Стандарты виртуального мира

Наш реальный мир построен из протонов, нейтронов, электронов и некоторых других второстепенных частиц, составляющих химические элементы, на которые существует периодическая таблица элементов Д.И. Менделеева. Получается довольно однородная среда, обеспечивающая единство мира физической реальности.

Таким же образом строится и виртуальный мир. Стандарты, которые используются для его построения, можно разделить на следующие группы:

· информационные стандарты;

· коммуникационные стандарты;

· функциональные стандарты.

Рассмотрим подробнее эти группы. Для начала упомянем, что существует разница между стандартом и реализацией стандарта. Например, стандарт IGES (Initial Graphics Exchange Specification – Базовая Спецификация Графического Обмена) – это большая книга, описывающая формат и структуру обменного файла IGES, а реализации стандарта IGES – это десятки (или сотни) конкретных программ, способных читать и записывать файлы формата IGES.

Информационные стандарты

Однородность материала, из которого построен виртуальный мир, является залогом того, что любая модель, созданная в виртуальном мире, может в нем существовать и беспрепятственно перемещаться так, чтобы в любом месте быть принятой и верно интерпретированной. Эта однородность обеспечивается применением единого способа представления данных.

Способ представления данных о промышленных изделиях и их производстве описан в стандартах ISO 10303 (STEP), ISO 13584 (P-LIB), ISO 15531 (MANDATE), ISO 14959 (Parametrics), которые объединены в единую группу с общим языком описания данных Express и общей методологией представления, хранения и передачи данных.

Другая группа информационных стандартов, неразрывно связанная и совместимая с предыдущей, – это стандарты ISO 8879 (SGML) и EDIFACT.

Стандарт STEP (STandard for the Exchange of Product data)интегрирует понятия в предметной области «промышленное производство продукции», т. е. представляет единую информационную модель этих понятий в виде, формализованном на уровне спецификаций объектно-ориентированного языка Express. Такая структура представления знаний моделируется по иерархии типов данных с механизмом наследования общих свойств. STEP обеспечивает единое представление информации модели изделия в форме группы интегрированных ресурсов (описаний и структуры), которые вместе поддерживают полное и однозначное определение изделия.

Достоинством стандарта STEP является наличие формального определения предметной области средствами языка Express. Компиляция облегчает обработку определения предметной области и позволяет выделить то подмножество, которое необходимо конкретному пользователю.

Назначение стандарта Part Library в первом томе документации по P-LIB определяется так: «Серии ISO 13584 дают описание «библиотеки изделий» вместе с необходимыми механизмами и определениями, обеспечивающими обмен, использование и корректировку данных об изделии. Стандарт определяет архитектуру интеллектуальной системы, обеспечивающей обмен данными об изделии между различными компьютерными системами и средами, связанными с полным жизненным циклом продукта». Такая система предусматривает преобразование геометрических моделей деталей из различных форм (wireframe, B-rep и др.) в форму, в которой конструктор разрабатывает сборку из этих деталей (например, CSG).

Однако не стоит обольщаться! Вспомним, что стандарты и реализация стандарта – не одно и то же. Стандарт P-LIB только предусматривает преобразование, регламентируя некоторые особенности его выполнения. Выполнять преобразование будет конкретная реализация стандарта P-LIB, которую нужно еще разработать или купить.

СтандартMANDATE(обмен производственными данными), предназначенный для описания производства, определяет общее представление всей информации о производстве. В терминах ISO производство понимается как упорядоченное движение товара через весь промышленный цикл от снабжения ресурсами до поставки готовых изделий. В MANDATE входят следующие типы производственной информации:

· пропускная способность предприятия;

· прогноз выпуска продукции;

· планирование и управление заказами, ресурсами, запасами, качеством, финансами производства.

Стандарт Parametrics (иначе PAREX – Parametric Representation and Exchange – описание параметризованной модели и представление знаний об изделии). Широкое применение параметрического конструирования в современных CAD-системах делает проблему параметризации настолько актуальной, что в наше время CAD-система, не поддерживающая параметрического моделирования, уже не может считаться полноценной. С другой стороны, методы параметрического моделирования во всех системах схожи, а часто и инструмент применяется один и тот же. Из всего этого следует, что стандартизация описания параметрических моделей представляет собой не только актуальную, но и решаемую задачу. Разработка такого международного стандарта началась в нынешнем году.

