автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Разработка информационно-математической модели функционирования предприятия на основе PLM-системы

На правах рукописи

Уваров Николай Иванович

РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННО -МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ НА ОСНОВЕ PLM-СИСТЕМЫ

Специальность 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Комсомольск-на-Амуре - 2004

Работа выполнена в ОАО «Комсомольское-на-Амуре авиационное производственное объединение им. Ю.А. Гагарина»

Научный руководитель: Заслуженный изобретатель РСФСР, доктор

технических наук, профессор Марьин Борис Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Чье Ен Ун,

кандидат технических наук, доцент Тихомиров Владимир Александрович

Ведущее предприятие: Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН (г. Владивосток)

Защита диссертации состоится 30 июня 2004 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212.092.03 в ГОУВПО «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет» по адресу: 681013, г. Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина 27, КнАГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО «КнАГТУ».

Автореферат разослан 28 мая 2004 г.

Ученый секретарь......

диссертационного совета

Могильников Е.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Актуальность проблемы. Актуальность внедрения информационных технологий (ИТ) в организации наукоемкого производства по всему жизненному циклу изделий (ЖЦИ), в частности, в авиастроении, состоит в необходимости повышения конкурентоспособности • и оперативности управления. Эффективность от внедрения ИТ возможна только тогда, когда формируется такая система организационных мероприятий, при которой в работу вовлечены все участники ЖЦИ.

В настоящее время требуется единый подход к построению и внедрению ИТ, в виду того, что для этого имеются лишь разработки программно-аппаратных комплексов (ПАК) в двух направлениях. Первое -система управления инженерными данными (PDM) и система управления ресурсами и производственными процессами (ERP), которые не связаны между собой. Это обусловлено различием между PDM и ERP, состоящее в том, что PDM-система фокусируется на определении инженерных данных изделия, а ERP-система - на управлении производственными процессами, не связанными в едином информационном пространстве (ЕИП). Свободной от этих недостатков может быть развертывание на такой интегрированной ИТ, какой является PLM-система, набора взаимосвязанных решений всех участников ЖЦИ с возможностью объединения PDM и ERP-систем и организации единой системы.

Система PLM позволяет создать ЕИП по всему ЖЦИ, в котором актуальные сведения доступны всем заинтересованным участникам проекта.

В работе рассматриваются вопросы построения интегрированной информационно-математической модели промышленного предприятия с обеспечением взаимосвязи работы с ПАК в ИИС всех участников ЖЦИ. Предлагаемая система предусматривает комплексное решение следующих задач:

1. Обеспечение обмена данными между конструкторскими, техно -логическими, управленческими и другими службами.

2. Оперативный перевод бумажной документации в электронный вид, позволяющей получить данные специалистам разного уровня и квалификации при работе над проектом. Благодаря этому проект становится «открытым» для всех функциональных подразделений.

3. Обеспечение совместимости с различными корпоративными системами, а так же

поставщиков и заказчиков

1 С.ПтрW ¡JÖQ

' о» ?опу«»т 7-/(0»

Цель работы: разработка информационно-математической модели оценки состояния предприятия на основе информационных параметров интегрированной информационной системы (ИИС) производства.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- исследование и формализация существующей информационной системы предприятия;

- построение структурно-функциональных схем подразделений производства (формализация функциональных связей) с целью использования математических методов для представления информации в виде, удовлетворяющем запросам специалистов разного уровня и квалификации;

- разработка и исследование принципов построения ИИС на примере участка цеха;

- разработка математической ИС подразделения предприятия с оценкой функционирования;

- разработка рекомендаций для построения ИИС предприятия.

Методы исследований и разработки ИТ. При выполнении диссертационной работы использовались:

- системный подход;

- логические и аналитические методы анализа и синтеза систем;

- структурно-аналитический подход с использованием методов дискретной математики;

- структурно-функциональные методы построения систем;

- методы принятия решений.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Обоснован выбор структуры ИС предприятия; как PLM-системы.

2. На системном уровне построена и исследована обобщенная структурно-функциональная схема производства на примере цеха, включающая информационные потоки, последовательного инициирования структурных подразделений и слежения за этапами ЖЦИ во времени, с возможностью расширения результатов работ к построению аналогичных подсистем участников ЖЦИ и ИС предприятия в целом.

3. На основе установленных причинно -с ледственных связей между информационными элементами ИС построена математическая модель ИС с оценкой состояния этапов ЖЦИ в режиме реального (дискретного) вре-

мени и функционирования за заданный интервал времени.

5. На основе полученных результатов даны рекомендации к построению ИС на основе идеологии PLM-систем.

Основные положения, выносимые на защиту:

- теоретически обоснованы принципы построения ИС на основе идеологии PLM-систем;

- математическая модель оценки состояния этапов ЖЦИ в режиме реального (дискретного) времени;

- методика графического отображения результатов функционирования предприятия и его подразделений в электронном виде с отслеживанием событий в режиме реального времени;"

- рекомендации- к формированию достаточности программно-аппаратного комплекса (ПАК) идеологии PLM-систем.

Достоверность полученных результатов подтверждается использованием предлагаемой системы при внедрении элементов ПАК в идеологии PLM-систем.

Практическая значимость и реализация. На основе логических исследований и разработок были:

- разработаны методики и инструкции построения ИИС в идеологии PLM-систем;

- сформированы требования к построению ИИС предприятия на основе проведенного анализа существующей ИС;

- построена структурно-функциональная схема взаимодействия подразделений ОАО «КнААПО» с реализацией предложенной математической модели обработки и представления информации и управления процессом производства с элементами формализованного документооборота;

- внедрены элементы ИС на ОАО «КнААПО», подтвержденные 6 свидетельствами регистрации программных продуктов и патентом с общим экономическим эффектом около 30 000 000 руб.

