Подсистемы, прикладные программы и пользователи САПР ТП используют большое количество различных данных, совокупность которых обобщенно называют информационным фондом САПР ТП. В состав информационного фонда САПР ТП входят: формализованно описанная нормативно-справочная информация (государственные и отраслевые стандарты, руководящие материалы, сведения о типовых и групповых ТП, паспортные данные станков и т.д.); временно записываемые данные, которые являются результатом функционирования одной из подсистем САПР ТП и затем могут вводиться в другую подсистему; программные модули отдельных подсистем САПР ТП, подпрограммы для разработки управляющих программ для станков с ЧПУ; чертежи инструментов и приспособлений, операционные эскизы; шаблоны для ввода информации и оформления документов, например, технологических карт и т.п.
Информационное обеспечение САПР – это совокупность информационного фонда и средств его ведения (то есть средств создания, реорганизации данных, обеспечения доступа к ним с использованием ЭВМ).
Известны три подхода к организации информационного фонда, принципиальные схемы которых представлены на рисунке 15:
размещение данных непосредственно в теле программы;
запись данных в отдельные файлы;
использование баз данных.
Все три подхода могут найти свое применение при обоснованном и квалифицированном их использовании в каждом конкретном случае.
Принципиальные схемы организации информационного фонда
размещение данных непосредственно в теле программы (а);
запись данных в отдельные файлы (б);
использование баз данных (в)
Первый подход (рис. 15а) на примере выбора модели зубошевинговального станка был рассмотрен в п. 1.4. В случае необходимости модификации данных (например,
удаления данных о демонтированном станке), данный подход имеет недостаток – неизбежность модификации программы для обновления или реорганизации данных.
При использовании второго подхода информация записывается на жесткий диск отдельно от прикладной программы. Это обеспечивает относительную независимость прикладной программы от данных и исключает изменение программы в случае обновления данных. Если данные используются только конкретной прикладной программой, то такой подход вполне приемлем. В противном случае, очевиден следующий недостаток такого подхода. Часто одни и те же данные используются различными прикладными программами, в которых они имеют различную структуру и тип представления, что приводит к их необоснованному дублированию на диске. Еще один недостаток рассматриваемого подхода состоит в том, что к данным, рассредоточенным по множеству файлов и организованным так, чтобы удовлетворять только запросам конкретных прикладных программ, нельзя обращаться пользователю в диалоговом режиме.
При организации информационного фонда с использованием записи данных в файлы наиболее выгодным форматом представления данных являются таблицы. Для файлового представления данных применяют следующие виды таблиц:
1 справочные таблицы;
2 таблицы решений;
3 алгоритмические таблицы;
4 таблицы соответствий;
5 логические таблицы соответствий.
Справочные таблицы используют для описания характеристик, закладываемых в систему ТР (данных о станках, инструментах, технологической оснастке и т.д.), а также всей нормативно-справочной информации. Структурная схема справочной таблицы приведена на рисунке 16.
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
– комплекс параметров применимости;
– множество типовых решений (ТР);
– характеристика типовых решений (ТР);
Рисунок 16 – Структурная схема справочной таблицы
Пример справочной таблицы характеристик зубошевинговальных станков, применяющийся для поиска ТР при решении задачи выбора зубошевинговального станка, приведенной в п. 1.4, представлен в таблице 2.
Алгоритм чтения таблицы состоит в поиске по столбцу ТР соответствующей строки и в последующем считывании характеристик ТР, находящихся в данной строке.
Часть информационного обеспечения САПР ТП, содержащую сведения о ТР и правилах их принятия, называют технологическим обеспечением. К нему предъявляют требования независимости от алгоритмического обеспечения (алгоритмы не должны содержать характеристик ТР) и универсальности формы представления. Этим требованиям удовлетворяет представление в форме таблиц решений (табличных алгоритмов). Выделяют односторонние и двусторонние таблицы решений. Структурная схема односторонней таблицы решений приведена на рисунке 17, алгоритм универсальной процедуры чтения односторонней таблицы решений – на рисунке 18.
В соответствии с алгоритмом универсальной процедуры чтения таблицы, представленной на рис. 18, например, для набора исходных данных , ; поиск решения по алгоритму, представленному на рис. 17, происходит по следующим адресам матрицы :
1
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
– комплекс параметров применимости (КПП);
– множество типовых решений (МТР);
– характеристические значения (границы интервалов)
Пример формализованной односторонней таблицы решений, составленной для решения задачи выбора модели зубошевинговального станка, приведен в таблице 3.
