автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Структурное моделирование процессов проектирования при разработке объектных САПР

ГОССТРОЙ СССР

Центральный научно-исследовательский и проектно-экспериментальный институт по методологии, организации, экономике и автоматизации проектирования и инженерных изысканий (ЦНИИпроект)

На правах рукописи

ЧЕКАЛОВ Леонид Леонидович

УДК 519.876.5:721.011

СТРУКТУРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ОБЪЕКТНЫХ САПР (на примере внутриппощадочного технологического объекта "Обустройство устьев скважин при кустовом способе разбуривания")

05.13.12- Системы автоматизации проектирования (строительство)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1991

Работа выполнена в Центральной научно-исследовательской и проектно-экспериментальном институте по нетодологии, организации, экономике и автоматизации проектирования и инженерных изысканий (ЦНЮНпроект) Госстроя СССР

Научный руководитель

Официальные оппоненты

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Эпельцвейг Г. Я.

- доктор технических наук, профессор Смирнов С. А.

- кандидат технических наук, доцент Хуков В.Н.

Ведущая организация - институт ГипротюненнеФтегаз

Министерства нефтяной и газовой промышленности СССР.

Зашита состоится ■ 21 • мая 1991 г. в " 15 " часов на заседании специализированного совета К 033.07.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в ЦНИИпроекте Госстроя СССР по адресу: 117393, Носква. В-393, ул, Архитектора Власова, 51.

С диссертацией мохно ознакомиться в библиотеке ШШИпроект Госстроя СССР. ^

Автореферат разослан "____"____________________" 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета д. т. н., профессор

Брюханов 0. Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Повышение качества проектирования и снижение трудоемкости изготовления проектно-сметной документации в настоящее вреня связано с расширением применения систен автоматизированного проектирования (САПР), ориентированных как на решение отдельных проектных задач, так и на выпуск проектных документов.

Проведение научных исследований в области структурного моделирования процессов связано с ростон разработок и применения САПР, при создании которых требуется построение сложных структур процессов автоматизированного проектирования, отражающих отношения нехду структурныни частяни объекта заданного класса и проектными процедурами и операциями.

В решении задач, стоящих перед структурный моделированием процессов, рассматриваемых как сложные систены с несимметричными отношениями между элементами в виде ориентированных графов, важное значение имеет анализ структуры процесса на наличие занкнутых частей, упорядочение эленентов процесса по уровням,определяющим последовательность выполнения элементов, организация процесса в нескольких уровнях вложенности, что позволяет разрабатывать структуру процесса по частая "ог /раниц - внутрь" или "к границан -изнутри". Это делает необходимым исследование свойств структурной нодели процесса, построение адекватно заменяющей Формализованной конструкции и определение ее преобразований.

Работа связана с выполнением Целевой комплексной научно-технической програннн О. С. 027 (задание 04.21) и непосредственно с теной "Разработка программно-технического комплекса безбумажной технологии информационного обеспечения системного анализа в проектировании на базе ПЭВМ", входящей в "Перечень работ по изучению и

обобщению отечественного и зарубежного опыта строительства" (ИБ 2. 9. 1, Госстрой СССР).

Цель и задачи. Целью диссертационной работы является разработка методов и алгоритмов Формирования, анализа, преобразования, упорядочения и организации в нескольких уровнях вложенности структурных моделей процессов проектирования и создание инструментальных программных средств, обеспечивающих разработку структурных моделей процессов и ориентированных на разработчиков САПР.

Для достижения поставленной цели решаются следущие задачи: исследование структуры внутриплошадочных технологических объектов обустройства неФтяных месторождений и процесса их проектирования, выделение инвариантных к классам обьектов видов структурных компонентов;

разработка методов и алгоритмов анализа, ликвидации, преобразования, упорядочения элементов процесса по уровням выполнения, организации в нескольких уровнях вложенности моделей процессов;

разработка программных средств формирования, анализа, преобразования, упорядочения и сопровождения структурных моделей процессов;

внедрение разработанных программных средств. Научную новизну работы составляют: принцип Формирования структурной модели процесса проектирования на основе структурной модели объекта;

принцип разделения вершин для преобразования сильно связанных подграфов в слабо связанные;

научные основы организации модели процесса в нескольких уровнях вложенности;

Практическая значимость работы заключается в создании методического, натематического и программного обеспечений автоматизированной разработки и сопровождения структурных моделей процессов:

инструментальной системы структурного моделирования процессов. ("МОДЕЛЬ");

структурных моделей процессов проектирования при разработке объектной САПР "Обустройство устьев скважин при кустовом способе разбуривания (КУСТ)".

