автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Научные основы, модели и методы анализа и синтеза производственно-технологических структур и системы управления созданием беспилотных авиационных комплексов

?Г6 \ Ц №

ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ УПРАВЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи УДК: 681.3.658.52.011.56

Алексеев Станислав Михайлович

Научные основы, модели и методы анализа и синтеза производственно-технолох'ических структур и системы управления созданием беспилотных авиационных комплексов.

Специальность: 05.13.10 — Управление в социальных и экономических системах

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 1998

Работа выполнена в Конструкторском бюро «Луч» МЭ РФ

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Кульба В.В.

- доктор технических наук, профессор Евтихьев H.H.

- доктор технических наук Усов Ю.Л.

Ведущая организация: ЦНИИ-3 МО РФ

Защита состоится _ на заседании

иссертационного Совета № 5 (Д 002.68.03) Института роблем управления РАН по адресу: 117806 Москва, л.Профсоюзная, д.65. Телефон Совета: 334-93-29.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке нститута проблем управления РАН.

Доклад разослан «_» _ 1998г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, кандидат технических наук

Власов С.А.

Общая характеристика работы

В диссертации, представленной 'в виде., научного доклада, систематизированы и обобщены результаты научных, методических и практических работ автора, выполненных и опубликованных в 1980 - 1998 г.г. в области создания комплекса взаимосвязанных моделей, методов и инструментальных средств анализа и синтеза

производственной структуры и базовых технологий проектирования и изготовления сложных современных технических систем на примере беспилотных авиационных комплексов (БАК), а также необходимого для этого алгоритмического, программного и информационного обеспечения автоматизированной системы планирования и управления реализацией указанных технологий.

Актуальность темы.

В условиях изменения военно-политической обстановки в мире, требующей поддержания оборонного потенциала России на должном уровне, и в связи с неблагоприятными экономическими условиями задачей чрезвычайной важности становится не только развитие и внедрение новых наукоемких технологий, элементной базы и материалов, но и скорейшая выработка принципиально новых подходов к самой организации процессов управления созданием и производством перспективных образцов вооружения и военной техники (ВВТ). При этом основными критериями эффективности этой управленческой деятельности являются ее комплексный характер, экономичность и максимальная автоматизация всего технологического цикла от разработки технического задания до организации серийного производства, а также конверсионная направленность при удовлетворении требований основного заказчика.

Анализ потенциальных и реальных возможностей кооперации предприятий оборонной промышленности, участвующих в разработке, производстве и испытаниях сложных образцов ВВТ и их основных компонент, обусловливает необходимость разработки новой

корпоративной стратегии создания единой системы близких по назначению и конструктивному воплощению, но различных по тактико-техническим характеристикам образцов ВВТ на базе единой концепции, методологической основы, моделей и методов анализа и синтеза соответствующих

производственно-технологической структуры и системы автоматизированного управления ее реализацией и функционированием.

Разработка подобной методологии осуществлена автором на примере беспилотных авиационных комплексов (БАК), которые являются весьма сложными системами, включающими разнородные технические средства, использующими передовое программно-алгоритмическое обеспечение и

предусматривающими активное участие человека в их функционировании. Весьма перспективным является использование БАК силами и средствами Федеральной пограничной службы, Министерства внутренних дел, Министерства по чрезвычайным ситуациям, Газпрома и других ведомств, деятельность которых зачастую осуществляется в условиях возникновения экстремальных ситуаций различного типа.

Применительно к созданию перспективных БАК использование предложенных методов и моделей и новой корпоративной стратегии управления позволяет существенно (более, чем на 15-25%) снизить затраты на разработку, производство и эксплуатацию БАК и повысить их тактико-технические характеристики.

При выполнении диссертационной работы автор опирался на труды отечественных ученых: Буркова В.Н., Глушкова В.М., Емельянова C.B., Ефремова В.П., Евтихьева H.H., Ицковича Э.Л., Кульбы В.В., Мамиконова А.Г., Моисеева H.H., Новоселова A.C., Павлова Б.В., Поспелова Г.С., Реутова А.П., Скопца Г.М., Ставровского Б.И., Усова Ю.Л., Цвиркуна А.Д., и других.

Цель работы.

Основной целью диссертационной работы является разработка теоретических основ, комплекса моделей, методов и инструментальных средств анализа и синтеза производственно-технологической структуры процесса создания сложных технических систем, а также интегрированной системы автоматизированного управления ее, реализацией и функционированием.

Методы исследования.

Основные результаты диссертационной работы получены и обоснованы с использованием аппарата системного анализа и исследования операций, матричной алгебры, теории графов, методов оптимизации и других разделов современной теории управления.

Научная новизна.

В результате проведенных исследований, анализа и обобщения опыта проектирования и производства БАК

различного класса и назначения и автоматизации управления их реализацией впервые предложены и разработаны:

научно-методологические принципы, концепция и основные положения «информационно-координирующей

корпоративной сквозной инфраструктуры», являющейся основой реализации эффективной стратегии проектирования и производства сложных технических систем;

единая методология анализа производственных и информационно-управленческих процессов, основанная на использовании матричных и графовых моделей материальных и информационных потоков;

- модели и методы анализа и синтеза систем контроля качества производства компонент БАК для классов последовательных, циклическо-последовательных и сетевых технологических структур обработки деталей;

- модели и методы синтеза типовых модульных систем обработки данных корпоративной автоматизированной системы управления проектированием и производством БАК;

постановки и методы решения задач выбора унифицированных наборов узлов БАК для различных направлений их использования и оптимизации многомерных комплектов их производства;

функциональная структура и комплекс технических средств корпоративной интегрированной автоматизированной системы управления проектированием и производством БАК.

Практическая ценность.

Разработанные в диссертации теоретические положения, методы, модели и «информационно-координирующая сквозная инфраструктура» позволяют формализовать, алгоритмизировать и автоматизировать основные этапы и процедуры процесса проектирования и производства сложных технических систем и комплексов военного и гражданского применения, в том числе БАК различных классов и назначений. Использование полученных результатов позволяет снизить общие затраты на проектирование и производство беспилотных авиационных комплексов на 15-25% и повысить их тактико-технические характеристики.

Исследования проводились в соответствии с требованиями основных положений новой Военной доктрины Российской Федерации, предусматривающей приоритетную разработку, производство и внедрение в войска высокоэффективных систем разведки, управления войсками и оружием, систем связи, высокоточных мобильных безъядерных средств поражения, а также систем их обеспечения. Результаты исследований послужили основой для выработки

предложений в Программу развития вооружений на 1996-2005 годы в части беспилотных авиационных комплексов различного назначения, разрабатываемых КБ «Луч», МКБ «Радуга», НИИ «Кулон», ОКБ «Сокол» и др.

Внедрение.

Эффективность разработанных в диссертационной работе методических положений, моделей, методов анализа и синтеза производственных и технологических структур, реализующих процесс создания БАК, и подсистем интегрированной системы автоматизированного управления их функционированием подтверждена положительным опытом их широкого использования при разработке БАК военного и гражданского назначения в организациях:

КБ "Луч" (г.Рыбинск), АО "Горизонт" (г.Москва), НПО "Бега" (г.Москва), АО "Камов" (г.Москва), АО "Рыбинские моторы" (г.Рыбинск), Рыбинский завод приборостроения (г.Рыбинск), ОКБ "Сокол" (г.Казань), ОКБ "Топаз" (г.Москва), ГОСНИИП (г.Москва) и др.

В целом, официально подтвержденный экономический эффект от внедрения разработанных моделей, методов и систем составил свыше 7 миллионов рублей в ценах 1998 года.

Апробация работы.

Научные положения, выводы и рекомендации, выдвигаемые автором в своих исследованиях, нашли свое отражение в содержании Программы развития вооружений в РФ на 19962005 годы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Первой научно-технической конференции по проблематике ДГША (Москва, 1976г.), XXIII Всесоюзной конференции по состоянию и перспективам цифровой обработки радиолокационных сигналов (Москва, 1978г.), IV Международной конференции «Проблемы управления в чрезвычайных ситуациях» (Москва, 1997г.), V Международной конференции «Проблемы управления безопасностью сложных систем (Москва, 1998г.), Всероссийской научно-практической конференции по проблемам всестороннего обеспечения боевого применения РВ и А в операциях и вооруженных конфликтах (С.-Петербург, 1998г.), Международной конференции "Управление в XX веке: Итоги и перспективы" (Москва, 1998г.), *■ Втором межведомственном научно-практическом семинаре "Проблемы и технологии создания и использования космических систем и комплексов на базе малых КА и орбитальных станций" (Москва, 1998г).

Публикации.

Результаты проведенных автором научных исследований опубликованы в 50 печатных трудах, использовались при разработке более чем 30 технических и рабочих проектов создания беспилотных авиационных комплексов.

Все основные результаты, представленные в работе, получены автором самостоятельно.

1. Особенности и проблемы разработки и создания семейства унифицированных беспилотных

авиационных комплексов многоцелевого назначения

Ускоренное развитие и внедрение перспективных технологий является основным фактором, влияющим на удовлетворение таких национальных потребностей как экономическая конкурентоспособность, энергетическая независимость, обороноспособность и т.п. Поэтому выбор основополагающих, так называемых «критических

технологий», на которых должны быть сконцентрированы усилия, становится задачей чрезвычайной важности.

Наряду с ускорением темпов внедрения технологических новшеств в промышленность, выпускающую гражданскую продукцию, обусловленным снижением военных расходов, способность российской индустрии к реализации своего технологического преимущества в сложных военных системах, обладающих высокими тактико-техническими характеристиками и экспортным потенциалом, будет оставаться важным национальным приоритетом.

Современные тенденции в развитии авиационной техники гражданского и военного назначения характеризуются повышением интереса к созданию беспилотных авиационных комплексов и расширению сферы их применения. Типовая структура БАК включает: беспилотный летательный аппарат (БЛА), наземный • пункт . управления (НГГУ), передвижную пусковую установку (ПУ), наземный пункт обработки (НПО), средства технического обслуживания (ТО).

БАК являются вспомогательным видом военной техники, обладающим, тем не менее, уникальным сочетанием функциональных и тактико-технических характеристик, которые способствуют сокращению общих затрат на разработку, производство и эксплуатацию вооружения различных видов вооруженных сил (ВС) и родов войск при поддержании заданного уровня их военно-технического потенциала. Они занимают особое место в структуре современных вооруженных сил при все усложняющихся условиях ведения боевых действий, стремлении ко всемерному снижению риска потерь личного состава и дорогостоящей пилотируемой авиационной техники, необходимости поддержания оборонного потенциала страны при ограниченных расходах на оборону.

БАК обладают следующими специфическими особенностями, выделяющими этот вид военной техники среди других:

резкое снижение риска потери личного состава, снижение его психофизиологической загрузки в боевых условиях, сокращение затрат на подготовку кадров;

участие в процессах управления летательными аппаратами и обработке информации человека-оператора, что позволяет обеспечить гибкое применение БАК в динамичных условиях современного боя при высоком уровне мешающих факторов и с персональной ответственностью за результаты;

повышение эффективности и снижение стоимости решения боевых задач, повышение боевой живучести БАК за , счет существенного снижения массогабаритных характеристик БЛА по сравнению с пилотируемыми аппаратами;

- принципиальная возможность решения широкого круга боевых и обеспечивающих задач, в первую очередь задач разведки и поражения наземных объектов в неприемлемых для пилотируемой авиации условиях;

допустимость введения беспилотных средств с их специфическими возможностями в те войсковые структуры, особенно низкого уровня, которые до сих пор не обладают возможностями проникновения - (физического или

информационного) в глубину обороны противника;

возможность резкого сокращения продолжительности времени от постановки боевой задачи до получения конечного эффекта (например, до получения

разведывательной информации потребителем) ;

высокая степень конверсионности, позволяющая с высокой эффективностью использовать БАК в МЧС РФ, Газпроме и других отраслях народного хозяйства.

Существенно, что наибольший эффект от использования комплексов с БАК достигается при их совместном применении и организации тесного взаимодействия с другими, как традиционными, так и перспективными видами ВВТ, что способствует существенному наращиванию их боевых возможностей.

К настоящему времени определены следующие важнейшие сферы применения комплексов с БАК:

- ведение воздушной разведки в интересах информационного обеспечения планирования военных операций (там и тогда, когда применение пилотируемой авиации неэффективно или невозможно);

- непосредственное информационное обеспечение ударных действий по наземным объектам (обслуживание стрельбы) ракетных и артиллерийских средств, а также авиации;

- нанесение ударов по наземным объектам (в первую очередь по объектам системы ПВО) в условиях, требующих

распознавания целей и связанных с высоким риском потери летательных аппаратов;

оперативное обеспечение устойчивой радиосвязи в сложных географических условиях;

- постановка радиопомех.

Комплексы с БАК представляют также интерес для военизированных формирований Федеральной пограничной службы. Министерства внутренних дел, Министерства по чрезвычайным ситуациям и других ведомств, осуществляющих свою деятельность в условиях, приближенных к боевым, т.е. в экстремальных ситуациях. Весьма эффективно и экономически выгодно применение БАК как средства' мониторинга земной и водной поверхности, воздушного пространства, в том числе для целей экономической разведки в интересах ведомств и предприятий, осуществляющих добычу и транспортировку нефти и газа, охрану окружающей среды, контроль транспортных потоков, обеспечение рыболовства и т.п.

В России работы по созданию беспилотной авиационной техники ведутся с 50-х годов, когда были созданы первые самолеты-мишени. В настоящее время эта техника представлена рядом комплексов, которые можно условно разделить на четыре поколения.

К первому поколению БАК, появившемуся в 50-х годах, относятся комплексы с автономными и дистанционно управляемыми воздушными мишенями, например, серийно выпускавшаяся воздушная мишень Ла-17.

Второе поколение БАК представлено комплексами с беспилотными самолетами-разведчиками (БСР) разработки АНТК им. А.Н. Туполева и ОКБ «Сокол», которые были приняты на вооружение и выпускались серийно («Стриж», «Рейс», «Крыло»).

К комплексам третьего поколения, разрабатываемым с начала 80-х годов относятся комплексы с ДПЛА (Строй-П). Работы по созданию БАК 4-го поколения ведутся в России с конца 80-х годов.

Известен также положительный опыт разработки, эксплуатации и боевого применения с начала 70-х годов ряда беспилотных комплексов в иностранных армиях AN/USD-S01, AN/USD-502 (Канада, Англия, Германия, Франция), «Mirach-100/150» (Италия), «Epervier» (Бельгия)', «Model 324», «Model 350» (США), «Pioneer» (Израиль, США) и др.

Технический образ разрабатываемых в настоящее время беспилотных комплексов закладывался 15-20 лет назад,

когда в качестве основного вида возможных боевых действий рассматривалась крупномасштабная война с массированным использованием различных видов ВС и родов., войск, а финансовые ограничения при разработке и производстве вооружения и военной техники в расчет практически не принимались. В условиях разработки новой Военной доктрины в России, образования качественно новой военно-политической обстановки и экономических условий создания военной техники, значительных изменений в отношениях кооперации предприятий, участвующих в разработке и производстве вооружений, требуются проведение детального анализа состояния разработки и создания БАК, их роли и места в перспективной системе вооружений России, учет реальных возможностей предприятий промышленности, участвующих в создании и эксплуатации этих комплексов на всех этапах их жизненного цикла, в том числе накопленного этими предприятиями научно-технического задела, а также реальные возможности финансирования разработки и изготовления этого вида военной техники. Разработка нового подхода к созданию единой системы беспилотных комплексов для Вооруженных Сил Российской Федерации и соответствующих теоретических, методологических и прикладных основ организации их разработки, производства и эксплуатации является основной целью данной диссертационной работы.

Разработка и использование локальных АСУ технологическими процессами (АСУТП), автоматизированных систем организационного управления (АСУП), систем автоматизации проектирования (САПР) и других автоматизированных систем, как правило, ограничивает общую эффективность средств автоматизации и сдерживает ее дальнейший рост. Поэтому основной задачей повышения научно-технического уровня и эффективности

автоматизированных систем управления на предприятиях военного комплекса является кооперация предприятий и интеграция различных видов АСУ, рассматриваемых как компоненты единой интегрированной системы, призванной обеспечить согласованное взаимодействие различных звеньев системы управления проектированием, производством и испытанием БАК, а также согласованное совместное использование различных видов средств автоматизации как общесистемных компонентов ИАСУ для наиболее эффективного достижения совокупности поставленных целей управления. Кроме того, конверсия и растущая конкуренция на мировом рынке товаров и услуг заставляют производителей

заботиться о конкурентоспособности своей продукции. Помимо традиционных способов ее повышения, таких как снижение стоимости, повышение качества, надежности и эффективности, расширение функциональных возможностей БАК все большую актуальность стали приобретать следующие:

снижение затрат на разработку, выпуск, эксплуатацию, ремонт и утилизацию БАК, определение оптимальных типорядов его компонент;

- минимизация ошибок при разработке компонент БАК и брака при выпуске их деталей и узлов, обеспечение простоты и удобства эксплуатации и обслуживания;

быстрота реакции на потребности рынка за счет простоты модификации представителей типорядов компонент БАК;

доступность актуальной информации и простота ее обработки;

снижение временных и материальных затрат на обучение персонала.

Следует также отметить, что при усложнении автоматизируемых систем требуется учет все большего числа факторов, в том числе и из других предметных областей. Отчасти эти проблемы решались объединением различных САПРов в интегрированные системы за счет физического объединения баз данных. Однако, при этом полностью отсутствовала увязка их логических структур, что приводило к фрагментации информации, многократному дублированию данных, несовместимости различных

представлений об одном и том же изделии, невозможности оптимизации тактико-технических характеристик БАК и организационно-технических мероприятий по их разработке, испытаниям и серийному производству.

Указанные проблемы могут быть решены за счет согласования информационных представлений об изделиях и процессах, организации активного обмена согласованной информацией между деловыми партнерами, исчерпывающего анализа всех факторов, влияющих на конкурентоспособность изделий в современных условиях.

Все эти подходы предлагается объединить в рамках стратегии, разработанной в КБ «ЛУЧ» и получившей название «Информационно-координирующая корпоративная сквозная инфраструктура» (ИККСИ).

Эта стратегия направлена на эффективное создание, обмен, управление и использование электронных данных, поддерживающих жизненный цикл БАК с помощью отраслевых стандартов, реорганизации предпринимательской

деятельности и использования передовых технологий. Она включает также стандартный набор правил организации деятельности головного разработчика (КБ «ЛУЧ»)., и смежных предприятий, инструменты для интеграции предприятий, автоматизации деятельности существующих предприятий, системы создания технической документации, электронного обмена данными для организации поставок по принципу «точно вовремя» и т.д. ИККСИ - это прежде всего информационная стратегия, пересмотр путей ведения бизнеса, набор инструментов и стандартов создания сложной ' техники, более эффективное использование текущей информации, новые методы сотрудничества между предприятиями и самое главное - изменение взгляда органов управления на проблему совершенствования законодательной базы для установления цивилизованных отношений в области производства и бизнеса. ИККСИ-стратегия дает максимальный эффект в наукоемких отраслях, для которых характерны высокие капиталовложения и повышенная потребность в высококвалифицированных работниках, доля которых достигает 50%. Развитие таких производств требует создания скоординированной стратегии научно-

исследовательских и опытно-конструкторских работ, предполагающей долгосрочное планирование, стабильные источники финансирования и возможность использования зарубежного научно-технического опыта.

В России исторически наукоемкие производства были сосредоточены в военно-промышленном комплексе (ВПК), где фондовооруженность рабочего места в 4 раза выше, чем в других отраслях, а концентрация высококвалифицированных работников достигает 40%. На наш взгляд, внедрение ИККСИ-стратегии наиболее эффективно может быть осуществлено именно на предприятиях ВПК, так как эти предприятия в рамках конверсии и военно-гражданской интеграции должны решать вопросы структурного перепрофилирования

производства и высвобождения рабочих мест. Использование этими предприятиями ИККСИ-стратегии может способствовать предохранению экономики от конверсионного спада производства, а также сохранению инновационного потенциала и мобилизационных возможностей ВПК на случай осложнения международной обстановки.

Использование ИККСИ-стратегии объединяет

разнообразные научно-технические знания, полученные при проведении военных и гражданских исследований, что в итоге позволяет снизить издержки производства как гражданской продукции, так и современных вооружений. Для

российской военной промышленности ИККСИ-стратегия особенно важна, так как в настоящий момент эта промышленность характеризуется четким организационным разделением разработчиков и производителей вооружений.

В качестве преимуществ предлагаемой ИККСИ можно выделить:

- отсутствие дублирования различных работ как в области одного проекта, так и между проектами различных БАК;

- устранение противоречивых стандартов;

- реализация взаимного обмена данными по поддержке жизненного цикла БАК на всех его стадиях.

- экономия времени, параллельное выполнение работы, уменьшение количества ошибок и переделок за счет совместного использования данных в рамках «расширенного предприятия»;

- надежное централизованное хранение всего множества проектных данных, которые представляют собой полное электронное определение компонент БАК;

защита данных, исключающая несанкционированный

доступ;

- архивирование и резервное копирование, позволяющее быстро восстанавливать данные в случае их разрушения;

управление атрибутными данными, обеспечивающее немедленный доступ к информации об изделии, которая не является графической;

электронное управление процессом проектирования, визуализацией и процедурами утверждения проекта, обеспечивающее рациональный и эффективный цикл работы.

Основными областями применения ИККСИ являются: совершенствование и автоматизация деятельности в области разнородных процессов, поддерживающих все этапы жизненного цикла продукции; управление поставками в течении всего жизненного цикла продукции (от создания концепции изделия до его утилизации); электронная интеграция организаций (предприятий), участвующих на различных этапах жизненного цикла продукции; управление поддержкой всех операций жизненного цикла выпускаемой продукции. Наиболее эффективно использование ИККСИ применительно к структурно, функционально и конструктивно сложным изделиям, представляющим собой комплексы (системы)" разнородных технических средств, устройств и подсистем, действующих в сложной внешней обстановке, в том числе, в условиях антагонистического противоборства с противостоящими системами противника.

Опыт КБ «Луч» и проведенные исследования показывают, что для того, чтобы быть конкурентоспособным, недостаточно вкладывать средства только в современное производственное оборудование, компьютеры, коммуникации и программное обеспечение. Необходимо также вкладывать соответствующие средства в организацию процессов всех видов деятельности комплекса взаимосвязанных предприятий и реинжениринг этих процессов, способствующий достижению указанных выше целей при создании новых изделий. Ключевым фактором достижения эффективной организации

проектирования и производства является создание, доступ и управление информацией, ■ которая необходима участникам процессов проектирования и производства. ИККСИ позволяет использовать всю совокупность порождаемой и обрабатываемой информации таким образом, чтобы любая работа могла быть выполнена более эффективно и по возможности оптимально при значительном сокращении необходимого для этого времени и обеспечении удобного и санкционированного доступа к данным. Это обеспечивается созданием и внедрением электронной модели компонент БАК, которая содержит всю информацию, необходимую для процессов их проектирования и производства, а также использованием определенного механизма работы с данной моделью. Так как модель изделия создается сначала в проектной сфере различными проектными и конструкторскими организациями, то должна обеспечиваться возможность совместного использования имеющейся информации, чтобы, таким образом, создавалась среда . параллельного проектирования (Concurrent Engineering). Так как электронная модель интегрирует в себе информацию об изделии во всех его аспектах, важным моментом является то, что определенные части этой информации, содержащейся е модели, доступны всем подразделениям и службам предприятий через интерфейсы к их специальным системам.

