Эффективность работы промышленных предприятий в современных условиях определяется наличием высококачественных технических и программных средств, позволяющих обеспечить гибкость, скорость и качество принятия инженерных решений [1]. Прежде всего это системы автоматизированного проектирования различных промышленных объектов, в том числе и одежды (САПРо). Актуальными концепциями развития систем автоматизированного проектирования (САПР) в промышленности являются их взаимная интеграция и интеллектуализация, степень реализации которых определяет качество и эффективность процесса проектирования. Ограничение возможностей экспериментального исследования больших систем делает актуальным использование методик их моделирования.
Решение задач интеграции промышленных комплексов при осуществлении программ комплексной автоматизации возможно с использованием функционального моделирования. Ранее во ВГУЭС на кафедре «Сервисные технологии» был выполнен процесс моделирования с использованием методологии IDEF и разработана IDEF-модель интегрированной системы автоматизированного проектирования одежды для реализации функций интеллектуальной информационной системы «Технология швейных изделий» на этапе принятия технологических решений, определяющие порядок проектных процедур, реализующие автоматизированный процесс выбора методов технологической обработки верхней одежды [2].
В результате обзора существующих методов и методологий в области структурного анализа выбрана процессно-ориентированная методология проектирования информационных систем, опирающаяся на так называемые IDEF-технологии (стандарты). Из многочисленного семейства IDEF акцент сделан на стандарты IDEF0 (функциональное моделирование) [2]. Для функционального анализа систем на концептуальном уровне важно иметь эффективную, удобную и «прозрачную» методологию, доступную для понимания широкого круга специалистов. Методология SADT представляет собой совокупность методов, правил и процедур, предназначенных для построения функциональной модели объекта какой-либо предметной области, например, «Художественное проектирование». Функциональная модель SADT отображает функциональную структуру объекта, т.е. производимые им действия и связи между этими действиями.При этом необходимо отметить, что IDEF0-модель используется для более глубокого понимания и анализа не только системы в целом или ее окружения, но и того, как взаимодействуют ее компоненты. При разработке новых информационных систем методология IDEF0 на начальном этапе может применяться для определения требований и функций, а далее – собственно для управления процессом проектирования системы, которая удовлетворяет этим требованиям и реализует эти функции [3-5].
Результатом применения методологии IDEF0 является модель информационной системы. Модель состоит из диаграмм, фрагментов текста и глоссария, которые имеют ссылки друг на друга. Диаграммы – главные компоненты модели. На диаграммах все функции системы и интерфейсы представлены как блоки (функции) и дуги (интерфейсы).
Построение IDEF-модели начинается с представления всей системы в виде одного блока и дуг, отображающих интерфейсы с функциями вне системы. Поскольку этот блок отображает систему в целом, то имя, указанное в блоке, является общим для всей модели и присутствует на всех ее диаграммах.
Место соединения дуги с блоком определяет тип интерфейса. Данные, предназначенные для управления выполнением функции системы или блока или задающие ограничения на ее выполнение, входят в блок сверху. Материалы или информация, которые будут подвергнуты обработке, входят в блок с левой стороны (входящая информация). Механизмы (специалисты, технические устройства, программы и т.п.), посредством которых осуществляется выполнение функций, представляются дугами, входящими в блок снизу. И наконец, результаты выполнения функции показываются с правой стороны блока (рис. 1)[6].
Рис. 1. FEO-диаграмма представления блоков и дуг на основе методологии SADT на примере IDEF-модели интегрированной САПР одежды (первый уровень) [2]
Моделирование процессов является одним из наиболее эффективных методов исследования. После построения функциональной модели возникает потребность разработки математической модели для более полного рассмотрения образа исследуемого объекта (а именно: проблемной области «Художественное проектирование») с помощью определенных формальных (математических) систем с целью изучения внутрипроцессного функционирования данного объекта [7].
Построение модели и формализация связей между ее элементами позволяет устранить пробелы в знаниях о проблемной области и выявить новые качественные проблемы, которые изначально не могли быть предусмотрены [8-10].
Таким образом, для поддержки и анализавнутренних процессов интеллектуальной информационной системы «Художественное проектирование» (ИИС ХП), а также установления внешних взаимосвязей актуально разработать функциональную и математическую модели.
Цель исследования. Разработать функциональную и математическую модель интеллектуальной информационной системы «Художественное проектирование» на этапе формирования электронного документа «Описание проектируемого изделия», определяющего практически все этапы разработки проектно-конструкторской документации.
Материалы и методы исследований
Системный анализ; методы структурного анализа и проектирования; процессно-ориентированная методология проектирования информационных систем; методы математического моделирования, интеграции и интеллектуализации.
Результаты исследований и их обсуждение
Основываясь на установленной в работе [1] функциональной зависимости между составляющими структуры ИСАПРо, элементный состав подсистемы «Дизайнер» можно представить как
, 
, 
,
где С1 – подсистема «Дизайнер», с1,i – модули подсистемы «Дизайнер», 
– базы данных (БД) подсистемы «Дизайнер». При этом c1,1 – модуль Создание художественного эскиза, c1,2 – модуль Создание рекламной документации, c1,3 – модуль Создание технического рисунка изделия; c1,4 – модуль Создание описания проектируемого изделия; 
– БД моделей предприятия, 
– БД графических элементов.