Достоверность выдвинутых в диссертации научных положений и выводов подтверждена математическим обоснованием предложенных методов, положительными результатами экспериментальной проверки и внедрением в практику проектирования объектных САПР.

Внедрение результатов работы и разработанных программных средств было проведено в институте ГипровостокнеФть Министерства нефтяной и газовой промышленности СССР. Экономический эффект от внедрения составил 15 тыс. руб.

Апробация работы.

Основные научные и практические результаты диссертации докладывались на Городской научно-технической конференции молодежи, г.Куйбышев, 1987г.; на 1,2,3,4 Всесоюзных школах семинарах молодых разработчиков САПР-КС Министерства нефтяной и газовой промышленности СССР, ГипровостокнеФть, г.Куйбышев, 1986,1907,1988,1989 г. г.

Публикации. По результатам исследования опубликовано 5 печатных работ.

Объем и структура работы.

Диссертационная работа содержит 81 страницу машинописного текста, 31 рисунок, 1 таблицу, и состоит из введения, трех глав, выводов, списка использованной литературы (120 наименований) и 5 приложений.

На защиту выносятся:

метод разработки структурной модели процесса проектирования на основе структурной модели объекта;

метод разделения вершин для преобразования сильно связанных подграфов в слабо связанные;

нетод организации модели процесса в нескольких уровнях вложенности.

СОДЕРХАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности диссертации, раскрыты цель, задачи, основные результаты исследования и их практическая реализация.

В первой главе проведен анализ развития конплекса средств автоматизации проектирования (КСАП), анализ проектирования внутрипло-щадочных технологических объектов (ВТО) обустройства неФтяных-месторождений, методов и средств структурного моделирования процессов.

Постепенное изменение программируемых проектных задач от автоматического решения отдельных инженерных задач в основной вычислительного характера к программированию комплексных проектных процессов связано с развитием видов обеспечений САПР.

В работах Дейкстры Э., Дала 0., Хоора К. был сформулирован принцип нодульности, ставший основным при разработке программного обеспечения и вошедший составной частью в различные технологии программирования: Е-технологию, Н1РО-технологию и т.д.

В настоящее время программные продукты достигли тех пределов по масштабам и сложности, за которыни трудно продолжать работу без применения специальных методов и средств ориентированных на разработку сложных систен.

В работах Бара Р. нетод проектирования сложных систен с использованием средств языка Ада основывается на трех составных частях: структурной проектировании на основе моделей информационных потоков:

объектно-ориентированнон графическом описании и концептуальной нодеди, служащих для представления систенных конпонент, их интерфейсов и взаимосвязей, и образующие основу структурных графов;

собственно язык Ада в той его части, которая предназначена для описания систенных объектов, их интерфейсов и взаимодействий.

В трудах Носкаленко В. Н., Рогова Ю. А., Эпельпвейга Г. Я. предложено для представления объектов приненять цифровые нодели - семантически организованные совокупности цифровых (численных) данных, представляющих собой конкретные значения параметров и характеристик объекта.

Переход к объектной ориентации разрабатываемых САПР привел к изменениям в определении КСАП, где объект теперь рассматривается как системообразующее ядро для всех видов обеспечений САПР.

В работах Аветисяна Д. А., Елина В. С., Игнатова В. П., Кузина Ю. Н., Ченеревского Е. Р., фросина А. В., Эпельпвейга Г. Я. структура объектных САПР в предметной области на уровне проектирующих подсистем определяется в основной как отношение между множеством процедур и операций процесса проектирования и множеством основных структурных компонентов объекта проектирования, а САПР в конечном счете рассматривается как новая технология автоматизированного проектирования (АП). Для практической реализации новой технологии существуют инструментальные средства поддерживающие нодульность систены на предметной уровне, начиная с ранних стадий ее проектирования, такие как язык Ада, диалоговый нонитор разработки процессов проектирования (ПНИИпроект).

Исследрвание процесса проектирования и структур классов внутри-площадочных технологических объектов (ВТО) показывает, что они являются сложными техническими систенани и имеют общие методические подходы к их проектированию, инвариантные виды структурных компонентов и отношения вложенности нежду ними.

