OD/DB, OD/DB-технологии (Object Drawing/Data Base - technologies) в CAD

 OD/DB, OD/DB-технологии

(Object Drawing/Data Base - technologies)

в CAD

Возможно, все ниже изложенное уже описано, названо и исследовано. Буду благодарен, если об этом сообщат. И допустима любая критика. В т.ч. предлагаемых терминов.

OD/DB, OD/DB-технологии, общее

Существует практически бесчисленное количество пользовательских приложений к CAD, модули в фирменных «вертикальных» приложениях к CAD, имеющие общие принципы работы, одинаковые общие задачи, одинаковое назначение.

Для общего обозначения таких решений предлагаю термин «OD/DB», «OD/DB-технологии».

OD/DB, OD/DB-технологии – программы, приложения, решения, методы для черчения с возможностью выбора объектов из меню (из списков, классификаций, панелей, палеток и т.п.), с автоматической активизацией нужных параметров черчения, с идентификацией графических элементов как указанные типы объектов, и с возможностью ввода, редактирования значений характеристик этих объектов.

OD/DB – Object Drawing/Data Base:

• OD, Object Drawing – объектное черчение, черчение с автоматическим присвоением графическим элементам нужных графических свойств, идентификация графических элементов как объекты, и
• DB, Data Base – база данных этих объектов и их характеристик, создание моделей для баз данных, информационных систем.

OD/DB могут быть реализованы разными способами и средствами, с разной степенью полноты, последовательности и полноценности, поэтому здесь говорится о «технологиях».

Примеры разнотипных меню объектов из реальных пользовательских OD/DB-приложений.

До настоящего момента наличие общего в подобных решениях не фиксировалось или не стало распространенным мнением, и не вырабатывалось общих подходов и критериев, общих, универсальных решений. Во многом это связано с исходным назначением CAD, как средств главным образом черчения, т.е. средств создания графических моделей. Во многом связано с узкой специализированностью пользовательских OD/DB-решений и фирменных «вертикальных» решений.  В то же время, например, инструмент Feature classes (Object classes) из Map 3D «вертикального» решения к AutoCAD можно в принципе использовать для черчения в любой предметной области. Или же можно слышать мнение специалистов в создании чертежей трубопроводов, что их устраивают возможности «вертикального» решения к AutoCAD – Electrical. Но некоторые создатели подобных пользовательских решений осознают их потенциальную универсальность.

В широком смысле OD/DB – любые программные и технологические решения основных задач:

• черчение с заданными сразу графическими свойствами и параметрами,
• идентификация графических элементов как объекты,
• определение характеристик объектов.

С помощью OD/DB достигаются следующие основные цели:

• облегчение и ускорение черчения,
• стандартизация изображения объектов в чертежах, выдерживание стандартов черчения и их распространение,
• принципиальное улучшение качества чертежей,
• дополнительные возможности для манипулирования данными,
• создание нового вида продукции - чертежей-моделей с большей полнотой информации об объектах и лучше пригодных для программного анализа, подготовка данных для передачи в вертикальные приложения и во внешние информационные системы.

Объектное черчение и база данных начерченных объектов и их характеристик связаны не случайным и не произвольным образом. Это фактически одна задача, рассматриваемая с разных сторон – задача создания чертежей/моделей, полнее и качественнее соответствующих предмету черчения/моделирования.

Последовательное и полное решение задачи объектного черчения и последовательное и полное решение задачи идентификации графических элементов как объектов и определения характеристик объектов имеют три общие ключевые пересечения.

Во-первых, и объектное черчение, и база данных объектов и их характеристик требуют одного и того же – описаний типов объектов. Появление описания типов объектов при полном решении любой из этих задач дает возможность описать и всю остальную информацию об объектах – от их графических свойств до параметров их характеристик, другие параметры типов объектов.

Во-вторых, описание типов объектов с их характеристиками естественно включает в себя и описание графических свойств и параметров графических элементов, которыми необходимо эти типы объектов отображать. Естественно и наличие инструментов создания в чертежах графических элементов, определяемых нужными типами объектов – объектного черчения.

