автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Имитационные модели в процессах управления разработкой конструкторско-технологической документации авиастроительного предприятия

На правах рукописи

Железнов Олег Владимирович

ИМИТАЦИОННЫЕ МОДЕЛИ В ПРОЦЕССАХ УПРАВЛЕНИЯ РАЗРАБОТКОЙ КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ АВИАСТРОИТЕЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

Специальность 05.13.18 - математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 О НОЯ 2014

Ульяновск — 2014

005555611

005555611

Работа выполнена на кафедре математического моделирования технических систем в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ульяновский государственный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Полянсков Юрий Вячеславович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, заведующий

кафедрой конструкции и проектирования летательных аппаратов ФГАОУ ВО «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)» Комаров Валерий Андреевич

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой высшей математики и математического моделирования ФГБОУ ВПО «Тольяттинский государственный университет» Зибров Петр Федорович

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «МАТИ - Российский государствен-

ный технологический университет имени К.Э. Циолковского» (г. Москва)

Защита состоится 17 декабря 2014 г. в 10°° часов на заседании диссертационного совета Д 212.278.02 при ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный университет», расположенном по адресу: г. Ульяновск, ул. Набережная р. Свияги, 106, корпус 1, ауд. 703.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Ульяновского государственного университета и на сайте ВУЗа http://npo.ulsu.nl. с авторефератом — на сайте ВУЗа http://ppo.ulsu.ru и на сайте Высшей аттестационной комиссии при Министерстве образования и науки РФ — http://vak.ed.gov.ru.

Отзывы на автореферат просим направлять по адресу: 432017, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, д. 42, УлГУ, Отдел послевузовского профессионального образования.

«/У» иЯЛ&Л-2

Автореферат разослан «У " » года.

Ученый секретарь М. А. Волков

диссертационного совета Д 212.278.02, кандидат физико-математических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

В настоящее время стремительными темпами развиваются информационные технологии в области авиастроения. Конструкторско-технологическая подготовка производства (КТПП) является одним из основных бизнес-процессов авиастроительного предприятия, особенно при запуске в производство нового изделия. В свою очередь конструкторско-технологическая подготовка производства включает в себя основополагающий процесс разработки и согласования конструкторско-технологической документации (КТД). С развитием информационных технологий важность этого процесса усиливается и становится очень значимой при создании единого информационного пространства предприятия, в связи с появлением PDM-систем.

В большинство сфер человеческой деятельности успешно интегрируются информационные технологии, сочетающие в себе четкий математический аппарат и стохастическую природу бизнес-процессов, так как исключение вероятностной составляющей, приводит к идеализации систем. Таким образом, становится актуальным создание математических моделей бизнес-процессов предприятий на основе теории вероятностей, теории динамических потоков и, в частности, систем массового обслуживания (СМО)1'2.

На основе мониторинга и анализа ключевых показателей деятельности процесса разработки КТД вырабатываются стратегия и тактика развития бизнес-процесса КТПП, обосновываются планы и управленческие решения, осуществляется контроль за их выполнением, выявляются резервы повышения эффективности его деятельности, оцениваются результаты деятельности структурных подразделений, трудового коллектива и отдельных работников3.

Для мониторинга, анализа и управления процессом разработки и согласования КТД в настоящее время актуально использовать информационно-аналитические системы (ИАС), позволяющие проводить мониторинг и анализ показателей процесса в режиме реального времени, оперативно и своевременно управлять процессом, предотвращая развитие нежелательных тенденций его плановой деятельности4'3.

Таким образом, возникает задача управления качественными и количественными показателями процесса разработки и согласования КТД авиастро-

1 Самарский А. А. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры . / А. А. Самарский, А. П. Михайлов.-М.: Наука. Физматлит, 1997. - 320 с. - ISBN 5-02-015186-6.

2 Заболотский B.IL Математические модели в управлении / В.П. Заболотский, A.A. Оводенко, А.Г. Степанов. -Спб.: СПБГУАП, 2001,- 196 с.-ISBN5-8088-0063-3.

3 Бунаков ILIO. Технологическая подготовка производства в САПР / П.Ю. Бунахов, Э.В. Широких. - М.: ДМК Пресс, 2012. - 208 с. - ISBN 978-5-94074-777-2.

* Белов B.C. Информационно-аналитические системы. Основы проектирования и применения. / Московский государственный университет экономики, статистики и информатики. - М., 2005. - 111 с. - ISBN 5-7764-0425-8В.

' Загидуллин P.P. Управление машиностроительным производством с помощью систем MES, APS, ERP / Р.Р. Загидуллин. - Старый Оскол: THT, 2011. - 372 с. - ISBN 978-5-94178-272-7.

ительного предприятия за счет спроектированной и разработанной ИАС мониторинга, анализа и управления процессом разработки и согласования КТД. Качественная характеристика процесса разработки и согласования КТД включает в себя не только высокую квалификацию конструкторов и технологов, но и качество обслуживания: высокую пропускную способность отделов управления главного конструктора (УГК) и управления главного технолога (УГТ), минимальное время проработки конструкторско-технологической документации, минимальные простои высококвалифицированного персонала отделов КТПП и другие показатели. Количественные характеристики процесса разработки и согласования КТД определяются интенсивностями потока поступления конструкторской документации от внешнего конструкторского бюро, временем разработки и согласования конструкторско-технологической документации сотрудниками отделов КТПП авиастроительного предприятия.

