, представляющих второй операнд (или несколько операндов) для операции. В первом правиле код элемента со . смещением 0 от начала размерной линии сравнивается с «4».

После завершения работы алгоритма поиска по параметрам оснащения, его результаты подаются вместе с переданной моделью и дополшггельными параметрами, если такие востребованы в правилах, на вход модуля оценки параметров заготовки. Модель представляет собой XML-описание следующего вида: <model>

«element id="uid-1" class="1" subolass="3" startcode=T endcode="2" size='30" /> «element ld="uid-2" class = "1" subclass="3" startcade="3" endcode="3" type="1" size="20" /> «element id="uid-3" class='1" subclass"3" startcode="4" endcode="T size="50" />

«/model>

В приведенном упрощенном примере модель содержит минимальный набор данных о параметрах: о каждом элементе известен только его класс, подкласс, код начала и конца размерной линии и величина. Однако в реальной ситуации набор параметров может быть гораздо шире.

Также из примера видно, что каждый элемент модели снабжен уникальным идентификатором. Это необходимо для обеспечения возможности привязки каждого технологического перехода к выбранной поверхности.

Алгоритм работы анализатора можно представить в виде последовательности действий:

1. Анализатор выбирает один типоразмер оснащения из выдачи поискового алгоритма.

2. Для каждого элемента из базы знаний выбираются правила.

3. В правила подставляются значения из моделей заготовки и оснащения, а также дополнительные параметры, если такие переданы.

4. Если параметров не хватает, считается, что правило не выполнено.

5. Вычисляется отклик от правила - значение «истина» или «ложь».

6. Если правило ложно, инструмент считается не прошедшим проверку и удаляется из результатов поиска

7. Переходит к следующему пункту выдачи поискового алгоритма.

Когда анализатор завершает работу, элементы прошедшие проверку возвращаются

пользователю в качестве результатов поиска.

В более строгой форме, принятие решений можно выразить следующим образом:

К» = {М1(п1,п2, ...,п„),М2(п1,п2, ...,ц0, ... } Я, = {Т1(п1, п2,.... п„), Т2(п1, п2,..., п„),...}

где I- индекс; Р - функция; V - значение параметра.

Р = К,) & ...

......Где Р - конечное решение, К,„ - множество параметров модели, I?,- множество параметров инструмента, а - множество правил из базы знаний.

В третьей главе рассмотрена методика разработки и сопровождения информационной системы для средств технологического оснащения.

В настоящее время при разработке программ часто используют трехуровневую архитектуру. Это определенный взгляд на архитектуру, позволяющий проводить более точную декомпозицию функций между компонентами ПО. Он заключается в разделении ПО на три уровня: уровень хранения данных, сервер приложений — набор бизнес-правил, и уровень представления — интерфейс.

В сочетании с подобным взглядом на архитектуру, оптимальным подходом к созданию информационной системы представляется технология веб-сервисов.

Применение веб-сервисов позволяет совместить удобство и легкость использования веб-приложений и в то же время предоставит, развернутый программный интерфейс, который может использоваться сторонними программами.

При использовании сервисов, каждый законченный программный компонент, кроме непосредственно интерфейса, представляет собой элемент второго уровня, на долю же глобальной системы остается лишь самый верхний уровень —■ конечная интерпретация данных и представление их пользователю.

Такой подход позволяет сохранить модульность и слабую связность, и в то же время скрыть сложности организации базы данных от пользователя, предоставив высокоуровневый интерфейс.

СУБД может находиться на том же аппаратом обеспечении, что и веб-сервер, а может использовать выделенный сервер — в зависимости от нагрузки.

Веб-сервис размещается на сервере и представляет собой описание интерфейса, реализацию функциональности обработки поисковых предписаний, отслеживание иерархий таблиц, авторизации и т.д., а также обертку СУБД, для инкапсуляции специфичных для каждой СУБД особенностей, что позволяет использовать несколько СУБД без изменения основной функциональности сервиса. Доступ к сервису осуществляется по остям общего пользования.