В двусторонних таблицах решений КПП разбивается на два подкомплекса с соответствующими подмножествами параметров применимости и . Двусторонние таблицы решений более компактны, чем односторонние. Структурная схема двусторонней таблицы решений приведена на рисунке 19. Процедура чтения двусторонней таблицы решений реализуется повторным применением алгоритма чтения односторонней таблицы, приведенного на рисунке 18. Сначала осуществляется поиск в матрице нужной строки, затем – поиск в этой строке нужного столбца.
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
, – первый и второй подкомплексы параметров применимости;
– типовые решения (МТР);
, – характеристические значения (границы интервалов)
В случае, если число решений невелико, а логические зависимости их выбора сложны (например, при выборе модели токарного станка-автомата), для формального представления алгоритма выбора решений используют не таблицы решений, а алгоритмические таблицы. В этих таблицах помимо характеристик типовых решений указывается тип условия (принимает одно из возможных решений: =; ≠; <; >; ≤; ≥) и адрес (метку) перехода .
Если условие выполняется, то осуществляется переход к следующему -ому столбцу -ой строки, то есть к условию . Если условие не выполняется, производится переход по метке , записанной в той же клетке в скобках. Метки осуществляют три вида переходов: стандартный, определяющий переход к следующей, -ой строке -го столбца; переход к другой подпрограмме по метке (в данном случае – целое число); переход к -ой строке и -ому столбцу таблицы, где – целая часть , – дробная часть . Процедура заканчивается принятием решения или выходом из таблицы на какую-либо подпрограмму по метке . Структурная схема алгоритмической таблицы приведена на рисунке 20.
Рассмотрим пример решения задачи выбора токарного станка-автомата для обработки деталей из прутковых заготовок круглого, шестигранного и четырехгранного сечения. Условия применимости четырех ТР (моделей станков-автоматов), имеющихся на предприятии, представлены в таблице 4.
Таблица 4 – Условия применимости токарных станков-автоматов
Параметр применимости
Допустимые интервалы параметра применимости, мм, для станка модели
1Б112
1Б118
1А124
1Б136
Диаметр круглой заготовки,
До 12
До 18
До 24
До 36
Размер под ключ шестигранной заготовки,
До 9
До 14
До 20
До 30
Размер под ключ четырехгранной заготовки,
До 7
До 10
До 17
До 27
Диаметр наружной резьбы для заготовок
из стали,
До 8
До 10
До 18
До 22
Диаметр наружной резьбы для заготовок
из остальных материалов,
До 10
До 12
До 22
До 27
Длина детали,
До 60
До 60
До 90
До 90
Алгоритмическая таблица, позволяющая осуществить выбор станка-автомата для конкретных условий обработки, приведена в таблице 5.
Таблица 5 – Пример алгоритмической таблицы для выбора модели токарного станка-автомата
№
п/п
4 (5.1)
12.
0(5.4)
8.
60(3.5)
1Б122
_
18.
0(6.4)
10.
.
1Б118
_
24.
0(7.4)
18.
90(10)
1А124
_
36(10)
0(8.4)
22(10)
.
1Б136
5(9.1)
9.
1(1.4)
10.
60(7.5)
1Б122
_
14.
1(2.4)
12.
.
1Б118
_
20.
1(3.4)
22.
90(10)
1А124
_
30(10)
1(4.4)
27(10)
.
1Б136
6(10)
7.
0(5.4)
8.
60(10.5)
1Б122
_
10.
0(6.4)
10.
.
1Б118
_
17.
0(7.4)
18.
90(10)
1А124
_
29(10)
0(8.4)
22(10)
.
1Б136
Стандартный адрес перехода в таблице 6 обозначен символом «.». Метка 10 – метка подпрограммы, на которую производится выход из таблицы, если исходные данные не вписываются в предусмотренные интервалы условий применимости.
Символ «_» обозначает безусловный переход к следующему столбцу данной строки. Если элемент таблицы полностью совпадает с элементом , стоящим в данном столбце строкой выше, вместо элемента ставится символ «.».
Например, стоит задача выбора модели токарного станка-автомата для операции обработки детали из шестигранного стального прутка с размером под ключ 14 мм. На наружной поверхности детали нужно нарезать резьбу М10, длина детали – 40 мм. = 5, = 14; = 0; = 10; = 40. Формулируем набор исходных данных: . Поиск решения в данном случае происходит по следующим адресам: (1Б118).
Таблица 6 – Кодификаторы материала и формы прутка (для алгоритмической таблицы выбора токарного станка-автомата
Параметр
Код
Форма прутка:
– круглая
– шестигранная
– четырехгранная
Материал
– сталь
– цветные металлы
Стандартный адрес использовали в переходе , адрес с указанием строки и столбца – в переходе . Использование адресных переходов значительно сокращает объем таблицы.