Данная задача, решаемая на основе математического и компьютерного имитационного моделирования с использованием численных методов, методов теории вероятностей й теории случайных процессов является актуальной.

Объектом исследования является процесс принятия управленческих решений при разработке и согласовании КТД авиастроительного предприятия.

Предметом исследования являются математические и компьютерные имитационные модели процессов разработки и согласования КТД.

Цель и задачи работы:

Целью диссертационной работы является разработка математической и компьютерной имитационной моделей управления процессом разработки и согласования КТД для изготовления воздушных судов, проектирование и разработка комплекса программ на основе разработанных алгоритмов распределения и оптимизации используемых ресурсов.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

1. Разработка математической модели процесса разработки и согласования КТД, позволяющей проводить оценку и анализ деятельности по разработке КТД и вести распределение заказов по работникам отделов КТПП.

2. Разработка имитационной модели процесса разработки и согласования КТД на основе сетей Петри, обеспечивающей проверку адекватности предложенной математической модели и проведения оптимизационных экспериментов ее целевых функций.

3. Разработка алгоритмов функционирования информационно-аналитической системы мониторинга, анализа и управления процессом разработки и согласования КТД с целью повышения оперативности принятия управленческих решений.

4. Разработка программного комплекса в виде информационно-аналитической системы мониторинга, анализа и управления процессом разработки и согласования КТД, позволяющего выполнять задачи составления планов и распределении работ по исполнителям, отслеживании работ и корректировку расписания при возникновении внештатных воздействий.

5. Апробация информационно-аналитической системы мониторинга, анализа и управления процессом разработки и согласования КТД в производственных условиях.

Методы исследования. Для решения поставленных задач и достижения намеченной цели использованы методы математического моделирования, численного моделирования, экспертных оценок, теории сетей Петри, теории нечеткой логики, теории массового обслуживания, теории реляционных баз данных, методов объектно-ориентированного программирования. Комплекс программ разработан на основе языков про1раммирования высокого уровня С# и PL SQL.

Научная новизна. В работе построены математическая и имитационная модели процесса разработки и согласования КТД, позволяющие проводить оценку и анализ деятельности по разработке КТД, вести распределение заказов по работникам отделов КТПП с использованием оптимизационных экспериментов над целевыми функциями математической модели на основе разработанной сети Петри.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Математическая модель процесса разработки и согласования КТД, позволяющая проводить оценку и анализ его деятельности по разработанным целевым функциям модели, с возможностью ведения распределения заказов по работникам отделов конструкторско-технологической подготовки производства.

2. Дискретно-событийная стохастическая имитационная модель процесса разработки и согласования конструкторско-технологической документации, разработанная на основе цветной сети Петри и позволяющая проводить оптимизационные эксперименты над целевыми функциями математической модели.

3. Алгоритмы процесса управления заказами на разработку и согласование конструкторско-технологической документации, обеспечивающие реализацию предложенных решений.

4. Комплекс программ в виде информационно-аналитической системы мониторинга, анализа и управления процессом разработки и согласования конструкторско-технологической документации, составляющий компьютерную реализацию математической и имитационной моделей.

Достоверность полученных результатов.

Достоверность основных результатов работа подтверждается совпадением результатов теоретических исследований с результатами экспериментальных исследований принятых решений на примере управления работой конструкторских и технологических бюро КТПП авиастроительного предприятия. Достоверность также подтверждается проведенными вычислительными компьютерными экспериментами и результатами тестирования созданной информационно-аналитической системы мониторинга, анализа и управления процессом разработки и согласования КТД авиастроительного предприятия, что отображено в акте внедрения.

Практическая значимость научных исследований.

Практическая значимость диссертационного исследования состоит в том, что предложена методика по управлению заказами по разработке и согласованию КТД, учитывающая вероятностный характер их поступления и обработки. Разработан комплекс программ для поддержки принятия управленческих решений процесса разработки и согласования КТД.

Предложенная методика мониторинга, анализа и управления процессом разработки и согласования КТД может быть использована для подобных исследований других бизнес-процессов машиностроительных предприятий.

Практическая ценность и новизна подтверждается тем, что предложенная математическая модель и алгоритмы реализованы в прикладных пакетах программ, защищенных свидетельствами об официальной регистрации программ для ЭВМ (№2013615511, №2013614745, №2014615867).

Результаты диссертационной работы используются в практической деятельности на авиастроительном предприятии г. Ульяновска ЗАО «Авиастар-СП». Использование информационно-аналитической системы мониторинга, анализа и управления процессом разработки и согласования КТД, интегрированной в единое информационное пространство предприятия, позволяет сократить цикл КТПП за счет рационального распределения ресурсов бизнес-процесса и затрат на проведение ручного мониторинга и управления деятельностью.

Апробация работы.

