Информационные базы САПР ТП

База данных — совокупность данных, организованных по определенным правилам, предусматривающим общие принципы описания, хранения и манипулирования данными. База данным включает упорядоченные данные, необходимые для решения комплекса задач САПР ТП, а также вспомогательные данные, использующиеся для управления внутри базы. Различают фактографические и документальные базы данных. Фактографическая база данных — совокупность данных, предназначенных для совместной го использования, например, каталог параметров режущего инструмента, таблицы режимов резания и норм вспомогательного времени и т.д.

Документальная база данных — совокупность текстовых документов, содержащих известные проектные решения или их фрагменты (например, библиотека ТП-аналогов), а также другую текстовую информацию, необходимую для формирования проектных решений.

На логическом уровне, в представлении пользователя, фрагмент базы данных можно изобразить в простейшем случае как прямоугольную таблицу (рис. 3.2). Под сущностью понимают множество однотипных объектов (предметов) реального мира. Например, множества спиральных сверл, токарно-винторезных станков, режимов резания при заданном методе обработки и т.д. Сущность характеризуется свойствами (атрибутами). Для спиральных сверл, например, атрибутами являются диаметр, длина режущей части, угол подъема винтовой канавки, номер конуса Морзе, углы заточки и т.д.

Конкретному экземпляру сущности (первый столбец) соответствует определенный набор (кортеж) значений атрибутов. Атрибуты могут быть представлены переменными различных типов. Пересечение строки и столбца, в котором размещают значение конкретного атрибута конкретного объекта, называют полем. При создании базы данных для размещения каждого атрибута отводят поле, соответствующее типу и ожидаемому предельно­му значению используемой переменной размера (формата). Стро­ку, включающую наименование экземпляра сущности и кортеж значений его атрибутов, называют записью в базе данных. Факто­графическая база данных — совокупность записей об экземплярах сущностей, характеризуемых заданными атрибутами.

Рис. 3.2. Фрагмент базы данных на логическом уровне (в представлении пользователя)

Задав конкретную сущность, в базе данных можно определить полный набор соответствующих ей значений атрибутов. Задав кон­кретные значения атрибутов, можно определить (идентифициро­вать) конкретный экземпляр сущности. Атрибуты, однозначно идентифицирующие экземпляр сущности, называют возможными ключами. Для спиральных сверл, например, это стандарт, диаметр, длина режущей части.

Базы данных содержат множество сведений, хранящихся в систе­ме и удовлетворяющих фиксированной совокупности форматов. Дан­ные из баз предназначены для совместного (ассоциативного) ис­пользования. Список необходимых баз данных формируют по мере разработки системы и окончательно составляют по ее завершении.

Состав баз данных определяют с учетом характеристик объек­тов проектирования, характеристик процесса проектирования (стандартных проектных операций и процедур, типовых проект­ных решений, описаний технологических операций с вариантами их реализаций, характеристик рабочих мест, средств технологи­ческого оснащения и т.д.), действующей нормативно-справочной информации.

При построении баз данных соблюдают принцип информаци­онного единства: используют термины, символы, условные обо­значения, проблемно-ориентированные языки и другие способы представления информации, принятые в САПР ТП.

Единицы физических величин, хранящихся в базах данных, должны соответствовать требованиям стандартов.

В качестве основных логических структур баз данных используют иерархическую, сетевую, реляционную и смешанную (различные сочетания перечисленных ранее) структуры.

Содержание, структура и организация использования баз данных должны обеспечивать объединение любого числа баз данных любого объема, допускающее совместное использование общих данных различными подсистемами САПР ТП для разных задача возможность наращивания баз данных; минимальное время их обработки; минимальную избыточность данных; их достоверность, непротиворечивость и актуальность; минимальный объем памяти компьютера для хранения данных; защиту и регулирование возможности доступа к базам данных; их многократное использование.

Физической называют базу данных в том виде, как она хранится в запоминающем устройстве компьютера.

