автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Модели и алгоритмы автоматизированного управления жизненным циклом разнотипных взаимозависимых объектов в интегрированной информационной среде

На правах рукописи к-

Вичугова Анна Александровна

МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ

ЖИЗНЕННЫМ ЦИКЛОМ РАЗНОТИПНЫХ ВЗАИМОЗАВИСИМЫХ ОБЪЕКТОВ В ИНТЕГРИРОВАННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СРЕДЕ

Специальность 05.13.01

Системный анализ, управление и обработка информации (связь и информатизация)

Автореферат диссертации

на соискание ученой степени кандидата технических наук

ч1 -;хг т

Томск 2013

005536134

Работа выполнена на кафедре Автоматики и компьютерных систем института кибернетики Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования (ФГБОУ ВПО) «Национальный исследовательский Томский политехнический университет».

Научный руководитель: Цапко Геннадий Павлович,

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой автоматики и компьютерных систем ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Официальные оппоненты: Трофимов Виктор Куприянович,

доктор технических наук, профессор, декан факультета ИВТ ФГОБУ ВПО «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

Прохоренко Евгений Валерьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры автоматики ФГОБУ ВПО «Новосибирский государственный технический университет»

Ведущая организация: Институт космических и

информационных технологий Сибирского федерального университета, г. Красноярск

Защита состоится «22» ноября 2013 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 219.005.03 при ФГОБУ ВПО «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики» по адресу: 630102. Новосибирск. ул. Кирова, д.86. ауд. 625

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики» по адресу: 630102, Новосибирск 102, ул. Кирова, 86

Автореферат разослан «18» октября 2013 г.

Ученый секретарь совета по защите

докторских и кандидатских диссертаций

Д 219.005.03, к.т.н., доцент

И.А. Бунцев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Проектирование высокотехнологичной продукции с длительным сроком активного существования (глубоководные и космические аппараты, спутники ретрансляции и связи и т.д.) представляет собой целый комплекс процессов со сложной структурой взаимосвязей и временной длительностью. Потому роль информационного сопровождения данной деятельности весьма значительна. Также отличительной особенностью является проведение натурных испытаний на этапе проектирования, что вызывает необходимость создания реального образца изделия для каждой стадии испытаний. Готовность изделия к производству определяется состоянием конструкторской документации (КД) на данное изделие. Под качеством КД понимается отсутствие ошибок в описании характеристик изделия по нормативно-техническим стандартам. Первоисточником данных для КД является совокупность элементов электронной структуры изделия (ЭСИ), формируемой на основе файлов информационных моделей (ИМИ), разработанных в различных системах автоматизированного проектирования (САПР). Проектирование изделия считается завершенным в случае окончательно сформированной ЭСИ и утвержденной КД.

Таким образом, проектирование высокотехнологичной продукции сопровождается большим количеством разнотипных взаимозависимых данных в виде ИМИ, КД и ЭСИ. Необходимость работы с большим количеством этой информации усложняет процесс проектирования и увеличивает его длительность за счет временных затрат на поиск необходимых данных и изменение их в ручном режиме. Учитывая требования современной экономической ситуации к сокращению сроков представления готовых изделий на рынок с условием сохранения их качества, задача повышения эффективности информационного сопровождения процесса проектирования путем сокращения его длительности за счет оптимизации операций, не добавляющих ценности итоговому продукту (итеративный выпуск и проверка документации, поиск данных и т.д.), становится особенно актуальной.

Для обозначения создаваемых при проектировании сущностей (Изделие, ИМИ, КД, ЭСИ) в работе используется термин «объекты проектирования», а термин «управление жизненным циклом объектов проектирования» — для обозначения следующей совокупности действий: структурированное хранение большого объема данных и их автоматизированное изменение от исходного состояния к целевому с учетом взаимозависимости и версионности, включая мониторинг работ участников процессов проектирования и обработки информации. Сегодня для решения этих задач применяются технологии информационной поддержки жизненного цикла (ЖЦ) изделий, реализованные в системах управления данными (СУД) и САПР. Объединение СУД и САПР в единый программно-аппаратный комплекс представляет собой интегрированную информационную среду (ИИС).

Идея организации ИИС широко исследуется с 2000-х гг. российскими и зарубежными учеными в работах О. Шиловицкого, Д. Брауна, Яблочникова Е.И., Молоч-никова В.И. и др. Особое внимание уделяется командному сквозному проектированию, которое означает многопользовательскую работу и оперативный обмен электронными данными при использовании нескольких САПР в разработке изделий. Проведенный анализ существующих стандартов, методов, алгоритмов и программных средств поддержки проектных работ в рамках ИИС показал, что они не содержат готовых алгоритмических решений, достаточных для разработки и/или настройки СУД согласно особенностям проектирования высокотехнологичной продукции с длительным сроком активного существования. К этим особенностям относятся итеративность процессов проектирования в соответствии со стадиями испытаний и сложность структуры влияния разнотипных объектов в различных стадиях ЖЦ друг на друга. Также следует учитывать необходимость интеграции различных САПР, в которых

выполняется разработка частей проектируемого изделия, при условии агрегации всех характеристик одного элемента ЭСИ в СУД и отсутствия дублирования данных.

Существующие нормативные документы регламентируют основные термины и определения ЖЦ продукции, но также не содержат готовых решений по структуре взаимосвязей разнотипных объектов проектирования и динамике изменения их состояний. Для обеспечения целостности данных об объектах проектирования, структурированного хранения информации и ее автоматизированной обработки, необходимо наличие правил управления разнотипными объектами проектирования с учетом их взаимозависимости. Поэтому разработка алгоритмического и программного обеспечения для автоматизированного управления жизненным циклом разнотипных взаимосвязанных объектов проектирования, которые создаются при разработке высокотехнологичной продукции с длительным сроком активного существования, имеет высокий уровень актуальности.

Целью диссертационной работы является создание новых и развитие существующих теоретических и практических положений методологии информационной поддержки жизненного цикла изделий, обеспечивающих повышение эффективности информационного сопровождения процессов проектирования путем сокращения их длительности за счет автоматизированного управления разнотипными взаимозависимыми объектами в интегрированной информационной среде.

Для достижения заявленной цели были поставлены задачи, решенные в следующих разделах настоящей диссертационной работы:

1. Выявление особенностей информатизации процессов проектирования высокотехнологичной продукции с длительным сроком активного существования с учетом современных требований к данной деятельности и ее результатам, а также анализ актуальных проблем автоматизированного управления данными о множестве разнотипных взаимозависимых объектов с помощью существующих методических и программных РЬМ-решений (глава 1).

2. Разработка формальных информационных моделей, описывающих статическую структуру связей разнотипных взаимозависимых объектов и являющихся основой для создания информационного, алгоритмического и программного обеспечения поддержки жизненного цикла изделий на этапе их проектирования (глава 2).

3. Разработка методических основ, позволяющих формализовать информационную модель, показывающую динамику изменения состояний жизненного цикла разнотипных объектов с учетом их версионности и взаимовлияния (глава 2).

4. Разработка метода построения интегрированной информационной среды на базе системы управления данными и ее интеграции с системами автоматизированного проектирования, позволяющего реализовать автоматизированное управление жизненным циклом разнотипных взаимозависимых объектов, представленных множеством версий, с учетом специфических особенностей процессов проектирования высокотехнологичной продукции (глава 3).

5. Программная реализация разработанных моделей и алгоритмов автоматизированного управления жизненным циклом разнотипных взаимозависимых объектов в интегрированной информационной среде на базе системы управления данными и ее интеграции с системами автоматизированного проектирования (глава 4).

6. Апробация разработанных теоретических и практических положений в условиях действующего предприятия, специализирующегося в области проектирования и производства высокотехнологичной продукции с длительным сроком активного существования (глава 4).

Объектом исследования является процесс автоматизированного управления жизненным циклом разнотипных взаимозависимых объектов, представленных множеством версий в интегрированной информационной среде при проектировании вы-

4

сокотехнологичной продукции с длительным сроком активного существования. Предметами исследования являются методы проектирования программного обеспечения с целью структуризации и автоматизированной обработки разнотипных взаимосвязанных данных.

Методы исследования. В диссертации использованы понятия и методы системного и структурного анализа, процессного и объектно-ориентированного подходов, теории автоматов, графов и множеств, проектирования баз данных. Концептуальное проектирование алгоритмического и программного обеспечения выполнено средствами UML. В качестве языка реализации программного обеспечения использовались языки программирования Visual Basic и С#.

Информационная база диссертации включает литературу по разработке программных систем, проектированию бортовой радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) космических аппаратов (КА), проблемам технологий информационной поддержки ЖЦ изделий, доклады на российских и международных конференциях, результаты фундаментальных и прикладных разработок, опубликованные в печати и Интернет-ресурсах.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

1. Предложен подход к организации информационного сопровождения процессов командного сквозного проектирования высокотехнологичной продукции, отличающийся использованием методологических и программных PLM-решений для автоматизированного формирования конструкторской документации на изделие на основе его электронной структуры и согласованных информационных моделей. Это обеспечивается за счет структурированного хранения множества версий разнотипных взаимозависимых объектов, автоматического изменения их состояний и динамического распределения потоков работ пользователей интегрированной информационной среды с целью повышения эффективности и качества процессов разработки путем сокращения их длительности.

2. Предложен метод построения формальных информационных моделей жизненного цикла разнотипных взаимозависимых объектов, отличающийся наличием оригинальной методики представления динамического поведения исследуемых сущностей в виде математических выражений, таблиц и наглядных графических схем, что позволяет составить правила управления их жизненным циклом в рамках интегрированной информационной среды.

