Моделі та методи побудови середовища колективного проектування для гетерогенних САПР

Лебедєва О. О. Моделі та методи побудови середовища колективного проектування для гетерогенних САПР. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.12 - системи автоматизації проектувальних робіт. - Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2010.

Дисертаційна робота присвячена розв'язанню важливої наукової задачі - розробці інформаційного, програмного та методичного забезпечення для побудови середовища колективного розподіленого проектування. У роботі розглянуто основні положення щодо розподіленої системи автоматизованого проектування, проведено аналіз існуючих проектів та систем розподіленого проектування, наведено огляд стану методичного та організаційного забезпечень розподілених САПР та GRID-технологій, здійснено огляд та аналіз середовищ проектування в складі сучасних САПР, сформульовано основні задачі середовища проектування та вимоги до комунікаційної підсистеми підтримки розподіленого колективного проектування. В дисертації вдосконалено модель управління розподіленим колективним проектом, яка описує концептуальний рівень проектування, та на відміну від існуючих забезпечує: розподіл ресурсів і робіт між учасниками проектування, враховуючи специфіку гетерогенних САПР та підтримку спільної роботи команди проектувальників в гетерогенному розподіленому середовищі. Вдосконалено модель ідентифікації та вирішення конфліктів, яка відрізняється від існуючих можливістю модифікації організаційно-методичного забезпечення існуючих САПР та використанням додаткових програмно-технічних надбудов, що дозволяє вирішувати технічні та організаційні конфлікти проектування в середовищах колективних САПР. Вдосконалено метод передачі повідомлень, який відрізняється від існуючих тим, що дозволяє усувати комунікаційні конфлікти, зумовлені недоходженням повідомлень при обміні даними в системах колективного проектування. Вдосконалено модель середовища колективного розподіленого проектування на основі 5-рівневої архітектури клієнт-сервер, яка відображає дві категорії робочого середовища, що забезпечує можливості колективного розроблення складних об'єктів для територіально розподілених груп інженерів. Розроблено інформаційне, програмне та методичне забезпечення для побудови середовища колективного проектування. Розроблено автоматизоване робоче місце дизайнера, яке інтегроване в середовище колективного проектування, що дозволяє здійснювати процес проектування одягу різнорідними (гетерогенними) САПР.

Ключові слова: колективне розподілене проектування, гетерогенні САПР, управління конфліктами, середовище проектування, маршрут проектування, комунікаційна система.

автоматизований інформаційний програмний проектування

Лебедева О. О. Модели и методы построения среды коллективного проектирования для гетерогенных САПР. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.12 - системы автоматизации проектных работ. - Национальный университет “Львовская политехника”, Львов, 2010.

Диссертационная работа посвящена решению важной научной задачи - разработке информационного, программного и методического обеспечения для построения среды коллективного распределенного проектирования. В работе рассмотрены основные положения распределенной системы автоматизированного проектирования, проведен анализ существующих проектов и систем распределенного проектирования, обзор состояния методического и организационного обеспечений распределенных САПР и GRID-технологий, осуществлен обзор и анализ сред проектирования в составе современных САПР, сформулированы основные задачи среды проектирования и требования к коммуникационной подсистеме поддержки распределенного коллективного проектирования. В диссертации усовершенствована модель управления распределенным коллективным проектом, которая описывает концептуальный уровень проектирования, и в отличие от существующих обеспечивает: распределение ресурсов и работ между участниками проектирования, учитывая специфику гетерогенных САПР и поддержку совместной работы команды проектировщиков в гетерогенной распределенной среде. Усовершенствована модель идентификации и решения конфликтов, которая отличается от существующих возможностью модификации организационно-методического обеспечения существующих САПР и использованием дополнительных программно технических надстроек, что позволяет разрешать технические и организационные конфликты проектирования в средах коллективных САПР. Усовершенствован метод передачи сообщений, который отличается от существующих тем, что позволяет устранять коммуникационные конфликты, вызванные недохождением сообщений при обмене данными в системах коллективного проектирования. Усовершенствована модель среды коллективного распределенного проектирования на основе 5-уровневой архитектуры клиент-сервер, которая отображает две категории рабочей среды, обеспечивающая возможности коллективной разработки сложных объектов для территориально распределенных групп инженеров. Разработано информационное, программное и методическое обеспечение для построения среды коллективного проектирования. Разработано автоматизированное рабочее место дизайнера, которое интегрировано в среду коллективного проектирования, что позволяет осуществлять процесс проектирования одежды разнородными (гетерогенными) САПР.

Ключевые слова: коллективное распределенное проектирование, гетерогенные САПР, управление конфликтами, среда проектирования, маршрут проектирования, коммуникационная система.

Lebedieva O. O. Models and methods of collaborative environment construction for heterogenious computer-aided systems. - Manuscript.

PhD thesis (candidate of engineering sciences) by speciality 05.13.12 - computer-aided systems for design works. - Lviv Polytechnic National University, Lviv, 2010.