Содержимое третьего уровня — представления — определяется конкретными требованиями пользователя. Он может как просто отображать данные на экране, так и интерпретировать их тем или иным способом. Клиентское ПО может включать в себя не только правила отображения информации, так и клиентскую бизнес-логику, как, например, происходит в случае использования сервиса в качестве части охватывающей системы. Однако эта логика уже не относится к подсистеме хранения информации, а, следовательно, остается за пределами разрабатываемой системы.

Таким образом, основные усилия по разработке сосредоточены именно иа уровне бизнес-логики — самом веб-сервисе. Основными задачами при его разработке являлись разработка эффективного способа хранения информации и создание удобного высокоуровневого интерфейса.

Разработанная архитектура ПО, в соответствии с этим подходом, представлена на рисунке:

Í СУБдЛ

Internet Information Server

\Afeb-Cepenc для работы с БД

Прием дахньк, формировав«'« »проса и «отрицание результатов

F

Ктектн;

X'

Угцжа.тякц&я прогреми на JavaScript

Ж

НМ-«фС(*11И1 Ч НИ» VM

Рис. 2. Архитектура разработанной информационной системы

В четвертой главе рассмотрена разработанная в ходе диссертационного исследования система, реализующая все обсуждавшиеся выше принципы и методики.

Поскольку большинство предприятий области точного приборостроения применяют разнообразные программные решения, разработанные под ОС Windows, а следовательно, уже имеют парк вычислительных машин с этой операционной системой и обученный обслуживающий персонал, было решено для упрощения внедрения производить разработку имещю под эту систему. По тем же соображениям было решено для хранения информации использовать СУБД корпорации Microsoft SQL Server. Также, современные версии этой СУБД обладают такими важными для реализации проекта качествами, как встроенная поддержка типа данных XML и XQuery. Встроенная поддержка XML дает возможность эффективно хранить, модифицировать и анализировать данные в этом формате.

При обращении к сервису сначала выполняется запрос к мастер-таблице, откуда и берется вся техштческая информация, необходимая для доступа к запрашиваемым данным. Сначала проверяются права пользователя, затем доступность базы, после чего производится запрос на выборку данных.

Созданная ИПС ориентирована на выполнение следующих функций:

• поиск информации;

• сопровождение баз данных;

• администрирование ИПС.

Администрирование сводится к установке и поддержке работоспособности ПО, обеспечивающего работу сервиса, а также создании и подключении баз данных, созданию учетных записей пользователей и назначении привилегий.

Сопровождение баз данных ориентировано на создание и редактирование каталогов, наборов данных, на редактирование словаря и ввод в базу графических объектов.

Алгоритм поиска определяется характером предметной области. Выбор средств технологического оснащения обычно выполняется в соответствии с рассмотренной выше методикой назначения СТО. Для поиска вида оснащения выполняется анализ каталога и далее производится либо просмотр каталога и выбор вида, либо поиск вида по ключам, закрешгснным за каталогом. Для найденного вида оснащения выполняется визуализация набора с информацией об объектах. Таким образом, работа веб-сервиса сводится либо к выдаче нужной таблицы целиком, либо к выполнению поиска по определенным параметрам. В этом случае, после передачи параметров поискового предписания на уровень «бизнес-логики» формируется SQL- запрос, который передастся СУБД на третий уровень. После поиска информации на экран пользователя выводятся записи с информацией о найденных объектах.

Однако, просто получением данных из базы функция сервиса не ограничивается. Для организации единого информационного пространства создала система работы со словарем. В этой системе все множество параметров и их атрибутов заносится в отдельную таблицу. Все параметры хранимых в БД записей вводятся в базу в соответствии с правилами из словаря. Это позволяет поддерживать и контролировать целостность базы данных, осуществлять контроль за значением и типизацией параметров.

