автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.22, диссертация на тему:Метод формирования технологического состава в процессах подготовки производства сложных технических систем

На правах рукописи

Криштоп Алексей Алексеевич

МЕТОД ФОРМИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО СОСТАВА В ПРОЦЕССАХ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

05.02.22- Организация производства (промышленность)

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

5 ДЕК /013

005541469

Москва-2013

005541469

Работа выполнена на кафедре «Технологии интегрированных автоматизированных систем» Федерального государственного бюджетного учреждения высшего профессионального образования «МАТИ - Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского».

Научный руководитель:

доктор технических наук, доцент, Островерх Александр Ильич

Официальные оппоненты:

Гатауллин Рустам Мухтарович

доктор технических наук, профессор,

Генеральный директор ОАО «345 Механический завод»

Кузнецов Игорь Игоревич

кандидат технических наук,

заместитель директора по САПР, ФГУП «Научно-производственный центр газотурбостроения «САЛЮТ»

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный технологический университет «СТАНКИН».

Защита состоится 25 декабря 2013 года в 16-00 на заседании диссертационного совета Д 212.110.03 при ФГОУ ВПО МАТИ - Российском государственном технологическом университете имени К. Э. Циолковского по адресу: 121552, г. Москва, Оршанская ул., д. 3.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «МАТИ - Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского».

Отзывы (в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения) просим направлять по адресу: 121552, г. Москва, Г-552, ул. Оршанская, д.З, ученому секретарю диссертационный совет Д 212.110.03.

Автореферат разослан 23 ноября 2013 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность задачи исследования. Решение задач планирования производства сложных технических систем (СТС) всегда сталкивалось с проблемами рационального распределения различных трудовых и материальных ресурсов. Суть проблемы состоит в огромном, даже по меркам нынешних вычислительных комплексов, количестве компонентов технической системы и, в некотором смысле, архаичности программных систем, используемых для решения данных задач. К сожалению опыт применения распространенных на рынке систем (на основе продуктов SAP, OeBS и т.п) в планировании производства СТС слабо освещен в доступной литературе, особенно в части применения современных оптимизационных методов решения задачи.

Состав такой СТС, как изделие ракетно-космической техники (РКТ), на уровне представления, приемлемом для решения задачи составляет несколько сотен тысяч элементов, состав ресурсных характеристик - десятки тысяч. Формируемая на пересечении этих измерений расчетная модель объекта объединяет десятки миллионов единиц планирования. Количество модификаций изделий в производственных программах также является существенным фактором, увеличивающим размерность модели. Таким образом, для решения задачи планирования производства в оптимизационной постановке СТС являются весьма емким объектом с точки зрения вычислений.

Для решения задачи необходимо представление СТС на уровне технологического состава (ТС). В предлагаемых на рынке программных продуктах, как правило, такой информационный объект рассматривается весьма упрощенно, и в результате предприятия вынуждены, либо осуществлять весьма дорогостоящую доработку программ, либо использовать старые собственные разработки, интегрируя их в бизнес-процессы между PLM и ERP комплексами.

Целью работы является сокращение длительности (цикла) формирования организационно-технологических решений в процессах подготовки производства (ПП) за счет создания метода автоматизированного построения технологического состава сложной технической системы.

Для достижения указанной цели было необходимо решить ряд задач:

1. Исследовать существующие методы создания технологического состава, представленные на заводах РКТ (на примере ГКНПЦ имени М.В. Хруничева).

2. Разработать модель и метод формирования технологического состава.

3. Создать эффективный алгоритм параллельной работы и расчета данных технологического состава.

4. Отработать на разработанной модели метод формирования технологической спецификации.

Объект и предмет исследования

Объектом исследования являются процессы технологической подготовки производства (ТПП) СТС.

Предметом исследования являются процессы описания, модели представления и способы формирования технологического состава изделия.

Научная новизна

1. Создана модель технологического состава, реализующая новый подход к организации процессов формирования, сопровождения и анализа СТС на ранних стадиях подготовки производства. Решение реализовано на основе инвариантной информационной модели. Модель ТС обеспечивает возможность анализа вариантов конструкторско-технологических решений.

2. Разработан алгоритм компоновки ТС, отличающийся высокой степенью автоматизации в решении задачи формирования и сопровождения технологического состава, позволяющий консолидировать взаимодействия специалистов различных служб, отвечающих за создание и сопровождение технологических данных на производстве.

