Жизненный цикл САПР

Понятие о CALS-технологиях.

Технологии комплексной компьютеризации сфер промышленного произ­водства, цель которых - унификация и стандартизация спецификаций промыш­ленной продукции на всех этапах ее жизненного цикла, называют CALS-технологиями. Основные спецификации представлены проектной, технологической, производственной, маркетинговой, эксплуатационной документацией. В CALS-системах предусмотрены хранение, обработка и передача информации в ком­пьютерных средах, оперативный доступ к данным в нужное время и в нужном месте. Терминология в области CALS еще окончательно не установилась. Так, первоначально аббревиатура CALS расшифровывалась как Computer Aided Logistics Systems, т. е. автоматизированная логистическая поддержка. Поскольку под логистикой обычно понимают дисциплину, посвященную вопросам снабже­ния и управления запасами, а функции CALS намного шире и связаны со всеми этапами жизненного цикла промышленных изделий, применяют и более соот­ветствующую предмету расшифровку аббревиатуры CALS — Continuous Acquisition and Lifecycle Support. В русском языке понятию CALS соответ­ствует ИЛИ (информационная поддержка изделий) или КСПИ (компьютерное сопровождение и поддержка изделий).

Применение CALS-технологий позволяет существенно сократить объемы проектных работ, так как описания многих составных частей оборудования, машин и систем, проектировавшихся ранее, хранятся в унифицированных фор­матах данных сетевых серверов, доступных любому пользователю техноло­гий CALS. Существенно облегчается решение проблем ремонтопригодности, интеграции продукции в различного рода системы и среды, адаптации к меня­ющимся условиям эксплуатации, специализации проектных организаций и т. п. Предполагается, что успех на рынке сложной технической продукции будет немыслим вне технологий CALS.

Развитие CALS-технологий должно привести к появлению так называемых виртуальных производств, в которых процесс создания спецификаций с информацией для программно управляемого технологического оборудования, достаточной для изготовления изделия, может быть распределен во времени и пространстве между многими организационно автономными проектными студиями. Среди несомненных достижений CALS-технологий следует отметить легкость распространения передовых проектных решений, возможность многократного воспроизведения частей проекта в новых разработках и др.

Обобщенная модель жизненного цикла.

Одним из базовых понятий методологии проектирования ИС является понятие жизненного цикла ее программного обеспечения (ЖЦ ПО). ЖЦ ПО - это непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о необходимости его создания и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации.

Любой жизненный цикл базируется на многоуровневом обеспечении компонентами системы.

На основе этих видов обеспечений можно выделить 12 базовых стадий жизненного цикла системы.

1. Целевая функция. Устремление. Техническое задание

2. Этап овладевания структурами объектов, элементами. Устойчивость. Техническое предложение. Эскизный проект.

3. Формирование конструкций. Планирование, гибкость, контактность. Технический проект

4. Технология построения первичной формы. Рабочая документация

5. Управление внедрением целей. Производственный план.

6. Подготовка, детализация. Вынашивание замыслов. Изготовление конструктивных элементов

7. Сборка, складирование, уравновешивание. Компиляция программного обеспечения.

8. Испытание, преобразование, изменение формы. Тестирование и отладка

9. Преодоление, выход за пределы достигнутого. Продвижение товара к заказчику

10. Включение в большую систему. Внедрение.

11. Функционирование в большей системе. Эксплуатация.

12. Обработка результатов работы, опыт работы, отречение, удаление ненужных элементов.

Содержание системотехнической деятельности

Процесс проектирования СТС имеет структуру, обусловленную структурой объекта проектирования. Для его реализации необходима проектная организация (одна или несколько), обладающая чертами сложной системы, которую по отношению к проектируемой СТС будем называть м е т а с и с т е -м о й. В общем случае метасистема обеспечивает осуществление всего жизненного цикла СТС, включая не только ее проектирование, но и изготовление, настройку, эксплуатацию, модернизацию. В связи с этим для обеспечения эффективности создаваемой СТС системотехническая деятельность охватывает не только вопросы оптимальной интеграции ее частей, но и вопросы, связанные с введением в процесс проектирования (ПП) единого организационного начала.

Для обеспечения целенаправленности метасистемы необходимо решить две комплексные задачи.

1. Представление результатов предшествующих этапов процесса проектирования, полученных другими проектировщиками в виде, достаточном для продолжения проектирования.

2. Обеспечение взаимодействия коллективов проектировщиков в интересах создания единого согласованного проекта.

Взаимодействие коллективов проектировщиков, решающих частные задачи проектирования (ЧЗП), обеспечивается системотехником путем координации частных задач проектирования между собой и с общей задачей проектирования. Координация заключается в согласованной декомпозиции общей задачи проектирования на частные и последующем согласовании результатов их решения с позиций эффективного решения общей задачи.

