автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Разработка метода и средств поддержки взаимосвязанного моделирования проектных и управленческих процессов при автоматизации деятельности проектно-конструкторской организации

На правах рукописи

ПРОТАСОВА СВЕТЛАНА ВИТАЛЬЕВНА

РАЗРАБОТКА МЕТОДА И СРЕДСТВ ПОДДЕРЖКИ ВЗАИМОСВЯЗАННОГО МОД ЕЛИРОВАНИЯ ПРОЕКТНЫХ И УПРАВЛЕНЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ АВТОМАТИЗАЦИИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКОЙ ОРГАНИЗАЦИИ

Специальность- 05 13 12 - Системы автоматизации проектирования

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2007

003060300

Работа выполнена в ГОУ ВПО Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»

Научный руководитель-

доктор технических наук, профессор Волкова Галина Дмитриевна

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Цырков Александр Владимирович

кандидат технических наук Сорокин Александр Викторович

Ведущее предприятие

Филиал «Севмашвтуз» ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский Государственный Морской Технический Университет»

Защита состоится «/в » июня 2007 года в часов на заседании Диссертационного Совета Д 212142 03 при ГОУ ВПО Московский государственный технологический университет «СТАНКИН» по адресу. 127994, г Москва, Вадковский пер, д 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН».

Автореферат разослан «ХЦ » мая 2007 г Ученый секретарь диссертационного совета, Д 212.142.03,

К.Т.Н.

Семячкова Е.Г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы В современных экономических условиях машиностроительным предприятиям и организациям необходимо постоянно совершенствовать выпускаемую продукцию с целью обеспечения ее конкурентоспособности Так как многие показатели продукции закладываются на ранних этапах ее создания, то возникает необходимость повышения эффективности проектной деятельности как одного из самых сложных видов интеллектуальной деятельности, выполняемых в процессе создания машиностроительных объектов На данный момент, одним из главных инструментов совершенствования деятельности предприятий и трансляции проектной информации па последующие стадии создания, эксплуатации и развития создаваемого изделия в едином информационном пространстве являются так называемые ИПИ-технологии (или САЬБ-технологии - по зарубежной терминологии) Эффективность применения этих технологий зависит от качества заложенных в них модельных представлений, описывающих предметные области всех фаз жизненного цикла создаваемого изделия Особенностью модельных представлений проектно-конструкторской деятельности является семантическая увязка описаний различных предметных областей В связи с тем, что деятельность проектной организации есть совокупность различных взаимосвязанных видов деятельности (функционирования, поддержания, развития), то возрастает значимость комплексного моделирования не только этих процессов, но и сопряженных с ними процессов управления Вместе с тем, практика внедрения современных информационных технологий обусловлена объективными факторами, снижающими эффективность их применения для про-ектно-конструкторских организаций

- многоаспектность используемых в процессе проектирования знаний, обусловленная необходимостью принятия решений, базирующихся на увязке в памяти специалистов-конструкторов информации обо всем жизненном цикле машиностроительных объектов,

- внедрение разнородных автоматизированных систем различного назначения (САПР, систем организационного управления, управления качеством, управления ресурсами, электротюго документооборота и др ), что затрудняет их интеграцию без предварительного моделирования деятельности проектно-конструкторской организации как единой сложной системы

Выявленные проблемы и трудности, связанные с особенностями проектно-конструкторской деятельности, определили необходимость разработки метода и создания средств поддержки комплексного моделирования деятельности проектно-конструкторской организации в условиях внедрения ИПИ-технологий Это позволило сформулировать цель работы и поставить научную задачу

Целью настоящей работы является повышение эффективности деятельности проектно-конструкторской организации за счет разработки ме-

тода и средсгв взаимосвязанного моделирования проектных и управленческих процессов в проектно-конструкторской организации в условиях внедрения ИПИ-технологий