В-третьих, лучшее, последовательное решение задачи объектного черчения предполагает присвоение графическим элементам неграфических идентификаторов типов объектов. Такие неграфические идентификаторы позволяют производить самые полные и однозначные проверки правильности графических свойств графических элементов, дают дополнительные ценные возможности для манипулирования графическими данными. Т.е. полное решение задачи объектного черчения вызывает и использование возможностей баз данных.

Решение задач OD/DB на практике может быть выполнено не только с разной степенью полноты и последовательности, но и с самыми разными сочетаниями различных способов решений.

В том числе, черчение с заданными наборами графических свойств может производиться из меню в виде списков объектов, классифицированных списков объектов, в виде палитр, панелей с кнопками и т.п. Идентификация объектами может осуществляться с помощью своих слоев для каждого типа объектов, уникальными наборами графических свойств для каждого типа объектов, с помощью встроенных в CAD возможностей описания дополнительной информации, средствами внешних баз данных. Определение характеристик объектов может быть сделано с помощью текстовых атрибутов элементов или даже обычных текстовых элементов, с помощью встроенных в CAD возможностей описания дополнительной информации, средствами внешних баз данных.

Например, в AutoCAD с 2004 г. появились Tool Palettes (Инструментальные палитры), позволяющие создавать меню объектов – списки нужных объектов для черчения сразу с нужными графическими свойствами, нужными примитивами. Это дополнение к CAD явно относится к OD/DB-технологиям, но решает только одну задачу – черчения с нужными параметрами. Или, например, для CAD типичны возможности использования внешних баз данных. Или, например, во многих CAD есть встроенные возможности добавления описательных данных к графическим элементам. Использование внешних БД и создание внутренних БД в принципе позволяет хранить идентификаторы объектов и описывать их характеристики, т.е. позволяет решать эти задачи OD/DB.

Т.е. сами CAD содержат или могут содержать возможности OD/DB, и постепенно количество и полнота этих возможностей может увеличиваться.

Появление и существование OD/DB для CAD вызвано тем, что сами CAD изначально и в основном не предназначены для решения этих задач или решают их не полно или слишком трудоемко. Соответственно, средствами базовых возможностей самих CAD невозможно или невозможно полно и технологично достичь целей OD/DB.

Поэтому OD/DB, OD/DB-технологии практически ровесники самих CAD. Существуют многие сотни, возможно, многие тысячи пользовательских приложений реализующих OD/DB-технологии. Для всех или для большинства предметных областей черчения созданы и постоянно создаются пользовательские OD/DB приложения – в каждой стране свои, по несколько или даже по несколько десятков распространяемых широко, во многих фирмах, организациях свои, для новых версий CAD свои и т.д. Практически все фирменные «вертикальные» приложения к CAD содержат OD/DB для своих предметных областей. В некоторых случаях в одном «вертикальном» приложении может быть сразу больше одного, больше двух вариантов OD/DB решений.

И практически одновременно с CAD (а иногда и до их появления!) создавались самостоятельные специализированные программы для тематического черчения, разработанных прямо на OD/DB – для архитекторов, различного направления проектирования, для картографии и пр. В таких программах чаще всего принципы OD/DB были заложены в саму их архитектуру, и, в отличие от CAD, может вообще не существовать возможности начертить просто линию или окружность или т.п. как таковые – как просто графические элементы. А только как графическое отображение объекта какого-либо уже определенного типа, т.е. с неразрывностью графики и ее объектной идентификации.

Описание стандартов черчения, объектов предметной области

Для решения в CAD задачи объектного черчения (OD/…) необходимо предварительно создавать описания типов объектов, всех необходимых для каждого типа объектов параметров черчения: типов графических примитивов, графических свойств, параметров процесса черчения и создаваемых элементов. Для решения в CAD задач идентификации объектов и определения их характеристик (…/DB), также необходимы описания всех типов объектов: самих идентификаторов типов объектов, параметров характеристик и возможных их значений.

Полное описание типов объектов и параметров чертежей какой-либо предметной области составляет описание стандарта черчения.

На схеме черным цветом показаны чаще используемые в уже созданных OD/DB-решениях возможности, синим цветом – редко используемые или не используемые возможности. В большинстве случаев описания стандартов черчения сводятся только к описанию объектов.

Использование полных описаний стандартов черчения дает целый ряд дополнительных возможностей, которых нет при обычном черчении в CAD, и позволяющих автоматизировать многие процессы и многие действия производить программно.