3. Модифицирован алгоритм управления процессами структурно-параметрического расчета, отличающийся высокой производительностью расчёта модели технологического состава, обеспеченной за счет реализации параллельной информационно-алгоритмической среды.

Практическая значимость

1. Новая схема взаимодействия отделов сопровождения и разработки ТС способна значительно упростить работу всего комплекса, сближая технологов и конструкторов на всех этапах производства, включая этап ПП.

2. Полученные алгоритмы значительно быстрее обрабатывают большой объем данных модели, что в свою очередь способствует внедрению моделей с более высоким уровнем детализации.

3. Возможность создавать и модифицировать новые модели с многовариантными решениями (с элементами искусственного интеллекта), способствует обоснованному принятию решения технологом на основе анализа рассчитанных вариантов технологического состава изделий.

Результаты проведенных исследований нашли практическое применение при выполнении научно-исследовательских работ:

- «Создание методологии сопровождения производственных стадий жизненного цикла сложных технических систем на основе процессного подхода» в рамках аналитической ведомственной целевой программы «развитие научного потенциала высшей школы 2009-2011».

- «Разработка и внедрение системы управления производственно-технологическими знаниями на предприятии» по договору № ВБ-45/12 на выполнение научно-исследовательских работ с ГКНПЦ имени М. В. Хруничева, 2012-2014 г.г.

- «Разработка концепции построения системы технологического проектирования изделий ракетно-космической техники» в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2012-2013 г.г.

Методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием математического аппарата теории множеств, методологии

системно-структурного анализа, методов технологической подготовки производства, теории организации производства, стандартов ИПИ/САЬ8-технологий и методов структурно-параметрического моделирования.

Апробация работы. Основные научные и практические положения работы докладывались и обсуждались на: Всероссийских научно-практических конференциях "Применение ИПИ-технологий в производстве" (2010 г.г.), «Управление качеством» (2013 г.г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ (3 из которых соответствуют перечню, рекомендованному ВАК)

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка литературы и приложений. Работа представлена на 137 страницах текста, содержит 33 рисунка и 3 таблицы. Библиография включает 133 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность изучаемой проблемы и представлена структура диссертации вместе с основными результатами работы.

В первой главе сделан анализ методов и средств технологической подготовки производства и способов повышения ее эффективности, дан обзор научно-технической литературы, рассмотрены области применения ИТ в производстве. Описаны стадии жизненного цикла изделия (ЖЦИ), как основа методологии ИПИ/САЬБ. Изучен комплекс РЬМ системы. Особое внимание уделено этапу создания и анализа способов моделирования ТС, среди которых выделен способ на основе инвариантной информационной модели (ИИМ) Представлена схема автоматизации информационного сопровождения процессов ТПП (рис. 1). Сделан обзор средств формирования технологического состава и способов ускорения его обработки.

На основе анализа источников в научно-технической литературе сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе подробно исследован способ формирования технологического состава в рамках подготовки производства. Рассмотрена схема состава изделия, выявлена проблематика при проектировании технологических процессов и предложена новая схема разработки ТС.

В процессах подготовки производства состав изделия (рис.2) непосредственно используется для решения задач:

- конструкторского разузлования - расчета потребности деталей и сборочных единиц (ДСЕ) и материалов для изготовления изделия;

- технологического разузлования - расчета потребности (расхода) ДСЕ и материалов по производственным подразделениям, участвующим в изготовлении изделия (ДСЕ), и технологическим процессам;

- предварительного планирования производства изделия (ДСЕ);

- планирования и управления процессами ПП в части разработки технологической документации (ТД).

При автоматизации всего комплекса проектных задач в процессах подготовки производства ТС и отдельные компоненты - технологические спецификации (ТСп) используются для:

i Техническое задание,ТТХ,...

I

КИР, и др.

85

• 82 £ iL

t _ О

Ii

"¡роршботт технического задания, р-трйШт КД г

Обработать

Шт тнтттщ огт

Отразить тмят** Щ

Комплект КД. изшце$ш, тт задания, ПИ У? TP

Отправить дшу«е«т©& з

Ш

I 0WWT»

ахАЛ««, ;

..... ;

«s пе^к-кл*

Система вв&ент конструкторско-

технологического состава

Sseer« Лазурит* о

дохумекты составе

tWDO^fWb у |

анализ КД тш*.Ш

i :

—' ,........ ' .....

-j состзб изделия Й «gapupfTht s-

Ясррекшроагть «гагза шдеяж * mpzipftv w.