В общем случае каждый объект характеризуется одной или несколькими Функциями преобразования продукции, ради выполнения которых он и создается, и структурой, представленной составляющими компонентами и схемой взаимодействия этих компонентов. Распространенной основой декомпозированного представления, моделирования и исследования сложных технических систем является теория агрегативных систем, рассмотренная в работах Бусленко В. Н., Калашникова В. В., Коваленко И. Н. Агрегативное представление позволяет унифицировать описание реальных объектов различной природы (гидравлических, электрических, информационных). Для ВТО наиболее адекватным будет представление структуры объекта предложенное в работах Лазарева H.A. с двумя типами агрегатов:

преобразовательные агрегаты, обеспечивающие преобразование входных потоков вещества, энергии или информации в выходные потоки;

агрегаты связей, обеспечивающие соединение входных и выходных потоков преобразовательных агрегатов.

В работах Князевского С. В., Налыгина В. Н., Некрасовой Г. Н., Староверовой 3. С. для описания любого ВТО определены следующие виды структурных компонентов: технологическая схема, монтажно-тех-нологическая схена, функциональная группа узлов основного оборудования, Функциональная группа узлов связей, ряд узлов, узел, ряд элементов, эленент. Нежду видами компонентов образуются отношения вложенности.

В настоящее вреня и преобразовательные агрегата и агрегаты связей, определяемые как функциональные группы узлов основного оборудования и связей, в процессе проектирования ВТО собираются из составляющих их компонентов: узлов и элементов. Необходимо отнетить, что база данных и програннные средства выпуска спецификаций оборудования автономно и в составе объектных САПР ориентированы на четыре вида структурных компонентов объекта: элемента - тапоразнер оборудования или детали; ряды элементов - одноименный тип оборудования или детали; узлы - типоразнер ведущего эленента, объединяющего устойчивую группу эленентов (в процессе проектирования принятие решения ориентировано только на ведущий-эленент);

ряды узлов - одноиненный тип ведущих элементов узлов. Отличия в свойствах продукции скважин и внешней (природной) среды на различных месторождениях ногут быть настолько значительны, что проектирование объектов одного класса ВТО для несходных месторождений, напринер, районов Западной Сибири и Казахстана, может существенно различаться и поэтому в ранках класса появляются подклассы ВТО.

При выходе на месторождение с новыми свойствами продукции и/или природной среды проектирование подкласса ВТО разделяется на два типа:

в первом проводятся научные исследования и принимаются принципиальные базовые решения по технологическин процессан, их технической реализации, принципам пространственной конпоновки и трассировки площадки объекта с использованием работ по унификации Каспарьянца К. С., Кузина В. И., Палия П. А. ;

во второй типе происходит адаптация принятых решений с учетом конкретных ситуаций проектирования, т. е. расчет параметров объекта, корректировка технологической схемы, выбор типоразмеров оборудования, его размещение по площадке.

Наиболее благоприятным для автоматизации является второй тип процесса проектирования, т.к. используются в основном уже Формализованные в первой типе проектные решения.

Структурное моделирование процесса проектирования понимается как его декомпозиция на элемента (проектные процедуры и операции) и установление между нини наличия взаимосвязей по обмену информацией.

Структурное моделирование процессов определяется методологией проектирования, где выделяются следующие стратегии: функциональной деконпозишш; организации информационных потоков; организации структур данных. С точки зрения направления, в котором ведется разработка структуры, различают стратегии "сверху - вниз", •снизу - вверх", "изнутри - к границам", "от границ - внутрь".

В работах Хука К. Д., Потапова В. И., Родионова А. А., Тимченко А. А. предлагается вести разработку структурной модели процесса проектирования при разработке объектных САПР программно-целевым методом планирования систем в виде иерархической структуры целей и задач на структурной, проблемной и процедурном уровнях, упорядоченных логическими схемами проектирования. Такой подход эффективен когда на начало разработки неизвестен структурный состав компонентов проектируемой систены.

В случае, когда объект декомпозируется на инвариантные уровни иерархии по видам структурных компонентов связанных отношениями вложенности, функциональная декоипозиция процесса может быть задана распределенными по уровням иерархии объекта конкретными компонентами, к которым привязываются группы проектных задач (процедур и операций). Тогда иерархические уровни процесса определяются видами структурных компонентов, обеспечивая взаимосвязанное рассмотрение объекта и процесса проектирования.

Представление, разработка и анализ сложных процессов проектирования ставит задачу раздельного рассмотрения вложенных подпроцессов с реализацией переходов через границу подпроцесса его внешних связей аналогично стратегиям проектирования "изнутри - к границан" и "от границ - внутрь" с ориентацией на потоки данных между элементами процесса.

При описании процессов применяются теоретико-множественный (реляционный) и комбинаторно-геонетрический способы. Последний включает ориентированные графы, которые широко применяются для моделирования процессов.