Для достижения поставленной цели в работе решена научная задача, включающая

— исследование существующих методов и средств моделирования деятельности проектно-конструкторской организации,

— формальное описание совокупности семантических моделей деятельности проектно-конструкторской организации,

— разработку метода взаимосвязанного семантического моделирования деятельности проектно-конструкторской организации,

— разработку методики взаимосвязанного моделирования проектных и управленческих процессов при автоматизации деятельности проектно-конструкторской организации в условиях внедрения ИПИ-технологий,

— разработку инструментальных средств поддержки формирования, визуализации и обработки взаимосвязанных моделей проектных и управленческих процессов в деятельности проектно-конструкторской организации

Научная новизна заключается в следующем

— предложено формальное описание комплекса моделей деятельности проектно-конструкторской организации, заключающееся в формировании различных взаимосвязанных представлений концептуальных моделей проектной деятельности на основе системного подхода, а также визуализации и обработке полученных моделей

— разработан метод моделирования деятельности проектно-конструкторской организации

Методы исследования При разработке теоретических положений диссертационной работы использован аппарат теории множеств, теории систем, теории графов, математической логики, теории баз данных

Практическая ценность Разработана методика взаимосвязанного моделирования проектных и управленческих процессов при автоматизации деятельности проектно-конструк горской организации, а также разработаны и реализованы программные средства поддержки моделирования деятельности проектно-конструкторской организации

Методика и средства поддержки были применены в ЗАО «Топ Системы»

Апробация работы Результаты работы докладывались на 7 и 8-й научных конференциях МГТУ "Станкин" и "Учебно-научного Центра мат моделирования МГТУ "Станкин", научно-техническом форуме с международным участием «Высокие технологии-2004» (ноябрь 2004г, Ижевск), международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, образовании и промышленности» (май 2005г, Архангельск), четвертой Всероссийской научно-практической конференции

«Управление качеством» ГОУ ВПО «МАТИ» - РГТУ им К Э Циолковского и обсуждались па заседаниях кафедры "Когнитивные технологии проектирования"

Публикации По теме диссертации опубликовано 6 работ Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы (.УР наименований) и приложений Работа содержит стр сквозной нумерации, включая 7 ^ рис и стр приложений

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, формулируются основные задачи и основные положения, выносимые автором на защиту Приводится структура и общее содержание диссертации по главам

В первой главе рассмотрены основные подходы к автоматизации деятельности предприятий и организаций в машиностроении, проведено исследование и проанализированы особенности деятельности проектно-конструкторских организаций, выявлены существующие методы и средства моделирования деятельности предприятий и организаций

Исследование и анализ особенностей функционирования предприятий и организаций в промышленности, проведенные по опубликованным источникам, позволили установить, что в современных рыночных условиях они сталкиваются с проблемами, и это требует пересмотра многих традиционных подходов к автоматизации своей деятельности

Исследования показали, что одним из главных инструментов совершенствования деятельности предприятии и организаций явчяются в последние годы технологии компьютерного сопровождения и поддержки наукоемкой продукции на всех этапах жизненного цикла, так называемые ИПИ-технологии, направленные на формирование, сохранение и рациональное использование стратегического ресурса предприятия или организации Внедрение ИПИ-технологий предполагает как моделирование самого изделия, так и деятельности предприятий или организаций, участвующих в жизненном цикле

Большой вклад в исследовании подходов и особенностей применения ИПИ-технологий, методов моделирования сложных производственных систем внесли Соломенцев Ю М , Павлов В В , Митрофанов В Г , Косов М Г , Капустин Н М , Соколов В П , Горнев В Ф , Цырков А В , Гусев А А , Судов Е В , Шептунов С А и другие отечественные и зарубежные ученые

Совокупность информационных моделей изделия, процессов и ресурсов должна образовывать комплексную интегрированную среду, обеспечивающую информационную поддержку задач, выполняемых в ходе жизненного цикла При этом на стадии проектирования и разработки существенными являются данные об изделии, о процессе проектирования, о требуемых, прежде всего, организационных (кадровых) и технических ресурсах в виде вычислительных средств, автоматизирующих труд проекти-