Апробация работы проведена на АВПК «Сухой», г. Москва, на кафедре «Информационные системы» (КнАГТУ), в Центре вычислительного моделирования и информатики КнАГТУ г. Комсомольск-на-Амуре.

Публикации. Основные результаты моделирования опубликованы в 8 работах (центрального издательства г. Москва), 6 свидетельствах о регистрации программных продуктов, 1 патенте.

Личный вклад автора. Автором лично сформулированы и обоснованы постановки и решения основных задач для достижения поставленной цели.

Результаты работ, изложенные в диссертации, получены лично автором под руководством руководителя и консультанта.

Струю-ура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, библиографического списка из 86 наименований. Материалы работы изложены на 137 страницах, содержат 38 иллюстраций.

Автор искренне признателен лично научному руководителю д.т.н., профессору Марьину Б.Н. и д.ф.-м.н. профессору Олейникову А.И. и к.т.н., доценту Фролову Д.Н. за консультации, поддержку, внимание и критический анализ результатов работы

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, сформулированы цель, поставлены задачи анализа и синтеза ИИС и определены методы их решения; показана научная новизна и практическая значимость; изложены основные положения, выносимые на защиту; результаты апробации работы и публикации.

В первой главе на основе обзора отечественной и зарубежной литературы проведен анализ методов и средств существующих ИТ.

Большой вклад в концепцию развития CALS-технологий в промышленности России внесли следующие исследователи: Братухин А.Г., Левин А.И., Судов Е.В., Суров В.М., Куприн Д.Б., Лозино-Лозинский Г.Е., Панатов Г.С., Погосян М.А., Присяжнюк B.C., Okino N., Knox, Rita E. и др.

Распространенность и повсеместное использование ИТ завоевана благодаря 1 ряду явных преимуществ. Однако при критическом анализе выявляется и ряд существенных недостатков существующих ИТ:

- отсутствие единой терминологии;

- отсутствие полной нормативной документации;

- различие в требованиях качества, как к отдельному продукту, так и к комплексам.

Результаты анализа, основные отличительные особенности, недостатки и преимущества ИТ представлены в виде схемы (рис. 1), в центре

которой представлены информационные технологии в виде граней. Каждая грань обозначает основные требования. Отдельно (сверху и снизу)

выделены недостатки и преимущества.

Рис. 1. Информационные технологии (ИТ)

К основным преимуществам существующих ИТ следует отнести: оперативность, демократичность, новые возможности управления и контроля, массовость, производительность, гибкость и адаптируемость, возможность использования гибких производственных систем (ГПС).

При этом к основным недостаткам существующих ИТ следует отнести:

- включение в ИТ кадров высокой квалификации;

- аппаратная монетарность;

- программная нестабильность;

- быстрое старение;

- анонимность;

- нецельность программно-аппаратной части, из-за неорганизованных закупок, ввиду отсутствия единой внутренней политики учреждения в области информатизации (нестыковки ЭВМ различных типов - Macintosh, Intel; нестыковки различных версий программных продуктов (ПП) и операционных систем (ОС); наличие не рабочего программного обеспечения (ПО) - игрушки, проигрыватели и т.д.);

- неорганизованность (в большинстве случаев, большое учреждение само не знает даже основных характеристик своего КП: общее число машин, средний возраст и т.д.);

- низкая эффективность и надежность использования;

- отсутствие пакета внутренних руководящих документов, инструкций, положений по информатизации;

- отсутствие документированных и реальных целей, задач, обязанностей ИС, программистов и лиц, руководящих ими (менеджеров).

Сегодня вся специфика ИТ показывает крайнюю важность безопасного (для производства, людей и предприятия в целом) функционирования ИТ с использованием надежных методов и систем безопасности, как (органически вшитую) в ИТ.

Существует два варианта перехода предприятий на ИТ:

1. Пассивный переход, который характеризуется отсутствием единой стратегии постановки ИТ.

2. Активный переход, характеризующийся формированием единой стратегии поставки ИТ, суть которой состоит в структурно-аналитическом подходе к проектированию ИТ, как отлаженной и интегрированной с производством системы, в идеологии PLM, что показано ниже.

Для решения данных проблем сформирована цель и определены задачи построения СУП на основе идеологии PLM.

На основании изложенного:

1. Выработаны требования к ИТ и структуре системы.

2. Целенаправленно обеспечивается построение системы ИТ.

3. Обеспечивается надежность и защищенность информационных потоков любого уровня.

Во второй главе изложены принципы построения ИС на основе PLM-решений (рис. 2).

Рис. 2. Блок-схема PLM

Конечной целью любого производства является выпуск конкурентоспособной продукции (изделия) при минимальных затратах (ресурсах) -временных, трудовых, материальных и т.д. Для решения этих задач уже исторически сложились СУП (взаимодействия подразделений для единой цели - создания физического продукта).

Для повышения эффективности взаимодействия этих подразделений в настоящее время интенсивно развиваются информационные технологии (ИТ), в том числе CALS-технологии (непрерывная информационная поддержка жизненного цикла продукции).

Аналитически ИТ в процессе сопровождения ЖЦ изделия развивались по следующей логике: 1) преобразование всех этапов производства в электронную форму, а также обратный переход; 2) адекватное моделирование, т.е. установление соответствия между физическим и информационным пространством.

При этом решение вычислительных задач проводится единственной математической моделью, которая через прикладной интерфейс адаптируется к различным областям применения. Такой подход к решению производственных проблем практически не реализуем, поскольку ввиду их

сложности и многообразия единую модель создать невозможно (не рентабельно при существующем уровне техники).

Если в эту модель включить в рассмотрение еще и проблемы поставок, эксплуатации, обслуживания и ремонта изделий, т.е. все производственные стадии ЖЦ, то ситуация становится еще более сложной и практически не реализуемой.