К числу основных компонентов, составляющих ИККСИ-стратегию, относятся следующие технические и программно-алгоритмические системы и средства:

инструментальный комплекс интегрированных программных средств для автоматизированного

проектирования изделий;

средства реализации технологии параллельного проектирования в режиме группового использования данных;

- системы инженерного анализа;

системы автоматизации технологической подготовки производства;

система управления проектными и инженерными данными;

- системы визуализации и разработки документации;

- средства обмена данными и стандартные интерфейсы к специализированным системам;

средства разработки прикладного программного обеспечения;

методика анализа предприятий в проектно-технологической, производственной и управленческой сферах для реинжиниринга существующих процессов.

Основным моментом, который связывается с внедрением ИККСИ, является осознание и продвижение новой проектно-конструкторской философии, которая заключается в перемещении инженерной деятельности персонала со статического ведомственного процесса разработки в интегрированный процесс создания изделий на основе расширенного предприятия (комплекса предприятий), предполагает включение в совместную работу всех участников - специалистов -по конструированию, технологической подготовке производства, вопросам качества, покупки, продажи, маркетингу, поставщиков, заказчиков. Участники такого коллектива, работая в качестве тесно взаимодействующей многопрофильной группы, могут внести значительные улучшения в общий процесс разработки, особенно на ранних этапах.

Теоретико-методологическое обеспечение реализации ИККСИ стратегии и соответствующей корпоративной автоматизированной системы (КАС «ЛУЧ») составляют последующие разделы представленного научного доклада.

2. Разработка обобщенных структурных моделей интегрированных производственных систем __

Целью разработки обобщенных структурных моделей и методов анализа интегрированных производственных систем является создание технологической модели

производственного процесса, с использованием которой исследуются альтернативные варианты его организации и управления. В свою очередь, множество альтернативных вариантов является исходным для выбора оптимальных по заданному критерию эффективности изделий (БАК), структуры производственной системы, базовых технологий производства компонент изделий, информационного и алгоритмического обеспечения системы оперативного планирования и управления реализацией этих технологий.

При анализе технологических и информационных взаимосвязей в производственной системе необходимо выполнить следующие процедуры:

1) показать наличие или отсутствие в структуре исследуемой системы необходимых элементов и соответствующих взаимосвязей;

2) определить уровни системной иерархии;

3) специфицировать подсистемы внутри уровней;

4) определить сильносвязные компоненты системы;

5) оценить основные показатели производственной системы (производительность, загрузка оборудования, эффективность, гибкость, возможность и качество выполнения производственной программы, характеристики информационных потоков, затраты и т.д.).

Комплексный анализ совокупности выполняемых технологических операций производственного процесса сопряжен, как правило, с серьезными трудностями как математического, так и технического характера. Это обусловлено прежде всего большой размерностью подобных задач и сложностью формализации ряда операций.

При анализе технологических процессов необходимо использовать следующие виды типовых математических моделей, установленные ГОСТ 23501.108-85: структурные модели, применяемые для определения состава и взаимосвязей операций технологического процесса; количественные модели, применяемые для расчета количественных характеристик, оценки вариантов проектных решений, получаемых по структурным моделям (ГОСТ 14001-73, ГОСТ 24301-80 и др.).

В настоящее время известны и используются следующие типы структурных моделей: табличные сочетательные перестановочные, сетевые и др.

Все эти модели предназначены в основном для решения локальных специализированных задач анализа отдельных производственных подсистем. Поэтому в работе предложена универсальная комплексная модель, предназначенная для анализа технологии функционирования производственных систем и соответствующих систем обработки данных и управления. Основой данной модели являются матричные и связанные с ними графовые модели.

2.1. Методы и модели анализа структуры материальных потоков и технологий

производства дискретной продукции

Создание современных автоматизированных производств БАК связано с рациональной комплектацией

многофункциональных базисных элементов оборудования в автоматические и полуавтоматические модульные комплексы, обрабатывающие поступающие материальные потоки. Автоматизация управления такими комплексами, в свою очередь, должна базироваться на моделировании технологической структуры производства и циркулирующих в ней материальных потоков.

Построение матричных и графовых моделей материальных потоков осуществляется с использованием следующего комплекса процедур.

1) Формирование исходных данных.

Систему обработки продукции в производственной системе представим в виде множества маршрутно-операционных технологий {Т,}, определяемого номенклатурой

изделий Ке; е=1,Е.

■ Каждая технология производства изделий представляется в виде упорядоченного множества пар «технологическая операция - технологическая операция». При этом каждую маршрутно-операционную технологию можно представить вектором:

Т.Ч!'}; е=ПЁ; •

Здесь V,- количество технологических операций в е-ой технологической цепочке.

2) Построение множества отличающихся технологических операций.

Выделим из всего множества технологических операций П", {'*)} множество Т отличающихся операций:

е=1

где 1°еТ, если для е=1,Е . Элемент ^

соответствует подмножеству С^, которое включает в себя операции одного типа: (^=131°.

е

3) Упорядочение множества отличающихся операций.

Проведем разбиение множества , на

подмножества 0(, 1,Л2 ; <Л, следующим образом. Если известна номенклатура оборудования, составляющая тexнoлoгичeqкyю структуру предприятия, то в таком случае подмножества образуются при наложении множества видов применяемого оборудования на множество непересекающихся элементарных операций Т={^}, т.е.

где

л

{1, если } - ая операция вполнима на 1 - ом тип оборудования О, если нет.

Если состав оборудования предприятия неизвестен, то операции группируются в соответствии с действующими нормативными классификаторами технологических процессов.

Критериями группировки при этом могут служить: габаритные показатели, тип материала, масса изделий, виды поверхностей, типы инструмента, допуски :на обработку, характер обработки и т.д. Для группировки операций используются вектора параметров \У=(здг|,...,\у2)1), ъ=\,Ъ. Группы операций 01 определяются по формуле:

О-ии^КЮх,;), (1)

Нг=1

1, если операция

где Ху =1.

' 10, если нет

Каждому сформированному подмножеству сопоставляется

элемент технологического оборудования aj, ¡=1,.12, который может выполнять все виды элементарных технологических операций, входящих в группу О;.

Множество элементов {а;} составляет минимальную производственно-технологическую структуру предприятия, достаточную для реализации всей номенклатуры изделий.

4) Отображение взаимосвязи элементов созданного множества.

Отобразим взаимосвязь элементов множества {а^ в виде матриц ={<!,"}; е=1,Е; >0=1,^ • Элемент множества с!*=1, если существует направленная связь между элементами и а^ определяемая е-ой маршрутно-операционной технологией, причем операция aj непосредственно предшествует операции а^; «1^=0 в противном случае.

Таким образом строится множество матриц семантической смежности {О,}; е=!,Е; 1)е = ,

5) Составление общей матрицы смежности.

Для определения взаимосвязей элементов

производственной системы независимо от принадлежности их к отдельным технологическим цепочкам запишем общую матрицу смежности В* = {Ь^}; ¡,.¡=1,^, представляющую собой объединение Е матриц {Э,}.

Элемент матрицы Ь^ = 1, если существует

направленная связь от а; к а^ в хотя бы одной из Е маршрутно-операционных технологий:

е=1

В результате формируется матрица В*, проиндексированная по осям элементами aj, I = 1,Л2 .

Матрице В ставится в соответствие орграф технологической структуры 0(А,В ), множеством вершин которого является множество виртуальных элементов {а;}, а множеством дуг - множество В* = {Ь^}, »,]=1,.12.

6) Формирование матриц достижимости.

Для выделения в структуре системы входных и выходных элементов, связных групп элементов, определения их состава и соподчиненности формируется множество матриц

технологической достижимости {М,,}.

Для этого каждая матрица из множества {В^} последовательно возводится в целую положительную степень п; п = 2,^2-1), где ]2 - множество виртуальных элементов а,, входящих в Е маршрутно-операционных технологий. При этом образуется множество матриц к = 1,Е.

Элементы Ь,'(п); 1, 1, Л 2 матрицы В£ определяются итеративно по формуле:

ьГ^сьГЧ"-"-

1с)г

Элементы матрицы достижимости определяются по формуле:

I 1* <п>

1, если Ь^ >1,

п = 1((^ -1),

О, если Ь^Ы = 0.

Элемент матрицы если в к-ой маршрутно-

операционной технологии существует направленный путь из элемента а1 к элементу т' =0, если такой путь

отсутствует.

7).Составление общей матрицы достижимости М*.

Элемент матрицы М* ш- =I, если существует направленный путь из элемента ai к элементу а^ в хотя бы одной маршрутно-операционной технологии:

е

Элемент матрицы. М можно определить путем

последовательного возведения матрицы В* в целые

положительные степени п, п=2,и2-1 :

1,

РК»! •^,/1.<,1-1>1.111-,>

а = ьл •

Элементы матриц М определяются по формуле:

1, если

О, если |3*(п) =0.

= I,

8) Анализ полученной матрицы М*.

Элементы =1 образуют подмножество элементов,

достижимых из . Это подмножество образует множество достижимости элемента ак:Яд(ак). Элементы = 1 образуют подмножество элементов, из которых достижим ак. Это подмножество образует подмножество предшествования элемента ак:К0(ак).

Таким образом выделяются множества достижимости и предшествования для любого элемента а(:

{Ид(а,)>;; (Кв(а1)>; ¡ = 07-

Элемент ак является входным для системы, если Яп(ак)=ак. На графе С(А,В*) он отображается в виде корневой вершины.

Элемент ак является выходным для системы, если

Нд(ак)=ак. На графе 0(А,В*) он отображается в виде висячей вершины.

Если в строке или столбце элемента а! можно указать

один или более элементов матрицы достижимости М , для которых:

то все множество элементов {а^}, включая элемент ai, является сильно связной компонентой С(а;). В множество С(а^ входит подмножество элементов, которые все включены по крайней мере в один цикл.

Таким образом, получена в общем случае неупорядоченная структурная модель технологии

функционирования производственного объекта.

9) Упорядочение элементов системы по уровням иерархии.

Упорядочение проводится итеративно, начиная с высшего уровня Ь0, с использованием формулы:

В результате получаем упорядоченные матрицы В и М . В соответствии с полученными уровнями иерархии строится орграф 0(А,В*)-

10) Выделение множеств предшествования и достижимости для каждого элемента производственной системы.

В построенном упорядоченном графе 0(А,В ) выделяются

следующие множества вершин:

Р(Ь,) - множество вершин уровня Ь, ;

- множество вершин, не связанных внутри уровня;

С, - множество элементов, образующих циклы в Ц; 51={а,еЬ1/ад(а1)={а1}};

С, ={3,6^/1* д(а,)={а,}} ;

С = {С,}; Б = {Б,}; Р = С1)5.

11) Декомпозиция элементов системы на подсистемы.

После выделения данных множеств проводится декомпозиция, т.е. формирование нового множества виртуальных элементов системы:

У(А) = у2>--->уу} I к = и; ¡¿¡г-

Здесь vi - подсистема, определяемая как подмножество элементов из множества А, входящих в какую-либо сильносвязную компоненту, либо элемент множества Б. Таким образом, подсистемы определяются как последовательности сильносвязных компонент, достижимых и предшествующих друг другу и имеющих минимальное число связей с другими последовательностями. По результатам декомпозиции системы составляются новые структурные матрицы,

проиндексированные по столбцам и строкам элементами из множества V={Vj}) ¡ = 1,.): матрицы смежности В, {В,},

е=1,Е; матрицы достижимости М.

Физически объединение элементов в сильносвязные компоненты означает группировку оборудования из множества С(а,) в единую автоматизированную обрабатывающую ячейку (АОЯ).

Эта группировка позволяет в дальнейшем иметь дело со структурной моделью, в которой отсутствуют циклы, что значительно облегчает анализ системы. Кроме того, подобная декомпозиция позволяет выделить транзитивные (избыточные связи) между элементами vj исследуемой системы.

Таким образом, использование описанной выше структурной матричной модели обеспечивает:

1) формирование и модификацию матриц взаимодействия элементов производственной системы;

2) формирование матриц достижимости элементов системы;

3) определение множеств предшествования и достижимости для каждого из элементов системы;

4) определение уровней иерархии элементов

проектируемой системы;

5) определение сильносвязных компонент внутри каждого уровня иерархии;

6) декомпозицию системы на подсистемы;

7) выделение избыточных связей между элементами исследуемой системы.

С использованием предложенной модели получены аналитические выражения, позволяющие определять различные количественные и качественные характеристики допустимых альтернативных вариантов реализации производственных операций по обработке на заданном наборе оборудования поступающих входных компонент и изготовлению заданной номенклатуры изделий.

Суммарное время обработки партии изделий по е-ой технологии определяется по формулам:

для однопрограммного режима обработки:

Т» = п«(£1Х)/ к4еке; > )

для многопрограммного режима изготовления однотипных изделий:

> j »"«

где п, размер партии изделий, обрабатываемой по технологии е, к, = {Ц}. Элемент Ц матрицы к, есть ¿-мерный вектор к,* =(11,11> - Л'- >с + г = (К Элементы , 1 = \,т вектора к^ соответствуют материальным характеристикам обработки изделий по е-технологии на виртуальном блоке производственной системы к^. Элементы

, ¡ = 1,с содержат информационные характеристики обработки изделия на этом блоке.

Элемент к^ количественной матрицы ке соответствует ' характеристикам (материальным и информационным) блока а, производственной системы. Элемент к^, ¡з^, характеризует перемещение изделия от позиции данной е-ой маршрутно-операционной технологии к позиции а^.

При этом экономия суммарного времени в многопрограммном режиме при обработке изделий определяется в виде:

Предложены методы анализа зависимостей суммарных

времен обработки партий изделий для отдельных технологических цепочек от различных параметров системы.

Подобный анализ используется для:

- установления необходимых изменений параметров блоков производственной системы, ведущих к увеличению ее быстродействия;

- уточнения характеристик быстродействия системы при изменении значений некоторых ее параметров;

- оценки погрешностей расчета характеристик производственной системы по неточно определенным параметрам.

Средняя загрузка блока при обработке партии

изделий п, определяется для многопрограммного режима работы системы следующим образом:.

а для однопрограммного режима:

К?*. =П«ки /Т«> к.)ек.'

Для определения мгновенной загрузки каждого блока введена следующая булева функция:

1, если блок j загружен; О, если нет.

Для определения мгновенных загрузок блоков при обработке по е-ой технологии каждую технологию представим в виде вектора:

Тгь = (1„12.....о.

Тогда время начала обработки к-ым (по порядку) блоком п-го изделия партии определяется по формуле: +тахОп,„1дХп -!) + !,; к = 1,те, п = 1,Ые> ^ €Теь, гДе '<» ~ момент времени начала обработки е-го изделия партии, изготавливаемой по е-ой технологии.

Момент окончания обработки к-м блоком п-го изделия партии определяется по формуле:

С =Пп+тах(10.1, 1Дп-1) + {ое.

Выражение для определения мгновенной загрузки блоков имеет вид:

г(« =

Г«{1)_|Ь если ^ е< Рь.Ль,]}; п = 1,Ые, е = 1,Е,

е [0, если нет. Для однопрограммного режима время начала обработки

п-го изделия к-м блоком определяется по формуле:

Гк-1

а время окончания:

IV. =1. +

I».

блоков

при

гь(1) =

Выражение для мгновенных загрузок однопрограммном режиме работы имеет вид:

1 = | 1, если ^ е^, С^], п = 1,1*е, е = 1,Е,

[О, если нет.

Средняя загрузка подсистемы, соответствующая обработке изделий по е-ой технологии для однопрограммного режима:

к=1 ¡>1 ¡.I

для многопрограммного режима: • j

Мгновенная загрузка подсистемы: для однопрограммного режима:

Г!(0* 1^(1) /п..; е=ПЁ _к=1

для многопрограммного режима:

г#.(0= 1гко(0 /т.; е=1Д

Для всех характеристик загрузки системы: 0<Яек,Гк)Яе,Ге(1)<и к=Гт7.

Выигрыш в загрузке системы при переходе от однопрограммного режима к многопрограммному определяется по следующей формуле:

Ре=11Ж.

С использованием полученных выражений анализируется влияние на основные характеристики производственной системы изменения времени работы одного или нескольких блоков (обработка, транспортировка, контроль и т. д.) системы при обработке отдельных изделий партии, в том числе при различных сбоях. Полученные характеристики являются основой для расчета таких параметров системы.

^ =1<» +

п

как вероятность выполнения производственной программы по объему и номенклатуре; реальная продуктивность отдельных видов оборудования и всей производственной .. системы в целом; себестоимость производства продукции, различные временные затраты и т. д.

2.2. Методы и модели анализа информационных потоков в системах управления

Разрабатываемый комплекс процедур анализа системных и технологических характеристик множеств задач обработки данных позволяет на этапе предпроектного обследования определять параметры их типовости и возможности построения типового программного и информационного обеспечения систем управления. Он включает:

построение и структуризацию технологических графов решения задач обработки данных;

построение единого интегрированного граф^ решения множества задач обработки данных, включающего общие и специфические части технологий решения отдельных задач;

определение параметров типовости элементов и частей интегрированного графа.

В качестве объектов анализа рассматриваются задачи обработки данных Z={za, п = 1,М}, решаемые пользователями в рамках определенных функциональных подсистем. Исходной информацией, сообщаемой пользователями разработчику, является множество информационных элементов

О11 = ] = и отношение предшествования 11° между

элементами.

Таким образом, каждой задаче соответствует направленный граф ,Сп=(0\Ип), где 0° = {<^}, j = I,J° множество вершин графа, означающих информационные элементы задачи Z11, представляющие собой информационные массивы, наборы данных, блоки записей или данные в зависимости от уровня типизации параметров, на котором проводится анализ рассматриваемых задач; 11° =(И.!!иК") -множество отношений, в которых находятся между собой элементы графа С, здесь - отношения, характеризующие технологическую связь между элементами графа в', при которой происходит алгоритмическое преобразование информационных элементов; - отношения, характеризующие

передачу информации с одного технологического этапа на другой без ее обработки. Множеству соответствует

множество дуг графа в'. Каждому графу С соответствует матрица смежности А"=|а?| размерности .("х.!11, проиндексированная по строкам и столбцам множеством информационных элементов Б". Элемент матрицы А° равен 1, если элементы и с!™ графа О" связаны отношениями типа

ИЦ , и равен 0 в противном случае.

На основе имеющихся матриц смежности строятся соответствующие им матрицы достижимости, используемые для разбиения графов 0° на связные подграфы и части подграфов, соответствующие этапам и уровням преобразования информационных элементов. В результате

каждый граф й1 разбивается на подграфы иО°=С,

ч

таким образом, что каждый подграф ,0° является связным, а связи между элементами определяются отношениями типа . Подграфы связаны между собой отношениями типа

Л,. Таким образом, каждый граф в,, задачи разбивается на связные компоненты, которые соединены между собой совокупностью дуг, соответствующих отношениям И, типа разреза или перешейка, то есть такими отношениями, устранение которых не нарушает полноты связности каждой компоненты. Каждая связная компонента представляет относительно замкнутый технологический этап обработки данных, характеризующийся определенными промежуточными результатами.

Выполненное преобразование позволяет проводить сравнительный анализ множества задач применительно к типовым этапам обработки данных (ввод, контроль, обработка, выборка, редактирование и др.) без снижения общности получаемых результатов. Такая декомпозиция исходной задачи позволяет существенно снизить размерность математических объектов, которыми

приходится оперировать в процессе решения задачи анализа. Автором предложена формальная процедура построения уровней графа О" .

Операции выделения уровней графа в" проводятся для каждой задачи обработки данных.

Кроме того, в каждом графе 0° для упрощения их

последующего анализа выделяются и свертываются имеющиеся направленные циклы. Каждая циклическая составляющая графа заменяется на один информационный элемент, от которого отходит дуга к следующему уровню обработки. Найденные циклические составляющие различных задач сравниваются между собой и, в случае совпадения, заменяются на одни и те же информационные элементы.

Структурированный граф взаимосвязей информационных элементов задачи, преобразованный к виду, не содержащему

циклы обработки, называется скелетным графом в" задачи . Он состоит из ряда уровней или непересекающихся подмножеств вершин, каждая из которых является выходным результатом обработки предыдущего уровня или подмножества информационных элементов. Между, вершинами одного уровня связи отсутствуют. Все дуги на графе направлены в одну сторону от уровня, содержащего входные элементы задачи, к уровню, содержащему его выходные элементы.

С использованием графа й" определяется подмножество процедур обработки данных, необходимых для решения задачи

п = 1,Ы. Предложен алгоритм определения данного подмножества.

Далее для каждого графа С построим в соответствии с новой индексацией процедур и информационных элементов

расширенную матрицу смежности А0' размерности

Построение единого интегрированного графа

осуществляется путем выполнения операции «наложения»

графов С и заключается в совмещении идентичных уровней каждого графа и идентичных вершин в каждом уровне. В результате формируется интегрированный граф 0°, которому соответствует матрица смежности А°=|а?| ¡^=1,1, полученная путем логического сложения матриц А°":А° = А0' VА0*v...vA0" . Каждый элемент матрицы А0

^ о о, 0. о

определяется следующим образом: а^ =а;у vaijгv...vaij•.

Для определения параметров типовости элементов и частей графа 0° строится матрица М0, необходимая для анализа процедурной общности рассматриваемых задач. Матрица М0 имеет размерность |1)|х|2), где |1)| и \2\

n -

мощности множеств и=иип, Z={ZI1}, п = 1,Ы.

П=1

Элементы матрицы М0 принимают значения:

= 1' если процедура используется в п-й задаче,

а„| = 0, в противном случае.

Таким образом, с помощью операций «выравнивания» и «наложения» графов отдельных задач формируется общий

интегрированный граф в0=130" технологии решения задач,

и

матрица смежности которого является результатом логического сложения матриц смежности анализируемых задач. Характеристики типовости интегрированного графа определяются как мощности подмножеств множества анализируемых задач, для которых эти элементы являются

n __n _

общими: = 11=]Са1> 1 = 1,Ь-

0=1 П=1

Полученные на этапе предпроектного обследования параметры типовости интегрированного графа технологии позволяют последовательно оценить возможность и целесообразность проведения работ 'по типизации проектных решений в области информационного, программного обеспечения и СОД в целом. Такая оценка осуществляется путем последовательной кластеризации задач,

представленных в интегрированном графе по критериям близости (подобия) информационных, процедурных и технологических характеристик задач обработки данных. В качестве показателя подобия двух задач 2~л ьлбран показатель Жаккарда, обеспечивающий адекватное

представление о взаимном подобии задач:

£ = Рм/(Рм + Р,0 + Р01), где ' Р„ - количество общих элементов у сравниваемых объектов, Р)0 и Р01 - соответственно, количество элементов, присутствующих в 2р-й задаче и отсутствующих в и, наоборот. Для определения'

подмножеств задач, достаточно близких по составу обрабатываемых в них информационных элементов или используемых процедур, выбирается некоторое пороговое значение показателя подобия (¡;„ или, соответственно, <£„) . Как показали исследования, в качестве порогового целесообразно выбирать значение показателя подобия, равное 0,.3.