The thesis is devoted to the decision of important scientific task - the development of informative, programmatic and methodical support methods and software tools for the distributed collaborative environment construction. The analysis of world progress trends of modern CAD systems is conducted in direction of the distributed collaborative design, which allowed to confirm actuality of PhD thesis and the perspectives of the advanced studies in this brunch of industry. The analysis of existent projects and systems of the distributed design is conducted, which rotined that existent distributed design systems, not quite befit for the tasks of the collaborative design, that is why for the decision of this task it is necessary to perfect distributed project management system (model). The analysis of design environments in composition of modern CAD systems is conducted, the basic tasks of design environment and requirements to the communication subsystem of distributed collaborative design support are formulated, which rotined that existent environments in composition of modern CAD systems did not take into account all of requirements which pull out to the distributed collaborative design, that is why it is needed to develop the proper environment for the distributed collaborative clothes mo del design. The analysis of project management system requirements is conducted in the thesis. The comparative analysis of existent technical project management systems is proposed.

The thesis also presents the improved distributed collaborative project management model that describes the conceptual level of planning, and provides: allocation of resources and works between the project participants and support of designer's collaborative work in the heterogeneous environment. Conflict classification which arise up in the collaborative desing, reasons, sources and ways of conflict removal is conducted. The improved model of conflict authentication and decision differs from existing its possibility to modification of the organizational and methodical providing of existent CAD systems and uses the additional programmatic technical buildings on, that allows to settle the technical and organizational conflicts in the CAD collaborative environments. Formalization of conflict situations is carried out by the extended Petri net, that enabled to find out design conflicts not only graphicly but also by matrices.

The improved message passing method differs from existing that allows to remove communication conflicts, predefined unarrival to the reports at the data exchange in the collaborative systems. The structure of the of communication system, client and server parts for the environment of the collaborative design are developed in the thesis. The distributed collaborative project environment model is improved on the basis of 5-level architecture client-server, that represents two categories of working environment and provides the possibilities of difficult object collective development for the territorial distributed groups of engineers. The informative, programmatic and methodical support methods and software tools for the distributed collaborative environment construction is developed. Designer's workstation, which is computer-integrated in the collaborative environment, is developed, that allows to carry out the process of planning of clothes by heterogeneous CAD systems. Universal methodology of conflict decision is offered for the collaborative design process, which can be utillized also in other practical application domains at the conflict analysis.

The communication subsystem is offered for the distributed collaborative design environment, which finds out possibilities of collective work for the territorial distributed groups of engineers. The communication system structure which includes the communication server structure and the client structure is developed and offered. The module's functions which must be included in composition of the communication system are analysed and offered; Web-services technology is considered. CoralDraw software environment and reasons of his choice are considered for communication system realization. The server structure is developed and offered for the collaborative design environment. The client structure is also developed and offered for the collaborative design environment in this thesis. The clothes desing route is developed and offered by a Petri net. The environment of the collaborative CAD system is developed for clothes desing system StyleX.

Keywords: distributed collaborative design, heterogenious computer-aided systems, conflict management, design environment, design route, communication system.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Складність сучасних науково-технічних проблем, пов'язаних з інтенсивним освоєнням нових галузей застосування обчислювальної техніки, диктує необхідність удосконалення засобів їхнього проектування. Отримання проектних рішень неможливе без використання методів автоматизації проектування. Перспективним підходом до обробки складних задач, підвищення якості результатів та зменшення часу проектування є застосування систем розподіленої обробки. У побудові колективних розподілених САПР основним є формування та адаптація інфраструктури, що значно підвищує продуктивність проектування, забезпечує можливість колективної розробки складних об'єктів для географічно розподілених груп інженерів, забезпечує семантичну підтримку процесу проектування за допомогою розподілених баз знань, підтримує зберігання та опрацювання великих обсягів даних тощо.

Дослідження ринку показують, що провідні розробники САПР працюють в напрямку створення спеціалізованих середовищ проектування, засобів он-лайнового обміну даними та спілкування, технологій швидкого прототипіювання та розпаралелювання проектних процедур тощо.

Тому, наукові роботи, які направлені на дослідження сучасних досягнень в технічному, математичному, інформаційному, методичному та організаційному забезпеченнях САПР з метою розробки он-лайнового розподіленого колективного середовища проектування, є особливо актуальними в наш час. Такі дослідження є важливою передумовою для ефективного конкурентноздатного функціонування багатьох галузей виробництва.

Необхідно відмітити ряд робіт закордонних авторів, в яких розглянуто питання колективного проектування, а саме: Indrusiak L., Dalpasso M., Barbosa C.A., Dixon D., Maurer F., Santos I. H. F, Torlind P., Johanson M., Lu S. C., Cai J., Burkett B., Udwadia F., Li W., Zhou H., Ouyang Y.-X., Tang M., Kovac M., Sharma M., Ramani K.

Публікації українських науковців, в більшості випадків, присвячені загальній теорії розподіленого проектування та використанню GRID-технологій в розподілених САПР: Петренко А.І., Величкевич С.В., Куссуль Н.М., Шелестов А.Ю., Лавренюк А.М., Скакун С.В., Сисюк Г.Ю., Кисельов І.В., Гемба О.В., Круковський М.Ю.

Виходячи з наведеного вище, своєчасним і актуальним є розробка методів та моделей для побудови, організації та управління колективним середовищем для гетерогенних САПР.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота безпосередньо пов'язана з планами наукових досліджень, які виконуються за госпдоговірною та держбюджетною тематикою кафедри “Системи автоматизованого проектування” Національного університету „Львівська політехніка”, а саме: “Розробка складних інформаційних систем для колективного розподіленого проектування інженерно-технічних та еколого-економічних об'єктів”, термін виконання червень 2007 р. - грудень 2009 р. (№ держ. реєстр. 0107U006231).