В связи с отмеченными выше недостатками традиционного подхода, нами предлагается применить стратегию иерархических моделей, сущность которой показана на рис. 3.

Роль ядра системы (рис. 3) играет не модель, а общая (интегрированная) база данных (БД), к которой могут обращаться различные проблемно-ориентированные модели, реализованные в форме программных, приложений. Предполагается, что в БД хранятся информационные объекты (ИО), например графики ЖЦ, адекватно отображающие в информационном мире сущности физического мира: деталей, сборочных единиц, агрегатов, процессы и технологии, циклы изготовления, разнообразные документы, финансовые ресурсы, персонал подразделений и оборудование предприятия-изготовителя, эксплуатанта, сервисной и ремонтной служб и т.д. Упомянутые выше приложения обращаются в БД, находят в ней необходимые ИО, обрабатывают их и помещают в БД результаты этой обработки.

Объекту производства соответствует ИО, представляющий собою некоторый набор данных. Обработка, изготовление, измерение, проектирование объекта производства соответствуют операции (команды, программы и т.д.) Между объектом и операцией существует отношение вида

ОЬ' = Ор(ОЬ).

Это отношение означает, что объект ОЬ' получен посредством выполнения операции Ор над объектом ОЬ, Под символами ОЬ, ОЬ', Ор могут скрываться не только единичные объекты и операции, но и наборы (множества) объектов и операций..

Объектно-ориентированный подход, позволил адекватно перевести многие процессы, протекающие на предприятии, в виртуальное информационное пространство, что и сделало актуальной всю проблематику, связанную с использованием информационной поддержки изделия (ИПИ-технологий). Сказанное относится, в частности, к процессам конструкторской и технологической подготовки производства, в ходе которых созда-

Рис. 3. Информационная схема функционирования предприятия

ется технологическая документация различных видов и назначения, к процессам управления на всех уровнях, в которых по необходимости приходится иметь дело с большими объемами разнообразной информации. Сегодня эти процессы в значительной мере состоят из операций создания, преобразования, транспортировки и хранения информационных объектов в рамках интегрированной информационной системы (ИИС).

С позиций системного подхода создание любой виртуальной модели невозможно без формализации элементов ЖЦ продукции предприятия и производственных структур, участвующих в построении ЖЦ изделия.

Уровень формализации, на наш взгляд, должен состоять из структурирования системы (первый уровень формализации) с отражением всех функциональных связей (входных и выходных информационных потоков) с построением системы.

Второй уровень предполагает детальную формализацию информации в таком виде, который позволяет строить математические модели виртуального функционирования структурных элементов во времени, включая возможность корректировки действий участников производства.

Необходимо учесть особенности производственных ИС:

1. Обеспечение открытости (доступа) к необходимой информации (со своей степенью доступа) всех участников построения ЖЦ изделия в едином информационном пространстве (ЕИП) и БД (см. рис. 3).

2. Обеспечение контроля используемых ресурсов при выполнении графика ЖЦ всеми участниками процесса в любой момент времени.

3. Оценки качества функционирования и обмена информацией между участниками ЖЦИ.

В настоящее время существует большое многообразие ИС, используемых для этих целей. Главным показателем эффективности работы ИС является скорость обмена информацией, зависящая от построения и объемов информационных потоков.

Но логика построения каждой ИС различна. Проблема стыковки ИС заключается в первую очередь в построении единого терминологического аппарата, описывающего статику, динамику и правила функционирования ее элементов. Эффективная структуризация ИС - это взаимная подстройка реальных возможностей ИС под действующие типовые проекты.

Эффективная структуризация позволяет строить разным производителям различные ИС на единых принципах, обеспечивая при этом полную совместимость со всеми другими ИС типовых объектов системы управле-

ния, к примеру, производство ЛА, как часть наукоемкого машиностроения.

В результате проведенных исследований предлагается информационно-математическая модель функционирования производства на ОАО «КнААПО» «Взаимодействие подразделений в РЬМ-системе» (см. рис. 3) и проработаны технические решения управления производством на основе требований РЬМ-систем.

Ядром системы является ЕИП (см. рис. 3), доступ к которому (вход и выход) имеют подразделения предприятия (П1, П2,..., П).

В ЕИП в электронном виде имеется файл выполнения графика работ, доступ к которому имеет главный менеджер (ГМ) и менеджеры подразделений П1, П2,..., Пп. Принятие решения ГМ производится на основании всей имеющейся информации о функционировании предприятия, извлекаемой из ЕИП в том числе и электронных «Подсказок», как вариантов решений специально действующей электронной модели «Экспертной системы для анализа информации и рекомендации возможных решений».

Стратегия развития данной ИС в идеологии РЬМ-системы состоит в следующем:

1. Построение методологии подготовки производства как базового источника информации интегрированных комплексов ЛА и СТО, созданных на различном ПО и разными службами.

2. Построение единой информационной системы предприятия (ЕИП).

3. Освоение и отработка системы управления проектом (СУП) всеми его участниками (подразделениями и менеджерами)

4. Отработка автоматизированного документооборота, построения БД электронных моделей (ЭМ) изделий и ЭМ оснастки, системы контроля качества и электронного подписания документации.

5. Проведение комплексной автоматизации оборудования в цехах основного производства за счет поэтапного внедрения унифицированных систем управления исполнительными механизмами и объективного контроля выполнения технологических процессов.

6. Дальнейшее развитие построения комплексов интегрированной логической поддержки основной продукции в процессе ее ЖЦ.

7. Создание нормативной базы для работы с данными в электронном

виде.

8. Создание (поэтапное проектирование) программы управления по-

строением электронной конструкторской документации (КД), технологической документации (ТД) и подготовки производства.