Сложность разрабатываемой технической системы определяет значитель­ные сроки ее создания (не менее 3-5 лет). Эти сроки соизмеримы с динамикой развития метасистемы и темпом морального старения элементной базы. Поэтому актуальными задачами при проектировании СТС являются сокращение сроков проектирования и обеспечение гибкости СТС.

Сокращение сроков проектирования осуществляется путем предварительного анализа реализуемости технического задания (ТЗ); унификации (типизации) ПП, проектных процедур, проектных решений, организации проектировании СТС; распараллеливания ПП, поочередного ввода СТС в эксплуатацию.

При предварительном анализе реализуемости ТЗ используются упрощенные модели, позволяющие перейти от технических требований к параметрам СТС и техническим требованиям, предъявляемым к подсистемам. Реализуемость последних оценивается экспертным путем.

Возможности распараллеливания ПП определяются иерархической структурой СТС. Однако следует иметь в виду, что увеличение числа параллельно решаемых задач усложняет их координацию. Иерархическая структура ПП определяет и иерархическую структуру системного подразделения, ведущего проектирование конкретной СТС.

Поочередный ввод СТС в эксплуатацию позволяет ускорить получение хотя бы части ожидаемых результатов; проверить правильность принципов и решений, положенных в основу проекта.

В связи со значительными сроками создания СТС большое значение придается ее гибкости, т.е. способности адаптироваться к изменениям внешней среды (метасистемы и надсистемы). Для обеспечения гибкости по отношению к надсистеме при проектировании СТС необходимо предусмотреть возможность ее настройки на условия функционирования. Гибкость по отношению к метасистеме подразумевает взаимозаменяемость компонент СТС при их модернизации.

Системотехническая деятельность в процессе создания САПР.

Структура и содержание процесса создания САПР

Для того, чтобы выделить в процессе создания САПР конкретные системотехнические задачи, необходимо рассмотреть структуру этого процесса и содержание обычно выполняемых в нем работ. Нормативно-техническими документами (ГОСТ 34.601-90.) регламентируется структура процесса создания автоматизированных систем (АС), в том числе САПР. Структура процесса создания САПР в виде последовательных стадий, представлена на рис. 1.1.

Формирование требований к АС

Разработка концепции АС

Техническое задание

Эскизный проект

Технический проект

Рабочая документация

Ввод в действие

Сопровождение АС

Рисунок 1.1 - Структура процесса создания САПР

Формирование требований к АС. Работы на данной стадии выполняются в три этапа.

Этап 1. Обследование объекта и обоснование необходимости создания АС. Основная цель данного этапа - принятие решения о создании САПР. Это решение базируется на технико-экономической оценке целесообразности и анализе принципиальной возможности автоматизации процесса проектирования. Порядок выполнения работ следующий.

1. Оценка эффективности функционирования и выявление проблем проектной организации. В результате работы формируются возможные направления совершенствования системы проектирования, например: изменение структуры организации, организационных форм выполнения процесса проектирования и принципов управления этим процессом; изменение методологии проектирования; переход к автоматизированному проектированию или развитие области его применения.

Автоматизация проектирования может приводить к улучшению прежде всего таких показателей деятельности проектных организаций, как номенклатура объектов проектирования и объем проектных работ; качество и научно-технический уровень результатов проектирования; Затраты на проектирование и смену номенклатуры объектов проектирования.

2. Выявление и описание существующей системы проектирования. В отличие от предыдущей, эта работа базируется на детальной информации об отношениях между объектами, процессами, видами обеспечения проектирования и проектировщиками.

3. Диагностический анализ системы проектирования. Эта работа выполняется для уточнения и конкретизации причин несоответствия системы проектирования предъявляемым требованиям.

4. Формирование предложений по новой системе проектирования. Новая система проектирования подвергается анализу, аналогичному изложенному выше. Отличие заключается в том, что исследуются описания не существующей, а будущей системы.

5. Обоснование и принятие решения о создании САПР. Это - одна из наиболее ответственных системотехнических работ во всем жизненном цикле САПР. В процессе ее проведения определяются ожидаемые результаты (эффект) автоматизации; анализируется принципиальная возможность создания САПР и оцениваются затраты на создание, функционирование и развитие автоматизированной системы; формируется состав проектных процедур и операций, подлежащих автоматизации.

На основе оценки показателей эффективности автоматизации принимается решение о целесообразности создания САПР.

Этап 2. Формирование требований пользователя к АС. Этот этап выполняется в том случае, если принято положительное решение о целесообразности автоматизации.

Требования к системе оформляются в виде технико-экономического обоснования САПР, заявки на создание системы или тактико-технического задания. Соответствующий документ содержит обоснование целесообразности создания САПР, а также требования к системе и исходные данные для ее проектирования.

Основные разделы документа:

1. Назначение САПР, область применения и цели создания САПР.

2. Показатели эффективности САПР и требуемый уровень их значений.

3. Функциональные требования к САПР (состав автоматизируемых проектных процедур и операций).

4. Требования к качеству и регламенту выполнения функций.

