Создание единой управляемой среды проектирования в комплексной САПР корпусной мебели
В настоящее время автоматизация проектирования изделий корпусной мебели на российских предприятиях осуществляется главным образом с помощью специализированных САПР отечественной разработки: БАЗИС («Базис-Центр», г.Коломна), «bCAD Мебель» («ПроПро Группа», г.Новосибирск), «К3-Мебель» («ГеоС», г.Нижний Новгород) и др. Данные системы разрабатывались в расчете на реализацию процесса проектирования, предполагающего в дальнейшем выход либо на традиционное серийное, либо на традиционное позаказное производство. При этом этапы проектирования, реализуемые ими, представляются как обособленная часть общего жизненного цикла изделий (ЖЦИ).
Переход к позаказному промышленному производству корпусной мебели обусловливает необходимость пересмотра сложившейся (традиционной) парадигмы проектирования и, в частности, требует внедрения индустриальных методов проектирования. Это прежде всего означает эффективное использование комплексной САПР корпусной мебели, предполагающее выполнение с ее помощью параллельного проектирования в рамках конструкторского отдела мебельного предприятия или специализированного конструкторскотехнологического бюро. В то же время существующие САПР корпусной мебели, как и большинство среднемасштабных специализированных систем, изначально не рассчитаны на коллективную работу и реализуют идеологию «индивидуального» проектирования.
В комплексных САПР, обеспечивающих мультипроектный режим работ, можно выделить следующие три уровня параллельности:
- одновременное выполнение нескольких проектов;
- одновременное выполнение ряда проектных процедур одного и того же проекта;
- параллельная обработка различных частей одного и того же проекта.
Недостаточное информационное наполнение геометрических моделей, используемых в распространенных САПР корпусной мебели, является одним из основных препятствий для реализации современной методологии параллельного (совмещенного) проектирования. В отличие от традиционного последовательного подхода, данная методология позволяет сократить как общее время, затрачиваемое на разработку проекта, так и количество совершаемых при этом субъективных ошибок — за счет раннего (в некоторых случаях — одновременного) начала проектных процедур, относящихся к различным этапам ЖЦИ. Раннее рассмотрение задач, которые предстоит выполнять на более поздних этапах ЖЦИ, способствует выработке продуманных и обоснованных проектных решений за счет тщательного анализа возможных альтернатив (рис. 1).
Рис. 1. Сокращение времени разработки проекта при последовательно-параллельном проектировании
Методология параллельного (последовательно-параллельного) проектирования предполагает наличие распределенной управляемой среды разработки проектов, построенной, как правило, в виде совокупности объединенных в сеть автоматизированных рабочих мест (АРМ), осуществляющих доступ к общей базе проектов. Наличие общей информационной базы, представленной объектной структурно-атрибутивной моделью (ОСАМ), предъявляет повышенные требования к обеспечению защиты от несанкционированного доступа к проектным данным, а также к соблюдению регламентированных информационных обменов между проектирующими подсистемами САПР.
В комплексной САПР обработка каждого проекта организуется по принципу последовательнопараллельного информационного конвейера, обрабатывающими элементами которого являются программы (программные модули), образующие технологический маршрут проектирования и реализующие проектные процедуры, а обрабатываемыми объектами — фрагменты (узлы, блоки, детали), полученные в результате декомпозиции объекта проектирования. В условиях организации мультипроектного режима работ формируется множество конвейеров проектирования, составляющих рабочую среду проектирования. Таким образом, актуальной задачей является разработка инвариантных средств управления единой управляемой среды проектирования, в рамках которой реализуется мультипроектный (коллективный) режим работы.
В условиях использования проектных процедур различной производительности в составе конвейера проектирования целесообразно применять асинхронный режим его работы. Для этого предполагается использование централизованного хранилища проектных решений — центральной информационной системы САПР.
Традиционно функции управления в САПР выполняет мониторная система. Она является обслуживающей подсистемой САПР, предназначенной для организации и оптимизации управления процессом автоматизированного проектирования. Поскольку предполагается централизованное управление рабочей средой проектирования, в качестве концептуальной модели системы управления можно определить логическую звездообразную структуру, в центре которой размещается центральная мониторная система (ЦМС), а каждый из лучей представляет собой локальную систему соответствующего типа. Выделяют подсистемы следующих типов: локальная мониторная система (ЛМС), центральная информационная система (ЦИС) и центральный архив проектов САПР.
