Технологии представления данных и информационные модели по ИСО 10303 (STEP)

Как указано выше, для структурированного представления данных в ИИС разработан ряд международных стандартов и спецификаций. В них описаны и регламентированы технологии представления данных и информационные  модели для различных предметных областей.

Совокупность стандартов ИСО серии 10303 (STEP) описывает комплексную технологию управления данными об изделии. Эти данные представляются в виде репозитория (хранилища), роль которого может выполнять база данных или электронный документ.

Стандарт содержит описание комплекса типовых информационных моделей, касающихся различных аспектов изделия: его состава и структуры, геометрической формы, материалов, требований к точности и т. д. Эти типовые модели называются интегрированными ресурсами (integrated resources).

Помимо интегрированных ресурсов стандарт содержит типовые информационные модели объектов (изделий) для ряда предметных областей (судостроения, автомобилестроения и т. д.). Эти модели построены в основном на базе интегрированных ресурсов и называются протоколами применения (application protocol). Стандарт ИСО 10303 не только содержит готовые протоколы для различных предметных областей, но и описывает методику создания, тестирования и аттестации новых протоколов.

Для описания информационных моделей (интегрированных ресурсов и протоколов применения) используется специально разработанный язык описания данных – Express.

Стандарт не касается вопросов реализации БД, но предусматривает форму представления данных в виде электронного документа – текстового обменного файла, имеющего строго регламентированную структуру. Обменный файл используется  для  передачи  данных  между  различными  компьютерными  системами или представления  и  хранения  результатов  работы  автоматизированных  систем проектирования.

Стандарт также содержит спецификацию стандартизованного интерфейса доступа к данным (Standard Data Access Interface – SDAI). Эта спецификация представляет собой набор функций для языков программирования С и C++, обеспечивающих доступ к объектам в репозитории.

Для аттестации и сертификации прикладных программных средств, работающих с данными в формате ИСО 10303, в стандарте предусмотрен комплекс тестов и методик аттестационного тестирования.

Общая структура и взаимосвязь составных частей стандарта ИСО 10303 приведены на рис. 3.2.

Раздел «Методы описания» содержит две нотации объектно-ориентированного языка Express – текстовую и графическую.

Раздел «Методы реализации» описывает требования к структуре текстового обменного файла и программный интерфейс доступа к данным (SDAI).

В разделах «Общие интегрированные ресурсы», «Прикладные интегрированные ресурсы» и «Прикладные решения» описываются типовые элементы информационных моделей, из которых конструируются протоколы применения, соответствующие конкретным предметным областям. Согласно требованиям стандарта ИСО 10303 протокол применения должен, как минимум, на 85 % состоять из объектов, наследуемых от объектов – интегрированных ресурсов.

Раздел «Протоколы применения» содержит готовые модели данных для различных прикладных областей (машиностроение, судостроение, автомобилестроение,  электроника,  строительство  и  др.)  путем  использования  прикладных  программных интерфейсов (API – Application Programming Interface).

Разделы «Методология аттестационного тестирования» и «Набор базовых тестов» содержат общие требования по организации аттестации программного обеспечения и наборы тестов для каждого протокола применения.

 

Рис. 3.2 - Взаимосвязь основных разделов стандарта ИСО 10303 STEP

Тестирование выполняется в два этапа:

а) тестируемая система читает тестовый обменный файл, а затем перечень обнаруженных в нем объектов сравнивается с содержанием теста;

б) в тестируемой системе создается описание заданного в тесте набора объектов и на их основе генерируется обменный файл, который сравнивается с исходным. Развитием  STEP-технологии,  введенной  в  ИСО  10303,  является  семейство стандартов, регламентирующих информационное описание комплектующих изделий (ИСО 13584 Parts Library), производственных ресурсов различного вида (ИСО 15531 Manufacturing Management Data), изделий для нефте-, газового комплекса (ИСО 15926 Oil and Gas). Все эти стандарты содержат описанные выше компоненты STEP-технологии.

