Оптимизация выбора сетевых сервисов проектирования неоднородных вычислительных систем

Б.И. Борде
проф., к.т.н.,
bborde@sfu-kras.ru,
СФУ,
г. Красноярск

Ocнoвoй пpeдлaгaeмoгo пoдxoдa являeтcя oднoкpaтный ввoд oпиcaний oбъeктoв в видe фopмaлизoвaнныx зaдaний для paзличныx уpoвнeй aнaлизa и кoнcтpуктopcкoexнoлoгичecкoгo пpoeктиpoвaния. Пpивычныe инжeнepу гpaфичecкиe дoкумeнты в видe cxeм и cбopoчныx чepтeжeй дoлжны пoлучaтьcя aвтoмaтичecки в peзультaтe интepпpeтaции фopмaлизoвaнныx зaдaний и peшeний. При этом повышается производительность труда инженера. Сетевые сервисы обеспечивают работу на любом расстоянии и не зависят от рабочего времени [1,2,6].

Выбор сетевых сервисов производится в ряде множеств. В зависимости от мощности множеств используется оптимальный способ выбора. Для выбора языка описания проекта во множестве из трех, четырех языков  MLANG (cpp, java, ada, pl) используется простое меню, а для выбора выходной САПР из множества MCADOUT  используется двух-трех ступенчатое меню. В отличие от остальных множеств, множество проектов  MPRFZ расширяется и использование меню не является оптимальным. Лучшие результаты дает поиск по ключевым словам с использованием языка SparQL.

Для поиска используется свободная библиотека, содержащая java script, а в каждое формализованное задание проекта вставляется комментарий с ключевыми словами [3,4,5,6]. Результатом являются только формализованные задания требуемых проектов. Пример комментария для поиска приведен в конце статьи.

Многоуровневая САПР COD (Conceptual Object Design) служит для синтеза и анализа множества вариантов структур и автоматического преобразования формализованного задания в графические отображения для принятия решения, проектные решения для промышленных САПР. COD состоит из множества подсистем [4,6].

 

COD = < HSC, COMM, SAT, AAT>

 

где: HSC (Human Control) - подсистема управления проектированием, служит для снижения нагрузки на человека при переходе на второй уровень сложности задач проектирования;

COMM - коммуникационная подсистема проектирования. Обеспечивает возможность проектирования объектов в сети Интернет;

SAT (Synthesis Automation Tools) - инструментальные средства автоматизированного синтеза объектов;

AAT (Analysis Automation Tools) - инструментальные средства автоматического анализа поведения, оценки ресурсов и сравнения объектов.

WEB серверы (WS) содержат методические материалы и ссылки на серверы приложений (Application ServerAPS). Например, WEB сервер WS1 обеспечивает обучение в системе MOODLE (ms.sfu-kras.ru), а WS2 – просто методические материалы. Серверы приложений служат для выполнения формализованных заданий на проектирование (ФЗ-FZ). Результатом выполнения ФЗ являются сетевые сервисы, содержащие временные диаграммы поведения объекта, множество файлов проекта или макрокоманд для специализированной или комплексной САПР. Серверы приложений могут соединяться с аппаратурой (HW) с помощью устройств и процедур ADCUSB. Устройства ADCUSB содержат цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи. Серверы реализованы на виртуальных машинах DATA центра СФУ и используют ресурсы при обращении к ним.

Программное обеспечение рабочего места определяется категорией пользователей. Для просмотра проекта имеются бесплатные программы. Выполнение файлов макрокоманд возможно только в полноценном пакете САПР. Для обучения студенту и преподавателю предоставляются бесплатные версии САПР, иногда с ограничением количества компонент. Полноценные версии для обучения предоставляет фирма AUTODESK. AUTODESK REVIT обеспечивает создание комплексной, мультидисциплинарной модели здания. Для группового обучения требуется учебная лицензия. В остальных случаях требуется коммерческая лицензия. Поэтому может оказаться оптимальной структура с выделенным рабочим местом с полноценной САПР для выполнения файлов макрокоманд и пересылкой только готовых проектов.