На схеме черным цветом показаны чаще используемые в уже созданных OD/DB-решениях возможности, синим цветом – редко используемые или не используемые возможности. В большинстве реализаций OD/DB используется лишь меньшая часть  возможностей.

Описания стандартов черчения (или только объектов) могут быть реализованы различными способами и с разным для пользователей удобством. Способы описаний стандартов черчения можно разделить на описания во внешних файлах и на описания в самих программах. Описания в виде внешних файлов текстового формата позволяют непосредственно самим пользователям их создавать и редактировать средствами обычных текстовых редакторов. Описания в программах могут быть доступны для редактирования только программистам, но в таких программах могут быть встроенные плагины для редактирования описаний объектов пользователями.

Создание описаний стандартов черчения является для пользователей самым трудоемким и ответственным в OD/DB-технологиях. Для многих предметных областей количество типов объектов может составлять многие сотни и даже тысячи. Для одной предметной области может практиковаться одновременно несколько устоявшихся стандартов черчения, стандартов оформления, может возникать срочная необходимость создавать и редактировать описания стандартов черчения в зависимости от требований заказчиков. Поэтому для успешного использования OD/DB желательно, чтобы описания стандартов черчения были максимально прозрачны, достаточно полны и требовали минимума трудозатрат при их создании и редактировании. При этом необходимо иметь возможность описывать множество разных стандартов черчения.

Несмотря на трудоемкость и ответственность создания описаний стандартов черчения (описаний объектов), эти описания могут достаточно быстро накапливаться, и их можно распространять на любое число пользователей. При этом может быть достаточно быстро достигнута цель распространения стандартов черчения и оформления, общих для отраслей, для предметных областей черчения. Последнее может существенно облегчить обмен данными между различными организациями, компаниями, пользователями, облегчить и ускорить создание чертежей в нужных стандартах черчения.

Цели применения OD/DB

OD/DB по сравнению с обычными возможностями CAD позволяет ускорять черчение, улучшать качество чертежей, расширяет возможности манипулирования данными, позволяет полноценно проверять данные, позволяет описывать характеристики объектов в виде, удобном для программного анализа.

Ускорение создание чертежей с OD/DB достигается за счет:

• программного обеспечения всех нужных настроек черчения на основе описаний стандартов черчения, 
• черчения объектов сразу нужными командами, со всеми нужными свойствами и параметрами, определенными в описаниях объектов,
• дополнительных возможностей манипулирования данными,
• возможностями полных проверок чертежей на соответствие выбранным стандартам,
• возможностями программных исправлений чертежей в соответствии с выбранными стандартами.

OD/DB при использовании описаний стандартов черчения позволяют обеспечивать поддержку всех необходимых настроек и параметров CAD, чертежей «на лету». Это избавляет пользователей от трудозатрат на настройки CAD и чертежей, в т.ч. на создание необходимых слоев, layouts, подгрузку всех необходимых ресурсов черчения – библиотек блоков, типов линий, текстовых стилей, штриховок и т.п.

При черчении одного элемента обычными в CAD средствами для определения нужных свойств и параметров черчения может требоваться выполнение от трех до пятнадцати настроек. При создании сложных чертежей с большим количеством типов объектов ручное выдерживание нужных свойств объектов представляет достаточную сложность и трудоемко. Черчение объектов OD/DB сразу с необходимыми параметрами и свойствами, определенными в описаниях объектов, избавляют пользователей от трудозатрат на ручную установку этих параметров и свойств.

В сумме, обеспечение стандартных настроек «на лету» и черчение объектов сразу с нужными свойствами позволяет создавать чертежи с высоким уровнем соответствия выбранным стандартам. Это заметно снижает трудоемкость проверок и исправлений чертежей благодаря OD/DB.

Дополнительные возможности манипулирования данными OD/DB -  дополнительные возможности выбора объектов, назначения графическим элементам необходимых свойств, замена графических свойств и т.п. в соответствии с описаниями объектов.  Эти расширенные возможности сами по себе позволяют ускорять и облегчать создание чертежей. 

Полные проверки на соответствие выбранным стандартам и исправления чертежей в OD/DB позволяют ускорить подготовку созданных чертежей к передаче их заказчикам.

