Анализ предметной области

Перед непосредственной разработкой интерфейса необходимо провести множество различных подготовительных мероприятий. Важно понимать, что помимо рассмотрения и изучения инструментарий для разработки необходимо рассмотреть и провести анализ существующих в выбранной предметной области решений и методов. Подобная необходимость связана с составлением требований к разрабатываемому интерфейсу — без полного понимания предметной области возможны упущения в итоговом продукте. Кроме того, изучение аналогов позволит сократить время на исследование и разработку наиболее удобных для пользователя шаблонов поведения программы.

Помимо функциональной необходимости, анализ существующих решений позволит наиболее точно определить уровень, на котором должен быть готовый интерфейс для его конкурентоспособности.

Анализ существующих технических решений объекта разработки

Windchill Quality Solution.

WQS содержит множество различных модулей для проведения анализа надежности [1], но мы рассмотрим только те, что нацелены непосредственно на расчет таких показателей надежности как вероятность безотказной работы и наработка на отказ:

• — Prediction;
• — Reliability Block Diagram (RBD);
• — Weibull;
• — Markov.

Модуль Prediction, в основе которого лежат стандарты министерства обороны США, позволяет проводить анализ таких характеристик как среднее время наработки до отказа, вероятность безотказной работы и прочие показатели надежности, однако он не позволяет точно оценить надёжность сложной системы, поэтому он не является подходящим в данном случае.

Модуль RBD — гибкий модуль, совмещает в себе структурные схемы надежности (ССН) со средствами имитационного моделирования. Данный модуль часто применяют для вычисления готовности сложных систем, параметров надежности, ремонтных ресурсов и запасных частей.

Модуль Weibull позволяет рассчитать надежность на основании статистического метода. Для точной оценки необходимо собирать статистические данные на протяжении всего жизненного цикл изделия.

Модуль Markov позволяет оценить надежность изделия на этапе проектирования. Данный модуль работает на основании состояний и может учитывать состояние системы, связи между этими состояниями и скорость перехода между ними. Данный модуль наиболее точно отражает метод функционирования К-РЭС.

WQS позволяет экспортировать информацию из одного модуля в другой, что обеспечивает большую гибкость в расчете показателей надежности. Для решения поставленной задачи необходимо ввести в систему модель РЭА, используя модуль Prediction рассчитать показатели надежности составных частей (задав им такие показатели как приемка, параметры среды и пр.), экспортировать полученные данные в модуль RBD и построить логическую схему РЭА используя инструментарий Windchill.

На рис. 1 показано дерево РЭА.

Рис. 1. Windchill Prediction: Дерево системы

На рис. 2 и 3 показаны таблицы деталей (ТД), которые составляют основу любого проекта в Windchill.

Рис. 2. Windchill Prediction: Таблица деталей

Рис. 3. Windchill Prediction: Таблица деталей

В ДС задается иерархия РЭА (например, система — системный блок персонального компьютера, а подсистема — материнская плата), а также детали, содержащиеся в подсистемах. В ТД задаются параметры деталей (наименование, категория и т. д.), выбирается стандарт расчета (PRISM, MIL-HDBK и пр.), а также добавляются характеристики для модуля Prediction (температура, данные о среде, рабочий цикл, закон распределения и пр.). После указания характеристик каждой СЧ модуль Prediction проводит расчет искомых характеристик (интенсивность отказов и пр.).

Для модуля RBD необходимо построить ССН РЭА (см. рис. 5) и привязать данные расчета модуля Prediction к каждому блоку.

Рис. 4. Windchill RBD: ССН РЭА

Подобный метод позволяет решать нетривиальные задачи с использованием резервирования компонентов. Как только проектирование будет завершено, одним кликом «Рассчитать» можно получить результаты расчета каждого модуля. Также PTC Windchill укомплектован генератором отчетов, который позволяет получить полный отчет по результатам работы каждого модуля.

RAM Commander.

Также, как и продукт компании PTC, RAM Commander содержит модули Prediction, RBD и Markov [2] и в целом не уступает по количеству и по качеству реализации модулей. Кроме того, Commander имеет принципиально схожий с Windchill интерфейс (см. рис 5).

Рис. 5. RAM Commander: Дерево системы

Каждая деталь в ДС имеет свойства, выбираемые в контекстном меню детали, в которых можно задать параметры самой детали, а также характеристики для модуля Prediction.

Модуль RBD позволяет импортировать результаты расчетов из других модулей (в частности, из Prediction), и делать гибкие расчеты. Однако в сравнении с WQS, RAM Commander имеет автоматизированный процесс проектирования и требует больше времени на разработку одного проекта.

