Исследование и разработка компонентов информационного обеспечения САПР радиоэлектронных схем

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

Исследование и разработка компонентов информационного обеспечения САПР радиоэлектронных схем

Специальность: 05.13.12 - Системы автоматизации проектирования (промышленность)

кандидата технических наук

Аль Касасбех Заид

Санкт-Петербург - 2009

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Дмитревич Геннадий Данилович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Сидоркина Ирина Геннадьевна

кандидат технических наук Алешкевич Павел Александрович

Ведущая организация - «Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики».

Защита диссертации состоится «____» ____________ 2009 г. в часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.238.02 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «____»____________2009 г.

Ученый секретарь совета по защите

докторских и кандидатских диссертаций Н.М. Сафьянников

архитектура информационный радиоэлектронный корпоративный

Общая характеристика работы

Актуальность исследования. Осуществление комплексной автоматизации производственных процессов обуславливает необходимость дальнейшего развития и повышения эффективности САПР. Особую актуальность задача совершенствования средств автоматизации приобретает в области создания радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) вследствие постоянного усложнения изделий этого класса и расширения сферы их применения. Современный уровень развития систем автоматизированного проектирования предъявляет все более серьезные требования к эффективности разрабатываемых средств информационной поддержки полного жизненного цикла изделия.

Разработка методов и средств функционального, схемотехнического и конструкторского проектирования создала потенциальную возможность для организации сквозного цикла проектирования изделий РЭА. Однако усложнение проектируемых объектов, требующее участия в проектировании большого коллектива проектировщиков, выдвигают на первый план задачи организации процесса проектирования и повышения его эффективности.

С ростом числа участников проекта растет объем используемой и передаваемой в процессе автоматизированного проектирования информации. Потребность в создании интегрированной системы поддержки жизненного цикла изделия и систематизации информационного взаимодействия компонентов такой системы, приводят к необходимости обеспечения единого информационного пространства, обеспечивающего сквозной цикл проектирования объекта. Такое информационное пространство может быть обеспечено применением корпоративного портала.

Разрабатываемый инструмент, обеспечивающий функции коллективного взаимодействия, должен обладать такими возможностями, как: коллективная работа над документами, единая процедура аутентификации, возможность удаленного доступа, гранулярное управление уровнем доступа к информации, адаптация к изменениям сетевой инфраструктуры, возможность встраивания дополнительных компонентов, интеграция с пакетами автоматизированного проектирования, наличие подсистемы поиска по всем информационным ресурсам, механизмы персонализации. Кроме того, он должен иметь универсальный, удобный и легкий в использовании пользовательский интерфейс. Перечисленные требования к подсистеме информационной поддержки процесса проектирования не зависят от проблемной области САПР. В связи с этим целесообразной является разработка общесистемного ядра корпоративного портала, инвариантного к используемым проблемно-ориентированным подсистемам САПР.

Помимо перечисленных функций корпоративный портал должен обеспечивать возможность накопления, хранения и тиражирования инженерных знаний, характерных для той области автоматизированного проектирования, для которой предназначены проектирующие подсистемы САПР. А это требует, в свою очередь, разработки концептуальной модели предметной области как информационной основы построения семантической модели объекта проектирования. В качестве объекта автоматизированного проектирования в данной работе будем рассматривать радиоэлектронную схему (РЭС). Таким образом, основу концептуальной модели предметной области составляет процесс схемотехнического проектирования.

С учетом вышесказанного, вопросы создания специализированных инструментальных средств, обеспечивающих информационную поддержку процесса схемотехнического проектирования, являются достаточно актуальными.

Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка и исследование специализированных инструментальных средств, обеспечивающих комплексную информационную поддержку жизненного цикла процесса проектирования радиоэлектронных схем.

Достижение указанной цели предполагает решение следующих задач:

1. исследование и разработка архитектуры подсистемы PortalCAD, обеспечивающей комплексную информационную поддержку жизненного цикла процесса проектирования РЭС;

2. анализ существующих технологий создания корпоративных порталов и разработка на основе проведенного анализа общесистемного ядра подсистемы PortalCAD, инвариантного к используемым проблемно-ориентированным подсистемам САПР;

3. разработка информационных структур корпоративного портала, применяемого для обеспечения информационной поддержки жизненного цикла процесса проектирования РЭС;

4. исследование и разработка модели предметной области как информационной основы построения семантической модели объекта схемотехнического проектирования;

5. практическое применение разработанной подсистемы PortalCAD для проектирования электронных схем различного назначения.