Из общих соображений, по опыту использования OD/DB-решений, экспертно можно оценить возможное снижение трудоемкости, повышение скорости с помощью полных и качественных реализаций OD/DB в, минимум, 20% и до 50-100%.

При этом с помощью OD/DB автоматически и автоматизированно достигается самое высокое качество создаваемых чертежей, т.е. с помощью OD/DB возможно полное соответствие чертежей выбранному стандарту черчения, оформления. Обычными средствами CAD такое качество достижимо только при педантичных  ручных проверках.

OD/DB позволяют создавать модели полнее обычных CAD-чертежей как моделей  графических, т.е. позволяют создавать модели, ориентированные на программный анализ представляемых ими объектов и их характеристик. В т.ч. это позволяет создавать в CAD модели, предназначенные для информационных систем, для «больших» баз данных, для собственных вертикальных приложений самих CAD.

Создание таких моделей достигается в OD/DB с помощью идентификации графических элементов как объектов нужного типа, с помощью определения значений характеристик объектов.

Идентификация графических элементов как объектов может быть осуществлена с помощью слоев – свой слой для каждого типа объектов, с помощью уникальных наборов графических свойств для каждого типа объектов. Если все объекты предметной области могут быть отображены блоками (block, cell и т.п.), то идентификаторами могут быть названия блоков. Объектная идентификация может производиться с помощью добавления к графическим элементам не графических данных с обозначением типов объектов – названий типов объектов, кодов. Эти неграфические данные могут быть реализованы с помощью встроенных в сами CAD, внутренних для CAD возможностей описания неграфических данных или могут осуществляться с помощью средств внешних БД.

Описание характеристик объектов также может быть сделано разными способами и с разной полнотой – не полно с помощью текстовых атрибутов или даже с помощью текстовых элементов, и полно – с помощью внутренних для CAD дополнений описательными данными, с помощью средств внешних БД.

Полные реализации OD/DB возможны с помощью внутренних для CAD дополнений описательными данными или с помощью средств внешних БД, т.к. только этими средствами возможно полноценное описание характеристик объектов в общем случае. Кроме того, использование внешних или внутренних БД позволяют идентифицировать графические элементы как объекты при помощи неграфических признаков, что дает дополнительные возможности для манипулирования данными по сравнению с использованием для идентификации одних графических свойств. В т.ч. использование неграфических идентификаторов типов объектов дает пользователям практически полную независимость в действиях от способов графического отображения объектов, дает возможность оперативно менять способы графического отображения.

Для определения значений характеристик объектов может существовать набор возможностей для автоматизации ввода и редактирования значений характеристик, их просмотра, редактирования, поиска и т.п. сервиса для определения значений характеристик.

Для обеспечения передачи данных в другие форматы, в другие CAD, в информационные системы, для использования средств другого ПО целесообразны возможности экспорта/импорта данных.

Включение OD/DB в CAD

OD/DB в CAD реализуются программными дополнениями к самим CAD. Одна из особенностей OD/DB в CAD – возможность их применения одновременно, параллельно с обычными средствами CAD, необязательность их применения, что дает бо̀льшую степень свободы пользователям. Т.е. пользователи всегда могут чертить не только объектами из меню объектов, но и обычными командами, примитивами CAD, и, чаще всего, могут манипулировать OD/DB-объектами обычными средствами CAD наряду с этими дополнительными программными средствами.

Полные решения OD/DB в пользовательских приложениях редки; практически все OD/DB-решения узкоспециализированы – ограничены в своих возможностях в соответствии с особенностями предметов черчения. Полные реализации OD/DB в фирменных вертикальных решениях CAD так же почти все узкоспециализированы, не универсальны.

Кроме неполноты, специализированности большинства имеющихся решений OD/DB, большинство пользовательских решений не допускает возможности самостоятельного создания и редактирования описаний объектов черчения. И почти все пользовательские OD/DB решения по перечисленным причинам не являются универсальными, не могут применяться для многих разных предметных областей черчения.

CAD-компании в основном используют полностью или частично OD/DB-технологии в своих вертикальных приложениях. Собственных, фирменных полных универсальных решений OD/DB к базовым CAD так же до сих пор не существует.

