Назначение, принципы создания, структура и классификация САПР

При синтезе  алгоритма упорядочения входом алгоритма, представленного в виде «черного ящика», является множество элементов  любой природы, каждому из которых  поставлено в соответствие некоторое  число-ключ. Выходом алгоритма служит множество, отсортированное по увеличению (уменьшению) ключа. Особые условия  и ограничения могут требовать, например, чтобы алгоритм упорядочения сохранял работоспособность в тех  случаях, когда областью определения  ключа являются натуральные, целые, действительные числа.

Задача структурного синтеза проектных решений, с  точки зрения возможности формализации, относится к числу наиболее сложных. Это связано с тем, что с  одной стороны, свойства синтезируемого объекта зависит от большого числа  зачастую случайных, противоречивых, но не до конца исследованных, факторов. Эта причина имеет объективный  характер. С другой стороны, при решении  задачи синтеза часто приходится выбирать вариант из множества очень  большой конечной или даже счетной  мощности. При проектировании функциональных схем блоков радиоэлектронной аппаратуры существует бесчисленное множество  вариантов, различающихся количеством  элементов, типами элементов, способами  их взаимосвязи. Кроме того, если задача синтеза поставлена в терминах некоторой  формальной системы, то для реализации такого выбора необходимо решить задачу очень высокой размерности. Например, решить задачу дискретной оптимизации  на множестве, состоящем из большого числа элементов. При этом могут  потребоваться такие вычислительные мощности, которые превосходят возможности  современных компьютеров.

Большая размерность  задач синтеза технических объектов делает целесообразным применение блочно-иерархического подхода, при котором весь процесс  синтеза объекта разбивается  на совокупность взаимосвязанных иерархических  уровней. Это значит, что синтезируется  не весь объект в целом, а на каждом иерархическом уровне синтезируются  определенные подсистемы, уровень детализации  которых соответствует принятому  способу декомпозиции системы на подсистемы. Такой подход существенно  упрощает решение задачи синтеза.

 

34. Модели жизненного цикла ПО

В основе деятельности по созданию и использованию ПО лежит понятие жизненного цикла (ЖЦ). ЖЦ является моделью создания и использования ПО, отражающей его различные состояния, начиная с момента возникновения необходимости в данном программном изделии и заканчивая моментом его полного выхода из употребления у всех пользователей.

Стандарт  ISO не предполагает конкретную модель ЖЦ и методы разработки ПО.

Под моделью ЖЦ понимается структура, определяющая последовательность выполнения их взаимосвязей, процессов, действий и задач на протяжении ЖЦ. Наибольшее распространение получили каскадная модель и спиральная.

Традиционно выделяют следующие основные этапы  ЖЦ ПО:

• анализ требований,
• проектирование,
• кодирование (программирование)
• тестирование и отладка,
• эксплуатация и сопровождение.

ЖЦ образуется в соответствии с принципом нисходящего  проектирования и, как правило носит итерационный характер: реализованные этапы, начиная с самых ранних, циклически повторяются в соответствии с изменениями требований и внешних условий, введением ограничений и т.п. На каждом этапе ЖЦ порождается определенный набор документов и технических решений, при этом для каждого этапа исходными являются документы и решения, полученные на предыдущем этапе. Каждый этап завершается верификацией порожденных документов и решений с целью проверки их соответствия исходным.

Модели ЖЦ

1. Каскадная модель (70-80 г.г.) - предполагает переход на следующий этап после полного окончания работ по предыдущему этапу.
2. Поэтапная модель с промежуточным контролем (80-85г. г.) - итерационная модель разработки ПО с циклами обратной связи между этапами. Преимущество такой модели заключается в том, что межэтапные корректировки обеспечивают меньшую трудоемкость по сравнению с каскадной моделью; однако, время жизни каждого из этапов растягивается на весь период разработки.
3. Спиральная модель (86-90г.г.) - делает упор на начальные этапы ЖЦ: анализ требований, проектирование спецификаций, предварительное и детальное проектирование. На этих этапах проверяется и обосновывается реализуемость технических решений путем создания прототипов. Каждый виток спирали соответствует поэтапной модели создания фрагмента или версии программного изделия на нем уточняются цели и характеристики проекта, определяется его качество, планируются работы следующего витка спирали. Таким образом углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта и в результате выбирается обоснованный вариант, который доводится до реализации.