Если задача допускает существование нескольких решений и необходимо организовать поиск всех допустимых решений, применяют таблицы соответствий. В левой части таблицы соответствий находится область прибытия соответствия (множество решений ); в верхней части – область отправления (комплекс параметров применимости и их характеристические значения ). Центральная часть таблицы (матрица соответствий) представляет собой массив логических переменных , в которой фиксируются связи между решениями и значениями параметров, определяющими их применимость. Наличие связи обозначают единицей, отсутствие – нулем. Структурная схема таблицы соответствий приведена на рисунке 24. Пример таблицы соответствий для решения задачи выбора зубошевинговального станка приведен в таблице 7.
В случае, если условия применимости являются взаимосвязанными, применяют логические таблицы соответствий. В логическую таблицу соответствий закладывают две логические матрицы: матрицу условий и матрицу решений . Элементами этих матриц являются булевские переменные, принимающие значения 1 (да) или 0 (нет). По матрице условий определяют столбец, для которого в матрице решений выбирают все допустимые решения. Структурная схема логической таблицы соответствий приведена на рисунке 21.
Третий подход к организации информационного фонда САПР ТП, основанный на использовании баз данных, нашел широкое применение во многих современных САПР ТП.
База данных (БД) – совокупность структурированных данных, используемых многими прикладными программами и хранящихся с минимальной избыточностью.
Система управления базой данных (СУБД) – программный комплекс, обеспечивающий создание структуры, ввод, модификацию, удаление и поиск данных.
Иногда используется понятие банка данных (БнД), под которым понимается совокупность БД и СУБД.
Наиболее распространенной в настоящее время является СУБД Microsoft Access 2002, являющаяся одним из продуктов программного пакета Microsoft Office XP.
К БД предъявляются следующие основные требования:
1Минимальная избыточность. Каждый элемент данных вводится в БД один раз и хранится в единственном экземпляре. При вводе данных СУБД выполняет проверку на дублирование. Этим достигается экономия внешней памяти и надежность информации.
2Независимость. Модификация данных и изменения, вносимые в их структуру в связи с появлением новых пользователей и новых запросов, не должны отражаться на программах пользователей.
3Целостность данных:
логическая (СУБД должна защищать БД от некорректных действий пользователей путем восстановления состояния БД на момент, предшествующий ошибочной операции);
физическая(защита носителей информации от сбоев путем дублирования, например, с использованием двух параллельно работающих зеркальных дисков).
4 Секретность. Пользователи должны работать только с теми данными (фрагментами данных), к которым им разрешен доступ.
Пример представления данных в БД на примере БД сверл приведен в таблице 8.
При создании любой БД разрабатывается модель данных. При этом выделяют два представления информации в БД: логическое и физическое.
Логическое представление отражает структуру данных. В БД структура данных остается неизменной, а сами данные меняются при вводе и редактировании информации. При составлении модели данных используются понятия объекта, атрибута, экземпляра, ключа.
Таблица 8 – Справочная информация о сверлах (фрагмент БД)
Обозна-чение
Диаметр, мм
Длина общая, мм
Длина режущей части
Код хвосто-вика
Материал
ГОСТ
…
…
…
…
…
…
…
19,00
Морзе 2
Р6М5
19,25
Морзе 2
Р6М5
…
…
…
…
…
…
…
Объект представляет собой то, о чем накапливается информация в БД, например «сверло».
Атрибут – интересующая пользователя характеристика объекта. Например, для объекта «сверло» в качестве атрибутов выделяют такие характеристики, как «обозначение», «диаметр», «длина общая» и т. д. (см. табл. 9).
Экземпляробъекта – совокупность значений атрибутов, описывающих конкретную его реализацию.
Ключ– это атрибут, значение которого однозначно определяет экземпляр. Так, в БД сверл (табл. 8) ключом может служить атрибут «обозначение», так как значение этого атрибута не дублируется ни в одном экземпляре. Другие атрибуты не могут быть ключом, так как могут принимать одинаковые значения для разных экземпляров. Например, вполне возможны два сверла одинаковой длины, хотя и разного исполнения.
При описании физического представления данных в терминологии СУБД Microsoft Access понятию «атрибут» соответствует понятие «поле» (столбец таблицы), понятию «экземпляр» – понятие «запись» (строка таблицы). Объекту соответствует фрагмент файла данных или файл данных целиком.
Общая схема структуры данных БД, фрагмент которой представлен в табл. 8, показан на рисунке 22. Логическая модель данных этой БД приведена на рисунке 23. В ней применяется два типа данных: текстовый (обозначен буквами С) и числовой (обозначен буквами N).