В целом с OD/DB-технологиями в CAD сложилась парадоксальная ситуация, и сложилась почти с появления самих CAD. OD/DB-технологии востребованы, имеют заметные достоинства, определенные преимущества, имеют бесчисленное число воплощений в виде пользовательских приложений, используются в большинстве «вертикальных» решений. При этом в CAD не существует фирменных полных универсальных OD/DB-решений – даже в собственных вертикальных приложениях одного CAD могут быть совсем разные реализации OD/DB, разными способами, средствами, разной полноты и т.д. Для базовых версий CAD возможности OD/DB почти совсем не используются.

Другой парадокс с OD/DB в CAD в том, что пользовательский запрос на создание не только графических моделей, но и аналитических моделей растет, и будет только увеличиваться. CAD-компании отвечают на это в основном постоянным расширением ассортимента и возможностей своих вертикальных приложений. Компаниями разрабатываются или приобретаются самые мощные средства объектного моделирования с качественными имитациями свойств объектов, моделированием их реалистичных взаимодействий, моделированием динамики и т.п. Но возможности базовых версий CAD остаются без принципиальной модернизации с начала их появления. Т.е. основа самих CAD – черчение, создание чертежей как графических моделей в целом остаются на их исходном в целом архаичном уже уровне. При том, что подавляющее большинство пользователей именно у базовых CAD.

Удачная, т.е. полная, удобная, универсальная реализация OD/DB в CAD могла бы оказаться таким вариантом модернизации создания чертежей и работы в CAD, дав пользователям дополнительные существенные возможности – ускорения, повышения качества, создания моделей для лучшего компьютерного анализа. Но о подобных планах CAD-компаний нет никаких сведений.

Поэтому можно с высокой вероятностью предположить, что рано или поздно, но появятся качественные пользовательские OD/DB-приложения к базовым CAD, которые смогут претендовать на универсальность, полноту возможностей, удобство использования и удачность, удобство способов описания стандартов черчения.

С одной стороны, появление качественных пользовательских OD/DB-приложений к CAD поддержит общий интерес к CAD, и может добавить им пользователей. С другой стороны, подобных пользовательских OD/DB-решений может появиться одновременно или почти одновременно сразу несколько, и по-разному описывающих стандарты черчения. При успехе первых таких решений неизбежно будут появляться многие новые. Множество разных структур описаний стандартов черчения снизит эффект от использования и распространения OD/DB – такие описания будут медленнее создаваться и распространяться, будет труднее находить уже созданные описания нужных стандартов черчения для конкретных OD/DB-решений. По-разному идентифицированные объекты, разными средствами определенные характеристики объектов могут приводить в сборных чертежах к конфликтам или потерям данных. Появится необходимость в создании конверторов данных из одних способов реализации OD/DB в другие для одного и того же CAD. И т.п.

По этим и многим другим причинам появление удачных фирменных универсальных общих OD/DB-решений к CAD являлось бы лучшим выходом, т.к. давало бы:

- модернизацию базовых возможностей CAD,

- расширение функционала CAD за счет возможностей создания моделей, предназначенных для программного анализа,

- повышало эффективность использования CAD,

- обеспечивало пользователям качественное решение и дополнительные возможности без лишних затрат.

Добавление к CAD фирменных полных, удобных и универсальных OD/DB-решений, опережающих пользовательские разработки, может привести к заметным репутационным выигрышам CAD-компаний.

К сожалению, внедрение в CAD полноценных OD/DB уже заметно запаздывает – своевременнее это было бы в начале-середине 2000-х годов.

Универсальное OD/DB-решение в CAD

Под универсальностью здесь понимается только возможность использования OD/DB при черчении в любой предметной области, но не возможность решения всех вообще задач черчения.

До настоящего времени OD/DB используются самими CAD-компаниями в основном в вертикальных приложениях, т.е. в виде специализированных, т.е. не универсальных решений. Пользовательские OD/DB приложения так же почти все не являются универсальными, а практически всегда создавались как специализированные. Т.е. естественен вопрос, возможно ли полное качественное универсальное OD/DB-решение в CAD в принципе?

 Положительный ответ заложен уже в самом ассортименте и количестве существующих пользовательских и фирменных OD/DB-решений – OD/DB-приложения существуют для всех предметных областей или могут быть созданы для любых предметов.