Ксярекпфсяеть

»ар&руша c&o.tmmnm с

з&кзанааш» перечень

«¡»«.¡^fcwi'if».

^mamm

Программное средство

сопровождения элементов эталонной и

рабочей технологий

I Комплект КД,| I Директизкые; I документы rtöf ■ образцам от OFT

Мвррйжнр&штъ

Vi^p-yw по ТУК. cfjf*®$K»w загага«« и тли

Место

spsras» изц$лк« I

!воздействия

Участки, Цеха, Лаборатории, Отделы

Производство

Программное средство

Планирований и управления

&осшйт> и ТД на або$шюо*й

, .. „........ г-и

Рис. 1. Схема автоматизации информационного сопровождения процессов ТПП

— разработки схем и маршрутов изготовления деталей и агрегатов;

— автоматизированного проектирования технологических процессов (ТП);

— расчета материальных и трудовых затрат;

— проектирования средств технологического оснащения;

— формирования комплектов технологической документации.

Изготовление изделия РКТ отличает весьма существенная величина

производственного цикла — от года до нескольких лет. Желая сократить цикл, предприятия иногда осуществляют опережающий запуск в производство отдельных функционально завершенных компонент изделия и СТО, осознанно представляя, что это приведет к возможным конструктивным и соответственно технологическим изменениям в ходе изготовления. Кроме того, возникают непредвиденные ситуации, связанные с исправлением производственных дефектов. Таким образом, ТС и ТСп в отличие от КС являются более динамичными объектами, изменение которых может существенным образом влиять на изменения в производственной программе предприятия и прежде всего на изменения сроков изготовления отдельных компонент изделия, переводя их из разряда стабильных в критические производственные позиции.

В работе сделан подробный анализ взаимодействия организационных структур управления ТС изделия. Принципиальная схема получения ТС и построение маршрутов на этапе подготовки производства представлена на рисунке 3. Эта схема вытекает из общей схемы создания изделий на предприятии (рис. 1).

Формирование конструкторского состава осуществляет конструкторское бюро (КБ) разработчика изделия, затем на бумажных носителях либо в электронном виде, что определяется степенью совершенства информационного взаимодействия в корпоративной среде предприятия, описание изделия поступает в подразделения-изготовители. Для машиностроительных предприятий это, как правило, заводы. При традиционном подходе, отдел главного конструктора (ОГК) завода первым получает конструкторскую документацию (КД), ведет ее проработку, занимается решением открытых вопросов с КБ, осуществляет запуск КД в производство. Далее, отдел главного технолога (ОГТ) занимается разработкой межцеховых расцеховочных маршрутов изделий, расчетом материальных нормативов, проектированием СТО, разработкой технологии основного и инструментального производства, -т.е. формированием основного комплекта технологической документации. Для организации бумажного документооборота на предприятиях существуют отделы технической документации (ОТД), которые ставят КД и ТД на абонентский учет, отслеживают процессы согласования, размножения и рассылки документации по производственным подразделениям.

Основная работа по формированию технологических спецификаций и технологического состава ложится на ОГТ. Помимо начальной - "прямой" схемы прохождения документации по подразделениям, существуют "обратные" информационные потоки, связанные с корректировкой данных. На основании корректирующих изменений, технических указаний и служебных записок:

- добавляется, корректируется состав изделия и маршруты;

- добавляются технологические элементы для испытаний и подтверждения качества выпускаемой продукции;

- корректируются назначения по основным и вспомогательным материалам ДСЕ.

| Деталь!

Деталь 2

а) конструкторский состав

/ Заготовит. / ■ Механика

Сборка Покрытия |

' Деталь! )

( Деталь 2

СТ01

||| Покрытия

Механике • Слесарные -

001,

б) технологический состав ч Деталь 2 )

СТО 2,

ТР

Слесарные Испытания |

.. -

кви л

Деталь 2

Механика М* Слесэриь®

в) дополнительные элементы ТС Рис. 2. Состав изделия

Далее описание ТС корректируется в соответствии с техническими условиями на проведение различных, например контрольно-выборочных испытаний (КВИ), приемо-сдаточных испытаний (ПСИ), проверочных испытаний (ПИ) ДСЕ, лабораторно-стендовых отработок (JICO). В описание состава вводится дополнительная комплектация конструктивных элементов изделия, необходимых для проведения испытаний.

Изменения по исправлению производственных дефектов проводятся после принятия разрешающих технических решений (ТР).

