автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Повышение эффективности оперативного управления мелкосерийным и единичным производством за счет разработки и реализации интерфейса для интеграции конструкторско-технологических программных комплексов с системой диспетчерского контроля

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА ПЕРВАЯ. ОБЩИЙ ОБЗОР СОСТОЯНИЯ РАССМАТРИВАЕМОЙ ПРОБЛЕМЫ, РАССМАТРИВАЮТСЯ ПРОБЛЕМЫ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ СОВРЕМЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ. КЛАССИФИКАЦИЯ СУЩЕСТВУЮЩИХ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ЗАРУБЕЖНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЕМ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ.

1.1.Функции производственного управления и эффективность работы предприятия

1.2.Иерархические уровни и структура систем управления компьютеризированным интегрированным производством

1.3.Современные методы управления предприятием.

1.4.Современные методы организации оперативного планирования и диспетчерского контроля производства.

1.5.Проблемы внедрения крупных автоматизированных систем управления и систем технической подготовки производства на российских предприятиях

1.6.Российский рынок программных средств автоматизации конструкторской и технологической подготовки производства

1.7. Вы воды

ГЛАВА ВТОРАЯ. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ И ДИСПЕТЧИРОВАНИЯ «ФОБОС». АНАЛИЗ ИНФОРМАЦИОННЫХ СВЯЗЕЙ МЕЖДУ ИНТЕГРИРОВАННОЙ СИСТЕМОЙ ДИСПЕТЧЕРСКОГО КОНТРОЛЯ И КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ КОМПЛЕКСАМИ.

2.1 .Система оперативного планирования и диспетчирования производства «ФОБОС»

2.2.Анализ и определение структуры информационных связей между системами технологического проектирования и системой «ФОБОС».

2.3.Выводы

ГЛАВА ТРЕТЬЯ. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИНТЕГРАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ, ФОРМАТЫ ОБМЕНА ДАННЫМИ.

3.1.Создание конверторов

3.2.Прикладной программный интерфейс (API)

3.3.Хранилища данных

3.4.Выводы

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ. СХЕМА ОБМЕНА ДАННЫМИ МЕЖДУ СИСТЕМАМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СИСТЕМОЙ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ «ФОБОС». ЕДИНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ДАННЫХ.

4.1 .Схема обмена данными между системами технологического проектирования и системой управления производством «ФОБОС».

4.2.Единое представление технологических данных

4.3.Однозначное сопоставление атрибутов баз данных интегрируемых систем посредством хранилища технологических данных

4.4 Выводы

ГЛАВА ПЯТАЯ. РАЗРАБОТКА И ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММНОГО ПРОДУКТА, ОСУЩЕСТВЛЯЮЩЕГО ИНТЕГРАЦИЮ И КООРДИНАЦИЮ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПОТОКОВ ДАННЫХ МЕЖДУ ВНУТРИЦЕХОВЫМИ ПРОГРАММНЫМИ МОДУЛЯМИ.

5.1.Сравнительный анализ существующих систем обработки данных.

5.2.Архитектура системы обработки данных фобос-интегратор

5.3 Выводы

В связи с быстрым развитием и повсеместным внедрением новых информационных технологий, компьютеризация производства считается необходимым условием сокращения периода освоения новой продукции предприятием, что обеспечивает поддержку ее конкурентоспособности на внутреннем и внешнем рынке.

За последние годы накоплен значительный опыт автоматизации мелкосерийного производства, удельный вес которого во всем валовом мировом продукте, по данным Международного центра технологии машиностроения, составляет 70 процентов. На сегодняшний день направление развития автоматизации на машиностроительных предприятиях обусловлено концепцией Компьютеризированного интегрированного производства (КИП) (в зарубежных источниках CIM - Computer Integrated Manufacturing), включающего информационную технологию в качестве важнейшего компонента производственного процесса.

