Понятийная область САПР в международных стандартах

А.В. Параничев,
прогр. каф. САПР, pav-83@yandex.ru,
И.В. Герасимов,
проф. каф. САПР, д.т.н., ivgerasimov-45@yandex.ru,
С.А. Кузьмин,
ст. преп. каф. САПР, ksa84@yandex.ru,
СПбГЭТУ «ЛЭТИ», г. Санкт-Петербург

В докладе рассматривается понятийная область, связанная с системами автоматизированного проектирования (САПР), в различных международных стандартах, ориентированных на «процессный подход»: прежде всего, ISO/IEC/IEEE 24765:2010 и ISO 13567:1998. Приводится сравнение понятий с другими стандартами, ориентированными на обеспечение зрелости процессов (стандарты ITIL, CMM/CMMI и COBIT) и на обеспечение функциональной совместимости с чертежными инструментами (стандарты OMG и ASME).

This paper is devoted to conceptual field which is related to CAD-systems (in the wide sense: Computer Aided Design; in a narrow sense: Computer Aided Drafting). This field is considered in the various International Standards based on the “process approach”, first of all: ISO/IEC/IEEE 24765:2010 and ISO 13567:1998. It is discussed the conceptual field with comparing to another approaches: based on “capacity maturity model” (ITIL, CMM/CMMI and COBIT Standards) and oriented on the interoperability with drawing tools (OMG and ASME Standards).

Введение

В настоящее время понятийная область САПР не является устоявшейся: существуют различные определения понятийной области САПР:

§ на базе так называемого процессного подхода (process approach), лежащего в основе стандартов ISO 9001 (см. раздел 1);

§ с позиций, отличных от подхода ISO 9001 (см. раздел 2).

В международных стандартах, ориентированных на «процессный подход», следует рассмотреть следующие группы стандартов:

· в стандарте ISO/IEC/IEEE 24765:2010 регламентируются термины в области информационных технологий, представленные в стандартах ISO, IEC и IEEE (см. раздел 1.1);

· в стандартах ISO 13567:1998 и ISO 10303 представлены термины, ориентированные на технологические возможности САПР (см. раздел 1.2);

В свою очередь, для следующих международных стандартов «процессный подход» не является основным:

· ITIL, CMM/CMMI и COBIT, нацеленных, прежде всего, на обеспечение зрелости процессов (см. раздел 2.1);

· OMG и ASME, ориентированных на обеспечение интероперабельности (функциональной совместимости) с чертежными инструментами (см. раздел 2.2).

Таким образом, следует проанализировать понятия, связанные с областью САПР, в указанных международных стандартах.

1. Понятийная область САПР в международных стандартах на базе процессного подхода ISO 9000

1.1. Основные понятия автоматизированного проектирования в стандарте ISO/IEC/IEEE 24765:2010

Гармонизация терминологии в области информационных технологий (включая и автоматизированное проектирование) выполнена в стандарте ISO/IEC/IEEE 24765:2010 [1] (стандарт разработан в подразделении ISO/IEC JTC 1 [2] совместно с сообществом IEEE); термины, относящиеся к автоматизации проектирования в данном стандарте, приведены в табл. 1; при этом учитывается более общая терминология ISO 9000:2005 [3], которая раскрывается в стандарте ISO 9001:2008 [4]; интерпретация последнего из перечисленных для использования в области информационных технологий приводится в стандарте ISO/IEC 90003:2014 [5] (для улучшения читабельности таблицы, термины стандарта ISO 9000:2005 выделены курсивом и имеют односоставную нумерацию, тогда как остальные термины связаны двухсоставной нумерацией).

Как видно из табл. 1, более общая терминология стандартов ISO 9000:2005 / ISO 9001:2008 используется в определениях понятий в области информационных технологий (в частности, ISO/IEC 90003:2014), в том числе связанных с автоматизированным проектированием.

Следует отметить, что приведенные в табл. 1 определения рассмотрены без сопоставления с российскими переводами серии «ГОСТ Р», поскольку отечественные переводы выполнены далеко не для всех значимых стандартов ISO, а существующие изобилуют существенными неточностями (например, в [6], при сопоставлении терминологии в стандартах ISO 9000-9001 и IEC 61508 [7], как было установлено, следует принимать за основу англоязычные версии указанных стандартов).