В рамках цього проекту здобувач розробила комунікаційну підсистему для середовища розподіленого колективного проектування (технологія клієнт-сервер); підсистему виявлення та усунення конфліктів в системах колективного проектування.

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка моделей та методів для побудови, організації та управління колективним середовищем проектування для гетерогенних САПР.

Для досягнення зазначеної мети поставлено такі основні завдання:

· проаналізувати стан найбільш розповсюджених систем колективного проектування у середовищі розподілених гетерогенних САПР;

· проаналізувати моделі управління, ідентифікації та вирішення конфліктів в середовищі колективного проектування для гетерогенних САПР;

· вдосконалити існуючі моделі для управління процесом колективного проектування в середовищі розподілених гетерогенних САПР;

· вдосконалити модель ідентифікації та вирішення конфліктів, що виникають при колективному синхронному проектуванні;

· розробити інформаційне, програмне та методичне забезпечення для побудови середовища колективного проектування;

· розробити середовище колективного автоматизованого проектування для САПР одягу StyleX.

Об'єкт дослідження - процес колективного проектування в середовищі розподіленої гетерогенної САПР моделей одягу.

Предмет дослідження - моделі і методи побудови колективних розподілених середовищ проектування.

Методи дослідження. Для вирішення задачі використано методи системного аналізу, теорії складних систем, матричні методи, теорія масового обслуговування, теорія паралельних обчислень.

Наукова новизна одержаних результатів: В дисертації запропоновано підходи щодо розробки методів та моделей для побудови, організації та управління процесом колективного проектування в середовищі гетерогенних САПР. При цьому:

1. вдосконалено модель управління розподіленим колективним проектом для концептуального рівня проектування, яка на відміну від існуючих, за рахунок більшої кількості вхідних даних та кінцевих результатів, забезпечує розподіл ресурсів і робіт між учасниками проектування та підтримку спільної роботи в гетерогенному розподіленому середовищі;

2. вдосконалено модель ідентифікації та вирішення конфліктів розподілених колективних САПР, яка відрізняється від існуючих можливістю графічного та матричного представлення організаційно-технічних конфліктів проектування, що дає змогу використовувати її для довільного процесу проектування;

3. вдосконалено метод передачі повідомлень, який відрізняється від існуючих частковим дублюванням вмісту повідомлення, чим усунуто комунікаційні конфлікти, зумовлені пропаданням повідомлень при обміні даними в середовищах колективного проектування;

4. вдосконалено модель середовища колективного розподіленого проектування, яка відрізняється наявністю модуля менеджера конфліктів та транслятора для обміну системними операціями моделювання та нейтральними командами моделювання, чим розширено кількість учасників проектування складних об'єктів;

5. розроблено автоматизоване робоче місце дизайнера, яке відрізняється застосуванням комбінаторного синтезу та інтегроване в середовище колективного проектування одягу гетерогенними САПР, чим підвищує рівень автоматизації проектування.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що:

· розроблено середовище колективного автоматизованого проектування для САПР одягу StyleX, яке завдяки наявності транслятора, забезпечує колективну роботу в гетерогенних системах;

· розроблена універсальна методика вирішення конфліктів для колективного процесу проектування, яка може бути використана також і в інших практичних областях застосування при аналізі конфліктів;

· розроблена комунікаційна підсистема для середовища розподіленого колективного проектування забезпечує можливості колективної роботи для територіально розподілених груп інженерів та може бути використана при побудові схожих проектів.

Теоретичні та практичні результати дисертаційної роботи використані та впроваджені у навчальному процесі кафедри “Системи автоматизованого проектування” Національного університету “Львівська політехніка” при проведенні лекційних, практичних і лабораторних занять з курсу “Основи автоматизованого проектування складних об'єктів і систем” та у Фізико-механічному інституті ім. Г.В. Карпенка НАН України, що підтверджено відповідними актами.

Особистий внесок здобувача. Всі результати теоретичних і практичних досліджень, викладені в дисертації, одержані автором особисто. У друкованих працях, опублікованих у співавторстві, дисертанту належать: аналіз основних видів прототипних систем, розроблених для синхронного колективного проектування, їхніх особливостей, побудови, методології та компонентів віртуального партнерського середовища [6]; аналіз основних компонентів GRID середовища, ключові вимоги до побудови цього середовища, дослідження аспектів створення системи підтримки спільної колективної роботи при виконанні складних проектів на основі GRID-технології та основні вимоги до реалізації різних рівнів розподіленої САПР, а також оцінка ступеня задоволення цим вимогам GRID-технологій [4, 12, 13]; дослідження колективного автоматизова-ного проектування, прототипу гетерогенних колективних САПР, вдосконалення моделі середовища для розподіленого колективного проектування та метод передачі повідомлень [9]; аналіз існуючих моделей для розподілених САПР, колективного середовища САПР, дослідження конфліктів в процесі колективного проектування, аналіз підсистеми альтернативного представлення і розпізнавання нової форми, вдосконалення моделі управління розподіленим колективним проектом [2, 8]; дослідження основних компонентів та вимог до реалізації різних рівнів розподілених САПР, аналіз задач та основних характеристик систем управління проектами, огляд PDM-систем (їхні компоненти, технології, можливості) [3, 10]; аналіз організаційно-технічної колективної архітектури процесу проектування, розроблення та здійснення покрокового аналізу розподіленого колективного процесу проектування та конфлікту, вдосконалення моделі ідентифікації та вирішення конфліктів, оцінка деяких унікальних характеристик системи управління організаційно-технічного процесу проектування [1]; запропоновано структуру сервера та клієнта для середовища колективного проектування, розроблено автоматизоване робоче місце дизайнера, яке інтегроване в середовище колективного проектування місце [7].