Результаты основных положений диссертации докладывались на следующих конференциях: 1-я научно-практическая конференция «Проблемы и перспективы развития управления жизненным циклом изделий авиационной техники» (г. Ульяновск, 2010 г.); симпозиум с международным участием. «Самолетостроение России. Проблемы и перспективы» (г. Самара, 2012 г.); 3-я Международная научно-практическая конференция «Системы управления жизненным циклом изделий авиационной техники: актуальные проблемы, исследования, опыт внедрения и перспективы развития» (г. Ульяновск, 2012 г.); на научном семинаре кафедры компьютерных интеллектуальных технологий проектирования (г. Воронеж, ВГТУ, 2014 г.).

Личный вклад автора. Постановка задач исследования осуществлена совместно с научным руководителем. Теоретические и практические исследования проведены автором самостоятельно. Подготовлены публикации по теме диссертационного исследования.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ: 6 - в рецензируемых отечественных изданиях, рекомендованных ВАК, б - в материалах российских и международных конференций. Получено 3 свидетельства Роспатента о регистрации программ для ЭВМ. Список помещён в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы из 146 наименований. Работа содержит 223 страницы текста, 29 рисунков, 72 таблицы и 7 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введепии показана актуальность темы, определены цели и задачи диссертационной работы, сформулированы научная новизна и практическая значимость проводимых исследований, перечислены положения, выносимые на защиту, дана общая характеристика работы.

В первой главе выполнен анализ роли бизнес-процесса КТПП новых изделий, включающий в себя процесс разработки и согласования КТД. Выявлены отклонения от штатной деятельности изготовления изделий, причиной которых являются срывы КТПП. Отмечено, что задержки с разработкой и согласованием КТД являются причиной 35% всех случаев срывов срока выпуска новых изделий. В свою очередь, из-за срыва сроков выпуска утвержденной КТД более половины заказов на изготовление оснастки поступают в цех с опозданием, вследствие чего ее невозможно изготовить в срок. Выявлено, что несвоевременные либо неправильные управленческие решения являются основной причиной срывов сроков заказов.

Приведена сравнительная характеристика методов математического описания и анализа процесса оперативного управления и дана оценка сравнительной сложности алгоритмов на основе существующих моделей. Сформулированы особенности процесса разработки и согласования КТД и сделан вывод о том, что для её описания могут быть одновременно применены различные математические методы с использованием алгоритма оптимизации OptQuest в имитационном моделировании.

Проведено исследование существующих информационных средств мониторинга, анализа и управления бизнес-процессами предприятия. Приводятся примеры российских и зарубежных известных систем. Анализ показал, что функции мониторинга, анализа и управления бизнес-процессами предприятия в рассмотренных системах класса PDM и ERP построены без учета оперативного доступа к динамической информации и не дают возможности

для комплексной оценки эффективности и функционирования процессов разработки и согласования КТД.

Выявлено, что важной задачей управления процессом разработки и согласования КТД является уменьшение риска невыполнения плана в рамках бизнес-процесса К11111 по заданным параметрам ресурсоемкое™. Предлагается использовать теоретико-информационный подход, в основу которого положено получение дополнительных данных, извлекаемых из показателей результативности выполнения процесса разработки и согласования КТД уменьшающих неопределенность при принятии решений. Таким образом, ставится задача разработки математической и имитационной моделей процесса разработки и согласования КТД, позволяющих оценивать риск невыполнения плана по выпуску КТД, определять управляющие воздействия и оптимальные показатели объемов ресурсов для выполнения его плановой деятельности. На основе данных моделей ставится задача разработки информационно-аналитической системы мониторинга, анализа и управления процессом разработки и согласования КТД, использование которой обеспечит повышение оперативности принятия управленческих решений рассматриваемого процесса, как в плановых условиях, так и при наличии возмущающих факторов.

Вторая глава посвящена разработке математической и имитационной моделей процесса разработки и согласования КТД для проведения анализа деятельности по разработке КТД, ведения распределения заказов по работникам КТПП и выявления оптимальных параметров целевых функций моделей под заданные параметры ресурсоемкости процесса КТПП.

Для оценки и совершенствования процесса принятия управленческих решений разработана базовая модель процесса управления разработкой и согласованием КТД (рисунок 1).

Рисунок 1 - Базовая модель процесса управления разработкой и согласованием КТД

Из рисунка 1 следует, что процесс управления предполагает планирование объемов запуска КТД, распределение заказов по исполнителям (сотрудникам отделов КТПП)> определение локальных сроков исполнения заказов, а также мониторинг и анализ над исполнением заказов, что отражается в модели введением обратной связи. Взаимодействие этих процессов обеспечивает имитационная дискретно-событийная стохастическая модель, построенная на основе цветной сети Петри. Схема взаимодействия процессов базовой модели с сетью Петри отражена на рисунке 2.

В сети Петри изображены позиции и переходы, соответствующие этапам работы над заказами КТД. Переходы описаны в таблице 1. Приведены следующие показатели: п - среднее количество заказов на разработку КТД в периоде; рх - вероятность того, что заказ на разработку КТД принят и зарегистрирован в УГК; р2 - вероятность того, что заказ на разработку КТД сохраняет актуальность во время работы; ръ - вероятность того, что разработанный комплект КТД принят для изготовления оснастки или детали без претензий;

- возвращённые заказы на разработку КТД; и - номер узла перехода в сети Петри.