Для выделения подмножеств технологически близких задач, каждую из них рассматривают как точку трехмерного евклидова пространства Е3 с координатами (I/т|п, I / и, 1 / Тп),

n = 1, N , где

П„ = (^г)") / J" - средний вес вершин графа G";-

Н

l"

U = t°) / L" - средний вес дуги графа G" ;

1=1

*i=(5>')/J" ~ средняя связность графа G°, введенная

с использованием приведенного декартова произведения на множестве вершин D" .

Разбиение множества Z={Zn> n=l,N} в пространстве Е3 на классы эквивалентных задач по совокупному показателю подобия, учитывающему как близость процедурного и информационного состава задач, так и степень их процедурной связности осуществляется с помощью методов теории автоматической классификации и совокупности матричных моделей. Мерой близости выделяемых в классы эквивалентных задач служат задаваемые критические расстояния (ZJ,,Zl))eR(plp)c5>p(Zp)Z(1)<P|[p, значения которых

выбираются близкими к min p(Z Z ) p,qe{n}.

р.ч 4

Полученные в процессе анализа множеств задач обработки данных характеристики и величины используются для синтеза типовой структуры автоматизированной системы управления созданием БАК.

3. Методы и модели анализа и синтеза систем контроля качества производства БАК

Одним из важных аспектов повышения эффективности функционирования системы производства БАК является обеспечение такого уровня качества обработки и выпуска продукции, чтобы доля брака в ней была минимальной и не превышала заданного значения.

Под уровнем качества обработки и выпуска продукции в производственной системе будем понимать некоторую функцию вероятности появления брака, то есть события, заключающегося в том, что на каком-то этапе обработки производится продукция, не совпадающая по значениям своих параметров с требуемым уровнем (в пределах заданной точности).

Механизмы обеспечения заданного уровня качества при обработке продукции представляют собой совокупность методов контроля, выявления и устранения брака в исходных материалах, комплектующих изделиях, сырье и получаемой продукции, либо исключения некачественных изделий и полуфабрикатов из дальнейших этапов производственного процесса.

Рассмотрим подробнее особенности производственных процессов и взаимосвязь с этими процессами механизмов возникновения брака, контроля перерабатываемой продукции и обнаружения брака.

Для анализа воспользуемся матричными и графовыми моделями, предложенными в разделе 2. В соответствии с маршрутно-олерационными технологиями и точками входа в них операций контроля, исправления и отбраковки строим множества элементов I', где - представляет собой

технологическую операцию и операцию контроля, исправления и отбраковки, связанную с этой технологической операцией,-либо группу технологических операций с общим контролем, при этом I < ^ = равно числу точек для каждой

маршрутно-операционной технологии е. В результате описанных выше преобразований (разд.2.1) получаем упорядоченную структуру производственной системы, представленную в виде орграфа С(У,0) и множества структур отдельных маршрутно-операционных технологий в виде орграфов Се(Уе,Ос), е=1,Е, где Е определяется номенклатурой изделий и множеством альтернативных маршрутов прохождения изделия по сформированной

структуре.

Разработка, внедрение и эксплуатация методов контроля качества производимой продукции требуют определенных стоимостных и временных затрат, привлечения персонала к выполнению определенных контрольных операций. Кроме того, каждому механизму контроля соответствует некоторый вектор характеристик, к которым относятся вероятности обнаружения и исправления брака, стоимость и время на разработку и внедрение, эксплуатационные затраты и т. д.

Для формализации постановки задач анализа и синтеза систем контроля и увеличения выпуска качественной продукции перейдем от графов 1'(л) = Се(У, к

индикаторным графам ,1£(л) и графам качества с'(л). Пусть Г(у') - индикатор события возникновения брака в элементе графа 1е(я) • С вероятностью Я(у°) индикатор Г(у°)=1, т.е. элемент V' выпускает брак. Тогда вершинами индикаторного графа Лв (тс) являются индикаторы событий возникновения брака в элементах V'.

Множество дуг графа -Iе (л) строится по правилу, согласно которому существует дуга между и 1е(у*),

если V* и V' инцидентны между собой в графе 1е(тг). Таким образом, порядок и направление дуг графа соответствует порядку и направлению дуг О* в графе 1е(л).

В графе .1е(71) в состоянии брака могут находится только его вершины, а дуги считаются совершенно надежными. Индикаторный граф показывает, где и в какой последовательности может возникать брак и, следовательно, является отображением технологии появления и распространения брака.

Пусть возникновение брака в некотором элементе у'еУ* можно отождествить с неисправимым браком произведенной продукции. Тогда такая продукция будет отбраковываться, а такой брак будем называть невосстановимым браком. Очевидно, что возникновение невосстановимого брака связано с различными комбинациями брака, возникающего в вершинах индикаторного графа (будем называть их начальным браком).

Определение невосстановимого брака, его ранжирование и анализ причинно-следственных связей графа £е(л) дают

возможность нахождения начального брака, вызывающего появление невосстановимого, а также анализа и последующего выбора соответствующих методов и точек контроля. Для формальной постановки задач анализа и синтеза систем контроля используется понятие минимального разреза и минимального пути графа Ее(я).

Разрезом называется множество событий возникновения начального брака, совместное появление которых влечет за собой возникновение невосстановимого брака. Разрез минимален, если никакое его собственное подмножество не является разрезом. Таким образом, если имеется невосстановимый брак, то имеется также соответствующий минимальный разрез.

Путь есть множество событий начального брака, совместное невозникновение которых влечет невозникновение невосстановимого брака. Путь минимален, если никакое его собственное подмножество не является путем. Если невосстановимый брак не возник, то не появлялись и все начальные события, образующие минимальный путь.

Пусть К = {К,,К2,...,Кк}- множество минимальных разрезов;

Р= {Р,^.....?,}- множество минимальных путей; 1*(у)~

индикатор возникновения невосстановимого брака;

индикатор возникновения начального брака в V® графа Ее(я).

Если граф качества £е(я) является деревом, то справедливы следующие соотношения:

г(у)=1-П 1- П».')'

1=1 »;ек,

которые определяют зависимости невосстановимого брака от начальных событий через множества минимальных разрезов и путей.

Под уровнем отбраковки будем понимать

вероятность возникновения невосстановимого брака. Уровень отбраковки может являться основной характеристикой используемых механизмов контроля качества продукции. Назовем механизм контроля эффективным, если </^(у)<£, где е - допустимый уровень отбраковки.

Задача анализа системы контроля состоит в определении уровня отбраковки, в зависимости от вероятностей Р(у°) возникновения начального брака, и сравнении его с допустимым. Для произвольных древовидных структур графа

ПУ)=П{1-П[1-1'К)]|,

£е(7г) в общем случае точное определение значения -¿¡.Лу) достаточно сложно. В случае независимых возникновений начального брака возможно определить точную' нижнюю и верхнюю границы уровня отбраковки

Отсюда следует, что для повышения эффективности механизмов контроля необходимо уменьшить вероятности возникновения начального брака, что достигается использованием наиболее совершенных методов контроля, введением различных видов избыточности в структуру производственной системы.

Для анализа систем контроля используем понятие «стандартной схемы контроля» для каждого виртуального элемента VI производственной системы (см.рис.3.1) .

Процесс функционирования стандартной схемы контроля представлен на рисунке 3.2.

Процесс обработки единицы входного материального потока является процессом Бернулли, в котором вероятность появления брака при обработке единицы входного материального потока, а вероятность правильной обработки единицы продукции р = 1 — ч . Процесс контроля является также бернуллиевым, где Г- вероятность обнаружения брака в единичном объеме продукции и е=1-Г-вероятность пропуска брака. Предполагается, что вероятность принятия правильно обработанной единицы продукции за брак равна нулю. Обнаруженный брак исправляется с вероятностью у и отбраковывается с вероятностью г) = 1 — 41 .

Обозначим через 4к число попыток, затрачиваемых в

фазе обработки на к-ю единицу продукции, к = 1,Ы. Тогда число попыток Т(М), затрачиваемых в фазе обработки на N единиц продукции, равно сумме случайных величин . Если на реализацию попытки в фазе обработки требуется единичное время, то Т(И)- время, затраченное на обработку N единиц продукции.

Главной задачей анализа рассматриваемой схемы является нахождение закона распределения Ф(Ы,х) = Р{Т(Ы)<х} случайной величины Т(М). Задачи, связанные с определением вероятностных характеристик времени, которое тратится на обработку продукции объема N в фазах контроля,

Рисунок 3.1

Е>=0 0=1

; р

0=2

яГур

0=к-1 0=к

(яГч/)к,Р

(ЧОыч/"п /

р Д ЧГл цГУр /чг{V. (Ч02ЧЛ1 чы (Оч<" у» МчТу)" Р

/ / / / / / / МчГ/

—>—>—>

ч чГфч (ч05ч< (чГч-)1 (чОк",ч»м

первый цикл контроль отсутствует

(к-1) - й цикл

Рисунок 3.2.

отбраковки и устранения брака, аналогичны.

Рассмотрим вначале случай, когда брак при обработке возникает независимо. Процесс обработки единицы продукции может завершиться успешно на (к+1)-й попытке, если с

вероятностью (qf\j/)kp продукция не содержит брака либо продукция с вероятностью (qf\|/)kq(l - f) содержит необнаруженный брак, либо продукция с вероятностью (qf\|/)kqf(l - у) окончательно отбраковывается. В противном случае процесс обработки рассматриваемого материального потока единичного объема не заканчивается, и он должен быть обработан по крайней мере еще один раз. Вероятность

этого события равна (qf*|/)k+1. Из вероятностной модели очевидно, что случайные величины имеют геометрическое распределение, то есть

Pß* =0=(qfy)(р+qe+qfn). где i<i.

Вероятность того, что за время i материальный поток единичного объема будет обработан без брака, определяется по формуле:

>0

Представив P,(i) в виде P,(i) = PpiP2, где р, = (1 - qfvy)4 и р2 = 1 — (qfi(/)*, получим, - что при i->oo вероятность обработки единицы продукции без брака равна Рр, и lim Pt (i) = I только

¡-»ОС

при f, у = 1 .

Вероятность того, что за время i-1 произошла обработка N-1 единицы продукции и было i-N неудачных попыток обработки, равна:

C^P + qe + qfrO^iqfVr*.

Вероятность удачной попытки равна р + qe + qfvу , поэтому закон распределения времени обработки материального потока объемом N имеет вид: fO, при i<N,

P{T(N)=i}= 'N/ Гчх, f,i-N (3.1)

[См (p+qe+qfii) (qfy) , при i>N.

Математическое ожидание и дисперсия случайной величины T(N), распределенной по отрицательному биномиальному закону (3.1), определяются, соответственно, как: M[T(N)] = N(l-qf4()"1; D[T(N)]= Nqfvy(l -qfv) 2.

Использование эффективных методов контроля (f-И)

увеличивает М[Т(Ы)], а при ГО М[Т(К)]->Ы. Однако, явная зависимость от V показывает, что действенность использования эффективных методов контроля может сводится к нулю, если используются низкокачественные входные сырье и материалы и устаревшее, ненадежное оборудование (у —»■ 0) .

Если N велико, то на основании центральной предельной теоремы Т(К), как сумма независимых, одинаково распределенных случайных величин , распределена по нормальному закону:

Ф(К х) = Р[Т(Ы) < х} я ф"[((1 - чГч/)х - И) / 7^4/],

где

2

Ф* (г) = 1 / -У2л | е'1/2с11.

-30

Полученные результаты являются основой решения задач о выделении необходимых временных и стоимостных ресурсов на обработку продукции заданного объема. Для того, чтобы с доверительной вероятностью, не меньшей а, была обработана продукция объема N, выделяемое с этой целью время Т должно быть определено из условия:

Ф*[((1 - - Ы) / /Ыф^] > а .

Пусть 1а- такое значение квантили нормального распределения, что Ф*(10) = а. Так как Ф (г) - монотонно возрастающая функция, то условие реализуемости обработки продукции объема N запишется в виде:

+ (3.2)

Для стоимостного ресурса С соответствующее условие запишется аналогично: С> с(Ы + (1 - , где

С-стоимость осуществления попытки обработки единицы продукции.

Рассмотрена также обобщенная марковская модель возникновения брака при обработке продукции, в которой q0 - условная вероятность возникновения брака, если предшествующая попытка обработки была успешной; q1 - если предшествующая попытка была неуспешной; Г0 - условная вероятность обнаружения брака, если предшествующая попытка была успешной; ^ - условная вероятность обнаружения брака, если предшествующая попытка была неуспешной; \у0 - условная вероятность отправки на устранение брака, если предшествующая попытка была

успешной; - условная вероятность отправки на

устранение брака, если предшествующая попытка была неуспешной. Пусть также ч - вероятность возникновения брака в первой единице продукции (материальном потоке единичного объема); Г - вероятность обнаружения брака в первой единице обрабатываемой продукции; 4/ - вероятность отправки первой единицы продукции на устранение брака.

Данная обобщенная модель является основой для решения задач о выделении необходимых временных и стоимостных ресурсов на обработку N единиц продукции. Например, чтобы с доверительной вероятностью а были обработаны все N единиц продукции, выделяемые временные затраты определяются из условия:

Ф'[0 - В, )Т - N(1 + 8о - 8, 0 - Во + 8,) 2 а .

Пусть такие, что Ф*(1а) = а, тогда из того, что

Ф (г)- монотонно возрастающая функция, получим условие реализуемости обработки N единиц продукции:

Аналогично, если С - стоимость осуществления попытки обработки единицы продукции, то соответствующее условие для стоимостного ресурса запишется в следующем виде:

С>с[1аЛ/Кёо(1-6о + 81) + М(1 + 6о-е1)]/(1-В|).

Полученные соотношения, устанавливающие взаимосвязь между характеристиками методов контроля и обработки продукции и требуемыми временными и стоимостными ресурсами, являются основой для решения задач выбора оптимальных методов контроля и производства БАК.

Задачи синтеза систем контроля качества при обработке продукции состоят в создании такой технологической структуры обработки, которая позволяет достичь заданного (максимального) качества выпускаемой продукции либо обеспечивает минимум суммарных потерь системы с учетом затрат на разработку и функционирование механизмов контроля качества, на исправление брака и на потери в системе при наличии допустимой доли бракованных изделий с учетом ограничений на временные и стоимостные ресурсы.

При постановке и решении этих задач используются введенные ранее понятия графа качества, индикаторного графа, стандартной схемы контроля, механизмов контроля качества и т. д.

Задача синтеза систем контроля качества при обработке

продукции в производственных системах обычно заключается в выборе методов контроля в тех вершинах графа качества, где возникает начальный брак, при использовании которых ■»¿IV (У) - минимален при ограничениях на стоимостные, временные и другие ресурсы. Так как получение аналитического вида функции ./¡„(у) в общем случае затруднительно, то в качестве целевой функции рассмотрим уменьшение уровня отбраковки Д./1у(у), которое происходит при использовании методов контроля в вышеназванных вершинах графа качества е(я) и которое необходимо максимизировать по модулю. Возможность замены вытекает из разложения функции Ли(у) в ряд Тейлора. Ограничиваясь линейной аппроксимацией, имеем:

Д4.(У) = Д ДР) = ССР + А) - ДР) = £А; +..., (3.3)

¡=1 дР>

где Р=^Р1,Р2.- -.Р,,)=^{(Р(№1)> рС№а)} ;

5ДР)/Эр; = Д1 ¡,Р) — ДО;,Р) = XI ~ показатель маргинальной значимости события возникновения брака в элементе .

о

Тогда , (3.4) ы

причем Д! - уменьшение вероятности = р^) события возникновения брака, вызванное использованием в д.-ой

вершине некоторого метода контроля. Для вычисления

приближенных значений показателей используем выражение:

тк4

По-р^' <3-5>

х;= Т.

где k(wi) - множество минимальных разрезов, содержащих событие возникновения брака в элементе wi, а

иРз = 1-П0-Р]>-

Введем переменные:

1, если на ¡-й вершине графа е(л) используется )-й Ху = ■ метод контроля; 3 = 1,т;, 0, если нет,

и величины: Д^- уменьшение вероятности события возникновения брака в элементе , вызванное

использованием )-го метода контроля; т^, с^

м

соответственно, временные и стоимостные затраты .¡-го метода контроля для элемента и1,; Т,С - ограничения на временные и стоимостные затраты.

Тогда задача синтеза оптимальной системы контроля качества обработки продукции запишется в виде:

-»«пах (3.6)

1=1 1=1

при ограничениях:

на временные затраты, связанные с контролем

п т,

1=1

структуру контроля

т,

стоимостные затраты, связанные с контролем

Здесь т, - число методов контроля, которые можно использовать в вершине 1.

Как было отмечено, одним из методов контроля качества обработки продукции в производственных системах является применение в вершинах, где возникает начальный брак, методов контроля с использованием обратной связи. Задача оптимизации при этом состоит в выборе такой структуры обработки (то есть определении узлов обработки, этапов контроля и исправления обнаруженного брака, выборе методов обнаружения брака), которая обеспечивает максимум качества обработки продукции (т.е. максимальный выпуск небракованных изделий) при заданных ограничениях на время и материальные затраты. Для синтеза систем контроля качества этого класса используются модели, в которых для каждой вершины графа, где возникает начальный брак, применяется понятие стандартной схемы контроля.

Рассмотрим постановку и методы решения задач выбора оптимальных методов контроля качества обработки продукции для наиболее широко распространенных на практике структур обработки продукции. К таким структурам, как уже отмечалось, относятся, стандартная схема контроля, последовательная и циклическая схемы, последовательно-циклическая схема контроля качества обработки продукции.

Основой для решения данных задач являются приведенные

выше зависимости между качеством обработки продукции и временными (стоимостными) затратами на обработку, контроль, исправление и отбраковку продукции (при условии независимого возникновения брака).

Пусть структура производственной системы состоит из п этапов, перенумерованных от 1 до п. Каждый 1-й этап включает фазу обработки, фазу обнаружения и исправления или отбраковки (фазу контроля). Если на 1-ом этапе обнаружен брак, то необходимо либо вернуться на определенный этап, для повторной обработки,

либо отбраковать данную единицу продукции.

Схему обработки, состоящую из п этапов, зададим матрицей обратных связей А = |а4|, где а^ = I, если существует обратная связь между }~й фазой контроля и ¡-й фазой обработки, и а^=0 в противном случае.

Назовем циклом обработки (¡,.)') множество этапов, заключенных между 1-й фазой контроля и .¡-й фазой обработки, к которой направлена обратная связь от 1-й фазы контроля. Соответственно, структура, содержащая п этапов, состоит из п циклов.

Пусть на 1-ом этапе необходимо обработать элементов (единиц продукции, как-то: входного сырья и материалов, деталей, группы, партии деталей, комплектующих изделий и т. д.), причем характеристики фаз обработки и контроля (в узком смысле - обнаружения брака) для каждой единицы продукции внутри этапа идентичны, то есть имеют одни и те же значения. Для ¡-ой фазы обработки, ¡ = 1,п, зададим следующие характеристики:

1i - время, затрачиваемое в фазе обработки на единицу продукции;

- стоимость, затрачиваемая в фазе обработки на единицу продукции;

- вероятность брака в единице продукции на выходе фазы обработки (в учитывается также брак, возникший на предыдущих этапах обработки, но не обнаруженный системами контроля ранее).

Для ¡-ой фазы контроля, ¡ = 1,п, зададим также:

0; - время, затрачиваемое в фазе контроля для обнаружения брака в единице продукции;

- время, затрачиваемое в фазе контроля для исправления единицы бракованной продукции (временем

возможной отбраковки пренебрегаем, считая его бесконечно малой величиной);

V, - время, затрачиваемое в фазе контроля на обнаружение единицы бракованной продукции;

i

2, - стоимость отбракованной единицы продукции,

1=0

где г0 - стоимость входного сырья и материалов, т.^ -затраты на единицу продукции на \-ом этапе;

^ - вероятность обнаружения единицы бракованной продукции;

V, - вероятность исправления единицы бракованной продукции (-Г|4 =1 — *4/4 - вероятность отбраковки единицы бракованной продукции).

На основании характеристик фаз обработки и контроля определяются следующие характеристики циклов: суммарные временные ТО,') и стоимостные СО, ¡) затраты на единицу продукции для к-ых фаз обработки и контроля ^к-о, входящих в цикл 0,1).

Назовем длиной цикла 0.0 величину Для

нахождения Т0,0 и СО,') необходимо установить, какие циклы имеют длину 0 < 6 < п-1 для схемы, содержащей п этапов (и, соответственно п циклов), что нетрудно сделать, исходя из матрицы обратных связей А.

С учетом вышеизложенного алгоритм расчета ТОЛ) и С0,0 состоит в следующем:

Шаг 1. На основании таблицы циклов построить дерево вхождений для цикла 0,));

Шаг 2. <1 = 0, Т^=0, С^,=0, т<*;

Шаг 3. Для всех циклов длиной с1 из дерева О0,0 найти средние временные Т*(к,ш) и стоимостные С"(к,т) затраты на единицу качественной продукции:

С,=Т«!.| + тш+9я+8тЧт1Гтм/т)/(1 - Ч^Уш);

С(\л») = (са?т) +WШ +уш + +2шяП1('П1?1„)/(1--Чи<тЧ'т)/

где Т(к,„), С (к.ш) - соответственно, суммы средних временных и стоимостных затрат на единицу продукции для циклов с длиной, меньшей (1, которые прямо соединены с циклом (к,т) в дереве вхождений;

Шаг 4. с1 = <3 + 1; если с!<1-], то переход к шагу 3;

Шаг 5. Вычислить:

/О-^чО;

Суд =[(с'ш) + w, +v¡xыi + +

+ л№Ж) + (Niq.fi^ + Ц VNi4.fiл;)]/О ~ .

где Т и С од) определяются на основании наиденных в шаге 3 величин Т("к и) С*к т).

Существенной особенностью циклов является то, что вероятности возникновения брака як для к-ых этапов ^<к<0, входящих в цикл 0,0» существенно уменьшаются и принимают значения я(к,к), если к-ый этап выполняется после того, как был обнаружен брак в к-ой фазе контроля, к < к ^ 1. Поэтому, если это необходимо для вычисления характеристик Т0,0 и С0>0/ следует задавать значения Я(к,к) вероятности як.