Обилие проводимых изменений усугубляется необходимостью их сопоставления с индивидуальными заказами на каждый из экземпляров изделия. Поэтому без применения средств автоматизации информационного сопровождения ТС данная задача является весьма трудоемкой, особенно при производстве СТС. Применение современных PDM/PLM-комплексов, позволяет с одной стороны упростить решение задачи, а с другой, расширяя коммуникационные возможности участников процесса, "усложняет" постановку задачи, но приносит дополнительные дивиденды, повышая производительность труда, сокращая количество подразделений и участников процесса. Например, возможна организационная схема проведения работ по описанию ТС в которой, на основе электронного документооборота, устраняется необходимость в ОТД, а также значительная часть задач сопровождения ТС может решаться объединенным подразделением - ОГК/ОГТ (рис. 3,6).

/•* f" \

{ ТТаГание°е } -J« ^^К ОГТ * ОТД .

а) традиционная схема

{ Тезадание°е } ' КБ ОГК/ОГТ ■ • Производство.

5) перспективная схема Рис. 3. Схема взаимодействия подразделений при сопровождении ТС

Новым представляется решение по созданию интегрирующей модели, способной объединить процессы одновременного синтеза нескольких локальных решений по межцеховой маршрутизации, создании и модификации комплектаций и расчету параметров состава изделия. Создание такой гибридной модели может сильно продвинуть развитие средств автоматизации при ПП и прийти к перспективной схеме взаимодействия подразделений при сопровождении ТС (рис. 3,6).

Создание модели технологического решения всего изделия с последующим возможным внесением изменений и способность формировать различные

варианты маршрута сборки и производства изделия являются одной из необходимых ступеней к созданию полного комплекса PLM решения покрывающего весь этап ТПП.

Для представления содержания технологического состава использована ИИМ, являющаяся объединением 17 информационных структур, из которых 10 активно задействованы в процедурах, реализующих созданный метод

S(A) = (A, F, N,..., RA, RN'\ Raf'\ RAN, •■•), (1)

где A - множество элементов моделируемого объекта; F - множество контуров элементов; N -множество параметров (собственных) элементов; RAl функциональная иерархия объекта; Rx -иерархическая подчиненность параметров;^2 - аналитические и таблично заданные зависимости; Raf -отношение принадлежности контуров элементам; Raf2 -матрица свойств элементов структурной модели; Ran - отношение принадлежности параметров элементам, Ra- пространственные взаимосвязи элементов.

Технологический состав помимо элементов конструкции включает в состав необходимые элементы технологического оснащения процессов (средства технологического оснащения - СТО) и описания изменений, возникающих в процессе производства, проводимых после принятия разрешающих технических решений(TP)

S,{A) ={A',F,N, Ra\ RA\ RAF }, А '=АИ u A„au Aw . (2)

Здесь A„ - элементы изделия; A„0 - элементы оснащения, - технические решения,

В третьей главе разработан способ компоновки моделей технологического состава. Уточнено представление ТСп с целью формализации процессов формирования вариантов ТС. Определен набор процедур для компоновки:

- исключение (удаление) существующего в решении элемента;

- включение (добавление) в решение нового элемента;

- замена в решении существующего элемента новым.

При необходимости определения в ТС альтернативных решений используется Raf2, а за основу инструментальных средств синтеза объектов взят структурно-параметрический моделлер (СП-моделлер).

Формально постановка задачи выглядит следующим образом. Существует некая базовая (основная) модель, в которой необходимо заменить элемент на верхнем уровне (элемент «С» на рис. 4,а), в котором в свою очередь необходимо заменить другие элементы (элементы «А» и «Б»). Допускается, что элементы «А» и «Б» не будут изначально входить в состав базовой модели. Элементов замещения может быть сколь угодно много, что в конечном итоге не влияет на сложность структуры алгоритма. Схематически алгоритм представлен на рисунке 4. Действия по замещению будут возможны в случае, если БД с элементом «Б» будет приоритетней, чем БД с элементом «С», а БД с элементом «А» будет иметь максимальный приоритет. Т.е. приоритет основной базы должен быть минимален.

Обработка проводится последовательным обходом иерархической структуры объекта от корня. Первым элементом замены будет «С». В точку замены будет

подставлен элемент из новой БД, и в этот момент определятся следующие элементы нижнего уровня. Процесс повторяется на каждом уровне, если существуют элементы замены в БД с более высоким приоритетом чем у БД в которую входит элемент «С». На рисунке 4,6 в разделе промежуточные структуры представлена первая промежуточная структура новой БД (структура слева). По достижению уровня на котором находятся элементы «А» и «Б», будет вновь выполнена процедура замещения элемента. Промежуточная структура при замещении элемента «Б» показана на рисунке 4,6 справа. По окончанию всех возможных процедур замещения, получится новая структура БД (рис. 4,в).