АСОНИКА-К Программный комплекс АСОНИКА-К — отечественная разработка в сфере расчета и анализа надежности [3]. В отличии от аналогов, данная система создана исключительно для проектирования РЭА с использованием российских стандартов (помимо иностранных).

ПК АСОНИКА-К позволяет проводить расчеты надежности РЭА с учетом резервирования и прочих механизмов повышения надежности, которые являются обязательными для современного проектирования.

ПК АСОНИКА-К удобен тем, что поэтапно просит пользователя задать данные для проектирования сопоставимые с классом устройства выбранным пользователем из предложенных стандартов. Подобный подход позволяет снизить время добавления новых элементов в проект.

Кроме того, система АСОНИКА-К-РЭС позволяет рассчитать надежность реконфигурируемой РЭА, используя метод имитационного моделирования [4, 5]. В данный момент система требует знания языка моделирования для программирования модели РЭА и укомплектована простейшим интерфейсом, состоящим из текстового редактора, панели управления компиляцией, верификацией и моделированием (см. рис. 6) и панелью вывода.

Рис. 6 Интерфейс программы АСОНИКА-К-РЭС

Несмотря на превосходство метода имитационного моделирования над аналитическим (используемым в модуле Prediction таких продуктов как WQS и RAM Commander), текущий интерфейс К-РЭС мешает коммерциализации этого продукта и требует значительной модификации [6].

Результаты анализа Для выявления положительных и отрицательных сторон интерфейсов рассмотренных систем, нужно выделить критерии оценки удобства интерфейса и применить их к рассмотренным средствам проектирования.

Первый критерий — наглядность интерфейса. Данный критерий отвечает за количество, кликов которое надо сделать, чтобы получить информацию о деталях проекта или инициализировать какие-либо расчеты с помощью модулей.

Второй критерий — возможности интерфейса. Так как интерфейс отвечает за взаимодействие пользователя с расчётным ядром системы АСОНИКА-К-РЭС, необходимо чтобы он реализовывал весь функционал, необходимый пользователю:

• — наглядный интерфейс, позволяющий конфигурировать модель РЭА без изучения языка моделирования;
• — сохранение проектов, с возможностью дальнейшего переноса проектов на другую рабочую станцию;
• — формирование полноценных отчетов.

Третий критерий — визуальная составляющая интерфейса. Необходимо, чтобы интерфейс был визуально привлекательным, чтобы не утомлять пользователя, осуществляющего проектирование.

Оценим каждый продукт по предложенным критериям:

WQS — самый наглядный интерфейс: всего в пару кликов можно подключить или отключить любой модуль, провести расчет любого элемента или всей системы, а также получить доступ к любым характеристикам СЧ (можно задать стандартные значения для неизвестных параметров); у каждого модуля есть своя обертка: у RBD — это средство построение и редактирования диаграмм, у Prediction — набор таблиц; Интерфейс можно сделать более или менее развернутым, тем самым регулировать визуальную нагрузку на пользователя;

RAM COMMANDER — в целом не уступает WQS за исключением менее удобного модуля построения диаграмм, а также запутанного доступа к характеристикам СЧ (что примечательно, в отличии от WQS многие характеристики не имеют стандартных значений и требуют обязательного заполнения). Интерфейс имеет мало возможностей настройки (практический не имеет) и при проектировании больших систем способен создавать значительную нагрузку на пользователя;

ПК АСОНИКА-К — наиболее дружелюбная к новичку в PLM-системах, позволяет быстро создать и сконфигурировать проект, благодаря поэтапному добавлению элементов. Несмотря на это интерфейс имеет ряд недостатков, таких как отсутствие системы сохранения проекта в единый файл, а также невозможность конфигурировать дерево проектов (даже просто менять очередность элементов).

В итоге было решено при разработке собственного интерфейса для системы АСОНИКА-К-РЭС опираться на систему компании PTC, но с функциональными доработками: в WQS для схожего по функционалу с К-РЭС модуля Markov используются диаграммы состояний, однако подобный подход не учитывает особенность системы перехода состояний, которая при проектировании массивных РЭА может быть весьма громоздкой в визуальном исполнении. Для решения этой проблемы, вместо диаграмм, будут использоваться табличные шаблоны, генерирующиеся на основании показателей, заданных пользователем. В дальнейшем, возможно развитие проекта на интеграцию с другими модулями АСОНИКИ в единый программный комплекс, на подобие зарубежных аналогов.

Помимо функциональной оценки необходимо упомянуть, что на данный момент зарубежные аналоги слабо адаптированы для использования их на территории России. Часть из них не имеют русской локализации, не имеют внесённых по умолчанию российских стандартов и очень дорогие за счет множества модулей, который зачастую не нужны или их функционал не реализуем на отечественных предприятиях, а отказаться от них нельзя.