5. Требования к совместимости САПР с другими автоматизированными системами.

6. Условия размещения и функционирования КСАП.

7. Рекомендации по включению в САПР существующих средств автоматизации и/или автоматизированных процедур.

8. Требования к срокам ввода САПР в действие и другие ограничения на процесс создания системы.

9. Описание содержания и параметров автоматизируемых проектных процедур и операций.

10. Описание основных информационных потребностей проектных процедур и пользователей САПР.

11. Объемно-временные характеристики информационных потоков в автоматизируемой системе.

Этап 3. Оформление отчета о выполненной работе и заявки на разработку АС.

Разработка концепции АС. На этой стадии выполняются следующие работы:

Изучение объекта.

Проведение необходимых НИР.

Разработка вариантов концепции АС и выбор такого варианта, который удовлетворяет требованиям пользователя (разработка альтернативных вариантов концепции АС, оценка их преимуществ и недостатков, необходимых ресурсов на их реализацию; выбор оптимального варианта на основе сопоставления требований пользователя и характеристик предлагаемой системы).

Оформление отчета о выполненной работе.

Техническое задание. Данная стадия завершает комплекс предпроектных работ.

Этап 1. Разработка и утверждение технического задания на создание АС (общие сведения, назначение и цели создания системы; характеристика объекта автоматизации; требования к системе в целом, ее функциям и задачам, видам ее обеспечения, планы работ по созданию, вводу в действие и приемке АС).

Техническое задание (ТЗ) является документом, исходным для создания САПР и обязательным при приемке системы.

Формирование функционально-топологической структуры САПР является основной системотехнической на стадии ТЗ.

Одной из важных системотехнических задач при разработке ТЗ является контроль за правильностью задания требований к свойствам системы. Каждое требование должно допускать лишь однозначную интерпретацию и при испытаниях системы должна существовать возможность объективной оценки его выполнения. Требования должны быть обоснованы как “сверху”, исходя из ожидаемых результатов автоматизации, так и “снизу”, исходя их реальных возможностей их выполнения.

Как правило, на стадии ТЗ не удается полностью сформулировать всесторонне обоснованные требования ко всем свойствам системы, так как для достоверной оценки их реализуемости нужна информация о проектных решениях, которая на этой стадии отсутствует. В таких случаях в ТЗ включают предварительную формулировку с примечанием: “Данное требование уточняется на стадии...” (указывается конкретная стадия и этап работ). После оценки реализуемости уточненное требование включается в документ “Дополнение к ТЗ”.

Эскизный проект. Эта стадия предназначена для разработки вариантов предварительных решений по составу, структуре и функционированию САПР в соответствии с требованиями, установленными в ТЗ на создание системы. Выполняются следующие этапы:

Разработка предварительных проектных решений по системе и ее частям (функции АС и ее подсистем, состав задач, концепция и структура информационной базы, функции СУБД, состав вычислительной системы, функции и параметры основных программных средств);

Разработка документации на АС и ее части.

Укрупненно каждую системотехническую задачу можно представить в виде двух составляющих. Первая из них является задачей координации всех процессов, в совокупности формирующих архитектуру САПР (или ее части); вторая составляющая дополняет системными решениями совокупность описаний проектных решений, формируемых подчиненными элементами.

В соответствии с принципами создания эффективных систем целью решения системотехнической задачи на стадии эскизного проектирования является построение множества вариантов архитектуры САПР, дающего полное представление о достижимом уровне качества системы.

Технический проект. Назначение этой стадии - принятие окончательных проектных решений, дающих полное представление о создаваемой САПР. При этом выполняются следующие этапы работ:

Разработка проектных решений по системе и частям (общие решения по системе и ее частям функционально-алгоритмической и организационной структуре системы, структуре технических средств, организации и ведения информационной базы, системе классификации и кодирования информации, алгоритмом решения задач, применяемым языкам и программному обеспечению);

Разработка документации на АС;

Разработка и оформление документации на поставку изделий для комплектования АС и(или) технических требований на их разработку;

Разработка заданий на проектирование в смежных частях проекта объекта автоматизации.

Функции системотехника на этом этапе заключаются в координации выполняемых работ для обеспечения соответствия САПР всем требованиям ТЗ.

Рабочая документация. Эта стадия предназначена для разработки (адаптации заимствованных) прикладных программ решения функциональных и технологических (обеспечивающих) задач САПР и оформления всей документации, достаточной для изготовления, ввода в действие и функционирования системы.

Основные функции системотехника на этой стадии заключаются в координации процессов программирования задач с целью обеспечения выполнения требований ТЗ.

Ввод в действие. Основные функции системотехника на этой стадии: настройка параметров (в основном определяющих организацию вычислительного процесса) системы на конкретные условия работы и измерения достигнутых значений показателей качества САПР и результатов ее использования.

Сопровождение АС. Процесс исправления недостатков и улучшения АС в ходе ее эксплуатации.