Рассмотрим цикл 0.0» в котором обрабатывается единиц продукции. Если после обработки какой-то единицы продукции обнаружилось, что она бракованная, то производится либо отбраковка либо исправление, причем повторная обработка одной и той же единицы продукции может производиться неоднократно, случайное число раз. Поэтому время Т0,0 обработки единиц продукции, как и стоимость СО,0» является случайной величиной.

На основании выражений для Т0>0 и С0,0 нетрудно показать, что если необходимо с вероятностью а( обработать единиц продукции без брака, то выделяемое с этой целью время должно удовлетворять соотношению: '

+ (3.7)

а стоимостные затраты - соотношению:

+ + (3-8)

где 1а - квантиль уровня а, определяется по значению вероятности а из таблиц квантилей нормального закона

распределения случайной величины

С учетом полученных выражений задача оптимизации структуры обработки для последовательной схемы запишется в виде:

о и,

ПЁС'-Ч, +Ч>гиЧ'1)Ху->тах,

>' 1

¡=1 н

.=1 р1

Если требуется минимизировать временные затраты Т при ограничениях на стоимостные затраты и вероятности ^ отсутствия требуемого качества по отдельным этапам схемы, то имеем следующую задачу:

о »,

¡=1

при ограничениях:

п, _

£Х;;=1, ¡ = 1,П,-

1-1 ¡=1

1[(1-Ч<)/(1-Ч^Ч>,)] ¡=1,п.

н

Постановка задачи минимизации стоимостных затрат при ограничениях на временные затраты Т и вероятность Г1 аналогична предыдущей.

Таким образом, задачи синтеза системы контроля для последовательной схемы обработки деталей для производства БАК сводятся к задачам сепарабельного программирования с булевыми переменными, для решения которых разработаны достаточно эффективные алгоритмы.

Аналогичные постановки задачи синтеза структуры и параметров системы контроля рассмотрены для циклическо-последовательной и сетевой структур технологической системы производства БАК.

Использование предложенных моделей на 10 предприятиях оборонной промышленности позволило получить экономический эффект около 4 млн. рублей за счет снижения брака и упорядочения системы контроля.

/

•1. Методы и модели синтеза типовых модульных систем обработки данных КАС «Луч»

Актуальность решения задач синтеза оптимальных типовых и специфичных компонент информационного и программного обеспечения СОД КАС «Луч» объясняется многократным использованием типовых частей общего интегрированного графа технологии обработки данных для решения заданного множества задач пользователей, повышением требований к модификации, адаптируемости, устойчивости и качеству разрабатываемых типовых модулей в условиях увеличения сложности их взаимодействия с остальными частями системы по информационным связям и управлению, большой трудоемкости разработки, отладки и внедрения задач обработки данных, выполненных по индивидуальным проектам.

Комплекс задач синтеза типовых модульных СОД включает оптимальный выбор механизма проектирования, состава модулей программного и информационного обеспечения, содержания межмодульного интерфейса, а также структуры СОД в целом, формализуемой в виде функциональной блок-схемы, с учетом заданных технико-экономических характеристик функционирования разрабатываемой системы.

Целью оптимального проектирования типовой модульной системы обработки данных является синтез системы типовых модулей и информационных массивов, обеспечивающей экстремум критерия эффективности с учетом ограничения на технико-экономические характеристики разрабатываемой системы. Множество допустимых вариантов построения типовой модульной СОД определяется выбранной системой ограничений, а ее параметры - путем оптимизации критерия эффективности, являющегося функцией различных технико-экономических показателей. К ним относятся: стоимостные и временные затраты на разработку, отладку и эксплуатацию системы; объем межмодульного интерфейса; информационная производительность системы; время решения задач обработки данных; число типовых и оригинальных модулей в системе; избыточность системы модулей по отношению к задачам обработки данных; коэффициент готовности к обработке заявок; достоверность обработки данных; наработка на отказ и т.д.

При синтезе типовых модульных СОД могут быть использованы общесистемные, минимаксные (максиминные) и сложные критерии проектирования. Первые экстремизируют суммарные показатели качества синтеза для центра и

множества пользователей или задач обработки данных, вторые - показатели гарантированного качества синтеза для пользователей или задач обработки данных, рассматриваемых системой проектирования. Критерии третьего типа применяются для выбора типовых решений в случаях несовпадения целевых функций или точек экстремума центра и элементов системы (пользователей).

В соответствии с содержанием и функциональным назначением общесистемные и минимаксные критерии синтеза используются для систем проектирования с полной централизацией, а сложные критерии - для систем с частичной централизацией.

К числу общесистемных критериев относятся: минимум приведенной стоимости разработки, привязки, отладки и эксплуатации проектируемой типовой модульной СОД; минимум общего времени разработки, привязки и отладки типовой модульной СОД; минимум среднего значения межмодульного интерфейса; максимум средней по множеству пользователей информационной производительности; максимум среднего коэффициента готовности к обработке заявок, загрузки технических средств (процессора) и т.п.

К числу минимаксных (максиминных) критериев относятся: максимум минимально возможного значения информационной производительности на множестве пользователей или задач обработки данных; минимум максимального значения времени решения задач обработки данных; максимум минимального значения коэффициента готовности; минимум максимального значения времени обмена между оперативной и внешней памятью; минимум максимального значения межмодульного интерфейса и т.п.

Исходными данными для решения задач синтеза типовой модульной СОД являются результаты анализа требований пользователей к алгоритмам решения задач обработки данных, представленные характеристиками интегрированного графа обработки данных (разд.2.2).

В достаточно общем виде задача синтеза механизмов проектирования формулируется следующим образом: К(1)->ех1г, 1еОг,

где множество механизмов проектирования модульных

СОД, удовлетворяющих заданному набору условий и ограничений на проектирование.

С целью детализации, формализации и конкретизации задач синтеза введем следующие обозначения: Ф = Ф(я,у) -целевая функция системы; Р=Р(я) - целевая функция центра;

'п='л(Уо)' n=l,N - целевые функции элементов; '1' множество ограничений центра проектирования; {;„}, n = l,N - множество ограничений элементов нижнего уровня, при этом множество 4'U{£,„}, n = l,N определяет ограничения всей системы, а Ч'СД,, - ограничения для n-го элемента; M(U) -множество возможных разбиений процедур U обработки данных на модули; R(D) - множество возможных разбиений множества информационных элементов D на информационные массивы; Р = {рт}> т = 1,Ме - множество синтезируемых модулей для разбиения 0; В = {Ь,}, г = 1, R, - множество синтезируемых информационных массивов для разбиения х ; л(Рш) и П(ЬГ) - уровни типовости соответственно т-модуля и г-го информационного массива, определяемые как мощность максимального множества задач, для которых все процедуры (информационные элементы) , входящие в ... модуль (информационный массив), являются общими.

Обозначим через Р = (рт еР|г|(рш) > п'(Р)} множество синтезируемых модулей, уровни типовости которых- не менее величины Г|*(Р)> а через В ={br eB|ri(b,)>ri*(B)} - множество синтезируемых информационных массивов, уровни типовости которых не менее величины т)*(В). Назовем П*(Р) и П*(В), соответственно, показателями процедурной и информационной типовости системы обработки данных, а величину = гшл(т)*(Р), т|*(В)) - интегральным показателем типовости системы.

Управление проектированием осуществляется центром воздействием на целевые функции элементов или систему ограничений. В первом случае целевые функции элементов устанавливаются центром или включаются в общую целевую функцию; во втором - центром устанавливаются ограничения для областей определения целевых функций элементов или задаются полностью или частично параметры системы. При этом значение величины т|* определяет степень централизации механизма функционирования системы проектирования. В самом деле, степень централизации определяется мощностью подмножества компонент системы, проектируемых центром. К нему относятся множества процедур и информационных элементов, входящих в модули и информационные массивы, синтезируемые по критерию центра и обладающие параметрами типовости не менее rj .

Определим степень централизации механизма проектирования как величину

5 = С <1 <=> П* =1)у(1/п* <=>(1<т1* <N1 ^(0 <=> г|* ..

При этом 5 = 1 соответствует механизму проектирования с полной централизацией и 5 = 0 - с максимальной децентрализацией. Действительно, 5=1 при Т|* = 1, т.е. в том случае, когда центр определяет проектные решения для всех элементов, включая области, соответствующие оригинальному проектированию (ч(Р))=1> п(В)-1), что соответствует механизму с полной централизацией. При максимальной децентрализации оригинальное проектирование осуществляется каждым элементом (пользователем) по своему критерию (т|*>Ы, 5=0) в области определения целевой функции п^Ч.Ы.

Выбором конкретного значения степени централизации механизма проектирования 5 задаются области определения целевых функций центра И и элементов ("„, п= . В свою очередь, с учетом ограничений на области определения функций Р и п = 1,К, находятся множества Р и В. Таким образом, существует однозначное соответствие между множествами и областями определения функций Р и п = 1,>1. В дальнейшем при определении последних в скобках будем указывать и соответствующие им подмножества модулей Р и информационных массивов В.

Обозначим: х(Р>В) - область определения целевой функции при механизме проектирования со степенью централизации 5=1 -и системой ограничений V; Х„(Р„ = В, с В\^(п(Вш)= N1 ) , - область

определения целевой функции ^ п-го элемента при механизме проектирования со степенью централизации 5 = 0 и системой ограничений ; хС^сР, & £ В) - область

определения функции Р при механизме проектирования со степенью централизации 6 < 1 и системой ограничений Ч7 ; Хп(Рч Вп С В\#) - область определения функций

Г0, п = 1,Ы, при механизме проектирования со степенью централизации 5<1 и системой ограничений ^и^ц, п = 1,М;

X =и*ЛР =Р® - объединение областей определения

П=1

функций п = 1,Ы, при механизме проектирования со

степенью централизации 6 <I и системой ограничений

^UiU, n=UN; _

P"=UPn", В" =UB"„, n = l,N, x = x'Ux".

Назовем механизм проектирования £ эффективным, если он обеспечивает экстремальное значение целевой функции системы, определяемой как функционал

Ф(£) = 0(F, fn, 5), n = l,N. В качестве критерия эффективности механизма проектирования целесообразно использовать минимум суммарной величины относительного отклонения целевых функций центра и элементов при выбранном решении от оптимального для центра и элементов, получаемых соответственно при централизованном и децентрализованном механизме проектирования:

n

imn® = min£(vtt +vn),

где vu- относительное отклонение целевой функции центра

при выбранном решении 7t Uy от оптимального для центра при централизованном проектировании; vn - относительное отклонение целевой функции л-го элемента при выбранном

решении rc'Uy °т оптимального уп. Эти величины определяются следующим образом:

v„ =

f>'uy;)-f„(yj

f. (У.)

F(K'UyJ-F(*)

т

л

Здесь я - решение, выбираемое центром в области %,

, Л |

я = {л ея|т}(рт), т](Ьг) > г) } - подмножество множества значений

Л .Л

я, для которых л(рщX "П(Ьг)>т] , у„ - решение, вырабатываемое п-м элементом системы проектирования в

области х„; у! = {уп еу0)\1(рш)) л(Ь,)<л'} ~ подмножество

л .

множества значений уп, для которого "П(Рт). Т)(Ь,)<Л •

Функция Ф может рассматриваться как штраф за

невыполнение элементами системы рекомендации центра, т.е. как штраф за отклонение решения у от оптимального л. Поэтому наиболее эффективный механизм проектирования обеспечивает наименьшие штрафы или минимальное значение функции Ф. В работе показано, что механизм проектирования СОД с полной централизацией является наиболее эффективным.

Рассмотрим постановку и решение конкретных задач оптимизации проектирования типовых модульных СОД КАС "Луч". Как показывает опыт разработки таких систем, наиболее универсальным общесистемным критерием, с помощью которого оценивается качество проектных решений, является минимум приведенной стоимости разработки, отладки и эксплуатации модульной СОД:

т1пФ = пи.п5с = пипф.,, + Б.* + 8„_ + Б, , р,в р,в р,в ** ри '

где 8ри - общая стоимость разработки и привязки типовых и индивидуальных программных модулей; Б,,, - общая стоимость системной отладки типовых и индивидуальных модулей; 5ри -общая стоимость разработки типовых и индивидуальных информационных массивов; Б, - общая приведенная стоимость эксплуатации типовой модульной СОД. Для механизма проектирования с полной централизацией (Хщ) данный критерий является общим для центра и элементов. Система типовых модулей, спроектированная с использованием этого критерия, не учитывает индивидуальные проектные возможности элементов нижнего уровня.

В случае использования механизма проектирования с частичной централизацией величины З^.З^.З^.З, могут

быть определены следующим образом:

11=1 П»1

n

П=1

где 5рМ - приведенная стоимость разработки типовых программных модулей для общих частей технологии решения задач обработки данных; Б",, - приведенная стоимость разработки индивидуальных программных модулей для

специфической части технологии решения задач; 5°с приведенная стоимость разработки интерфейса (связи) индивидуальных программных модулей п-го пользователя с

с0

типовыми модулями; Ь0„ - стоимость отладки типовых

программных модулей; 5"„ - приведенная стоимость отладки индивидуальных программных модулей для п-го пользователя; ~ приведенная стоимость отладки связей индивидуальных

V о п

программных модулей с типовыми; - приведенная к

определенному периоду (квартал, полугодие, год) общая стоимость эксплуатации системы индивидуальных и типовых

модулей для п-го пользователя; 8°и - приведенная

стоимость разработки типовых информационных массивов; Б*, приведенная стоимость разработки индивидуальных информационных массивов.

Целевой функцией центра является Р=5°„ 4Б",, +Б",, а

оптимальным решением - л=Аг§Ш1п(5°11 +5°„ +5°н)с% . Целевой функцией п-го элемента является

а решением для п = 1,К будет

ОМ ОС

где х определяет степень централизации механизма проектирования. Следует отметить, что значения Б^ООбЧ', [5р«(У»)+5°и(Уп)+8ря(Уп)]еГЙ1, в этом случае являются заданными и при определении оптимального решения могут не рассматриваться. В случае различия физического . смысла целевых функций центра и элементов решения для Р и находятся отдельно, а общее решение определяется как х = л11уп .

Для формальной постановки задачи синтеза типовой модульной СОД введем ряд переменных: х^ = 1, если 1-я процедура входит в состав т-го модуля, х,й=0 в противном случае; хш = 1, если т-й модуль входит в состав программного обеспечения (ПО) п-го элемента, хго =0 в

м

противном случае; хь = 1, если хъ=0 в

щ=1

противном случае; х^=1, если }-н элемент обрабатывается 1-й процедурой, Хд=0 в противном случае; х^=1, если ¡-к информационной элемент входит в состав г-го информационного массива, х^=0 в противном случае; х^а=1, ь

если хлх1т — '' х>п = 0 в противном случае; хт = 1, если 1=1

I

, хпп=0 в противном случае.

Н

Для механизма проектирования с полной централизацией цели системы и центра полностью совпадают: Ф=Р и степень централизации системы 8=1. В этом случае задача синтеза оптимальной системы типовых модулей и информационных массивов по общесистемному критерию минимума приведенной стоимости разработки, отладки и эксплуатации модульной СОД формулируется следующим образом

м ъ м ь. м я

от* 1т 1Щ '

(РшММ 01=11=1 т=11=1 т=1 г=1

где 5рга - приведенная стоимость разработки ш-го модуля;

приведенная стоимость отладки ш-го программного модуля; 5рг - приведенная стоимость проектирования г-го информационного массива при следующих ограничениях:

на максимальное и минимальное число процедур в модуле

ь _

Ь^х^П, ш = 1,М; (4.1)

1=1

на размер записи каждого массива

I _

^Х^О,, г =1,11; (4.2)

н

на объем памяти, занимаемой библиотекой модулей и -информационными массивами

м ь к 1

+ н.з)

10=11=1 1 = 1 ¿=1 интерфейс между модулями системы обработки данных 1 м м

J=l т=1щ =да+1

на количество синтезируемых модулей: N м

(4.5)

п=1т=1

на однократность включения процедур в программные модули: ¿х|ш = 1, 1=й; (4.6)

ю=|

на число информационных элементов, используемых модулями: ) _

Х^СЬ. ш = 1.М, (4.7)

где <32 - максимально допустимое число информационных элементов, используемых модулями;

на интерфейс-., между отдельным модулем ш* и другими модулями:

1=1 Ш=1

на дублирование информационных элементов в массивах:

¿Х><4„ ^О; (4.9)

г=1

на общее время проектирования типовой СОД:

т=11=1 ш=1Ы И 1=1

В тех случаях, когда элементам системы поручается проектирование специфических частей своих задач, что соответствует механизму проектированию с частичной централизацией, область определения целевой функции центра х зависит от выбора степени централизации

механизма проектирования 5 или от уровня типовости т)* проектируемой СОД.

Обозначим через

М = ¡(Р/ Р ) = Р"), Р=Р'1!Р", Р =Р, мощности подмножеств множества программных модулей, соответственно не меньше и меньше Г|*. Аналогично обозначим К=|в=|Ьге

Я =](В\В) = В|, Б = вив , мощности подмножеств множества информационных массивов соответственно не меньше и меньше Л*-

В этом случае задача синтеза центром типовой части модульной СОД по критерию минимума стоимости отладки, разработки и эксплуатации системы типовых программных модулей и информационных массивов формулируется следующим образом:

гп1п Р = гтп lpj.ll>,)

5Ь М I 11=11=1

м я ш=11=1

^Рт еХ . ех ; при ограничениях (4.1)-(4.10) и на уровень типовости проектируемых модулей

N ь __

П^Ч^Ч', Ш = 1,М' ; (4.11)

11=11=1

на уровень типовости проектируемых информационных массивов

N ; _

г = 1Д'; (4.12)

на использование информационных массивов модулями различной типовости:

я м" м _

<4ЛЗ>

»=1 т=1ш=1

Критерий задачи синтеза элементами специфических частей программного и информационного обеспечения СОД формулируется следующим образом:

пйп Г, = Ш1п

м ?

Чт =1

¿(Б11 . +8" .)х. ч-ТУБ^х .х .

рт от' ЬпТ то ¿-<¿-1 Р' Р пи тп 1=1 г=1 ¡=1

I1¿^^х.^ + а" + ¿Х-х,.

т=1т =и=1 ют

эт тп т=1 У

п = 1,Ы, Уршех, ^Ь, ех »

м

где = ~ приведенная стоимость эксплуатации

множества типовых модулей Р- ={рш|т1(р111)>т1*} у п-го пользователя. Она считается заданной к моменту решения оптимизационной задачи для п = 1,Ы. При нахождении

минимума используются ограничения (4.1)—(4.10), (4.12), а также специфические ограничения:

на уровень типовости проектируемых модулей:

N ь _ _

£Ехы,хь т" = 1,М"; (4.14)

11=1 ы

на уровень типовости проектируемых информационных массивов:

n i _

ZZvx><11*• г=1-в- <4Л5)

0 = 1 >1

Рассмотрены также постановки задач синтеза типовых СОД с использованием критериев временного типа, минимаксных критериев, неоднородных критериев для центра и элементов и др. В общем случае сформулированные задачи синтеза являются нелинейными целочисленными задачами математического программирования. Особенностями

поставленных задач являются необходимость получения оптимального решения для множества требований различных пользователей, а также наличие в системе, в общем случае, нескольких различных по своим свойствам целевых функций. Комбинаторные особенности сформулированных задач позволили разработать точные алгоритмы их решения, основанные на интерпретации Т-задачи, а также обусловили практическую целесообразность использования при поиске оптимального решения схемы «ветвей и границ». Точные методы предлагается использовать в случаях, когда общее число процедур и информационных элементов в интегрированном графе технологий решения заданного множества задач не превышает 100. При большей размерности интегрированного графа технологий, в случаях, когда точность исходных данных невелика, а также при существенно ограниченных вычислительных ресурсах целесообразно использовать разработанные эвристические методы синтеза типовых модульных СОД.

Процесс построения решений задач синтеза типовых программных модулей и информационных массивов заключается в выполнении определенной последовательности операций, включающих построение эффективного механизма

проектирования £ и определение степени его централизации 5 . Значения параметра 5 определяется последовательным построением областей х (§) и х (2) для целевых функций центра Р и элементов нижнего уровня Гп, п = 1,М, для различных степеней централизации механизма проектирования и отысканием для областей х(8), X (5) одним из известных способов решений л и уп, п = 1,И. Для каждого из значений 5 находится значение функции Ф = Ф(Р,ГП)5) и определяется ее оптимальное значение на множестве 0^-, т.е. определяется степень централизации, соответствующая эффективному механизму проектирования X и

соответствующие ему решения задачи синтеза типовой модульной СОД.

Общий алгоритм решения задачи синтеза типовой модульной СОД содержит следующую последовательность процедур (рис.4.1).

1. Присвоить параметрам п, 5, т), Ф значения п = 0, 5 = 0, т) = И, Ф = «>.

2. Выполнить алгоритм А1 в области х и определить подмножество решений п. Перейти к п.6.

3. п = П-1, 5 = I /т| -

4. Если т) < 1, перейти к п. 14, иначе определить X = е)^П*» ех}л(<1р5л"}» выполнить алгоритм

А1 (X )' определить л'. Запомнить п, перейти к п.5.

5. п = п+ 1.

6. Если п>Ы, то положить п = 0, перейти к п. 11, иначе - к п .1.

7. Выполнить алгоритм А2„ в области Хп = {^х1т еХ Ух^ ех еР"}. Определить подмножество

решений ув для ^.

8. Определить области

Хп = {^х^ ех|и, еи\ ;

Хп = €х"(и, еи», УХ> ех"|<^ еО"}; х" =х^х'.

9. Выполнить алгоритм А2П в области хп - Определить подмножества уп и п, запомнить значение уп.

10. Вычислить значение 3(Р,ГП)= 11у^) • Запомнить х = я 1)уп. Перейти к п. 5.

11. Вычислить значение Ф(5) = Ф(Р(5), Г„(3)).

12. Если Ф<Ф, то перейти к п.13, иначе - к п.З.

13. Ф = Ф(8), 8 = 5*. Определить хв = я(5)иу„ и значение

14. Печать значений 8*. 5 = х = л'11Уа", п = 1,Ы.

В результате реализации данной последовательности процедур определяется степень централизации механизма

проектирования и находится соответствующее этому механизму оптимальное решение, при этом максимальное число итераций в последовательности процедур N-1. При достаточно большой размерности задачи оптимизации этот способ, даже при использовании операций сокращения перебора, может оказаться неэффективным ввиду значительного объема вычислений. В этом случае предлагается вначале эвристическим путем определить степень централизации механизма проектирования и, соответственно, области х и К , а затем отыскивать оптимальное решение х .

Предложены точные методы решения задач синтеза типовых программных модулей и информационных массивов СОД, основанные на использовании пакетов прикладных программ и программ, реализующих алгоритмы решения Т-задачи и схемы «ветвей и границ».

Рассмотрим точный алгоритм решения задачи синтеза типовых модульных СОД по критерию минимума стоимости разработки, отладки и эксплуатации системы модулей и информационных массивов.