Апробація результатів дисертації. Основні наукові, теоретичні положення та практичні результати дисертаційної роботи доповідалися і обговорювалися на: Міжнародній науково-технічній конференції ”Досвід розробки та застосування приладо-технологічних САПР в мікроелектроніці”, CADSM (Львів-Поляна, 2007, 2009); Міжнародній конференції молодих вчених ”Перспективні технології і методи проектування МЕМС”, MEMSTECH (Львів, 2007, 2008); Україно-польській науково-технічній конференції “CAD in Machinery Design. Implementation and Educational Problems”, CADMD (Lviv-Poliana, 2006, 2008); Щорічній міжнародній науковій конференції студентів, аспірантів та молодих науковців “Комп'ютерні науки та інженерія”, CSE (Львів, 2007); Міжнародній науково-технічній конференції молодих вчених та студентів “Інформатика та комп'ютерні технології” (Донецьк, 2007); наукових семінарах кафедри “Системи автоматизованого проектування” НУ “Львівська політехніка” (2005-2009).

Публікації. Основні результати дисертації викладені у 13 наукових публікаціях, з них 4 статті у наукових фахових виданнях, 9 публікацій в матеріалах міжнародних конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація загальним обсягом 145 сторінок складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаної літератури і додатків. Основний текст дисертації викладено на 132 сторінках. Бібліографічний список містить 127 найменувань

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету і завдання роботи, наукову новизну та практичну цінність одержаних результатів, показано зв'язок роботи з науковими програмами, планами та темами. Наведено дані про впровадження результатів роботи, її апробацію, публікації та особистий внесок здобувача.

В першому розділі розглянуто основні положення щодо розподіленої системи автоматизованого проектування, проведено аналіз існуючих проектів та систем розподіленого проектування, наведено огляд стану методичного та організаційного забезпечень розподілених САПР та GRID-технологій, здійснено огляд та аналіз середовищ проектування в складі сучасних САПР, сформульовано основні задачі середовища проектування.

Розподіленою системою автоматизованого проектування називатимемо САПР, особливістю якої є наявність окремих структурних вузлів, що відповідають за конкретну функціональність і працюють відносно автономно.

Основними компонентами таких САПР є: 1) робочі станції інженерів (з різними апаратними платформами і ОС); 2) розподілені обчислювальні модулі; 3) розподілені бази даних і знань; 4) середовища колективної розробки (можливість колективної роботи над одним проектом команд інженерів, географічно розташованих в різних місцях); 5) промислове устаткування для виготовлення спроектованих об'єктів.

Реалізація синхронної співпраці в розподілених САПР можлива шляхом розробки спільного робочого середовища.

Розробляючи теорію спільного проектного середовища, виділено дві задачі: (1) колективне середовище проектування, в якому здійснюється спільне проектування, та (2) спільне представлення проектної задачі, при цьому система використовує/розподіляє пам'ять і організовує взаємодію підпроцесів.

Модель представлення об'єкту проектування в розподілених системах включає декілька компонентів: геометричне представлення у такій формі, щоб система проектування могла його обробляти та візуалізувати на екрані робочих станцій; геометричне представлення, яке дозволяє формувати та обробляти конфліктні форми; комплексне представлення проектного рішення з інформацією про схеми та інтент.

Так, модель побудови середовища колективного проектування складється з таких моделей: 1) модель проектування об'єктів і систем; 2) модель комунікації для розподіленого середовища; 3) модель управління розподіленим колективним проектом та 4) модель ідентифікації та вирішення конфліктів розподілених колективних САПР.

Отже, одним з основних питань побудови розподіленої колективної САПР є вибір і адаптація інфраструктури, що дозволяє одержати значне підвищення продуктивності при проектуванні, забезпечити можливість колективної розробки складних об'єктів для територіально розподілених груп інженерів, забезпечити семантичну підтримку процесу проектування за допомогою розподілених баз знань, підтримувати зберігання і обробку великих об'ємів даних, підтримувати мобільність обчислювальних задач тощо.

В другому розділі наведено вимоги до систем управління проектами, класифікацію моделей управління проектуванням, порівняльний аналіз існуючих систем управління технічними проектами в САПР, при цьому основна увага зосереджена на управлінні колективними проектами. Вдосконалено модель управління колективним проектом, яка описує концептуальний рівень проектування, та забезпечує підтримку спільної роботи команди проектувальників в гетерогенному розподіленому середовищі; розглядає більше чинників входу і виходу, ніж попередні моделі, що дає змогу конкретизувати які ресурси доступні, які вимоги необхідно розглянути тощо.

Спеціалізовані системи управління колективними проектами (УКП) можуть спростити багато проблем, пов'язаних з управлінням традиційним і розподіленим проектами; проте архітектури УКП, яка б адекватно підтримувала розподілений процес управління проектом, поки немає. Деякі дослідники розробляли архітектуру управління проектами, проте вона не забезпечує колективної підтримки, необхідної для розподілених проектів.