Таким образом, после осуществления выборки информации из базы, производится ее обработка — раскодирование данных по словарю, оформление информации в виде XML и добавление дополнительной информации из словаря в качестве заголовка.

И на заключительном этапе данные передаются пользователю. Для этого полученный XML-документ приводится в соответствие с внешним интерфейсом - упаковывается в SOAP-конверт и отправляется по каналу связи.

Разработанная система, в силу изначальной ориентированности на распределенную работу, хорошо масштабируется и адаптируется к высоким нагрузкам путем переноса наиболее нагруженных частей системы на выделенные сервера. Несмотря на дополнительные затраты на передачу данных по сети, обусловленные структурой информационной системы, благодаря возможности параллельной работы с несколькими поставщиками данных на этапе выбора типоразмера и проверки конструкторских и технологических параметров найденных элементов, скорость обработки запросов можно поддерживать на приемлемом уровне.

В настоящее время для демонстрации работы системы разработан модуль интеграции для разрабатывающейся на кафедре технологии приборостроения СПбГУ ИТМО системы автоматизированного проектирования «ТИС-Пронесс».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе выполнен комплекс научных исследований и разработок, направленных на повышение эффективности технологической подготовки производства в современных условиях за счет повышения уровня автоматизации, что способствует повышению конкурентоспособности предприятия на рынке.

Основные результаты диссертационной работы:

- Разработана методика моделирования средств технологического оснащения, позволяющая в универсальной форме описывать сложные объекты. Полученные описания являются параметрическими моделями, которые, будучи записаны в удобном для машинной обработке формате, позволят применять обобщенные алгоритмы для работы с очень широким спектром оснащения.

- Разработана методика назначения средств технологического оснащения с использованием параметрических моделей заготовки и оснащения в качестве источников данных. Методика позволяет полностью отделить правила назначения инструмента от программршх алгоритмов, что значительно ускоряет и удешевляет внедрение программных средств, использующих эту методику, на производстве.

- Создана методика формирования поисковых предписаний для средств технологического оснащения с использованием конструкторских и технологических параметров заготовки.

- Разработан язык описания правил назначения технологического оснащения на основе XML. Разработанный язык позволяет описать широкий спектр операций, необходимых для анализа параметров, моделей заготовок и СТО. Использование XML в качестве основы для языка позволяет облегчить его интерпретацию и повысить эффективность хранения и поиска правил.

- Для обеспечения интеграции всех систем предприятия, нуждающихся в информации о технологическом оснащении, разработана концепция универсальной службы хранения информации технологического назначения. Такая служба, являясь универсальным интерфейсом к данным и имея в своем составе модули с необходимой бизнес-логикой, позволит удовлетворить потребности предприятия в средствах поиска и назначения технологического оснащения.

- Разработана архитектура информационной системы с удаленным доступом для средств технологического оснащения, предоставляющей универсальный высокоуровневый программный интерфейс к различным средствам хранения технологической информации.

- На основании предложенных в работе методик и концепций, разработан программный комплекс, решающий задачи хранения и поиска данных о технологическом оснащении. Комплекс представляет собой веб-службу, предоставляющую доступ к данным предприятия, а также экспертный модуль для назначения средств технологического назначения с использованием базы знаний о предметной области.

- Для облегчения применения разработанной системы, разработан модуль, позволяющий интегрировать программный комплекс в разрабатываемую на кафедре технологии приборостроения СПбГУ ИТМО систему «ТИС-Процесс».

Список публикаций по теме диссертации В изданиях из перечня ВАК:

I. Чертков С.А. Разработка кроссплатформенных распределенных приложений II Вопросы радиоэлектроники, серия общетехническая, выпуск 2, М., ЦНИИ «Электроника», 2009, С. 133-138.