В единой управляемой среде проектирования информационные обмены между проектными процедурами осуществляются через центральные мониторную и информационную системы в соответствии со следующей схемой:
ППk→ЛМСk→ЦМС→ЦИС (передача проектного решения),
ПП1←ЛМС1←ЦМС←ЦИС (прием проектного решения),
где ППk — проектная процедура, передающая проектное решение, ЛМСk — локальная мониторная система ППk, ПП1 — проектная процедура, принимающая проектное решение, ЛМС1 — локальная мониторная система ПП1.
В общем случае частота подобных обменов проектными решениями невелика, поэтому накладные расходы по их реализации не должны быть критическими. В то же время использование предложенной схемы обменов позволяет применить общий концептуальный подход к организации управления в распределенной среде проектирования.
В качестве математического представления модели проекта, реализуемого в единой управляемой среде проектирования САПР, можно выбрать конечный гиперграф H = (V,E), где V — конечное множество вершин v1, ассоциированных с фрагментами проекта в различных аспектах; E = {Ei | Ei ≠ Ø; 
} —
семейство непустых подмножеств множества V, называемых гиперребрами, объединение которых составляет всё множество V. Топология гиперграфа может быть задана с помощью матрицы инцидентности R=||rji||,
где 
Представление проекта в виде гиперграфа H = (V,E) соответствует базовым принципам проектирования, в частности блочно-иерархическому подходу (БИП) к проектированию.
В качестве объекта планирования и управления в комплексной САПР используется проектная процедура. Информационно связанные проектные процедуры образуют асинхронный конвейер проектирования (рис. 2). Математически его можно описать орграфом G(V,D), вершины V которого ассоциированы с проектными процедурами технологического маршрута, а дуги (направленные ребра) D — с информационными связями между этими процедурами.
Рис. 2. Пример последовательно-параллельного асинхронного конвейера проектирования
Для целей управления выполняют процедуру суперпозиции S(H,G) указанных моделей и временного (календарного) графика работ T(P), результатом которой является обобщенная информационная модель процесса проектирования M(H,G,T). Каждая проектная процедура, представленная в этой модели, в любой момент процесса проектирования находится в одном из следующих рабочих состояний: пассивное (Р), ожидания (W), выполнения (E), приостановленное (S), локально завершена (CL), глобально завершена (CG).
Сразу после генерации рабочей модели (0) проектные процедуры находятся либо в состоянии P (если они не имеют входных ссылок, то есть являются начальными процедурами маршрута), либо в состоянии W (если им на вход не поступило проектное решение от предшествующей по маршруту проектной процедуры). В дальнейшем важные с точки зрения управления события в системе могут привести к смене рабочего состояния проектной процедуры. Эти события (передача, прием, удаление или замена проектного решения в ЦИС, откат в технологическом маршруте) контролируются ЦМС, которая обновляет состояние рабочей модели. Соответствующая диаграмма состояний проектной процедуры представлена на рис. 3.
Рис. 3. Диаграмма состояний проектной процедуры и семантика переходов
Используя динамическую рабочую модель процесса проектирования, руководитель проекта с помощью средств ЦМС может осуществлять мониторинг и контроль состояния проекта. Эта же модель используется ЦМС для рассылки уведомлений ответственным исполнителям проектных процедур; при этом часть уведомлений рассылается автоматически после того, как в среде проектирования происходят важные события (например, проектная процедура сформировала проектное решение и осуществила его передачу в ЦИС). Таким образом, модель M(H,G,T) выступает как важнейший элемент механизма синхронизации при выполнении проектных работ в мультипроектном режиме. Кроме того, данный механизм включает высокоуровневый синхронный протокол обмена проектными решениями между ЦМС и ЦИС в комплексной САПР.
Для организации передачи завершенных проектных решений в архивную подсистему САПР также разработан высокоуровневый протокол. С его помощью реализуется проект из ЦИС и постановка его на учет в центральном архиве. Он же предусматривает пересылку уведомления в ЦМС для перевода проектных процедур рабочей модели процесса проектирования в состояние «Глобально завершена», удаления информации о данном проекте из журнала учета идентификаторов проектов.
Представленные модели, методы и средства построения единой среды проектирования являются инвариантными по отношению к объектам проектирования, методологии проектирования (нисходящей, восходящей, смешанной), реализуемым проектным процедурам. Их целесообразно использовать при построении единой управляемой среды проектирования в рамках дальнейшего совершенствования существующих САПР корпусной мебели.
