A Framework supporting collaboration on the distributed design of integrated systems

Abstract

O trabalho de pesquisa apresentado nesta tese tem por objetivo apoiar o projeto distribuído de sistemas integrados, considerando especificamente a necessidade de interação colaborativa entre os projetistas. O trabalho enfatiza particularmente alguns problemas que foram considerados apenas marginalmente em abordagens anteriores, como a abstração da distribuição em rede dos recursos de automação de projeto, a possibilidade de interação síncrona e assíncrona entre projetistas e o suporte a modelos extensíveis de dados de projeto. Tais problemas requerem uma infra-estrutura de software significativamente complexa, pois possíveis soluções envolvem diversos módulos, desde interfaces com o usuário até bancos de dados e middleware. Para construir tal infra-estrutura, várias técnicas de engenharia foram empregadas e algumas soluções originais foram desenvolvidas. A idéia central da solução proposta é baseada no emprego conjunto de duas tecnologias homônimas: CAD Frameworks (ambientes integrados de apoio ao projeto) e frameworks orientados a objeto. O primeiro conceito foi criado no final da década de 80 na área de automação de projeto de sistemas eletrônicos e define uma arquitetura de software em níveis, voltada ao apoio a desenvolvedores de ferramentas de projeto, administradores de ambientes de projeto e projetistas. O segundo, desenvolvido na última década na área de engenharia de software, é um modelo para arquiteturas de software visando o desenvolvimento de sub-sistemas reusáveis de software orientado a objeto. No presente trabalho, propõe-se a criação de um framework orientado a objetos que inclui conjuntos extensíveis de primitivas de dados de projeto bem como de blocos para a construção de ferramentas de CAD. Esse framework orientado a objeto é agregado a um CAD Framework, onde ele passa a desempenhar funções tipicamente encontradas em tal ambiente, tais como representação e administração de dados de projeto, versionamento, interface com usuário, administração de projeto e integração de ferramentas. O CAD Framework implementado dentro do escopo desta tese foi chamado Cave2 e seguiu a clássica arquitetura em níveis apresentada por Barnes, Harrison, Newton e Spickelmier. Durante o projeto e a implementação do Cave2, uma série de avanços em relação as abordagens anteriores foi obtida com a exploração das vantagens advindas do uso de um framework orientado a objetos: - frameworks orientados a objetos são extensíveis por definição, então o mesmo pode ser dito a respeito das implementações dos conjuntos de primitivas de dados de projeto bem como de blocos para a construção de ferramentas de CAD. Isso implica que tanto o modelo de representação de projeto quanto os módulos de software processando tal modelo podem ser atualizados ou adaptados para uma metodologia de projeto específica, e que essas atualizações e adaptações ainda herdarão os aspectos arquiteturais e funcionais implementados nos elementos básicos do framework orientado a objetos; partes do framework orientado a objetos, mas em modelos claramente separados. Isso possibilita o uso de várias estratégias para a visualização de um conjunto de dados de 15 projeto, o que dá aos participantes de uma sessão de projeto colaborativo a flexibilidade de escolha individual de estratégia de visualização; - o controle de consistência entre semântica e visualização - uma questão particularmente importante em um ambiente de projeto onde coexistem múltiplas visualizações de cada projeto - também está incluído nas fundações do framework orientado a objetos implementado. Esse mecanismo é genérico o bastante para ser usado também pelas possíveis extensões do modelo de dados de projeto, uma vez que ele é baseado na inversão de controle entre a visualização e a semântica. A visualização recebe a intenção do usuário e propaga esse evento ao modelo da semântica, o qual avalia a possibilidade de uma mudança de estado. Se positivo, ele dispara a mudança de estado em ambos os modelos de visualização e semântica. A abordagem proposta nesta tese usa tal inversão de controle para incluir um nível adicional de processamento entre a semântica e a visualização, visando o controle de consistência nos casos de múltiplas visualizações; indisponibilidade de conexão entre elas; - o uso de objetos de proxy aumentou significativamente o nível de abstração da integração de recursos de automação de projeto, pois tanto ferramentas e serviços remotos quanto os instalados localmente são acessados através de chamadas de métodos em um objeto local. A conexão aos serviços e ferramentas remotos é obtida através de um protocolo de look-up, abstraíndo completamente a localização de tais recursos na rede e permitindo a adição e remoção em tempo de execução; - o CAD Framework foi implementato completamente usando a tecnologia Java, usando dessa forma a Java Virtual Machine como intermediário entre o sistema operacional e o CAD Framework, garantindo dessa forma a independência de plataforma. Todas as contribuições listadas anteriormente contribuiram com o aumento do nível de abstração da distribuição de recursos de automação de projeto e também apresentaram um novo paradigma para a interação remota entre projetistas. O CAD Framework no qual tais contribuições foram aplicadas é capaz de suportar colaboração de granularidade fina baseada em eventos, onde cada atualização feita por um projetista pode ser propagada para o restante da equipe, mesmo que estejam todos geograficamente distribuídos. Isto pode aumentar a sinergia de grupo entre os projetistas e permitir uma troca mais rica de experiências entre eles, aumentando significativamente o potencial de colaboração quando comparado com abordages baseadas em acesso a arquivos e registros propostas anteriormente. Três estudos de caso diferentes foram realizados para validar a abordagem proposta, cada um deles envolvendo um sub-conjunto das contribuições da presente tese. O primeiro utiliza a arquitetura de distribuição de recursos baseada em proxies para implementar uma plataforma de prototipação usando módulos de hardware reconfigurável. O segundo estende as fundações do framework orientado a objetos visando suportar projeto baseado em interfaces. Essas extensões - primitivas de representação de projeto e partes de ferramentas - são usadas na implementação de uma ferramenta chamada IBlaDe, que permite a criação colaborativa de modelos funcionais e estruturais de sistemas integrados. O terceiro estudo de caso aborda a possibilidade de integração de metadados multimídia ao modelo de dados de projeto. Essa possibilidade é explorada no contexto de uma plataforma online de educação e treinamento.