 

Зарубежные стандарты

Инициатива PLCS. В рамках данной концепции трудно дать сколько-нибудь полный перечень международных и национальных стандартов, относящихся к рассматриваемой проблематике. Поэтому целесообразно лишь упомянуть инициативу 14 ведущих промышленных компаний, поддержанную рядом правительственных организаций и названную PLCS (Product Life Cycle Support).

Участников инициативы PLCS не удовлетворяют темпы стандартизации, качество и стоимость информации. Эта инициатива реализуется силами специализированной команды в составе рабочей группы Технического комитета ISO/TC184 (полное обозначение ISO/TC184/SC4/WG3/T8). Основная цель инициативы – ускорить разработку  и  развитие  новых  стандартов  обмена  надежной  информацией о комплексах (сложных технических системах) и сопровождении их эксплуатации, т. е. информацией, необходимой и получаемой в процессе создания, изготовления, эксплуатации и модернизации комплекса вплоть до снятия с эксплуатации.

Этот международный проект создан для выработки согласованного стандарта на основе радикального расширения стандарта ISO 10303 обмена данными о модели продукта, известного под аббревиатурой STEP. Предполагается, что в рамках инициативы PLCS будет обеспечено более раннее привлечение разработчиков специализированных программных продуктов, реализующих требования стандартов.

Цели и сфера проводимых в рамках инициативы PLCS работ схематично представлены на рис. 3.3 и направлены на обеспечение получения наиболее полных и актуальных данных в течение полного жизненного цикла комплекса.

Приведенный рисунок свидетельствует о полноте компонентов системы IFS Applications для реализации потребностей PLCS.

Рис. 3.3 - Инициатива управления жизненным циклом комплекса (PLCS) и ее комплексное покрытие компонентами IFS Applications

 

3.5. Базовый стандарт на представление текстовой и графической информации. Основным стандартом, регламентирующим представление в документах текстовой и графической информации, а также рационального управления документом (определение логической структуры внутри документа, т. е. связей различных элементов информации друг с другом) является международный стандарт   ISO 8879 Information Processing Text and Office System – Standard Generalized Markup Language (SGML). Этот стандарт определяет обобщенный стандартный язык разметки текста, способ описания структуры документа, а также формат вставляемых в документ описательных меток.

С точки зрения стандарта SGML документ рассматривается как совокупность:

· содержания (информации, содержащейся в документе в текстовой, графической и мультимедийной форме);

· данных  о  структуре  документа  (взаимосвязи  глав,  разделов,  параграфов, ссылки, права доступа к элементам документа);

· данных о стиле оформления документа (используемых шрифтах, интервалах, размерах полей, способе нумерации и т.д.).

Структура документа задается при помощи «Определения типа документа» (ОТД, DTD – Document Type Definition), описывающего эту структуру подобно тому, как схема базы данных описывает типы поддерживаемых данных и отношения между полями. ОТД задает взаимосвязь фрагментов текста, образующих документ, а также может быть определен как шаблон, который определяет, какая информация доступна и где.

В ОТД указывают соответствие символов и их кодов, максимальные длины используемых идентификаторов, способ представления ограничителей для тегов, другие возможные соглашения, синтаксис ОТД, а также тип и версию документа. Следовательно, SGML можно назвать метаязыком для семейства конкретных языков разметки. В частности, подмножествами SGML можно считать языки разметки XML и HTML. При этом XML более удобен, чем SGML: легче воспринимается, приспособлен для использования в WWW (современных браузерах), сохраняя возможности SGML. Для конкретных приложений создаются свои варианты (словари) XML. Известны варианты для математики, химии, медицины.

Применение стандарта SGML для создания структурированных документов дает значительные преимущества:

1. Структурный подход позволяет создателю документа организовать информацию и хранить его содержание отдельно от формата. Это помогает централизованно настроить формат документов, поэтому их авторы могут сосредотачивать свои усилия на содержании, а не на оформлении, что удваивает производительность.

2. Печатный документ – только одна форма информации, основанная на SGML.

3. Поскольку SGML – простой стандартный формат файла, то не придется заново конвертировать документы, когда аппаратное и программное обеспечения выйдут из употребления.