9. Создание системы безопасности при обмене информацией.

10. Согласование мероприятий по:

- единству программных платформ и форматов данных;

- привлечение Государственных стандартов (ГОСТов), разработка стандартов предприятия (СТП), временных положений, инструкций, не противоречащих друг другу.

Комплексное решение затронутых вопросов позволит:

- создать ЕИП и общие способы информационного взаимодействия участников;

- осуществить переход на «безбумажную технологию» проектирования, изготовления и контроля;

- создать ЕИП проекта предприятия;

- раскрыть дополнительные возможности для ускорения модернизации предприятия.

Таким образом, предложены основные принципы построения ИИС предприятия.

Третья глава посвящена разработке и обоснованию обобщенной математической модели ИС предприятия, с учетом следующих требований:

1) выработка единой идеологии построения и порядка внедрения ИТ на предприятии;

2) трансперентность системы;

3) координирование работ из единого центра.

Учитывая особенности формализации и структурно-функциональные связи между подразделениями, предприятия наиболее приемлемыми являются методы дискретной математики.

Одним из главных преимуществ такого подхода является возможность использования на практике уже готовых решений тех или иных проблем ИТ.

В процессе построения, формирования или реорганизации структуры компьютерных сетей предприятия с большим числом пользователей (>1000 пользователей) достаточно актуальна проблема максимально эффективного использования компьютерных мощностей. Единственным рациональным подходом к решению данной задачи, будет представление всей задачи в виде некоторой дискретной системы.

Укрупнено (событийно) процесс производства деталей, комплектующих, ..., изделия в стандартах информационных технологий (ИТ) представляется в виде (рис. 4) потока операций, оканчивающихся событием s¡ или группой событий (вектором событий в к-й дискретный момент времени).

Рис. 4. Обобщенная структурно-информационная модель производства деталей, агрегатов.....изделия

Под группой событий зарегистрированных по окончании к-

го момента времени, понимается вектор элементами которого являются элементарные события 51, S2,где к - дискретный момент времени. Элементарное событие 5т принимает значение 1 или 0 (событие $т зарегистрировано или нет, соответственно), где т - номер события, присвоенный в процессе формализации процесса производства.

Подразделения предприятия работают в соответствии с план-графиком выполнения работ (набора операций), подтвержденных событиями в функции времени.

Задача оценки состояния производства сводится к поэлементному сравнению текущего и планового векторов событий к окончанию к-го момента времени - соответственно) и вычислению параметра

оценки состояния производства как вектора, элементами которого являются результаты проведенного сравнения Р{ по правилу:

Р1 = О, I = 1, т, когда значение элементарного события ,5/ по окончанию текущего к-го дискретного момента времени совпадает с плановым, иначе р, = 1,

причем, если вектор поэлементно совпадает с вектором то при т < к, Л? = 4 - 1т является временем опережения планового задания, а при т> к, Д/ = ¡к- 1т является временем отставания от планового задания.

Степень удаленности текущего вектора событий от планового Б" по окончанию планового к-го момента времени можно производить с введением метрики Хемминга и вычисления взвешенного расстояния Хемминга р*:

где - взвешенное расстояние Хемминга,

(б, У =($,,$2 ..^У7 - текущие и плановые вектора (группы элементарных событий) соответственно; р, - параметр оценки состояния; 0 ^ ее, < 1 - определяет значимость («вес») элементарного события - задается с использованием метода экспертных оценок, учитывающих трудоемкость предшествующих операций, степень сдерживания выполнения последующих операций и т.д., при полном совпадении элементов векторов

Введем пороговое значение удаленности вектора от Я" р^„ор) -тогда при

Р^Р^р), (2)

состояние процесса производства можно характеризовать, как неудовлетворительное (в к-ый дискретный момент времени регистрируется большое отставание текущего производства от планового).

Алгоритм вычисления параметров оценки состояния и функционирования производства состоит из последовательности: 1. Задается массив плановых векторов событий:

где п = 1, К - п-е плановое свершение группы событий (век т^р в К-ый дискретный момент времени.

где М- число конечного множества событий.

2. Производится последовательная регистрация текущих элементарных событий и заполняются вектора совершенных событий:

3. Производится последовательное сравнение элементов текущего вектора с плановым по окончании к-х дискретных моментов времени и вычисляются элементы вектора параметра оценки состояния производства Рк = (ри рг,...рт).

4. Производится последовательное заполнение массива вектора параметра

{Рк} = (Р1,Р2,—Р,)1, (Р.+ 1.А+2,— РтЬ, —. (■■■Рт).

5. Производится последовательное вычисление взвешенного расстояния Хемминга по формуле (1) и оценивается состояние функционирования по формуле (2).

6. Вычисляется параметр ритмичности производственного процесса ■Р(к-т) в интервале времени Д/(*.т)= к-1т, к ^т:

Таким образом, структурно, многопараметрическую оценку состояния производства (подразделения) можно представить в виде (рис. 5):

Рис. 5. Информационная система оценки состояния

В четвертой главе приведена математическая модель оценки поэтапного состояния реального производства.

Построение информационных технологий (ИТ) или (CALS-технологии) сопровождения жизненных циклов (ЖЦ) в идеологии PLM-систем изделий вызывает трудности при формализации функциональных связей. При решении этих задач важное место занимают вопросы увязки терминологии, используемой производственниками и специалистами, работающими в конструировании систем ИТ.

Структурный и функциональный анализ взаимодействия подразделений, формализация работы, являются первичными этапами в процессе конструирования систем ИТ, которые должны опираться на государственные стандарты, добавления и уточнения к которым выходят постоянно.

Объектом информатизации (ОИ) является предприятие в целом, однако подход к построению формализованной модели можно представить в виде представления ОИ, как функции с конечным числом аргументов, значениями которых являются цели предприятия.