3. Предложен набор алгоритмов динамического распределения потоков работ при согласовании документов в интегрированной информационной среде, отличающийся применением положений теорий сетевого планирования, распараллеливания и синхронизации операций с учетом версионности и взаимовлияния экземпляров изделия, элементов его электронной структуры, информационных моделей и конструкторских документов при проектировании.

4. Разработан метод построения интегрированной информационной среды на базе системы управления данными и ее интеграции с системами автоматизированного проектирования, представленный набором требований к взаимодействию программных средств и оригинальными алгоритмами их реализации, включая автоматическое заполнение справочных каталогов при построении электронной структуры изделия.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Подход к организации информационного сопровождения процессов командного сквозного проектирования, основанный на автоматизированном формировании разнотипных взаимозависимых объектов и изменении состояний их жизненного цикла в интегрированной информационной среде.

2. Формальная информационная модель взаимосвязей разнотипных объектов проектирования, позволяющая организовать их структурированное хранение и автоматизированное управление жизненным циклом в информационных системах управления

5

данными согласно особенностям процессов разработки высокотехнологичной продукции с длительным сроком активного существования.

3. Методика формализации жизненного цикла разнотипных взаимозависимых объектов, позволяющая получить формальные информационные модели их динамического изменения и правила управления ими в интегрированной информационной среде.

4. Алгоритмы динамического распределения потоков работ по согласованию документов в интегрированной информационной среде, повышающие эффективность взаимодействия участников процессов разработки и проверки данных.

5. Метод построения интегрированной информационной среды на базе системы управления данными и ее интеграции с системами автоматизированного проектирования, представленный набором требований к взаимодействию программных средств и алгоритмами их реализации, включая автоматическое заполнение справочных каталогов при построении электронной структуры изделия.

6. Программная реализация разработанных моделей и алгоритмов на примере комплекса программных решений для интегрированной информационной среды космического приборостроения на базе СУД Enovia SmarTeam и ее интеграции с САПР Altium Designer и SolidWorks, развернутого в отделении проектирования и испытаний бортовой РЭА ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решётнева (далее ОАО «ИСС»),

Апробация работы. Результаты диссертации обсуждались и получили одобрение на научных семинарах кафедры Автоматики и компьютерных систем ТПУ и ОАО «ИСС». Основные положения диссертации представлены на международных и российских научно-практических конференциях: «Наука и инновации XXI века» (Сургут, 2009), «Молодежь и современные информационные технологии» (Томск, 20092011 гг.), «Решётневские чтения» (Красноярск, 2011), «Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта» (Москва, 2012). Автором получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2012613112 от 30.03.12 г. «Модуль интеграции системы автоматизации проектирования электронных приборов Altium Designer (EDA-система) и системы управления жизненным циклом изделия Enovia SmarTeam (PLM-системы)».

Публикации. По направлению диссертации за 2008-2013 гг. опубликовано более 15 работ, в том числе 8 статей в журналах, входящих в перечень ВАК, а также публикации в сборниках трудов региональных, всероссийских и международных конференций. Тексты работ доступны на сайте http://portal.tpu.ru/SHARED/v/VICHUGOVAAA/Tabl.

Практическая ценность результатов работы.

1. Разработанный метод построения интегрированной информационной среды на базе системы управления данными и ее интеграции с САПР позволяет организовывать единое пространство командного сквозного проектирования высокотехнологичной продукции, обеспечивая полноту и непротиворечивость представления данных, а также возможность их повторного использования с учетом состояния жизненного цикла и наличия связанных объектов другого типа.

2. Степень детализации разработанных формальных информационных моделей и алгоритмов достаточна для создания программного обеспечения управления ЖЦ разнотипных взаимозависимых объектов, включая их структурированное хранение, автоматизированное изменение состояний, назначение заданий участникам процессов проектирования и мониторинг обработки информации.

3. Предложенный подход к организации информационного сопровождения процессов проектирования позволяет сократить количество итераций разработки и согласования конструкторской документации без потери качества за счет структурированного накопления данных, их автоматического формирования на основе электронной

6

структуры изделия и согласованных информационных моделей, а также взаимосвязанного изменения состояний разнотипных объектов.

4. Разработанные модели и алгоритмы реализованы в виде программно-методического обеспечения расширения функциональных возможностей СУД Enovia SmarTeam для задач проектирования бортовой РЭА КА в ОАО «ИСС».

Внедрение результатов. Диссертационные исследования и результаты были использованы при выполнении Национальным исследовательским Томским политехническим университетом следующих госбюджетных работ:

- реализация постановления № 218 Правительства РФ от 9.04.2010 г. «О мерах государственной поддержки развития кооперации российских высших учебных заведений и организаций, реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичного производства», государственный контракт №4232 в рамках Федеральной космической программы на выполнение ОКР по теме «Разработка единого информационного пространства проектирования и испытаний унифицированных электронных модулей систем управления и электропитания космического аппарата на основе технологий управления жизненным циклом наукоемких изделий»;

- государственный контракт № 07.514.11.4067 в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007-2013 годы» на выполнение НИР по теме «Разработка методологических принципов построения и создания прототипа ИИС проектирования и испытаний бортовой радиоэлектронной аппаратуры КА на базе современных технологий поддержки и сопровождения ЖЦ изделий».

Разработанное методическое, алгоритмическое и программное обеспечение использовано при развертывании ИИС на базе СУД Enovia SmarTeam и ее интеграции с САПР Altium Designer и SolidWorks, развернутой в отделении проектирования и испытаний бортовой РЭА ОАО «ИИС».

Личный вклад. Основные результаты работы получены лично автором:

- методы формализации структуры взаимосвязей разнотипных объектов и динамики изменения стадий их жизненного цикла, включая информационные модели представлений и алгоритмы управления изменениями;

- концептуальная модель базы данных СУД для автоматизированного управления жизненным циклом разнотипных взаимосвязанных объектов в ИИС;

- метод построения интегрированной информационной среды на базе системы управления данными и ее интеграция с системами автоматизированного проектирования, включая набор требований к интеграции информационных систем, алгоритмы формирования ЭСИ в СУД и экспорта ИМИ из САПР в СУД;

- практическая реализация предложенных моделей и алгоритмов в виде программно-методического обеспечения для расширения функциональных возможностей СУД Enovia SmarTeam к специфике задач проектирования бортовой РЭА КА в ОАО «ИСС» при организации единого информационного пространства.

Анализ результатов прикладной апробации полученных теоретических положений и практических результатов диссертации, проведенной на базе отделения проектирования и испытаний бортовой РЭА в ОАО «ИСС», включая опросы и экспертные оценки участников тестовой эксплуатации прототипа ИИС, показал, что использование результатов настоящей диссертационной работы оптимизировало деятельность по проектированию бортовой РЭА КА за счет сокращения длительности процессов разработки и согласования технических документов.

Структура и содержание работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения, изложенных на 160 страницах машинописного текста, включая 49 рисунков, 16 таблиц и 156 наименований источников ис-

пользованной литературы. В приложении А представлена скан-копия авторского свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко описана предметная область, объект и методы исследования, дано определение основных терминов, составлена структура и содержание работы. Обоснована актуальность темы диссертации, показана научная новизна и практическая ценность, изложены основные научные результаты, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена аналитическому обзору применения современных информационных технологий поддержки ЖЦ изделий к проектированию высокотехнологичной продукции с длительным сроком активного существования на примере отрасли космического приборостроения. В настоящее время для информационного сопровождения ЖЦ изделий применяется PLM-методология (Product Lifecycle Management - управление жизненным циклом изделия), зародившаяся в 80-хх гг. XX века в США. PLM предполагает командную работу пользователей в распределенном режиме в рамках ИИС за счет программной интеграции различных информационных систем (ИС), обеспечивающих автоматизацию и поддержку различных этапов ЖЦ продукции. Центральное место в организации ИИС играет СУД, предназначенная для структурированного хранения информации о продукции, включая поддержку интеграции с САПР, используемыми в процессах проектирования изделий.

Сегодня в разработке изделий широко применяется методология параллельного проектирования, разделенного по стадиям с использованием накопленных знаний, называемая RGD (Relational Generative Design). RGD является основой PLM-решений, предусматривает структурированное накопление опыта предыдущих разработок и использование его для текущих проектов. RGD предлагает концептуальные понятия управления массивами связанных данных с помощью ИС, но не содержит готовых структурированных методов и моделей управления продукцией на этапе ее проектирования, которые могут быть использованы для автоматизированного управления разнотипными взаимосвязанными объектами. Существующие государственные и отраслевые PLM-стандарты также не содержат готовых решений по структуре взаимосвязей разнотипных объектов и динамике изменения их состояний на протяжении всего процесса проектирования и испытаний. На основании проведенного анализа существующих стандартов и методов управления продукцией было выявлено недостаточное покрытие ими процесса проектирования с точки зрения структурирования и автоматизированного изменения разнотипных взаимосвязанных сущностей, представленных множеством версий в различных стадиях ЖЦ.

Сегодня большинство предприятий, осуществляющих проектирование и производство высокотехнологичных изделий, функционируют по проектной модели деятельности. Разработка новой продукции выполняется в рамках проекта, что определяет исходную точку структуризации объектов в СУД. Набор однотипных сущностей принято отображать в виде взаимосвязанных иерархических деревьев, например, дерево проектов, дерево изделий, дерево документов и т.д. (рис.1).