Алгоритм ориентирован на параллелизацию. К сожалению, невозможно предусмотреть работу всей программы, используя многопоточность, но в данном случае, для параллельной сборки структуры на втором уровне каждому потоку может быть выделена своя область действия. Ветки не пересекаются на уровне создания структуры, хотя на уровне взаимосвязи параметров пересечение возможно. Таким образом, получается алгоритм создания структуры новой базы с возможностью многопотоковой обработки.

Можно сформировать и перечислить все пункты концепции построения уникального алгоритма компоновки моделей с учетом их приоритетов:

1. БД входящие в процесс компоновки должны иметь приоритет. Причем основная БД должна иметь наименьший приоритет.

2. Построение новой структуры происходит методом пошагового спуска от основного (головного) элемента вниз по дереву.

3. Многопоточность.

4. Разбиение общего алгоритма на части (для отладки и контроля результатов).

Произведена работа по структуризации алгоритма и формированию программного кода. Детально рассмотрена каждая часть созданного алгоритма, описаны ключевые моменты принятия решения на примерах кода программы. Поскольку изменение крупных баз данных моделей требует значительного времени, то были применены средства параллелизации с целью построения множества вариантов проведения межцеховых маршрутов для определения оптимального.

На схеме (рис. 5) представлены все шесть этапов. Для каждого этапа характерно использование разных разделов БД.

Данное разбиение общего алгоритма на составные части ложится в концепцию (п.4), что в свою очередь упрощает отладку нового алгоритма и контроля значений в момент перехода между этапами компоновки.

Наглядное представление схемы алгоритма компоновки новой модели позволило осуществить контроль на каждом из шести этапов проработки алгоритма. Множество разделов модели связанных с тем, или иным этапом заполняются по мере необходимости, что снижает нагрузку на систему в целом. При написании кода алгоритма применены новые стандарты, компиляторы и библиотеки.

Исходный элемент «С»

а) базовая модель

б) промежуточные структуры

Элемент «А» и его структур;

М

А х

1 I ■ /

в) новая структура БД

Элемент «Б* и сто структурл

А

Элемент «.с» и его структура

г) приоритеты объектов

Рис. 4. Схема алгоритма компоновки новой БД

м

Применен бинарный поиск по сортированному списку, что значительно увеличивает скорость нахождения нужного элемента модели.

Параллелизация, как одна из основных идей алгоритма, нашла свое применение в процессе сборки дерева модели. Данный этап является одним из самых трудоемких. Применение параллеизации позволило сократить данный этап в несколько раз, что положительно сказалось на общей производительности алгоритма.

Сборка элег/.ентса ^

II

Создание списка

ИМ

2

параметрическом модели

Сборка элементов зйалогоз 4

Соорка злементоя структурной модели

йтельмые процедуры

Обрабатываются параллельно Обрабатываются последовательно

Рис. 5. Порядок компоновки новой модели ТС

Четвёртая глава посвящена реализации способа параллелизации, анализу и выбору алгоритмов построения параллельных расчетов как программно, так и аппаратно, обеспечивающих повышение скорости расчетов по зависимостям, определяемым

При проведении расчетов затрачивается значительное время, а вся производительность архитектуры даже обычного РС просто не используется. Наблюдение за потоками и загруженностью компьютера показали, что используется лишь 25% (у четырех ядерного компьютера) всех ресурсов. Было принято решение, что процесс расчета параметров необходимо распараллелить.

Параллелизмом данных обладают задачи, которые включают в себя неоднократное выполнение одного и того же алгоритма с различными исходными данными. Такие вычисления могут производиться параллельно. Распараллеливание на основе параллелизма данных называется декомпозицией по данным.

Для построения эффективной вычислительно-коммуникационной среды был взят СП-моделлер, который обеспечивает:

- организацию распределенной высокопроизводительной вычислительной среды;

- управление информационными потоками.