Важной частью таких компьютеризированных интегрированных производств являются модули оперативного планирования и управления. Вопросам оперативного планирования и управления в интегрированных машиностроительных производствах посвящены работы многих отечественных ученых: Белянина П.Н., Блехермана М.Х., Васильева В.Н., Горнева В.Ф., Емельянова В.В., Овсянникова М.В., Колесова И.М., Лещинского Л.Ю., Макарова И.М., Митрофанова В.Г., Первозванского А.А., Петрова В.А., Соломенце-ва Ю.М., Сосонкина В.Л., Султан-Заде Н.М., Третьякова Э.А., Фролова Е.Б., Чудакова А.Д. и др. Основным результатом работ этих ученых явилось создание методологических основ построения многоуровневых систем управления, соответствующих различным условиям и требованиям отечественных машиностроительных производств.

Известная российская интегрированная система технологической подготовки производства, оперативного календарного планирования и диспетчерского контроля «ФОБОС», позволяет решать задачи, связанные с планированием, контролем и управлением на межцеховом уровне, составлением производственного расписания, оптимизацией работы цеха, исходя из различных критериев оптимальности (равномерности загрузки оборудования, минимума себестоимости производства, максимума загрузки оборудования, отсутствия пролеживания деталей и т. д.) «ФОБОС» соответствует современным методикам планирования, таким как JIT (ноль запасов) и MRP-II (минимум сверхнормативных запасов), что позволяет сделать производственный процесс максимально эффективным и устойчивым.

Одной из важнейших задач стоящих перед разработчиками КИП, является объединение в единый комплекс, систем автоматизирующих отдельные подразделения технической подготовки производства, что также соответствует концепции CALS-технологий (непрерывная информационная поддержка жизненного цикла изделия). Соответствие основной серии стандартов CALS-технологий, IS09000, позволит предприятию работать с западными партнерами. Одно из основных требований IS09000, индетифицируемость, просле-живаемость и управляемость объектов и процессов.

ФОБОС» одна из немногих систем на российском рынке удовлетворяющая указанным требованиям стандарта IS09000, на уровне производства. Поэтому становиться актуальной задача интеграции конструкторско-технологических комплексов и системы оперативного управления «ФОБОС».

Интеграция систем автоматизирующих деятельность конструкторско-технологических и организационных подразделений мелкосерийного и единичного производства в единый комплекс технической подготовки, несет за собой следующие выгоды: сокращение сроков выхода изделия на рынок, сокращение общей стоимости жизненного цикла изделия, повышение качества изделия за счет сквозной поддержки его жизненного цикла, что влияет на повышение конкурентоспособности.

Еще одной важной задачей автоматизации предприятия, является сокращение сроков внедрение отдельных компонентов программных комплексов технической подготовки производства. Каждый раз, при внедрении системы «ФОБОС» у заказчика возникает вопрос об использовании уже накопленных на производстве данных. Как правило, это технологические маршруты, материальные карты и спецификации. После того как система куплена, всех интересует насколько быстро система войдет в эксплуатацию. Приведем несколько примеров потребности создания интерфейсов обмена данных между конструкторско-технологическими комплексами и системой «ФОБОС».

Волжский автозавод (АВТОВАЗ) - интерфейс обмена данными системой Автопроект технологического проектирования (конструкторско-технологический комплекс «АСКОН») для передачи спецификаций в систему «ФОБОС», с последующей передачи маршрутной технологии из «ФОБОСа» в АСТПП собственной разработки завода. Горьковский автозавод (ГАЗ) - интерфейс обмена технологическими данными с системой технологического проектирования «ТЕХНОПРО» (конструкторско-технологический комплекс «T-Flex»). Московский вентиляторный завод (МОВЕН) - интерфейс обмена технологическими данными с системой технологического проектирования «ТЕМП».

Московский монетный двор (ММД) - интерфейс обмена технологическими данными с ERP-системой «BAAN». Целью работы является повышение эффективности оперативного управления производственным заказом в мелкосерийном производстве, за счет интеграции программного обеспечения, автоматизирующего отдельные этапы жизненного цикла изделия; сокращение сроков внедрения конструкторско-технологических комплексов и системы диспетчерского контроля на предприятии.