С

J

—^Проект. ■0

—^Проект. -4

—^Проект

—^Проект

G

С

!=D

3

M

en 1

J

-с

Документ__1

-^ Документ_2 J

-с

D

IT_nJ

Структура изделия_к

J

-G

-с -с

Ч:

iT_k_lj

Элемент к 2 I

гг_к_... 1

Элемент к

3

Рисунок 1 - Схематичное представление структурированных деревьев в СУД

8

В отличие от систем электронного документооборота, в СУД принято выделять физические сущности: изделие и составляющие его части (элементы), количество и варианты соединения которых определяют структуру изделия. Представление ЭСИ в СУД реализуется объектами типа «элемент ЭСИ». Документ — это информационная сущность, определяющая готовность изделия к производству, т.е. стадию его ЖЦ. К документам относятся информационная модель изделия и формируемая на ее основе конструкторская документация.

На основе анализа объектов типа «Документ» и «элемент ЭСИ» в наиболее популярных СУД (Епоуш 8шагТеаш, Ьо1э1а РЬМ, \Vindchill, ТеатСеп1ег, Т-Р-ЪНХ ПОСб, ЛОЦМАН:РЬМ, 1С: РЭМ), был выявлен типовой набор стадий ЖЦ этих сущностей и их логическая последовательность. В результате проведенных обзорных исследований:

- обосновано, что исследуемая предметная область характеризуется рядом специфических особенностей, накладывающих ограничение на применение типовых программных решений по управлению жизненным циклом изделий;

- сделан вывод, что изменения стадий ЖЦ объектов проектирования соответствуют методологии проектирования КОЭ, имеют итеративный взаимосвязанный характер, структуру которого необходимо формализовать;

- показано, что специфика разработки высокотехнологичных изделий в части сложной структуры процессов согласования документов обусловливает задачу динамического распараллеливания операций пользователей СУД при изменении стадий ЖЦ разнотипных объектов проектирования.

На основе проведенного анализа особенностей процессов проектирования на примере отрасли космического приборостроения сделан вывод о влиянии разнотипных объектов проектирования друг на друга. Поэтому для разработки правил автоматического изменения стадий ЖЦ рассматриваемых объектов в ИИС необходим соответствующий математический аппарат, позволяющий описать поведение взаимозависимых сущностей. В результате проведенного аналитического поиска формальных методов управления связанными объектами:

— показано, что применение формальных методов (элементы теории множеств, графов и автоматов, объектно-ориентированный подход) позволяет разработать формальные информационные модели изменений ЖЦ объектов проектирования и алгоритмы управления ими;

— обоснован выбор инструментария ЦМЬ для визуализации формальных информационных моделей и алгоритмов управления ЖЦ объектов проектирования;

— показана необходимость сочетания функциональных возможностей ИС электронного документооборота и управления данными в части применения методов сетевого планирования, теории распараллеливания и синхронизации операций для распределения потоков работ по согласованию документов и соответствующего изменения состояний ЖЦ связанных с ними объектов проектирования другого типа.

На основании результатов проведенного исследования аналитического обзора предметной области сформулированы цели и задачи диссертационной работы.

Во второй главе выполнена разработка математического и алгоритмического обеспечения для автоматизированного управления ЖЦ разнотипных взаимозависимых объектов с учетом ранее выявленной специфики процессов проектирования высокотехнологичной продукции. СУД является инструментом, реализующим в рамках ИИС автоматизированное управление ЖЦ изделий. Поэтому решена задача концептуального проектирования базы данных СУД, включая структурирование информации согласно основным положениям системного подхода. С использованием аппарата теории множеств, основные положения которой изложены в работах Б. Больцана,

Б. Рассела и др., формализованы исследуемые объекты проектирования (Изделие, ИМИ, КД, ЭСИ) и связанные с ними сущности.

Пусть ОР - множество объектов проектирования, PRJ - множество проектов, PROD - множество изделий, ГГМ - множество элементов ЭСИ, DOC - множество документов, DM - множество ИМИ, KD - множество конструкторских документов. ИМИ и КД фактически являются документами: DOC = {DM, KD} _

Множество ЭСИ имеет неоднородный характер, поэтому можно записать ITM = {ASM, PART, СТ, СХ, STPT, ОТРТ, MA Т}, где ASM означает множество сборочных единиц, PART - множество деталей, СТ — множество комплектов; СХ - множество комплексов, STPT — множество стандартных изделий, ОТРТ - множество прочих изделий, МАТ - множество изделий из материала.

Совокупность элементов ЭСИ образуют изделие: одному элементу множества изделий соответствует несколько элементов множества ЭСИ. Поэтому можно записать, что изделие А является сюрьективной функцией относящихся к нему элементов множества ЭСИ:

fA:ITMA->{prodA}^ (1)

где prodA е PROD означает изделие А, конкретный элемент множества изделий PROD = {prodA,prodA,...,prodx}, prodA с PROD, ITMл - множество элементов электронной структуры изделия А, 1ТМА g ITM, ITMл = {itmi A}, itmi A e ITMл - конкретный элемент множества ITMA, i=\,n, n - количество элементов электронной структуры изделия А.

Формализуя термин «объекты проектирования», можно записать:

OP = {PROD,ITM,DM,KD} (2)

В рамках одного проекта prj е PRJ может создаваться одно или несколько изделий, каждое из которых описывается файлами информационных моделей dm е DM и конструкторских документов kdeKD. Учитывая (1) и (2), можно записать выражение, описывающее частный случай множества объектов проектирования изделия А в рамках проекта Z:

ОРгл = {prjz, prodZA, {itmfA} ,{dmjA}, {kdkA}} где n - количество элементов электронной структуры изделия A, i = \,n,m — количество информационных моделей изделия A, j = \,m, р- количество конструкторских документов по изделию А, к = \,р, prjy е PRJ - проект Z,prodZ Ae PROD- разрабатываемое в рамках проекта Z изделие А.

Первоисточником данных для одного элемента ЭСИ является один или несколько объектов ИМИ, поэтому можно записать, что множество элементов ЭСИ является сюрьективной функцией множества ИМИ:

BA'DMA^{itmA} (3)

В свою очередь, описание состава и иерархии элементов ЭСИ представляет собой КД. Таким образом, множество KD является сюрьективной функцией множества ITM:

уА.1ТМА^{ЫА} _ (4)

где {kdA} g KD означает конструкторский документ на изделие А.

Выражения (3) и (4) показывают взаимозависимость объектов проектирования разных типов друг от друга. Специфика разработки высокотехнологичной продукции с длительным сроком активного существования, рассматриваемая на примере косми-

ческого приборостроения, определяет неоднородный состав множества информационных моделей изделия, разработанных в различных САПР. Оно включает подмножества информационных моделей, разработанных в различных САПР: при электрическом и при механическом проектировании. Таким образом, можно записать

ГШ = {\ICADDM, ЕСАООМ}

где МСАБОМ — множество файлов ИМИ, разработанных в САПР механического моделирования (МСАЭ), а ЕС/1 Г)Г)М, соответственно, в САПР электрического моделирования (ЕСАО).

По технологии проектирования РЭА этап электрического проектирования, решающего задачи схемотехнического и радиотехнического характера, предшествует механическому моделированию, рассматривающего конструктивные и теплотехнические вопросы. Но не все составные части изделия подлежат электрическому моделированию: некоторые детали создаются только при механическом конструировании, например, рамка для закрепления электронных схем. В свою очередь, все электронные элементы ЭСИ, помимо своих электрических характеристик, моделирование которых осуществляется с помощью ЕСАЭ-САПР, имеют конструктивное воплощение, пространственные параметры которого являются объектом моделирования в МСАО-САПР.

Поскольку множества Л/СШШ/, с МСЛИОМ и ЕСАПОМа с ЕСАййМ являются конечными, можно записать выражение, показывающее сравнение их мощностей: | МСЛ ООМл | > | ЕС А ПОМ А | ^

Учитывая (5), можно сделать вывод, что полный состав изделия определяется его информационными моделями, разработанными в МСАЭ-САПР. Поэтому множество элементов ЭСИ изделия А, 1ТМД С.1ТМ, является сюрьективной функцией множества информационных моделей изделия Л, разработанных в МСА[)-САПР

•*>л : МСАОБМд -> 1ТМА ^

Практическая реализация выражений (1)-(6) положена в основу программного обеспечения средств управления жизненным циклом разнотипных взаимозависимых объектов в рамках ИИС, включая разработку требований к программной интеграции САПР и СУД. Также учтены следующие отношения, которые существуют между рассматриваемыми объектами проектирования:

- в одном проекте может выполняться разработка одного или более изделий;

- для одного изделия может существовать множество вариантов его ЭСИ;

- к одному проекту может относиться множество документов;

- ЭСИ и ее составные части описывается одним или более документом;

- к одному изделию может относиться один или более документ.

В терминах объектно-ориентированного подхода, каждому множеству из выражений (1 )-(6) поставлен в соответствие класс, объекты которого будут использоваться для хранения сущностей. На рис.2 показан фрагмент разработанной формальной информационной модели в виде иМЬ-диаграммы классов, иллюстрирующей состав и иерархию объектов проектирования, их основные атрибуты и операции в контексте управления их жизненным циклом в рамках ИИС.

Учтена возможность компонентного состава файлов информационных моделей, например, сборка или проект, представляющий собой файл с содержанием ссылок на файлы с описанием отдельных или элементов и параметры зависимостей между ними. Файлы ИМИ могут быть экспортированы в САПР, поэтому в абстрактном классе «ИМИ» и его потомках предусмотрена соответствующая операция. Операции по изменению стадий ЖЦ объектов проектирования фактически представляют собой изме-

нение некоторых характеристик (атрибутов) рассматриваемых сущностей. Поскольку в состав сборочной единицы могут входить разные сущности (детали, прочие и стандартные изделия, а также изделия из материала), необходима операция определения состава и иерархии компонентов сборочной единицы. Поэтому класс «Сборочная единица» поддерживает операцию «Сформировать структуру», а также «Сформировать КД», поскольку некоторые виды конструкторских документов (например, спецификация, перечень элементов), формируются на отдельные сборочные единицы.