Построение модели можно свести к поэтапному (поуровнемому) разукрупнению общей структуры (ОИ), при этом каждый из аргументов следует рассматривать, как значение функции с конечным числом других аргументов и на одном из шагов разукрупнения можно подойти к конечному аргументу.

Считаем, что CALS следует рассматривать как конечный комплекс взаимосвязанных ИТ, однозначно отображающих состояние ОИ в заданный (дискретный) промежуток времени с необходимой детализацией, а разработанная имитационная модель, на этой основе, может выступать в роли «подсказки» при принятии решений менеджерами различного уровня, т.к. она опирается на весь необходимый объем информации, обладает оперативностью и аргументным охватом с учетом введения ограничений (ресурсных, временных и др.).

Структурно-функциональные связи в информационном пространстве представляются в виде информационного отображения, создания и выполнения документов - распоряжений, формирующих документооборот, фиксирующих начало или окончание в физическом мире (этапах технологических процессов, выпуске деталей, комплектующих, агрегатов и т.д.) и соответствующих событиям в информационном мире.

Таким образом, работу любого подразделения предприятия можно

представить (в информационном виде) в виде процесса с состоянием в дискретный момент времени ^ (где k = l,N).

Одним из основных документов для выполнения работ подразделения является план-график выполнения работ детали, агрегата и т.д., изделия в целом.

Планом-графиком предусмотрены все необходимые функциональные связи с другими подразделениями предприятия, учитывающие вспомогательные работы, «разнесенные» во времени.

Условно-упрощенную структурно-функциональную схему изготовления детали одного вида А можно представить в виде графа (рис. 6) функционально-связанных цеховых подразделений между собой и подразделениями предприятия в целом.

Дех0) (деталь типа А)

Цех(2)

Цех(т-1)

Цех(З)

Цех(т)

где: ГМ -главныйменеджер; I, И, ...,Z - отделы предприятия;

НЦ - начальник цеха;

ТБ - тех. бюро цеха;

ПРБ • планово-распределительное бюро;

БТЗ - бюро труда и заработной платы;

М - мастер;

Скл • склад;

И - исполнитель;

БТК - бюро технического контроля цеха;

tK i. tic - «текущий» дискретный момент времени;

• - текущее и плановое «состояния» выполнения работ

• J/c

подразделения (цеха).

Рис. 6. Граф связи подразделений и документооборота во времени

Построение таких графов в необходимо-достаточном виде - задача трудоемкая, но позволяющая применять формализованные (математические) методы анализа текущего состояния подразделения и фиксировать отставание, опережение, от планового выполнения заданий и принимать меры (воздействия), позволяющие выпускать детали, агрегаты, изделия по всем подразделениям и предприятия в целом по план-графику.

Наиболее простым методом формализации является, на наш взгляд, представление текущей информации в виде матриц, элементами которых являются номера (присвоенные ранее) документов Д, по которым производится взаимодействие подразделений (цехов, отделов, служб и т.д.) и производится регистрация начала и конца работ, что в ИТ определяется как «события». Построение математической модели оценки состояния сводится к поэлементному сравнению матрицы текущего состояния

с матрицей планового задания на основании чего при-

нимаются решения.

Решающее правило может быть организовано в виде:

где: Топ — tk-tkm- время опережения планового задания; Тотс ~ tm~tk время отставания от планового задания; 1 > = 0 - «событие» совпадения планового задания с текущим результатом работ; - опережение планового задания; l" - отставание от планового задания.

На основании изложенного можно сделать следующие выводы:

1. Функциональные связи между структурными подразделениями в информационном пространстве отображаются документами, подвергаемыми формализации.

2. Показана возможность построения решающих правил (детерминированные методы принятия решений) на основе матричного метода представления информации о функционировании подразделения во времени и оценкой его работы.

3. На основе вышеописанного подхода можно проводить более глубокий анализ деятельности подразделений и предприятия в целом с введением добавочных целевых параметров.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основе системного анализа исследована существующая система функционирования производства. Предложен метод формализации структурных подразделений и взаимодействия их в системе производства.

2. Предложены и реализованы принципы разработки информационной системы функционирования предприятия на основе РЬМ-систем, которая позволяет решать задачи информационного взаимодействия участников всего жизненного цикла изделия.

3. Разработана методика отражения результатов функционирования предприятия и его подразделений на основе автоматизации документооборота, построения базы данных электронных моделей деталей, комплектующих и изделий в целом; электронные модели оснастки, подсистем контроля качества в режиме реального времени.

4. Разработана информационно-математическая модель поэтапной оценки состояния производства.

5. Реальный экономический эффект от внедрения составил около 3 млн. руб. в год в ОАО КнААПО (г. Комсомольск-на-Амуре).

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Наукоемкое производство в условиях информационных технологий в промышленных компаниях России/ Уваров Н.И., Иванов Ю.Л., Марьин Б.Н., Фролов Д.Н. // Авиационная промышленность. - 2004. -№2.-С. 16,17.

2. Система безопасности информационных технологий предприятия / Уваров Н.И., Иванов Ю.Л., Марьин Б.Н., Фролов Д.Н. // Авиационная промышленность. - 2004. - № 2. - С. 18,19.

3. Формализованный подход к оценке состояния производства / Марьин Б.Н., Фролов Д.Н., Уваров Н.И. // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2004. - № 1. - С. 22,23.

4. Уваров Н.И. Построение системы управления производством на основе информационных технологий // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2004, - № 1. - С. 9,10.

5. Свидетельство о регистрации базы данных № 2000620080 2/8 2000 г. База данных элементов конструкций технологического оснащения

и сборки летательного аппарата Су-35УБ / Уваров Н.И., Сафонов А.А. и др.