Общая схема решения совпадает с изложенной выше, но в качестве реализации алгоритмов А1 и А2 (бл.2,7,9) предложено использовать пакет прикладных программ целочисленного программирования (ППП ЦП), использующий модифицированный алгоритм Балаша с фильтром. Пакет целесообразно применять при относительно невысоком уровне типовости системы, когда при переборе множества решений не удается эффективно применить сокращающие алгоритмы за счет типовости используемых процедур и элементов.

Работа пакета ППП ЦП последовательно используется при выполнении блоков 2, 7, 9 с учетом изменений значений параметров 5 и п. Максимальное число итераций выполнения пакета N х п .

Использованные модели и методы использованы при разработке корпоративной автоматизированной системы «Луч».

5. Задачи выбора множества унифицированных комплектов ВАК многоцелевого использования

В условиях проводимой военной реформы и конверсии оборонного производства вопросы выбора рационального состава множества унифицированных комплексов БАК многоцелевого использования приобретают первостепенное значение.

Наряду с удовлетворением требований заказчиков, представляющих интересы видов ВС и родов войск, которые в будущем должны эксплуатировать эту технику и использовать предоставляемую ею информацию и другие «услуги», при проектировании комплексов с БАК приходится учитывать существующие организационно-технические и финансовые ограничения, обусловленные реальными возможностями проектных организаций и серийных предприятий промышленности. Это противоречие, особенно обострившееся в современных условиях, может быть разрешено не только целенаправленным внедрением рационального единообразия принципов построения БАК, средств управления ими, передачи, обработки и отображения информации и соответствующих технических решений, но и возможностью варьирования структуры комплексов и их состава на этапе разработки, производства и эксплуатации применительно к конкретным требованиям реальных потребителей и складывающимся условиям применения.

Комплексы различных классов и вариантов БАК, предназначенные для одного вида ВС, должны иметь высокую степень унификации между собой с целью всемерного облегчения их освоения и эксплуатации в войсках, организации единого процесса обучения и боевой подготовки личного состава. Вычислительные средства, алгоритмическое обеспечение, средства связи, источники энергопитания, вспомогательное оборудование, ходовая база должны быть унифицированы с аналогичной техникой, используемой в соответствующем виде ВС, либо использованы из состава существующих или разрабатываемых по другим заказам изделий. Основные элементы этих комплексов должны образовывать параметрические ряды соответствующих модулей.

С другой стороны, в интересах ускорения и

удешевления процессов разработки, облегчения процессов освоения в производстве и снижения стоимости серийных образцов БАК разнообразных классов и вариантов, предназначенных для различных видов ВС, следует

стремиться к достижению рационального уровня их межкомплексной унификации, а также унификации с другими видами военно-воздушной техники (межвидовой унификации) .

Подобный подход способствует обеспечению длительного жизненного цикла каждого комплекса с возможностью поэтапной модернизации отдельных технических средств, алгоритмического обеспечения, а также варьирования структуры и состава с целью поэтапного наращивания тактико-технических характеристик и боевых возможностей в соответствии с возрастающими потребностями войск и усложняющимися условиями применения. При этом появляются возможности объединять усилия разработчиков и аккумулировать финансовые средства на реализации перспективных технических решений, играющих ключевую роль в очередном этапе совершенствования различных образцов ВВТ.

Возможности унификации комплексов с БАК и выбора их рациональных наборов определяются следующими

обстоятельствами:

- различие между вариантами одного комплекса проявляется, в основном, в используемом бортовом целевом оборудовании, причем особенности наземной части целевого оборудования менее значительны и сводятся, главным образом, к изменению * программно-алгоритмического обеспечения;

- бортовое целевое оборудование аналогичных вариантов (близкого назначения) комплексов различных классов может быть одинаковым или иметь много общего, еще в большей степени это справедливо для наземной части целевого оборудования, связанного с регистрацией и обработкой полученной БАК информации;

- структурно-функциональное и конструктивно-техническое единство разрабатываемых и перспективных комплексов с БАК различных классов . и вариантов (назначений) определяется общими принципами построения и применения, конкретной технической реализацией систем управления БАК, их бортового оборудования и комплекса в целом, средств передачи, регистрации, обработки и отображения информации (командной, телеметрической и разведывательной), использованием типовых современных ПЭВМ и соответствующего, постоянно развивающегося программно-алгоритмического обеспечения.

Возможности унификации, основанные на достаточной степени общности функционального состава и характеристик оборудования и узлов БАК различных типов представлены

на рис.5.1.

В совокупности перспективные комплексы с БАК должны представлять собой непрерывно развивающееся семейство средств, унифицированных на внутрикомплексном, межкомплексном, межвидовом и межсистемном уровне.

При этом определяющими факторами являются назначение комплекса, его принадлежность к определенному виду ВС (роду войск) и место в войсковой структуре, условия применения и эксплуатации. Вполне естественно, что каждый проектируемый комплекс с БАК, во-первых, должен соответствовать по сложности тому месту, которое он будет занимать в войсках согласно своему функциональному назначению, во-вторых, его структура должна соответствовать организационному построению войсковых формирований аналогичного уровня в данном виде ВС, роде войск, в-третьих, его техническая, конструктивная реализация, способы применения и эксплуатации, принципы информационно-технического сопряжения, требования к квалификации личного состава должны быть близки традиционным решениям и нормативам, принятым в этом виде ВС, роде войск.

Рассмотрим задачу выбора унифицированных наборов узлов БАК для различных классов направлений (объектов) их использования по критерию минимума общих приведенных затрат на их разработку, привязку и эксплуатацию.

Введем необходимые значения. Пусть:

¡ = 1,1 - индекс класса объектов, на которых применяются БАК;

п> ~ общее число Объектов .¡-го класса, на которых применяется БАК;

¡ = 1,1 - индекс типа узла БАК, I - максимальное число типовых узлов БАК;

ь..

п

объектов их применения:

II, если 1-й тип узла необходим для

.('-го класса объектов, О, если нет;

г=!Д - индекс набора типовых узлов БАК из множества возможных, И - максимальное число возможных типовых узлов.

г4{ - матрица соответствия /Типов узлов БАК классам

БАК с БЛА большой продолжительности попета

РИС.5.1.

II, если г-й набор используется для объекта

^го класса, О, в противном случае;

1, если 'jГzJr>l, )

О, если =0

1

С,- стоимость разработки набора г;

I,- время разработки набора г;

С1,- приведенные эксплуатационные затраты для г-го набора на ¿-м классе объектов;

С},- стоимость привязки и стыковки г-го набора на ¿-м классе объектов;

Ц- время комплектации и ввода в эксплуатацию г-го набора для объектов .¡-го класса при постановке на боевое дежурство;

|1, если 1-й тип узла входит в г-й набор;

У{ =1

[О, если нет; 4

V,- приведенные потери, связанные с включением 1-го типа узла в набор типовых узлов.

Тогда задача минимизации общих стоимостных затрат на разработку и внедрение типовых (унифицированных) наборов узлов БАК формулируется следующим образом:

£ п£(с'г+ Ф*\ +|]сгиг+2п^£уд(1-а8м <5.1)

<41 г«1 г=1 г=1 ¡=1

при следующих ограничениях:

¿^21, ! = □, , (5.2)

т.е. каждый узел входит хотя бы в один набор;

, ¡=Ц (5.3)

м

т.е. все узлы каждого типа входят в выбранное множество наборов;

¿у| П г = 1Д, (5.4)

1=1

т.е. в набор входит хотя бы один узел;

у| =1 и/или г\ =1 (5.5)

для заданных пар г) и (г,]) соответственно;

¿¿\2:7;(1-йч)<£(с:+сг)г;, ]=и, (5.6)

Г = 1 1 = 1 Г = 1

т.е. потери за счет избыточности меньше затрат на разработку и привязку наборов;

тах((ги,)<т, (5.7)

г

т.е. максимальное время разработки наборов должно быть не больше заданного;

шах ( 1'1г31)<Т, ) = и , (5.8)

г

т.е. максимальное время комплектации и ввода в эксплуатацию наборов на ^м классе объектов не больше заданного.

Задача (5.1-5.8) относится к классу задач нелинейного целочисленного программирования и может быть эффективно решена с использованием схемы «ветвей и границ».

В результате решения задачи (5.1-5.8) определяются оптимальные наборы узлов БАК, разработка, производство и поставка которых позволяют покрыть потребности пользователей различных классов.

Аналогичная задача решается применительно к выбору оптимальных вариантов комплекта или узлов БАК из приборов различного типа.

Рассмотрим модели и методы формирования многомерных комплектов БАК.

Комплект БАК представляет собой целостное образование с определенными характеристиками. Основными

характеристиками комплекта являются: число признаков, описывающих свойства изделий, число градаций значений каждого признака, количество изделий, распределение изделий по значениям отдельного признака, совокупность таких распределений, распределение изделий по типам.

Некоторые характеристики (количество изделий, их распределение по значениям признаков) изменяются при изменении состава комплекта. Состав представляет собой распределение изделий в комплекте по типам. Состав комплекта может описываться двумя способами. В соответствии с первым способом одинаковые изделия собираются в группы. Для каждой группы указывается набор значений признаков (тип изделия) и число изделий в группе. В этом случае изделия в одной группе оказываются неразличимыми. Для того чтобы оперировать с отдельным изделием, всем изделиям, в том числе и одинаковым, присваиваются разные идентификаторы (условные имена) . Идентификаторы обычно задаются в виде порядковых или

инвентарных номеров. Тогда второй способ описания состава комплекта заключается в перечислении имен изделий и соответствующих им наборов значений признаков. Выбор способа описания состава комплекта зависит от особенностей решаемой задачи. Первый способ предпочтительнее применять для задач, в которых необходимо знать распределение изделий в комплекте по всевозможным наборам значений признаков. Второй способ удобнее использовать для задач, в которых требуется произвести отбор изделий из заданной совокупности для формирования комплекта.

Комплект изделий формируется с определенной целью. Комплект может быть предназначен для удовлетворения каких-либо потребностей, выраженных, например, в виде спроса на изделия с различными характеристиками. Комплект может быть предназначен для выполнения какого-либо заданного набора функций. В зависимости от назначения комплекта определяется его состав, т.е. перечень изделий с указанием наборов значений признаков и количественные соотношения изделий с различными наборами значений признаков. Очевидно, что различные по составу комплекты в различной степени удовлетворяют потребности или по-разному выполняют свои функции. Для сравнения различных комплектов и выбора среди них наилучшего устанавливается критерий, оценивающий качество комплекта. Таким критерием может быть, например, величина затрат на производство комплекта изделий. Другим примером критерия может служить степень удовлетворения спроса на комплекты изделий, выражаемая величиной потерь из-за несоответствия значений параметров изделий в предлагаемом комплекте и требуемом.

Как правило, при формировании комплекта не любой его состав может быть практически реализован. В общем случае факторы, ограничивающие свободу выбора состава комплекта, могут иметь самый разный смысл: экономический, технологический, эксплуатационный и т.д. Например, в задаче производства комплекта обычно бывают ограничены ресурсы (материалы, оборудование, фонд заработной платы и т.д.), необходимые для изготовления изделий. Отличительной чертой задач формирования комплектов является наличие ограничений на числовые характеристики комплекта, например, на общее количество изделий, на их распределение по значениям какого-либо признака и т.д.

При формировании комплекта допустимы только те составы, которые не нарушают установленных ограничений. Среда допустимых имеется оптимальный состав, которому

зн\0^Б^еТВкУриТеоиИб° МаКС—либо минимальное

содержательного г- Качества комплекта в зависимости от содержательного смысла задачи.

Если комплект формируется из готовых изделий имеющихся в наличии, то такие задачи описывТют си^™ использования комплектов изделий. ситуации

Если же комплект формируется на основе проектов изделии, которые предстоит еще изготовить! тГ^а^е задачи описывают ситуации планирования ^звод™ комплектов изделий т^™,, „ "риизводства

оптимальных кортов мог™ ' ^^ Ф«0*™ ^ишшектов могут описывать пюктичр™ио

ситуации планирования производства и Шатрова™* использования комплектов изделий. планирования

В работе рассмотрены следующие задачи оптимизации

=г -ЕЕ

экономические показатели; задача оптимизации "ва многомерного комплекта при известном спросе^ из~-задача формирования комплекта изделий по заказ^ '

Задача формирования состава комплекта

минимизирующего затраты на его произ^во' рассматривается при дополнительных огран^ях ^ материальные ресурсы, необходимые для изготовления

себестоимость ^ек^Т пр^Г от°^—ции^

из^ГГо °Г™ 3~ -

групп изделии с одинаковыми свойствами, например от численности каждой группы изделий с олйда^щЛ мощностью двигателя. определенной

При оптимизации состава многомерного комплекта БАК

<™С„но°ГДеЛвЯеТ °бЩее ЧИСЛ° ИЗДеЛИЙ * "екТе^

численность в нем групп изделий с определенными

спроЧ™авТиетДеЛеННЫХ ПРИЗНаК0В" С~ удовлетворен^ спроса зависит от величины разности численностей

соответствующих групп изделий с одинаковыми свойств^! в

предлагаемом и требуемом комплектах. НеобхХмо

сформировать состав комплекта так, чтобы макси^зи~

степень удовлетворения спроса или, иными словами, минимизировать рассогласование между желаемым и получаемым составами комплекта.

При формировании комплекта изделий по заказам в них указывается количество приобретаемых изделий и их характеристики (значения признаков). На основе заказов образуется множество изделий, которые предстоит изготовить. Из изделий этого множества требуется сформировать состав многомерного комплекта. Изделия комплекта должны быть собраны в течение определенного производственного периода времени.

Допустимость включения в комплект изделий с определенными свойствами (значениями признаков) и их количество ограничены производственными возможностями данного периода. Диспетчерская, плановая и сбытовая службы предприятия проводят анализ ситуации, складывающейся к данному моменту времени и определяют производственные возможности по сборке изделий с разными характеристиками. При этом рассматриваются " задания Минобороны и ход их выполнения за предыдущий период, договоры с конкретными заказчиками и планы поставок готовых изделий. Производственные возможности

определяются наличием комплектующих узлов, деталей, материалов, работоспособностью оборудования, наличием заделов и объемами незавершенного производства, наличием рабочих соответствующей квалификации. Кроме того, учитывается трудоемкость сборки изделий с определенными характеристиками, срочность выполнения и важность заказов, наличие транспортных средств для отправки готовых изделий. В результате устанавливаются ограничения на комплект: общее число изделий и количественные соотношения (пропорции) изделий с . заданными значениями отдельных признаков. Определяются также те признаки и те их значения, изделий с которыми желательно иметь в комплекте как можно больше или как можно меньше. Изделия с такими значениями признаков либо не вызовут трудностей в производстве, либо, наоборот, например, из-за дефицита на сборке каких-либо деталей и материалов. Все требования и ограничения упорядочиваются по приоритетам (ранжируются по важности). В итоге получаются агрегированные параметры плана сборки (состава комплекта), которые служат исходными данными для его формирования. План сборки представляет собой перечень изделий с указанием для каждого из них всех значений признаков. Таким образом, в задаче требуется на данном периоде сформировать состав

многомерного комплекта из заказанных изделий так, чтобы удовлетворить всем требованиям с учетом их приоритетов.

Рассмотрим задачу формирования оптимального состава многомерного комплекта изделий по минимуму затрат на производство при ограниченной производственной мощности. В соответствии с ней изделия, из которых формируется комплект, характеризуются конечным множеством признаков, пронумерованных индексом а = 1, Р. Множество допустимых значений каждого признака - 10={1,к„}. Количество изделий, одновременно имеющих некоторое значение i„ela по каждому признаку, обозначим через x¡, „¡„л, . Тогда р-мерная

пространственная матрица Jx¡,..í...íJ порядка (k,,...,ka,...,kp) с р

числом элементов Пка описывает состав формируемого

многомерного комплекта изделий. Его качество оценивается функцией затрат вида: р К

ZIXK). (5.9)

где каждое слагаемое Ф^(и^) является выпуклой функцией от и^ и описывает затраты на прбизводство группы изделий в количестве штук, имеющих одинаковое значение ¡0 по признаку а. Численность группы изделий с одинаковыми значениями какого-либо признака зависит от состава комплекта и вычисляется следующим образом: ki.-*.-i. К......X,

"■<.= Z \i, (5.10)

Ввиду ограниченной производственной мощности комплект может содержать только N изделий. Следовательно, его состав должен удовлетворять условию:

£ *>,.„ =N- (5.И)

'i=U ■ je=l.~jp =1

где N>0 - целое. Кроме того, из-за неделимости изделий должны быть целыми все

V.^.i, 'а =ГкГ, а=1Р (5.12)

Задача состоит в том, чтобы найти х • ,

■i J. Л

минимизирующие целевую функцию (5.9) при ограничениях (5.11) и (5.12) .

Для разработки алгоритмов решения поставленных задач

выбора оптимальных многомерных комплектов БАК докажем ряд утверждений.

Обозначим 1„ = {|0е10|и^ >о|, а=1,Р.

Теорема 5.1. Для того чтобы пространственная матрица ¿,...¡„...1,, ^ с целочисленными неотрицательными элементами,

удовлетворяющими ограничению (5.11), являлась оптимальным решением задачи (5.9)-(5.12), необходимо и достаточно выполнение для всех а = 1,Р условия

шт[ф,а(и1а + 1)-(и^)]>тах[<р^(и^)-(й^ -1)]. (5.13)

Доказательство достаточности. Пусть |х;) ^ х | - допустимое решение, удовлетворяющее системе неравенств (5.13). Пусть ^любое другое допустимое решение.

Докажем, что в этом случае ^ ^ является оптимальным решением задачи (5.9) — (5.12) - Для этого покажем, что

значение целевой функции на решении |xi(. ^.jJ больше или

равно значению целевой функции на решении Jx^j^j. Иными словами, покажем, что верно неравенство

¿E^J* ££<*.№.)• (5.14)

Учитывая, что целевая функция (5.9)аддитивна, и все неравенства системы (5.13) аналогичны по своему виду, вначале рассмотрим лишь одну составляющую критерия (5.9) и одно из неравенств системы (5.13), отмеченные индексом и покажем, что

IvJüJ^XXto.)' (5.15)

¡.=1

а после этого установим справедливость неравенства (5.14) .

Левую часть неравенства (5.13) обозначим через А. X = min [ч>и +l)-<p,a(uj. (5.16)

Так как X является минимальной величиной среди величин, соответствующих значениям выражений, стоящих в (5.16) за знаком минимума, то для всех iaela справедливо

X<9(<(Ii,a+l)-9,a(ula). (5.17)

Учитывая, что в правой части неравенства (5.13) расположено максимальное число среди всех чисел,

соответствующих значениям выражений, стоящих за знаком максимума и определенных на множестве индексов I* из (5.10) и (5.13), получаем неравенство, справедливое для всех i0el*:

*-*<P,.("i.)-4>i.("i.-l). (5.18)

Из выпуклости функций <р4_ (u^) следует

^кк + • (5.19)

Переписывая (5.19) в другом виде, получаем

44,(4 ♦•bV.^J^JuJ-'MUi -1)- (5.20)

Следовательно, разности fPi.(Ui. +')-<Pia(Ui,)]. '0el0

являются неубывающими функциями целочисленных аргументов. Если то ввиду монотонности (5.20) из неравенства

(5.17) для всех »„е1ц получаем

X<<Pia(uia +l)-<p,a(uia), (5.21)

а если 0<uiBSuja, то ¡„el* и для всех таких ia из неравенства (5.18) вследствие монотонности (5.20) имеем XScp^UjJ-epJii^-1). (5.22)

Просуммируем неравенство (5.31) по всем целым и^ таким, что < ui(i < й^ -1 прий^>и!<1. В результате выполнения этой операции получим

-"¡.)- (5.23)

Теперь просуммируем неравенство (5.22) по всем целым и; таким, что при u^cu^. Это суммирование

дает

<M"i.)- - Uu). (5.24)

Суммируя неравенство (5.23) по множеству индексов образуемому элементами i„el0 такими, что ¡„е!^ тогда и только тогда, когда >й; , получаем

£ 9i.(*J- Z q>i.(\)*bS (Ч -«J- (5.25)

.„di i„6l„ i.eli,

Суммируя неравенство (5.24) по множеству индексов образуемому элементами i„el0 такими, что iael* тогда и только тогда когда Uj > й; , получаем

2 Ч>А)- I Vi.dJ^E <4 (5.26)

i.e'2

Заметим, что в общем случае

1в\(11и£) = 1,.*0. (5.27)

Тогда существуют ¡_е1„ такие, что й; =и, .

Учитывая это, составим равенство

¡«^

где суммирование проводится по множеству индексов с I, образуемому элементами 1ае1„ такими, что ¡0е1„ тогда и

только тогда, когда й= =и, .

'в

Выражение (5.28) является тождеством, поскольку его правая и левая части тождественно равны нулю ввиду (5.27).

Теперь, суммируя выражения (5.25), (5.26), (5.28) и используя равенство к. к.

¡.=1 ¡«»I получаем

к. ка

1Х("1„)г2Х(Ч)>' (5.29)

где суммирование проводится по всему множеству индексов = Так как соотношение (5.29) справедливо

при любом а = 1, Р (это можно показать для каждой составляющей критерия (5.9) и соответствующего ей неравенства из системы (5.13) рассуждениями, аналогичными вышеизложенным), то суммируя (5.29) по индексу а=1,Р, устанавливаем справедливость соотношения (5.14). Это доказывает достаточность системы условий (5.13), т.е.

пространственная матрица минимизирует выражение

(5.9).

Доказательство необходимости. Пусть пространственная

матрица, ^ ^[ является оптимальным решением задачи (5.9)-(5.12) .

Предположим, что хотя бы одно из неравенств системы (5.13) не выполняется на этом решении. Тогда покажем, что

найдется допустимое решение ^ л | для которого

справедливо неравенство

I 1ФА><11>,.(\)' (5-30)

что будет противоречить исходному предположению об

л -

оптимальности решения , i |.

Так как N>0, то 1**0, а = 1,р.

Для определенности будем считать, что не выполняется одно из неравенств системы (5.13), отмеченное индексом

Пусть левая часть неравенства (5.13), у которого знак равенства изменен на противоположный по смыслу, достигает своего минимума при некотором значении индекса а

правая часть достигает своего максимума при некотором значении индекса 1„=т). С учетом этого запишем следующее неравенство:

ф,(а. + 1) - ф4)< <рчСич)-фч(ич -1). (5.31)

Поскольку разность (5.30) от функций <(>; есть монотонно неубывающая функция, то в случае выражение (5.30) не

может иметь места, значит

Построим новое решение по следующему правилу:

й,=й<+1; й„=ип-1, (5.32)

а для остальных значений индексов 1а пусть будет верно

".„=".„ • ' (5.33)

Причем для правой части второго равенства (5.32) в простом сечении ориентации ('„=л) пространственной

матрицы ^ должен существовать хотя бы один элемент

\ ..Л >0"

Такой элемент существует, так как т)е1о- Тогда прибавление единицы в простом сечении ориентации (¡а=4) пространственной матрицы фиксируется набором

значений индексов I,..ла..лр, соответствующим Хц...^ > 0 • Очевидно, что все х; : : >0 - целые числа и

М-'о'р

к,, .¿„..л

2 = т.е. новое решение является

допустимым для задачи (5.9)-(5.12).