Таблица 1- Позиции и переходы сети Петри процесса разработки и согласования КТД

Базовый модуль Позиции сети Петри Переходы сети Петри Входные функции переходов Выходные функции переходов

Но мер Обозначение Номер Обозначение

Получение плана 0 Источник (поступающие заказы) к Получен п Р1п

2 Не отвечающие требованиям Отвергнут - (1 - РО ■ п

1 Отвечающие требованиям Ы Принят (1 - Р1)п (1 -Р1)-п

9 Отклоненные - - р±п ргп

Распределение работ 3 Ожидающие распределения (30 Направлен исполнителю РЛ V8 ргп, 1?8

5 Потерявшие актуальность Ьо Снята актуальность (1 — Рг) " (РгП (1 - Рг) ' (РхП

10 Изъятые - - - -

Выбор срока 4 Заказы на рабочем месте ¡40 Выполнен = (ргп + vg)

6 Выполненные - - - (1 -р2)-Ж

Мониторинг и анализ 7 Выполненные без отклонений ¡50 Направлен на исполнение цеху-заказчику Р2 ■ РЗ ' И', р2 ■ (1 - Рз) ■ Г

8 Содержащие отклонения и о Принято без претензий - р2 ■ Рз■ IV

и Выполненные и внедренные в цехе ¡80 Возникли замечания р2 ■ (1 - Рз) ■ Ж Р2-(1-Рз)-^

12 Выход (90 Работа завершена П-Р в п-г?8

На основании построенной ШЕРО схемы процесса разработки и согласования КТД (рисунок 3) разработана его математическая модель.

Описано поведение считающего процесса числа единиц поступившей конструкторской документации А = (Ас) от внешнего конструкторского бюро в зависимости от времени По теореме Дуба-Мейера справедливо представление в виде, позволяющем проводить разнообразные аналитические исследования в частных случаях, но и легко осуществлять имитационное компьютерное моделирование. Тогда

Ас^Ас + Шс, (1)

здесь так называемый «компенсатор» процесса А - процесс А = поз-

воляет записать следующие инфинитезимальные соотношения:

ДЛ£ = Лс+Д-А, = Р(А[+Л - Ас > ЦЪ}-А + о (Л), (2)

где Т{ - а-алгебра всех событий (т.е. вся информация, при условии которой рассчитывается вероятность Р) до момента времени t включительно.

новых видов продукции

Рисунок 3 — ШЕБО схема процесса разработки и согласования КТД

Процесс 771 = (т()сг0 - мартингал (процесс с условно-независимыми приращениями). При этом также имеет место равенство по теореме Деллашери:

= + (3)

позволяющее на основе (2) осуществлять имитационное моделирование для произвольных непрерывных функций распределения интервалов времени между моментами поступления заявок.

Считаем, что комплект КТД состоит из конечного числа документов и электронных моделей деталей, тогда считающий процесс числа единиц поступившей КД в г'-й отдел КТПП будет иметь вид:

а1 = (4),г0; (4)

считающий процесс числа единиц обрабатываемой КТД в г'-м отделе КТПП будет иметь вид:

ч1 = 0Ю£го; (5)

считающий процесс числа единиц полностью проработанной КТД в \-м отделе КТПП будет иметь вид:

* = <«>

считающий процесс числа возвращаемой на доработку КТД из г'-го в ¿-7 отдел:

= (*01ао; (7)

считающий процесс числа возвращаемой на доработку КТД из г-го в г-2 отдел:

г

1 = (г<9са0- (8)

Общая схема процесса разработки и согласования КТД неоднородна, так как обработка в 1-м, 2-м и двух крайних отделах имеют особенную структуру. А именно, для балансовых соотношений справедливы выражения (9) и (10).

Ч$ = ЧЬ+А{ + В1 (9)

Ч\ = 41 + Ф1 + Я? + гс4) - 0} - Я? . (10)

Считающий процесс числа единиц поступившей КТД во второй отдел КТПП можно записать:

= # + + (11)

для /-го отдела:

А\ = 01-1+^+1+П1'2, (12)

тогда количество обрабатываемой КТД в г-м отделе представляется как

ч1 = ч1 + (pi + я? + rt4) - (Dj + r{ + rtl),

(13)

соответственно в n-1 отделе:

чГ-1 = чГ1 + + Ri) - ОТ1 + ЯГ1 - rl), (14)

и в n-м отделе:

ч? = 42 + (а? + dt1) - Сdi -ri- г}). (15)

Для компенсаторов считающих процессов количества проработанной КТД в j-m отделе справедливо:

^ = >0)(aW)dv, (16)

где /{true} = 1; ¡{false} = 0; а1 - коэффициент количества проработанной КТД в z-м отделе, n1 — число сотрудников в г'-м отделе, занимающихся проработкой КТД. Такое соотношение означает, что количество обработанной КТД пропорционально (с коэффициентом а1) числу сотрудников N1 и осуществляется (очевидно) при ненулевой очереди.

Для компенсаторов считающих процессов количество возвращаемой на доработку КТД справедливо соотношение:

f t

Щ = J l(qls>0)Rlds.

о

(17)

о

при этом выполняются равенства:

= = + (18) Р{р1+6-р[ = 1\ч1>0} = р18 + о(5) (19)

В работе рассчитываются следующие средние значения: = Мц[ — среднее количество КТД, находящейся в очереди на обработку в г'-м отделе; = ма\ - среднее количество КТД, поступившей в г'-й отдел на проработку; г/ = Мг/ - среднее количество КТД, возвращаемой на доработку из /-го в /-2 отдел; я[ = ме\ - среднее количество КТД, возвращаемой на доработку из 1-го в 1-1 отдел.