Наиболее естественным решением при организации построения структуры взаимосвязи развивающихся элементов инвариантной информационной модели является использование функциональной иерархии моделируемого объекта. Ветви структуры соответствуют основным потокам данных в процедурах параметрических расчетов. Это свойство структуры позволяет организовывать

базовое распараллеливание процесса обработки ИИМ. Началом расчетов может являться обработка параметрической модели объекта "А", при которой задействуется процессор 1. Последовательная обработка элементов этого объекта открывает возможность передачи на обработку процессору 2 подчиненного объекта "Б". По завершению обработки объекта "А" процессор 1 может быть переключен на обработку объекта "В" и т.д. Максимальное количество параллельных процессов обработки при реализации такой схемы вычислений ограничивается лишь мощностью структуры моделируемого объекта.

В такой постановке задача обладает параллелизмом данных, и соответствующую параллельную программу целесообразно организовать в виде совокупности одинаковых программ, каждая из которых выполняется на своем подчиненном процессоре, и основной программы, которая выполняется на мастер-процессоре.

Задача поддержки мультиплексной информационной среды требует разработки механизма управления информационными потоками при выполнении, прежде всего, вычислительных процедур. Установить заранее приоритеты в этом процессе, и тем самым предопределить структуру и направления потоков, сложно. Неопределенность состояния системы побуждается следующими факторами:

A). Процесс разработки моделей сложных технических систем предполагает постепенное наращивание возможностей, закладываемых в модели, что приводит к необходимости распределения технических знаний и связанных с ними вычислений в различных фрагментах модели объекта.

Б). Работу системы управления производственными процессами создания СТС трудно прогнозировать вследствие возникновения множества нештатных ситуаций, связанных с устранениями несоответствий продукции. Поэтому можно принять, что появление информации подчиняется вероятностным законам распределения.

B). В структуру параметрической модели включаются параметры элементов-коннекторов, т.е. вычислительная среда становится распределенной, что также усложняет процесс решения задачи.

Перечисленные факторы требуют создания механизма согласования локальных решений. Базовые алгоритмы обработки ИИМ удовлетворяют таким требованиям, обрабатывая отношения взаимосвязей параметров так, что распространение значений (информационные потоки) направляются не только от корней структуры, но и в противоположенном направлении. Условия построения системы параметризации ИИМ предопределяют возможность организации многосторонней направленности информационных потоков:

У1. Значение параметра должно определяться один раз. Существует "неопределенное" состояние параметра и процедура его оценки.

У2. Устанавливаются приоритеты и способы определения значений параметров. Значения параметров могут быть определены, как внешние (исходные величины, либо константы); переданы от элемента верхнего уровня;

рассчитаны по формулам; переданы от элементов нижнего уровня.

УЗ. Формулы состоят из арифметических выражений, в состав которых могут входить: тригонометрические функции; алгебраические функции; специальные функции (округление значений, выбор значений из таблиц, извлечение геометрических характеристик); функции обращения к внешним процедурам - процедурам, которые могут поддерживаться независимой вычислительной средой.

У4. Вычислительный процесс строится по итерационной схеме. На каждой итерации должны быть организованы подпроцессы передачи информации от корней структуры к конечным элементам (листьям) и в противоположном направлении (от листьев к корню).

У5. Процесс завершается, если на очередном шаге итерации не удается определить или распространить ни одного значения параметра.

На основании этих правил построен последовательный алгоритм параметрического проектирования в мультиплексной информационной среде:

1. Инициирование исходного состояния системы и задание начальных (граничных) условий решения задачи. Распространение значений между элементами-коннекторами среды.

2. Организация такта обработки локальных моделей (типовая процедура)

2.1. Организация обработки модели — осуществляется в соответствии с порядком описания конструктивной (функциональной) структуры объекта.

2.2. Обработка каждого элемента структуры:

— обработка параметрических зависимостей (формулы, таблицы, внешние процедуры) в последовательности их описания;

- передача значений параметров "вниз".

2.3. Передача значений параметров "вверх".

2.4. Повторение шага итерации (п.2.1- 2.3), если было определено значение хотя бы одного параметра — в соответствии с условием (У5).

3. Обработка моделей-коннекторов (типовая процедура).

4. Анализ результата обработки по условию (У5) и инициирование новой итерации (п. 2-3) при необходимости.

Распараллеливание данного алгоритма может быть осуществлено по различным схемам, одна из которых реализует управление обработкой мастер-процессором и выделение обработки п. 2.2 на подчиненных процессорах. Общая схема организации потоков Р определяется элементами ИИМ

Р = <А,Ы,Каы,Яа\Яы1>. (3)

В зависимости от типа процессора и архитектуры системы среда параллелизации создаст столько потоков (тредов), сколько элементов находится в слое расчета, но выполняться одновременно будет лишь к потоков (рис. 6). Количество потоков, обрабатываемых параллельно, зависит лишь от совершенства (количества ядер) вычислительной системы.