6. Свидетельство о регистрации базы данных № 2000620106 2/8,

2000 г. База данных элементов конструкции, технологического оснащения и сборки летательного аппарата Су-30МКК / Уваров Н.И., Сафонов А.А. и др.

7. Свидетельство о регистрации базы данных № 20001620158 16/11,

2001 г. База данных интерактивных технических руководство (ИЭТР) по эксплуатации изделия Су-ЗОМК / Уваров Н.И., Сафонов А.А. и др.

8. Свидетельство о регистрации базы данных № 2001620173 31/5,

2002 г. База данных интерактивных технических руководств и каталогов по эксплуатации катера стрела «Стрела-5» / Уваров Н.И., Сафонов А.А. и др.

9. Свидетельство о регистрации базы данных № 2002620097 30\5,

2003 г. База данных интерактивных технических руководств и каталогов по эксплуатации катера «Стрела-4» / Уваров Н.И., Сафонов А.А. и др.

10. Свидетельство о регистрации базы данных № 2002611892 6/11 2002 г. Модуль материально-технического снабжения / Уваров Н.И., Сафонов А.А. и др.

11. Патент РФ № 2179136. Способ сборки агрегатов летательного аппарата / Уваров Н.И. и др.

Подписано в печать 12.05.2004 г. Бумага офсетная 80 г/кв.м, Гарнитура Times New Roman, тираж 100 экз. Отпечатано в типографии КнААПО, г. Комсомольск-на-Амуре.

Я! 12 4 4 7

Введение.

ГЛАВА I. СПЕЦИФИКА ОРГАНИЗАЦИИ СОВРЕМЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ НА ПРОИЗВОДСТВЕ

1.1. Организационное обеспечение существующих информационных технологий (ИТ).

1.2. Преимущества и недостатки ИТ.

1.3. Информационная система управления предприятием.

1.4. Концепция PLM.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ И ВЫБОР ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ИС

2.1. Сравнительный анализ современных концепций информационных технологий.

2.2. Концепции MRP, MRPII, ERP.

2.2.1. Прогнозирование экономических процессов.

2.2.2. Управление проектами и программами.

2.2.3. Планирование производства и составление графика выпуска продукции.

2.2.4. Планирование потребностей в ресурсах.

2.3. Сравнительный анализ методологии описание бизнес-процессов и выбор CASE-средства для создания ИС.

2.3.1. Оперативное управление производством.

2.3.2. Описание нотации AR1S еЕРС.

2.3.3. Описание нотаций IDEFO, IDEF3.

2.3.4. Описание нотации DFD (Data Flow Diagramming).

2.3.5. Сравнение методологии DFD и SADT.

2.4. Сравнение методологии ARIS и IDEF.

2.4.1. Функциональные возможности продуктов ARIS и BPWin.

2.4.2. Рекомендации по применению систем в зависимости от типовых задач.

2.4.3. Описание CASE-средства ERWin.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 3. ОБОБЩЁННАЯ ИНФОРМАЦИОННО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ

3.1. Оценка состояния технических систем.

3.2. Пространство признаков и его распределение на области, отвечающие образам.

3.3. Меры близости.

3.4. Обобщённая математическая модель ИС предприятия.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 4. ПОСТРОЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ЦЕХА НАУКОЁМКОГО ПРОИЗВОДСТВА

4.1. Составление общей схемы взаимодействия подразделений внутри цеха и связи с другими подразделениями.

4.2. Формализация производства на участке РТИ на примере отдельной детали.

4.3. Составление инфологической модели.

4.4. Информационно-математическая модель оценки поэтапного состояния реального производства.

4.5. Материально-технический поток на участке РТИ.

4.6. Информационный поток на участке РТИ.

4.7. Описание пакета программ.

ВЫВОДЫ.

Актуальность проблемы. Актуальность внедрения информационных технологий (ИТ) в организации наукоемкого производства по всему жизненному циклу изделий (ЖЦИ), в частности, в авиастроении, состоит в необходимости повышения конкурентоспособности и оперативности управления. Эффективность от внедрения ИТ возможна только тогда, когда формируется такая система организационных мероприятий, при которой в работу вовлечены все участники ЖЦИ.

В настоящее время требуется единый подход к построению и внедрению ИТ, в виду того, что для этого имеются лишь разработки программно-аппаратных комплексов (ПАК) в двух направлениях. Первое - система управления инженерными данными (PDM) и система управления ресурсами и производственными процессами (ERP), которые не связаны между собой. Это обусловлено различием между PDM и ERP, состоящее в том, что PDM-система фокусируется на определении инженерных данных изделия, а ERP-система - на управлении производственными процессами, не связанными в едином информационном пространстве (ЕИП). Свободной от этих недостатков может быть развертывание на такой интегрированной ИТ, какой является PLM-система, набора взаимосвязанных решений всех участников ЖЦИ с возможностью объединения PDM и ERP-систем и организации единой системы.

Система PLM позволяет создать ЕИП по всему ЖЦИ, в котором актуальные сведения доступны всем заинтересованным участникам проекта.

В работе рассматриваются вопросы построения интегрированной информационно-математической модели промышленного предприятия с обеспечением взаимосвязи работы с ПАК в ИИС всех участников ЖЦИ. Предлагаемая система предусматривает комплексное решение следующих задач:

1. Обеспечение обмена данными между конструкторскими, технологическими, управленческими и другими службами.

2. Оперативный перевод бумажной документации в электронный вид, позволяющей получить данные специалистам разного уровня и квалификации при работе над проектом. Благодаря этому проект становится «открытым» для всех функциональных подразделений.

3. Обеспечение совместимости с различными корпоративными системами, а так же поддерживать интеграцию с решениями компаний-поставщиков и заказчиков предприятия.