Проектное решение, удовлетворяющее заданию, получается в результате итерационного процесса, включающего процедуры синтеза, анализа и управления. Результатом cинтeзa являeтcя oпиcaниe oбъeктa, a peзультaтoм aнaлизa – oцeнкa xapaктepиcтик и пpeдcкaзaниe пoвeдeния oбъeктa пpи oпpeдeлeнныx внeшниx воздействиях.

Для принятия решения и синтеза объектов в программно методическом комплексе COD СФУ из формализованного описания объектов (ФЗ) формируются временные диаграммы с автоматическим сравнением предполагаемых и фактических сигналов, таблицы параметров и критериев оптимальности, принципиальные схемы и образы объектов для всех вариантов. На конструктивах  компонент могут отображаться цифровые сигналы и температура. Для перехода к техническому проектированию ФЗ преобразуется в формат конкретной системы проектирования.

Пользователь САПР COD выбирает требуемый результат проектирования или анализа c помощью подсистем PRJSEL, а не последовательность проектных процедур и операций для достижения цели. Таким образом,  снижается нагрузка на пользователя и повышается уровень интеллекта комплекса.  Формализуемая часть подсистемы управления проектированием представлена в форме оболочки САПР COD, которая может быть реализована различными средствами. Представлены реализации оболочки для различных операционных систем на базе многофункционального редактора LPEX, входящего в инструментальные средства IBM Visual Age, инструментальных средств Eclipse, входящих в комплекс Web Sphere, и сетевых программ просмотра ( Mozilla FireFox).

Подсистема управления проектированием HSC состоит из множества подсистем

 

HSC = < SETSEL, PRJSEL, RESSEL, RPRJ>,

где:

SETSEL – подсистема выбора формализованного задания, языков описания проекта, выбора САПР и типа описания для импорта, выбора САПР и типа интерфейса для экспорта, языка сообщений и сервера в сети;

PRJSEL – подсистема выбора результатов проектирования;

       RESSEL – подсистема выбора представления результатов;

       RPRJ – правила, соответствующие маршрутам проектирования, определяющие выбор последовательности проектных процедур и операций для получения результатов проектирования и анализа. По мере развития комплекса увеличивается доля правил, реализуемая в подсистемах синтеза и анализа.

Подсистема выбора результатов проектирования PRJSEL представляется в виде

PRJSEL=<SETCADOUT, SETINTF>

где: SETCADOUT - множество допустимых выходных САПР,

       SETINTF – множество используемых интерфейсов для выходных САПР.

Подсистема выбора представления результатов проектирования RESSEL представляется в виде

RESSEL=< VIEWTXT VIEWAD, VIEWSCH, VIEWMOD, VIEWNET>

где: VIEWTXT – программа просмотра сообщений для одного или множества вариантов,

         VIEWAD – множество программ просмотра диаграмм цифровых и аналоговых сигналов для многовариантного анализа,

         VIEWSCH, VIEWMOD, VIEWNET – множество программ отображения схем, модулей и сетевых объектов.

Множество правил проектирования RPRJ состоит из подмножеств

RPRJ=<RNAMEVAR, RMCADIN, RMCADOUT, RFTSCH, RFTAB>

где: RNAMEVAR – правила образования вариантов имен результатов проектирования,

          RMCADIN – правила выбора модулей и функций заполнения таблицы варианта схемы,

          RFTSCH – правила выбора модулей и функций извлечения данных из таблицы варианта схемы,

          RFTAB – правила выбора модулей и функций извлечения данных из таблицы информации о компонентах схемы,

          RMCADOUT – правила выбора модулей и функций заполнения варианта схемы конкретной САПР.

Процедуры анализа должны допускaть peaлизaцию измeнeний в oпиcaнии oбъeктa. Синтез вapьиpуeмыx oпиcaний oбъeктoв в oтличиe oт ocнoвныx мoжнo нaзвaть диффepeнциaльным. Пpoцeдуpы диффepeнциaльнoгo cинтeзa пoзвoляют пoлучaть oпиcaниe oбъeктa для мнoгoвapиaнтнoгo aнaлизa, внocить измeнeния для пoлучeния нoвoгo oпиcaния из cущecтвующeгo. Oпиcaниe oтличий удoбнo иcпoльзoвaть в мнoгoвapиaнтнoм aнaлизe вычиcлитeльныx cиcтeм.