При данном методе обработки элементов в процессе завершения расчетов "по слою" значения параметров могут распространяться по структуре для расчетов на следующей итерации.

^mmmjämsmssmmmmmmmmmm^ Рис. 6. Схема параллелизации алгоритма параметрических расчетов

В пятой главе показана реализация метода формирования технологического состава, приведены элементы методики, демонстрирующие эффективность созданных решений.

На первом этапе технолог-эксперт применяет типовые схемы технологического членения на основе изделий-аналогов для разработки начального ТС. После чего, полученная начальная структура (основная БД), БД классификаторов и элементов заменителей готовы к компоновки ТС и последующему расчету.

На втором этапе в автоматическом режиме осуществляется компоновка ТС и расчет. Процедуры компоновки, расчета и анализа ТС проводятся автоматически, что позволяет освободить время технолога для проектирования и анализа вариантов маршрута изготовления.

На третьем этапе технолог производит анализ полученного ТС, а также при необходимости проводит изменения ТС и отправляет его на следующую итерацию.

В основе схемы реализации способа анализа ТС - файл-отчет (рис. 7), содержащий сравнение результатов компоновки и обработки технологического состава с базовым объектом. Файл реализован в формате .html и содержит тэговую разметку, что облегчает процесс поиска точки воздействия на формируемый объект и взаимодействия с другими компонентами СП-моделлера.

Разработанный метод формирования технологического состава, способ его реализации, обеспечивает принципиальную возможность организации решения этой технически сложной задачи в процессах подготовки производства. Метод прошел отработку при решении задач подготовки производства изделий ракетно-космической техники.

Информация о найденном расхождении Код аналога Имя аналога Тип элементов Номер по порядку {прр}

база (А): (КоЩ) / База (Б): {Ко1А«) базе АЩЩШ / базе Б (&рАМ)

Информация о элементов участвующих в суммирование

* База А '

1с1 предка Имя экземпляра предка КОЛ предка Кол предка Метка предка

{ X g

1... п (вывод информации по всем предкам от корня, до экземпляра суммирования)

•••-:•......, на место

№ экземпляра Имя экземпляра КОЛ Кол

1... ¡$рА& (вывод информации по всем экземплярам в базе А)

Ссылка на местс 8 БД

i х Информация по экземплярам в базе Б

ш Отчет по элементам расхождения

Количество найденных расхождений I... Npp

ШШ М.Лн?ЛОГЗ Код Аналога KolAN(A) KoíAN(B)

Статистическая информация (время завершения построения отчета, количество отклонений)

Рис. 7. Схема файла-отчета

Применение параллельных расчетов повысило производительность системы в целом и сократило время выполнения процедур на некоторых этапах в несколько раз (таблица. 1.).

Таблица 1. Сравнение времени расчета.

программное средство (кол-во потоков) Модель А Уникальных элементов 28 916 Параметров 3 336 615 Формул • 120 912 Модель Б Уникальных элементов 58 665 Параметров - 2 884 824 Формул - 164 8?2 Модель В Уникальных элементов - 60 553 Параметров -5 421 090 Формул 166 910 Модель РН Уникальных элементов -123470 Параметров -9 916 138 Формул ■ - 345 094

Время выполнения (м.) Время выполнения (м.) Время выполнения (м.) Врем* выполнения (м.)

Компоновка модели ТС

Базовый 151 168 636 1 440

алгоритм (1)

Bazer - F (4) 4,0 4,3 41,4 122

Расчет модели ТС

Базовый 10,8 11,6 342 221,2.

алгоритм (1)

Новый (4) 3,2 4,4 9,3 44,2

Полученный метод можно эффективно применять для прохождения лабораторно-стендовых отработок (JICO), когда основная часть изделия

созданного для прохождения одних испытаний с необходимыми доработками может использоваться для прохождения других отработок (испытаний). В таких условиях необходимо в кратчайшие сроки разработать новый ТС изделия. Созданный метод формирования ТС позволяет создать несколько вариантов ТС таких изделий-гибридов и выбрать лучший путь решения поставленной задачи.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Создан метод формирования технологического состава, который в процессах подготовки производства обеспечивает значительное сокращение длительности построения решений, что позволяет осуществить моделирование и анализ вариантов организационно-технологических решений изготовления СТС. Наличие отработанных вариантов решения задачи позволяет при создании производственной программы (планировании производства) провести оптимизацию плана. Такой подход способствует повышению качества решений и росту конкурентоспособности производства.

