Формальная модель системы автоматизированного логического проектирования

Проектирование можно рассматривать как информационный процесс создания и преобразования некоторого описания рассматриваемого физического объекта (изделия).

Автоматизированное проектирование в отличие от ручного основано на применении вычислительной техники, использование которой призвано обеспечить должную поддержку информационного процесса: хранение информации (как описания проекта, так и справочной информации о проблемной области), процедурную реализацию методов целенаправленного преобразования описаний объекта проектирования, удобные сервисные средства организации процесса проектирования.

Интеллектуальная поддержка проектирования обеспечивается включением в САПР дополнительных специализированных средств для автоматического (или автоматизированного) выбора возможных проектных решений.

В общем виде САПР можно описать при помощи кортежа С = D, S> в котором: I - информационная база;

М - программные модули проектирования; D - проект как совокупность описаний проектируемых объектов; S — описания возможных режимов работы, конфигураций и состояний системы [75].

Следует заметить, что в данном случае рассматривается статическая модель системы - ее архитектура - как совокупность реального (/, М) и возможного (D, S) составов. Вопросы динамики (поведения) системы будут рассмотрены позже. Заметим также, что все компоненты находятся в тесной зависимости одна от другой: например, программные модули предназначены для преобразования вполне определенных объектных описаний, возможные состояния работы связаны с проектируемым объектом, описания которого, в свою очередь, опираются на имеющуюся информационную базу и т. д.

Наиболее близким в литературе к предлагаемому определению САПР является понимание САПР как системы, в которой зафиксирована структура, входы, выходы, цели, общесистемные характеристики, обозначение и наименование [29]. В работе [29] говорится, что любая система может быть представлена этими параметрами, которые рассмотрены применительно к САПР. В этой связи можно отметить, что основной целью любой САПР является улучшение качества проектов, увеличение надежности, сокращение трудоемкости и сроков проектирования.

Рассмотрим каждый из компонентов введенной нами модели САПР более подробно.

Информационная база системы предназначена для хранения информации, характеризующей:

  • - проблемную область в целом, вне зависимости от обрабатываемого проекта. В первую очередь сюда следует отнести нормативно-справочную информацию о проектируемых изделиях и их деталях, а также сведения о технологиях их изготовления и присущих им ограничениях;
  • - сведения о процессе проектирования, его возможностях, целях и задачах;
  • - описания инструментария решения задач проектирования;
  • - описание среды функционирования САПР.

В зависимости от конкретной реализации состав объектов информационной базы может значительно изменяться, а описания отдельных объектов доопределяться в соответствии с заданным целевым назначением.

Программные модули. С точки зрения программной реализации САПР можно представить как совокупность системной оболочки и множества программных модулей проектирования. Системная оболочка определяет архитектуру всей САПР и включает:

  • - средства взаимодействия с операционной системой;
  • - средства управления используемыми базами данных;
  • - средства обеспечения интерактивного взаимодействия и реализации человеко-машинного интерфейса.

Множество программных модулей проектирования М представляется как М = Ms U МD, где Ms - модули сервисного обслуживания, a MD - модули, реализующие те или иные методы проектирования. Элементы множества MD в соответствии с их основным назначением в дальнейшем будем называть проектными операциями, понимая, что именно с их помощью решаются основные задачи проектирования. В то же время модули из Ms призваны обеспечить все сервисные возможности по проведению проектирования, например, визуализацию полученных результатов при том или ином способе их отображения. Проектные процедуры состоят из проектных операций, различие между проектными операциями и проектными процедурами достаточно условно, так как некоторые проектные операции могут включать другие «более мелкие» проектные операции.

Свойства программного модуля, существенные с точки зрения организации управления процессом проектирования, будем называть его атрибутами Ам = (Ахм, Л2М,...). Атрибуты могут задавать как статические свойства модуля и определяться вне зависимости от текущего момента времени, так и динамические, вычисляемые в процессе функционирования САПР.