Рисунок 22 – Общая структура данных БД «Режущие инструменты»
Поля записи
DB
D
L
LR
KX
KM
GOST
ССС
NN.NN
NNN
NNN
ССССССС
ССС
ССССС
…
…
…
…
…
…
…
19.00
Морзе 2
Р6М5
запись i
19.25
Морзе 2
Р6М5
запись i+1
…
…
…
…
…
…
…
Рисунок 23 – Логическая модель данных в БД «Режущие инструменты»
в разделе «Сверла»
БД, состоящая из набора связанных между собой двумерных таблиц, называется реляционной базой данных. Данные в этих таблицах организованы так, чтобы обеспечить объединение разнородной информации, исключить ее дублирование, предоставить оперативный доступ к имеющимся сведениям и эффективное сопровождение БД в целом.
СУБД, работающие с реляционными БД, используют реляционную модель данных, предложенную в 1970 году Э.Ф. Коддом. Набор двумерных таблиц при соблюдении определенных ограничений может быть использован для хранения данных об объектах и моделирования связей между ними. В терминологии Кодда такие таблицы называются отношениями (англ. relation), поэтому такая БД называется реляционной.
В реляционной БД, в частности, реализованной в СУБД Microsoft Access, для однозначного распознавания экземпляра объекта подобно приведенному выше понятию «ключ» вводится уникальный идентификатор – первичный ключ. Первичный ключ – уникальная характеристика для каждой записи в пределах таблицы, которая, помимо однозначной идентификации записей, позволяет реализовать
и связи между таблицами. Благодаря этим связям информация из одной таблицы становится доступной для другой. Связи устанавливаются за счет существования в различных таблицах полей с одинаковыми значениями.
Ввиду того, что большая часть работы по проектированию ТП приходится на работу с данными и при этом перерабатывается большое количество информации, ряд САПР ТП построено на основе имеющихся СУБД. Это значительно облегчает создание прикладного программного обеспечения САПР. Например, САПР ТП Техно/Про построена на базе уже упоминавшейся СУБД Microsoft Access. Физическое представление данных на диске в данной СУБД организуется в виде одного общего файла, файла базы данных, который имеет расширение .mdb.
– комплекс параметров применимости;
– множество типовых решений (ТР);
– характеристика типовых решений (ТР);
, 
; 
поиск решения по алгоритму, представленному на рис. 17, происходит по следующим адресам матрицы 
:
– комплекс параметров применимости (КПП);
– множество типовых решений (МТР);
и 
. Двусторонние таблицы решений более компактны, чем односторонние. Структурная схема двусторонней таблицы решений приведена на рисунке 19. Процедура чтения двусторонней таблицы решений реализуется повторным применением алгоритма чтения односторонней таблицы, приведенного на рисунке 18. Сначала осуществляется поиск в матрице 
нужной строки, затем – поиск в этой строке нужного столбца.
…
…
…
…
…
…
, 
– первый и второй подкомплексы параметров применимости;
– типовые решения (МТР);
, 
– характеристические значения (границы интервалов)
(принимает одно из возможных решений: =; ≠; <; >; ≤; ≥) и адрес (метку) перехода 
.
выполняется, то осуществляется переход к следующему 
-ому столбцу 
-ой строки, то есть к условию 
. Если условие 
-ой строке 
-го столбца; переход к другой подпрограмме по метке 
(в данном случае 
-ой строке и 
-ому столбцу таблицы, где 
, 
– характеристические значения (границы интервалов)
полностью совпадает с элементом 
, стоящим в данном столбце строкой выше, вместо элемента 
. Поиск решения в данном случае происходит по следующим адресам: 
); в верхней части – область отправления (комплекс параметров применимости 
и их характеристические значения 
). Центральная часть таблицы (матрица соответствий) представляет собой массив логических переменных 
, в которой фиксируются связи между решениями и значениями параметров, определяющими их применимость. Наличие связи обозначают единицей, отсутствие – нулем. Структурная схема таблицы соответствий приведена на рисунке 24. Пример таблицы соответствий для решения задачи выбора зубошевинговального станка приведен в таблице 7.
и матрицу решений 
. Элементами этих матриц являются булевские переменные, принимающие значения 1 (да) или 0 (нет). По матрице условий определяют столбец, для которого в матрице решений выбирают все допустимые решения. Структурная схема логической таблицы соответствий приведена на рисунке 21.
, мм
, мм
, мм
, º
– характеристические значения параметров применимости;
– решения;
…– логическая матрица условий;
… – матрица соответствий
запись i
запись i+1