4. Структура  документа  проверяет,  находится  ли  необходимая  информация в нужном месте. Поскольку SGML исключает трансляцию данных, нет риска потерять информацию при ее переводе из одного формата в другой.

5. Используя  SGML,  манипулируют  элементами  информации.  Помеченный элемент может иметь атрибуты, определяющие его характеристики или свойства.

6. Информация, содержащаяся в атрибутах, не предназначена для печати, но помогает при управлении элементами данных.

7. Поскольку SGML работает с компонентами структурированных документов, то можно создавать документы, используя информацию, полученную из разных источников. Это дает возможность пользователям иметь разделенный доступ к самой последней версии данных без дублирования.

8. В настоящее время при использовании стандарта SGML различными компьютерами, операционными системами и приложениями информации в раздельном режиме употребляются информационные сети. В таких сетях переносимость информации становится ключевым вопросом в обеспечении доступа к ней. Документы SGML вследствие программной и аппаратной зависимости легко транслируются в разные системы.

Стандарту ISO 8879 сопутствуют дополнительные технические  стандарты, как международные, так и национальные, регламентирующие различные аспекты его использования. К их числу относятся:

· ISO/IEC 10179 Document Style Semantics and Specification Language (DSSSL). Данный стандарт определяет язык для описания правил и формата отображения SGML-документов при выводе на экран, печать или иное устройство отображения.

· ISO/IEC IS 10744 Information Technology – Hypermedia Time Based Document Structuring Language (HyTime). Определяет расширение SGML в части использования мультимедийной информации.

· ISO/IEC 8632 Information Processing Systems – Computer Graphics – Metafile. Стандарт описывает формат хранения планарных векторных и векторно-растровых изображений. Сформулированы требования к представлению изображений в формате CGM.

· ISO/IEC 10918 Coding of Digital Continuous Tone Still Picture Images (JPEG). Стандарт определяет требования к представлению растровой графики в цифровом формате.

· ISO 11172 MPEG2 Motion Picture Experts Group (MPEG) Coding of Motion Pictures and associated Audio for Digital Storage Media. Стандарт определяет требования к представлению видеоинформации в цифровом формате.

· ISO/IECS 13522 Information Technology – Coding of Multimedia and Hyper- media Information (MHEG). Определяет требования к представлению мультимедийной информации.

· MIL - STD -1840 – стандарт Министерства обороны США – Автоматизированный обмен технической информацией (Automated Interchange of Technical In- formation) – часто называют «зонтичным» стандартом в области CALS-технологий, т. к. он определяет используемые международные, национальные, военные стандарты и спецификации для электронного обмена информацией между организациями или системами.

· MIL-STD-1840C посвящен  представлению и обмену  данными в CALS-технологиях. Основные положения этого стандарта признаны в России и представлены в документе Р50.1.027-2001. Стандарт определяет международные, национальные, военные стандарты и спецификации для электронного обмена информацией между организациями или системами. В нем к стандартам и спецификациям технологий CALS отнесен ряд стандартов таких, как вышеназванные стандарты STEP, SGML, а также стандарты шифрования данных и электронной подписи, кодирования, аудио- и видеоданных, спецификации MIME электронной почты и т. п.

Он определяет формат, структуру и методы обмена техническими данными в разнородной компьютерной среде, т. е. данными, используемыми для преобразования и хранения технической информации в электронном виде. Под термином «технические данные» понимается информация, используемая системами автоматизированного проектирования, управления, планирования и т. д.

Жизненный цикл систем описывается в стандарте ISO/IEC 15288, жизненный цикл ПО – в ISO/IEC 12207, обследование процессов – в ISO/IEC 15504.

Название стандарта ISO/IEC 15288 – «Системная инженерия – Процессы жизненного цикла систем». Стандарт описывает общую структуру процессов, составляющих жизненный цикл любого рода систем, созданных человеком. Основное внимание уделено вопросам непрерывной оценки качества систем, контроля качества циркулирующей  информации,  управления  рисками,  анализа  рисков и оптимизации процессов на всех стадиях разработки и эксплуатации систем.

