Магистерская работа: Управление инженерными данными на этапе концептуального проектирования ракеты-носителя

.2.2 Методология ARIS

Методология ARIS (Architecture of Integrated Information Systems - архитектуры интегрированных информационных систем) сводится к построению схемы технологического процесса в виде последовательности операций, на входе и выходе которых отражаются объекты различной природы: материальные и информационные объекты, используемые ресурсы, организационные единицы.

Методология ARIS состоит в описании модели процессов в виде четырех интегрированных между собой представлений:

¾           функциональное представление содержит описание функций бизнес - процесса или системы, отдельных подфункций (операций) и их взаимосвязи между собой;

¾           информационное представление описывает состояния информационных объектов (данных), и события, приводящие к их изменению;

¾           организационное представление определяет совокупность организационных единиц и их взаимосвязей;

¾           управляющее представление описывает взаимосвязи между указанными представлениями.

Каждое представление содержит разные диаграммы (ARIS поддерживает разнообразные графические нотации), которые по времени их возникновения относят к трем последовательным уровням или этапам проработки представления:

¾           на уровне описания требований происходит определение целей моделирования, языка предметной области и программного решения рассматриваемой задачи, которое базируется на результатах анализа проблем бизнеса и позволяет описать формализованные требования к системе;

¾           на уровне спецификации проекта концептуальные понятия, сформулированные на предыдущем уровне формулировки требований, трансформируются в категории, методы и алгоритмы в терминах информационных технологий;

¾           на уровне описания реализации спецификация проекта трансформируется в конкретные аппаратные и программные компоненты.

Достоинство функционального подхода заключается в наглядности и понятности представления бизнес - процессов на различных уровнях абстракции, что особенно важно на стадии внедрения разработанных бизнес-процессов в подразделениях предприятия. Существенным недостатком функционального подхода является некоторая субъективность детализации операций и как следствие большая трудоемкость в адекватном построении бизнес - процессов.[14]

.3 Моделирование процесса нисходящего проектирования изделия (диаграммы ARIS и UML)

Попробуем представить процесс нисходящего проектирования с помощью вышеописанных методологий моделирования бизнес - процессов.

.3.1 Моделирование процесса нисходящего проектирования изделия; диаграммы ARIS

Диаграмма aVAD (adaptive Value Added Chain Diagrams) описывает цепочку процессов добавляющих стоимость. Нотация aVAD позволяет отобразить логическую связь между приоритетными процессами нисходящего проектирования в виде отношения «предыдущий - следующий». [14]

Рисунок1.5 - Нотация aVAD процесса нисходящего проектирования изделия

В данной диаграмме рассмотрены 7 основных процессов (утверждение правил, разработка блок-схем, подготовка библиотек 3D - моделей, создание управляющей структуры из пустых объектов, создание компонентов блок -схемы, создание файлов МГП, создание модели распределения пространств ).

Процесс проектирования начинается с утверждение правил именования файлов и модификации узлов. Важно утвердить регламент именования файлов до начала работ по проекту. Утверждение регламента именования должно быть первым этапом в работах. Это не только обеспечит основу для точного определения и управления файлами в проекте, но и позволит давать правильные названия файлам реальных деталей и узлов до того, как проектная структура изделия полностью сформируется. Регламент именования файлов должен обеспечивать предсказуемость понимания местоположения данной модели в рамках не только текущего узла, но и всего изделия в целом. В названии файла должна быть предусмотрена возможность легкого создания дополнительных модификаций конструкций, путем изменения индекса номера версии.

Далее разрабатывается блок - схема изделия. Блок - схема управляющей структуры необходима для четкого планирования работ по её последующему созданию. При создании блок - схемы руководители проекта должны помнить, что управляющая структура должна повторять схему разделение проекта на отдельные управляющие сборки так же зависит и от подразделений, участвующих в проекте. Проектанты разрабатывают основную блок - схему (древовидную структуру) проекта. В ней они останавливаются на уровне перехода разработки к конструкторам, в конкретные отделы. Блок - схема должна содержать: названия файлов, обозначения, коды и наименования объектов, подразделения разработчиков, ФИО специалистов.

За тем следует процесс подготовки библиотек 3D - моделей. Перед началом работ необходимо подготовить:

¾      Перечень используемых стандартных и покупных компонентов;

¾      Библиотеку 3D - моделей используемых стандартных и покупных компонентов.