Ясно, что та роль, которая в системе CALS отводится стандартам представления данных, обуславливает и очень высокие требования к ним. Стандарт ISO 10303 STEP, за которым стоит двадцатилетний опыт генерации, обработки, передачи и интерпретации данных в CAD-системах, стандарты IGES, DXF и другие,несомненно, способны удовлетворить эти требования.

Standard Generalized Markup Language (SGML) предназначен для представления документов вместе с их логической структурой. Большая роль стандартизации представления документов обусловлена тем, что, по различным оценкам, 90% информации содержится не в базах данных, а в документах. Позволяя строить иерархические модели для каждого типа документов, SGML поддерживает различные структуры документов для различных категорий технической информации: информационные бюллетени, технические руководства, каталоги изделий, отчеты и др. Кроме того, в описании документов по стандарту SGML содержится информация об авторах, процедурах доступа к различным структурным частям документа и стиле его представления.

EDIFACT (Electronic Data Interchange for Administration, Commerce and Transport – Электронный обмен данными в управлении, в торговле и на транспорте) – это набор стандартов компьютерного обмена счетов, накладных, заказов и других финансовых и деловых документов.

Функциональные стандарты

Обратимся к истории. В первые годы после появления систем автоматизированного проектирования (САПР) существовало два различных подхода к их дальнейшему развитию.

Первый подход назовем условно «АРМовским». Его сторонники направляли свои усилия на повышение интеллектуального уровня САПР. Они предлагали создать такие компьютерные программы, которые позволят сделать процесс проектирования изделий автоматическим, когда конструктор, проектируя изделие, будет только вводить исходные данные и выбирать конкретные варианты решений из предлагаемого компьютером меню. Основная часть работ по реализации этого подхода состояла в том, чтобы формально описать процесс проектирования различных изделий и реализовать описанный процесс алгоритмически.

Другой подход назовем, также условно, «CADовским». Усилия сторонников этого подхода направлялись на усовершенствование инструментов, используемых для создания модели изделия и для манипуляций с созданной моделью. При этом и процесс создания модели и процесс манипуляции с созданной моделью должен был вестись вручную. Выигрыш от применения компьютера в этом случае обуславливался бы следующими факторами:

· разнообразием вариантов модели изделия, в том числе промежуточных, позволяющее выбирать наиболее приемлемый вариант, а в случае обнаружения ошибки вернуться к более ранним;

· возможностью создания трехмерных моделей;

· возможностью автоматизировать подготовку данных для некоторых особо трудоемких работ, а также выполнение самих этих работ. Готовить данные, а тем более выполнять вручную такие работы, как прочностные расчеты и подготовка программ для оборудования с ЧПУ, очень сложно, а часто практически невозможно.

Реализация «CADовского» подхода давала видимый эффект. К примеру, не очень мощный по сегодняшним меркам компьютер VAX-11 или ЕС-1060 мог за ночь рассчитать то, на что при ручных методах ушли бы годы. За час с помощью компьютера можно было безошибочно подготовить сетку для расчета по методу конечных элементов. Ручная подготовка сетки требовала нескольких недель, и в ней, как правило, были ошибки.

Давала эффект и реализация «АРМовского» подхода. Если опытный конструктор разрабатывал нервюру (элемент силовой схемы крыла самолета) за неделю, то с помощью компьютера это можно было сделать меньше чем за час. Правда, для создания необходимых компьютерных программ требовалось несколько лет труда коллектива разработчиков.

Нетрудно догадаться, какой из подходов одержал верх в условиях, когда миром правят волчьи законы рынка. Увы, в борьбе между эффектностью и эффективностью сторонники прекрасной идеи освободить инженера от рутинного труда потерпели поражение. Но их дело не пропало.

Оно воплотилось в функциональные стандарты. В попытках формально описать процесс разработки самых различных изделий и автоматизировать процесс разработки был накоплен огромный опыт. Этот опыт и был использован при создании функциональных стандартов.