Выявлено, что среднее количество обрабатываемой КТД в отделе с номером г=1 подчиняется следующему дифференциальному уравнению:

-(1-^)-«'. (20)

где = л, при условии, что л > 0 , > 0

l-F(t)

В общем случае для 3 < i < п — 2 аналогично имеет вид: = а1~х ■ tf« + (1 - ■ ^ + (1 - " г-2 -

+ (21)

Сформулирована оптимизационная задача имитационного моделирования: необходимо определить количество сотрудников с учетом должностных (функциональных) ролей, обеспечивающих наилучшую динамику выпуска готовой КТД с учетом максимизации двух целевых критериев: объем выпущенной КТД и вероятность выпуска КТД «точно в срок» (разработка ровно столько КТД, сколько требуется производству) за счет оптимального распределения загрузки сотрудников отделов КТПП авиастроительного предприятия. Рассмотрено два варианта оптимизации модели в соответствии с целевыми функциями Фг и Ф2 математической модели процесса разработки и согласования КТД.

Целевая функция «^математической модели имеет вид:

- Y.U {(l - (Дп + гп)} • А - шахП1 _ пп Ц , (22)

где D\ — среднее количество полностью проработанной КТД при условии, что N± + N2 + ... + Nn= N, при А « 1, где Тw - время простоя и-го отдела; Т — общее время эксперимента; N71 — количество сотрудников в п-м отделе; Rn - количество комплектов КТД возвращаемых на доработку в i-1 отдел; гп — количество комплектов КТД возвращаемых на доработку в i-2 отдел; ап -коэффициент количества проработанной КТД и-го отдела.

Целевая функция Ф2 математической модели имеет вид:

ФгФ1,...,Nn) = N1 ■ # + N2 ■ С? + - + Nn ■ С? -> min, (23)

Ф2(N1.....Nn) = Е»=1Nn ■ С? min, (24)

где

С" - затраты на заработную плату сотрудника в л-м отделе, Nn — количество сотрудников в п-и отделе, г — должностная (функциональная) роль в отделах КТПП

Сформулированы критерии управления процессом разработки и согласования КТД:

а) минимальное время прохождения заявок в системе;

14 I

б) минимальная вероятность потери информации (неполная или неточная информация приводит либо к значительному увеличению продолжительности цикла разработки и согласования КТД, либо к ухудшению качества готового изделия, что в авиационной промышленности недопустимо);

в) значимость приоритетов заказов: в конкретном периоде повышенное внимание уделяет одному-двум изделиям; для изделий, не являющихся приоритетными, стремление к минимизации времени неоправданно, поскольку завышает затраты предприятия; введение данного критерия позволяет планировать работу, причём как на уровне отдела, так и для конкретного исполнителя, а также уменьшает время ожидания документов в комплектации, что в свою очередь снижает риск их утраты или повреждения.

Для определения приоритетов заказов ведется подсчет трудоемкости а/ каждого планируемого заказа КТД:

а ¡ — К- Мт, (25)

где К = 1 — - коэффициент включения заказа в плановые работы пе-мт

риода; Мт — оцениваемая длительность выполнения заказа (трудоемкость), часов, Мвьш — выполненная трудоемкость по заказу.

Помимо коэффициента включения в работу К, учитывается принадлежность заказа к выпускаемому изделию, определяющая его срочность изготовления. Приоритетность изделий в периоде определяется коэффициентом рг, граничные значения которого определены экспертами бюро перспективного планирования подготовки производства. Прирост готовности КТД для изделия, к которому относится заказ, сопоставляется со средним приростом для данного периода. В зависимости от указанных параметров заказы подразделяются на группы, сформированные в таблице 2.

Таблица 2 - Определение характеристик заказов

рг К рг> 1 0,7 <рг<\ 0<рг< 0,7

0,7< К<\ Срочные, важные. Выполнить обязательно. Срочные, средней важности. Выполнить по возможности, при наличии резерва времени Срочные, небольшой важности. Требуется проработка. Выполнить по возможности, при наличии резерва времени

0,4 <К<0,7 Средней срочности, важные. Могут потребоваться в ближайшее время. Выполнить по возможности, при наличии резерва времени Средней срочности, средней важности. Требуется проработка. Средней срочности, небольшой важности.

0<£<0,4 Несрочные, важные. Несрочные, сред- Несрочные, небольшой

Требуется проработка, в ней важности. важности.

настоящее время могут

быть отложены.

На основании данных таблицы 2 для каждого заказа КТД определяется своя лингвистическая переменная.

Фонд времени Fj, которым располагает сотрудник КТПП, определяется

как:

Fj = (F6a3 + Fnon - Sfc (MTk( 1 - afc))) ■ (1 - ß) , (26)

где Fga3 — фонд времени с учетом рабочих и праздничных дней, плановых отпусков и заложенного процента на внеплановые неявки; - лимитируемое время сверхурочных работ; ак - процент готовности ранее назначенных заказов трудоёмкости MTfe; ß — доля времени, затраченная сотрудником КТПП на дополнительные работы не связанные напрямую с разработкой и согласованием КТД (работа со службами предприятия, ответы на запросы по телефону и e-mail, настройка ПО на рабочем компьютере и пр.)