Вычислим разность между значениями критерия на вновь построенном и оптимальном решениях

Р I. Р I.

=ф4(й5)+(рч(ич)-(р4(й4)-фч(ип)= (5.34)

Выражение (5.34) отрицательно ввиду неравенства (5.31), а значит верно (5.30), что противоречит исходному

предположению об оптимальности решения Цх^^ ¡ |.

Следовательно/., одно из неравенств системы (5.13) с индексом ¡п должно иметь место.

Доказательство необходимости выполнения остальных неравенств системы (5.13) проводится аналогично изложенному выше путем изменений в (5.32), (5.33)

суммирования элементов пространственной матрицы 5х: ; ¡1

*г II ^..Лд-.Лр I

по простым сечениям ориентации (¡„=л) и (•„ =4) на суммирование по другим необходимым простым сечениям требуемых ориентации и рассмотрения соответствующих им слагаемых критерия (5.9). к

Таким образом, система неравенств должна иметь место, что и доказывает необходимость условия (5.13). Теорема доказана.

Теорема (5.1) позволяет построить относительно простой алгоритм решения задачи (5.9) — (5.12) . Мнтеративная процедура поиска оптимального решения

начинается с нулевой матрицы } ■1 |, т.е. на нулевом шаге процедуры полагается ^ =0, 1а=1,Ка; а = 1,р.

На каждом п-м (0<п<Ы) шаге процедуры для всех а = 1,р решаются следующие задачи поиска минимумов:

шш^^и^ + О + ф.^и,^)], (5.35)

где и)"1 определяется по формуле (5.10).

Минимумы в задачах (5.35) достигаются при каких-либо значениях индексов ¡а=)1а(п), а = 1,р. Переход к (п +1) -му шагу осуществляется в соответствии с выражениями:

(п + 0 I I с. *} С \

Х!»,<"» Ц„(п> ..Цр(п) - хМ«У »».. )>,,(») + 1 ' ( Ь . ЗЬ)

(п)

хг,. |„ I, =Х1, >„ V лля всех остальных наборов значении индексов.

Блок-схема алгоритма определения (5.35), (5.3?|

h,

(^"Конец J} Рис.5.2.

Оптимальное решение в соответствии с этим алгоритмом получается за N шагов путем распределения N единиц по

элементам пространственной матрицы |Х1|. .¡... ¡,} • При этом

на каждом шаге единица прибавляется тому элементу

которому соответствует система функций

Ф^, а = 1,р, одновременно имеющих наименьшее приращение в соответствии с выражением (5.35).

Аналогичные алгоритмы разработаны также для решения других приведенных в данном разделе задач.

С использованием предложенной методологии были определены единые принципы построения параметрического ряда комплексов с БЛА межвидового применения, проведена проектно-расчетная проработка технических путей создания комплексов с БЛА малой и средней дальности межвидового применения, исследованы варианты состава (комплекты) и тактики определения состава таких комплексов как БАК тактической разведки "Строй-А", БАК с беспилотным вертолетом "Скол", комплекс видовой разведки "Клест" и др. '

Это позволило ускорить сроки разработки; повысить качество разработки и ег технический уровень; повысить обоснованность принимаемых технических решений; достичь более высоких интегральных характеристик по критерию качество-эффективность; уменьшить количество

прорабатываемых альтернативных вариантов; увеличить оперативность при принятии решений при реализации межкооперационных связей; уменьшить стоимость разработки и изготовления комплексов с БЛА.

6. Структура и функции корпоративной автоматизированной системы «Луч»

Основой реализации ИККСИ-стратегии является корпоративная автоматизированная система «Луч», составляющими которой являются:

- распределенная компьютерная архитектура, обеспечивающая синхронизацию, оптимальное планирование и обработку управляющей информации на отдельных стадиях жизненного цикла БАК;

- совокупность инструментальных программных средств (САЭЕ-технология), которые обеспечивают быстрое прототипирование (компьютерное макетирование) и многокритериальную оптимизацию при проектировании, позволяющую достичь эффективного соотношения между затратами на проектирование и производство и ценой изделия при соблюдении жизненно важных ограничений;

- унифицированное и всестороннее хранение и представление всей требуемой при проектировании и производстве информации, которая может быть интерпретирована и разносторонне проанализирована в соответствии с потребностями пользователя.

ИККСИ-стратегия это принципиально новый

интегрированный подход к разработке сложных изделий (например БАК). В основе технологии лежит идея совмещенного проектирования изделия, а также процессов его изготовления и сопровождения, координируемая с помощью специально создаваемой для этой цели распределенной информационной среды. Подобная стратегия позволяет использовать проектные данные, начиная с самых ранних стадий проектирования, одновременно различными группами специалистов. Необходимость внедрения данной стратегии связана прежде всего с повышением значимости для потребителя таких неценовых факторов

конкурентоспособности продукции как качество, способность к быстрому выполнению индивидуального заказа. Использование подобной организации проектирования изделий, ориентированной на применение новых информационных технологий и интеграцию знаний из различных проблемных областей жизненного цикла БАК "«маркетинг-проектирование-производство», позволяет

экономить не только время (время от идеи до рынка сокращается на 25-50%), но и средства за счет повышения качества изделий, сокращения изменений (в 2-3 раза),

вносимых в конструкцию на стадии изготовления, и упрощения сервисного обслуживания.

ИККСИ-стратегия обеспечивает устранение известных недостатков последовательного проектирования, в частности, когда ошибки проекта изделия неожиданно обнаруживаются на последних его стадиях. Как показывает отечественный опыт, 50-70% имеющихся дефектов в готовой машиностроительной. продукции вызваны ошибками в конструкторских решениях, 20-30% - недостатками технологии изготовления, 5-15% - возникают по вине рабочих. Устранение первой группы дефектов осуществляется, в основном, за счет совмещенного проектирования составляющих технологической системы «изделие-технология-оборудование» и «опережающего» учета возникающих при этом ограничений. Основными факторами за счет которых обеспечивается достижение данных показателей являются следующие:

- ИККСИ охватывает все условия и факторы повышения эффективности жизненного цикла изделия;

ИККСИ обеспечивает образование интегрального эффекта; ,

- ИККСИ индивидуализирована, так как ее конкретная реализация учитывает особенности предприятия, на котором она внедряется, а также требования заказчика;

ИККСИ внедряется в рамках уже действующего предприятия, конкретные экокомичесг1е параметры которого и условия функционирования оказывают существенное влияние на результативность ее внедрения;

ИККСИ постоянно развивается, что предполагает ,необходимость расширения состава учитываемых факторов повышения эффективности жизненного цикла и согласования их с ранее учтенными факторами и полученными результатами;

ИККСИ предполагает согласованное проектирование системы «изделие-технологический процесс-производственная система (оборудование-люди)» и управление ею.

В функциональном отношении технические, программные и информационные средства ИККСИ могут быть разделены на два основных направления. В рамках первого направления эти средства представляют собой единую интегрированную среду интероперабельных инструментальных систем, функционально охватывающих все этапы проектирования, синтез геометрических моделей, инженерный анализ, разработку чертежно-конструкторской документации и подготовку производства. Продукты, входящие в эту систему,

обеспечивают высокую функциональную гибкость в применении к конкретным особенностям предприятий, проектируемой и производимой ими продукции. Данные средства обеспечивают глобальный доступ к данным и использование их на любом рабочем месте в любое время. Они поддерживают режим параллельной коллективной работы различных групп пользователей и обеспечивают управление информационной моделью объекта в течение его жизненного цикла. В качестве данных могут использоваться любые геометрические и технологические показатели, включая трехмерные и двумерные модели, полученные в САПР, чертежи в электронном виде, данные инженерных расчетов, растровые изображения, бумажные чертежи, спецификации, извещения об изменениях, инструкции, приказы, технические публикации и т.п. Если документ не присутствует в электронном виде, то он должен иметь электронный дескриптор, который и является объектом хранения и управления.

Указанные средства входят в объектно-ориентированный пакет, использующий технологию «клиент-сервер». Это позволяет сотрудникам всего предприятия через свои терминалы на рабочих станциях или персональных компьютерах получать доступ к информационной модели изделия, хранящейся в электронном виде в базе данных на сервере, и управлять эст!ми данными. Пользователю обеспечивается возможность задания в виде дерева структуры продукта и его отдельных частей. Специальные модули пакета дают возможность пользователям просматривать, размещать и сохранять техническую информацию любого типа, задавать, исходя из конкретных условий предприятия, методику управления потоком работ и заданий и контролировать процессы, а также управлять конфигурациями и версиями проектов.

Данный пакет содержит три основные подсистемы:

- управление процессами проектирования и производства изделия (БАК);

- управление работами;

- управление проектами.

Совместная работа этих трех подсистем обеспечивает реализацию всех возможностей управления в рамках предприятия, хотя и любой из них может использоваться самостоятельно для решения своих специфических задач. Первая подсистема предоставляет пользователю полный набор возможностей для управления проектными, технологическими и инженерными данными, при этом осуществляется механизм упорядоченного доступа к хранилищу данных предприятия,

поддерживается конфиденциальность и безопасность их хранения и использования. Подсистема «управление работами» автоматизирует выполнение всех функций управления любым процессом, представимым в виде последовательности этапов. В модуле координируется и отслеживается взаимодействие и взаимовлияние между различными рабочими группами одного проекта. Подсистема «управление проектами» предназначена, в первую очередь, производственным подразделениям для работы с полными комплектами данных о конечных продуктах, полученных во время разработки. Эта же подсистема объединяет инженерные и проектные спецификации и позволяет отслеживать до уровня отдельной записи все исправления и изменения, вносимые в базу данных. Эта подсистема используется также для обеспечения совместной параллельной работы инженеров из различных подразделений и проектировщиков по различным специализациям, что повышает качество проекта и одновременно уменьшает время подготовки выхода готового изделия. Такой эффект достигается за счет надежного и раннего обнаружения и разрешения проблем и проектных коллизий в ходе совместной разработки. Коллектив конструкторов и технологов, не прибегая к дорогостоящему и длительному изготовлению опытного образца, имеет возможность отображения и проверки сложных сборочных изделий за счет работы со структурой изделия и использования окна просмотра трехмерной модели.

Для вывода чертежно-конструкторской документации имеются программные средства, обеспечивающие поддержку вывода документации в чертежных стандартах - ЕСКД, ANSY, ISO.

Важным информационным компонентом при реализации ИККСИ является интегрированная библиотека

общепользовательских данных. В интегрированной библиотеке используются три вида сущностей, а именно:

- классы общей модели для описания имеющейся в библиотеке иерархической системы классов изделий;

класс функциональной модели для генерации

представления изделия в одной из категорий представления;

- класс функционального вида - для описания структуры представления в одной из категорий представления.

Каждый экземпляр сущности «классы общей модели» является классом общей модели, представляющим в библиотеке некоторое семейство изделий - простое или обобщенное.

Разнообразные способы представления одного и того же изделия (общей модели) могут разделяться по категориям (геометрия, кинематика, конечно-элементный анализ условия поставки и т.д.). Кяасс функциональной моде™ служит для представления свойств всех изделий одного или нескольких классов общей модели в рамках одной категории представления. Класс идентифицируется «логическим именем вида», а при наличии в пределах класса нескольких вариантов представления конкретизация варианта осуществляется «управляющими переменными вида»

Описание класса функциональной модели включает параметры контекста, атрибуты представления, функции определения и методы. Связь класса Функциональной мод^ с классом общей устанавливается на уровне экземпляров этих классов - функциональной и общей моделей изделия При этом атрибуты общей модели доступны для любой связанной с ней функциональной модели

При функционировании библиотеки реализуются следующие виды деятельности:

" библиотеки - лицо, формирующее в

стандартном формате описание изделий и (или)

представлении изделий и отвечающее за достоверность этого описания; ^ "

- интегратор^- лицо, объединяющее множество библиотек поставщиков в программную среду, связанную с одним Или многими приложениями; комбинация этой программной среда и библиотек поставщиков называется интегрированной библиотекой (ИВ);

" пользователь - пользователь системы,

просматривающий с АРМ содержимое ИБ, выбирающий нужное изделие и передающий некоторое представление этого изделия в модель, поддерживаемую программной средой

Конечный пользователь имеет также возможность адаптировать библиотеку каждого поставщика (удаление ненужных элементов, добавление атрибутов). Результат этой адаптации называется библиотекой пользователя

Содержимое ИВ полностью определяется поставщиками библиотек и пользователем. Роль же интегратора сводится к разработке программной системы, позволяющей-

-автоматически интегрировать. («компилировать») библиотеки поставщиков;

- при необходимости адаптировать эти библиотеки пользователем;

- оперировать с результирующей библиотекой с АРМ-а пользователя.

Архитектура библиотеки определяется в терминах следующих пяти подсистем:

1) Диалоговый интерфейс - это подсистема, обеспечивающая пользователю (через АРМ) доступ к ИБ и передачу данных из ИБ на экран пользователя.

2) Интерфейс передачи представления - это множество функций, или механизмов, доступных для определяемых поставщиком представлений и позволяющих по требованию пользователя передавать представление изделия в систему.

3) Семантический словарь - это таблица с множеством входов, обеспечивающих автоматическую связь дескрипторов (внешних имен, предназначенных для восприятия человеком) и идентификаторов (внутренних имен, предназначенных для машинной программы). В словаре имеются входа следующих типов: поставщик, класс, свойство, тип значений, библиотека программ, документ.

Семантический словарь осуществляет следующие пять функций:

- имеет средства определения отношений между разными элементами ИБ, полученными как от одного, так и разных поставщиков, и обеспечивает,хранение этих отношений;

- обеспечивает совместимость внешних имен элементов, принадлежащих библиотекам разных поставщиков;

- обеспечивает перевод внешних имен на разные языки;

- позволяет поставщику определять разные внутренние имена как.синонимы;

- содержит, если необходимо, для определенных входов значения, присваемые по умолчанию.

4) Содержимое библиотеки - это информация в библиотеке пользователя. Она состоит из данных и программ. Любой фрагмент этой информации порожден либо поставщиком либо пользователем и соответственно этой принадлежности идентифицируется.

5) Система управления библиотекой - это программная система, разрабатываемая интегратором и позволяющая пользователю работать с содержимым ИБ.

К функциональным средствам второго направления относятся: «Управление финансовыми потоками»,

«Бухгалтерия», «Управление кадрами», «Управление материально-техническим снабжением и сбытом»,

«Делопроизводство» и др.

Первая очередь системы (программные и информационные средства ИККСИ) в рамках обоих основных направлений разработаны на базе средств СУБД ORACLE, Uniface. СУБД Uniface 6.0 представляет собой среду разработки

крупномасштабных приложений класса "клиент-сервер". Разработка проводилась в следующей компонентной архитектуре:

1) Application Objects Repository (репозитарий объектов приложений) - содержит метаданные, автоматически используемые всеми остальными компонентами на протяжении жизненного цикла ИС.

2) Application Model Manager - поддерживает прикладные модели, каждая из которых представляет собой подмножество общей схемы БД с точки зрения данного приложения.

3) Rapid Application Builder - средство быстрого создания экранных форм и отчетов на базе объектов прикладной модели. Оно включает графический редактор форм, средства прототипирования, отладки, тестирования и документирования. Реализован интерфейс с разнообразными типами оконных элементов управления (Open Widget Interface) для существующих графических систем - MS Windows (включая VBX), Motif, OS/2.

4) Developer Services (службы разработчика) используются для поддержки крупных проектов и реализуют контроль версий, права доступа, глобальные модификации и т.д. Это обеспечивает разработчиков средствами параллельного проектирований, входного и выходного контроля, поиска, просмотра, поддержки и выдачи отчетов по данным системы контроля версий.

5) Deployment Manager (управление распространением приложений) - средства, позволяющие подготовить созданное приложение для распространения, установить и сопровождать его (при этом платформа пользователя может отличаться от платформы разработчика). В их состав входят сетевые драйверы и драйверы СУБД, сервер приложений (полисервер), средстве, распространения приложений и управления базами данных. ORACLE, Uniface поддерживают интерфейс практически со всеми известными программно-аппаратными платформами, СУБД, CASE-средствами, сетевыми протоколами и мониторами транзакций.

6) Personal Series (персональные средства) используются для создания сложных запросов и отчетов в графической форме, а также для переноса данных в такие системы, как WinWord и Excel.

Опыт разработки и первых этапов опытной эксплуатации подтвердил эффективность принятых проектных решений.

Технической основой реализации ИККСИ-стратегии является корпоративная информационно-вычислительная сеть (КИВС).

Термин «корпоративная сеть» обозначает новый класс интерсетей, элементами которых являются локальные сети. В корпоративной сети находятся центральная и удаленные локальные сети. Локальные сети как бы погружены в среду телекоммуникации, где каналы связи между ними формируются на постоянной основе и на время обмена. Данная структура аналогична структуре самой корпорации (рис.6.1).

Корпоративная информационная система с технической точки зрения является совокупностью связанных между собой следующих «слоев» программного и технического обеспечения:

- прикладные системы;

- системы управления базами данных, архивные системы;

- операционные системы;

- компьютеры, терминалы и рабочие станции;

- локальные вычислительные сети (ЛВС);

- системы межсетевого взаимодействия (СМСВ);

транспортные систему (кабельные, спутниковые и прочие каналы связи).

Уровень ЛВС, построенный на кабельной основе, является локальной сетевой инфраструктурой корпоративной информационной системы и представляет из себя совокупность сетевых адаптеров, концентраторов и коммутаторов рабочих групп, этажных и корпоративных концентраторов и коммутаторов. Присутствует как аппаратура, так и программное обеспечение в виде драйверов с загружаемыми сетевыми протоколами.

ЛВС наряду с транспортными системами являются одной из самых долгосрочных инвестиций в информационные системы. Важно отметить, что уровень ЛВС является полностью стандартизированным и открытым для прикладных и прочих систем. Все' протоколы физического, канального, системного, транспортного, прикладного уровней ЛВС поддерживаются всеми без исключения производителями оборудования, что дает возможность строить локальные сети любого масштаба и сложности, исходя только из предполагаемой топологии сети. Это позволяет приступать к проектированию и установке ЛВС одновременно с разработкой приложений информационной системы.

Основные требования, предъявляемые к локальной вычислительной сети и ее оборудованию:

- масштабируемость;

Рис.6.1.

- открытость;

- возможность эффективного наращивания емкости сети;

- совместимость служебных протоколов сетевых устройств, позволяющих устройствам обмениваться информацией между собой (это требование обеспечивается преимущественным использованием линейки продуктов одного производителя);

- возможность безболезненного перехода к другим существующим и новым сетевым технологиям с защитой инвестиций;

- простота настройки (программирования) устройств и их обслуживания;

- поддержка максимально необходимого для корпоративной сети спектра сетевых и прочих протоколов разных уровней;

- поддержка протоколов управления сетью всеми устройствами, входящими в сеть;

- наличие прикладной программы управления сетевыми устройствами.

Системы межсетевого взаимодействия, так же как ЛВС и транспортные системы, характеризуются высоким уровнем стандартизации протоколов и оборудования, а также инвариантностью по отношению к «надстройке» информационной системы. Существующий набор транспортных протоколов и протоколов взаимодействия сетевых устройств обеспечивает 100? совместимость ЛВС и отдельных терминальных устройств, связанных через СМСВ.

В СМСВ входят следующие элементы:

- маршрутизаторы;

- модемы;

- каналообразующее оборудование;

- собственно каналы связи;

- мультиплексоры/коммутаторы.

Эффективность СМСВ обеспечивается выполнением следующих требований:

- масштабируемость системы;

- открытость;

- поддержка широкого спектра физических средств и скоростей каналов передачи данных;

совместимость служебных протоколов сетевых устройств, позволяющих устройствам обмениваться информацией между собой;

- простота настройки (программирования) устройств и их обслуживания;

поддержка широкого спектра как программных (протоколов) так и аппаратных (разъемов) интерфейсов;

- возможность управления всеми устройствами СМСВ из единого центра управления по одному из стандартных протоколов.

Таким образом, инфраструктура корпоративной сети, реализованная в транспортной системе, системах ЛВС и СМСВ, практически инвариантна к реализациям любых прикладных систем.

Основой разветвленной корпоративной информационной системы служит многоуровневая система связи, так как корпорация представляет собой совокупность территориально распределенных предприятий, объединяемых в информационном плане средствами связи в предприятиях и между предприятиями. Под системой связи подразумеваются технические и программные средства, представляющие услуги телефонии, передачи данных, объединения вычислительной техники на уровне локальных вычислительных сетей и соединеш-.я этих сетей.

Деление системы связи на несколько уровней определяется вариантами административного деления корпорации, но на информационном уровне можно выделить два слоя - технологический и административный. В том и в другом случае на каждом уровне может произойти деление в зависимости от приоритета подразделений, что влечет за собой расслоение информационных ресурсов. Чем ниже приоритет подразделения, тем больше объемы информации и больше ее разноплановость. С повышением приоритета объемы данных уменьшаются, так как проходят предварительную обработку на нижних уровнях. Такое распределение информационных массивов требует сосредоточения основной массы наиболее производительных каналов связи на более низких уровнях корпоративной информационной системы.

В техническом плане в сети существуют шесть уровней:

- физическая среда передачи;

- модульные кабельные системы;

- слой сетевой поддержки станций;

- коммуникационные серверы;

- концентраторы;

- маршрутизаторы.

При создании корпоративной системы связи на каждом ее уровне предусмотрено использование современных стандартов на средства передачи данных и методов доступа к среде передачи данных. Сеть, построенная по единым правилам, ставится в зависимость от стандартов на передачу данных и

методов доступа к сети, а не способов подключения к сети и конкретных каналов данных. Кроме того, сокращаются непроизводительные затраты на создание и доводку до уровня внутреннего промышленного стандарта собственных средств управления сетью и средств доступа к сети при наличии стандартов в этой области, признанных мировой практикой.

Наличие единых правил и методов доступа к сети, применяемых вне зависимости от технического исполнения средств доставки данных, имеет дополнительные преимущества I - независимость при интеграции в корпоративной сети разнородной вычислительной техники и равноправный доступ к данным для широкого спектра средств вычислительной техники, применяемой на рабочем месте. Особое значение этот фактор имеет в случае подключения к корпоративной сети уже работающих сетей.

Использование мировых стандартов в области коммуникации полностью решает проблемы подключения корпоративной сети к внешним, по отношению к корпорации, информационным ресурсам. Наличие стандартизированных методов доступа позволяет С^ез дополнительных технических решений обеспечить корпоративным пользователям доступ к базам данных, поддерживаемым открытыми сетями.