Таблица 1: Основные понятия автоматизированного проектирования в стандартах ISO/IEC/IEEE

№	Понятие	Определение
1	Инфраструктура (infrastructure)	«Система средств обслуживания (facilities), оборудования (equipment) и услуг (services), предназначенных для функционирования организации». [3]
1.1	Средство обслуживания (facility)	«Физические устройства (physical means) или оборудование (equipment), облегчающее выполнение действий», например: · здания и сооружения (buildings); · приборы (instruments); · вспомогательные устройства (tools). [1]
1.2	Инструментарий (instrumentation)	Устройства (devices) или инструкции (instructions), установленные / встроенные в программное или техническое обеспечение; устройства и инструкции предназначены для отслеживания (monitor) работы системы или ее части. [1]
1.3	Инструмент (instrument)	Один из компонентов инструментария. [1]
1.4	Инструмент (tool)	Программное или программно-техническое средство, определяемое одним из следующих значений: [1] 1. «Программный продукт (software product), который обеспечивает сопровождение программного обеспечения и процессов жизненного цикла системы». 2. «Программа или ее шаблон (template or software program), используемые… для выпуска продукции или получения результата (to produce a product or result)». 3. Вспомогательное физическое устройство (device), выполняющее задачи пользователя или организации.
2	Проектирование и разработка (design and development)	«Набор процессов, которые преобразуют требования в определенные характеристики или спецификацию продукта, процесса или системы». [3]
2.1	Проектирование, нацеленное на использование компьютера (computer-aided design, CAD)	«Использование компьютера для проектирования устройства (device) или системы, а также для выполнения с этим устройством или системой одной или нескольких функций: · отображение на мониторе или принтере; · имитационное моделирование работы; · предоставление статистических данных о результативности (performance)». [1]
2.2	Программная инженерия, нацеленная на использование компьютера (computer-aided software engineering, CASE)	Программное обеспечение, определяемое одним из значений: [1] 1. Программный инструмент (software tool), используемый для целей инженерии программного обеспечения. 2. Программный продукт, который может помочь инженерам-программистам путем предоставления автоматических средств обеспечения (automatic support), чтобы выполнить работы, связанные с жизненным циклом программного обеспечения (for software life-cycle activities).
3	Процесс (process)	«Набор взаимосвязанных и взаимодействующих выполняемых работ (activities), которые преобразуют входные данные в выходные». [3]
3.1	Автоматизация (automation)	«Переход процессов или оборудования к автоматическому режиму работы (automatic operation), либо результаты такого перехода». [1]
3.2	Автоматизировать (automate)	«Сделать процесс или оборудование автоматическим». [1]
3.3	Автоматический (automatic)	«Относящийся к процессу или оборудованию, которое, в соответствии с установленными условиями, функционирует без участия человека». [1]
3.4	Виртуальный (virtual)	1. «Относящийся к функциональной единице, которая кажется реальной, тогда как функции реализованы другими средствами». [1]. 2. Относящийся к «сущности (entity), которая составляется из одной или более вышерасположенных базовых сущностей». [1]
4	Продукт (product)	Результат процесса, отнесенный к одной из следующих категорий в зависимости от основной составляющей: [3] - средства обслуживания (services); - программное обеспечение (software); - техническое обеспечение (hardware); - набор инструментов, нацеленных на процесс (processed materials).
4.1	Средство обслуживания (service)	Синоним термина «продукт» («product») в контексте требований к системам менеджмента качества. [4]
4.2	Программный продукт (software product)	«Совокупность компьютерных программ (computer programs), процедур (procedures), а также документации и данных, которые могут быть с ними связаны». [5]
4.3	Обслуживание программного обеспечения (software service)	«Выполнение действий (activities), а также рабочих или служебных обязанностей (work or service duties), связанных с программным продуктом, таких как: разработка (development), сопровождение (maintenance) и эксплуатация (operation)». [5]
5	Верификация (verification)	«Подтверждение путем обеспечения объективного свидетельства того, что установленные требования выполнены». [3]
5.1	Система автоматизированной верификации (automated verification system)	1. Программный инструмент, который принимает на входе компьютерную программу и представление ее спецификации (computer program and representation of its specification), а также производит, возможно, с участием человека, доказательство или опровержение корректности (correctness) программы. [1]. 2. Программный инструмент, который автоматизирует часть или весь процесс верификации. [1].
6	Средства измерения (measuring equipment)	Средства, обеспечивающие процесс измерения посредством одного или нескольких компонентов: [3] - измерительный прибор (measuring instrument); - программное обеспечение (software); - стандарт на проведение измерения (measurement standard); - справочный материал (reference material); - вспомогательная аппаратура (auxiliary apparatus).
6.1	Метрика (metric)	1. Совокупность двух или более критериев (measures) или признаков (attributes). [1]. 2. Количественная мера (measure) степени, с которой система, компонент или процесс обладает заданным признаком (a given attribute). [1] 3. Установленный метод измерений (measurement method) и соответствующая измерительная шкала (measurement scale). [1]
6.2	Параметрическое оценивание (parametric estimating)	«Методика (technique) оценивания, которая использует статистическую зависимость между ранее полученными данными и переменными (historical data and other variables) для того, чтобы произвести оценку параметров выполняемых работ (to calculate an estimate for activity parameters)». [1]
6.3	Инструмент оценивания (evaluation tool)	Инструмент (instrument), который используют во время оценивания (evaluation), чтобы собрать данные, выполнить их интерпретацию или автоматизировать часть процесса оценивания, например: [1] · исходный код анализируют, чтобы вычислить метрики компьютерного кода (to evaluate code metrics); · данные проверки CASE-инструмента (CASE tool) или электронные таблицы, чтобы осуществить синтез критериев (to produce syntheses of measures).