Основой автоматического преобразования формализованного задания в описании конкретных САПР являются многофункциональные модели компонент с общим интерфейсом [6]. Наличие моделей компонент с общим интерфейсом позволяет преобразовать формализованные задания в результаты для различных приложений. В зависимости  от приложения синтезируются модели компонент и управляющие модули. Модели компонент и управляющих модулей объединяются  в статические и динамические библиотеки и выбираются в зависимости от вида приложения. С целью снижения трудоемкости создания моделей компонент и управляющих модулей используются модели различных уровней. Модели верхнего уровня передают параметры моделям среднего уровня, а модели среднего уровня формируют разделы выходного файла с использованием модели нижнего уровня. Модели верхнего уровня не зависят от вида приложения. Вид приложения определяется моделями среднего и нижнего уровней.

 Подсистема выбора исходных данных проектирования SETSEL

состоит из множества подсистем

 

SETSEL=<SETPR, SETCADIN, SETTYPD, SETLANG, SETSERV>

 

где: SETPR — подсистема выбора проекта в виде формализованных заданий,

       SETCADINподсистема выбора входной САПР,

      SETTYPD подсистема выбора видов описаний во входных САПР,

       SETLANGподсистема выбора  языков описания проекта,

       SETSERVподсистема выбора  серверов приложений для выполнения проектов в виде формализованных заданий и получения требуемых результатов.

       Множества входных САПР (MCADIN), видов описаний во входных САПР (MTYPD), языков описания проектов (MLANG),   серверов приложений для выполнения проектов в виде формализованных заданий и получения требуемых результатов (MSERV) имеют небольшую размерность с незначительными изменениями. Множество проектов в виде формализованных заданий (MPRFZ) расширяется в процессе работы и необходима автоматизация выбора по ключевым словам.  Пример комментария для поиска с использованием RDF и owl приведён ниже:

/*

<rdf:RDF

       xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#"

       xmlns:rdfs="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#"

       xmlns:owl="http://www.w3.org/2002/07/owl#"

       xmlns:dc="http://purl.org/dc/elements/1.1/">

       <owl:Class rdf:ID="Keywords">

                   <rdfs:schema>fp06rgt.cpp</rdfs:schema>

                   <rdfs:keyword>Грубо-точный АЦП</rdfs:keyword>

                   <rdfs:keyword>Rough-precise ADC </rdfs:keyword>

       </owl:Class>

</rdf:RDF>

*/

Использование RDF и owl соответствует международным стандартам и инициативе CDIO. Множество ключевых слов на английском и русском языках сведено в таблицы и используются клиентом и сервером.

Литература

1.  Норенков И. П. Основы автоматизированного проектирования.   Учебник для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006.  446 с.

2.  Артамонов Е. И. Структурное проектирование систем. / Е.И.Артамонов // Информационные технологии в проектировании и производстве.2008. №2. С.3–10

3.  Борде Б.И. Основы САПР неоднородных вычислительных устройств и  систем, Красноярск,  изд. КГТУ с грифом Минобразования,  2001г.-  352с.

4.  Борде Б.И.  Программно - методический комплекс "Основы САПР неоднородных вычислительных устройств и систем " Красноярск, КГТУ, 2008г.-CDROM (рус.,англ.) . Номер гос. регистрации НТЦ ИНФОРМРЕГИСТР 0320702238.

5.  Борде Б.И. Многоуровневая структурная оптимизация неоднородных вычислительных систем. Вестник Красноярского государственного университета, Физико-математические науки, вып. 7, 2006, с. 155-161.

6.  Борде Б. И. Сетевые сервисы проектирования неоднородных вычислительных систем. / Б. Борде //Труды международной конференции CAD/CAM/PDM – 2012. М.: ИПУ РАН, 2012-c.242-244.