Какво е значението на обектно-ориентираните технологии в инженерното проектиране

В инженерното проектиране обикновено обектът и данните се разглеждат като съществуващи независимо един от друг. Един обект обаче се състои както от данни, така и от софтуер. Тази фундаментална разлика лежи в основата на предимствата, които се приписват на доста прехвалената обектно-ориентирана технология.

Тази технология е особено полезна за инженерните проекти, тъй като те се занимават с физически обекти. Ето защо изследваме естеството на обектно-ориентираната технология в инженерното проектиране и я сравняваме с някои нейни съвременни реализации.

Автоматизация на инженерния труд и системи за автоматизирано проектиране

През последните няколко години в инженерното проектиране предимствата на обектовата парадигма за разработчиците на софтуер - гъвкавост, разширяемост и многократна използваемост - бяха добре доказани и с течение на времето ставаха все по-познати. Това важи както за CAD индустрията, инженерното проектиране, така и общо за цялата софтуерна индустрия. 

При инженерно проектиране съществуват обаче известен брой проблеми при реализацията на обекти на CAD-приложения, на които голямо влияние оказва общата производителност на основната система за проектиране, с която всъщност ще бъде извършена работата.

Преносимост на обектите

Първият проблем е свързан с преносимостта на обектите при инженерно проектиране, когато те се прехвърлят от една система на друга. В много реализации характеристиките (properties) на обекта концептуално се разглеждат като едно цяло, но на практика се съхраняват на две места. Характеристиките на обекта се съхраняват във файла на проекта, докато същинските изпълними методи са в компилираната програма на приложението, с което е изработен проектът.

В средата на Windows софтуерната реализация на обекта и неговите методи обикновено се прилага чрез библиотека с динамична връзка (dynamic link library - DLL). Когато един проектен файл бъде прехвърлен на друга система или работна станция, библиотеката с динамична връзка също трябва да отиде там. Ако такава библиотека не съществува, трябва да бъдат извикани методите, внедрени в нея. Това води до създаването на тъй наречените "зомби": обекти, които съществуват, но не може да се ползват, защото софтуерът и данните им остават разделени.

Кой има полза от обектно-ориентираните реализации

Вторият проблем при инженерното проектиране е свързан с един въпрос, който не се задава твърде често: кой в края на краищата има полза от обектно-ориентираните реализации? Разработчиците на софтуер определено имат полза, но как стои въпросът при крайния потребител и дали той може да разшири обекта, да промени неговото поведение или да създаде нови обекти. Друг проблем е дали някоя от тези възможности може да бъде реализирана без достъп до изходната програма.

За съжаление, има твърде много случаи, в които отговорът на всички тези въпроси е отрицателен. Ако при инженерно проектиране крайните потребители не могат да разширяват, променят обектите или да създават нови, без да се налага да пишат нова изходна програма или да търсят услугите на разработчика, то техните възможности да реализират нови възможности са ограничени.

CAD-реализации на обектната технология

Обектно-ориентираната технология е здраво стъпила в областта на инженеринга. Ползите от нея са реални и се умножават. Колкото по-добре бъде разбрана обектно-ориентираната технология в инженерното проектиране, толкова по-добре ще бъдат реализирани тези ползи. За да се оцени разликата между отделните CAD-реализации на обектната технология, важно е да се разбират няколко концепции.

Характеристиките всъщност са данните, свързани с даден обект, като радиуса на окръжност, цвета на стена и т.н. От гледна точка на CAD, един обект може да има както графични, така и неграфични характеристики.

Още за обектите

Методите дават възможност на обектите да имат поведение, което излиза далеч извън списъка от неговите характеристики. Това са софтуерни функции, които реализират поведението на обекта. Например, един обект може да има методи за собственото си създаване, копиране, преместване, изтриване и възпроизвеждане. Тези методи се стартират чрез сигнали от софтуера или други обекти. Тези сигнали са познати като съобщения. 

Едно съобщение се изпраща до обекта заедно с името на метода, който трябва да се изпълнява от обекта. Освен това съобщението може да съдържа набор от параметри, които да се използват от метода на обекта. Например един обект-прозорец може да изпрати съобщение на обекта окръжност, с което му нарежда да изчертае самия себе си.

Капсуловане и полиморфизъм

Капсуловането (encapsulation) представлява обединяване на данни (характеристики) и софтуер (методи) в едно цяло (обект). С помощта на капсуловането промените в системата трябва да се правят на местно ниво. В този смисъл, реализацията на един вид обект може да бъде променена напълно, без това да засяга останалите. Капсуловането е ключов инструмент за многократната използваемост на обектите.

Полиморфизмът означава, че едно и също съобщение може да има различни значения, в зависимост от обекта, който трябва да го приеме. Както окръжността, така и линията може да използват метода чертане. Но реализацията на този метод в рамките всеки вид обект може да бъде съвсем различна. Може дори да въведем нов вид обект, например крива линия, и да създадем метод, например чертане, за него. Останалата част от приложението ще си остане незасегната. 

Например, едно CAD приложение може да разглежда новия обект - кривата - подобно на всеки друг обект и да изпрати към него същото съобщение за чертане, което изпраща на обектите окръжност и линия. Полиморфизмът е ключ към гъвкавостта и разширяемостта на обектите.

Класовете – необходимост за огранизиране

Класовете са механизмите, чрез които обектите може да се дефинират и организират. Един клас може да се разглежда като шаблон, който се използва за създаване на нови обекти. Класът определя характеристиките и методите на даден тип обект.

Наследяването (inheritance) се използва за дефиниране на нови класове. Ако се дефинира общ клас, след това лесно може да се създадат негови специализирани версии. Например, може да се създаде един общ обектов клас "кран" и той да съдържа всички негови характеристики и методи. След това може да бъде създаден производна на този клас, наречена "шибърен кран". 

Когато този нов клас бъде създаден, той унаследява всички характеристики на общия клас "кран". След това характеристиките и методите на новия клас може да се модифицират, за да станат специализирани за шибърните кранове. Наследяването е от ключово значение за реализация на мощта на обектовата технология. То дава възможност приложенията да бъдат разширявани и обновявани, за да се решават нови проблеми.

Оценка на влиянието

Обектно-ориентираните CAD-реализации в инженерното проектиране обаче не се създават еднакви. Много важно е да се направи оценка какво дългосрочно отражение в дадена организация ще има реализацията на даден доставчик. Преди да избере даден инструмент за проектиране, за който се твърди, че е обектно-ориентиран, потребителят е добре да отдели известно време за оценка на нуждите на организацията в аспекти като следните: интегриране на остарели системи; условия за съвместно ползване на цели обекти (има опасност от "зомби") и за изпращане на дялове от проекти по Internet, интранет- или екстранет-мрежи; повишаване на интелигентността на обектите, за да се подпомогне експлоатацията на проектираните съоръжения (например на целия завод, който е обект на експлоатация, безопасността на труда, изхвърлянето на отпадъците и счетоводните процедури); и накрая, възможността за повторно използване на всеки обект в бъдещи проекти.

Източник: TLL Media; Снимки: Dreamstime

Ключови думи: TLL Media   CAD   обектно ориентиране   автоматизация на проектирането  

Област: Машиностроене