Основные методы исследования. При решении поставленных задач были использованы методы построения систем автоматизированного проектирования, теория искусственного интеллекта, теория множеств, теория графов, методы системного, структурного и объектно-ориентированного программирования, технологии разработки Web-приложений, теория принятия решений и баз данных, теория электрических цепей.

Достоверность научных результатов

Подтверждается корректностью использования разработанных информационных компонентов и программ, результатами экспериментальных исследований на информационных и программных моделях, а также результатами испытаний разработанных компонентов информационного обеспечения подсистемы PortalCAD.

Новые научные результаты

Разработана архитектура подсистемы PortalCAD, обеспечивающей комплексную информационную поддержку жизненного цикла процесса проектирования РЭС и отличающаяся от известных наличием инвариантной части развития и адаптации подсистемы к новым задачам проектирования.

Впервые разработано общесистемное ядро подсистемы PortalCAD, инвариантное к используемым проблемно-ориентированным подсистемам САПР.

Впервые разработана многоуровневая структура представления инженерных знаний в области автоматизированного схемотехнического проектирования с применением онтологического подхода.

Предложен способ автоматизированного проектирования функциональных и принципиальных схем с использованием подсистемы PortalCAD, отличающийся применением семантических моделей предметной области.

На основании полученных результатов разработана подсистема PortalCAD, обеспечивающая информационную поддержку проектирования радиоэлектронных схем с применением портальных технологий.

Научные положения, выносимые на защиту

Архитектура подсистемы PortalCAD, обеспечивающая комплексную информационную поддержку жизненного цикла процесса проектирования РЭС;

Общесистемное ядро корпоративного портала, инвариантное к используемым проблемно-ориентированным подсистемам САПР;

Многоуровневая структура представления инженерных знаний схемотехнического проектирования с применением онтологического подхода.

Практическая ценность работы

Разработаны и реализованы компоненты информационного обеспечения, включающие корпоративный портал знаний и средства интеграции с системами проектирования радиоэлектронных схем. Разработанные компоненты обеспечивают единое информационное пространство жизненного цикла процесса проектирования РЭС. Портал предоставляет проектировщикам средства коллективного взаимодействия: совместную работу над документами, управление уровнем доступа к данным, адаптацию к изменениям сетевой инфраструктуры, интеграцию с пакетами автоматизированного проектирования, возможность поиска по всем информационным ресурсам.

Разработаны и реализованы информационные структуры корпоративного портала, обеспечивающие управление процессом проектирования и проектными документами. Предложенные структуры обеспечивают расширяемость системы и быструю замену информационных компонентов портала. Разработанные информационные компоненты могут быть адаптированы к другим предметным областям САПР с минимальными затратами.

Применение разработанной подсистемы PortalCAD в учебном процессе обеспечивает поддержку дисциплин учебного плана подготовки магистров по направлению «Информатика и вычислительная техника» и инженеров по специальности «Системы автоматизации проектирования».

Практическая реализация и внедрение результатов работы

Разработанный в ходе исследования корпоративный портал реализован в среде разработки Vindows Sharepoint Services 3.0 с использованием компонентов Microsoft Office 2007 и Microsoft Visual Studio 2005. Практическим результатом работы являются информационные структуры корпоративного портала, обеспечивающие управление процессом проектирования и проектными документами. На их основе разработан и реализован корпоративный портал знаний PortalCAD, обеспечивающий единое информационное пространство жизненного цикла процесса проектирования РЭС. и средства коллективного взаимодействия проектировщиков: совместную работу над документами, управление уровнем доступа к данным, адаптацию к изменениям сетевой инфраструктуры, интеграцию с пакетами автоматизированного проектирования, возможность поиска по всем информационным ресурсам.

Основные результаты работы используются при подготовке инженеров по специальностям 230104 «Системы автоматизации проектирования» и магистров по направлению «Информатика и вычислительная техника» (специализация 230100.68-16 «Информационное и программное обеспечения САПР»). Применение разработанной системы в учебном процессе обеспечивает поддержку дисциплин «Управление знаниями в интеллектуальной информационной среде» и «Базы знаний интеллектуальных систем» учебного плана подготовки магистров по направлению «Информатика и вычислительная техника» дисциплин «Интеллектуальные подсистемы САПР» и «Теория принятия решений» учебного плана подготовки инженеров по специальности 230104 «Системы автоматизации проектирования». Разработанная подсистема PortalCAD внедрена в учебную практику в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) на кафедре «Системы автоматизированного проектирования», что подтверждено соответствующим актом о внедрении.