При достижении поставленной цели были решены следующие научные и практические задачи:

1. Классификация существующих на сегодняшний день систем и методов управления предприятием.

2. Анализ и определение структуры информационных связей между интегрированной системой диспетчерского контроля и конструкторско-технологическими комплексами. Выбор надлежащих программных средств интеграции баз данных и современных форматов обмена данными.

3. Реализация универсального электронного представления объектов технологических данных на базе единой системы технологической документации ЕСТД.

4. Разработка и внедрение программного продукта, осуществляющего интеграцию и координацию информационных потоков между внутрицеховыми программными модулями.

Научная новизна работы состоит в установлении информационных связей между интегрированной системой диспетчерского контроля и конструкторско-технологическими комплексами.

Выполненные в работе теоретические и экспериментальные исследования позволили получить следующие выводы и результаты:

1. В диссертационной работе была решена практическая задача создания интерфейса для интеграции конструкторско-технологических комплексов и системы диспетчерского контроля, что позволило решить важную народно-хозяйственную задачу повышения эффективности оперативного управления производственным заказом в мелкосерийном и единичном производстве.

2. Определена структура информационных связей между интегрированной системой диспетчерского контроля и конструкторско-технологическими комплексами.

3. Проведены экспериментальные и теоретические исследования возможности использования современных программных средств, для интеграции системы диспетчерского контроля и конструкторско-технологических комплексов.

4. Разработано универсальное электронное представление технологических данных на базе ЕСТД.

5. Разработан и внедрен в промышленную эксплуатацию программный продукт, осуществляющий интеграцию и координацию информационных потоков между внутрицеховыми программными модулями. Выполненные в работе исследования основываются на использовании: принципов системного и структурного анализа, теории алгоритмов, теории реляционной алгебры, теории и методов объектно-ориентированного программирования.

Практическая значимость работы заключается в том, что на основании проведенных теоретических исследований создан и внедрен в промышленную эксплуатацию программный продукт Фобос-интегратор, позволяющий выполнять обмен технологической информации между системами автоматизирующими технологическую подготовку и системой оперативного управления производством ФОБОС. Скорость технологической подготовки производства за счет ее интеграции с системой оперативного управления увеличилась в 3-4 раза, при этом исключаются ошибки, неизбежно возникающие входе ручного переноса данных из одной системы в другую. Сокращение сроков технологической подготовки, повысило оперативность управления производственным заказом, что в итоге сказывается на сокращении времени выпуска новых изделий. За счет использования интегрированного комплекса конструкторско-технологической и организационной подготовки производства, фондоотдача оборудования увеличилась в среднем на 40-60% и уменьшился объем незавершенного производства в 2-4 раза.

Разработанная в диссертации система интеграции внедрена в промышленную эксплуатацию на 2 машиностр. предприятиях (приложение №1,2):

1. Московский вентиляторный завод (ОАО «МОВЕН») Россия, г. Москва.

2. Машиностроительный завод «KAMUI», Китайская народная республика. , документы о внедрении прилагаются.

В первой главе дается общий обзор состояния рассматриваемой проблемы, рассматриваются проблемы эффективности работы современного предприятия, проводится классификация существующих отечественных и зарубежных систем управления предприятием и интегрированных систем управления производством.

Во второй главе описаны функциональные возможности системы оперативного планирования и диспетчирования «ФОБОС». Проведен анализ информационных связей между интегрированной системой диспетчерского контроля и конструкторско-технологическими комплексами.

В третьей главе рассматриваются существующие методы интеграции производственных автоматизированных систем, описываются современные форматы обмена данными.

В четвертой главе предложена схема обмена данных между системами технологического проектирования и системой управления производством «ФОБОС». Описывается создание универсального электронного представления технологических данных на базе единой системы технологической документации ЕСТД.