Публикации в других изданиях:

1. Чертков С. А. Распределенные приложения с использованием библиотеки Qt // Мат. конференции «Научно-технические проблемы в промышленности». - СПб: Политехника, 2008. С. 187-190.

2. Чертков С.А. Разработка систем хранения и поиска технологической информации // Материалы V всероссийской конференции молодых ученых. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2008. Т. 33. С. 267-268.

3. Чертков С.А. Автоматизированный поиск измерительного инструмента // Материалы VI всероссийской конференции молодых ученых. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2009 Т. 33. С. 279-283.

4. Чертков С.А. Использование баз знаний для назначения средств технологического оснащения // Материалы VII всероссийской конференции молодых ученых. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2010

Тиражирование и брошюровка выполнены в учреждении «Университетские телекоммуникации» 197101, Санкт-Петербург, Саблинская ул., 14 Тел. (812) 233 4669 объем 1 п.л. Тираж 100 экз.

Введение.

Глава 1. Системы хранения и поиска технологической информации.

1.1 Анализ предметной области.

1.2 Обзор существующих систем хранения технологической информации.

1.3 Организация удаленного хранилища.

1.4 Сервис-ориентированная архитектура.

1.5 Технология веб-сервисов.

Глава 2. Методики поиска технологической информации с использованием баз знаний.

2.1 Принципы моделирования заготовок.

2.2 Параметрическое моделирование средств технологического оснащения.

2.3 Хранение и обработка параметрической модели.

2.4 Методика назначения режущего инструмента.

2.5 Методика назначения измерительных средств.

2.6 Интеллектуальные методы поиска технологического оснащения.

Глава 3. Архитектура информационной системы технологического назначения.

3.1 Организация информационной системы.

3.2 Организация баз данных.

3.3 Авторизация в распределенной системе.

3.4 Интеграция с системами САПР ТП.

3.5 Оценка времени доступа к данным.

Глава 4. Разработка информационной системы технологического назначения.

4.1 Архитектура ТИС-ИПС.

4.2 Реализация системы на основе технологии веб-служб.

Целью работы является разработка методов и средств автоматизированного назначения технологического оснащения при проектировании технологических процессов на основе использования современных информационных технологий и баз знаний.

Объектом исследования являются задачи назначения технологического оснащения при проектировании технологических процессов и сопровождения баз данных для средств технологического оснащения.

Предмет исследования — методы и средства автоматизированного назначения технологического оснащения, методы удаленного доступа к системе хранения и поиска средств технологического оснащения.

Задачи исследования. Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

- Провести анализ методов и средств разработки баз данных технологического назначения для определения подходов к созданию удаленных приложений баз данных (знаний) для средств технологического оснащения.

-Разработать методы и средства организации и поддержки удаленной базы данных (знаний) технологического назначения.

-Разработать методику формирования обобщенных параметрических моделей технологического оснащения.

- Разработать методики поиска технологического оснащения по параметрам заготовки с использованием базы знаний.

- Разработать и выполнить экспериментальную проверку системы поиска и сопровождения удаленной базы данных (знаний) технологического назначения.

-Выполнить экспериментальную проверку назначения средств технологического оснащения при проектировании технологических процессов на основе использования разработанной системы.

Методы исследования. В работе использованы методы теории исследования операций, теории графов, методы реляционных и объектно-ориентированных СУБД, методы объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна состоит в:

- создании методики назначения средств технологического оснащения по параметрам заготовки;

- создании методики формирования обобщенной модели для средств технологического оснащения

- создании методики формирования поисковых предписаний для средств технологического оснащения с использованием конструкторских и технологических параметров;

- создании методики разработки ■ системы удаленного доступа для средств технологического оснащения.

Теоретическая значимость представленных в работе подходов состоит в создании архитектуры распределенной информационной системы для средств технологического назначения, предоставляющей расширенные возможности поиска, учитывающей дополнительные параметры, определяемые по рассмотренным методикам.