Существуют различные виды ориентированных графов: сети, сети Петри, Перт-сеть и др. В работах Игнатова В. П., Эпельцвейга Г. Я. методически определяется для моделирования структур процессов проектирования сеть - ориентированный граф в(Е,П) без петель с однородными- вершинани Е={ е-^иьн 1 (Н - количество эленентов процесса), представляющими проектные процедуры и операции, и несимметричными отношениями И (в данном случае наличия обнена информацией - множество ребр Б) нежду ними, задающими порядок выполнения вершин.

В качестве представления графа процесса используется матрица смежности А разнерности N » Н , где

Натрица А обеспечивает реализацию алгоритмов представления, анализа и преобразования нодели процесса.

Моделирование процессов на начально заданном составе его элементов, за счет итерационное™ реального проектирования связано с образованием замкнутых информационных потоков (сильно связанных

подграфов,в модели процесса), делающих процесс в таком виде не всегда реализуемым.

В работах Нечилоренко В. И. рассматриваются методы и алгоритма определения на матрице смежности вершин, входящих в сильно связанные подграфы, способы ликвидации сильно связанных подграфов:

сжатия вершин сильно связанных подграфов в одну вершину, с сохранением всех внешних связей; ликвидация обратных связей.

Перечисленные методы применяются в программном средстве "ПОТОК" (ЦНИИпроект"), в работах Диденко В. П., Игнатова В. П., Самандарова А. X., Цабадзе Г. В., Эпельцвейга Г. Я.

Рассмотренные методы преобразования сильно связанных подграфов в слабо связанные реализуются за счет ликвидации структурных частей модели процесса, что не всегда обеспечивает соответствия преобразованной и исходной моделей и следовательно искажается содержание предметной области.

Во второй главе рассматриваются вопросы формирования структурного состава и связей модели процесса проектирования, представления и преобразования модели.

Решается задача выбора вариантов структуры объекта и процесса проектирования при условиях:

все варианта известны заранее, либо их можно получить; мощность множества вариантов и их комбинаций достаточно велика и полный перебор со сравнительной оценкой не производится, а выбираются приемленне решения в соответствии с конкретной ситуацией проектирования.

При создании объектных САПР на основе уже известного структурного состава объекта форнируется новый процесс автоматизированного проектирования. Разработка процесса ведется путей попарного

рассмотрения информационного обнена нехду проектныни процедурами в процессе Формирования структурных компонентов объекта и является разработкой на основе информационных потоков, для моделирования которых будем использовать ориентированные графы.

Итерации в нодели процесса проектирования образуют определенные виды отношений в графовой нодели процесса:

одношаговая итерация представляется замкнутым кбнтурон; нногошаговая итерация с постоянный количеством шагов образует мультисвязность в сильно связанннон подграфе с фиксированным количеством связей;

нногошаговая итерация с переменным количеством шагов образует нультисвязность в сильно связанннон подграфе с переменным количеством связей.

Сильно связанные подграфы не позволяют упорядочить вершины графа по последовательным уровням, задающим порядок выполнения эленентов процесса проектирования.

Для ликвидации сильно связанных подграфов в случае одношаговых и многошаговых итераций с постоянный количеством шагов предлагается нетод разделения вершин.

Наличие в графе в(Е,Б) сильно связанного подграфа С определяет разбиение множества вершин Е на два непересекающихся класса:

Е' - вершины слабо связанного подграфа в'; Е/х - вершины сильно связанного подграфа в"; и разбиение нножества ребер Э на четыре непересекающихся класса (рис. 1(а)):

й" - внутренние ребра й"- (е[; ,е%. ), е'[еЕ", е^ еЕ" , лежащие в подграфе в " ;

С- я 3- // / и *

(1 - соединяющие ребра, выходящие из в <1 =(е ¡. • е; ). е^Е •

е- еЕ', с начальной вершиной в , конечной вершиной в в ;

(1 - соединяющие ребра, входящие в в (3 = (е ¡, , е^ ), е^еЕ , е^'е е", с начальной вершиной в в' , конечной вершиной в

б' - внешние ребра <3У = (е£ ), е[еЕ', е^еЕ', лежащие в подграфе в'.

В основе метода разделения вершин контура лежат два условия: для размыкания простого контура при одношаговой итерации достаточно взять 'одну из вершин контура е^ , разделить ее на две вершины е"' и е"1, организуя связь (е^.е^) в направлении противоположной направлению контура (рис. 1(6)), т.е. выполняется отображение Ь:С — в , где в не является контуром;

для любого сильно связанного подграфа Су существует конечное число вершин, неныае обшего количества вершин в ву , разделение

Рис. 1. Преобразование простого контура (а) в бесконтурную сеть (б).