Все модели должны отвечать требованиям к стандартным деталям, сложные приборы и агрегаты должны быть представлены габаритными моделями. В PDM - системе необходимо создать библиотеки стандартных и покупных компонентов и обеспечить доступ к ним всем участникам проекта. После чего следует процесс создания управляющей структуры из пустых объектов.

Сборки и компоненты создаются на основании разработанной и утвержденной блок-схемы, в которой уже должны быть указаны все атрибуты объектов - "ОБОЗНАЧЕНИЕ", "ПОСТФИКС МОДЕЛИ" (код модели), "НАИМЕНОВАНИЕ". Допустимые типы моделей в управляющей структуре и их сокращения:

Таблица 1.1 - Допустимые типы моделей в управляющей структуре и их сокращения

Для управляющих сборок проектантов и конструкторов вводятся третьи буквы в постфиксы - для проектантов «П» (УСП, МГП и т.п.), для конструкторов «К» (УСК, МГК и т.п.)

Правильная структура и наличие всех атрибутов у моделей и сборок на начальной стадии, когда еще нет никаких геометрических построений, гарантирует целостность проекта и корректность размещения объектов в PDM - системе.

Следующий процесс - создание компонентов блок - схемы.

Затем проектанты приступают к созданию файлов МГП. В данных файлах необходимо создать основные базы будущего изделия: основные плоскости, оси, точки. Дать всем объектам однозначно названия. Данными базовыми элементами геометрии будут часто пользоваться последующие разработчики, поэтому данная мастер - геометрия - это единственное место, в котором проектанты могут создать публикуемый набор для нижестоящих сборок и собрать в него все базы изделия. При переходе к созданию мастер - геометрии нижестоящей сборки, в неё, в первую очередь, копируется публикуемый набор базы изделия. Все остальные базовые плоскости удаляются и для построений используются только базы изделия.

Завершающим процессом создание модели распределения пространств, по окончании которого достигается главная цель - готовая УСП. В управляющей сборке проектантов в модель распределения пространства необходимо скопировать только системы координат из всех агрегатов. Интерфейсная геометрия из моделей агрегатов не копируется, это будет на этапе работы конструкторов. Скопированная система координат переименовывается в соответствии с названием файла модели или обозначением агрегата. Все последующие размещения данного агрегата в Управляющей структуре проектантов и конструкторов выполняются путем размещения по системе координат.

Между основными процессами отображены потоки материальных ресурсов и информации.

Так для процесса «утверждение правил именования файлов и модификации узлов» входными «данными», отображающими потоки информации необходимой для выполнения процесса, являются рекомендации, выходными «данными» - утверждённые правила. Подразделением выполняющий процесс является головной проектный отдел.

Для процесса «разработка блок - схемы изделия» входными «данными» являются утверждённые правила и требования заказчика, выходными «данными» - блок-схема; необходимой инфраструктурой для выполнения процесса - CAD - системы. Подразделением выполняющий процесс является проектный отдел.

Для процесса «подготовка библиотек 3D - моделей» входными «данными» являются списки недостающих объектов; выходными «данными» являются контексты. Контекст предоставляет собой инфраструктуру, из которой выполняются действия пользователя. Подразделениями выполняющими процесс являются проектный отдел и подразделение системных администраторов. Необходимой инфраструктурой для выполнения процесса - PDM - система.

Для процесса «создание управляющей структуры из пустых объектов» входными «данными» являются блок - схема и утверждённые правила; выходными «данными» является управляющая структура из пустых объектов; необходимой инфраструктурой для выполнения процесса - CAD и PDM - системы. Подразделением выполняющими процесс является проектный отдел.

Для процесса «создание компонентов блок-схемы» входными «данными» являются требования заказчика; выходными «данными» являются компоненты блок - схемы; необходимой инфраструктурой для выполнения процесса - CAD и PDM - системы. Подразделением выполняющими процесс является проектный отдел.

Для процесса «создание файлов МГП» входными «данными» являются управляющая структура проектанта, компоненты блок-схемы; выходными «данными» являются созданные файлы МГП; необходимой инфраструктурой для выполнения процесса - CAD и PDM - системы. Подразделением выполняющими процесс является проектный отдел.

Для процесса «создание модели распределения пространства» входными «данными» являются МГП; выходными «данными» является МГП; необходимой инфраструктурой для выполнения процесса - CAD и PDM -системы. Подразделением выполняющими процесс является проектный отдел.

Существующая обратная связь, объединяющая процессы обозначает информационное взаимодействие этих процессов в рамках ЕИП, то есть существует возможность внесения изменений в ход процессов на любом этапе процесса проектирования. По этой связи осуществляется обмен информирующими и управляющими сообщениями между участниками процессов.