Дня распределения заказов по исполнителям разработан алгоритм, учитывающий трудоемкость заказа, критерий срочности, фонд времени сотрудника, оценку критичности срока выполнения заказа и стоимость перехода Щ i-го заказа к/-му сотруднику КТПП.

Обусловлена важность имитационного моделирования и обоснован выбор пакета AnyLogic. Для проверки адекватности математической модели, проведения оптимизационных экспериментов ее целевых функций и реализации алгоритма распределения работ по исполнителям, построена имитационная модель в виде стохастической дискретно-событийной модели на основе сети Петри с использованием программного продукта AnyLogic (рисунок 4). В имитационной модели были использованы статистические данные о приеме и обработке заявок по разработке КТД отделов КТПП, собранные за 2013 год на авиастроительном предприятии ЗАО «Авиастар-СП». Количественные результаты, полученные на модели и в реальности, были сравнены. Результаты сравнения показали, что расхождения между модельными и реальными показателями не превысили 15%.

Поставлена задача проведения оптимизационных экспериментов над имитационной моделью процесса разработки и согласования КТД, выполняемые на основе алгоритма AnyLogic OptQuest, позволяющие определить оптимальные значения iVy при выполнении целевых функций Фг и Ф2 математической модели процесса разработки и согласования КТД с учетом следующих ограничений (номенклатура включает 4 вида изделий воздушных судов; 11 отделов КТПП по разработке КТД; максимальное количество сотрудников

Рисунок 4 — Имитационная модель бизнес-процесса проработки и согласования КД

составляет 280 человек; 10 должностных (функциональных) ролей для сотрудников; 2 CAD/CAM/CAE системы; работа строится в 2 смены; ведется разработка и согласование 13 видов КТД; 2 вида производства (единичное и серийное).

На основе данных разработок во второй главе поставлена задача проектирования информационно-аналитической системы мониторинга, анализа и управления процессом разработки и согласования КТД.

Третья глава посвящена проектированию информационно-аналитической системы мониторинга, анализа и управления процессом разработки и согласования КТД согласно разработанному алгоритму взаимодействия процессов базовой модели.

Общая структурная схема (рисунок 5) информационно-аналитической системы отображает основные подсистемы и их взаимосвязи. Данная схема может использоваться как основа для проектирования информационно-аналитической системы мониторинга, анализа и управления процессом разработки и согласования КТД.

PDM система

Рисунок 5 - Общая структурная схема информационно-аналитической системы мониторинга, анализа и управления процессом разработки и согласования КТД

Подсистема мониторинга и анализа выполнения плана получает данные по плану разработки КТД из PDM системы предприятия. Полученные данные проходят обработку, и выполняется сравнение показателей плана и факта за выбранный прошедший интервал времени. В подсистеме генерации отчетов формируется отчет положительной или отрицательной динамики выполнения плана по разработке и согласованию КТД. Если анализ показал запаздывание выполнения плана или же такую динамику выполнения плана, при которой есть большой риск его срыва, тогда данные по выполнению процесса передаются в подсистему распределения ресурсов и работ. Функции данной подсистемы разработаны на основе математической модели распределения заказов по исполнителям. Обработанные данные (количество разработанной КТД по отделам и по сотрудникам, количество сотрудников по отделам с указанием должностных (функциональных) ролей) сохраняются в базе данных информационно-аналитической системы и передаются в имитационную модель процесса разработки и согласования КТД по SQL запросу. В имитационной модели выполняется оптимизационный эксперимент с использованием целевых функций математической модели.

Выходные данные оптимизационного эксперимента сохраняются в базе данных информационно-аналитической системы. Подсистема контроля и управления считывает эти данные, анализирует и передает подсистеме генерации отчетов для формирования отчета с рекомендациями по управляющему воздействию, снижающему уровень риска невыполнения плана по разработке и согласованию КТД.

Для реализации подсистем информационно-аналитической системы разработаны алгоритмы следующие алгоритмы их функционирования: алгоритм процесса управления разработкой и согласованием КТД, алгоритм сопоставления прогнозных и фактических данных, алгоритм оценки выполнимости плана работ, алгоритм распределения работ между сотрудниками отделов КТПП. Алгоритмы позволяют накапливать и обобщать информацию по работам с целью принятия обоснованных управленческих решений «по прецедентам», ликвидировать внештатные ситуации с минимальной перестройкой основного плана работ.

На основании разработанных алгоритмов работы информационно-аналитической системы определены типы управленческих решений над процессом разработки и согласования КТД.

1) Технологические решения. Принимаются при задержке проектирования электронной технологической модели (при моделировании с помощью сети Петри это соответствует случаю, когда накапливаются фишки в позиции перед переходом «Непосредственно проектирование завершено») и требующие мер по улучшению деятельности рядовых сотрудников. Наиболее простым оперативным решением является направление заказа другому исполнителю,

однако при частом возникновении подобной ситуации необходимо обучение сотрудников либо иные меры.