Результаты диссертационной работы использовались:

в работах по планам госбюджетной НИР по теме «Разработка моделей и методов интеллектуального анализа и поиска научно-технической информации» (шифр САПР-44 тем. плана СПбГЭТУ 2009 г.);

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

Международная научно-техническая конференция по мягким вычислениям и измерениям SCM-2006, Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) (г. Санкт-Петербург, 27-29 июня 2006 г.).

Международная научно-техническая конференция «Современные технологии обучения 2006», Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) (г. Санкт-Петербург, 20 апреля 2006 г.).

Международная научно-техническая конференция «Приборостроение в экологии и безопасности человека», Санкт-Петербург ГУАП (г. Санкт-Петербургский, 31 января-2 февраля 2007 г.).

59-я и 60-я научно-технические конференции профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина).

Публикации

Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 7 статьях и докладах, из них по теме диссертации 7., среди которых 2 публикации в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК, 1 статьи в других журналах. Доклады доложены и получили одобрение на 4 международных, всероссийских и межвузовских научно-практических конференциях перечисленных в конце автореферата.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, 9 таблиц, 51 рисунка, списка литературы, включающего 127 наименований. Основная часть работы изложена на 155 страницах машинописного текста.

Краткое содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, приводятся основные научные и практические результаты работы. Кратко описано содержание глав диссертации.

В первой главе диссертационной работы рассматриваются вопросы, посвященные особенностям развития современных схемотехнических САПР РЭА. Показано, что системы автоматизированного проектирования все в большей мере приобретают характер распределенных информационных систем. Современные САПР характеризуются комплексностью, сложностью объекта проектирования, постоянной сменой номенклатуры проектируемых объектов, технологий и процессов, необходимостью параллельно выполнять несколько проектов. Как в любой распределенной информационной системе в САПР возникают задачи организации взаимодействия коллектива пользователей. Разрабатываемый инструмент, обеспечивающий функции коллективного взаимодействия, должен обладать такими возможностями, как: коллективная работа над документами, единая процедура аутентификации, возможность удаленного доступа, гранулярное управление уровнем доступа к информации, адаптация к изменениям сетевой инфраструктуры, возможность встраивания дополнительных компонентов, интеграция с пакетами автоматизированного проектирования, наличие подсистемы поиска по всем информационным ресурсам, механизмы персонализации. Кроме того, он должен иметь универсальный, удобный и легкий в использовании пользовательский интерфейс. В результате проведенного анализа, показана актуальность информационных, организационных и методических аспектов разработки и внедрения специализированных инструментальных средств поддержки схемотехнического проектирования изделий РЭА. В качестве инструментального средства применения инженерных знаний выбран корпоративный портал.

Показано, что эффективная организация совместной работы проектировщиков и конструкторов достигается за счет инструментов управления задачами и проектами, удобной организации информации и доступа к ней, средств контроля исполнения задач и анализа выполненной работы.

Проанализированы различные подходы к созданию портальных решений. Проведена классификация порталов. Выделен особый тип порталов - портал знаний. Показано, что именно этот тип порталов в наибольшей степени позволяет обеспечить практическое применение концепции управления знаниями для решения задач автоматизированного проектирования. Приведена типовая структура портала знаний, состоящая из сервера приложений, базы данных объектов портала, базы знаний, web-клиента, подсистемы интеграции с внешними приложениями.

В целях разработки архитектуры портала выделены базовые функции систем этого класса и проведен их анализ, на основе результатов которого сделан вывод о том, что корпоративный портал является инструментальным средством, обеспечивающим единое информационное пространство процесса проектирования.

На основе типовой структуры порталов знаний и архитектурной модели для современных порталов разработана архитектура подсистемы PortalCAD. Подсистема PortalCAD состоит из модулей: интеграции со сторонними информационными системами; оперативного персонифицированного оповещения пользователей; администрирования и управления порталом; управления пользователями и ролями; авторизации и идентификации пользователей; поиска, индексирования, фильтрации и сортировки документов; автоматизации процесса потокового утверждения документов; архива проектов. Разработанная архитектура является основой для создания общесистемного ядра корпоративного портала, инвариантного к используемым проблемно-ориентированным подсистемам САПР В работе представлена схема взаимодействия корпоративного портала и проектирующих подсистем САПР.