В пятой главе рассмотрены вопросы построения и практической реализации программного продукта, осуществляющего интеграцию и координацию информационных потоков данных между внутрицеховыми программными модулями.

Основные выводы

Выполненные в работе теоретические и экспериментальные исследования позволили, за счет разработки и внедрения специализированного интерфейса обмена данными, сократить временные задержки передачи данных с этапа технологического проектирования в планово-диспетчерский отдел и следовательно повысить эффективность оперативного управления производственным заказом в мелкосерийном и единичном производстве. А также сократить сроки внедрения комплексов технической подготовки производства на предприятии, на основе использования имеющихся технологических данных. Основные результаты, полученные в ходе решения поставленной задачи, могут быть сформулированы следующим образом:

1. В диссертационной работе была решена практическая задача создания интерфейса для интеграции конструкторско-технологических комплексов и системы диспетчерского контроля, что позволило решить важную народно-хозяйственную задачу повышения эффективности оперативного управления производственным заказом в мелкосерийном и единичном производстве.

2. Определена структура информационных связей между интегрированной системой диспетчерского контроля и конструкторско-технологическими комплексами.

3. Проведены теоретические и экспериментальные исследования возможности использования современных программных средств для интеграции системы диспетчерского контроля и конструкторско-технологических комплексов.

4. Разработано универсальное электронное представление технологических данных на базе ЕСТД.

5. Разработан и внедрен в промышленную эксплуатацию программный продукт, осуществляющий интеграцию и координацию информационных потоков между внутрицеховыми программными модулями.

1. Мамаев Е., Вишневский A. "Microsoft SQL SERVER 7 для профессионалов"-СПб: Питер, 2001.

2. Конноли Бег. Базы данных. Проектирование, реализация и сопровождение. Теория и практика. Издательский дом Вильяме 2000г.

3. Чарльз Калверт. Энциклопедия пользователя. DELPHI 2. К.:НИПФ ДиаСофт Лтд, 1996.

4. Мартин Грабер. Введение в SQL. М.: «Лори», 1996.

5. У.Д.Энгельке. Как интегрировать САПР и АСТПП. М.: Машиностроение 1990.

6. А.Т. Берзтис. Структуры данных. М.: Статистика, 1974г.

7. И.М.Колесов. Основы технологии машиностроения. М.: Высшая школа, 2001г.

8. Автоматизированное проектирование и производство в машиностроении. / Под ред. Ю.М. Соломенцева, В.Г. Митрофанова. М.: Машиностроение, 1986.

9. Н.А. Саломатин. Автоматизированные системы управления предприятиями и объединениями: (разработка, внедрение, развитие). / В.И. Дудорин, А.И. Ларионов и др. / Под ред. Н.А. Саломатина. М.: Экономика, 1985.

10. B.C. Корсаков. Автоматизация проектирования технологических процессов в машиностроении. / К. -X. Темпельгоф, X. Лихтенберг. / Под общ. ред. Н.М. Капустина. М.: Машиностроение, 1985.

11. Г.Н. Калянов. CASE структурный системный анализ. М.: Лори, 1996.

12. Дэвид Чеппел. Технологии ActiveX и OLE. / Пер. с англ. М.: Издательский отдел «Русская редакция» ТОО «Channel Trading Ltd.», 1997.

13. H.3. Елманова, С.В. Трепалин. Delphi 4: технология СОМ. М.: Диалог-МИФИ, 1999.

14. Митрофанов В.Г., Петров В.М. Интегрированная автоматизированная система управления интегрированным компьютеризированным производством. // Станки и инструмент, 1992, N6, 2-4.

15. Митрофанов В.Г., Старостин А.С. Живучесть гибких производственных систем. // Конструкторско-технологическая информатика, автоматизированное создание машин и технологий. КТИ 89. Москва, 1989, 86 - 88.

16. Модели планирования и управления производством. / Мясников В.А., Игнатьев М.Б., Перовская Е.И. М.: Экономика, 1982.