А теперь несколько слов о самих функциональных стандартах.

Методология IDEF0[1] может пригодиться на всех этапах жизненного цикла системы, но основной сферой ее применения является предпроектное обследование и анализ системы. Модель IDEF0 обеспечивает обмен информацией о рассматриваемом объекте на языке, понятном не только аналитику и разработчику систем, но и специалисту предметной области, пользователю, руководителю. Эта методология включает в себя метод IDEF0, а также методы и процедуры, его поддерживающие.

Методологию IDEF0 можно использовать как для определения требований и функций на начальных этапах проектирования автоматизированных систем, так и при разработке рабочих проектов систем, специфицированных с ее помощью. Она позволяет повысить производительность и уменьшить вероятность ошибок при анализе систем.

В основе IDEF0 лежат следующие концепции:

· графическое представление модели в виде иерархии блок-схем, обеспечивающее компактность информации;

· максимальная коммуникативность, т. е. доступность для понимания широким кругом специалистов;

· строгость и точность, обеспечивающие качество модели;

· пошаговые процедуры, обеспечивающие эффективность разработки модели, ее просмотра и объединения.

Основной принцип, заложенный в функциональное моделирование систем, состоит в их пошаговой нисходящей декомпозиции до уровня, необходимого для целей моделирования. Каждый шаг декомпозиции соответствует некоторому уровню абстрактности представления системы. Язык спецификации функциональной модели представляет собой набор графических знаков, помеченных предложениями на естественном языке, и правил их применения. Функциональная модель системы – это набор графических диаграмм на языке функционального моделирования (ЯФМ), описывающих систему на одном или нескольких уровнях абстрагирования.

Коммуникационые, или технические стандарты

Технические стандарты предлагают общий набор правил для цифрового обмена информацией.

В качестве примера технических стандартов можно назвать – ISO 9660 и MIL-STD-1840B, описывающие способ представления информации при использовании CD-ROM.

В этом представлении CALS – это мир виртуальной реальности, и следовательно, все те инструменты, которые поддерживают создание и существование виртуального мира, имеют к CALS самое прямое отношение.

Литература

1. Дмитров В. И. О развитии CALS-технологий в России. Автоматизация проектирования, 1996, № 1, с 22.

2. Климов В. Е., Клишин В. В. Реинжиниринг процессов проектирования и производства. Автоматизация проектирования, 1996, № 1, с 25.

3. Саркисян С. А., Ахундов В. М., Минаев Э. С. Большие технические системы. Анализ и прогноз развития. М., «Наука», 1977, стр. 350.

4. ГОСТ 15.000-82 Система разработки и постановки продукции на производство. Общие положения.

5. ГОСТ 15.001-73 Система разработки и постановки продукции на производство. Разработка и постановка продукции на производство. Основные положения.

6. ГОСТ 2.103-68 ЕСКД Стадии разработки.

7. ГОСТ 2.118-73 ЕСКД Техническое предложение.

8. ГОСТ 2.119-73 ЕСКД Эскизный проект.

9. ГОСТ 2.120-73 ЕСКД Технический проект.

10. ГОСТ 2.109-73 ЕСКД Основные требования к чертежам.

11. ГОСТ 3.1102-81 ЕСТД Стадии разработки и виды документов.

12. ГОСТ 14.301-83 ЕСТПП Общие правила разработки технологических процессов.

13. С. М. Егер, Н. К. Лисейцев. О. С. Самойлович. Основы автоматизированного проектирования самолетов. М. Машиностроение, 1986.

14. О. В. Чекалин Идеология легких CAD/CAM-систем Автоматизация проектирования, 1996, № 1, с 37.

[1] На настоящий момент IDEF0 – основной стандарт моделирования бизнес-процессов, источником которого стали военные разработки для ВВС США в 1970-х годах, а именно предложенная Дугласом Россом (Douglas Ross) методология структурного анализа SADT (Structured Analysis and Design Technique). Основная идея IDEF0 - построение древовидной функциональной модели деятельности, предусматривающей переход от общего к частному (декомпозиция).