Методика декларативной записи алгоритмов назначения технологического оснащения в виде поискового предписания, использующего информацию о параметрической модели заготовки, позволяет повысить уровень автоматизации проектирование технологических процессов.

Практическая значимость работы заключается:

- в создании системы сопровождения базы данных (знаний) с удаленным доступом о средствах технологического оснащения;

- в разработке языка описания правил назначения технологического оснащения;

- в создании системы назначения средств технологического оснащения, которая может быть использована при проектировании технологических процессов либо автономно, либо интегрирована с САПР ТП.

Апробация работы: Результаты работы докладывались на всероссийских конференциях, а также на факультетских и кафедральных семинарах, на конференциях молодых ученых и аспирантов СПбГУ ИТМО в 2005-2010 гг. Разработанные системы внедрены в учебный процесс кафедры технологии приборостроения и используются при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Приборостроение».

Основные результаты, выносимые на защиту:

- Методика применения параметрических моделей заготовок для автоматизации назначения средств технологического оснащения

- Методика' формирования обобщенных моделей для средств технологического оснащения

- Методика проектирования распределенных баз данных для средств технологического оснащения

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 работ, 1 из них в журналах, включенных в перечень изданий, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, изложенных на 103 страницах машинописного текста с иллюстрациями, библиографического текста, включающего 99 источников, и 2 приложения.

Основные результаты диссертационной работы:

- Разработана методика моделирования средств технологического оснащения, позволяющая в универсальной форме описывать сложные объекты. Полученные описания являются параметрическими моделями, которые, будучи записаны в удобном для машинной обработке формате, позволят применять обобщенные алгоритмы для работы с очень широким спектром оснащения.

- Разработана методика назначения средств технологического оснащения с использованием параметрических моделей заготовки и оснащения в качестве источников данных. Методика позволяет полностью отделить правила назначения инструмента от программных алгоритмов, что значительно ускоряет и удешевляет внедрение программных средств, использующих эту методику, на производстве.

- Создана методика формирования поисковых предписаний для средств технологического оснащения с использованием конструкторских и технологических параметров заготовки.

- Разработан язык описания правил назначения технологического оснащения на основе XML. Разработанный язык позволяет описать широкий спектр операций, необходимых для анализа параметров моделей заготовок и СТО. Использование XML в качестве основы для языка позволяет облегчить его интерпретацию и повысить эффективность хранения и поиска правил.

- Для обеспечения интеграции всех систем предприятия, нуждающихся в информации о технологическом оснащении, разработана концепция универсальной службы хранения информации технологического назначения. Такая служба, являясь универсальным интерфейсом к данным и имея в своем составе модули с необходимой бизнес-логикой, позволит удовлетворить потребности предприятия в средствах поиска и назначения технологического оснащения.

- Разработана архитектура информационной системы с удаленным доступом для средств технологического оснащения, предоставляющей универсальный высокоуровневый программный интерфейс к различным средствам хранения технологической информации.

- На основании предложенных в работе методик и концепций, разработан программный комплекс, решающий задачи хранения и поиска данных о технологическом оснащении. Комплекс представляет собой веб-службу, предоставляющую доступ к данным предприятия, а также экспертный модуль для назначения средств технологического назначения с использованием базы знаний о предметной области.

- Для облегчения применения разработанной системы, разработан модуль, позволяющий интегрировать программный комплекс в разрабатываемую на кафедре технологии приборостроения СПбГУ ИТМО систему «ТИС-Процесс».

Предложенные в работе методы, и разработанные на их основе программные средства, позволяют существенно повысить уровень автоматизации технологической подготовки производства, что, в свою очередь, приведет к снижению временных затрат на подготовку производства продукции и повышению конкурентоспособности предприятия.

Научные результаты, полученные в диссертационной работе, могут служить теоретической основой при создании новых и совершенствовании существующих автоматизированных систем, предназначенных для решения технологических задач.