При разделении вершины е^ проектные процедуры и операции, // /н иг

принадлежащие ес , распределяются между вершинани ес и ес и

могут повторяться в обеих вершинах, ииитируя итерационность

процесса проектирования для вершины .

Отсюда видно, что расширение структуры графа при разделении вершины вд (введение дополнительной вершины и связи) не нарушает предметного содержания первоначальной структуры процесса и позволяет реализовывать в бесконтурном графе одношаговую итерацию процесса проектирования.

По отношению к любой разделяемой вершине е*£Е/ подмножество

И !К

внутренних ребер инцидентных ес В с! разбиваются на два непересекающихся класса (рис. 1(а)) :

й"*- входящие ребра й"*- (е" , е^ )> выходящие ребра (е^ , ). При разделении вершины е" классы ребер, инцидентных е распределяются между е"' и е^рис. 1(6)).

При нногошаговых итерациях с постоянный количеством шагов в графе С появляются кратные разнонаправленные ребра, упорядоченные отношением строгого порядка, определяющим последовательность по вренени обнена информацией между двумя вершинами е" и е^ . В данной случае, для получения бесконтурного подграфа метод разделения вершин применяется в несколько шагов с попеременным разделением вершин е" и е'!.

Таким образон, рассмотренный нетод разделения вершин реализует преобразование любого сильно связанного подграфа в слабо связанный (бесконтурный) подграф.

з!

е1 ч з^

V

Б1- V Б

Л

а) з; б)

Рис. 2. Структурные единицы ориентированного графа в (а) и графа с оболочкой Т (б), где

еи и е^ - вершины обычного ориентированного графа & Б1" и - вершины графа с оболочкой Т, I,} е {1,..., Н), Н - количество вершин в графах в и Т; и - вершины оболочек вершин Б1, и Б* ,

.. .....К;],

К-и и количество вершин в оболочке Б1,и зГ

При структурном проектировании многоуровневых (вложенных) процессов использование ориентированных граФов 6(Е,Б), структурной единицей которых является упорядоченная пара вершин (е1(е^) (рис. 2(а)), не позволяет отслеживать отношения связей вершины к ее внутренней структуре без применения дополнительных средств. •

Предлагается для разработки и представления структурных ноделей многоуровневых вложенных процессов использовать ориентированные графы с оболочками, позволяющие организовывать нодель в нескольких уровнях вложенности (детализации) процесса. Структурной единицей графа в об&лочке Т1Г(5, и) на любом уровне V является упорядоченная пара вершин оболочки (э^,э^) (рис. 2(6)). Любая оболочка вершины, не имеющей внутренней структуры, ножет определяться как оболочка графа (рис 3(а)).

Рис. з. Граф с оболочкой (а) и его отображение в обычный граф (б), где

1 - оболочка вершины;

2 - оболочка графа;

3 - вершина оболочки графа;

4 - вершина оболочки вершины;

* - уровнь вложенности, Veil.....VI;

V - количество уровней.

Для графов с оболочками вводятся определения на примере произвольного графа (рис. 3(а)):

вершины Б"" графа Т^Б.Ш представляются их оболочкани, которые

состоят из множеств вершин оболочки З^Мз*......... б^} ,

где К„= 1, Ки, К п. - количество вершин в оболочке вершины г"",

чГ

пе(1.....Н), Н - количество вершин графа Т ;

вершины оболочек не имеют внутренних структур; если вершина оболочки с одной стороны оболочки - входная, то с другой - выходная, и наоборот;

оболочки различаются как оболочки графа (2, рис.3(а)) и оболочка вершины (1, рис.3(а));

вершины оболочки одной вершины не связаны явно (ребрами) нежду собой;

для уровней V > 2 вершины графа (1 ,2 ,3 ) могут иметь внутренние структуры, для уровня И" = 1 все вершины граФов не имеют внутренних структур;

при переходе с уровня вложенности V на следующий уровень

лГМ

(1/+1)-й граф 1 становится внутренней вершиной графа уровня (1/+2), его оболочка становится оболочкой вершины, а внутренняя структура "невидимой".

Для графа с оболочкой Т * определяется отображение Г: ТаГ— (рис. 3(6)) на уровне тг в обычный ориентированный граф

чГ

выполняющееся сжатиен оболочек вершин графа Т в одну вершину в графе Ъ*.

Существует обратное отображение Р гв^-^Т (рис. 3(6)), выполняемое на основе определения разреза ориентированного графа. Производится выделение разрезов для каждой вершины ел, где п=1,Н, Н=1Е1 - количество вершин графа С^. Каждый разрез разделяет вершины графа на два непересекающихся поднножества

/ а / /

Е„Мек) и Е^-ЕЧЕц. Разрез определяет множество вершин оболочки вершины Э"" графа Т * по соответствующий вершинам е „ графа в .