17. Монден Я. "Тойета": Методы эффективного управления. М.: Экономика, 1989.-288 с.

18. Наймарк Ю.Ю. Организация оперативного управления и планирования производства на машиностроительных предприятиях: Учебное пособие. -М.: Машиностроение, 1988.

19. Павлов В.В. Полихроматические графы и моделирование интегрированного автоматизированного производства // Конструкторско-технологическая информатика, автоматизированное создание машин и технологий. КТИ-89. М.: Мосстанкин, 1989, 14-28.

20. Первозванский А.А. Математические модели управления производством. -М.: Наука, 1975.

21. Петров В.А. Групповое производство и автоматизированное оперативное управление. Л.: Машиностроение, 1975.

22. Польский Э.М., Сопкин B.C., Бодяко Н.М. Управление продвижением заказов в станкоинструментальном производстве // Механизация и автоматизация производства. 1989, N6.

23. Ю.М. Соломенцев. Системное проектирование интегрированных АСУ ГПС машиностроения. / В.А. Исаченко, В.Я. Полыскалин и др. / Под ред. Ю.М.Соломенцева и др. М.: Машиностроение, 1988.

24. Смоляр Л.И. Модели оперативного планирования в дискретном производстве. М.: Наука, 1978.

25. Соколицын С.А., Дуболазов В.А. Автоматизированные системы управления машиностроительным предприятием. Л. : ЛГУ, 1980.

26. Соломенцев Ю.М., Диденко В.П., Митрофанов В.Г., Прохоров А.Ф. Основы построения систем автоматизированного проектирования гибких производств. М.: Высш. шк., 1986.

27. Соломенцев Ю.М., Павлов В.В. Моделирование технологической среды машиностроения. М.: Станкин, 1994.

28. Соломенцев Ю.М., Фролов Е.Б. Математическая модель участка гибкой производственной системы // Проблемы управления и теории информации, 17, N.2, 1988, 53-71.

29. Соломенцев Ю.М., Фролов Е.Б., Коршунов В.А. Гибкая сборка: моделирование динамики ГПС и задача коррекции производственной программы // Состояние и развитие гибких производственных систем. М.: МНИИУ, 1988, 53-68.

30. Султан-Заде Н.М., Тимковский В.Г. Метод оптимизации структуры одно-поточной автоматической линии // Система управления станками и автоматические линии. М.: ВЗМИ, 1983, 93-95.

31. Тимковский В.Г. Приближенное решение задачи составления расписания циклической системы // Эконом, и мат. методы, 1986, 22, N1, 171-174.

32. Трошин А.В. Автоматизированная система оперативного управления производством на машиностроительном предприятии. М.: Статистика, 1978. -176 с.

33. Фролов Е.Б. Моделирование материальных потоков в интегрированных машиностроительных производствах // Вопросы моделирования гибких производственных систем, М.: МИЭМ, 1989, 92-103.

34. М.Г. Круглов, Г.М. Шишков. Управление качеством TQM. М.: МГТУ «СТАНКИН», 1999г.

35. А.Ф. Колчин, С.А. Зыкова. Введение в математическую логику. М.: МГТУ «СТАНКИН», 1998г.

36. Е. Григорьев. Представление идентифицируемых сложных объектов в реляционной базе. //Журнал: Открытые системы. -2000. № 1-2.

37. В. Когаловский. Происхождение ERP. // Журнал: Директору информационной службы. 2000. - №5.

38. Н. Дубова. Устройство и назначение хранилищ данных. //Журнал: Открытые системы. 1998. - 04-05.2000г.

39. В. Васютович, С. Самотохин, Г. Никифоров. Стандарты CALS-технологий. //Журнал: Открытые системы. 2001г. - №4.

40. А. Левин, Е. Судов. CALS — сопровождение жизненного цикла. //Журнал: Открытые системы. 2001. №3.

41. А. Корчагин, И. Машков. Обратите внимание на ISO 9000:2000. //Журнал: PC Week/RE. 2000. №23.