По уровню доступности и коллективности использования различают личные, коллективного и общего пользования базы данных. Личные базы данных обслуживают одного пользователя и содержат его личную информацию. Такие базы применяют, например, в АРМ, в особенности при их специализации.

База данных коллективного пользования обеспечивает одновре­менную работу с ней нескольких прикладных программ или пользователей.

База данных общего пользования доступна всем пользователям САПР ТП.

Система управления базой данных (СУБД) — совокупность программ и языковых средств, предназначенных для управления данными в базе, ведения базы данных и обеспечения ее взаимо­действия с прикладными программами (ГОСТ 20886—85 «Орга­низация данных в системах обработки данных. Термины и опре­деления»). СУБД регулирует механизм доступа к данным, сохра­няет данные от уничтожения, создает новые или аннулирует ненужные связи, регулирует временные параметры процессов выборки в зависимости от заявок и их приоритетов, машинных ресурсов и т.д.

В автоматизированных системах поддержки ПТЦ изделий машиностроения и, в частности, в САПР ТП применяют наиболее известные СУБД, например:

• Oracle Database — полностью исключает потери данных, об­ладает мощными и экономичными средствами безопасности;

• Microsoft SQL Server — мощная промышленная СУБД для
хранения и обработки больших объемов информации, полностью
использует все возможности операционной системы Windows;

• SQL Base — профессиональная СУБД, проста в администри­ровании, мобильна, компактна, при относительно невысокой стоимости дает возможность создавать надежные и гибкие системы обработки данных;

• Borland InterBase — мощная, простая в использовании СУБД корпоративного уровня;

• Ingres II — интеллектуальная распределенная реляционная СУБД, ориентирована на работу в вычислительных сетях;

• MySQL — высокоскоростная («быстрая»), простая, гибкая и относительно недорогая СУБД.

Могут использоваться и другие СУБД, в том числе и оригинальной разработки.

Банки данных являются составной частью информационного; обеспечения САПР ТП и состоят из ряда баз данных и соответствующих СУБД.

Современные САПР ТП и интегрированные САПР все чаще включают экспертные компоненты (подсистемы), которые могут эксплуатироваться и самостоятельно.

Экспертная система представляет собой реализованный на базе вычислительной техники программный комплекс — интеллекту­альный автомат, обладающий способностью воспринимать, пред­ставлять, обрабатывать и объяснять профессиональные знания на основе формального логического вывода. Решения, формируемые с помощью этих систем, могут соответствовать уровню, достиже­ние которого человеком требует продолжительного образования и значительного опыта. Экспертные компоненты в составе САПР ТП используют для решения следующих задач:

• выбора вида и способа изготовления исходной заготовки;

• классификации деталей;

• проектирования ТП, изготовления деталей;

• прогноза качества предмета производства и определения воз­можных причин его нарушения в ходе ТП или в результате выпол­нения отдельной операции;

• поиска нового продолжения ТП при изменении производ­ственной ситуации.

Экспертную систему принято разделять на базу знаний и машину логического вывода (совокупность программ, обеспечивающих формирование логического вывода). Машину логического вывода (иногда называемую оболочкой) экспертной системы разрабаты­вают специалисты в области программирования. Задачей техноло­гов является разработка баз знаний.

База знаний — описание предметной области с использовани­ем ее понятий и компонентов, выполненное специалистами в пред­метной области.

Банк технологических знаний — компьютерная система, обес­печивающая контроль истинности, классификацию, накопление, хранение и выдачу знаний и технологических решений по запросу пользователя.