Таким образом, преобразование F обратимое, оно устанавливает взаимно однозначное соответствие между множествами вершин She

V If

и ребер графов с оболочками Т и обычных графов без петель G , сохраняя состав вершин и отношения между ними на любом уровне вложенности V.

Также возможно выполнение в двух смежных уровнях v и (v +1)

отображение графа Gvв граф с оболочкой Отображение H:G*-~Tir'1

//

(рис. 3(6)) выполняется разрезами R„, каждый из которых разделяет вершины графа G^ на два непересекашихся подмножества E^let,...,es) и Е^=Е\Е^ , где е f 1,... ,Н) и Е^ПЕ^ для любых т. ell,... ,HV+1), Нколичество вершин графа' Tv+1. Нножества вершин Е^ и их связи внутри каждого множества образуют внутренние структуры вершин S"1 графа Tv<1 на уровне вложенности tf.

Для отображения Н существует обратное отображение Н" для уровней (1)" + 1) и V, ликвидирующее оболочки вершин на уровне (V+1) и тем самым ликвидирующее уровень (V+1).

Такин образом, отображения F , F1, Н . Н определяют как переход от обычного графа к ориентированному графу с оболочкой Tv на любом его уровне v и обратный переход, так и переход с уровня на уровень в пределах 1 < V < v в направлениях возрастания и убывания уровня.

Нетод разделения вершин применяется и при преобразовании сильно связанных подграфов в слабо связанные для графа с облочкой Ty(S,U) на уровне v . Здесь сильная и слабая связность на уровне V определяется по графу G * , полученнону после выполнения отображения

Применение метода к графам с оболочкой имеет ряд особенностей, связанных с условиями существования разреза Б, т.к. разделение любой вершины на уровне V > 1 связано с разрезон ее внутренней структуры, представленной графом G ^"'(Е,D), на уровне (V-1).

Если разрез й не существует на уровне (V -1), то есть возможность перевести весь граф с оболочкой Т в один уровень вложенности т/=1 и тан провести преобразование сильно связанных подграфов в слабо связанные методом разделения вершин, т. к. на уровне V-1 вершины не будут инеть внутренних структур.

Представление ориентированных графов с оболочками Тт осуществляется матрицами смежности рг (рис.4), состояшини из подматриц Р^,

«

разнерностью , где Кх=13ж1, К =13*1.

Элемента поднатриц Р^ принимают значения:

»1 п

р?? =

1, если й и х^у-, .0, в противном случае.

У-1

бУ

р*

Рис. 4. Натрица Р* , представляющая граф с оболочкой Тт,

где Р

подматрицы связей между вершинами двух

оболочек, х.у е (1,2...........Н"};

- вершина, являющаяся оболочкой графа Т*

В третьей главе приводятся алгоритмы Формирования, анализа и преобразования структурной модели процесса, описание программного средства (ПС) структурного моделирования (ПС "НОДЕЛЬ"), внедрение и экономическая эффективность методов и програннного средства "НОДЕЛЬ".

Алгоритн анализа ориентированных графов на наличие сильно связанных подграфов рассмотрен в работах Нечипоренко В. И. и был реализован в ПС "ПОТОК" (ШПШпроект) для ЕС ЭВН. Алгоритн выполняется на натрице снежности А1 ориентированного графа 6 путей поиска транзитивного замыкания вершин графа пошаговым умножением натрицы Вг.+1=ВЬ « В-и(где В^А^!!, I - единичная матрица) на себя до тех пор пока

Ликвидация сильно связанных подграфов осуществляется их сжатием в одну вершину с сохранением всех внешних связей подграфа для полученной вершины, ликвидацией обратных связей или методом разделения вершин, предложенный автором, путем расширения матрицы смежности А { до матрицы смежности А2 добавлением подматриц связей для дополнительной вершины (рис. 5).

Упорядочение полученного графа в без сильно связанных подграфов осуществляется по алгоритну предложенному Кофнаном А. и Дебазаем Г., реализованному в ПС "ПОТОК" (ЦНИИпроект) для ЕС ЭВН. В результате получается многоуровневый ориентированный граф, для которого элементы любых двух уровней связаны только в одном направлении или не связаны вообще, и элененты одного уровня не связаны.

Ножет быть реализовано пошаговое наращивание структурной нодели, т. е. решение на каждом шаге перечисленных алгоритмов для ограниченного состава элементов и только на последнем для полного состава эленентов.

