Моделирование и проектирование технологических процессов в среде PDM-системы

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В СРЕДЕ PDM-СИСТЕМЫ

В.В. Богданов, Д.Д. Куликов

В данной статье рассматриваются предложения по созданию методологии моделирования технологических процессов при помощи языка XML, а также интеграции полученной модели и средств работы с ней с PDM системой SmarTeam.

Введение

Компьютеризация - один из основных методов повышения производительности труда в сфере технологической подготовки производства. Современная методология автоматизации технологической подготовки производства предполагает широкое использование CAD/CAM/CAE систем и их интеграцию в единую информационную систему предприятия, управление которой осуществляется при помощи PDM-системы. РБМ-система организует единое информационное пространство предприятия, обеспечивая прием информации от различных систем проектирования, автоматически поддерживая механизм ведения версий информации и документов и многое другое. В данной статье рассматриваются возможности современных информационных технологий для создания моделей технологических процессов и организации системы проектирования технологических процессов, применение которой возможно совместно с PDM-системой SmarTeam.

Постановка задачи

Для автоматизации проектирования технологических процессов необходимо иметь методологию, которая даст возможность формализовать технологические данные и применять ЭВМ для их обработки. Возможность формализации технологических знаний определяется средствами, методами, инструментальным аппаратом формализации этих знаний. Проектирование ТП на уровнях формирования последовательности этапов, операций и переходов складывается из двух фаз - структурного и параметрического синтеза. Структурный синтез должен установить последовательность элементов на соответствующем уровне. Задача параметрического синтеза заключается в формировании свойств элементов, включенных в технологический процесс. Основными операциями параметрического синтеза являются выбор средств технологического оснащения (станков, приспособлений, инструмента) и нормирование, включающее расчет режимов обработки [1]. Источник информации и степень инвариантности знаний структурного синтеза определяются иерархическим уровнем решаемой проблемы - проектирование маршрута изготовления детали (набора этапов и операций) или проектирование операционной технологии (набора переходов обработки). В первом случае знания существенно зависят от организационно-технической структуры предприятия и его традиций. Эти знания индивидуальны для каждого предприятия. Во втором случае знания черпаются из справочников, методических пособий и нормативных материалов. Знания этого уровня относительно инвариантны и могут с минимальными изменениями использоваться на различных предприятиях. Учитывая эти особенности, необходимо, чтобы методология моделирования технологических процессов была достаточно гибкой. Необходимо разработать способы моделирования технологических процессов, позволяющие реализовать САПР ТП, которая будет удовлетворять следующим требованиям.

• Возможность сочетания в модели разнородной информации.

• Возможность использования информации из различных источников данных.

• Возможность представления модели в виде, понятном для предметного специалиста, не обладающего специальными навыками работы с ЭВМ.

• Адаптивность и гибкость, возможность интеграции с другими приложениями.

Моделирование ТП

Структура технологического процесса является сложной, динамичной и может быть представлена в виде трех уровней (рис. 1): уровень маршрута, уровень операций, уровень переходов. Уровень рабочих и вспомогательных ходов не рассматривается. Каждый уровень характеризуется множеством допустимых для уровня параметров. Однако для конкретного ТП может использоваться лишь часть этих параметров. В процессе проектирования ТП эта структура последовательно модифицируется: в процесс добавляются новые операции, а в операции - новые переходы. При нормировании процесса в операцию добавляют нормы времени, а переходы - режимы резания. В процессе утверждения ТП может существенно измениться как по составу, так и по содержанию параметров. Таким образом, технологические процессы - это сложные объекты, отличающиеся друг от друга структурой и динамически меняющиеся во времени.

Рис. 1. Структурная модель ТП

Рис. 2. Фреймовая модель ТП

Каждый из объектов определенного уровня можно представить в виде набора данных (фрейма). Каждый фрейм содержит заголовок и тело фрейма. В заголовке фрейма содержится информация о названии фрейма и его назначении. Тело фрейма

формируется из слотов, каждый из которых содержит информацию о каком-либо параметре ТП. Группируя фреймы в логическое дерево согласно содержащейся в них информации, можно получить фреймовую модель ТП. Основанная на дереве фреймов модель ТП позволяет достаточно легко модифицировать ТП без полного переформирования модели процесса. Модификация ТП сведется к простому добавлению или удалению одного или нескольких фреймов без изменения остального фреймового дерева. Для реализации такого метода моделирования ТП на практике необходимо предусмотреть механизмы, позволяющие производить операции с фреймами, не нарушая целостности фреймового дерева. Фреймовая модель ТП приведена на рис. 2.

Использование фреймовой модели ТП позволяет проектировать ТП поэтапно [2]. Это означает, что представляется возможным создавать модели ТП с разным уровнем детализации. На первом этапе выполняется моделирование, отражающее лишь маршрутную технологию, при этом модель ТП содержит лишь модель маршрута, содержащую перечень выполняемых операций и модели этих операций. На втором этапе модель маршрута дополняется списками переходов, выполняемых на операциях, и дополняется моделями этих переходов. На третьем этапе модель ТП дополняется моделями операционных эскизов и моделями управляющих программ. Модель ТП на любом уровне детализации может быть создана с любой заданной степенью полноты описания. Для этого в модель заносят лишь те параметры, которые необходимы для решаемой задачи или класса задач. Использование такого подхода к проектированию ТП позволяет организовывать базы знаний, содержащие типовые шаблоны ТП, а также широко применять в процессе разработки данные, хранящиеся в электронном архиве. Эти возможности должны значительно сократить затраты на проектирование ТП.

Реализация моделирования на практике

Реализация моделирования ТП на практике осуществляется при помощи комплекса стандартов XML. Основным принципом формирования XML документов является то, что документ формируется на основе структуры данных, содержащихся в документе, а не на их представлении. Независимость данных, отделение данных от их представления - вот основная характеристика XML. Отсутствие в документе инструкций форматирования значительно упрощает структуру документа и делает XML универсальным способом представления информации. XML обладает достаточной гибкостью и идеально подходит для создания приложений, требующих максимальной совместимости. Поскольку семантика и структурированное представление информации в XML создает возможности для обработки XML-документов любым предложением, то появляются широкие возможности для интеграции различных систем ТПП между собой. Так как XML является открытым стандартом, на его основе можно реализовать широкий набор инструментальных средств для моделирования ТП. Для обеспечения возможности интеграции подсистем ТПП между собой необходимо создавать средства проектирования ТП, основываясь на интеграции этих средств в единое информационное пространство предприятия.

Основным преимуществом XML при выборе его в качестве средства реализации моделирования ТП является наличие в составе комплекса стандартов XML стандарта DOM. DOM (Document object model, объектная модель документа) - это технология обработки XML (и не только XML) документа, а также основанный на этом методе прикладной интерфейс программирования (API) для работы с XML-документами, который является нейтральным по отношению к платформам и языкам. DOM предоставляет стандартный набор интерфейсов (т.е. объектов, методов, свойств и т.д.) для манипулирования содержимым XML-документов. Различные производители и поставщики программного обеспечения реализуют DOM в своих синтаксических XML-анализаторах.

Поскольку практически все современное программное обеспечение использует для обработки XML один из XML-анализаторов, поставляемых ведущими производителями ПО, то можно считать, что DOM - это практически повсеместно применяемый стандарт. Поскольку XML-документы иерархически структурированы, они представляются в объектной модели в виде древовидной структуры [3]. Так как в описанном ранее методе моделирования ТП тоже использовалось дерево объектов (фреймов), то для реализации модели на практике достаточно просто выразить фреймы в виде XML. Ниже приведен пример модели ТП, выраженной при помощи XML.

<?xml version = "1.0"?>

<ТП>

<Общая Информация >

<Обозначение изделия >Фланец 2006</Обозначение изделия>

<Обозначение детали>Фланец</Обозначение детали>

</Общая Информация >

<Операция номер = "1">

<Переход номер = "1">

</Операция номер = "1">

</ТП>

</xml>

При использовании XML в качестве носителя информации представляется возможным сразу реализовать семантическую проверку данных, внесенных в модель ТП, за счет использования XML-схем и определений XML-документов (DTD). Ввиду того, что XML-схема и DTD содержат только техническую информацию и зависят от конкретного XML-документа, пример XML-схемы или DTD не приводится.