ровщика Проектная деятельность взаимосвязана с различными вспомогательными процессами, что обуславливает внедрение автоматизированных систем различного назначения (систем организационного управления, управления ресурсами, управления качеством и др ), разнородность которых затрудняет целостное модельное описание деятельности проектно-конструкторской организации, чем снижает эффективность применения автоматизированных систем От того, насколько полно и объективно в полученных моделях отражены информация и знания о предметной области в рамках всего жизненного цикла изделия, зависит эффективность автоматизации деятельности проектно-конструкторской организации

Таким образом, проведенный анализ показал, что интегрирующим элементом современных автоматизированных систем деятельности предприятий и организаций в промышленности является формирование модельных представлений, заложенных в основу этих систем

Деятельность любого предприятия или организации есть совокупность взаимосвязанных процессов различных видов Эффективность основной деятельности, направленной на получение целевого продукта, зависит от процессов управления и обеспечения ее ресурсами, а конкурентоспособность предприятия или организации — от процессов развития этих видов деятельности Для обеспечения поэтапной автоматизации деятельности предприятия или организации необходимо не только семантическое моделирование процессов и задач, подлежащих автоматизации, но и их согласованная увязка Поэтому основной задачей моделирования при автоматизации интеллектуальных и информационных процессов в проектно-конструкторской организации является наличие целостного подхода к деятельности организации, при котором увязываются и согласовываются следующие виды деятельности и соответственно виды моделей

- основная функциональная модель, описывающая процесс проектирования и особенности проектируемого изделия,

— модель управления функционированием, описывающая процесс управления деятельностью проектно-конструкторской организации и обеспечение ее ресурсами

Исследования в области моделирования деятельности проектно-конструкторских организаций на примере проектно-конструкторской организации в области станкостроения позволило охарактеризовать ее особенности с точки зрения системного подхода, выявить связи процесса проектирования с другими фазами в рамках жизненного цикла, оценить роль и специфику этого вида деятельности

Проектно-конструкторская деятельность характеризуется прогнозным характером получаемых решений При инициализации процесса проектирования, набор многоаспектных требований, содержащихся в задании на проектирование, касается перспективного функционирования, эксплуатации и изготовления создаваемого изделия Это обуславливает структурную и информационную сложность объекта проектирования Причем, на

-6-

начальных этапах процесса проектирования имеется минимальный объем информации и максимум неявных знаний об изделии, которые объективируются и уточняются в процессе принятия проектных решений Процесс проектирования характеризуется последовательностью выполнения определенного набора этапов и стадий При этом он имеет итерационный характер, в ходе которого проектные решения могут многократно дорабатываться на всех стадиях Динамика процесса проектирования, выраженная в распараллеливании работ в соответствии с системой планирования и управления ресурсами обуславливает необходимость неформального согласования их результатов, что предъявляет особые требования к опыту и знаниям проектировщиков и приводит к возникновению проблемы сохранения интеллектуальных ресурсов в проектных организациях Накопленный опыт, зафиксированный в нормативных материалах, внутренних и внешних стандартах) и единый коллектив исполнителей представляют собой единую среду процесса проектирования Проектная организация в своей деятельности взаимосвязана также с процессами планирования и контроля разработок, задачами управления ресурсами и взаимодействием с организациями-соисполнителями, составляющими окружение процесса проектирования

Выявленные особенности проектно-конструкторской деятельности определили требования к выбору методов и средств моделирования деятельности проектно-конструкторской организации Наиболее широко распространенные модели деятельности организаций базируются на следующих методологиях и подходах SADT-методологии (Structured Analysis and Design Technique) для структурного анализа и проектирования производственных и деловых процессов, объектно-ориентированной методологии, ARIS-методологии моделирования деятельности предприятий, методы когнитивного подхода Данные методы и методологии рассмотрены и проанализированы по следующим критериям набор модельных представлений, поддерживаемые этапы жизненного цикла, возможности интеграции моделей для разных задач и др