Каскадная модель.

Основная проблема - существенное запаздывание с получением результатов. Для преодоления данных проблем предложена спиральная модель.

Спиральная модель.

Основная проблема - спирального цикла определение момента перехода на следующий этап. Для ее решения необходимо ввести временные ограничения на каждый из этапов ЖЦ.

Специалистами отмечаются следующие  преимущества спиральной модели:

• накопление и повторное использование программных средств, моделей и прототипов;
• ориентация на развитие и модификацию ПО в процессе его проектирования;
• анализ риска и издержек в процессе проектирования.

 

35. Концепция CALS

В условиях постоянного  и значительного усложнения инженерно - технических проектов, программ разработки новой продукции и роста наукоемкости изделий конкурентоспособными окажутся предприятия, достигшие совершенства в управлении бизнесом, обладающие отлаженными процессами проектирования, производства, поставки и поддержки продукта, ориентированные на функционирование в условиях быстроменяющейся экономической ситуации и способные мгновенно реагировать на возникающие новые запросы рынка.

Такая цель не может быть достигнута частными, постепенными изменениями традиционных методов  работы и точечным внедрением средств  автоматизации. Предприятия должны провести кардинальное реформирование в сфере управления, опираясь на высокотехнологичные, положительно зарекомендовавшие  себя стратегии организации современного бизнеса. Такой стратегией, принятой в настоящее время в качестве международного стандарта, является CALS.

CALS (Continuous Acquisition and Life Cycle Support) - непрерывная информационная поддержка жизненного цикла изделия или продукта.

Это стратегия  повышения эффективности, производительности и рентабельности процессов хозяйственной  деятельности предприятий за счет внедрения  современных методов информационного  взаимодействия участников ЖЦ продукта.

Жизненный цикл продукта, как его определяет стандарт ISO 9004-1, — это совокупность процессов, выполняемых от момента выявления потребностей общества в определенной продукции до момента удовлетворения этих потребностей и утилизации продукта. Основные стадии жизненного цикла показаны далее на рисунках.

Процесс - это совокупность взаимосвязанных ресурсов и деятельности, которая преобразует входящие элементы в выходящие. Ресурсами являются персонал, средства обслуживания, оборудование, технология, методология.

ЖЦ продукта присуще большое разнообразие процессов. Наиболее известные: производственный процесс, процесс проектирования, процесс  закупок. Каждый из этих процессов, в  свою очередь, состоит из технологических процессов и организационно -деловых процессов. Под технологическим процессом понимается часть производственного (или другого процесса), содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) последующему определению состояния предмета труда. Под организационно-деловыми процессами понимаются процессы, связанные с взаимодействием людей (подразделений, организаций). Все процессы ЖЦ взаимосвязаны (см. рис.1).

Для общей  характеристики этих процессов используется понятие «бизнес-процесс».

Бизнес-процесс - совокупность технологических и организационно - деловых процессов, выполняемая целенаправленно в рамках заранее заданной организационной структуры.

Бизнес-процессы могут быть разного масштаба: масштаба предприятия (в него вовлечены работники нескольких подразделений, например, снабжающих предприятие материалами и комплектующими), внутрицеховые, внутрилабораторные (например, изготовить деталь). Внутри одного бизнес- процесса часть составляющих его технологических и организационно-деловых процессов может быть организована в отдельный вложенный бизнес-процесс меньшего масштаба. Отдельные технологические и организационно-деловые процессы могут раскладываться на операции (законченные части процесса, выполняемые на одном рабочем месте - выписать накладную, составить договор), которые в свою очередь делятся на переходы (законченные части операции, выполняемые одними и теми же средствами - позвонить, записать, фрезеровать).