Основной акцент на применение в межсетевом соединении существующей кабельной сети приводит к серьезной зависимости корпоративной информационной системы от качества аналоговых каналов, существующих маршрутов проложенных кабелей, количества свободных каналов и издержек на аренду. Вычислительные сети отдельных предприятий, слабосвязанные неустойчивыми каналами связи сомнительного качества, не могут являться основой для создания развитой и надежной информационной системы крупной корпорации, так как данные, расположенные в разных точках системы, должны быть доступны по первому требованию вне зависимости от маршрута прохождения, исполнения системы передачи данных и уровня запрашивающей системы. Развитие информационной сети корпорации в такой ситуации ставится в зависимость от внутренних планов развития операторов сетей передачи данных.

Наличие в информационной сети разнотипных и нестандартных средств коммутации, сегментов разного качества и производительности, невозможность со стороны корпорации влиять на процесс совершенствования и развития такой сети оставляет для крупной корпорации только один путь - отказ от применения аналоговой кабельной связи на

межсетевом уровне, сокращение гигантских затрат на оплату аренды сторонней кабельной системы и перенесение этих затрат на скорейшее создание собственной корпоративной системы связи. Наиболее оптимальным в таких условиях может быть вариант создания микроволновой наложенной цифровой системы связи, принадлежащей корпорации.

Кроме чисто технических требований, в современных средствах доступа к данным существует тенденция постоянного сокращения разрыва в производительности различных каналов информационных сетей и стремление к равноправию каналов межсетевого взаимодействия и каналов вычислительных локальных сетей. Поэтому корпоративная система объединяется на основе собственной сети, состоящей из технических средств гарантированной доставки данных, без времени ожидания коммутации и с возможностью автоматической маршрутизации потоков данных при аварийных ситуациях на отдельных направлениях.

Одним из ключевых моментов в работе подобной сети является достоверность данных, получаемых из сети, и зашита промышленных секретов корпорации. Под защитой подразумевается не только утечка информации за пределы корпорации, но и ограничение доступа к закрытой информации собственных сотрудников. Достоверность передаваемых данных достигаемся использованием методов, гарантирующих адресную доставку информации, работу сети в режиме реального времени, защиту данных от искажения в средствах передачи и от преднамеренного искажения, защиту корпоративной сети от несанкционированного подключения, наличие средств криптографии и аутентификации.

На всех уровнях корпоративной сети выработана политика защиты данных, начиная со средств шифрования данных при выходе в каналы связи и завершая специализированными аппаратно-программными средствами, блокирующими несанкционированное проникновение в корпоративную сеть пользователей извне. Данные средства неизбежно появляются в любой большой распределенной информационной системе, так как современное высокотехнологичное производство невозможно без обмена информацией с внешней средой стандартными методами, а это, в свою очередь, порождает наличие множественных шлюзов в системе и вынуждает владельца системы предусмотреть средства защиты от проникновения нежелательных «посетителей».

Рабочие станции сети имеют встроенные технические средства контроля за доступом к вычислительной сети.

Кроме того, одним из критериев выбора программных пакетов является наличие средств кодирования информации при передаче информации по сети. Все программные средства, устанавливаемые в системе, соответствуют российским и международным стандартам по защите информации.

Технические средства (ТС) КИВС должны удовлетворять следующим требованиям по надежности:

- защита ТС от воздействия электрических и магнитных полей, а также помех по цепям питания должна быть достаточной для эффективного выполнения техническими средствами своего назначения при функционировании КИВС;

ТС должны относиться к восстанавливаемой, ремонтируемой аппаратуре;

- коэффициент готовности ТС должен быть не менее О, 97;

- срок службы ТС должен быть, не менее 5 лет (включая 3 года гарантийной эксплуатации);

- время восстановления ТС не должно превышать 30 мин. с момента отказа;

- время наработки на отказ технических средств должно быть не ниже 20000 час. »

Учитывая крупномасштабный характер КИВС, следует отметить, что из одним из основных критериев оценки проектных решений является стоимость, в частности, стоимость технических средств. Проблема минимизации стоимости технического обеспечения рассматривается в следующих направлениях:

- использование типовых проектных решений;

- использование дорогостоящего оборудования (высококачественная печать, внешние запоминающие устройства большой емкости и др.) в режиме коллективного пользования;

централизация библиотечных и других

общепользовательских баз данных, определенных видов обработки информации на уровне вышестоящих звеньев по мере наращивания вычислительных ресурсов этого уровня;

использование технических средств, не требующих специального инженерного обеспечения и дорогостоящих строительных работ.

Система передачи данных (СПД) КИВС строится на основе:

общегосударственных сетей общего доступа с коммутацией каналов (общегосударственные, междугородние, внутригородские, специализированные телефонные линии связи, включая системы связи ИСКРА-2);

- сетей общего доступа с коммутацией пакетов (РЕЛКОМ, РОСПАК, ИАСНЕТ, ИНФОТЕЛ, POCHET, СПРИНТ-СЕТЬ);

использования сети «ТВ-ИНФОРМ» для циркулярной рассыпки информации;

в качестве резервного вида связи возможно использование обмена данными на бумажных или съемных магнитных носителях при почтово-курьерском способе доставки.

Телекоммуникационная программно-аппаратная среда СПД КИВС рассматривается как комплекс услуг, предоставляемых средствами коммуникаций различных уровней и соглашений (протоколов) об их использовании. Телекоммуникационная программно-аппаратная среда СПД КИВС включает (рис.6.2):

- пользовательский интерфейс;

- средства абонентского уровня;

- протоколы абонентского уровня (электронная почта; клиент-сервер; удаленный доступ);

- средства уровня внешних связей;

протоколы базовых средств коммуникаций: TCP/IP, NETBIOS, UUCP, IPX/SPX, Х.25, РСОММ;

- средства базового уровня коммуникаций;

- протоколы аппаратного уровня (ETHERNET, RS-232, X-25, УВВ ЭВМ);

- средства сопряжения с »физическими каналами связи (адаптеры, модемы, контроллеры) ;

- физические каналы связи.

Предусматриваются следующие возможности организации связи пользователей КИВС с пользователями внешних организаций: j

путем оснащения внешней организации абонентскими ■ средствами ЕИИС по соответствующему обоюдному соглашению;

по сетям общего доступа с коммутацией пакетов (РЕЛКОМ, РОСПАК, ИАСНЕТ, ИНФОТЕЛ, POCHET, СПРИНТ-СЕТЬ и ' 1 др.), если внешняя организация является абонентом этих j сетей или сопряженных с ними;

путем абонирования средств электронной почты внешней организации, временного задействования одного из имеющихся каналов или выделения отдельного номера на АТС и использования выделенного модема, устанавливаемого на выбранной для этих целей рабочей станции ЛВС КИВС;

путем обмена данными на бумажных или съемных магнитных носителях при почтово-курьерском способе доставки.

В качестве высокоскоростной магистрали используется технология ATM, обеспечивающая обмен данными на скоростях

Пользовательский интерфейс

Средства абонентского уровня

Протоколы абонентского уровня

Электронная почта Клиент-сервер Удаленный доступ

Средства уровня внешних связей

Протоколы базовых средств коммуникаций

TCP/IP NETBIOS UUCP IPX/SPX Х-25 Х400, Х500

»

Средства базового уровня коммуникаций

Протоколы аппаратного уровня

ETHERNET RS-232 Х-25 УВВ ЭВМ

Средства сопряжения с физическими каналами связи (адаптеры, модемы, контроллеры)

Физические каналы связи

Рис.6.2.

до 622 Мбиг/с по волоконно-оптическим кабелям.

Для подключения оконечных устройств наиболее целесообразным является применение сетевой технологии Ethernet. Эта технология является в настоящий момент наиболее распространенной в мире, имеет поддержку всех ведущих производителей сетевого оборудования и полностью стандартизирована международными организациями (стандарт IEEE 802.3). Она обеспечивает достаточно высокую скорость передачи для каждой станции, отсутствие ожидания при передаче (если среда передачи не занята), поддержку различных физических сред передачи (коаксильный кабель, витая пара, оптоволокно).

Опорная сеть ЛВС строится на технологии ATM и состоит из центральных коммутаторов, коммутаторов рабочих групп, сервера маршрутов и системы управления сетью.

В качестве центрального звена предлагается использовать коммутаторы типа VIVID ATM Workgroup Switch компании Newbridge, реализующих транспортный механизм ATM в опорной сети VIVID. Это высокопроизводительные устройства, ориентированные на применение в крупных ЛВС и выполняющие только коммутацию ячеек ATM, так как преобразованием пакетов ЛВС в формат ATM занимаются устройства Ridge и NIC.

Краткие характеристики комйутатора:

- 12 интерфейсов ОС-3, работающих на скорости 155 Мбит/с по многомодовому оптическому волокну;

коммутирующая матрица ATM без блокировок, 1,6 Гбит/с;

- поддержка соединений типа SVC и PVC;

- управление по протоколу SNMP.

Для подключения сегментов ЛВС Ethernet (рабочих групп) к центральному звену предлагается использовать коммутаторы типа VIVID Yello Ridge компании Newbridge, обеспечивающие скоростную коммутацию для Ethernet и подключение существующих сетей к опорной сети VIVID ATM. Устройства, подключенные к Yello Ridge, могут соединяться через сеть ATM с компьютерами, подключенными к ней непосредственно, а также с другими устройствами на Ethernet. При этом не требуется никаких изменений в конфигурации существующих компьютеров и концентраторов.

Для маршрутизации пакетов ATM используется устройство VIVID Route Server. Оно образует конфигурацию «клиент-сервер» с устройствами VIVID Ridge и NIC.

Краткие характеристики сервера маршрутов:

- распознавание адресов и обработка широковещательных сообщений при наличии нескольких виртуальных сетей,-

мостовые соединения и маршрутизация в средах Ethernet и IP на основе спецификации МРОА;

- поддержка взаимного соответствия между адресами НАС и ATM в масштабах всей сети;

- при маршрутизации - поддержка соответствия между адресами сетевого уровня и ATM;

поддержка виртуальных ЛВС с распознаванием протокола.

Управление и контроль сети ATM осуществляется с помощью системы типа VIVID System Manager, осуществляющей управление сетью VIVID, контроль ее состояния и поиск неисправностей.

Характеристики системы управления:

- контроль-, управление и конфигурирование физических и логических характеристик сети;

- создание PVC простыми действиями с помощью мыши;

- установка состояния соединений ATM и его контроль;

- создание виртуальных ЛВС с мостами, работающими по одному протоколу или одной группе протоколов, и управление ими, а также виртуальных ЛВС с маршрутизацией по IP.

В качестве центрального сервера базы данных предлагается использовать кластер из серверов типа NCR Woridraark 4300.

Такой серверный кластер представляет собой высокопроизводительную, отказоустойчивую систему. В качестве хранилища данных предлагается использовать внешний дисковый RAID массив NCR 6255 SUBSYSTEM. Надежность такой кластерной системы при использовании системы типа NCR LifeKeeper для WindowsNT составляет не менее 99,99%.

В качестве серверов рабочих групп предлагается использовать серверы типа AcerAltos9000 компании ACER, поддерживающие до двух процессоров Intel Pentium и обладающие мощными средствами диагностики состояния и контроля работы сервера.

Локальная вычислительная сеть КИВС строится на основе сетевой операционной системы NetWare Novell либо Windows NT Microsoft и включает в себя серверы баз данных, телекоммуникационный и файловый серверы, терминалы автоматизированных рабочих мест (АРМы), средства обеспечения связи (рис.6.3).

%

Сервер Дисковый

1ЛеЬеПАР"74400

Сервер ИБП Общих ТгхррЫпе ресурсов

Рис.6.3.

Основные результаты диссертационной работы

1. На основе проведенного анализа, исследования и обобщения существующих методов и процессов создания БАК и управления этими процессами решена важная народнохозяйственная проблема, заключающаяся в создании теоретических основ, моделей и методов анализа и синтеза структуры производственной системы и базовых технологий проектирования и производства сложных технических систем, информационного и алгоритмического обеспечения системы оперативного планирования и управления реализацией этих технологий, эффективность практического применения которых подтверждена разработкой и внедрением «Информационно-координирующей корпоративной сквозной инфраструктуры» в рамках одного из ведомств МО РФ.

2. На основе анализа основных особенностей организации и управления проектированием и производством БАК сформированы основные требования к данному виду военной техники в условиях конверсии и рынка, на основе которых разработаны научно-методологические принципы, концепция и основные положения «Информационно-координирующей корпоративной сквозной инфраструктуры», теоретической основой которой являются разработанные в диссертации модели и методы анализа и синтеза эффективной технологии производства БАК и соответствующей системы управления, а технической базой - корпоративная информационно-вычислительная сеть.

3. Разработана единая методология анализа производственных и информационно-управленческих процессов, базирующаяся на использовании матричных и графовых моделей материальных и информационных потоков. С использованием полученных моделей проанализировано влияние на основные характеристики производственной системы изменений времени работы одного или нескольких блоков (обработка, транспортировка, контроль и т.д.) системы при обработке отдельных изделий партии, в том числе при различных сбоях. Полученные характеристики являются основой для расчета таких параметров системы, как вероятность выполнения производственной программы по объему и номенклатуре; реальная продуктивность отдельных видов оборудования и всей производственной системы в целом; себестоимость производства продукции, различные временные затраты и т.д.

Аналогично исследуются характеристики информационных потоков, связанных с управлением проектированием и производством БАК.

4. В рамках единой методологии анализа производственных и информационно-управленческих процессов разработаны модели и методы анализа и синтеза систем контроля качества производства БАК. Решена задача оптимизации по тем или иным критериям необходимых временных и стоимостных ресурсов на обработку продукции заданного объема и качества.

Поставлены и решены задачи синтеза систем контроля качества при обработке продукции, состоящие в выборе такой технологической структуры обработки, которая позволяет достичь максимального качества выпускаемой продукции либо обеспечивает минимум суммарных потерь системы при ограничениях на затраты на разработку и функционирование механизмов контроля качества, исправление брака, потери, связанные с наличием допустимой доли бракованных изделий, имеющиеся временные и стоимостные ресурсы.

При постановке и решении этих задач используются введенные понятия «графа качества», «индикаторного графа», «стандартной схемы' контроля», «механизмов контроля качества» и т.д.

Задачи синтеза системы контроля для последовательной, циклическо-последовательной и сетевой структур обработки деталей для производства сложных изделий, например БАК, сведены к задачам нелинейного программирования с булевыми переменными, для решения которых разработаны эффективные точные алгоритмы.

5. В рамках единой методологии анализа ' производственных и информационно-управляющих процессов разработаны модели и методы синтеза типовых модульных подсистем обработки данных корпоративной автоматизированной системы «Луч». При постановке задач выбора структуры типовых модульных подсистем используются общесистемные, минимаксные (максиминные) и сложные критерии синтеза. Первые экстремизируют суммарные показатели качества синтеза для центра и множества пользователей или задач обработки данных, вторые -показатели гарантированного качества синтеза для пользователей или задач обработки данных, рассматриваемых системой проектирования. Критерии третьего типа

применяются для выбора типовых решений в случаях несовпадения целевых функций или точек экстремума центра и элементов системы (пользователей).

В соответствии с содержанием и функциональным назначением общесистемные и минимаксные критерии синтеза используются для систем проектирования с полной централизацией, а сложные критерии - для систем с частичной централизацией.

Разработаны точные и приближенные алгоритмы решения поставленных задач синтеза, основанные на методах дискретного программирования, локальной оптимизации, теории графов и методах оптимизации на сетях и графах. Точные алгоритмы построены с использованием схемы «ветвей и границ», приближенные алгоритмы основаны на учете специфики поставленных задач, анализе структуры целевых функций и ограничений и графовой интерпретации допустимых вариантов решения.

6. Разработаны методические положения по выбору состава элементов множества БАК многоцелевого использования. Поставлена, и решена задача выбора унифицированных наборов узлов БАК для различных классов направлений (объектов) их использования по критерию минимума общих приведенных затрат на их разработку, привязку и эксплуатацию.

Поставлены и решены задачи оптимизации многомерных комплектов БАК: задача оптимизации формирования многомерного комплекта изделий при ограничениях на технико-экономические показатели их производства; задача оптимизации состава многомерного комплекта при известном спросе на изделия; задача формирования комплекта изделий по заказам.

Задача формирования состава комплекта изделий, минимизирующего затраты на его производство, рассматривается при дополнительных ограничениях на материальные ресурсы, необходимые для изготовления изделий с определенными свойствами, на фонд заработной платы, на фонд времени работы оборудования, на себестоимость комплекта, на прибыль от его реализации и другие показатели. Ограничения зависят от численности групп изделий с одинаковыми свойствами, например, от численности каждой группы изделий с определенной мощностью двигателя.

7. Разработаны точные и эвристические алгоритмы решения поставленных задач выбора структуры оптимальных

многомерных комплектов БАК, основанные на доказательстве ряда теорем и утверждений.

8. Разработаны функциональная структура и комплекс технических средств корпоративной автоматизированной системы «Луч». Функционирование данной системы направлено на эффективное создание, обмен, управление и использование электронных данных, поддерживающих жизненный цикл БАК с помощью отраслевых стандартов, реорганизации предпринимательской деятельности и передовых технологий. Она включает также стандартный набор правил организации деятельности КБ «Луч» и смежных предприятий, инструменты для интеграции предприятий, автоматизации деятельности существующих предприятий, создания и ведения технической документации, электронного обмена данными для организации поставок по принципу «точно вовремя» и т.д.

9. Эффективность разработанных в работе моделей и методов подтверждена положительным опытом их широкого использования при создании БАК различного назначения и полученным значительным тактико-техническим и экономическим эффектом (около 8 млн. руб. в ценах 1998 г.) .

I

I

Опубликованные работы по теме диссертации

1. Алексеев С.М. Принципы построения унифицированной наземной станции управления мини-ДПЛА. Материалы первой научно-технической конференции по проблематике ДПЛА. НИИАС, Москва, 1976г.

2. Алексеев С.М. Применение фильтра Калмана в командной системе управления мини-ДПЛА. Материалы первой научно-технической конференции по проблематике ДПЛА. НИИАС, Москва, 1976г.

3. Алексеев С.М., Новоселов А. П. Оптимальная оценка параметров движения беспилотного ЛА по данным радиолокационных измерений. Сборник трудов ЛМИ, Ленинград, 1978г.

4. Алексеев С.М. Применение дискретного фильтра Калмана для вторичной обработки радиолокационной информации. Материалы ХХШ конференции по состоянию и перспективам цифровой обработки радиолокационных сигналов. МНИИП, Москва, 1978г.

5. Алексеев С.М. Разработка и исследование алгоритмов управления и фильтрации t для систем траекторного управления дистанционно-пилотируемыми летательными аппаратами (ДПА). Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. РКБП, Рыбинск, 1977г.

6. Алексеев С.М. Исследование устойчивости дискретного фильтра Калмана. Вопросы спец. радиоэлектроники, серия ОТ, выпуск 2, НИИЭИР, Москва, 1980г.

7. Алексеев С.М., Савин Г.Г., Альмяев И.М. Автоматизированное проектирование микрополосковых СВЧ-узлов и гибридных интегральных схем с использованием подсистемы "Рапира-4". Методическое пособие. АнАТИ, Андропов, 1988г.

8. Алексеев С.М. Автоматизированное проектирование СВЧ устройств и электронных схем. Методические указания к курсовому проектированию. АнАТИ, Андропов, 1988г.

9. Вишняков В.А., Александровский А.Д., Алексеев С.М. Модель сигнала для исследований доплеровских радионавигационных систем в полунатурном моделирующем комплексе. Вопросы спец. радиоэлектроники, серия РЛТ, выпуск 27, НИИЭИР, Москва, 1989г.

10. Вишняков В.А., Шевелев, Алексеев С.М. Цифровой имитатор низкочастотных сигналов доплеровского измерителя. Авторское свидетельство №1385853 от 01.12.87г.

11. Алексеев C.M., Барашков В.М. и др. Авторское свидетельство на спец. тему № 270338 от 01.03.88г.

12. Алексеев С.М., Волобуев В.Ф. и др. Авторское свидетельство на спец. тему № 302845 от 02.10.89г.

13. Алексеев С.М. Модели и методы анализа интегрированных производственных систем. Проблемы управления в чрезвычайных ситуациях. Четвертая международная конференция. Тезисы докладов. РАН, Москва, 1997г.

14. Алексеев С.М. Задачи синтеза оптимальных систем контроля качества продукции в производственных системах. Проблемы управления в чрезвычайных ситуациях. Четвертая международная конференция. Тезисы докладов. РАН, Москва, 1997г.

15. Алексеев С.М. Перспективы использования беспилотных летательных аппаратов для идентификации чрезвычайных ситуаций. Проблемы управления в чрезвычайных ситуациях. Четвертая международная конференция. Тезисы докладов. РАН, Москва, 1997г.

16. Алексеев С.М. Проблемы создания информационно-координирующей корпоративной сквозной инфраструктуры управления разработкой. Проблемы управления безопасностью сложных систем. Пятая международная конференция. Тезисы докладов. РАН, Москва, 1998г.

17. Алексеев С.М., Никитин М.Ю., Чернов И.В. Использование концепции открытых систем при разработке корпоративных автоматизированных систем. Проблемы управления безопасностью сложных систем. Пятая международная конференция. Тезисы докладов. РАН, Москва, 1998г.

18. Алексеев С.М. Разработка обобщенных структурных моделей интегрированных производственных систем. Проблемы управления безопасностью сложных систем. Пятая международная конференция. Тезисы докладов. РАН, Москва, 1998г.

19. Алексеев С.М., Меденников В.И., Чернов И.В. Автоматизация разработки систем управления в условиях чрезвычайных ситуаций. Проблемы управления безопасностью сложных систем. Пятая международная конференция. Тезисы докладов. РАН, Москва, 1998г.

20. Алексеев С.М., Ковалевский С.С., Чернов И.В. Методы анализа и синтеза структуры интегрированных производственных систем. Препринт, ИПУ, Москва, 1998г.

21. Алексеев С.М., Косяченко С.А., Сиротюк В.О.

Модели и методы синтеза структуры базы данных репозитария. Управление в XX веке: итоги и перспективы. Международная конференция. Тезисы докладов. РГГУ, Москва, 1998г.

22. Алексеев С.М., Богомолов К.Г., Глаголев В.А., Коваленко А. Г. Перспективная система беспилотной артиллерийской воздушной разведки сухопутных войск. Проблемы всестороннего обеспечения боевого применения РВ и А в операциях и вооруженных конфликтах. Всероссийская научно-практическая конференция. Тезисы докладов. Российская академия ракетных и артиллерийских наук. С-Петербург, 1998.

23. Алексеев С.М., Косяченко С.А., Чернов И.В. Разработка информационно-координирующей сквозной инфраструктуры. Материалы второго научно-практического семинара "Проблемы и технологии создания и использования космических систем и комплексов на базе малых КА и орбитальных станций".М.,-1998, с.111-112.

24. Алексеев С.М., Косяченко С. А. Информационно-координирующая корпоративная инфраструктура - инструмент интеграции проектирования « и производства беспилотных летательных аппаратов. Автоматизация промышленной и финансовой сферы. Сборник статей. Тольятти, МАБ и БД, 1998.

