Модели информационных объектов САПР

Информационные модели различных объектов в инженерной деятельности относятся в общем случае к структурным объектам, под которыми здесь понимаются объекты разной архитектуры, составленные из определенного (базового) набора типов элементов, например структура любого машиностроительного объекта, машиностроительная деталь, расчлененная мысленно на обрабатываемые поверхности любая многоаспектная классификация и т.п.

Основными признаками структурных объектов являются следующие признаки:

* объекты неоднородны;

* могут иметь некоторый общий набор атрибутов, характеризующий объекты как неделимые предметы;

* имеют структуры, составленные из общего набора (библиотеки) элементов различных типов, причем каждый тип характеризуется своим составом атрибутов;

* значительная часть атрибутов имеет домены перечислительного типа.

Рассмотрим в качестве примера информационную среду технологического проектирования. Этот процесс протекает в сложной информационной среде, содержащей исходную и производную информацию. В свою очередь исходная информация делится на переменную и условно постоянную информацию, а последнюю можно разделить на справочную и методическую информацию.

Исходной называется информация, существующая до начала проектирования. Переменная часть этой информации содержит необходимые сведения об изделии, программе выпуска и сроках выполнения этой программы и подготавливается для каждого конкретного процесса проектирования.

Условно-постоянная справочная информация изменяется эпизодически и содержит сведения о методах получения заготовок и методах обработки, схемах установки и закрепления деталей в приспособлениях, нормализованных элементах приспособлений и приспособлениях, нормализованном инструменте и оборудовании, типовых деталях и технологических процессах, группах деталей и групповых технологических процессах, нормативно-технических документах и производственной обстановке конкретного предприятия на данный период.

Производная информация формируется в процессе технологического проектирования и содержит необходимые сведения о маршруте обработки отдельных поверхностей и промежуточных конфигурациях детали в процессе обработки, форме и размерах заготовки и маршруте обработки всей детали, технологических переходах и операциях, заданиях на проектирование специального оборудования инструмента и приспособлений, графические изображения операционных эскизов и инструментальных наладок и чертежи специальной оснастки.

Методическая информация определяет причинно-следственные связи между элементами исходной и производной информации, а также содержит рекомендуемые решения, которые следует принимать при определённых условиях на определённых стадиях проектирования. Под решением здесь понимается либо непосредственное формирование некоторого конкретного элемента производной информации, либо указание – какой элемент информации необходимо формировать в данных условиях и как его формировать.

Элементы информации, характеризующие создаваемые конструкции или процессы на той или иной стадии их разработки и определяющие путь перехода в новую стадию, мысленно объединяются проектировщиком в информационные объекты.

При создании и эксплуатации автоматизированных систем проектирования информационные объекты составляют базу данных процесса проектирования.

Естественная форма представления информации в виде чертежей, текстов, таблиц и т.п. хотя и пригодна сегодня для непосредственного ввода в базу данных, однако она не пригодна для интеллектуального анализа программными средствами и поэтому должна быть представлена по определённым правилам, которые называют формальным языком.

Замечание. Современные базы данных помимо языка описания данных в синтаксической форме (например, DDL - Data definition language) предоставляют средства непосредственного моделирования предметной области при помощи визуального интерфейса.

Для того, чтобы оперировать некоторым достаточно сложным информационным объектом необходимо выразить информацию о нём посредством более простых понятий. Они могут быть двух видов: элементы и отношения, а элементы можно разделить на простые и составные.

Простым элементом является совокупность информации об объекте, характеризуемая неизменным в пределах одного вида или класса объектов составом параметров. Примерами простых элементов могут служить куски элементарных поверхностей детали или их типовые сочетания, совокупность информации о термической обработке некоторой поверхности или технологическом переходе и т.п.

Параметры, определяющие структуру простых элементов, принимаются в качестве исходных понятий и каждое из них характеризуется наименованием и множеством допустимых значений. Например, выражение “Вид дополнительной обработки” может служить характеристикой некоторой поверхности детали, на которую задана дополнительная обработка. Приведённое выражение является общим именем понятий:

· накатка;

· накатка сетчатая;

· рифление и т.п.,

которые и составляют множество допустимых значений данного параметра.

В теории реляционных баз данных понятию параметра соответствует понятие атрибута, если последний выступает в качестве поля таблицы, или – домену, если он определяет набор допустимых значений в рамках всей предметной области. В формальных языках автоматизированного проектирования понятию домена соответствовало понятие кодировочной таблицы.

Элементы объекта, определяемые посредством простых элементов, называют составными элементами, или агрегатами, например, элемент “наружная поверхность детали” определяется посредством указания всех элементарных наружных поверхностей этой детали. Другим примером составного элемента может служить сборочная единица, представленная своей спецификацией и т.п.

Отношение между элементами – это информация, характеризующая взаимосвязь между элементами и содержащая:

· указание элемента, для которого устанавливается отношение;

· указание элемента, относительно которого устанавливается отношение;

· вид отношения: размерная связь, характер соединения, тождественность формы и т.п.;

· необходимые характеристики, определяющие конкретный характер отношения.

Примером такого отношения может служить размерная связь между двумя поверхностями.

Объект, рассматриваемый в виде структуры, состоящей из элементов и отношений, принято называть информационной моделью этого объекта. Этот способ рассмотрения объектов в процессе проектирования можно считать одним из главных инвариантов в силу его абсолютной универсальности.

Один и тот же объект может иметь различные информационные модели, которые отличаются выбором состава элементов, отношений и параметров.

Следует отличать полные и частные информационные модели. Полная модель характеризует объект со всей полнотой, необходимой для предопределённых целей проектирования и в тоже время не содержит избыточной информации.

Частная модель содержит лишь те элементы и отношения полной модели, которые требуются при решении конкретной задачи на определённой стадии проектирования.

Для любого объекта должна быть установлена одна полная модель, которую можно назвать основной и из которой можно получать различные частные модели.

Замечание. Существует аналогия между понятиями полной и частной модели объекта, с одной стороны, и понятием базы данных и её различных представлений (Views). Однако эта аналогия является поверхностной, поскольку понятия полной и частной модели относятся к одному объекту, в то время как база данных содержит множество экземпляров объектов и некоторое представление является подмножеством экземпляров с неполным набором атрибутов.

Приведём ещё один пример информационных объектов САПР, а именно, информационно-логическую таблицу (ИЛТ), содержащую методическую информацию, необходимую для принятия решений. Другими словами, - одну из форм представления знаний.

 

Рис.1. Пример информационно-логической таблицы

 

Попытка применить определение реляционной таблицы к изображённой на рис.1 ИЛТ приведёт к полному разочарованию – ни одно требование реляционной модели не выполняется!

Выводы

Даже поверхностное сравнение реляционной модели баз данных и информационных моделей объектов САПР показывает их полное несоответствие друг другу. Попытка непосредственного моделирования информационных объектов САПР в рамках реляционной модели оказывается безуспешной, в чём и заключается одна из основных проблем создания информационных систем в САПР. Способы преодоления этой проблемы излагаются в последующих разделах.