Особо следует отметить, что одним из основных свойств модуля является условие его применимости в тот или иной момент времени. Это свойство обуславливается как рассматриваемыми данными (описаниями проектируемых объектов), так и программной архитектурой самой системы и ее текущей конфигурацией. Множество атрибутов программных модулей хранится в информационной базе системы.

Описания проектируемых объектов. Объекты в рамках САПР обычно описываются при помощи разнообразных специализированных языков, отражающих характеристические свойства проектируемых физических изделий. Значительной общностью обладает ситуация, когда рассматриваются проекты, описывающие иерархию объектов, связанных отношением «состоит из». Кроме того, достаточно часто используются множественные описания, при которых один и тот же физический объект описан несколькими способами, рассматривающими объект с разных точек зрения.

Наряду с описаниями проектируемых изделий в САПР часто оперируют множеством их атрибутов AD. Это множество можно рассматривать как набор выделенных характеристик проектируемого объекта, отражающих его наиболее существенные свойства. Атрибуты могут быть статическими и динамическими и получаться как непосредственно из исходного описания проекта, так и путем достаточно сложных вычислений по этому описанию с учетом текущего состояния процесса проектирования. Очевидно, что различным типам описаний могут соответствовать различные наборы атрибутов. В дальнейшем будем понимать множество атрибутов AD как AdgD.

Описания возможных режимов работы и состояний системы. Данный раздел формальной модели САПР предназначен для определения архитектурных особенностей конкретной САПР и условий ее функционирования.

Аналогично описаниям объектов можно выделить совокупность системных атрибутов As (AscS), задающих свойства системы, существенные с точки зрения проведения процесса проектирования.

В качестве примера подобного рода атрибутов можно указать на путь доступа к каталогу, в котором будет создаваться новый проект по умолчанию.

Пространство проектных решений. Процесс функционирования САПР формально можно рассматривать как временную последовательность смены состояний ее компонентов, описывающих проектируемый объект и среду (условия) проектирования.

Состояние системы в некоторый момент времени F(t) определяется совокупностью текущих значений объединенного множества атрибутов А = ADUASUAM. Это множество фактически задает базис пространства проектирования Q, отдельные точки которого об?1 соответствуют определенным проектным ситуациям. Тогда процесс проектирования можно рассматривать как движение в пространстве проектных ситуаций, причем переход от одной проектной ситуации к другой осуществляется путем применения того или иного модуля т^М к выбранному объекту проектирования. Кроме указанных атрибутов очень часто на практике оказывается важной и сама история проектирования - Н = которая описывает

способ достижения текущей (у-й) проектной ситуации. Отдельный элемент истории

соответствует z-му шагу проектирования.

Рассматривая организацию пространства проектирования, следует обратить внимание на следующие использованные предположения:

- область допустимых значений любого атрибута D(a) (аеА) задается при определении самого атрибута;

- в соответствии с принимаемыми значениями атрибуты аеА можно отнести к одному из трех классов: строки (символьные последовательности), числа, двузначные признаки.

Способы определения области допустимых значений для выделенных классов представлены в табл. 1.2.

В рамках модели будут использоваться только атрибуты с перечислимыми областями допустимых значений, т. е. такие, для которых D(a)EN, где N - множество натуральных чисел. При таком ограничении допустимыми являются следующие атрибуты: символьные и числовые, задаваемые перечислением; целочисленные, задаваемые множеством замкнутых интервалов; признаковые.

Область значений каждого из атрибутов автоматически расширяется «пустым» значением, смысл которого отражает ситуации неопределенности атрибута в конкретных условиях и позволяет разрешать конфликты при использовании взаимозависимых атрибутов.

Таблица 1.2. Определение областей допустимых значений атрибутов

Атрибут

Способы определения

символьный

перечисление

набор форматных ограничений набор синтаксических ограничений

числовой

перечисление целочисленных значений множество интервалов целочисленных значений перечисление произвольных числовых значений множество интервалов произвольных числовых значений

признаковый

(логический)

(всегда два значения: ИСТИНА либо ЛОЖЬ)

При данных предположениях размерность пространства проектирования определяется в виде произведения размерностей областей допустимых значений всех атрибутов проектирования А.