Рассмотрены концепции управления знаниями и возможности их применения к проектной деятельности. В данной работе под термином «Управление знаниями» понимается установленный в организации формальный порядок работы с информационными ресурсами для облегчения доступа к знаниям и совместного их использования с помощью современных информационных технологий. В качестве реализации концепции управления знаниями выбрана корпоративная память, которая по аналогии с памятью человека позволяет применять предыдущий опыт и избегать повторения ошибок. Информационные компоненты корпоративной памяти могут быть представлены в разных формах таких, как документы, базы данных и базы знаний. Применение корпоративной памяти для компаний, занимающихся проектной деятельностью, очень важно, так как позволяет сохранить опыт проектирования изделий и применить его в будущих проектах.

Для реализации информационной поддержки коллективной работы над схемотехническим проектом предложено использовать технологии инженерии знаний. Показаны особенности применения инженерных знаний в процессе автоматизированного проектирования. Для этого выполнена концептуализация предметной области автоматизированного проектирования РЭС. Для концептуализации предметной области выбран онтологический подход. Предложена многоуровневая структура представления инженерных знаний в области автоматизированного проектирования. Разработаны предметные онтологии: онтология схемотехнического проектирования и онтология информационных компонентов портала.

В данной работе под онтологией подразумевается концептуальная система, которую мы можем использовать в качестве основы определенной БЗ. Под формальной моделью онтологий будем понимать упорядоченную тройку вида: , где - конечное непустое множество концептов предметной области, которую представляет онтология ; - конечное множество отношений между концептами заданной предметной области; - конечное множество функций интерпретации (аксиоматизация), заданных на концептах и/или отношениях онтологии .

Показано, что применительно к предметной области автоматизированного проектирования целесообразно рассматривать два вида онтологий, содержащих, во-первых, конкретные классы и объекты этих классов, а, во-вторых, - абстрактные классы, соответствующие обобщенным понятиям предметной области. На определенном уровне абстракции может быть выделена обобщенная онтология, инвариантная к типу объекта проектирования и виду процесса проектирования и описывающая проектную деятельность в абстракциях, которые в дальнейшем позволяют конкретизировать и адаптировать ее представление к любой области автоматизированного проектирования. Предложено использовать унифицировать процесс разработки САПР и входящего в нее портала знаний и создать единую сетевую онтологию, порождаемую единственной обобщенной онтологией. Такой подход к созданию онтологии обеспечивает разрабатываемой на ее основе базе знаний гибкость и масштабируемость. А это, в свою очередь, позволяет создать общесистемное ядро корпоративного портала, инвариантное к используемым проблемно-ориентированным подсистемам САПР. Для создания любой предметной онтологии, в том числе и процесса проектирования радиоэлектронных схем (РЭС), необходимо проанализировать данную предметную область и выявить ее особенности. В качестве примера создания предметной онтологии предложено рассмотреть этап функционального проектирования РЭС, как наиболее интеллектуальноемкий и трудноформализуемый в процессе проектирования РЭС.

Во второй главе на основе анализа предметной среды и операционных компонентов схемотехнического проектирования РЭС выполнена классификация типовых вычислительных моделей автоматизированного проектирования: информационно-поисковый, вычислительный, последовательных приближений, гибридный. В качестве основной модели на этапе функционального проектирования РЭС выбран информационно-поисковый способ установления атрибутивно-функционального соответствия.

Проанализированы различные способы получения проектных решений в автоматизированном проектировании. Представлена модель процесса поискового схемотехнического проектирования. Описан способ определения состава объекта проектирования. Выделены и систематизированы атрибутивные и функциональные компоненты объекта проектирования на примере линейного стабилизатора напряжения. Проведена структуризация целей и критериев проектирования. Результат структуризации представлен в виде дерева целей и дерева критериев. Представленные иерархические структуры используются для формирования смысловой модели предметной области проектирования электронных схем.