2) Организационные решения. Принимаются при длительном осуществлении проверки (накапливаются фишки в позициях перед переходами «Проверено», «Утверждено») и требующие лучшей организации управления на нижнем уровне. Возможно, следует скорректировать число конструкторов и технологов выявленного отдела КТПП.

3) Административные решения. Принимаются в случае, если работу задерживают заказчики (накапливаются фишки в позициях перед переходами «Получена информация от заказчика» или «Согласовано») и требующие выхода управленческой инициативы за пределы подразделения. Сведения из сети Петри могут быть основой для административных документов (служебных записок и т. п.).

Определение типа управленческого решения позволяет сформулировать рекомендации, которые должны быть учтены для восстановления штатного процесса разработки КТД. Во внештатной ситуации в общем случае возникает необходимость перераспределить работы для достижения цели в новых условиях. При этом необходимо учитывать загрузку сотрудников, близость новых работ текущим заказам, стремиться к меньшим потерям времени по уже назначенным работам.

Четвертая глава посвящена реализации основных алгоритмов информационно-аналитической системы мониторинга, анализа и управления процессом разработки и согласования КТД и тестированию созданной системы.

Информационно-аналитическая система мониторинга, анализа и управления процессом разработки и согласования КТД реализована на языке программирования С# и PL/SQL с использованием принципов объектно-ориентированного программирования, хранилища данных информационно-аналитической системы реализованы на основе СУБД Oracle 11. Рабочий режим информационно-аналитической системы мониторинга, анализа и управления процессом разработки и согласования КТД представлен на рисунке 6.

В данной главе проведено описание тестирования разработанной информационно-аналитической системы и рассматриваются предложения по ее использованию на авиастроительном предприятии.

Тестирование информационно-аналитической системы мониторинга, анализа и управления процессом разработки и согласования КТД целесообразно проводить с использованием реальных данных авиастроительного предприятия. Для этого на виртуальном сервере была развернута PDM-система БДЭОИ ЗАО «Авиастар-СП», данные которой послужили входной информацией для тестирования работы модулей и функций информационно-аналитической системы.

Рисунок б - Рабочий режим информационно-аналитической системы мониторинга, анализа и управления процессом разработки и согласования КТД

При использовании разработанной системы оперативность принятия управленческих решений в плановых условиях возрастает в среднем на 28 %, при наличии возмущающих воздействий на 60%. Помимо этого, достигнуто снижение времени на разработку КТД необоснованно назначенных заказов, повышение ритмичности работы, на основе чего рассчитана экономическая эффективность информационно-аналитической системы.

Диссертационные исследования проводились в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» по теме: «Развитие интегрированной автоматизированной системы информационной поддержки жизненного цикла воздушных судов гражданской и транспортной авиации на основе электронного определения изделия». Результаты работы переданы, прошли приемочные испытания и используются в практической деятельности авиастроительного предприятия г. Ульяновска ЗАО «Авиастар-СП».

В выводах и заключении кратко перечислены основные результаты диссертационной работы, подчеркнуты их новизна, теоретическая и практическая значимость.

В приложениях приведен расчет эффективности, код основных функций и акт о внедрении информационно-аналитической системы мониторинга, анализа и управления процессом разработки и согласования КТД на авиастроительном предприятии ЗАО «Авиастар-СП» г. Ульяновска.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 1. Разработана математическая модель процесса разработки и согласования КТД в терминах систем массового обслуживания, позволяющая проводить

21

* Дпр ел»2014 *

Пи В. Ср Чт Пт « 0(

И 1 г 3 4 5 6

7 В 9 10 11 12 13

14 15 16 11 18 19 20

[Я]22 й М 35 й Л

£99 1 М 1

5 6 7 В 9 10 и О С«'вднж П-М »14

• Априч 3014 • Пи Вт Ср Ч. Пт С6 в<

7 8 9 10 11 1] 13 14 15 16 17 18 19 » Ш гг гз 74 25 а 27

78 29 30 1 ? 3 4 5 6 7 8 9 И) 11 СП Сет>Дп» 21 ¿04.2014

129124

[^явдая»?!.'!®!?^ Г 1^5194.1! -> С^рг

оценку и анализ деятельности по разработке КТД и вести распределение заказов по работникам отделов КТПП

2. Разработана имитационная дискретно-событийная стохастическая модель процесса разработки и согласования КТД, позволяющая принимать управленческие решения в процессе разработки КТД, обеспечивающие, полное и своевременное выполнение требований заказчиков, распределение заказов по работникам и учет необходимости корректирующих действий на основе проведения оптимизационных экспериментов целевых функций математической модели.

3. На основе разработанных алгоритмов сопоставления прогнозных и фактических данных, оценки выполнимости работ и распределения работ между сотрудниками отделов КТПП создан комплекс программ в виде информационно-аналитической системы мониторинга, анализа и управления процессом разработки и согласования КТД.

4. В результате апробации разработанной информационно-аналитической системы мониторинга, анализа и управления процессом разработки и согласования КТД показано повышение эффективности процесса разработки и согласования КТД за счёт улучшения следующих показателей работы отделов КТПП: ускорения принятия оперативных решений, роста коэффициента наследования работ, повышения ритмичности работ. В результате использования предложенных рекомендаций достигнуто повышение оперативности принятия решений в плановом режиме на 28%, при наличии возмущающих воздействий на 60%.

Список публикаций по теме диссертации.

Публикации в изданиях, входящих в перечень ВАК

1. Железнов О.В. Численные расчеты по математической модели оценивания вероятности возникновения сбоя функционирования бизнес-процесса КТПП авиастроительного предприятия / Железнов О.В., Полянсков Ю.В. // Известия Самарского научного центра РАН - Самара: Издательство СНЦ РАН; Т. 15. № 4(4) - 2013. - С. 854-859.

2. Железнов О.В. Программно-информационный комплекс мониторинга и анализа бизнес-процесса КТПП авиастроительного предприятия / Железнов О.В. // Известия Самарского научного центра РАН - Самара: Издательство СНЦ РАН; Т. 15. № 4(3) - 2013. - С. 642-647.

3. Денисова М.Н. Разработка методики мониторинга ключевых показателей эффективности бизнес-процессов авиастроительного предприятия с использованием KPI MONITOR / Денисова М.Н., Железнов О.В. // Известия Самарского научного центра РАН - Самара: Издательство СНЦ РАН; Т. 15. № 4(3) - 2013. -С. 675-682.

4. Железнов О.В. Разработка модели информационно-аналитической системы мониторинга состояния конструкторского, технологического и производ-

ственного процессов авиастроительного предприятия / Железное О.В., Блю-менштейн A.A., Черников М.С. // Вестник СГАУ - Самара: №5 (36) часть 1 -2012.-С. 277-283

5. Железнов О.В. Разработка модели и методики внедрения информационно-аналитической системы мониторинга состояния процессов авиастроительного предприятия / Железнов О.В., Блюменштейн A.A., Черников М.С. // Известия Самарского научного центра РАН - Самара: Издательство СНЦ РАН; Т. 14. № 4(3) - 2012. - С. 859-862.

6. Железнов О. В. Разработка модели информационно-аналитической системы мониторинга на основе разработанных ключевых показателей эффективности производственных процессов авиастроительного предприятия / Железнов О. В., Денисова М.Н. // Известия Самарского научного центра РАН - Самара: Издательство СНЦ РАН; Т. 14. №4(2)-2012.-С. 417-421.

Публикации в прочих изданиях

7. Железнов О.В. Разработка программно-информационного комплекса для мониторинга бизнес-процесса Kliill на основе ключевых показателей эффективности / Железнов О.В., Блюменпггейн A.A. // Новые технологии наукоемкого машиностроения: приоритеты развития и подготовка кадров. Сборник статей международной научно-практической конференции — Казань: Изд-во Казанского государственного университета, 2013. - С.306-310.

8. Железнов О.В. Перспективы использования информационно-аналитической системы мониторинга состояния конструкторского, технологического и производственного процессов авиастроительного предприятия / Железнов О.В., Блюменштейн A.A., Черников М.С. // Самолетостроение России. Проблемы и перспективы: материалы симпозиума с международным участием, г. Самара: СГАУ, 2012. - С. 192-193.

9. Железнов О.В. Информационно-аналитическая система как инструмент взаимодействия подразделений в едином информационном пространстве // Опыт и проблемы внедрения систем управления жизненным циклом изделий авиационной техники. Материалы 1-й научно-практической конференции, г. Ульяновск, 2010. - С. 35-41.

10. Железнов О.В. Разработка информационно-аналитической системы для повышения эффективности функционирования структур предприятий авиастроения / Железнов О.В., Максимова О.И. // Материалы конференции «Актуальные проблемы современной науки и образования», г. Ульяновск, 2010. -С. 21-24.

11. Железнов О.В. Системы BI - инструмент управления авиастроительным предприятием // Опыт и проблемы внедрения систем управления жизненным циклом изделий авиационной техники / Железнов О.В., Максимова О.И. // Материалы 2-й научно-практической конференции, г. Ульяновск, 2011. - С. 42-45.

12. Железнов O.B. Совершенствование автоматизированной системы поддержки технологической подготовкой производства на основе интеграции данных автоматизированных систем управления различной функциональности / Черников М.С., Зайкин М.А., Железнов О.В., Блюменштейн A.A. // Материалы IX международной научно-практической конференции: «Современные научные достижения» - Прага: Publishing House «Education and Science» s.r.o., часть 78 -2013.-С. 19-24.

Патенты и свидетельства

13. Железнов О.В. Программа формирования таблиц данных и графиков для мониторинга и анализа запуска конструкторской документации на авиастроительном предприятии / Железнов О.В., Блюменштейн A.A. // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2013615511 от 11.06.2013 г.

14. Железнов О.В. Программа формирования таблиц данных и графиков для мониторинга и анализа проектирования и изготовления средств технологического оснащения, авиастроительного предприятия / Железнов О.В., Блюменштейн A.A. // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2013614745 от 21.05.2013 г.

15. Железнов О.В. Программа мониторинга и анализа цикла изготовления воздушных судов на авиастроительном предприятии / Железнов О.В., Блюменштейн A.A. И Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2014615867 от 04.06.2014 г.

Подписано в печать 23.10.2014. Формат 60 х 84/16. Гарнитура Times New Roman. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 120. Заказ № 112 /3i9

Отпечатано с оригинал-макета в Издательском центре Ульяновского государственного университета 432017, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, 42