Принципиальным отличием банка технологических знаний от существующих систем хранения и выдачи технологических дан­ных, например, банков данных, является его способность предла­гать пользователю новые, неизвестные до сих пор, технологиче­ские решения. Эти решения не хранятся в банке в готовом виде, пригодном для моментального использования, но могут быть по­лучены в результате взаимодействия имеющихся в банке знаний. Решения формируются для конкретных условий, указанных пользо­вателем. Банк технологических знаний может обеспечивать выдачу:

• данных о любых современных материалах, используемых в машиностроении, и методах их обработки (с необходимой коммерческой информацией), о современном оборудовании и состоянии его рынка, об оптимальных для пользователя режимах обработки конкретного материала и необходимом инструменте;

• описаний новейших ТП изготовления изделий, интересую­щих пользователя, классов и типоразмеров, адаптированных к конк­ретным условиям, с необходимой документацией и коммерческой информацией об отечественных и зарубежных предприятиях, вы­пускающих аналогичную продукцию;

• отдельных подсистем САПР ТП (в загрузочных модулях), встра­иваемых в аналогичные системы, эксплуатирующиеся на предпри­ятии пользователя;

• баз данных для использования в САПР ТП пользователя;

• специализированных программных продуктов (в загрузочных модулях) для выполнения необходимых технологических расчетов.

Банк технологических знаний представляет собой уровневую структуру (рис. 3.4). Каждый из четырех уровней банка аккумулирует знания, определяющие соответственно физические явления и эффекты, лежащие в основе машиностроительных технологий; технологические методы машиностроительного производства; ТП изготовления машиностроительных изделий; производственные процессы при изготовлении машиностроительных изделий.

Знания, аккумулированные в уровнях банка, объединены в бло­ки, соответствующие основным переделам машиностроительного производства.

Элемент банка, находящийся на пересечении уровня и блока, представляет собой автономную систему — сегмент банка, имеющую все основные элементы для удовлетворения информацион­ных потребностей пользователя.

Обращение пользователя к банку технологических знаний и получение ответа на запрос осуществляют через терминал выво­да-ввода, а управление банком как системой — диспетчерским программным модулем.

Взаимосвязь сегментов банка в пределах одного уровня и между уровнями выполняют интерфейсно-диспетчерские модули. Такой принцип построения обеспечивает высокую гибкость банка при формировании решений.

Рис. 3.4. Уровневая организация банка технологических знаний:

/ — блок сборочного производства (С); 2 —5— уровни «производственный процесс», «технологический процесс», «технологический метод», «физические явле­ния и эффекты» соответственно; 6 — терминал ввода-вывода; 7 — блок химико-термической обработки (ХТО); 8 — сегменты блока С; 9 — блок механической обработки (МО); ТНП — технология нанесения покрытий; ЭХ, ЭФ, СО — элек­трохимическая, электрофизическая и специальная обработки; ПП — прокатное производство; ОД — обработка давлением; Л — литейное и металлургическое производство; СП — сварочное производство; Д — диспетчерский программный модуль; ИД1—ИД4 — интерфейсно-диспетчерские модули

Знания, поступающие в банк, проходят проверку истинности, а также общей непротиворечивости технологических решений, фор­мируемых с их помощью, это принципиально отличает банк знаний от других систем удовлетворения информационных потребностей.

Создание банка технологических знаний связано с решением ряда сложных задач, основными из которых являются:

• разработка универсального понятийного аппарата для описания предметной области технологии машиностроения;

• совершенствование модулей представления знаний, создание эффективных методов и средств формирования баз знаний;

• разработка программного и информационного обеспечения банка технологических знаний.

Несмотря на наличие сложных, до конца не решенных задач, интенсивные научные исследования по созданию компонентов банков технологических знаний проводят как в нашей стране, так и за рубежом.

Некоторые из представленных выше информационных потреб­ностей технологи удовлетворяют за счет использования ресурсов сети Интернет, однако, неупорядоченность информации в сети, сложность навигации и ограниченность доступа к необходимой информации не позволяют рассматривать данный способ удовлет­ворения информационных потребностей производства в качестве альтернативы созданию банков знаний.

Создание банков знаний принципиально изменит содержание САПР ТП. Прежде всего, исчезнет различие между системами про­ектирования ТП на основе аналогов и системами автоматизиро­ванного синтеза ТП. Ряд функций указанных систем возьмет на себя банк технологических знаний. Это позволит существенно по­высить надежность проектирующих подсистем САПР ТП и в це­лом обеспечить высокое качество проектных решений.