На рис. 1 зображено модель УКП, яка складається з чотирьох основних компонентів: клієнтський простір, рівні колективної підтримки, контроль та процеси управління проектом і проектний цикл. Додатково колективне програмне забезпечення проміжного рівня передбачає комунікацію між основними компонентами та інструментами в їхніх межах. Системна архітектура описується на концептуальному рівні, щоб забезпечити повне уявлення про вимоги для системи управління колективними проектами.

Модель розглядає більше чинників входу і виходу, ніж попередні моделі. Розглядаючи більше вхідних даних та кінцевих результатів, учасники проектування мають більше метрик, що дає змогу чітко конкретизувати, які ресурси доступні, які вимоги доведеться розглянути, і які критерії продукту повинні зустрічатися. Аналіз цих вхідних даних та кінцевих результатів допоможе спланувати весь проект на детальному рівні спочатку в життєвому циклі проекту.

Різні представлення проектних даних як рівняння балансу між параметрами можуть служити основою для математичного моделювання довільного проекту. Таке представлення не залежить від прикладної області проекту, оскільки на цьому рівні всі проекти мають приблизно однаковий набір параметрів. Такими параметрами є: ефективність проекту E, тривалість проекту T, кількість учасників проекту N, продуктивність проектної команди P, розмір проекту S, і складність проекту D .

Основне рівняння для колективних проектів буде насупним:

. (1)

Рівняння для проектів (1) встановлює баланс між проектними параметрами, але не в змозі однозначно описати функціональні взаємозв'язки між цими параметрами. Графічно це рівняння описує всі можливі траєкторії в проектному просторі, але для однозначного кількісного представлення функціональних взаємозв'язків між параметрами проекту, потрібна тільки одна з цього нескінченного числа траєкторій, яка б задовольняла додаткові умови.

Так, замість розміру проекту S у виразі (1), отримаємо новий розмір S + ДS?, де ДS - зміна розміру проекту. Дослідимо, які наслідки може мати ця зміна для цілого проекту. Змінюючи розмір проекту, необхідно змінити тривалість проекту на значення ДT і кількість учасників проекту на інше значення ДN. При цьому зміна кількості учасників проекту ДN призведе до нового значення продуктивності команди ДP, тому що зміниться взаємодія між людьми. Отже, зміна ДS призводить до трьох нових змін ДT, ДN і ДP:

. (2)

Так, будь-яка зміна параметрів проекту призводить до руху точки проекту з одного стану рівноваги проекту до іншогостану рівноваги цього ж проекту.

Перевагою є те, що проектна інформація запам'ятовується в єдиному місці, централізуючи документи, креслення, комунікації, контракти, прогнози, повідомлення тощо. Управління колективним проектуванням автоматизує також процеси управління проектом і комунікацію та співпрацю в командах через життєвий цикл проекту.

В третьому розділі проведено класифікацію конфліктів, які виникають при колективному проектуванні (див. рис. 2), причини, джерела та шляхи усунення конфліктів. Вдосконалено модель управління та вирішення конфліктів в розподілених САПР, що дозволяє вирішувати організаційні конфлікти за допомогою модифікації організаційно-методичного забезпечення в існуючих САПР та використання додаткових програмно-технічних надбудов для існуючих САПР. Вдосконалено метод передачі повідомлень, який дозволяє виявляти комунікаційні конфлікти при обміні даними в системах колективного проектування, зумовлені недоходженням повідомлень при обміні даними в системах колективного проектування.

Ключовою проблемою колективного розподіленого проектування є те, що територіальна відокремленість призводить до появи специфічних конфліктів, яких не існує в традиційних процесах проектування. Такі конфлікти впливають на ефективність й успішність результатів проектування, призводять до потреби дорогих і тривалих доопрацювань, до прийняття небажаних технічних рішень.

Конфлікт в проектуванні - це два або більше взаємнонесумісних рішення щодо задоволення деяких вимог проектування. Однією з основних причин виникнення конфліктів є відсутність або недосконалість інформації про інших учасників проектування, про їх цілі і причини для відхилення або прийняття проектних рішень.

Колективне проектування - це процес прийняття технічних рішень, які приймає група проектувальників в процесі колективної взаємодії.

Розглянемо групу з N учасників колективного проектування. В будь-який момент часу t, кожен учасник j може бути охарактеризований, як такий, що має: сховище внутрішньої інформації ; ціль ; і зовнішні дані . Ціль складається з двох частин: фільтруюча і вивчаюча . використовується учасниками проектування як фільтр для доступу і генерації даних. - ставлення учасників до вивчення проблеми, щоб змінити .

Розглянемо колективне проектування як процес, за допомогою якого учасники проектування генерують і спільно використовують інформацію через їх цілі. Інформація представляється як різні формати даних. Загальна кількість даних, що є зовнішніми для кожного учасника в час t визначається як . Якщо розглянемо приріст в часі, отримаємо наступні відношення та для кожного з N учасників:

, (3)

, (4)

. (5)

Рівняння (1) показує, що учасник j модифікує свою внутрішню пам'ять на основі повних зовнішніх даних, фільтруючи їх через власні цілі , і комбінуючи їх з внутрішньою пам'яттю . Це рівняння може розглядатися як представлення процесу вивчення проблеми, що вимагає другорядної інформації () та визначених цілей (). Рівняння (4) встановлює, що оновлення у внутрішній інформації викликає перегляд цілей. Це рівняння разом з (3) можна розглядати як формування процесу мислення. Рівняння (5) стверджує, що зовнішні дані, які генеруються в час (t+1), створюються за допомогою модифікованих цілей, що впливають на внутрішню інформацію. Відзначимо, що зовнішні дані, які кожен учасник генерує, стикаються з даними інших та інтерпретуються кожним згідно його цілей. Так, у будь-який час t отримаємо:

, і/або, , і/або, , (6)

де символ І означає несумісний з.