Второй аргумент за возможность универсального решения в том, что все специализированные OD/DB-решения используют одни и те же основные инструменты, методы, средства. И эти средства не зависят от предметов черчения. Меню объектов как таковое, возможности идентификации графических элементов как объекты, определение характеристик - все это не зависит от предметных областей.

Третий аргумент за – в CAD есть возможности описания дополнительной неграфической информации об объектах, которые можно использовать и как средства идентификации графических элементов как объекты, и как средства определения характеристик объектов. Это возможности "расширенных данных" и возможности связи с внешними базами данных. В самих CAD "расширенные данные" используются чаще всего для внутренних, служебных целей, для внутренних описаний графических примитивов, и используются в вертикальных приложениях в т.ч. и для их OD/DB. Эти "расширенные данные" могут использоваться для практически любой описательной, неграфической информации для любых графических элементов.

Все это позволяет сделать вывод о возможности универсального общего OD/DB-решения в CAD, для CAD.

Универсальное общее OD/DB-решение, безусловно, не позволит выполнять задачи создания специфических моделей для всех предметных областей, не стандартными примитивами CAD. Но это и не является предметом OD/DB для CAD. Необходимость в специализированных приложениях останется всегда. Моделирование особыми, не стандартными примитивами, созданными специально для конкретных предметных областей, является предметом черчения специализированных приложений. В том числе и с применением OD/DB.

OD/DB для базовых CAD целесообразно создавать для решения общих для всех предметных областей задач, с использованием общих, обычных примитивов CAD для возможности манипулирования ими обычными средствами базовых CAD.

Средства объектной идентификации графических элементов и определения характеристик объектов не должны создавать излишних сложностей для пользователей. В частности, имеет смысл для этого использовать не внешние базы данных, а внутренние для CAD средства описания дополнительных неграфических данных. Последнее гораздо технологичнее – не требует дополнительного стороннего ПО, дополнительных мощностей компьютеров, дополнительного обучения исполнителей и дополнительных операций.  И позволяет сохранять все данные в рабочих файлах CAD, что привычно и чрезвычайно удобно для хранения данных и их передачи.

Несмотря на возможности OD/DB в создании моделей для компьютерного анализа для базовых CAD, эти возможности не следует рассматривать в качестве альтернативы возможностям вертикальных приложений в создании баз данных. Модели OD/DB с идентифицированными объектами и определенными их характеристиками являются расширенными аналогами обычных чертежей CAD.

Поэтому, поскольку главная задача CAD – черчение, создание чертежей, моделей, то возможности OD/DB в части работы с базами данных целесообразно ограничить оптимальным минимумом, достаточным для наполнения этих баз данных, сбора данных, проверок их полноты и правильности.

Одной из ключевых задач при разработке OD/DB для базовых CAD является создание максимально простой и прозрачной структуры и способа описания стандартов черчения, объектов и их характеристик. Самым простым и удобным способом описания стандартов черчения может быть, во-первых, один, единственный файл описания и, во-вторых, файл текстового формата. Простота создания описаний стандартов черчения позволит пользователям достаточно быстро и полно описывать предметные области, позволит при необходимости оперативно редактировать эти описания. Появление полных и качественных описаний стандартов черчения и их распространение среди пользователей CAD позволит с помощью OD/DB значительно улучшить распространение и поддержку действующих общих, государственных, ведомственных, корпоративных и пр. стандартов в создаваемых чертежах.

Длительный и обширный опыт использования OD/DB показывает, что даже при неполной реализации OD/DB – только при использовании меню объектов для черчения и некоторых дополнительных возможностей манипуляции данными и некоторых проверок, заметно возрастает скорость создания чертежей и очень существенно улучшается их качество.

В целом: добавление в CAD полного качественного универсального OD/DB может сыграть роль модернизации базовых, основных возможностей CAD – возможностей черчения, создания чертежей, но много удобнее, быстрее и качественнее. И OD/DB позволит расширить ассортимент продукции базовых CAD – позволит создавать чертежи не только как графические документы, но как модели, пригодные для прямого компьютерного анализа, как готовые данные для внешних, больших баз данных, для аналитических информационных систем. Для любых предметных областей черчения в базовых CAD.

15.03.16

Шаров Александр