Для графа с оболочкой Т предлагаются алгоритмы, выполняющие отображения графа с оболочкой Т в обычный граФ в и наоборот, алгоритмы сворачивания и разворачивания новых уровней в графе с оболочкой.

Рассмотренные алгоритны позволяют переходить от графа с оболочкой Т к обычнону графу 6 в однон или двух смежных уровнях вложенности. Поэтому необходимый при разработке структурных моделей анализ графа с оболочкой на наличие замкнутых контуров и преобразования для их ликвидации можно проводить на обычных графах как в одном уровне, так и при объединении нескольких снежных уровней.

Н (е"с%с Н+С

1

///)

1

ш

I

Н

с«?

Н+с Н+С

* / Л*

-- -- - -*> %

$ да

1 1 Ау -- — +-- — * 1

1 % 1

1 1 1

Ли 1

0

А" А°

Рис. 5. Преобразование матрицы А1 в матрицу Аг , ЕУУЧ>04 - внешние ребра, выходящие из И5"); У/У///Х - внешние ребра, входящие в СсЗ5*);

и "■

внутренние ребра, выходящие из ес

где

((1 );

внутренние ребра, входящие в е* (й//+).

Программное средство диалоговой разработки структурных моделей сложных процессов ПС "МОДЕЛЬ" предназначено для оперативного Формирования, анализа, преобразования и упорядочения по уровням структурных ноделей процессов в виде ориентированных графов, представленных натрицами связности.

ПС "НОДЕЛЬ" позволяет производить:

анализ ориентированного графа на наличие сильно связанных подграфов, в которых каждая вершина связана путями с любой другой вершиной данного подграфа в прямом и обратном направлениях;

разделение группы вершин подграфа на две для ликвидации замкнутых контуров в процессе;

ликвидацию обратных связей или сжатие подграфов в одну вершину; упорядочение вершин связного бесконтурного графа по уровням определяющим последовательность выполнения элементов процесса; организацию модели процесса в нескольких уровнях вложенности. В ПС "НОДЕЛЬ" реализована диалоговая технология подготовки данных, их обработки, просмотра и корректировки результатов. В результате работы ПС "НОДЕЛЬ" можно получить: массив связей исходного и преобразованного процесса; массивы подграфов и уровней, имен элементов и связей в виде Файлов на магнитных носителях или в виде твердых копий.

ПС "НОДЕЛЬ" разработано для функционирования на ПЭВН типа IBH PC в среде операционной системы HS DOS и позволяет последовательно обрабатывать и хранить до 99-ти моделей процессов с количеством элементов в каждом из них не более 99-ти (Н < 100).

Полученные в диссертационной работе результаты были апробированы для автоматизации разработки структурных моделей процессов проектирования и использованы при создании объектной САПР "Обустройство устьев скважин при кустовом способе разбуривания (КУСТ)".

Разработка структурной модели процесса осуществлялась на уровнях взаимодействия проектных марок (групп различных специалистов) технологических схем и функциональных групп узлов основного оборудования по шагам:

выделение конкретных структурных компонентов по видам для соответствующего подкласса ВТО;

определение состава проектных процедур и операций для конкретных компонентов;

определение отношений обнена информацией между группани процедур и операций различных компонентов;

анализ полученной структурной модели и ликвидация или преобразование сильно связанных подграфов;

упорядочение нодели процесса проектирования по уровняй, определяющим последовательность выполнения элементов процесса.

Итерационность процесса проектирования объекта "Обустройство устьев скважин при кустовон способе разбуривания" и тем самым появление сильно связанных подграфов в нодели на определенных уровнях вызвана несколькими причинами:

раздельное Формирование плана разнешения основного оборудования и трасс коммуникаций на площадке объекта в различных нарках и затеи одновременное их совмещение на генплане часто приводит к необходимости перемещения плошадок оборудования и осей трасс;

итерации проводятся при подборе оборудования, напринер, трансФорнаторные подстанции подбираются по условной величине прочей нагрузки, т. к. кроне скважин неизвестно расположение прочей нагрузки.

В первой случае сведение итерационное™ к нинимуму достигается за счет разработки унифицированного генплана с Фиксированными неперекрывающимися зонами или непротиворечивы™ принципами размещения для видов основного оборудования и трасс коммуникаций.

Во втором случае, после Формирования генплана и подключения всех нагрузок, производится пересчет нагрузки подстанции и, если необходимо, подбирается другая подстанция.