Рисунок 2 - иМЬ-диаграмма классов объектов проектирования

Как правило, типовые функциональные возможности современных СУД включают операции по изменению типового набора стадий ЖЦ объектов вида «Документ» и «элемент ЭСИ». Однако, на основании выполненного анализа наиболее популярных СУД, был сделан вывод, что существующие решения не отражают необходимую специфику управления ЖЦ объектов проектирования, в том числе взаимозависимость рассматриваемых сущностей, характеристики подлинности документов, процессы согласования и утверждения. Поэтому определен набор атрибутов, характеризующих стадии ЖЦ рассматриваемых объектов проектирования.

Учтена возможность существования нескольких версий объекта, статус его согласования, электронной подписи и типовых этапов ЖЦ в СУД. Существование нескольких версий объектов подклассов «элемент ЭСИ» и «Документ» позволит реализовать накопление интеллектуального капитала за счет структурированного хранения результатов предыдущих проектных работ и возможности их повторного использования, в том числе с внесением необходимых изменений.

Полученная формальная информационная модель в виде иМЬ-диаграммы классов использована для разработки программного обеспечения средств управления жизненным циклом объектов проектирования в ИИС, в частности, при настройке модели данных СУД Епоу1а ЗтагТеаш. Однако иМЬ-диаграмма классов (рис.2) не позволяет разработать набор алгоритмов для автоматического изменения стадий ЖЦ объектов в СУД. Для этого были использованы базовые положения теорий графов и автоматов, которые являются мощным инструментом для описания динамики поведения многокомпонентных систем. Построение формальной информационной модели изменения состояний ЖЦ разнотипных взаимозависимых объектов исследования настоящей работы представляет собой отдельную нетривиальную задачу. В связи с этим

была разработана методика формализации ЖЦ объектов проектирования, состоящая из следующих шагов:

1. Составить перечень типов разнотипных взаимозависимых объектов.

2. Для каждого типового объекта определить последовательность изменений стадий его ЖЦ (от исходного состояния к целевому).

3. Для каждого типового объекта определить операции перехода между стадиями ЖЦ.

4. Каждую пару значений «типовой объект проектирования, его стадия ЖЦ» представить в виде состояния конечного автомата Мили. Получается конечное множество состояний автомата С?, элементы которого описаны следующим образом:

<?,>,=/(?„ х„ (7)

где е б — состояние автомата Мили в момент », которое означает текущую стадию ЖЦ рассматриваемого объект; х: е X - сигнал, поданный на вход состояния д„ описывающий операцию изменения стадий ЖЦ объекта; /(¡7;, х^ ~ отображение функции перехода между состояниями, показывающее зависимость изменения стадии ЖЦ рассматриваемого объекта от его текущего состояния, поданного сигнала и состояния связанного с ним объекта , на вход которого подан сигнал х) е X. При

отсутствии зависимостей изменения состояний от стадий ЖЦ объектов разных типов, состояние автомата описывается более упрощенно:

Ян =/(<&>*/)_ (8)

5. Выражения (7)-(8) представить в виде совмещенной матрицы переходов/выходов рассматриваемого автомата Мили.

6. Для повышения наглядности вершины графа с одинаковым типом объекта раскрасить одним цветом, (речь не идет о правильной раскраске графа согласно принятому определению).

7. В соответствии с логической последовательностью процесса проектирования выбрать начальную и конечную вершины графа.

8. Связать вершины графа в направлении логической последовательности изменения стадий ЖЦ типовых объектов от начальной вершины к конечной, учитывая зависимости, описанные в виде (7), (8) и совмещенную матрицу переходов/выходов состояний рассматриваемого автомата Мили.

Далее необходимо проанализировать полученный орграф:

1. Проверить полученный орграф на наличие контуров и висячих вершин. Движение по контурам означает повтор операций по изменению стадий ЖЦ объектов проектирования. Вершины внутри контура показывают возвратные состояния объектов. Висячие вершины представляют собой конечные, т.е. целевые состояния объектов.

2. С использованием существующих методов (например, алгоритм Дейкстры) найти кратчайший путь от начальной вершины к конечной, исключив висячие вершины (кроме начальной и конечной), петли и контуры. Для этого граф должен быть взвешенным, т.е. следует поставить в соответствие его дугам вес - число.

3. Вершины полученного кратчайшего пути показывают невозвратные стадии ЖЦ объектов при движении от исходного состояния к целевому. В случае проектирования высокотехнологичных изделий с длительным сроком активного существования полученный кратчайший путь представляет оптимальный ход выполнения процесса разработки с точки зрения сокращения временных (и, соответственно, материальных) затрат. Это следует учесть на этапе организационного планирования процесса проектирования и разработке его методического обеспечения.

4. Для формирования алгоритмической основы программного обеспечения управления ЖЦ разнотипных взаимозависимых объектов разработать формальные графи-

ческие схемы (иМЬ-диаграммы), описывающие последовательность изменений объектов и действий пользователей ИИС. Исходные данные для разработки иМЬ- диаграмм классов, состояний и последовательностей в части операций над объектами различных типов содержатся в ранее составленных выражениях типа (7)-(8), а также в совмещенной матрице переходов/выходов состояний автомата Мили.

Данная методика носит общий характер и может быть использована практически в любой отрасли разработки высокотехнологичной продукции с длительным сроком активного существования. Работоспособность предложенной методики проверена на примере получения формальных информационных моделей, показывающих динамику изменений стадий ЖЦ объектов проектирования в отрасли космического приборостроения. В таблице 1 представлены исследуемые типы взаимосвязанных объектов проектирования, для каждого из которых приведена его цветовая дифференциация в орграфе и последовательность стадий ЖЦ, а в таблице 2 - функции перехода между ними в виде модели автомата Мили.

Таблица 1. Стадии жизненного цикла типовых объектов проектирования

№ Тип объекта Цвет вершины Стадия ЖЦ Состояние Функция перехода в состояние

1 Новый 41

2 Изделие желтый В разработке 12 ПЧ/.Х,, 44, Ха)

3 Готово к производству 4 з Г(Чт. х7, 41 хв)

4 Новый 4< Г(4,. х,)

■> Опубликован 4-, Я4* Хг)

6 Информационная мо- зеленый На редактировании 4б /(45. х3)=1(47. Хз)= ЯЧя. хз)=/(чи. хз)=/(4и. Хз)

7 дель изделия (ИМИ) Новая версия 47 ((45. х,)=((Чб. X,)

8 Выпущен Чя

9 Согласован 49 ЯЧь Хб)

10 Оригинал (подписан ЭП) Чю Яч* X?. Чп. Х7)

11 Электронная структура Новая версия Чп «49. X,)

12 изделия (ЭСИ) Выпущен Чп ПЧн. х;. 411. х5)

13 Новый Чп Пчп. X,)

14 Опубликован Чп ПЧп. X,)

15 Конструкторская документация (КД) Новая версия Чп Пчн. Х4)

16 голубой Выпущен 4*6 КЧи, Х$)-((Чп. X,)

17 Согласован Чп П41б. х6)

18 Подлинник (подписан ЭП) 418 Ячю. Х7, Чп, х7)

Таблица 2. Функции перехода между стадиями ЖЦ рассматриваемых объектов

№ Стадия ЖЦ Операция перехода в эту стадию (входной сигнал)

Название Обозначение

1 Новый Создать XI

2 Опубликован Опубликовать Х2

3 На редактировании Изменить ИМИ Хз

4 Новая версия Создать версию Х4

5 Выпущен Выпустить х!

6 Согласован Согласовать Хв

7 Оригинал / Подлинник (подписан ЭП) Подписать ЭП х7

8 В разработке 1 Готово к производству Перевести в следующее состояние ха

Согласно вышеизложенной логической последовательностью процесса разработки изделия, за начальную точку графа принята вершина с парой значений «Изделие, Новое», а за конечную - «Изделие, Готово к производству». Связав вершины графа в направлении движения от начальной вершины к конечной, получаем модель изменений стадий ЖЦ объектов проектирования в виде раскрашенного орграфа (рис. За).

а) б)

Рисунок 3 - Модель, показывающая динамику изменений стадий жизненного цикла объектов проектирования в ИИС в виде раскрашенного орграфа: а) — исходный граф (с замкнутыми контурами), б) - кратчайший путь

В результате анализа полученного орграфа (рис.За) сделаны выводы:

1. Граф является связным и содержит замкнутые контуры, движение по которым означает формирование новой версии проектируемых сущностей.

2. Граф содержит висячие вершины, которые представляют собой целевые стадии ЖЦ объектов проектирования. Инцидентные дуги висячих вершин представляют собой перевод объекта в целевое состояние, которое осуществляется автоматически программным образом, а не с помощью операции, выполняемой пользователем.

В соответствии с ранее предложенной методикой, определение оптимального маршрута выполнения процесса разработки с точки зрения сокращения временных (и, соответственно, материальных) затрат сводится к задаче нахождения кратчайшего пути в орграфе. Для этого следует задать вес его дугам, отбросить все контуры и петли путем замены параллельных ребер дугой с наименьшим весом. В связи с однотипностью перехода между вершинами орграфа, обозначающих операции изменения стадий ЖЦ объектов проектирования, было решено задать каждой дуге орграфа вес, равный 1. При наличии большого количества вершин в графе для нахождения кратчайшего пути следует воспользоваться существующими методами и средствами решения данной задачи, например, набор вычислений по алгоритму Дейкстры в математическом пакете МаШСас!. При этом были исключены замкнутые контуры, висячие вершины (кроме конечной и начальной) и инцидентные им дуги. Полученный кратчайший путь анализируемого орграф (рис.Зб) иллюстрирует линейный порядок создания и обработки объектов проектирования, который реализуется при разработке высокотехнологичной продукции в ИИС. Графовые модели положены в основу разработки набора иМЬ-диаграмм (диаграммы классов, диаграммы состояний, диаграммы последовательностей), представляющих собой формальные информационные модели ЖЦ рассматриваемых объектов проектирования и алгоритмы управления ими в рамках ИИС.