Примечание к определению № 2: «термины “проектирование” и “разработка” часто синонимичны, при этом используются для определения разных стадий общего проектирования (overall design) и процесса разработки (development process)» [2].

Анализ понятий, а также их определений, относящихся к области автоматизированного проектирования (табл. 1), позволяет сделать следующие выводы (все ссылки на номера понятий соответствуют тем, что приведены в табл. 1):

1. Понятия «автоматизация (automation)» (см. № 3.1) и «автоматизировать (automate)» (см. № 3.2) определяют «автоматический (automatic)» (см. № 3.3) процесс, который функционирует без участия человека, в отличие от автоматизированного процесса программного обеспечения (automated software process), «который выполняется полностью или частично с помощью CASE-инструментов (CASE tools)».

2. Понятие «САПР» соответствует определению «CAD» (см. № 2.1), которое относится к отображению данных, их статистической обработке и имитационному моделированию соответствующих процессов. Далее, при упоминании понятия САПР в таком контексте (который отражает общую точку зрения международных организаций ISO, IEC и IEEE), будем записывать «САПР как инструмент автоматизированного проектирования и разработки продукта»: по существу, данный термин раскрывает понятие «проектирование и разработка» (см. № 2) в контексте использования компьютера, придавая термину «САПР» широкий смысл.

3. Понятие «инструмент (tool)» (см. № 1.4) в контексте термина «автоматизация (automation)» (см. № 3.1) включает следующие понятия:

· «САПР как инструмент автоматизированного проектирования и разработки продукта» (см. № 2.1);

· «CASE-инструмент (CASE-tool)» (см. № 2.2);

· «Инструмент оценивания (evaluation tool)» (см. № 6.3).

4. Понятие «инструмент (instrument)» (см. № 1.3 и 1.2) соответствует техническим средствам, которые используются при автоматизации проектирования (например, приборы), однако вопросы автоматизации при упоминании данного термина не обсуждаются.

Из представленных выводов видно, что терминов, перечисленных в табл. 1, оказывается недостаточно, чтобы четко идентифицировать область системы автоматизированного проектирования (САПР) и связанных с ней процессов, работ и задач: в частности, термины «виртуальный (virtual)» (см. № 3.4) и «параметрическое оценивание (parametric estimating)» (см. № 6.2) определены таким образом, что контекст вопросов, связанных с автоматизацией проектирования остается за скобками, хотя и не исключается.

1.2. Основные понятия автоматизированного проектирования в стандарте ISO 13567-1:1998 и в стандартах серии ISO 10303

Другим стандартом ISO, в котором термин «САПР» понимается в более узком контексте, является широко известный в международной практике стандарт ISO 13567-1:1998 [8]. Основные термины стандарта ISO 13567-1:1998 приведены в табл. 2.

Таблица 2: Основные понятия автоматизированного проектирования в стандарте ISO 13567-1:1998

№	Понятие	Определение
1	Слой/Уровень (layer/level)	«Организационный атрибут сущностей (entities) в файлах данных CAD, используемый для… управления видимостью на экране компьютера и на подготовленных чертежах (plotted drawings)».
2	Модель САПР (CAD model)	«Структурированные файлы данных CAD, организованные в соответствии с физическими составляющими представляемых объектов, например, здание или механическое устройство».
3	Чертеж САПР (CAD drawing)	«Выбранные части CAD-модели в виде, представленном на экране или бумаге».
4	График (plot)	«Графическое изображение (graphic image), созданное средствами вычерчивания (numerically controlled draughting machine) или представленное средствами черчения (draughting media)».

Примечания:

1. Основным термином является «layer (слой)», вместо которого может использоваться «level (уровень)».

2. Модели могут быть 2-х или 3-х мерными, и включать неграфические данные.

3. Чертежи могут быть созданы независимо от модели САПР, что отражается в подходе, ориентированном на чертеж, а не на модель (a drawing oriented approach as opposed to the model oriented approach).