Цель работы: разработка информационно-математической модели оценки состояния предприятия на основе информационных параметров интегрированной информационной системы (ИИС) производства.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

• исследование и формализация существующей информационной системы предприятия;

• построение структурно-функциональных схем подразделений производства (формализация функциональных связей) с целью использования математических методов для представления информации в виде, удовлетворяющем запросам специалистов разного уровня и квалификации;

• разработка и исследование принципов построения ИИС на примере участка цеха;

• разработка математической информационной системы (ИС) подразделения предприятия с оценкой функционирования;

• разработка рекомендаций для построения ИИС предприятия.

Методы исследований и разработки ИТ. При выполнении диссертационной работы использовались:

• системный подход;

• логические и аналитические методы анализа и синтеза систем;

• структурно-аналитический подход с использованием методов дискретной математики;

• структурно-функциональные методы построения систем;

• методы принятия решений.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Обоснован выбор структуры ИС предприятия, как PLM-системы.

2. На системном уровне построена и исследована обобщенная структурно-функциональная схема производства на примере цеха, включающая информационные потоки, последовательного инициирования структурных подразделений и слежения за этапами ЖЦИ во времени, с возможностью расширения результатов работ к построению аналогичных подсистем участников ЖЦИ и ИС предприятия в целом.

3. На основе установленных причинно-следственных связей между информационными элементами ИС построена математическая модель ИС с оценкой состояния этапов ЖЦИ в режиме реального (дискретного) времени и функционирования за заданный интервал времени.

4. На основе полученных результатов даны рекомендации к построению ИС на основе идеологии PLM-систем.

Основные положения, выносимые на защиту:

• теоретически обоснованы принципы построения ИС на основе идеологии PLM-систем;

• математическая модель оценки состояния этапов ЖЦИ в режиме реального (дискретного) времени;

• методика графического отображения результатов функционирования предприятия и его подразделений в электронном виде с отслеживанием событий в режиме реального времени;

• рекомендации к формированию достаточности ПАК идеологии PLM-систем.

Достоверность полученных результатов подтверждается использованием предлагаемой системы при внедрении элементов ПАК в идеологии PLM-систем.

Практическая значимость и реализация. На основе логических исследований и разработок были:

• разработаны методики и инструкции построения ИИС в идеологии PLM-систем;

• сформированы требования к построению ИИС предприятия на основе проведенного анализа существующей ИС;

• построена структурно-функциональная схема взаимодействия подразделений ОАО «КнААПО» с реализацией предложенной математической модели обработки и представления информации и управления процессом производства с элементами формализованного документооборота;

• внедрены элементы ИС на ОАО «КнААПО», подтвержденные 6 свидетельствами регистрации программных продуктов и патентом с общим экономическим эффектом около 9 ООО ООО руб. (акты прилагаются).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

На основе системного анализа исследована существующая систем функционирования производства. Предложен метод формализации структурных подразделений и взаимодействия их в систем производства. Предложены и реализованы принципы разработки информационной системы функционирования предприятия на основе PLM-систем, которая позволяет решать задачи информационного взаимодействия участников всего жизненного цикла изделия.

Разработана методика отражения результатов функционирования предприятия и его подразделений на основе автоматизации документооборота, построения базы данных электронных моделей деталей, комплектующих и изделий в целом; электронные модели оснастки, подсистем контроля качества в режиме реального времени. Разработана информационно-математическая модель поэтапной оценки состояния производства.

1. Абчук В.А., Карпенко Ю.С. Управление в гибком производстве.-М., Радиосвязь, 1990.-127с.

2. Александров Е.А. Основы теории эвристических решений. Подход к изучению естественного и построению искусственного интеллекта. Под редакцией Кузнецова П.П. М., Советское радио, 1975. - 256с.

3. Альперович Т.А. и др. Компьютерно интегрированные производства и CALS-технологии в машиностроении. -М.: ГУП «ВИМИ», 1999. -512с.

4. Анцупов А.Я., Шипилов А.И. Конфликтология. Учебник для вузов. -М. ЮНИТИ, 1999.-551 с.

5. Афитов Э.А., Новицкий Н.И., Циганков В.Д. Организация вспомогательных цехов и обслуживающих хозяйств предприятия: Учебное пособие по курсу «Организация и планирование производства. Управление предприятием.» Минск.: МРТИ, 1992. -609с.

6. Ахо, Альфред, В., Джон, Ульман, Джефри, Д. Структуры данных и алгоритмы.: Пер. с англ.: Уч. Пос. М.: Издательский дом «Вильяме», 2000. - 384с.

7. Барсуков B.C., Водолазский В.В. Современные технологии безопасности. М.: «Нолидж», 2001. 496 с.

8. Басакер Р., Саати Т. Конечные графы и сети, /перевод с английского. — М.: Главная редакция физ.-мат. литерат. изд-ва «Наука», 1973. 368 с.

9. Бодров В.А. Информационный стресс. М.: ПЕР СЭ, 2000. - 352с.

10. Братухин А.Г. и др. Информационные технологии в наукоемком машиностроении.- К., Техника, 2001. 728с.

11. Братухин А.Г., Давыдов Ю.В. и др., CALS в авиастроении. М.: Изд-во МАИ, 2000-304 с.

12. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М.: 1978.-400 с.

13. Вентцель Е.С. Исследование операций. М.: «Советское радио», 1972. - 552с.

14. Войчинский A.M., Диденко Н.И., Лузин В.П. Гибкие автоматизированные производства. М.: Радио и связь, 1987. - 272с.

15. Вороненко В.П. и др. Проектирование автоматизированных участков и цехов. М.: Высш. школа, 2000. - 272с.

16. Вудкок Дж. Современные информационные технологии совместной работы, /пер. с англ. М.: «Русская редакция», 1999. - 256с.