В колективному проектуванні, під зазначеними неузгодженостями маємо на увазі різні види конфліктів.

В роботі за допомогою мережі Петрі представлено дії проектування і координацію між учасниками проектування.

Частина побудови процесу проектування представляється в графові з наведеними вище елементами (див. рис. 3). визначається як початкове маркування мережі колективного процесу проектування (МКПП), яке є вектором, що містить розпізнавальний номер для кожної події. На початку дорівнює [1 1 1 0 0 0 ], і, тільки починаючи з подій 1, 2 і 3, володіє маркерами.

Матриця інцидентності процесу визначена для представлення взаємозв'язку між завданнями і подіями. Вона забезпечує опис інформації процесу проектування в обчислювальному форматі.

Матриця інцидентності визначена за допомогою усіх станів , та завдань , де

(7)

Матриця інцидентності процесу визначена для представлення взаємозв'язку між завданнями і подіями. Вона забезпечує опис інформації процесу проектування в обчислювальному форматі.

Взаємозв'язок між встановленим перетворенням і матрицею інцидентності може бути вираженений в наступному рівнянні перетворення:

. (8)

В рівнянні (8), - розрахунковий вектор для послідовності переходу завдань , де - кількість завдань , включених в .

Отримана послідовність переходу =< T1, T2, T3, T4, T5, T4> в прикладі, її розрахунковий вектор дорівнює [1 1 1 2 1]. На основі рівняння (8), кінцеве маркування може бути обчислене як вказано нижче:

.

Так, =[0 0 0 1 0 1] показує, що події 4 та 6 активні, а це означає, що процес, показаний в графові, не може бути закінчений, бо є циклічним у події 4.

Отже, управління конфліктами - це виявлення, ідентифікація та вирішення (усунення) конфлікту.

Методика аналізу конфліктів ілюструє, що конфлікти можуть бути виявлені і проаналізовані за допомогою систематичного представлення цілей користувачів. Порівняння цілей в колективному процесі проектування виявляє конфлікти в “знаннях” користувачів і забезпечує механізм для управління конфліктами.

В колективному проектуванні, помилки в організаційних взаємодіях також будуть викликати конфлікти в технічному проекті і навпаки.

Основним питанням методу вирішення конфліктів було: як зрозуміти і як управляти взаємозв'язками між процесом проектування і конфліктами проектування для конкретної проектної задачі.

Такий метод є універсальною для довільного процесу проектування і включає п'ять кроків:

1) аналіз проектної команди і формалізація задачі проектування;

2) побудова бази даних процесу проектування;

3) автоматична генерація маршрутів процесу проектування;

4) побудова діаграми станів учасників проектування;

5) аналіз діаграм та вибір найкращої стратегії для усунення конфлікту.

Отже, даний метод забезпечує механізм контролю зворотнього зв'язку до колективного процесу проектування.

Однією з проблем, з якою стикаються проектувальники систем колективного користування - гарантувати, що всі копії спільного об'єкту даних підтримуються в узгодженому стані. Якщо немає належного контролю, різні маніпулювання спільним об'єктом даних можуть призвести до комунікаційних конфліктів і часових помилок.

При передачі повідомлень через мережу інколи виникає ситуація, що повідомлення не доходить до адресата, викликаючи при цьому затримки в мережі та неможливість подальшої роботи, оскільки відправник не отримує підтвердження про отримання. Тому, виникає необхідність дублювання повідомлення і можна застосувати метод підтримки послідовності об'єктів даних, що повторюються на багатокористувацьких комп'ютерах.

Повідомлення включає операційну секцію, яка конкретизує функції, щоб виконуватися системою, і включає дані для виконання таких функцій. Повідомлення також включає секцію часу створення/модифікації файлу, що включає дані, які використовуються для вирішення конфліктів і підтримки послідовності спільного об'єкту даних.

Коли комп'ютер отримує повідомлення, визначається: (1) чи знаходиться повідомлення в належній послідовності і є готовим для виконання, або (2) чи повідомлення повинно бути розміщене в черзі, або (3) чи є комунікаційний конфлікт або порядковий конфлікт.

В четвертому розділі проведено практичну реалізацію моделі середовища розподіленого колективного проектування, яка основана на 5-рівневій архітектурі “клієнт-сервер” та враховує дві категорії робочого середовища: спільне візуальне представлення та спільну обробку проектних даних, та забезпечує можливості колективної розробки складних об'єктів для територіально розподілених груп інженерів; вперше розроблено автоматизоване робоче місце дизайнера, яке інтегроване в середовище колективного проектування, що дозволяє здійснювати процес проектування одягу різнорідними (гетерогенними) САПР; розроблено структуру комунікаційної системи, клієнтську та серверну частини для середовища колективного проектування.

Колективне проектування розглядається як взаємодія між організаційними і технічними компонентами в межах єдиного середовища проектування. При цьому основними особливостями колективної розробки є: 1) можливість виконання різними розробниками різних етапів; 2) вирішення різних завдань в рамках одного етапу різними розробниками; 3) виконання певних завдань різних етапів одночасно.

Oднією з основних складових успішного створення і впровадження системи є правильно вибрана програмна архітектура. Від цього вибору залежить успіх розробки в цілому, ефективність функціонування системи, можливість її масштабування в майбутньому і, як наслідок виправданість інвестицій.

При виборі програмної архітектури необхідно враховувати призначення системи, необхідну продуктивність, умови експлуатації системи, вимоги надійності, масштабованості і безпеки, особливості об'єкту автоматизації, здатність архітектури і вибраних програмних засобів забезпечити колективну розробку, єдине середовище зберігання проектів і кодів.

Перший рівень - рівень бази даних клієнта. Цей рівень забезпечує зберігання та відновлення даних клієнта.

Другий рівень - рівень клієнта. На цьому рівні забезпечується створення, редагування, видалення тощо, тобто різного роду маніпуляції з моделями.

Третій рівень - комунікаційний рівень. Цей рівень відповідає за взаємодії між учасниками проектування та комунікації між колективниим додатками.

Четвертий рівень - серверний рівень. На цьому рівні забезпечується обробка інформації.

П'ятий рівень - рівень бази даних сервера. Цей рівень забезпечує зберігання та відновлення даних сервера.

До основних функцій комунікаційної програми можна віднести можливість спілкування розробників протягом всього часу створення нового проекту. У віддалених розподілених САПР виникає необхідність в отриманні інформації від інших учасників процесу проектування, тому, саме, в узгодженості дій і полягає основна функція, яка покладається на комунікаційну програму.

Клієнт для середовища колективного проектування повинен забезпечувати налагодження зв'язку з сервером, а також підтримувати функції, які необхідні для здійснення комунікації.

Система StyleX включає поасортиментну базу даних елементів ескіза, комбінуючи які художник формує технічний малюнок моделі одягу, що проектується. База даних включає у себе різні варіанти конструкцій стану, рукава, комірців, кишень та інших елементів, які можна редагувати і доповнювати в залежності від асортименту. Кожний елемент конструкції супроводжується описом, що є безумовною допомогою при складанні технічного опису моделі. StyleX підтримує також базу даних готових ескізів моделей, напрацьованих художником, що дозволяє використати результати попередніх робіт для прискорення процесу проектування.

Система StyleX автоматизує всі етапи проектування одягу: дизайн, проектування, замовлення, збут, облік і планування. Для автоматизації робіт StyleX надає у користування конструктора зручні засоби для запису і виконання процесів конструювання і моделювання будь-якого виробу за будь-якою методикою, забезпечує зв'язок деталей при побудові, автоматичну побудову лекал всіх розмірів і на індивідуальні фігури.

Всі дії, які виконував би конструктор на папері при роботі вручну, він робить за визначеним алгоритмом. При виконанні алгоритму система здійснює обчислення і графічні побудови, розвиваючи і нарощуючи модель проектованого одягу.

Нижче перераховані основні можливості системи, що здійснюють наскрізне проектування на етапах розробки малюнка і конструкції моделі:

1) запис і виконання будь-якого процесу розрахунку і алгоритму простою, що супроводжується паралельним відображенням побудови на екрані;

2) використання необхідних для розрахунку сталих і змінних величин з БД;

3) забезпечення опису і виконання в САПР гіллястих процесів за допомогою оператора "Якщо";

4) виділення необхідних фрагментів процесу розрахунку і побудови в блоки або модулі, які можна використати при проектуванні різних виробів;

5) автоматичний перерахунок і перебудова креслення на будь-якій стадії виконання процесу при зміні значень одного або декількох параметрів.

Отже, основна увага дослідження зосереджена на розширенні ефективності колективного проектування, управляючи взаємодією процесу проектування, конфліктами і цілями учасників проектування.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі розв'язано актуальну наукову задачу - розроблення та вдосконалення моделей та методів для побудови, організації та управління середовищем колективного проектування для гетерогенних САПР. При цьому отримано такі результати:

1. Проведено аналіз світових тенденцій розвитку сучасних САПР в напрямку розподіленого колективного проектування, який дозволив підтвердити актуальність дисертаційної роботи та перспективність наукових робіт у даній галузі.

2. Проведено аналіз існуючих проектів, систем розподіленого проектування, моделей управління, ідентифікації та вирішення конфліктів середовища колективного проектування, який показав, що існуючі системи розподіленого проектування, не зовсім підходять для задач колективного проектування, тому для розв'язання цієї задачі необхідно вдосконалити модель управління розподіленим проектом.

3. Проведено аналіз середовищ проектування в складі сучасних САПР, сформульовано основні задачі середовища проектування та вимоги до комунікаційної підсистеми підтримки розподіленого колективного проектування, який показав, що існуючі середовища в складі сучасних САПР не враховують всі вимоги, які висувають до розподіленого колективного проектування, тому потрібно: розробити відповідне середовище для розподіленого колективного проектування моделей одягу.