Рис.1. Жизненный  цикл продукта как взаимосвязь процессов

Целью применения CALS-технологий, как инструмента организации и информационной поддержки всех участников создания, производства и пользования продуктом, является повышение эффективности их деятельности за счет ускорения процессов исследования и разработки продукции, придания изделию новых свойств, сокращения издержек в процессах производства и эксплуатации продукции, повышения уровня сервиса в процессах ее эксплуатации и технического обслуживания.

Предметом CALS являются технологии информационной интеграции, то есть совместного использования и обмена информацией об изделии (продукте), среде и процессах, выполняемых в ходе жизненного цикла продукта.

Основой CALS является использование комплекса единых информационных моделей, стандартизация способов доступа к информации и ее корректной интерпретации, обеспечение безопасности информации, юридические вопросы совместного использования информации (в том числе интеллектуальной собственности), использование на различных этапах ЖЦ автоматизированных программных систем (CAD/CAM/CAE, MRP/ERP, PDM и др.), позволяющих производить и обмениваться информацией в формате CALS. Иногда термин CALS, отождествляется с различными АСУ и компьютерными технологиями вообще. CALS, в отличие от ИАСУ и АСУП, охватывает все стадии ЖЦ (см. рис.3). CALS

Рис.3. Позиционирование АСУП,ИАСУ и CALS-систем внутри жизненного цикла продукта

1. Маркетинг и изучение рынка
2. Проектирование и разработка продукции
3. Планирование и разработка процессов
4. Закупки
5. Производство
6. Упаковка и хранение
7. Реализация
8. Установка и ввод в эксплуатацию
9. Техническая помощь и обслуживание
10. Эксплуатация или потребление
11. Утилизация

Информационное  взаимодействие субъектов, участвующих  в поддержке ЖЦ, должно осуществляться в едином информационном пространстве (ЕИП). Для разрушения коммуникационных барьеров и реализации концепции CALS необходимо создать ЕИП для всех участников ЖЦ изделия (в том числе и для эксплуатационников). ЕИП должно:

• аккумулировать всю информацию об изделии;
• быть единственным источником данных о нем (прямой обмен данными между участниками ЖЦ исключен);
• формироваться на основе международных, государственных и отраслевых стандартов.

ЕИП создается  с помощью программно-аппаратных средств, уже имеющихся у участников ЖЦ. В условиях отечественного производства лучше организовывать ЕИП в два  этапа:

I этап - автоматизация отдельных процессов ЖЦ изделия и представление данных на них в электронном виде;

II этап - интеграция автоматизированных процессов и относящихся к ним данных.

ЕИП может  быть создано для структур разного  уровня: от отдельного подразделения  до предприятия или корпорации.

В основе концепции  ЕИП лежит использование открытых архитектур, международных стандартов и апробированных коммерческих продуктов  обмена данными. Стандартизации подлежат форматы представления данных, методы доступа к данным и их корректной интерпретации. Стандарты являются основным строительным блоком CALS.

 

36. Задачи, решаемые при  помощи CALS-технологий

Моделирование жизненного цикла продукта и выполняемых бизнес- процессов. Это первый и очень существенный шаг к повышению эффективности организационной структуры, поддерживающей одну или несколько стадий ЖЦ продукта, -моделирование и анализ ее функционирования.

Цель бизнес-анализа - выявить существующее взаимодействие между составными частями и оценить его рациональность и эффективность. Для этого с использованием CALS-технологий разрабатываются функциональные модели, содержащие детальное описание выполняемых процессов в их взаимосвязи. Формат описания регламентирован CALS-стандартами IDEF и ISO 10303 AP208. Полученная функциональная модель не только является детальным описанием выполняемых процессов, но также позволяет решать целый ряд задач, связанных с оптимизацией, оценкой и распределением затрат, оценкой функциональной производительности, загрузки и сбалансированности составных частей, то есть вопросов анализа и реинжиниринга бизнес-процессов.

Проектирование и производство изделия. Совместное, кооперативное проектирование и производство изделия может быть эффективным в случае, если оно базируется на основе единой информационной модели изделия (электронной модели изделия).