В диссертационной работе также приведены обоснования и принеры, доказывающие эффективность применения методов и программного средства структурного моделирования процессов (ПС НОДЕЛЬ) для

Формирования структурных моделей процессов проектирования при разработке объектной САПР "Обустройство устьев скважин при кустовом способе разбуривания (КУСТ)".

В целой, экономическая эффективность программного средства и предложенных методов определяется:

снижением трудоемкости при разработке структурных ноделей за счет применения автоматизированных средств формирования, анализа, преобразования и упорядочения структурных ноделей!

сокращением сроков создания объектных САПР за счет повышения нодульности программных и информационных средств и их многократного использования.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Одним из основных направлений развития комплекса средств автоматизации проектирования является ориентация на разработку объектных САПР.

2. Анализ используемых методов формирования структурного состава моделей процессов проектирования показывает принципиальную возможность использования для этих целей структурного состава модели объекта.

3. Разработка структурной модели процесса проектирования на основе структурного состава модели объекта позволяет более адекватно отражать преднетную область в объектной САПР.

4. Исследование методов структурного моделирования процессов показывает, что преобразование или ликвидация сильно связанных подграфов сопряжена с ликвидацией структурных частей модели (либо обратных связей, либо всего подграфа) и тем самым нарушает соответствие между предметной областью и моделью.

5. Метод разделения вершин для преобразования сильно связанных подграфов в слабо связанные обеспечивает сохранение адекватности нодели и предметной области.

6. Ориентированные графы, представленные матрицами смежности, не образуют вложенных в вершины структур ■ характерных для моделей сложных процессов проектирования, затрудняя раздельное рассмотрение процесса на различных уровнях его детализации.

7. Графы в оболочках позволяют организовывать модель процессов проектирования в нескольких уровнях вложенности, обеспечивая раздельное и совместное рассмотрение элементов нодели на каждой уровне.

8. Граф в оболочке преобразуется в ориентированный граф и наоборот, приводится к одному уровню вложенности, обеспечивает применение нетода разделения вершин и анализа на наличие сильно связанных подграфов.

9. Разработанное программное средство "НОДЕЛЬ" ножет быть использовано при разработке структурных моделей процессов, в учебных процессах и научных исследованиях по проблеме САПР. Применение программного средства "НОДЕЛЬ" сокращает трудоемкость разработки структурных ноделей и их документирования не ненее, чен в 2 раза.

10. Эффективность нетода разработки структурных ноделей процесса на основе структурной нодели объекта достигается за счет более адекватного отображения предметной области в объектной САПР, модульности принятия проектных решений, программного и информационного обеспечений, что позволяет многократно использовать одни и те же модули в различных объектных САПР и производить замену модулей при эксплуатации с наименьшими затратани.

11. Внедрение основных результатов диссертационной работа позволило получить экономический эффект при разработке объектной САПР "Обустройство устьев скважин при кустовон способе разбуривания" в институте ГипровостокнеФть Министерства нефтяной и газовой промышленности - 15 тыс. руб.

12. Основными направлениями дальнейшего исследования являются:

развитие метода разделения вершин с выявлением наиболее благоприятных для разделения вервин по заданным критериям (связности к др.);

развитие методов и программных средств для решения задач представления и преобразования вложенных процессов.

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:

1. Чекалов Л. А Многоуровневое моделирование системы структурных компонентов внутриплопадочных технологических объектов обустройства нефтяных месторождений // Теория и практика автоматизации проектирования: Сб. науч. тр. / ЦНИИпроект. - Н. ,1989. -Вып. 24. - С. 51-55.

2. Чекалов Л. Л. Нетодические аспекты проектирования внутри-площадочных технологических объектов обустройства нефтяных месторождений в условиях функционирования САПР // Ресурсосберегающие техника и технология при обустройстве и эксплуатации нефтяных месторождений: Сб. науч. тр. / ГипровостокнеФть. -Куйбышев, 1989. - С. 68-70.

3. Чекалов Л. Л. Представление структуры внутриплошадочных технологических объектов обустройства нефтяных месторождений в автоматизированных технологических линиях проектирования // Ресурсосберегающие техника и технология при обустройстве и эксплуатации нефтяных месторождений: Сб. науч. тр. /ГипровостокнеФть. -Куйбышев, 1989. - С. 60-63.

4. Чекалов Л. Л. Графы с оболочками для разработки сложных иерархически вложенных систем. - Н., 1990. - 11 с. - Деп. в ВШШНТПИ 01.10. 90, 10815.

5. Чекалов Л. Л. Ориентированные графы с оболочками для разработки сложных структурных моделей процессов проектирования САПР. - Н., 1990. - 15 с. - Деп. в ВНИШШШ 01. 10. 90, 10816.