4. Вдосконалено управління розподіленим колективним проектом для концептуального рівня проектування, яка на відміну від існуючих, за рахунок більшої кількості вхідних даних та кінцевих результатів, забезпечує розподіл ресурсів і робіт між учасниками проектування та підтримку спільної роботи в гетерогенному розподіленому середовищі.

5. Розроблено класифікацію конфліктів, які виникають при колективному проектуванні, виявлено причини, джерела та напрямки усунення конфліктів, що було використано при побудові та розробці моделі ідентифікації та вирішення конфліктів в колективному розподіленому проектуванні.

6. Вдосконалено модель ідентифікації та вирішення конфліктів розподілених колективних САПР, яка відрізняється від існуючих можливістю графічного та матричного представлення організаційно-технічних конфліктів проектування, що дає змогу використовувати її для довільного процесу проектування. На основі даної моделі розроблено підсистему (програмно-методичний комплекс) виявлення та усунення конфліктів в системах колективного проектування та впроваджено в процесі розробки перспективних інформаційно-вимірювальних систем.

7. Вдосконалено метод передачі повідомлень, який відрізняється від існуючих частковим дублюванням вмісту повідомлення та за рахунок цього усуває комунікаційні конфлікти, зумовлені пропаданням повідомлень при обміні даними в системах колективного проектування.

8. Вдосконалено модель середовища колективного розподіленого проектування, яка відрізняється наявністю модуля менеджера конфліктів та транслятора для обміну системними операціями моделювання та нейтральними командами моделювання, чим розширено кількість учасників проектування складних об'єктів. На основі моделі розроблено комунікаційну підсистему для організації розподіленого колективного проектування та побудовано середовище колективного проектування складних об'єктів і систем, які впроваждені в навчальний процес.

9. Розроблені моделі реалізовано для побудови середовища колективного проектування одягу на основі CorelDraw та інтеграції автоматизованого робочого місця дизайнера.

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Лебедєва О. Аналіз та вирішення конфліктів проектування засобами організаційно-технічного забезпечення в колективних САПР / О. Лебедєва, О. Матвійків // Вісник Національного університету “Львівська політехніка” : “Комп'ютерні системи проектування. Теорія і практика”. - 2008. - № 626. - С. 26-31.

2. Матвійків О. М. Методологія колективного проектування складних об'єктів і систем в розподілених САПР / О. М. Матвійків, М. В. Лобур, О. О. Лебедєва // Вісник Національного університету “Львівська політехніка” : “Комп'ютерні системи проектування. Теорія і практика”. - 2006. - № 564. - С. 11-18.

3. Лебедєва О. О. Управлінням процесом проектування в середовищі розподілених САПР / О. О. Лебедєва, О. М. Матвійків // Вісник Національного університету “Львівська політехніка” : “Комп'ютерні системи проектування. Теорія і практика”. - 2007. - № 591. - С. 16-21.

4. Лебедєва О. Система підтримки колективної роботи на основі GRID-технологій / О. Лебедєва, О. Матвійків, М. Лобур // Вісник Національного університету “Львівська політехніка” : “Комп'ютерні науки та інформаційні технології”. - 2007. - № 604. - С. 198-203.

5. Lebedeva O. Organizational and technical framework for conflicts resolution in collaborative CAD systems / O. Lebedeva // Proc. of the International Conference of Young Scientists MEMSTECH. - Lviv-Polyana, 2008. - P. 85-86.

6. Matviykiv O. The methodology of distributed synchronized collaborative design in industrial CAD systems / O. Matviykiv, O. Lebedeva // Proc. of the XVI^th Ukrainian-Polish Conference “CAD in Machinery Design. Implementation and Education Problems”. - Lviv, 2008. - P. 100-103.

7. Lebedeva O. A distributed collaborative design environment / O. Lebedeva, O. Matviykiv // Proc. of the X^th International Conference CADSM. - Lviv-Polyana, 2009. - P. 443-444.

8. Matviykiv O. Distributed design systems in mechanical CAD / O. Matviykiv, M. Lobur, O. Lebedeva // Proc. of the XIV^th Ukrainian-Polish Conference “CAD in Machinery Design. Implementation and Education Problems”. - Lviv-Polyana, 2006. - P. 90-96.

9. Matviykiv O. Virtual collaborative design environment for distributed CAD systems / O. Matviykiv, M. Lobur, O. Lebedeva // Proc. of the IX^th International Conference CADSM. - Lviv-Polyana, 2007. - P. 538-540.

10. Lobur M. The analysis of design management task in distributed MEMS CAD tools / M. Lobur, O. Lebedeva, O. Matviykiv // Proc. of the III^d International Conference of Young Scientists MEMSTECH. - Lviv-Polyana, 2007. - P. 123-126.

11. Lebedeva O. Collaborative Virtual Environments / O. Lebedeva // Proc. of the II^d International Conference CSE. - Lviv, 2007. - P. 46-49.

12. Lebedeva O. GRID and GRID Technologies / O. Lebedeva, O. Matviykiv // Proc. of the III^d International Conference of Young Scientists “Informatics and Computer Technologies”. - Donetsk, 2007. - P. 114-117.

13. Лебедєва О. Архітектура GRID-системи для розподіленого проектування / О. Лебедєва, О. Матвійків // Матеріали III міжнародної науково-технічної конференції “Інформатика та комп'ютерні технології”. - Донецьк, 2007. - С. 182-185.

Размещено на Allbest.ru