Разработан базовый набор типовых проектных процедур и операций, на основе которого построен обобщенный интерактивный алгоритм поискового схемотехнического проектирования радиоэлектронных устройств. Показано, что наиболее важным этапом в процессе иерархического проектирования является разработка структуры проектируемого объекта. Выделены следующие задачи, характерные для этого процесса: выделение функционально однородных иерархических уровней; выделение функциональных модулей, соответствующих элементарным действиям на данном иерархическом уровне; организация информационных связей; организация функционирования системы.

Рассмотрены особенности использования инженерных знаний в системах функционального проектирования РЭС. Обосновывается выбор информационной основы для построения семантических моделей данной предметной области. Выделены особенности формирования семантических моделей радиоэлектронных схем, рассматриваются формы представления принципиальных схем в САПР.

Показано, что для обеспечения соответствия системы представления инженерных знаний в базе знаний (БЗ) радиоэлектронных схем структуре и содержанию знаний, которыми обладают специалисты-схемотехники, целесообразно организовать смысловую модель предметной области схемотехнического проектирования в виде совокупности моделей. Эти модели должны быть организованы на основе семантических отношений, описывающих отдельные аспекты проектирования РЭС и взаимосвязи между ними.

Проведен анализ различных способов представления знаний: логические, продукционные, сетевые, фреймовые. Предложена организация семантической модели предметной области схемотехнического проектирования РЭС в виде системных рабочих моделей, организованных на основе определенных семантических отношений и описывающих отдельные аспекты автоматизированного проектирования и взаимосвязи между ними. В результате проведенного исследования предложено в качестве модели предметной области для представления неформализованных схемотехнических знаний использовать онтологический подход.

Рассмотрены основные типы связей, которые применяются при построении онтологии. Первый тип отношений - это родо-видовые отношения классификационного типа. Использование этого типа связей в онтологии позволяет организовать электронные схемы в иерархию. Наличие иерархии объектов обеспечивает хорошие классификационные свойства онтологии. При проведении поиска объектов, представленных в БЗ, доминирующими являются родо-видовые отношения, главная особенность которых заключается в «наследовании» свойств понятий. Второй тип составляют отношения, играющие в процессе поиска вспомогательную роль и позволяющие соотнести одно схемотехническое решение с множеством других, являющихся компонентами первого, связать схемы, относящиеся к разным классам, но имеющие какие-либо общие свойства.

Первый тип отношений играет главную роль в процессе выделения участка онтологии, так как с их помощью в онтологии образуются иерархические структуры. Отношения второго типа используются для конкретизации поиска в выделенном участке онтологии.

Показано, что процесс схемотехнического проектирования может быть представлен в виде иерархической модели предметной области, основанной на базовом наборе типовых проектных процедур и операций схемотехнического проектирования радиоэлектронных устройств.

Генерация проектных решений, прогнозирование и оценка свойств объекта проектирования, анализ промежуточных проектных решений и другие типовые проектные процедуры представляют собой различные функциональные аспекты проектной деятельности, образуя своего рода «срезы», единой системы знаний коллектива проектировщиков. Каждый из перечисленных аспектов характеризуется собственными условиями, целями, способами осуществления. Выделение взаимосвязей между базовыми компонентами предметной области проектирования РЭС и формализация их в виде множества семантических отношений R дает возможность осуществить содержательную декомпозицию инженерных знаний данной предметной области. Для реализации этой задачи разработана многоуровневая структура представления инженерных знаний схемотехнического проектирования, используемая для построения предметной онтологии.

В третьей главе рассмотрены вопросы информационной поддержки взаимодействия всех подсистем, осуществляющих преобразование схемотехнической информации, с базой типовых схемотехнических решений. Описаны процедуры подготовки проекта в базу и организации связи с ней. Рассмотрены вопросы обеспечения формирования, редактирования и синтеза принципиальной схемы, поддержки схемотехнической корректности используемой информации на всех этапах жизненного цикла системы проектирования от включения информации в базу до формирования принципиальной схемы.

Проектирование схемотехнических объектов выполняется на основе данных, сформированных в результате поисковых операций первого этапа процесса проектирования, которые производятся в базе схемотехнической информации. Поиск данных в базе производится по основным типам отношений, представленных в модели предметной области в процессе подготовки проекта. Процедура поиска основывается на смысловых аспектах модели предметной области.

На основе проведенного анализа различных способов представления знаний предложена организация семантической модели предметной области схемотехнического проектирования РЭС в виде системных рабочих моделей, организованных на основе определенных семантических отношений и описывающих отдельные аспекты автоматизированного проектирования и взаимосвязи между ними.