Управление рисками подразумевает определение событий, которые отрицательно влияют на систему, проект или организацию, оценку рисков и их обработку. Оценка производится в терминах и показателях качества, затрат, сроков или технических характеристик. Решение проблем  управления  рисками  базируется на моделировании.

Стандарты России

Работа по созданию национальных CALS-стандартов проводится в России под эгидой Госстандарта РФ. Технический комитет ТК431 «CALS-технологии» разработал ряд стандартов серии ГОСТ Р ИСО 10303, являющихся адекватными переводами соответствующих международных стандартов.

Госстандартом РФ         утверждены следующие 6  томов этого  стандарта (рис. 5.4), и подготовлены к утверждению еще 6:

1. ГОСТ Р ИСО 10303-1-99. Системы автоматизации производства и их интеграция. Представление данных об изделии и обмен этими данными. Часть 1. Общие представления и основополагающие принципы.

2. ГОСТ Р ИСО 10303-21-99. Системы автоматизации производства и их интеграция. Представление данных об изделии и обмен этими данными. Часть 21. Методы реализации. Кодирование открытым текстом структуры обмена.

3. ГОСТ Р ИСО 10303-41-99. Системы автоматизации производства и их интеграция. Представление данных об изделии и обмен этими данными. Часть 41. Интегрированные обобщенные ресурсы. Основы описания и поддержки изделий.

4. ГОСТ Р ИСО 10303-11-2000. Системы автоматизации производства и их интеграция. Представление данных об изделии и обмен этими данными. Часть 11. Методы описания. Справочное руководство по языку Express.

5. ГОСТ Р ИСО 10303-12-2000. Системы автоматизации производства и их интеграция. Представление данных об изделии и обмен этими данными. Часть 1. Методы описания. Справочное руководство по языку Express-1.

6. ГОСТ Р ИСО 10303-45-2000. Системы автоматизации производства и их интеграция. Представление данных об изделии и обмен этими данными. Часть 45. Интегрированные обобщенные ресурсы. Материалы.

7. Р 50.1.027-2001. Информационные технологии поддержки жизненного цикла продукции. Автоматизированный обмен технической информацией. Основные положения и общие требования.

8. Р 50.1.028-2001. Информационные технологии поддержки жизненного цикла продукции. Методология функционального моделирования.

9. Р 50.1.029-2001. Информационные технологии поддержки жизненного цикла продукции. Интерактивные электронные технические руководства. Общие требования к содержанию, стилю и оформлению.

10. Р 50.1.030-2001. Информационные технологии поддержки жизненного цикла продукции. Интерактивные электронные технические руководства. Требования к логической структуре базы данных.

11. Р 50.1.031-2001. Информационные технологии поддержки жизненного цикла продукции. Терминологический словарь. Часть 1. Стадии жизненного цикла продукции.

12. Р 50.1.032-2001. Информационные технологии поддержки жизненного цикла продукции. Терминологический словарь. Часть 2. Применение стандартов серии ГОСТ Р ИСО 10303.

В целом можно констатировать, что стандартизация занимает одно из ключевых мест в решении сложной комплексной межотраслевой проблемы внедрения CALS-технологий в стране. Это предопределяет необходимость создания нормативного обеспечения на основе методов и средств функциональной стандартизации в данной области, гармонизированного с требованиями международных стандартов.

PC устанавливают термины и определения понятий в области CALS- технологий. Термины, установленные в PC, обязательны для применения во всех видах документации и литературы по технологиям непрерывной информационной поддержки жизненного цикла продукции.

В настоящее время в России приняты и введены в действие рекомендации по стандартизации Р50.1.027-2001 «Информационные технологии поддержки жизненного цикла изделия. Автоматизированный обмен технической информацией. Основные положения и общие требования». Выполненные с учетом как MIL-STD- 1840C, так и действующих  российских  стандартов,  эти  РС  распространяются на обмен между организациями или системами конструкторскими, технологическими, программными и другими проектными данными, представленными в электронном виде. РС определяют основные правила формирования пакета технических данных для электронного обмена, форматы представления технических данных об изделии, а также устанавливают требования и соглашения, относящиеся к логическому распознаванию файлов независимо от среды передачи технической информации.