Как видно из табл. 2, в стандарте ISO 13567-1:1998 термин «САПР» раскрывается в контексте понятийной области «черчение (draughting)», а не «проектирование (design)»; соответственно, CAD в таких случаях расшифровывается как «Computer Aided Draughting (Drafting)», то есть как «система автоматизированного вычерчивания (черчения)». Далее при упоминании понятия САПР в таком контексте будем говорить «САПР как инструмент автоматизированного черчения объектов».

В ISO 13567-1:1998 указывается, что определения приводятся согласованными с терминами стандарта ISO 10303 201:1994 [9], который в настоящее время заменен стандартом ISO 10303 242:2014 [10]; оба указанных стандарта раскрывают термин «САПР» в контексте 2-мерного черчения и 3-мерного моделирования, соответственно (см. примечание № 3 к табл. 2).

В стандартах серии ISO 10303 (называемые также STEP и нацеленные на реализацию CALS-технологии [11-14]) в основном рассматриваются правила и особенности сопряжения CAD‑модели с производственными процессами. При этом в стандартах STEP, также как и в ISO 13567-1:1998, понятие САПР рассматривается как инструмент автоматизированного черчения объектов.

2. Понятийная область САПР в международных стандартах за рамками процессного подхода ISO 9000

2.1. Область автоматизации проектирования в стандартах на базе модели зрелости процессов

В отношении стандартов, ориентированных на модель зрелости процессов, нам не удалось составить сколь-нибудь значимую таблицу терминов, касающихся автоматизации проектирования. С другой стороны, следует обобщить положения стандартов, прямо или косвенно относящиеся к понятийной области САПР:

1. В ITIL [15] сказано, что планирование ресурсов и возможностей проектирования «может включать… идентификацию и воплощение (implementation) технологий, чтобы автоматизировать виды работ по проектированию, а также усилить требования и соответствующие стандарты»; также, в указанном стандарте ITIL приведена аббревиатура «CARE» , синонимичная «CASE» (см. определение № 2.2 в табл. 1).

2. В CMM/CMMI [16] указывается на необходимость использования автоматизированных инструментов (automated tools) при оценке зрелости возможностей в организации: суть подходов в оценке потенциальных возможностей в организации, а не процессов.

3. В COBIT [17] сказано, что «инструменты и автоматизация (Tools and Automation)» выделены в качестве атрибута, определяющего управляемый и измеряемый уровень (managed and measureable level) обобщенной модели зрелости (Generic Maturity Model); если уровень является управляемым и измеряемым, инструменты и автоматизация используются в ограниченном виде или в качестве составной части (a limited or fragmented way).

Таким образом, в стандартах на базе модели зрелости процессов, несмотря на отсутствие явных ссылок на нормативно-руководящие документы, ориентированных на «процессный подход», понятийная область САПР раскрывается в контексте САПР как инструмента автоматизированного проектирования и разработки продукта,

2.2. Область автоматизации проектирования в других международных стандартах

Другую группу нормативных документов в сфере информационных технологий представляют стандарты, для которых концепция «процессного подхода» также не является основной:

1. В стандартах ASME (в частности, [18]) термины в области автоматизации проектирования рассматриваются в контексте инструментов черчения.

2. В стандартах OMG [19] указывается, что «системы машиностроительных САПР (mechanical CAD) обеспечивают функциональную совместимость (interoperability) » следующих компонентов системы:

· чертёжных САПР (CAD);

· производства, основанного на использовании программных средств (Computer-Aided Manufacturing, CAM)»;

· программных инструментов инженерного анализа (Computer-Aided Engineering tools, CAE tools).

Таким образом, в стандартах ASME область САПР ограничивается инструментами CAD, тогда как в стандартах OMG САПР определяется как система, включающая CAD, CAM и CAE-компоненты.

Заключение

Таким образом, рассмотренные международные стандарты, как основанные на концепции «процессного подхода» (ISO, IEC, IEEE), так и предлагающие другие концептуальные подходы (ITIL, CMM/CMMI, COBIT, OMG, ASME), не позволяют однозначно и непротиворечиво идентифицировать «автоматизированное проектирование» как понятие, и, следовательно, соответствующие процессы, работы и задачи. С другой стороны, обобщение понятийной области САПР в представленных стандартах обеспечивает определение спецификации на разрабатываемый инструментарий, рассматривая:

- САПР как инструмент автоматизированного проектирования и разработки продукта (ISO/IEC/IEEE 24765:2010);

- САПР как инструмент автоматизированного черчения (стандарты ISO 13567-1:1998 и STEP);

- САПР как систему взаимодействия компонентов CAD/CAM/CAE (стандарт OMG [19]).

Отметим, что для большей полноты и согласованности при идентификации понятийной области САПР следует провести аналогичное исследование в отношении терминологии, представленной в отечественных и зарубежных национальных стандартах.