Одной из важных задач в обеспечении информационной поддержки процесса проектирования является подготовка проекта в базу данных типовых схемотехнических решений.

Подготовка проекта в базе типовых схемотехнических решений производится с целью формирования начального варианта функциональной или принципиальной схемы в виде, пригодном для дальнейшего преобразования с помощью программ проектирования. Базовая последовательность операций включает поиск в модели предметной области узла, по представлению разработчика наиболее соответствующего разрабатываемому объекту, формирование на его основе семантической модели проекта и преобразования этой модели путем удаления ненужных и добавления новых узлов и отношений. Построенная и отлаженная модель, содержащая новые знания, может быть включена в модель предметной области с помощью специальной подсистемы. Единый информационный интерфейс, имеющий в своей основе используемые в БД структуры, обеспечивает активное использование программами проектирования структур модели предметной области. Объектами модели предметной области, на основе которых функционируют проектирующие программы, являются: функциональные схемы устройств, принципиальные схемы устройств нерегулярной структуры, принципиальные схемы реализаций, функциональные элементы, элементы принципиальных схем.

Определена иерархическая организация радиоэлектронных схем в онтологической БД. Показано, что для программного представления сущностей предметной области целесообразно применение объектно-ориентированного подхода. Выделены общие свойства компонентов схем и разработана иерархия классов, представляющих их компоненты. Выделены следующие сущности предметной области: структурные схемы, функциональные схемы, принципиальные схемы, схемы соединений, схемы подключений. В качестве базового класса определено понятие «схема».

Первоначальная структура семантической модели проекта формируется из объектов модели предметной области. Затем проектирующие программы не только производят конкретизацию имеющихся отношений (например, отношение «может включать в себя» преобразуется в отношение «включает в себя») между объектами, наследованными из модели предметной области, но и формируют новые объекты и отношения. Таким образом, обеспечивается структуризация процесса сопровождения модели проекта и формирование окончательных результатов.

В четвертой главе рассмотрены семантические и прагматические аспекты коллективного взаимодействия в процессе схемотехнического проектирования.

Представлена структура программного и информационного обеспечений корпоративного портала. Представлены механизмы взаимодействия с компонентами интерактивной подсистемы функционального иерархического синтеза принципиальных схем. Рассмотрены вопросы организации коллективного взаимодействия проектировщиков в процессе формирования принципиальной схемы. Предложены частные методики иерархического проектирования различных видов электронных схем.

Рассмотрены особенности применения методов и технологий инженерии знаний в процессе проектирования изделий РЭА. Для разработки структур онтологической базы знаний созданы словари базовых понятий схемотехнического проектирования. Выделены декларативная и процедурная составляющие онтологической базы знаний. Разработана структура онтологической БЗ. В диссертационной работе представлены иерархии классов для реализации предметных онтологий.

Проанализированы возможности применения инструментальных средств для разработки онтологий. Для сравнения редакторов онтологий использовалось несколько критериев: поддержка разработки метаонтологий, доступность, способы хранения онтологий, язык представления знаний, механизм логического вывода, возможность графического редактирования таксономии концептов, проверка непротиворечивости, открытость и совместимость с различными форматами данных. На основе проведенного анализа обоснован выбор интегрированного инструментального программного средства - Protйgй.

Для реализации защиты портала от несанкционированного доступа и обеспечения механизма персонализации разработана схема аутентификации и персонализации на портале.

Для поддержки процесса обмена проектными документами разработана подсистема DocPortal, инвариантная к используемым проблемно-ориентированным подсистемам САПР. Система реализована на WSS 2007. Выбор данного серверного приложения обусловлен такими его преимуществами как единая среда для организации всех типов коммуникаций и совместной работы сотрудников, автоматизация управления потоками работ (workflow-процессов) и процессов документооборота, глубокая интеграция с продуктами семейства Microsoft Office 2007, эффективный поиск информации, удобное управление и администрирование, открытые программные интерфейсы, развитые средства обеспечения информационной безопасности, поддержка версионности.

Рассмотрено применение подсистемы функционального проектирования принципиальных схем в качестве учебно-проектной САПР. Система позволяет продемонстрировать простоту и эффективность перехода от семантической модели на уровне функциональных схем к конкретному схемному решению. Учебная система также позволяет освоить метод иерархического проектирования, при котором на каждом из уровней присутствует характерное только для него представление информации с конкретным набором процедур, а собственно принципиальная схема формируется на последнем этапе как результат последовательного преобразования моделей. Возможность получения в короткий срок значительного количества корректных схемотехнических решений, сохраняющих высокую вариабельную способность и высокую наглядность, позволяет интенсифицировать учебный процесс за счет перенесения акцента на смысловые аспекты проектирования РЭС.

Основные результаты

Предложена и разработана архитектура подсистемы PortalCAD, обеспечивающая комплексную информационную поддержку жизненного цикла процесса проектирования РЭС и отличающаяся от известных наличием инвариантной части развития и адаптации подсистемы к новым задачам проектирования.

Разработано общесистемное ядро подсистемы PortalCAD, инвариантное к используемым проблемно-ориентированным подсистемам САПР. Принцип организации общесистемного ядра обеспечивает расширяемость и быструю замену информационных компонентов подсистемы PortalCAD.

Разработаны и реализованы компоненты информационного обеспечения, включающие корпоративный портал знаний и средства интеграции с системами проектирования радиоэлектронных схем. Разработанные компоненты обеспечивают единое информационное пространство жизненного цикла процесса проектирования РЭС и средства коллективного взаимодействия проектировщиков.

Разработана и реализована многоуровневая структура представления инженерных знаний в области автоматизированного схемотехнического проектирования с применением онтологического подхода.

Предложен способ автоматизированного проектирования функциональных и принципиальных схем с использованием подсистемы PortalCAD, отличающийся применением семантических моделей предметной области.

Разработаны и реализованы информационные структуры, обеспечивающие управление процессом проектирования и проектными документами. Предложенные структуры обеспечивают расширяемость системы и быструю замену информационных компонентов PortalCAD. Разработанные информационные компоненты могут быть адаптированы к другим предметным областям САПР с минимальными затратами.

Разработанная подсистема PortalCAD внедрена в учебный процесс для обеспечения дисциплин учебного плана подготовки магистров по направлению «Информатика и вычислительная техника» и инженеров по специальности «Системы автоматизации проектирования».

Список опубликованных работ по теме диссертации

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК России:

Аль Касасбех, З. Организация коллективной работы проектировщиков на основе портала знаний [Текст] / Горячев А.В., Аль Касасбех, З. // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ», Сер. «Информатика, управление и компьютерные технологии».- 2006.- № 2 - C. 28-30.

Аль Касасбех, З. Использование портала знаний для организации документооборота в САПР [Текст] / Аль Касасбех, З. // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ», Сер. «Информатика, управление и компьютерные технологии».- 2006.- № 3 - C. 56-60.

Другие статьи и материалы конференций:

Аль Касасбех, З. Применение портала знаний для коллективной работы над проектом. [Текст] / Горячев А.В., Аль Касасбех, З. // Материалы междунар. конф. современных технологий обучения 2006: Сб. докл. конф.: г. С-Петерб., апр. 2006 г.- Том 1.-СПб.: Изд-во СПбГЭТУ.-2006. - С.76-78.

Аль Касасбех, З. Применение портала знаний для организации процесса автоматизированного проектирования. [Текст] / А.В. Горячев, З. Аль Касасбех. // СПб.: Сборник докладов международная конференция по мягким вычислениям и измерениям, 27-29 июня 2006, СПб. Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2006, т.2, с. 91-94.

З. Аль Касасбех, З. Поддержка документообмена САПР с помощью портальных решений. [Текст] / Аль Касасбех, З. СПб.: Сборник докладов международная конференция по мягким вычислениям и измерениям, 27-29 июня 2006, СПб. Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2006, т.2, с. 99-101.

Аль Касасбех, З. Инструментальные средства поддержки документообмена в САПР экологических технологий [Текст] / Аль Касасбех, З. // Материалы междунар. конф. Приборостроение в экологии и безопасности человека, 31 января - 02 февраля 2007, ГУАП, 2007, с. 143-145.

Аль Касасбех, З. Архитектура подсистемы коллективного взаимодействия в САПР. [Текст]. / А.В. Горячев, З. Аль Касасбех, Г.Д. Дмитревич. // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ»,- 2009. - №. 6 2009 с.17-20.

Размещено на Allbest.ru