25. Алексеев С.М., Жнякин О-В. Методы и модели анализа структуры и характеристик материальных потоков и технологий производства дискретной продукции. Автоматизация промышленной и финансовой сферы. Сборник статей. Тольятти, МАБ и БД, 1998.

26. Алексеев С.М., Волков А.Е., Микрин Е. А. Вероятностные модели и методы формирования систем контроля качества производства беспилотных летательных аппаратов. Автоматизация промышленной и финансовой сферы. Сборник статей. Тольятти, МАБ и БД, 1998.

27. Алексеев С.М., Шарапов Л.В. и др. Анализ помехоустойчивости и оптимизация устройства обработки доплеровского сигнала. Отчет о НИР. УДК 621.396.984.82 № Х86103 от 28.03.83г., РКБП, Рыбинск, 1983г.

28. Алексеев С.М., Мартынов В.И., Жемчугов А.П. и др. Исследование и обоснование основных направлений развития авиационных автономных навигационных средств до 2000 г. Отчет о НИР, РКБП, Рыбинск, 1984г.

29. Алексеев С.М., Глаголев В.А., Богомолов К.Г., Шебакпольский М.Ф. и др. Обоснование концепции построения и применения беспилотных авиационных комплексов. Отчет о НИР, КБ "Луч", Рыбинск, 1995г.

IU4

30. Алексеев C.M., Глаголев В.А., Богомолов К.Г., Шебакпольский М.Ф. и др. Проектно-расчетная проработка технических путей создания параметрического ряда комплексов с беспилотными летательными аппаратами. Отчет о НИР, Рыбинск, 1996г.

31. Алексеев С.М., Глаголев В.А., Богомолов К.Г., Шебакпольский М.Ф. и др. Теоретические и экспериментальные исследования по изысканию путей решения научно-технических проблем в обеспечение создания беспилотных авиационных комплексов. Отчет о НИР, КБ "Луч", Москва, 1997г.

32. Алексеев С.М., Глаголев В.А., Богомолов К.Г., Шебакпольский М.Ф. Сопоставительный анализ отечественных и зарубежных комплексов с беспилотными летательными аппаратами. Приложение к заключительному отчету о НИР "Сокол", КБ "Луч", 1995г.

33. Алексеев С.М., Глаголев В.А., Богомолов К.Г. Обоснование предварительных предложений по типажу новых (модернизируемых) образцов ВВТ на период до 2015 года, возможному уровню ТТХ образцов в целом и их составных частей, срокам создания, стоимости разработки, производства и технического обслуживания (в части комплексов с БЛА). Заключительный отчет о составной части НИР "Развитие 2.1", Филиал КБ»"Луч" в г. Москве, 1995г.

34. Алексеев С.М., Глаголев В.А., Богомолов К.Г. Анализ зарубежных программ по созданию комплексов с беспилотными летательными аппаратами. Отчет о составной части НИР "Дуэль-10", Филиал КБ "Луч", 1995г.

35. Алексеев С.М., Глаголев В.А., Богомолов К.Г., Востриков. Уточнение технического облика БАК "Чиж-K" по результатам согласования предварительных предложений к проекту ТТЗ на ОКР по его созданию. Этапный отчет о НИЭР "Перегонка-3". КБ "Луч", 1996г.

36. Алексеев С.М., Глаголев В.А., Востриков, Третьяк. Уточнение методики, математических моделей проведения исследований по оценке эффективности действий БАК "Чиж-K". Этапный отчет о НИЭР "Перегонка-3". КБ "Луч", 1996г.

37. Алексеев С.М., Глаголев В.А., Востриков, Богомолов К.Г.. Промежуточные результаты теоретических и экспериментальных по отработке технических решений, используемых при разработке БАК "Чиж-K" и уточнение предложений к проекту ТТЗ на ОКР по его созданию. Этапный отчет о НИЭР "Перегонка-3". КБ "Луч", 1.996г.

38. Алексеев С.М., Глаголев В.А., Востриков, Третьяк.

Завершение исследований по оценке эффективности действий БАК "Чиж-K". Этапный отчет о НИЭР "Перегонка-3". КБ "Луч", 1997г.

39. Алексеев С.М., Глаголев В.А., Богомолов К.Г. Разработка предварительных предложений по основным направлениям развития комплексов с BJ1A (в рамках системы ВВТ) на период до 2015г. Рабочие материалы по результатам выполнения этапа 1 составной части НИР "Развитие-3". Филиал КБ "Луч" в г.Москве, 1997г.

40. Алексеев С.М., Глаголев В.А., Богомолов К.Г. Обоснование единых принципов построения параметрического ряда комплексов с БЛА межвидового применения и основных технических решений, направленных на их создание. Отчет по 1 этапу НИР "Гриф", КБ "Луч", 1996г.

41. Алексеев С.М., Глаголев В.А., Богомолов К.Г., Шебакпольский М.Ф. Проектно-расчетная проработка технических путей создания тактических комплексов с БЛА средней дальности межвидового применения и подготовка предложений в проекты ТТЗ на их опытно-конструкторскую разработку. Отчет по 3-му этапу НИР "Гриф", КБ "Луч", 1997г. ,

42. Алексеев С.М., Глаголев В.А., Богомолов К.Г., Шебакпольский М.Ф. Беспилотная система разведки и целеуказания БРАВ ВМФ. Приложение 1 к отчету по з этапу НИР "Гриф", КБ "Луч", 1997г.

43. Алексеев С.М., Глаголев В.А., Богомолов К.Г., Шебакпольский М.Ф. Беспилотный комплекс доразведки и целеуказания РВ и А СВ. Приложение 2 к отчету по 3 этапу НИР "Гриф", КБ "Луч", 1997г.

44. Алексеев С.М., Глаголев В.А., Богомолов К.Г., Шебакпольский М.Ф. Комплекс видовой разведки "Клест". Техническое предложение. КБ "Луч", 1996г.

45. Алексеев С.М., Глаголев В.А., Богомолов К.Г., Шебакпольский М.Ф. Дополнительные исследования по уточнению состава комплекса, тактики его применения и способов взаимодействия с внешними системами и потребителями получаемой информации. Рабочие материалы по 1-му этапу составной части НИЭР "Сокол". Филиал КБ "Луч", 1997г.

46. Алексеев С.М., Глаголев В.А., Востриков, Богомолов К.Г. Проектно-расчетная проработка и экспериментальные исследования в обоснование создания разведывательного беспилотного авиационного комплекса оперативно-тактического назначения. Обоснование основных оперативно-тактических требований к разведывательному

БАК, его места и роли в системе вооружения. Подготовка предварительных предложений по техническому облику, основным принципам построения и применения этого комплекса. Отчет по 1 этапу НИЭР "Перегонка-4", КБ "Луч", 1998г.

47. Алексеев С.М., Глаголев Б.А., Востриков, Богомолов К.Г. Исследование технических путей построения унифицированной малогабаритной системы воздушной разведки (МСВР) . Уточнение концепции построения МСВР и обоснование ее технического облика. Обоснование ТТТ к МСВР и подготовка предварительных предложений к проекту ТТЗ на ОКР по ее созданию. Разработка перечня составных частей МСВР, необходимых для проведения экспериментальных исследований. Отчет по 2 этапу НИЭР "Ежедневник", КБ "Луч", 1998г.

48. Алексеев С.М., Глаголев В.А., Богомолов К.Г., Шебакпольский М.Ф. Беспилотный авиационный комплекс тактической разведки "Строй-Д". Техническое предложение. КБ "Луч", ЦНИИРЭС, 1993г.

49. Алексеев С.М., Глаголев В.А., Шебакпольский М.Ф. и др. Разработка материалов системного технического проекта интегрированной межвидовой системы "Оператор" в части комплексов воздушной разведки. Отчет о НИЭР "Оператор-П". КБ "Луч", 1995г.'

50. Алексеев С.М., Глаголев В.А., Шебакпольский М.Ф. и др. Исследование принципов построения и функционирования средств (систем) воздушной и артиллерийской разведки на базе БЛА в Рамках ИМС "Оператор". Этапный отчет о составной части НИЭР "Доразведка". КБ "Луч", 1995г.

л/ /. ; ,<-, \ //. тт.

ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ УПРАВЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи УДК*. 681.3.653.52.011.58

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ,МОДЕЛИ И МЕТОДЫ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА Г^СА', с, Т ЕГ-АГА - А"* 42". АА

сТх ?гГУ 11 А_:АЕА . А_,-АААС ссз.'л, с; АА

А. /-А^АСАг Ь)1 43Г "АА - ,АА

Специа Л ЬНОСТЬ!

05.13.10 — Управление в социальных и э коя омических си стеках

¿5^иПрИ АЧ^гм Т"- А

Диссертация в виде научного доклада « па .сой/. хтегсни донора

1' , т' ч

Г '■

шаг

4ооша 1998

Работа выполнена в конструкторском бюро „Луч" МЭ РФ

Официальные оппоненты:

— доктор технических наук, профессор Кульба В. В.

— доктор физико-математических наук, профессор Евтихиев Н. Н. гллР£С5МЙСКая

Б И 5 Г?н т V

— доктор технических наук, ' Усов 10. Л. ,, / ■) './. -Ведущая организация: ЦИИИ-3 МО РФ

защита состоится

И

Р

диссертационного Совета проблем управления Р. : ул. Профсоюзная, д. 65. Телеи

"QlcC /^с/^-на заседании 002.68.03) Института :у: 117806 Москва, ета: 334-93-29.

С., диссертацией мог ститута проблем упр.

в библиотеке Ин-

Доклад разослан ... ...1998 г.

Ученый секретарь диссертационного С

кандидат технических аа, «. ■ Власов С. А,

Общая характеристика работы

В диссертации, представленной в виде., научного доклада, систематизированы и обобщены результаты научных, методических и практических работ автора, выполненных и опубликованных в 1980 - 1998 г.г. в области создания комплекса взаимосвязанных моделей, методов и инструментальных средств анализа и синтеза

производственной структуры и базовых технологий .. проектирования и изготовления сложных современных технических систем на примере беспилотных авиационных V-' комплексов (БАК), а также необходимого для этого алгоритмического, программного и информационного обеспечения автоматизированной системы планирования и управления реализацией указанных технологий.

Актуальность темы.

В условиях изменения военно-политической обстановки в мире, требующей поддержания оборонного потенциала России на должном уровне, и в связи с неблагоприятными экономическими условиями задачей чрезвычайной важности становится не только развитие и внедрение новых наукоемких технологий, элементной базы и материалов, но и скорейшая выработка принципиально новых подходов к самой организации процессов управления созданием и производством перспективных образцов вооружения и военной .. техники (ВВТ). При этом основными критериями эффективности этой управленческой деятельности являются ее комплексный характер, экономичность и максимальная автоматизация всего технологического цикла от разработки технического задания до организации серийного производства, а также конверсионная направленность при удовлетворении требований основного заказчика.

Анализ потенциальных и реальных возможностей кооперации предприятий оборонной промышленности, участвующих в разработке, производстве и испытаниях пгтожных образцов ' ВВТ и их основных компонент, ■ ■ ^условливает необходимость разработки новой

корпоративной стратегии создания единой системы близких г о назначению и конструктивному воплощению, но различных •.".о тактико-техническим характеристикам образцов ВВТ на ;'азе единой концепции, методологической основы, моделей и методов анализа и синтеза соответствующих

производственно-технологической структуры и системы автоматизированного управления ее реализацией и функционированием.

Разработка подобной методологии осуществлена автором на примере беспилотных авиационных комплексов (БАК), которые являются весьма сложными системами, включающими разнородные технические средства, использующими передовое программно-алгоритмическое обеспечение и

предусматривающими активное участие человека в их функционировании. Весьма перспективным является \ использование БАК силами и средствами Федеральной j пограничной службы, Министерства внутренних дел, Министерства по чрезвычайным ситуациям, Газпрома и других ведомств, деятельность которых зачастую осуществляется в условиях возникновения экстремальных ситуаций различного типа. чл-Ч , ч £'

Применительно к созданию перспективных БАК использование предложенных методов и моделей и новой корпоративной стратегии управления позволяет существенно (более, чем на 15-25%) снизить затраты на разработку, производство и эксплуатацию БАК и повысить их тактико-технические характеристики.

При выполнении диссертационной работы автор опирался на труды отечественных ученых: Буркова В.Н., Глушкова В.М., Емельянова C.B., Ефремова В.П., Евтихьева H.H., Ицковича Э.Л., Кульбы В.В., Мамиконова А.Г., Моисеева H.H., Новоселова A.C., Павлова Б.В., Поспелова Г.С., Реутова А.П., Скопца Г.М., Ставровского Б.И., Усова Ю.Л., Цвиркуна А.Д., и других.

Цель работы.

Основной целью диссертационной работы является разработка теоретических основ, комплекса моделей, методов и инструментальных средств анализа и синтеза производственно-технологической структуры процесса создания сложных технических систем, а также интегрированной системы автоматизированного управления ее реализацией и функционированием.

Методы исследования.

Основные результаты диссертационной работы получены и обоснованы с использованием аппарата системного анализа и исследования операций, матричной алгебры, теории графов, методов оптимизации и других разделов современной теории управления.

Научная новизна.

В результате проведенных исследований, анализа и обобщения опыта проектирования и производства БАК

различного класса и назначения и автоматизации управления их реализацией впервые предложены и разработаны:

научно-методологические принципы, концепция и основные положения «информационно-координирующей

корпоративной сквозной инфраструктуры», являющейся основой реализации эффективной стратегии проектирования и производства сложных технических систем;

единая методология анализа производственных и информационно-управленческих процессов, основанная на использовании матричных и графовых моделей материальных и информационных потоков;

- модели и методы анализа и синтеза систем контроля качества производства компонент БАК для классов последовательных, циклическо-последовательных и сетевых технологических структур обработки деталей;

- модели и методы синтеза типовых модульных систем обработки данных корпоративной автоматизированной системы управления проектированием и производством БАК;

постановки и методы решения задач выбора унифицированных наборов узлов БАК для различных направлений их использования и оптимизации многомерных комплектов их производства;

функциональная структура и комплекс технических средств корпоративной интегрированной автоматизированной системы управления проектированием и производством БАК.

Практическая ценность.

Разработанные в диссертации теоретические положения, методы, модели и «информационно-координирующая сквозная инфраструктура» позволяют формализовать, алгоритмизировать и автоматизировать основные этапы и процедуры процесса проектирования и производства сложных технических систем и комплексов военного и гражданского применения, в том числе БАК различных классов и назначений. Использование полученных результатов позволяет снизить общие затраты на проектирование и производство беспилотных авиационных комплексов на 15-25% и повысить их тактико-технические характеристики.

Исследования проводились в соответствии с требованиями основных положений новой Военной доктрины Российской Федерации, предусматривающей ' "приоритетную разработку, производство и внедрение в войска высокоэффективных систем разведки, управления войсками и оружием, систем связи, высокоточных мобильных безъядерных средств поражения, а также систем их обеспечения. Результаты исследований послужили основой для выработки

предложений в Программу развития вооружений на 1996-2005 годы в части беспилотных авиационных комплексов различного назначения, разрабатываемых КБ «Луч», МКБ «Радуга», НИИ «Кулон», ОКБ «Сокол» и др.

Внедрение.

Эффективность разработанных в диссертационной работе методических положений, моделей, методов анализа и синтеза производственных и технологических структур, реализующих процесс создания БАК, и подсистем интегрированной системы автоматизированного управления их функционированием подтверждена положительным опытом их широкого использования при разработке БАК военного и гражданского назначения в организациях:

КБ "Луч" (г.Рыбинск), АО "Горизонт" (г.Москва), НПО "Бега" (г.Москва), АО "Камов" (г.Москва), АО "Рыбинские моторы" (г.Рыбинск), Рыбинский завод приборостроения (г.Рыбинск), ОКБ "Сокол" (г.Казань), ОКБ "Топаз" (г.Москва), ГОСНИИП (г.Москва) и др.

В целом, официально подтвержденный экономический эффект от внедрения разработанных моделей, методов и систем составил свыше 7 миллионов рублей в ценах 1998 года.

Апробация работы.

Научные положения, выводы и рекомендации, выдвигаемые автором в своих исследованиях, нашли свое отражение в содержании Программы развития вооружений в РФ на 19962005 годы.

Основные результаты диссертационной работы

докладывались и обсуждались на Первой научно-технической конференции по проблематике ДПЛА (Москва, 1976г.), XXIII Всесоюзной конференции по состоянию и перспективам цифровой обработки радиолокационных сигналов (Москва, 1978г.), IV Международной конференции «Проблемы управления в чрезвычайных ситуациях» (Москва, 1997г.), V Международной конференции «Проблемы управления безопасностью сложных систем (Москва, 1998г.), Всероссийской научно-практической конференции по проблемам всестороннего обеспечения бревдго применения РВ и А в операциях и вооруженных конфликтах (С.-Петербург, 1998г.), Международной конференции "Управление в XX веке: Итоги и перспективы" (Москва, 1998г.), " Втором межведомственном научно-практическом семинаре "Проблемы и технологии создания и использования космических систем и комплексов на базе малых КА и орбитальных станций" (Москва, 1998г).

Публикации.

Результаты проведенных автором научных исследований опубликованы в 50 печатных трудах, использовались при разработке более чем 30 технических и рабочих проектов создания беспилотных авиационных комплексов.

Все основные результаты, представленные в работе, получены автором самостоятельно.

1. Особенности и проблемы разработки и создания семейства унифицированных беспилотных

авиационных комплексов многоцелевого назначения

Ускоренное развитие и внедрение перспективных технологий является основным фактором, влияющим на удовлетворение таких национальных потребностей как экономическая конкурентоспособность, энергетическая независимость, обороноспособность и т.п. Поэтому выбор основополагающих, так называемых «критических

технологий», на которых должны быть сконцентрированы усилия, становится задачей чрезвычайной важности.

Наряду с ускорением темпов внедрени* технологических новшеств в промышленность, выпускающую гражданскую продукцию, обусловленным снижением военных расходов, способность российской индустрии к реализации своего технологического преимущества в сложных военных системах, обладающих высокими тактико-техническими характеристиками и экспортным потенциалом, будет оставаться важным национальным приоритетом.

Современные тенденции в развитии авиационной техники гражданского и военного назначения характеризуются повышением интереса к созданию беспилотных авиационных комплексов и расширению сферы их применения. Типовая структура БАК включает: беспилотный летательный аппарат (БЛА), наземный пункт управления (НПУ), передвижную пусковую установку (ПУ), наземный пункт обработки (НПО), средства технического обслуживания (ТО).

БАК являются вспомогательным видом военной техники, обладающим,^''тем не менее, ' "уникальным сочетанием функциональных и тактико-технических характеристик, которые способствуют сокращению общих затрат на разработку, производство и эксплуатацию вооружения различных видов вооруженных сил (ВС) и родов войск при поддержании заданного уровня их военно-технического потенциала. Они занимают особое место в структуре современных вооруженных сил при все усложняющихся условиях ведения боевых действий, стремлении ко всемерному снижению риска потерь личного состава и дорогостоящей пилотируемой авиационной техники,

необходимости поддержания оборонного потенциала страны при ограниченных расходах на оборону.

БАК обладают следующими специфическими особенностями, выделяющими этот вид военной техники среди других:

РЛ(Г "

гос

резкое снижение риска потери личного состава, • снижение его психофизиологической загрузки в боевых условиях, сокращение затрат на подготовку кадров;

участие в процессах управления летательными аппаратами и обработке информации человека-оператора, что позволяет обеспечить гибкое применение БАК в динамичных условиях современного боя при высоком уровне мешающих факторов и с персональной ответственностью за результаты;

повышение эффективности и снижение стоимости решения боевых задач, повышение боевой живучести БАК за счет существенного снижения массогабаритных характеристик БЛА по сравнения? с пилотируемыми аппаратами;

- принципиальная возможность решения широкого круга боевых и обеспечивающих задач, в первую очередь задач разведки и поражения наземных объектов в неприемлемых для пилотируемой авиации условиях;

допустимость введения беспилотных средств с их специфическими возможностями в те войсковые структуры, особенно низкого уровня, которые до сих пор не обладают возможностями проникновения (физического или

информационного) в глубину обороны противника;

возможность резкого сокращения продолжительности времени от постановки боевой задачи до получения конечного эффекта (например, до получения

разведывательной информации потребителем);

высокая степень конверсионности, позволяющая с высокой эффективностью использовать БАК в МЧС РФ, Газпроме и других отраслях народного хозяйства.

Существенно, что наибольший эффект от использования комплексов с БАК достигается при их совместном применении и организации тесного взаимодействия с другими, как традиционными, так и перспективными видами ВВТ, что способствует существенному наращиванию их боевых возможностей.

К настоящему времени определены следующие важнейшие сферы применения комплексов с БАК:

- ведение воздушной разведки в интересах ; информационного обеспечения планирования военных операций (там и тогда, когда применение пилотируемой авиации неэффективно или невозможно) ;

- непосредственное информационное обеспечение ударных ; действий по наземным объектам (обслуживание стрельбы) . ракетных и артиллерийских средств, а также авиации; ....... -•

- нанесение ударов по наземным объектам (в первую очередь по объектам системы ПВО) в условиях, требующих

распознавания целей и связанных с высоким риском потери летательных аппаратов;

оперативное обеспечение устойчивой радиосвязи в сложных географических условиях;

- постановка радиопомех.

Комплексы с БАК представляют также интерес для военизированных формирований Федеральной пограничной службы. Министерства внутренних дел, Министерства по чрезвычайным ситуациям и других ведомств, осуществляющих свою деятельность в условиях, приближенных к боевым, т.е. в экстремальных ситуациях. Весьма эффективно и экономически выгодно применение БАК как средства мониторинга земной и водной поверхности, воздушного пространства, в том числе для целей экономической разведки в интересах ведомств и предприятий, 'осуществляющих добычу и транспортировку нефти и газа, охрану окружающей среды, контроль транспортных потоков, i обеспечение рыболовства и т.п.

В России работы по созданию беспилотной авиационной техники ведутся с 50-х годов, когда были созданы первые самолеты-мишени. В настоящее время эта техника представлена рядом комплексов, которые можно условно разделить на четыре поколения.

К первому поколению ВАК, появившемуся в 50-х годах, относятся комплексы с автономными и дистанционно управляемыми воздушными мишенями, например, серийно выпускавшаяся воздушная мишень JIa-17.

Второе поколение БАК представлено комплексами с беспилотными самолетами-разведчиками (БСР) разработки АНТК им. А.Н. Туполева и ОКБ «Сокол», которые бьши приняты на вооружение и выпускались серийно («Стриж», «Рейс», «Крыло»).

К комплексам третьего поколения, разрабатываемым с начала 80-х годов относятся комплексы с ДПЛА (Строй-П). Работы по созданию БАК 4-го поколения ведутся в России с конца 80-х годов.

Известен также положительный опыт разработки, эксплуатации и боевого применения с начала 70-х годов ряда беспилотных комплексов в иностранных армиях -AN/USD-501, AN/USD-502 (Канада, Англия, Германия, Франция), «Mirach-100/150» (Итали