Цели проектирования. Как уже отмечалось, проектирование является целенаправленным процессом преобразования информации для получения качественных проектов. В рамках модели цель проектирования определяется как область пространства проектных ситуаций JfCQ, X = (/р /2,..., /Д для любой точки которого /.-й ряд координат имеет наперед заданные целевые значения. Тогда указание цели при проектировании может быть выполнено путем задания кортежа С = <С С2,..., 1>, где С С D(a), ateA - z-й атрибут

проектирования, D(a^ - область его допустимых значений.

Если в пространстве проектирования Q выбрать некоторую меру близости его точек - р(сг,сг), то в любой момент времени текущая проектная ситуация ст может быть оценена по критерию близости = тт(р(с7-,%/)) с мно-

жеством целевых проектных ситуаций X. Задача проектирования в этом случае формулируется как оптимизационная задача поиска проектной ситуации, которая наиболее близка к целевой.

Практически всегда при проектировании имеют дело не с одной, а с некоторой иерархией или комбинацией целей. Такое положение дел объясняется существенной «неоднородностью» пространства проектных ситуаций, определяемого зависимыми между собой атрибутами. Рассматривая, например, САПР, в которых объекты проекта иерархически связаны отношением «состоит из», легко заметить, что каждому «уровню» проекта соответствует своя группа целевых атрибутов. В дальнейшем будем называть цели, формулируемые для всего проекта, стратегическими, а все остальные - тактическими, различая их еще и по уровню оценки (анализа) текущей ситуации.

Выбор проектных решений. Рассматривая процесс проектирования можно заметить, что в каждой проектной ситуации проектировщик, выбирая очередное действие, по сути дела, решает два вопроса: какую операцию и для какого из объектов проекта следует выполнить на очередном шаге проектирования. Решение этих вопросов основывается на анализе текущих значений атрибутов проектирования А с учетом знаний проектировщика, которые можно условно классифицировать следующим образом:

  • - знания о проектируемых объектах;
  • - знания о проведении процесса (технологии) проектирования;
  • - знания об используемом инструментарии.

Нетрудно заметить, что подобная классификация в целом достаточно точно соответствует составу атрибутов (базису) пространства проектирования: А = ADCASCAM. Приняв в качестве формы представления традиционную продукционную форму, можно описывать знания в виде: «Если <а>, то <р>». Здесь и <а> и <р> формулируются в терминах определенных атрибутов и их значений. Продукции могут быть сгруппированы в некоторые пакеты, называемые в дальнейшем стратегиями и используемые для описания процессов проектирования. Стратегии как совокупности элементарных продукций представляют один из центральных компонентов базы знаний САПР.

База знаний САПР. В соответствии с принятой классификацией знаний в рамках рассматриваемой модели база знаний САПР состоит из нескольких условных разделов. Их «условность» объясняется тем обстоятельством, что в рамках базы знаний (БЗ) элементы, принадлежащие разным разделам, выступают в сложном структурном соподчинении.

Общая схема базы знаний САПР

Рис. 1.2. Общая схема базы знаний САПР

В качестве разделов БЗ выступают атрибуты, программные модули, программное динамическое меню, а также продукции и стратегии. Общая схема БЗ представлена на рис. 1.2.

Связь 1 указывает на то, что в БЗ атрибуты используются при определении продукции. Связь 2 устанавливает принадлежность группы продукций одной из стратегий в БЗ, а также возможность иерархии стратегий. Связь 3 означает, что при описании свойств программных модулей используются некоторые из хранящихся в БЗ атрибутов. Связь 4 указывает на то, что программные модули используются при определении продукций. Связи 5 и 6 определяют позиции динамического меню САПР, в которых используются программные модули и стратегии из БЗ.

Глава 2

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >