Проектирование технологических процессов с использованием web-технологий

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ WEB-TEXHOЛOГИЙ

В.В. Богданов

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Д.Д. Куликов

В статье рассматривается проблема проектирования технологических процессов при помощи программных средств, разработанных с использованием ЖЕВ-технологий.

Введение

Современная методология создания автоматизированных систем технологической подготовки производства (ТПП) основывается на рассмотрении технологической подготовки как сложной информационной системы, управление которой выполняется с помощью РОМ-системы и в которой применяют комплекс инструментальных средств СЛБ/СЛЕ/СЛМ/САРР. Подсистемы ТПП используют информацию из распределенных и разнородных источников. Организация эффективного функционирования систем ТИП в этих условиях является важной и актуальной задачей. Эффективность применения автоматизации для решения задач ТПП напрямую зависит от круга задач, для которого представляется возможным применять средства автоматизации [1]. В данной статье рассматриваются возможности современных информационных технологий для организации системы проектирования технологических процессов (ТП), удовлетворяющей современным требованиям к специализированному программному обеспечению, а также методы их использования в ТПП.

Постановка задачи

Возможность формализации технологических знаний определяется средствами, методами, инструментальным аппаратом формализации этих знаний. До настоящего времени основным аппаратом формализации являлись традиционные математические модели, однако они позволили формализовать только небольшую часть технологических знаний, связанных с рабочими ТП. Большая часть технологических знаний остается неформализованной [2]. Это определяется несовершенством аппарата, который не предназначен для описания и учета всех особенностей ТП. Представляется рациональным разработать аппарат формирования моделей, который позволит использовать не только традиционные математические модели, но и логические, а также логико-лингвистические модели, для создания которых возможно использование естественного технического языка предметного специалиста. Это значительно расширит круг задач, которые могут быть формализованы. На основе логико-лингвистических моделей, проведя их обобщение, можно формализовать экспертные знания специалистов. Знания могут быть обобщены, оценены их адекватность, область применения, точность, объективность. Они могут быть обобщены в определенные группы с методиками нахождения подходящих для решения поставленной задачи данных или определения по некоторым входным параметрам их областей применения [3].

Инструментарий для решения формализованных задач может быть различным. Но, учитывая сложность технологических задач, базой для любого инструментария должны быть компьютерные технологии. Это означает формализацию предметным специалистом знаний в виде логико-лингвистических и логико-математических моделей на его предметном языке. Последующие их преобразования в алгоритмическое представление осуществляется механизмом преобразования и лежат вне сферы деятельности предметного специалиста. Это избавляет его от необходимости овладения

специальными методами программирования. Переход к модельному представлению отдельных ТП позволит значительно ускорить развитие производственных технологий.

Результатом проектирования ТП является комплекс технологической документации. В этот комплекс в зависимости от сложности ТП могут входить различные документы - технологические карты, ведомости оснастки, карты с операционными эскизами, карты наладки оборудования, карты с управляющими программами для станков с ЧПУ и т.д. Одним из способов хранения информации о ТП является хранение информационной модели ТП, выраженной на формальном языке. Использование для хранения информационных моделей позволяет на порядок сократить объем базы данных для технологических процессов. Для решения проблемы комплексной автоматизации проектирования ТП одним из самых важных аспектов является наличие единой конструк-торско-технологической базы данных, доступ к которой контролируется централизованно.

Краткое описание предлагаемого программного решения

В данный момент на кафедре технологии приборостроения СПбГУ ИТМО ведется разработка программного комплекса, предназначенного для решения задач ТИП и основанного на модели ТП, которая будет описана ниже. Учитывая предъявляемые к системе проектирования ТП требования, а также разнородность информации, необходимой в процессе проектирования, было принято решение разрабатывать такую систему на основе комплекса стандартов XML, WEB-технологий и технологии MDA (Model Driven Architecture). Разработанная при помощи этих средств система будет удовлетворять следующим требованиям:

• открытость и простота структуры;

• возможность исправления структуры (простота добавления параметров) без изменения приложения;

• адаптивность и гибкость системы, удобство интеграции с другими подсистемами;

• программная адаптация, простота функционального расширения.

Рассмотрим подробнее, за счет чего достигается указанная выше функциональность. Создается информационная модель ТП, выраженная на формальном языке. В качестве такого языка представляется возможным использовать язык XML, поскольку он может стать базовым стандартом для нового языка описания объектов ТПП. XML может использоваться в приложениях подсистем ТПП для хранения и обработки структурированных данных в едином формате, так как он позволяет описывать данные произвольного типа и представлять специализированную информацию. Кроме того, XML-документы могут использоваться в качестве промежуточного формата данных в трех-звенных системах при поиске информации в удаленных базах данных технологического назначения. Информация, содержащаяся в XML-документах, может изменяться, передаваться на машину клиента и обновляться по частям. Спецификации XLink и XPointer позволяют ссылаться на отдельные элементы документа, c учетом их вложенности и значений атрибутов. В дополнение к вышеперечисленному, язык XML получил поддержку в достаточно большом количестве программных продуктов, что упрощает организацию взаимодействия между различными программными средствами. XML обладает достаточной гибкостью и позволяет переносить информацию, выраженную на языке UML, в XML. Это позволяет в случае необходимости создавать модель ТП при помощи стороннего программного обеспечения (например, специализированного программного обеспечения фирмы Rational Rose), что позволяет в еще большей степени упростить создание информационной модели ТП. Полученная модель технологического процесса жестко связывается с кодом программы. Для каждого типа элементов, используемых при создании информационной модели ТП, должен быть заранее разрабо-

тан программный код, который позволяет сформировать программное приложение для работы с ТП на основе его модели и удаленной базы данных. Этот этап реализуется при помощи технологии WEB-сервисов. Схема предлагаемого решения представлена на рис. 1

Рис. 1. Структурная схема программного модуля

Таким образом, предлагаемая технология ТПП обеспечивает следующие преимущества:

• модульность. Процесс разработки разбивается на отдельные задачи;

• итеративность. Процесс разработки разбивается на короткие по времени циклы;

• экономичность. В процесс разработки включается минимальное число задач, необходимых для достижения поставленной цели;

• постепенность. Проект разбивается на части, которые могут разрабатываться параллельно, в разное время и с разной скоростью;

• гибкость. Каждый модуль может быть заменен на другой.

Поскольку информация, извлекаемая из БД, представляется в виде XML, то возникает необходимость перевести ее в вид, пригодный для представления пользователю. Это представление выполняется при помощи модуля взаимодействия с пользователем. Он может быть реализован как в виде Web-приложения, так и в виде дополнительного модуля к какому-нибудь стороннему программному продукту. В программном модуле, разработанном на кафедре ТПС, модуль взаимодействия с пользователем реализован в виде отдельного Web-приложения. Выбор в качестве модуля взаимодействия с пользователем Web-приложения обусловлен относительной простотой разработки и гибкими возможностями Web-интерфейса для реализации пользовательского интерфейса.

Описание модели ТП

Модель ТП является сложной, динамичной и может быть представлена в виде трехуровневой структуры (рис. 2). Выделены три уровня моделирования ТП: 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 в переходы -режимы резания. В процессе утверждения ТП может существенно измениться как по составу, так и по содержанию параметров. Таким образом, ТП - это сложные объекты, отличающиеся друг от друга структурой и динамически меняющиеся во времени. Такие сложные объекты наиболее целесообразно выражать в виде фреймовой формы представления знаний (иерархической структуре тэгов).

Рис. 2. Иерархическая структура модели ТП

Таким образом, использование ХМЬ-модели для создания фактографической модели ТП дает возможность удобным способом описывать ТП как сложные и динамические объекты Методика моделирования ТП основана на поэтапном моделировании ТП. Это означает, что модели ТП могут заноситься в ХМЬ-модель по этапам 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 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 нее заносят лишь те параметры, которые необходимы для решаемой задачи или класса задач.

Рис. 3. Дерево ТП

Модель ТП разделяется на структурные единицы, называемые фреймами. В свою очередь, фреймы содержат заголовок и тело фрейма. Заголовок содержит обозначение, называемое меткой (короткое алфавитное слово), и название, которое может быть полным или сокращенным. Тело фрейма содержит слоты, каждый из которых обычно выражает какой либо параметр. В соответствии со сказанным модель ТП (рис. 3) содержит:

• описание общих характеристик (фрейм ОБЩ);

• описание титульного листа (фрейм ТИТЛ);

• описание материала и заготовки (фрейм ЗАГОТ);

• описание структуры процесса (фрейм ОПЕР);

• модели операций, входящих в ТП (фрейм ПЕРЕХ).

В свою очередь, модель операции содержит описание общих характеристик операции и, возможно, ссылку на модель заготовки, обработанной на операции, ссылку на управляющую программу, на карту-наладку и т.д. Если операцию необходимо описать более подробно, то структура каждой операции (последовательность выполняемых переходов) заносится в фрейм ОПЕР. Кроме того, создаются модели переходов, входящих в операцию. Для этого используется фрейм ПЕРЕХ.

Технологический процесс может храниться в иерархической ХМЬ-модели, имеющей структуру, представленную на рис. 4.

<?хт 1 уегвтп="1.0 " епсоё1^=м,шпёо,№8-1251 "?> <ТАВЬЕ> <par>

<^2> </^2> <^3> </^3>

<name> </name> <oboz> </oboz>

<vel>

<razm> </razm> <kl> </Ы>

</par>

Рис. 4. Иерархическая ХМЬмодель ТП

Каждый тэг <раг></раг> реализует собой одну запись, которая включает в себя трехуровневый идентификатор и шесть полей с данными. Первый уровень (<1еу1></1еу1>) является структурным. По номеру структурного уровня можно судить о информации находящейся в восьми оставшихся тэгах, так как на разных позициях структуры интерпретация тэгов тоже различна. Второй уровень (<1еу2></1еу2>) несет информацию о номере операции. Третий уровень (<1еу3></1еу3>) несет информацию о номере

Как уже упоминалось, полученная таким образом модель ТП может быть сохранена в базе данных для последующего использования, а также для формирования комплекта технологической документации, получаемого на основе заранее разработанных шаблонов.

Заключение

Разработка методов моделирования ТП при помощи логических и логико-лингвистических моделей позволит в значительной мере облегчить процесс разработки ТП и, что особенно важно, процесс формирования технологической документации. Кроме того, хранение моделей ТП позволит организовать базы знаний. Как выяснилось в процессе разработки экспериментальных программных модулей, ЖеЬ-технологии по-

зволяют реализовать основные требования, предъявляемые к такого рода программным комплексам. Однако требуется проведение дополнительных экспериментов, которые позволят создать более точные и гибкие методы моделирования ТП, а также организовать хранение и доступ к информации наиболее рациональными способами.

Литература

1. Митрофанов С.П., Куликов Д.Д., Миляев О.Н., Падун Б.С. Технологическая подготовка гибких производственных систем. / Под общ. ред. С.П. Митрофанова. Л.: Машиностроение, 1987. 352 с.

2. Куликов Д.Д., Яблочников Е.И. Методологические аспекты автоматизации технологической подготовки производства. // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2004. №4. С. 35-42.

3. Яблочников Е.И. Методологические основы построения АСТПП. СПб: СПбГУ ИТМО, 2005. 84 с.