.3.2 Моделирование процесса нисходящего проектирования изделия; диаграмма UML(диаграмма состояний)

Диаграмма состояний описывает процесс изменения состояний одного или нескольких экземпляров классов, т. е. моделирует все возможные изменения в состоянии конкретного объекта, которые вызваны внешними воздействиями со стороны других объектов. Диаграмма состояний представляет динамическое поведение сущностей, на основе спецификации их реакции на восприятие некоторых конкретных событий. Главное назначение этой диаграммы - описать возможные последовательности состояний и переходов, которые в совокупности характеризуют поведение элемента модем в течение его жизненного цикла.

Под состоянием понимается абстрактный метакласс, используемый для моделирования отдельной ситуации. Состояние может быть задано в виде набора конкретных значений атрибутов класса или объекта, которые отражают динамический или функциональный аспект его поведения. При этом изменение их отдельных значений будет отражать изменение состояния. Состояние определяется именем и списком внутренних действий (деятельностей), которые выполняются в процессе нахождения моделируемого элемента в данном состоянии.

Диаграмма состояний по существу является графом специального вида, который представляет некоторый автомат. Вершины этого графа - состояния и некоторые другие типы элементов автомата (псевдосостояния), отображаемые соответствующими графическими символами.

Дуги графа служат для обозначения переходов из состояния в состояние. Срабатывание перехода зависит от наступления некоторого события и от выполнения определенного условия, называемого сторожевым. На более простых переходах возможна организация сложных соединений (две и более входящих дуг) и ветвление (две и более исходящих дуг). Диаграммы состояний могут быть вложены друг в друга, образуя составные состояния, которые могут быть последовательными, параллельными и исюрическими - запоминающими; синхронизирующими.

Существует два частных случая состояния. В начальном состоянии объект находится по умолчанию в начальный момент времени. В конечном состоянии объект находится после завершения работы автомата в конечный момент времени. Эти состояния не содержат никаких внутренних действий (псевдосостояний).[14]

Рисунок 1.7 - Обозначения принятые при построении диаграммы состояний

Рисунок 1.8 - Диаграмма состояний процесса нисходящего проектирования изделия

.4 Ракета - носитель как объект проектирования (назначение, особенности проектирования, возникающие сложности)

Ракета - носитель (ракетно - космическая система) представляет собой сложную техническую систему, как по своему структурному составу, так и по функционированию. В свою очередь, ракета - носитель является частью более сложной системы - ракетно - космического комплекса.

Ракетно-космический комплекс - это совокупность ракеты-носителя (РН) или ракетно-космической системы и космодрома, обеспечивающего предстартовую подготовку и пуск ракеты-носителя (ракетно - космической системы), траекторные измерения, выдачу команд, прием и обработку телеметрической информации

Рассмотрим структуру РКК.

Рисунок 1.9 - Структура ракетно-космического комплекса

Как видно из схемы РКК состоит из технического комплекса, стартового комплекса и ракеты космического назначения. Первые два элемента структуры не являются объектами нашего изучения. Рассмотрим более подробно структуру ракеты космического назначения и кратко опишем функции каждого составного элемента. Данный агрегат состоит из ракеты - носителя (РН) и космической головной части(КГЧ). РН - это аппарат, действующий по принципу реактивного движения (ракета) и предназначенный для выведения полезной нагрузки в космическое пространство. КГЧ - это последняя ступень ракеты-носителя в составе:

¾      полезная нагрузка (один или несколько космических аппаратов), переходной системы (адаптера разгонного блока),

¾      разгонный блок и головной обтекатель.

РН состоит из ракетных блоков первой, второй и более ступеней, в которых размещается топливо и двигатели, необходимые для выведения космического аппарата на нужную высоту.[15]

Для лучшего понимания сложности проектирования РН рассмотрим классификацию рассматриваемого изделия.

. Классификация по грузоподъемности (выведение на круговую орбиту высотой 200 км):

¾      малые (до 5 т);

¾      средние (5…10 т);

¾      тяжелые (10…15 т);

¾      сверхтяжелые (свыше 15 т).

. Классификация по количеству ступеней:

¾      двухступенчатые;

¾      трехступенчатые;

¾      двухступенчатые и трехступенчатые с разгонными блоками.

. Классификация по схеме соединения ступеней:

¾      с последовательным соединением ступеней (схема "тандем");