Математическую модель экспертной системы «Дизайн» можно представить как:
,
где D1 – экспертная система «Дизайн»;
F1– база знаний экспертной системы «Дизайн»;
H1 – программные средства функционирования экспертной системы «Дизайн».
В свою очередь, элементный состав экспертной системы «Дизайн» можно представить как
,
,
где f1,i – базы знаний (соответствующие базам данных ИИС «Художественное проектирование»);
h1,j– программные средства (решатель, интерфейс пользователя, подсистема объяснений, интеллектуальный редактор).
Для позиционирования ИИС ХПв составе ИСАПРо используется диаграмма второго уровня [2], на которой приведена декомпозиция диаграммы, включающая функциональные блоки, представляющие интеллектуальные информационные системы в составе ИСАПРо: Художественное проектирование (B1), Материаловедение швейного производства (B2), Конструирование швейного производства (B3), Технология швейных изделий (B5), и подсистему Раскладка (C4).
Интеллектуальная информационная система ХП является одной из определяющих в составе ИСАПРо, предназначена для создания виртуальных образов проектируемых моделей одежды и их формализованного описания. Источником информации для работы ИИС Художественное проектирование является техническое задание (ТЗ) на выполнение проектно-конструкторской документации (ПКД) и артикул основного материала, в том случае, если ТЗ на проект составляется исходя из наличия основных материалов на швейном предприятии.
Результат работы ИИС ХП (рис. 2): создание художественного эскиза модели, рекламной документации, технического рисунка и описание проектируемого изделия (ОПИ) на базе приложений машинной графики, в частности, использования графической среды AutoCAD.ОПИ представляет собой электронный документ, формирование которого происходит на основе базы знаний (БЗ) художественно-конструктивных решений моделей одежды экспертной системы «Дизайнер».
Рис. 2. FEO-диаграмма формирования разделов проектно–конструкторской документации в рамках ИИС «Художественное проектирование»
На диаграмме четвертого уровня (рис. 3) представлена декомпозиция ИИС «Дизайнер», включающая следующие функциональные блоки: Назначение одежды, Объемно-силуэтное и композиционное построение, Структурное построение, Отделочные строчки, Подкладка изделия.
Таким образом, разработана функциональная модель ИИС «Художественное проектирование» на этапе создания описания проектируемого изделия для целей ИСАПРо, что позволило представить математическую модель процесса формирования данного электронного документа.
Рис. 3. FEO-диаграмма структурного построения описания проектируемого изделия
Согласно теории множеств, представлено информационное взаимодействие межоперационных данных и операторов преобразования информации ИСАПРо. Исходной информацией для создания художественного эскиза изделия могут являться базовые характеристики изделия (χ1): ассортиментная группа, половозрастная группа, назначение, условия ношения, направление моды, полнотная группа, особенности телосложения.
Процесс функционирования ОПИ можно представить следующим образом:
; 
, 
где 
– оператор составления назначения одежды; y1- техническое задание на разработку ПКД, y2 – технический рисунок; y3 – артикул основного материала;
; 
, 
где 
– оператор составления объемно-силуэтного и композиционного построения; χ2 – объемно-силуэтное построение; χ3- средства формообразования;
где 
– оператор составления структурного построения; χ4 – описание изделий плечевой группы; χ5 - описание изделий поясной группы; χ6 – описание застежки; χ7 – выбор конструктивно-декоративных элементов; χ8 – описание кармана;
; 
где 
– оператор описания отделочных элементов; χ9 – характеристики элементов;
;
,
где 
- оператор описания подкладки изделия; χ10 – описание подкладки изделия;
где ∇6 – формирование описания проектируемого изделия, χ11 – описание проектируемого изделия.
Таким образом, разработана математическая модель процесса функционирования ИИС «Художественное проектирование», описывающая формирование и движение информации внутри системы и взаимодействие с другими системами,что позволит в последующем разработать алгоритм автоматизированного процесса формирования Описания проектируемого изделия в рамках рассматриваемой системы на качественно новом уровне.Разработка функциональной и математической моделей процесса формирования Описания проектируемого изделия является одним из ключевых этапов, позволяющих приблизиться к интеллектуализации САПРо, оказывает решающее значение на уровень качества проектно-конструкторской документации, эффективность и трудоемкость процесса автоматизированного проектирования одежды, позволяет реализовать исследовательский прототип ИСАПРо на этапе функционирования интеллектуальной информационной системы «Художественное проектирование».
Рецензенты:
Старкова Г.П., д.т.н., профессор, зам. первого проректора по научной работе, ФГБОУ ВПО «Владивостокский государственный университет экономики и сервиса», г. Владивосток;
Шеромова И.А., д.т.н., доцент, профессор кафедры сервисных технологий, ФГБОУ ВПО «Владивостокский государственный университет экономики и сервиса», г. Владивосток.
Работа поступила в редакцию 04.06.2014.