2. Исследования традиционной схемы формирования ТС позволили выявить слабые места процесса. В результате анализа предложена новая схема организации взаимодействия подразделений участвующих в процессе разработки ТС. Схема лежит в основе нового подхода к построению организационной структуры подразделения, эффективно решающего задачу исследований за счет сокращения количества участников процесса и срока решения задачи.

3. Исследования процессов формирования ТС позволили установить закономерности в схеме автоматизации информационного сопровождения процессов ТПП, которые легли в основу построения элемента технологического состава — технологической спецификации. Объект представления ТСп адаптирован относительно инвариантной информационной модели. Возможности ИИМ позволили использовать для обработки ТС структурно-параметрический моделлер, широко применяемый при автоматизации решения задач подготовки производства.

4. Анализ математических методов в области параллельных вычислительных процессов позволил разработать и реализовать эффективные механизмы компоновки и расчета характеристик технологического состава изделия. Процедуры, созданные на основе разработанных механизмов, включены в СП-моделлер и проверены при отработке различных задач в процессах ПП.

5. Метод показал свою эффективность на этапах подготовки производства при уточнении модели, которые проходят в форме лабораторно-стендовой отработки. Для прохождения JICO необходимо создавать изделие-гибрид, которое будет проходить различные испытания. Для разработки изделия-гибрида необходимо заново проектировать состав изделия, маршруты, СТО. Зачастую, одно и тоже изделие-гибрид с необходимыми доработками, может проходить разные этапы JICO. С помощью механизма формирования ТС удается сократить время затраченное на проектирование ТС, используя ТС аналоги, и

лишь изменяя или дополняя ТС нужными компонентами для производства изделия-гибрида.

6. Паралелизация, как одна из основных идей алгоритма, нашла свое применение в процессе сборки дерева модели и на этапе разузлования ТС. Применение современных компонентов написания алгоритма программы позволило сократить время моделирования, что ускоряет процесс обработки на порядок и обеспечивает принципиальную возможность организации просмотра (анализа) вариантов решений технически сложной задачи.

7. Созданные процедуры компоновки, расчета и анализа ТС являются автоматическими, что в конечном итоге минимизирует воздействия пользователя на принятие решений при управлении процессом обработки и получение диагностики результатов обработки. С другой стороны, нет необходимости вести наблюдение в процессе выполнения процедур, тем самым освобождается дополнительное время на анализ решения.

Основные результаты диссертационной работы отражены в следующих публикациях в журналах из списка рекомендованные ВАК:

1. Криштоп A.A., Островерх А.И., Цырков A.B. Модели и процедуры формирования технологического состава технической системы // Информационные технологии в проектировании и производстве: Науч.-техп. журн. - 2013. № з.с. 3-12.

2. Островерх A.A., Цырков A.B., Криштоп A.A., Цырков Г.А. Методы построения высокопроизводительной вычислительной среды системы управления производственными процессами // Междисциплинарный научно-практический журнал «Бизнес-информатика»: Науч.-техн. журн. -2012. № 1(19). с. 62-70.

3.Мокеев М.А., Цырков A.B., Криштоп A.A., Цырков Г.А. Модель информационно-алгоритмической среды офиса управления проектами создания технических систем // Оборонный комплекс научно-техническому прогрессу России: Науч.-техн. журн. - 2013. № 1. с. 21-28.

В других изданиях:

4. Криштоп A.A., Островерх А.И. Создание больших моделей в распределенной системе // Восьмая Всероссийская научно-практическая конференция "Применение ИПИ-технологий в производстве". Материалы конференции.-М.: МАТИ, 2010, с. 118-121.

5. Криштоп A.A., Островерх А.И., Цырков A.B. Параллельные вычисления В ПМК СПМ И Одиннадцатая научно-техническая конференция "Управление качеством". Материалы конференции. - М.: МАТИ, 2013, с. 141-143.

6. Криштоп A.A. Формирование крупных моделей при организации безопасного документооборота в корпоративной среде // Труды XXXV академических чтений по космонавтике, «Актуальные проблемы российской космонавтики». - М.: Комиссия РАН, 2011, с. 325-327.

Подписано в печать:

21.11.2013

Заказ № 9186 Тираж - 100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 vvww.autoreferat.ru

КРПШТОП Алексей Алексеевич

МЕТОД ФОРМИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО СОСТАВА В ПРОЦЕССАХ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