СОКРАЩЕНИЯ

AMI - Asynchronous Method Invocation; API - Application Program Interface; ASP - Active Server Pages; BDE - Borland Database Engine; CGI - Common Gateway Interface;

COM/DCOM - Component Object Model/Distributed COM;

CORBA - Common Object Request Broker Architecture;

DII - Dynamic Invocation Interface;

DLL - Dynamic Link Library;

DNA - Distributed intraNet Architecture;

DSI - Dynamic Skeleton Interface;

DTP - Distributed Transaction Processing (модель X/OpenXA); EJB - Enterprise Java Beans;

HTML, SGML, VRML, XML - языки разметки web-страниц; HTTP, DNS, DHCP, Telnet, Gopher - службы и протоколы WWW Internet;

IDE - Integrated Development Environment; IDL - Interface Definition Language;

IIOP/GIOP - протоколы взаимодействия брокеров объектных запросов;

IIS - Internet Information Server;

JDBC - Java DataBase Connectivity;

JRMI - Java Remote Method Invocation;

JVM - Java Virtual Machine;

LDAP - Lightweight Directory Access Protocol;

MJDL - Microsoft IDL;

MIME, ГМАР4, NNTP, SMTP - сетевые почтовые службы и протоколы; MOM - Message-Oriented Middleware;

MSMQ - Microsoft Message Queue; MTS - Microsoft Transaction Server; ODBC - Open DataBase Connectivity; ORB - Object Request Broker; OTG - Oracle Transparent Gateway; OTM - Object Transaction Monitor;

PICS/WAIS - web-службы поиска и фильтрации информации;

РОА - Portable Object Adapter;

RDB - Remote Data Broker;

RPC - Remote Procedure Call;

SSL - Secure Socket Layer;

TCP/IP, UDP, FTP, PHP, С VP, LDAP, SNMP - общесетевые службы и протоколы;

ТРМ - Transaction Processing Monitor;, UDP - User Datagram Protocol; URL - Universal Resource Locator.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе выполнен комплекс научных исследований и разработок, направленных на повышение эффективности технологической подготовки производства в современных условиях за счет повышения уровня автоматизации, что способствует повышению конкурентоспособности предприятия на рынке.

1. Алиев М.М. Боков А.И. Рыжкин А.А. Схиртладзе А.Г. Шучев К.Г. Режущий инструмент. - Ростов-на-Дону: Фенкис, 2009.

2. Аллен Э. Типичные ошибки проектирования. СПб: Питер, 2003

3. Арчибальт Р. Д. Управление высокотехнологичными программами и проектами/Пер. с англ. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Компания АйТи; ДМК Пресс, 2004. - 472 с.

4. Базиян, Менахем, и др. Использование Visual FoxPro 6. Специальное издание.: Пер. с англ. -К.; М.: СПб. Издательский дом «Вильяме», 1999.

5. Безпалов Б.Л., Глейзер Л.А. и др. Технология машиностроения. -М.: Машиностроение, 1973.

6. Бизнес-процессы и XML, http://www.citforum.ru/internet/webservice/processxml/

7. Бурец Д.В. Методика комплексной автоматизации работы инженерных служб машиностроительного предприятия. Научно-технические ведомости СПбГПУ. №3. - СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2009

8. Буч Г. Объектно-ориентированное проектирование с примерами применения. -М.: Конкорд, 1992. 376 с.

9. Васенов А.В., Николаев А.В., Скородумов B.C. Аналитические приложения для управления виртуальной корпорацией. Информационные технологии в проектировании и производстве, №1, 2004. -С.38.48

10. Васюхин О.В., Голубев А.А., Кустарев В.П. и Теленев Л.В. Экономическая часть дипломных разработок. -СПб.: ИТМО (ТУ), 1998.

11. Введение в SOA, http://www-128.ibm.com/developerworks/ru/webservices/newto/12