17. Глущенко В.В. Методические вопросы проектирования и оценки безопасности функционирования сложных технических систем. Проблемы машиностроения и автоматизации. Международный центр научной и технической информации. 1993, № 5, с. 6-11.

18. Глущенко В.В., Глущенко И.И. Разработка управленческого решения. Прогнозирование — планирование. Теория проектированияэксперементов. г.Железнодорожный, Моск. Обл.: ТОО НПЦ «Крылья», 1997. - 400с.

19. Годин В.В., Корнеев И.К. Информационное обеспечение управленческой деятельности: Учебник. — М.: Мастерство, Высшая школа, 2001.-240 с.

20. Горелик A.JL, Гуревич И.Б., Скрипкин В.А. Современное состояние проблемы распознования: Некоторые аспекты. М.: Радио и связь. 1985.-160с.

21. Горелик В.А., Горелов Н.А., Кононенко А.Ф. Анализ конфликтных ситуаций в системах управления. М.: Радио и связь, 1991. - 281 с.

22. Григорьев Ю.А., Ревунков Г.И. Банки данных. Учебн. для вузов. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2002. 320с.

23. Гуляев В.А. и др. Методы и средства обработки диагностической информации в реальном времени. Киев: Наук, думка, 1986. - 219 с.

24. Девянин П.Н. и др. Теоретические основы компьютерной безопасности: Учеб. Пособие для вузов. — М.: Радио и связь, 2000. -192 с.

25. Джордж Ф. Основы кибернетики./ пер. с английского. М.: «Радио и связь» 1984.-272 с.

26. Дмитриев В.И. Прикладная теория информации. М.: Высш. шк., 1989. - 320с.

27. Доброленский Ю.П., Завалова Н.Д., Пономаренко В.А., Туваев В.А. Методы инженерно психологических исследований в авиации. — М.: Машиностроение, 1975. - 276с.

28. Дубов Н. Автоматизация от идеи до автоматизации. Ж. «Открытые системы», июнь 2003. с. 17,19.

29. Евченко К. Ежегодная конференция пользователей UGS PLM Solutions в Москве. Ж. «САПР и графика», 2004. №6; С. 52 54.

30. Ефимов А.Н. Предсказание случайных процессов. М.: Знание, 1976. -64с.

31. Зегжда Д.П., Ивашко A.M. Основы безопасности информационных систем. М.: Горячая линия - Телеком, 2000. 452с.

32. Иванова Г.С. Технология программирования. Учебник для вузов. М.: Изд -во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 320с.

33. Ивахненко А.Г., Зайченко Ю.П., Димитров В.Д. Принятие решении на основе самоорганизации. М: «Советское радио», 1978. - 280 с.

34. Казанцев А.К., Серова П.С. Основы производственного менеджмента: Учебное пособие. М.: ИНФРА - М, 2002. - 348с.

35. Карлофф Б. Деловая стратегия. / пер. с англ. М.: Экономика, 1999. -239с.

36. Карпов А.В. Психология принятия решений в профессиональной деятельности. Ярославль: ЯрГУ, 1991. 153с.

37. Лапуста М.Г.- Справочник директора предприятия. М.: «Инфра-М», 2002. 832 с.

38. Лысенко Э.В. Проектирование автоматизированных систем управления технологическими процессами. М.: Радио и связь, 1987. - 272с.

39. Люцарев B.C., Ермаков К.В., Рудный Е.Б.Ю Ермаков И.В. Безопасность компьютерных сетей на основе Windows NT М.: Издат. отдел «Русская редакция» ТОО «Channel Trading Ltd.», 1998. - 304 е.: ил.

40. Мамиконов А.Г. Основы построения АСУ. М.: Высшая школа, 1981. -248с.

41. Марьин Б.Н., Фролов Д.Н., Уваров Н.И. Оценка состояния производства на основе формализованного подхода. Ж. Сборка в машиностроении, приборостроении. 2004. - № 6. - С. 4, 6.

42. Мельцер М.И. Разработка алгоритмов АСУП. — М.: Статистика, 1975. — 240с.

43. Мильнер Б.З. и др. Системный подход к организации управления. М.: Экономика, 1983.-224с.

44. Мильнер Б.З. Теория организации. Москва, Инфра-М, 2003 558 с.

45. Минцберг Г. Структура в кулаке: создание эффективной организации /пер. с англ. под ред. Ю.Н. Каптуревского. СПб: Питер, 2001 г. - 512 с.

46. Мондена Я., Сибакава Р., Такаянаги С., Нагао Т. Как работают японские предприятия. М. «Экономика», 1989. - 261с.

47. Мухин В.И. Исследование систем управления. М.: Экзамен, 2002. -384с.

48. Новиков Ф.А. Дискретная математика для программистов. СПб.: Питер, 2003. - 304 с.

49. Новицкий Н.И. Организация производства на предприятиях. -М.: Финансы и статистика, 2003. — 392 с.

50. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 336с.

51. Петров В.Н. Информационные системы. СПб.: Питер, 2003. - 688с.

52. Петров Р.А., Шлимович Е.Л., Ирюпин Д.В. Комплексная автоматизация управления предприятием: Информационные технологии теория и практика. М.: Финансы и статистика, 2001 - 160 с.

53. Петров Ю.А. и др. Комплексная автоматизация управления предприятием: Информационные технологии — теория и практика. — М.: Финансы и статистика, 2001. 160с.

54. Петросян Л.А. и др. Теория игр. Учебное пособие для ун-тов. М.: Высш. шк., Книжный дом «Университет», 1998. - 304 с.

55. РД 50-34.698-90 Методические указания. Информационная технология. Комплекс стандартов и руководящих документов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Требования к содержанию документов. М.: Издательство стандартов, 1989.5659