Интеграция с PDM

РDМ-система организует единое информационное пространство предприятия, обеспечивая прием информации от различных систем проектирования, автоматически поддерживая механизм ведения версий информации и документов и многое другое. Интеграция системы проектирования ТП с PDM системой в условиях современного автоматизированного процесса технологической подготовки производства представляется совершенно необходимой. Рассмотрим процесс интеграции процесса моделирования ТП с PDM-системой на примере PDM-системы SmarTeam. SmarTeam обеспечивает обработку информации, созданной на разных этапах жизненного цикла изделия, причем ее ввод может выполняться либо в системах проектирования, либо в самой SmarTeam. Хранение информации осуществляется в базе данных известных СУБД, например Oracle, InterBase, MS SQL. В состав поставки SmarTeam включается достаточно большое количество средств обеспечения интеграции этой PDM-системы с другим программным обеспечением. В частности, SmarTeam полностью интегрируется с прикладным программным обеспечением семейства Microsoft Office. Также в состав SmarTeam входит подсистема SmartWeb, которая позволяет организовать работу с PDM в среде WEB. И, наконец, существует прикладной программный интерфейс (API), который позволяет создавать новые приложения, специально предназначенные для работы в среде этой PDM-системы, или дорабатывать уже существующие приложения таким образом, чтобы они могли работать со SmarTeam. Наличие этих средств, а также использование в качестве хранилища информации одной из широко распространенных СУБД делает возможной реализацию моделирования и проектирования ТП в среде этой PDM системы.

Для обеспечения работы с моделью ТП необходим модуль, позволяющий создавать и редактировать модель ТП, а также дополнять ее технологической информацией. Такой модуль может быть выполнен в виде отдельного приложения, web-приложения или построен на базе других программных продуктов (например, Microsoft Office). Однако такой модуль сам по себе не может быть интегрирован с хранилищем данных PDM-системы. Для реализации доступа к данным PDM требуется еще один модуль, который обеспечит передачу данных от БД PDM-системы к модулю работы с моделью и в обратном направлении. В связи с тем, что для моделирования ТП используется XML, разработку модуля передачи данных целесообразно проводить на основе модели web-сервисов, поскольку в ее основе так же лежит представление данных в виде XML. Таким образом, получается структура, представленная на рис. 3.

PDM

Система

Модуль работы с моделью ТП

Модуль доступа к БД PDM системы

СУБД и База Данных PDM Системы

Рис. 3. Обмен данными между модулями

В представленной схеме модуль доступа к БД может быть выполнен на базе специализированного ПО для интеграции различных информационных систем, например Microsoft BizTalk Server.

Заключение

Создание прикладного программного обеспечения, интегрированного с РБМ системой и предназначенного для обеспечения автоматизации процесса проектирования технологических процессов, является достаточно важной и актуальной задачей. Реализация таких проектов может быть выполнена с использованием различных технологий и методов. Использование тех или иных технологий и методов зависит от потребностей и предпочтений того или иного предприятия, однако средства, основанные на примене-

нии web-технологий, обеспечивают большие возможности по масштабируемости решений по сравнению с остальными методами, а также являются более гибкими и простыми в реализации. Необходимы дальнейшие исследования для выработки наиболее рациональных концепций применения web-технологий для автоматизации технологической подготовки производства.

Литература

1. Яблочников Е.И., Маслов Ю.В. Автоматизация ТПП в приборостроении. Учебное пособие. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2003.

2. Куликов Д.Д., Яблочников Е.И. Организация технологической подготовки производства на основе современных информационных и коммуникационных технологий // VII Конференция «РИ-2000». Тезисы доклада. Часть 1. СПб, 2000. С. 104-105.

3. David Hunter, Kurt Cagle, Chris Dix, Beginning XML, 2nd Edition: XML Schemas, SOAP, XSLT, DOM, and SAX 2.0, Wrox Press Media, 2003.