42. С. Бобровский. Перспективы XML. //Журнал: PC Week/RE.

43. С. Дунаев. JAVA и XML что за горизонтом? // Журнал: PC Week/RE. -1999. - №28.

44. Синенко, Н.Куцевич, В.Леныиин. Об интеграции АСУП и АСУТП в единую систему управления предприятием. // Журнал: Промышленные контроллеры и АСУ. 2000. - №10.

45. В.Пржиялковский. Новые одежды знакомых СУБД: Объектная реальность, данная нам. //Журнал: СУБД. -1997. №4.

46. Бритов П.А., Липчинский Е.А. Практика построения Хранилищ Данных: Система SAS. //Журнал: СУБД. -1998. №04.

47. И. А. Левенец, Л. В. Щавелев, И. Д. Ратманова. Поли-иерархическая модель представления реляционной структуры Хранилищ Данных. .Новые информационные технологии: материалы науч.-практ. семинара Моск. гос. ин-т электроники и математики. М., 1998.

48. Б. Зейдель. Хранилища данных от SAP. //Журнал: Computerworld Россия. -2000. №27-28.

49. Сахаров А.А. Концепции построения и реализации информационных систем, ориентированных на анализ данных. 2000г. www.olap.ru

50. Стратегия Microsoft в области создания хранилищ данных: платформа для совершенствования процессов принятия решений за счет облегчения доступа и анализа данных, www.olap.ru

51. С. Кузнецов, Валерий Артемьев. Обзор возможностей применения ведущих СУБД для построения хранилищ данных (DataWarehouse). www.olap.ru.

52. Dynamic XML открытая технология и язык интеграции бизнес-приложений. InterSoft Lab. www.iso.ru

53. М.В.Овсянников, П.С.Шильников. Состояние, проблемы и перспективы развития CALS-технологий в России, www.bmstu.ru

54. Проект Dynamic XML. InterSoft Lab, 2000-2001. www.oIap.ru

55. A.H. Бездушный, A.M. Серебряков, A.A. Филиппова. Метаданные ИСИР: определение и использование. Вычислительный центр РАН. www.olap.ru

56. Д. Хок. Интеграция систем управления производственным процессом и систем управления ресурсами предприятия: разрыв слишком велик?. www.consulting.ru

57. ARIS основы теории, www.citforum.ru.

58. Особенности использования и внедрения ERP систем в России. www.citforum.ru.

59. К. Бон. Конвертация данных для хранилищ, www.olap.ru.

60. Что вы, как руководитель, должны знать о бизнес-анализе в области планирования ресурсов предприятия (ERP Business Intelligence)?. www.olap.ru.

61. С. Кузнецов, В. Артемьев. Обзор возможностей применения ведущих СУБД для построения хранилищ данных (DataWarehouse). www.olap.ru.

62. И.А. Семенов. Представление знаний в объектно-ориентированной базе. www.olap.ru.

63. А. Н. Давыдов. Автоматизация машиностроительного предприятия на основе технологий компьютерной поддержки жизненного цикла изделий. М: «СТАНКИН», 2001г.

64. Кузнецов Л.В. Формирование программно-технического комплекса САПР объектов машиностроения на основе функционально-параметрического описания компонент. М: «СТАНКИН», 1991г.

65. С.В. Высочин. Разработка специализированного интерфейса для интеграции систем конструкторского и технологического проектирования и системы оперативного управления. М: «СТАНКИН», 1997г.

66. Е.Б. Фролов. Минимизация материальных и трудовых затрат в условиях мелкосерийных и единичных механообрабатывающих производств путем создания интегрированной системы оперативного управления. М: «СТАНКИН», 1993г.

67. В.Ф.Курочкин, Ю.Я.Венгеровский, Единая система технологической документации. Формы и правила оформления документов специального назначения. Ведомости технологические. ГОСТ 3.1122-84. Государственные стандарты СССР М.: Издательство стандартов, 1985год.