В третьей главе выполнено преобразование графовых моделей (рис.3) в формальные информационные модели в виде UML-диаграмм, позволяющих алгоритмически описать взаимовлияние разнотипных объектов и логическую последовательность изменения стадий их ЖЦ в ИИС. Описана логическая последовательность действий пользователя ИИС при изменении стадий ЖЦ объектов, включая согласование документов. Этот процесс включает проверку содержимого документа и его одобрение при отсутствии замечаний или отказ в согласовании с указанием причин. Согласование технических документов, к которым относятся ИМИ и КД, выполняется несколькими исполнителями. При этом проверка документа может выполняться параллельно, т.е. одновременно несколькими согласующими лицами или последовательно. При последовательном согласовании движение потока работ между согласующими лицами зависит от результатов проверки предыдущих исполнителей.

Для отражения составного характера согласования необходимо представить эту деятельность как взаимосвязанную совокупность инкапсулированных друг в друга процессов, число функций в которых уменьшается по мере вложенности. В терминах методологии потока работ Workflow, реализуемой в информационных системах, функция процесса называется узлом. Подобное упрощение приводит к элементарному процессу с единственным узлом - заданием для одного исполнителя. Таким образом, получаем два типа работ по согласованию:

- общий процесс согласования, в котором определены исполнители и порядок выполнения работы (последовательно или параллельно);

- элементарное согласование - задание для единственного исполнителя.

Генерация элементарных заданий выполняется автоматически в зависимости от

порядка выполнения работ: последовательно или параллельно (рис. 4).

^-^Прочесс согласования)-.

^Элементарное

£

а) б)

Рисунок 4 - Декомпозиция процесса согласования на элементарные задания: а) - распараллеливание, б) - последовательное выполнение

Таблица 3. Операции изменения состояний ЖЦ процессов

Объекты обоих типов зависят друг от друга, поэтому для описания динамики их поведения целесообразно применить ранее разработанную методику формализации ЖЦ разнотипных взаимозависимых объектов. В таблице 3 определены операции, которые изменяют состояния разнотипных процессов согласования.

На рисунке 5а представлена иллюстрация динамики изменения состояний автомата Мили по исследуемым процессам согласования в виде раскрашенного графа. Как и в случае с разнотипными объектами проектирования, цветовое выделение вершин использовано с целью визуального разделения их по типам процессов. Полученная графовая модель является основой иМЬ-диаграмм состояний, практическая реализация которых выполнена в виде программного обеспечения, расширяющего функциональные возможности СУД Епоу1а БтагТеат в рамках ИИС проектирования и испытаний бортовой РЭА КА в ОАО «ИСС».

Операция Сигнал

Создать Уi

Запустить У 2

Выполнить Уз

Согласовать У4

Не согласовать У5

Завершить Уб

Прекратить У7

а) б)

Рисунок 5 - Динамика изменения стадий ЖЦ разнотипных процессов согласования: а) - раскрашенный граф автомата Мили, б) - иМЬ-диаграмма состояний

Таким образом, работоспособность ранее разработанной методики получения формальных моделей, описывающих ЖЦ разнотипных взаимозависимых объектов, проверена также и на процессе согласования документов в ИИС, предусматривающем изменение состояний разных сущностей при взаимодействии нескольких пользователей. В разработанных моделях и алгоритмах согласования документов использованы методы сетевого планирования, теории распараллеливания и синхронизации операций для распределения потоков работ по согласованию документов и соответствующего изменения стадий ЖЦ связанных с ними объектов проектирования другого типа («Изделие», «элемент ЭСИ»),

Идея распараллеливания основана на том, что большинство задач может быть разделено на набор меньших задач, которые могут быть решены одновременно. Как правило, параллельные операции требуют синхронизации действий. Синхронизация процессов представляет собой приведение двух или нескольких процессов к такому их протеканию, когда конкретные стадии разных процессов совершаются в определённом порядке, либо одновременно. Синхронизация требуется в любых случаях, когда параллельно протекающим процессам необходимо взаимодействовать.

Пусть С— результат процесса согласования документа, состоящего из п элементарных заданий с. Результатом выполнения каждого из элементарных заданий является отметка о согласовании документа данным исполнителем. Данная отметка может быть реализована в качестве логического значения 1 (согласовано) или 0 (не согласованно) в свойстве объекта элементарного задания по согласованию, таким образом, Си с имеют одинаковую область значений: С,с = {0,1}.

После того, как все исполнители элементарных заданий их выполнили, необходимо синхронизировать результаты, т.е. проверить, что все участники процесса согласования поставили отметки «согласовано». Только в этом случае документ считается согласованным и меняется его стадия ЖЦ, а также связанных с ним объектов другого типа. Если документ не согласован кем-либо из исполнителей, то разработчик его корректирует и публикует в СУД новую версию, доступную всем согласующим лицам для просмотра и внесения замечаний. Все эти итерации совершаются в рамках единого процесса согласования документа. Когда, наконец, все замечания согласующих лиц устранены и документ согласован каждым из них, документ считается согласованным. Таким образом, результат многопользовательского процесса согласования документа представляет собой логическое произведение множества элементарных заданий:

С = Пс,

• (?)

Современные информационные системы электронного документооборота, модули которых могут входить в СУД, как правило, поддерживают автоматизацию процессов согласования документов, включая логически сложные маршруты, определяемые пользователем. Функциональные возможности гибкой настройки ЖЦ документа присутствуют практически в каждой современной системе электронного документо-

оборота. Однако, проведенный анализ наиболее популярных СУД не выявил готовых программно-методических решений по автоматизированному изменению состояния ЖЦ объекта типа «Изделие» или «элемент ЭСИ» в зависимости от результата согласования связанных с ним документов. Поэтому предложенная модель распараллеливания и синхронизации операций процесса согласования документов была положена в основу разработанного алгоритмического и программного обеспечения автоматизированного управления жизненным циклом разнотипных взаимосвязанных объектов проектирования.

Для практической реализации полученных моделей и алгоритмов управления ЖЦ объектов в ИИС был выполнен анализ возможности использовать существующие шаблоны проектирования программного обеспечения, описанных в работах М. Фаулера, М. Гранда, Дж. Кериевски. Обосновано использование типовых архитектурных приемов в виде поведенческих шаблонов «Состояние» и «Наблюдатель» для разработки программного обеспечения отслеживания изменения состояний разнотипных взаимозависимых объектов с целью автоматизированного управления их ЖЦ в интегрированной информационной среде.

В рамках практической реализации предложенных моделей и алгоритмов предложен метод построения ИИС на базе интеграции САПР и СУД, включающий требования к взаимодействию ИС, структуру хранения типовых справочных данных, алгоритмы экспорта ИМИ из САПР в СУД и формирования ЭСИ в СУД с учетом автоматического заполнения справочных каталогов, расположенных в структуре проекта «Справочники». Предложенный метод построения ИИС включает следующие взаимосвязанные составляющие: требования к взаимодействию САПР и СУД, структура хранения и варианты использования типовых справочных данных, алгоритм экспорта ИМИ из САПР в СУД, алгоритм формирования ЭСИ в СУД.

На рисунке 6 показана схема взаимосвязи перечисленных компонент в рамках единого метода с целью его комплексного представления. Например, авторизация пользователей, относящаяся к категории «требования к безопасности», является неотъемлемой функций алгоритма экспорта ИМИ из САПР в СУД. Аналогичным образом, требования к автоматизации процесса проектирования, такие как автоматическое формирование ЭСИ и КД в СУД, находят свое отражения в алгоритмах формирования ЭСИ в СУД и экспорта ИМИ из САПР. Выполняемое при этом автоматическое формирование новых версий объектов относится к категории требований к управлению версиями данных.

Рисунок 6 - Концептуальная схема взаимосвязи компонентов разработанного метода построения ИИС на базе СУД и ее интеграций с САПР

При формировании ЭСИ в СУД реализуется требование к целостности, полноте и аутентичности данных, выражающееся в необходимости однозначного представления элемента ЭСИ, на основе множества ИМИ из разных САПР. Это влияет на структуру хранения типовых справочных данных в СУД, которая, в свою очередь, учитывается при формировании ЭСИ.

Таким образом, все ранее рассмотренные компоненты представленного метода построения ИИС на базе САПР и СУД, взаимосвязаны между собой в рамках единой концептуальной основы. Для практической реализации разработанных моделей и алгоритмов в рамках апробации предложенного метода были исследованы существующие методы и технологии интеграции приложений. На основе анализа разработанных моделей и алгоритмов управления ЖЦ разнотипных взаимозависимых объектов в рамках ИИС сделан вывод, что взаимодействие САПР и СУД фактически представляет собой удаленный вызов процедур одного приложения в контексте другого. В связи с широким распространением операционной системы Microsoft Windows в качестве основной программной платформы рабочих станций на российских предприятиях, большинство САПР и СУД функционируют под ее управлением. Поэтому в качестве технологии реализации метода удаленного вызова процедур выбрана компонентная объектная модель COM (Component Object Model), основанные на обращении к зарегистрированным в реестре операционной системы СОМ-объектам, описывающим функции связываемых приложений.

В четвертой главе описана программная реализация и апробация всех разработанных моделей и алгоритмов автоматизированного управления ЖЦ объектов проектирования в рамках ИИС на примере комплекса программных решений для процессов разработки бортовой РЭА КА в ОАО «ИСС». Основными результатами проведенной апробации является комплекс программных решений, разработанный на основе предложенных моделей и алгоритмов, а также сценарии взаимодействия пользователей ИИС согласно их ролям в процессах проектирования бортовой РЭА. Фактически, данные результаты являются основой для разработки документов, регламентирующих работу сотрудников предприятия с точки зрения использования PLM-технологий.

В ОАО «ИСС» основными программными продуктами, которые используются при проектировании изделий, являются следующие: ECAD-САПР Altium Designer R9 (разработка электрической схемы и топологии печатной платы), MCAD-САПР SolidWorks 2009 SP9 (разработка трехмерной модели), СУД Enovia SmarTeam V5R19 (структурированное хранение и управление информации об изделии). Были развернуты рабочие места для следующих участников процесса проектирования бортовой РЭА в рамках ИИС (рис.7): схемотехника, конструктора и тополога.

• ГТ1~

Клиент СУД Enovia SmarTeam

ECAD-САПР Altium Designer

АРМ схемотехника

Рисунок 7 — Схема развернутых АРМов в рамках ИИС проектирования бортовой РЭА

Интеграция SolidWorks 2009 SP9 и Enovia SmarTeam V5R19 реализована существующими средствами настройки этих программных продуктов. С использованием предложенного метода построения ИИС на базе САПР и СУД, а также методов и средств СОМ-технологии, было разработано программное обеспечение интеграции Altium Designer с Enovia SmarTeam.

Для расширения функциональных возможностей СУД Enovia SmarTeam были разработаны следующие программные решения:

- набор функций для создания элементов ЭСИ и документов;

- набор функций для изменения состояния ЖЦ разнотипных взаимозависимых объектов проектирования;

- набор функций для автоматического заполнения справочных каталогов элементов ЭСИ и описывающих их документов;

- набор функций для формирования текстовых конструкторских документов (спецификация, перечень элементов, ведомость покупных изделий) на основе дерева элементов ЭСИ, полученного из выпущенных документов ИМИ.

Вышеописанное программное обеспечение расширения функциональных возможностей СУД Enovia SmarTeam разработано на языке С# с использованием среды разработки MS Visual Studio для создания СОМ-объектов в виде DLL-библиотек. Использование внешних сред разработки для создания собственных DLL-библиотек возможно за счет наличия открытого интерфейса программирования приложений СУД Enovia SmarTeam. В качестве исходных данных для практической апробации был выбран проект по разработке изделия: «Блок электронный устройства поворота батареи солнечной», проектирование которого выполняется в отделении проектирования и испытаний бортовой РЭА ОАО «ИСС».

Анализ результатов апробации, включая опросы и экспертные оценки участников тестовой эксплуатации прототипа ИИС в ОАО «ИСС», позволяет сделать вывод, что использование разработанного комплекса программных решений оптимизировало выполнение процессов проектирования бортовой РЭА КА за счет следующих аспектов:

- сокращение времени разработки КД за счет автоматического формирования на основе согласованных файлов информационных моделей;

- сокращение длительности процесса согласования документов за счет предварительного параллельного просмотра ИМИ и КД всеми согласующими;

- сокращение длительности процесса электрического проектирования и уменьшение ошибок при разработке бортовой РЭА за счет интеграции СУД Enovia SmarTeam с ECAD-CAnP Altium Designer;

- сокращение количества изменений документов при согласовании (текстовые конструкторские документы формируются автоматически, на основе уже согласованных информационных моделей изделия);

- уменьшение конфликтов в процессе взаимодействия за счет возможности отслеживания актуальной версии разрабатываемых документов/данных (в СУД доступны для работы только актуальные и утвержденные данные);

- накопление интеллектуального капитала за счет структурированного хранения результатов предыдущих проектных работ и возможности их повторного использования, в том числе с внесением необходимых изменений.

Таким образом, прототип ИИС проектирования и испытаний бортовой РЭА КА, в основе которого лежит разработанное автором диссертации алгоритмическое и программное обеспечение, обладает широкими функциональными возможностями для решения большого количества задач, стоящих перед предприятиями космического приборостроения, и может быть рекомендован к внедрению в эксплуатацию.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена актуальная научно-техническая задача, заключающаяся в разработке моделей и алгоритмов автоматизированного управления жизненным циклом разнотипных взаимозависимых объектов с целью сокращения сроков создания высокотехнологичной продукции с длительным сроком активного существования за счет применения современных информационных технологий. Получены следующие основные научные и практические результаты:

1. Сформулирована и проанализирована проблема управления высокотехнологичной продукцией с длительным сроком активного существования на этапе ее проектирования. Показано взаимовлияние разнотипных объектов проектирования друг на друга и необходимость автоматизированного управления ими на протяжении всего цикла проектирования за счет автоматического изменения их состояний. Показана возможность применения информационных систем и технологий поддержки жизненного цикла изделий к проблемам проектирования высокотехнологичной продукции с длительным сроком активного существования при условии их адаптации к особенностям данной предметной области. Выполнен поиск математических методов для формализации сложной структуры взаимосвязей между разнотипными объектами проектирования и динамики изменения состояний их ЖЦ.

2. Выполнена разработка математических и алгоритмических положений для автоматизированного управления жизненным циклом разнотипных взаимозависимых объектов в интегрированной информационной среде, включая методы получения формальных информационных моделей их жизненного цикла, концептуальное проектирование базы данных СУД, методику представления жизненного цикла объектов в виде раскрашенного орграфа и алгоритмы изменения их состояний.

3. Разработан метод построения интегрированной информационной среды на базе системы управления данными и ее интеграций с системами автоматизированного проектирования, представленный набором требований к взаимодействию программных средств и оригинальными алгоритмами их реализации, включая автоматическое заполнение справочных каталогов при построении электронной структуры изделия.

4. Выполнена программная адаптация СУД Enovia SmarTeam к специфике задач проектирования высокотехнологичной продукции с длительным сроком активного существования на примере бортовой радиоэлектронной аппаратуры.

5. Выполнена программная реализация разработанных моделей и алгоритмов на примере комплекса программных решений для интегрированной информационной среды космического приборостроения на базе СУД Enovia SmarTeam и ее интеграций с САПР Altium Designer и SolidWorks.

6. Проведена апробация разработанного алгоритмического и программного обеспечения проведена в отделении проектирования и испытаний бортовой РЭА ОАО «ИСС». Было выполнено исследование набора программных средств, используемых в этом отделении для проектирования бортовой РЭА, разработаны варианты их интеграции в рамках ИИС и развернут прототип ИИС на реальных рабочих местах сотрудников.

7. Подтверждена работоспособность созданных в настоящей диссертации теоретических и практических положений, в числе которых:

- формальная информационная модель взаимосвязей разнотипных объектов проектирования, позволяющая настроить модель данных СУД для структурированного хранения информации и автоматизированного управления жизненным циклом объектов в интегрированной информационной среде согласно особенностям процессов разработки высокотехнологичной продукции с длительным сроком активного существования;

- методика формализации жизненного цикла разнотипных взаимозависимых объектов с целью получения формальных информационных моделей, показывающих динамику изменений исследуемых сущностей и позволяющих определить правила управления ими в интегрированной информационной среде;

- алгоритмы согласования документов, отличающиеся автоматизированным распределением потоков работ между исполнителями процессов за счет применения положений теории сетевого планирования, распараллеливания и синхронизации операций;

- метод построения интегрированной информационной среды на базе системы управления данными и ее интеграций с системами автоматизированного проектирования, представленный набором требований к взаимодействию программных средств и оригинальными алгоритмами их реализации, включая автоматическое заполнение справочных каталогов при построении электронной структуры изделия;

- программное обеспечение расширения функциональных возможностей СУД Enovia SmarTeam (управление процессами, создание и изменение объектов);

- методика формирования электронной структуры изделия и текстовых конструкторских документов в СУД Enovia SmarTeam на основе файлов информационных моделей, разработанных в САПР Altium Designer и SolidWorks.

Полученные теоретические положения и практические результаты диссертации носят общий прикладной характер и, при необходимой доработке, могут быть использованы не только в области космического приборостроения, но и в других сферах созданиях высокотехнологичной продукции с длительным сроком активного существования.

Перечень научных работ по теме диссертации

1. Вичугова A.A., Яковлева Е.М. Использование САПР DipTrace для автоматизации проектирования печатных плат //Прикладная информатика, 2008. -№ 6(18) -С. 44-50

2. Вичугова A.A. Единое информационное пространство как основа эффективной деятельности современного предприятия //Молодежь и современные информационные технологии: Сборник трудов VII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Томск, 25 - 27 февраля 2009 г., ч. 1. Томск: Изд-во СПБ Графике - С. 251 -253

3. Вичугова A.A. Применение CALS-технологий для оптимизации деятельности наукоемкого производства //Молодежь и современные информационные технологии: Сборник трудов VII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Томск, 25 - 27 февраля 2009 г., ч.2. Томск: Изд-во СПБ Графике.-С. 147-149

4. Вичугова A.A., Дмитриева Е.А., Цапко Г.П. Разработка модели данных PDM-системы Enovia SmarTeam для управления спецификациями при создании радиоэлектронной аппаратуры // Прикладная информатика: научно-практический журнал. -2010.-№5(29).-С. 23-29

5. Вичугова A.A. Реализация процессного подхода управления потоком работ в системе управления данными Enovia SmarTeam // Наука и инновации XXI века : материалы X Юбилейной окружной конференции молодых ученых, Сургут, 26-27 ноября. 2009 г.: в 2 т. / Сургут, государственный, университет ХМАО - Югры. - Сургут: ИЦ СурГУ, 2010. - Т. 1. - С. 23-25.

6. Вичугова A.A., Вичугов В.Н. Применение объектно-ориентированной методологии при создании аналитических таблиц на основе графических ARIS-моделей //Экономика, статистика и информатика. Вестник УМО, 2010, - № 6. - С. 227-230

7. Аметова Э.С., Вичугова A.A. Обмен инженерными спецификациями в PDM-системе SMARTEAM // Молодежь и современные информационные технологии: Сборник трудов VIII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых - Томск, 3—5 марта 2010: в 2 т. / Томский политехнический университет. - Томск: Изд. ООО «СПБ Графике», 2010. - Т.2. - С. 176-178

8. Вичугова A.A., Вичугов B.H., Дмитриева Е.А. Жизненный цикл документа в информационных системах управления данными [Электронный ресурс] // Вестник науки Сибири. - 2011. - №1, С.328-334. - http://sjs.tpu.rU/journal/article/view/154/l 15

9. Вичугова A.A., Вичугов В.Н., Цапко Г.П. Особенности интеграции информационных систем автоматизированного проектирования и систем управления [Электронный ресурс] // Вестник науки Сибири. Серия: ИТ и СУ. - 2012. - №2, С.146-153. - Режим доступа: http://sjs.tpu.ru/journal/article/view/215/191

10. А. А. Вичугова, Э.С. Аметова, В.Н. Вичугов, Ю.А. Суханова, С.Г. Цапко. Проект построения единого информационного пространства для процессов создания бортовой радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов в ОАО «ИСС» // Вестник СибГАУ: СибГАУ, Красноярск, 2012. - № 1 (41). - с. 4-10

11. Вичугова A.A. Модель изменения стадий жизненного цикла объектов проектирования космического приборостроения // Экономика, статистика и информатика. Вестник УМО. -2012-№. 4 - С. 181-185

12. Вичугова A.A., Вичугов В.Н., Дмитриева Е.А. Особенности работы с документами в информационных системах управления данными // Программные продукты и системы. - 2012 - №. 3 - С. 184-189

13. A.A. Вичугова, В.Н. Вичугов, Е.А. Дмитриева, Г.П. Цапко. Методы и средства интеграции информационных систем в рамках единого информационного пространства [Электронный ресурс] // Вестник науки Сибири. Серия: ИТ и СУ.-2012-№ 5(6) - С. 113-117. — Режим доступа: http://sjs.tpu.ru/journal/article/view/517/426

14. A.A. Вичугова, В.Н. Вичугов, Е.А. Дмитриева, Г.П. Цапко. Особенности согласования документов с применением информационных систем управления данными [Электронный ресурс] //■ Вестник науки Сибири. Серия: ИТ и СУ. - 2012 - № 5(6) -С. 118-125. - Режим доступа: http://sjs.tpu.ru/journal/article/view/518/427

15. A.A. Вичугова, В.Н. Вичугов, Г. П. Цапко, С.Г. Цапко, А.М. Фень. Анализ характера и состава проектной информации для построения модели данных PLM-системы Enovia SmarTeam применительно к задачам космического приборостроения // Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта. Труды 12 международной конференции. М.: ООО «Аналитик». -2012, - С. 57-60

16. A.A. Вичугова, В.Н. Вичугов, С.Г. Цапко, Е.А. Дмитриева. Методы и средства интеграции информационных систем в рамках единого информационного пространства // Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта. Труды 12 международной конференции. М.: ООО «Аналитик». - 2012, - С. 61-64

17. Вичугова A.A., Аметова Э.С., Суханова Ю.А., Фень А.М., Дмитриева Е.А. Средства автоматизации функционирования единого информационного пространства проектирования бортовой радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов // Системы управления и информационные технологии. - 2012 - Т. 4 - №. 50 - С. 70-74

18. A.A. Вичугова, В. Н. Вичугов, Г. П. Цапко. Формальная модель структуры взаимосвязей разнотипных объектов проектирования // Известия Томского политехнического университета / Томский политехнический университет (ТПУ) . - 2013. -Т. 322, № 5: Управление, вычислительная техника и информатика. - С. 164-169

Подписано к печати 14.10.2013. Формат 60x84/16. Бумага «Снегурочка».

Печать XEROX. Усл. печ. л. 1,4. Уч.-изд. л. 1,26. _Заказ 1024-13. Тираж 100 экз._

ИШТЕЛЬСТВ^^ТПГ. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30 Тел/факс: +7 (3822) 56-35-35, www.tpu.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

см ^

3 °

На правах рукописи

■лк . ♦ ч • ^ ^¡а'^ч и ль- - \ л гс-1г^

¡..V !

11 о ^ ь '' ■

Вичугова Анна Александровна

'; ' • I:• Л ' ' " * \ 1 г'«!

модели и алгоритмы авт6матизжроваШого управления

жизненным циклом разнотипных взаимозависимых объектов в интегрированной информационной среде

а> о

СО оо

со -со 8

см

, ,) 1 1 Г ^ , .

Г 4 Специальность* 05.13.01,

Системный,анализ, управление и обработка информации

' ' ' \ к . . V • , «М - i • I ; 1

(связь и информатизация)1

► 5 I - !■ !

.¡I , ✓ I -

■'тж1 г /К '

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д.т.н., профессор Цапко Г.П.

Томск,2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ....................................................................................................................................5

1 АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПОДДЕРЖКИ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ИЗДЕЛИЙ К ЗАДАЧАМ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНОЙ ПРОДУКЦИИ С ДЛИТЕЛЬНЫМ СРОКОМ АКТИВНОГО СУЩЕСТВОВАНИЯ............................................................................................................................... 14

1.1 Анализ процессов проектирования высокотехнологичной продукции с длительным сроком активного существования....................:..................................................14

1.1.1 Особенности высокотехнологичной продукции с длительным сроком активного существования.....................................................................................................14

1.1.2 Процессы проектирования в отрасли космического приборостроения......19

1.2 Анализ объектов проектирования...........................................................................23

1.2.1 Обзор объектов проектирования и анализ их взаимосвязей........................23

1.2.2 Анализ методов управления продукцией на этапе ее проектирования.......25

1.2.3 Анализ описания ЖЦ объектов проектирования в существующих государственных стандартах................................................................................................27

1.3 Аналитический обзор информационных технологий поддержки жизненного цикла изделий..............................................................................................................................30

1.3.1 Обзор современных методов и средств информационной поддержки жизненного цикла изделий...................................................................................................30

1.3.2 Анализ состава интегрированной информационной среды и взаимодействия ее типовых программных компонент......................................................34

1.3.3 Анализ типовых функциональных возможностей систем управления данными для задач проектирования....................................................................................36

1.4 Поиск формальных методов управления связанными объектами.......................40

1.4.1 Аналитический обзор формальных методов..................................................40

1.4.2 Анализ и выбор подходов к разработке программных систем....................41

1.4.3 Анализ и выбор методов графического описания и документирования программных систем.............................................................................................................43

1.4.4 Поиск математических методов для формализации структуры взаимосвязей объектов и динамики изменения их состояний..........................................45

1.4.5 Распараллеливание и синхронизация задач при согласовании документов для автоматизации изменения состояний ЖЦ объектов проектирования в ИИС...........48

1.5 Цель и задачи исследования....................................................................................51

2 РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ МОДЕЛЕЙ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА РАЗНОТИПНЫХ ВЗАИМОЗАВИСИМЫХ ОБЪЕКТОВ....................................................................55

2.1 Метод формализации структуры взаимосвязей разнотипных объектов проектирования в статическом состоянии...............................................................................56

2.1.1 Разработка математических положений.........................................................56

2.1.2 Концептуальное проектирование базы данных СУД....................................60

2.2 Метод формализации динамики изменения жизненного цикла разнотипных взаимозависимых объектов.......................................................................................................62

2.2.1 Методика формализации жизненного цикла разнотипных взаимозависимых объектов..................................................................................................62

2.2.2 Модель динамики изменений стадий жизненного цикла объектов разнотипных взаимозависимых в ИИС...............................................................................65

2.2.3 Объектно-ориентированная модель сущностей проектирования................75

2.3 Выводы по главе 2....................................................................................................80

3 АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ЖИЗНЕННЫМ ЦИКЛОМ РАЗНОТИПНЫХ ВЗАИМОЗАВИСИМЫХ ОБЪЕКТОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ В ИИС.................................................................................................................81

3.1 Формальное описание динамики изменений ЖЦ разнотипных взаимозависимых объектов.......................................................................................................................................81

3.2 Алгоритм согласования документов в ИИС..........................................................86

3.2.1 Формализация основных понятий процесса согласования...........................86

3.2.2 Последовательное согласование.....................................................................90

3.2.3 Параллельное согласование.............................................................................92

3.3 Использование шаблонов проектирования............................................................94

3.4 Метод построения интегрированной информационной среды..........................100

3.4.1 Разработка требований к интеграции САПР и СУД в рамках ИИС..........100

3.4.2 Разработка структуры хранения типовых справочных данных.................102

3.4.3 Разработка алгоритма экспорта ИМИ из САПР в СУД..............................105

3.4.4 Разработка алгоритма формирования ЭСИ в СУД......................................107

3.5 Анализ методов программной интеграции информационных систем..............110

3.5.1 Общий обзор существующих методов интеграции приложений...............110

3.5.2 Обзор технологий интеграции приложений методом удаленного вызова процедур...............................................................................................................................111

3.5.3 Выбор объектно-компонентной технологии интеграции приложений методом удаленного вызова процедур..............................................................................113

3.5.4 Средства реализации СОМ-технологии.......................................................114

3.5.5 Интеграция информационных систем средствами СОМ-технологии.......115

3.6 Выводы по главе 3..................................................................................................117

4 РЕАЛИЗАЦИЯ РАЗРАБОТАННЫХ МОДЕЛЕЙ И АЛГОРИТМОВ В ВИДЕ КОМПЛЕКСА ПРОГРАММНЫХ РЕШЕНИЙ................................................................................... 119

4.1 Постановка прикладных задач предметной области на примере процесса проектирования бортовой РЭА...............................................................................................120

4.1.1 Специфика процессов проектирования бортовой РЭА...............................120

4.1.2 Программные компоненты ИИС проектирования бортовой РЭА.............122

4.1.3 Реализация ИИС проектирования бортовой РЭА КА на базе СУД Enovia SmarTeam и ее интеграций с САПР Altium Designer и SolidWorks................................125

4.1.4 Формирование ЭСИ в СУД Enovia SmarTeam на основе ИМИ-файлов, разработанных в САПР Altium Designer и SolidWorks....................................................127

4.1.5 Обоснование разработки дополнительного программного обеспечения для управления ЖЦ объектов проектирования в СУД Enovia SmarTeam............................129

4.2 Программная реализация функций управления жизненным циклом объектов проектирования в ИИС на базе интеграций СУД Enovia SmarTeam с САПР Altium Designer и SolidWorks..............................................................................................................................131

4.2.1 Средства расширения функциональных возможностей СУД Enovia SmarTeam..............................................................................................................................131

4.2.2 Выбор среды разработки и языка программирования................................133

4.2.3 Разработка программных решений...............................................................134

4.3 Структура и взаимосвязь проектных данных в СУД Enovia SmarTeam...........139

4.4 Динамика автоматизированного управления жизненным циклом разнотипных объектов проектирования в СУД Enovia SmarTeam............................................................. 141

4.5 Выводы по главе 4..................................................................................................147

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.......................................................................................................................... 149

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ................................................................ 151

ПРИЛОЖЕНИЕ А. СВИДЕТЕЛЬСТВО О ГОСУДАРСТВЕННОЙ РЕГИСТРАЦИИ

ПРОГРАММЫ ДЛЯ ЭВМ..................................................................................................................... 161

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ.............................................. 162

введение

Актуальность работы. Проектирование высокотехнологичной продукции с длительным сроком активного существования (глубоководные и космические аппараты, спутники ретрансляции и связи и т.д.) представляет собой целый комплекс процессов со сложной структурой взаимосвязей и временной длительностью. Отличительной особенностью данной деятельности является проведение натурных испытаний на этапе проектирования, что вызывает необходимость создания реального образца изделия для каждой стадии испытаний. Готовность изделия к производству определяется состоянием конструкторской документации (КД) на данное изделие. Под качеством КД понимается отсутствие ошибок в описании характеристик изделия по нормативно-техническим стандартам. Первоисточником данных для КД является совокупность элементов электронной структуры изделия (ЭСИ), формируемой на основе файлов информационных моделей (ИМИ), разработанных в различных системах автоматизированного проектирования (САПР). Проектирование изделия считается завершенным в случае окончательно сформированной ЭСИ и утвержденной КД.

Таким образом, проектирование высокотехнологичной продукции сопровождается большим количеством разнотипных взаимозависимых данных в виде ИМИ, КД и ЭСИ. Большое количеством подобной информации усложняет процесс проектирования и увеличивает его длительность за счет временных затрат на поиск необходимых данных и изменение их в ручном режиме. Учитывая требования современной экономической ситуации к сокращению сроков представления готовых изделий на рынок с условием сохранения их качества, задача повышения эффективности информационного сопровождения процесса проектирования за счет оптимизации операций, не добавляющих ценности итоговому продукту (итеративный выпуск и проверка документации, поиск данных и т.д.), становится особенно актуальной.

Согласно [1], для обозначения создаваемых при проектировании сущностей (Изделие, ИМИ, КД, ЭСИ) в работе используется термин «объекты проектирования», а термин «управление жизненным циклом объектов проектирования» - для обозначения информационного сопровождения данного процесса. Это включает следующую совокупность действий: структурированное хранение большого объема данных и автоматизированное изменение разнотипных объектов проектирования от исходного состояния к целевому с учетом их взаимозависимости, а также мониторинг работ участников процессов проектирования и обработки информации. Сегодня для решения этих задач

применяются технологии информационной поддержки жизненного цикла (ЖЦ) изделий, реализованные в системах управления данными (СУД) и САПР. Объединение СУД и САПР в единый программно-аппаратный комплекс представляет собой интегрированную информационную среду (ИИС).

Идея организации ИИС широко исследуется с 2000-х гг. российскими и зарубежными учеными в работах О. Шиловицкого, Д. Брауна, Яблочникова Е.И., Молочникова В.И. и др. Особое внимание уделяется командному сквозному проектированию, что означает многопользовательскую работу и оперативный обмен электронными данными при использовании нескольких САПР в разработке изделий.

Обзор публикаций по проблемам организации подобного единого информационного пространства показал, что в большинстве работ, например, [2], описываются концептуальные основы построения систем информационной поддержки производственных процессов, но не приводятся универсальные методы, модели и алгоритмы автоматизированного управления жизненным циклом разнотипных взаимосвязанных объектов в рамках ИИС, достаточные для реализации соответствующего программного обеспечения.

Проведенный анализ существующих стандартов, методов, алгоритмов и программных решений для выполнения проектных работ по разработке изделий в рамках ИИС показал, что они не содержат готовых алгоритмических решений по разработке и/или настройке СУД согласно особенностям проектирования высокотехнологичной продукции с длительным сроком активного существования. К этим особенностям относятся итеративность процессов проектирования в соответствии со стадиями испытаний и сложность структуры влияния разнотипных объектов в различных стадия ЖЦ друг на друга. Также следует учитывать необходимость интеграции различных САПР, в которых выполняется разработка частей проектируемого изделия, при условии агрегации всех характеристик одного элемента ЭСИ в СУД и отсутствия дублирования данных.

Существует ряд государственных и отраслевых стандартов, регламентирующих основные термины и определения ЖЦ продукции, например, Р 50-605-80-93, ГОСТ Р 15.201-2000, ГОСТ 2.103-68, ГОСТ Р 5379-2010, ГОСТ Р ИСО 9001-2001 (раздел 7), ГОСТ Р ИСО 9004-2001 (раздел 7), ГОСТ Р ИСО/МЭК 152882005. По результатам проведенных исследований и анализа источников литературы [3-52], сделан вывод, что существующие нормативные документы не содержат готовых решений по структуре взаимосвязей разнотипных объектов проектирования и динамике изменения их состояний. Дополнительные ограничения накладывает

итеративность процессов проектирования в соответствии со стадиями испытаний и сложность структуры взаимозависимостей состояний ЖЦ разнотипных объектов (Изделие, ИМИ, КД, ЭСИ). Также следует учитывать необходимость интеграции различных САПР, в которых выполняется разработка электрических и механических частей проектируемого изделия, при условии агрегации всех характеристик одного элемента ЭСИ в СУД и отсутствия дублирования данных.

Для обеспечения целостности данных, структурированного хранения информации и ее автоматизированной обработки, необходимы правила управления разнотипными объектами проектирования с учетом их взаимозависимости. Поэтому разработка информационного, алгоритмического и программного обеспечения для автоматизированного управления ЖЦ разнотипных объектов проектирования, которые создаются при разработке высокотехнологичной продукции с длительным сроком активного существования, имеет высокий уровень актуальности.

Целью диссертационной работы является создание новых и развитие существующих теоретических и практических положений методологии информационной поддержки жизненного цикла изделий, обеспечивающих повышение эффективности информационного сопровождения процессов проектирования путем сокращения их длительности за счет автоматизированного управления разнотипными взаимозависимыми объектами в интегрированной информационной среде.

Для достижения заявленной цели были поставлены задачи, решенные в следующих разделах настоящей диссертационной работы:

1. Выявление особенностей информатизации процессов проектирования высокотехнологичной продукции с длительным сроком активного существования с учетом современных требований к данной деятельности и ее результатам, а также анализ актуальных проблем автоматизированного управления данными о множестве разнотипных взаимозависимых объектов с помощью существующих методических и программных РЬМ-решений (глава 1).

2. Разработка формальных информационных моделей, описывающих статическую структуру связей разнотипных взаимозависимых объектов и являющихся основой для создания информационного, алгоритмического и программного обеспечения поддержки жизненного цикла изделий на этапе их проектирования (глава 2).

3. Разработка методических основ, позволяющих формализовать информационную модель, показывающую динамику изменения состояний жизненного цикла разнотипных объектов с учетом их версионности и взаимовлияния (глава 2).

4. Разработка метода построения интегрированной информационной среды на базе системы управления данными и ее интеграций с системами автоматизированного проектирования, позволяющего реализовать автоматизированное управление жизненным циклом разнотипных взаимозависимых объектов, представленных множеством версий, с учетом специфических особенностей процессов проектирования высокотехнологичной продукции (глава 3).

5. Программная реализация разработанных моделей и алгоритмов автоматизированного управления жизненным циклом разнотипных взаимозависимых объектов в интегрированной информационной среде на базе системы управления данными и ее интеграций с системами автоматизированного проектирования (глава 4).

6. Апробация разработанных теоретических и практических положений в условиях действующего предприятия, специализирующегося в области проектирования и производства высокотехнологичной продукции с дли