Методология SADT не обеспечивает взаимосвязи различных аспектов при моделировании деятельности организаций Объектно-ориентированный подход может быть применим для описания информационной компоненты модели деятельности организации Основу методологии ARIS составляет многомодельный комплексный подход к описанию деятельности организации как единого представления всех ее особенностей, но ориентирована на описание управленческой деятельности opi ани-зации и использует привязку выполняемых организацией функций к организационной структуре и ресурсам, обеспечивающим ее функционирование Когнитивные методы основаны на работе со структурой причинно-следственных связей между элементами какой-либо системы и окружающей ее среды, отображающей представление индивидов или их группы об устройстве и функционировании данной системы Недостатком данного

подхода является субъективность представлений экспертов при оценке факторов, характеризующих систему

Проведенный анализ существующих методов моделирования деятельности организаций позволил сделать выводы о том, что рассмотренные методологии направлены на различные аспекты моделирования деятельности организаций и не обеспечивают взаимосвязанного модельного описания с учетом всех особенностей проектной деятельности

Характеристика средств моделирования на базе традиционных методологий позволила выявить основные элементы моделей, обеспечивающие описание деятельности предприятий и организаций К наиболее распространенным программным средствам моделирования деятельности предприятий и организаций можно отнести BPWm и ERWm, пакет "CASE Аналитик" (microTOOL, GmbH), WorkFlow Analyzer, ARIS Toolset, Designer/2000 (Oracle), Rational Rose (Rational Software Corp ), программно-аналитический комплекс когнитивного моделирования и др Эти инструментальные средства ориентированы на работу с одной или несколькими методологиями Следует отметить, что указанные средства недостаточно полно могут учитывать выявленные особенности деятельности проектно-конструкторской организации для ее моделирования Кроме того, они обладают достаточной трудоемкостью освоения и высокой стоимостью, что затрудняет их использование в проектных организациях машиностроительного комплекса

Проведенный анализ позволил выявить преимущества методологии автоматизации интеллектуального труда (МАИТ) по сравнению с существующими методами моделирования деятельности организации В МАИТ определяющую роль при моделировании проектной деятельности играет концептуальное моделирование, позволяющее выявить и зафиксировать систему знаний и понятий выделенной предметной области Разработанные ранее инструментальные средства поддержки концептуального моделирования в рамках МАИТ недостаточно ориентированы на специфику деятельности проектно-конструкторской организации, что затрудняет их применение для моделирования различных видов ее деятельности

Основываясь на полученных выводах, было принято решение о необходимости разработки метода взаимосвязанного семантического моделирования проектных и управленческих процессов в деятельности проектно-конструкторской организации в условиях внедрения ИПИ-технологий, учитывающего специфику проектно-конструкторской деятельности Это позволило сформулировать цель работы и поставить научную задачу для ее достижения

Во второй главе рассмотрены вопросы обоснования совокупности моделей, описывающих деятельность проектно-конструкторской организации, их формалыю1 о описания, представления и обработки

Поскольку описание деятельности проектно-конструкторской организации есть сложный комплекс взаимосвязанных моделей, относящихся к

различным видам деятельности, осуществляемых в организации, то для формирования этого описания необходимо выполнение согласованного семантического моделирования процессов проектирования и управления проектной деятельностью Дня разработки метода взаимосвязанного семантического моделирования необходимо выявить методологические, теоретические и практические основания, которые позволяют установить состав и взаимосвязи моделей

Методологическим базисом являются укрупненная классификация видов деятельности предприятия или организации функционирование, управление, поддержание, развитие, сопряженное представление управляющего и управляемого процессов, анализ философскою понятия «производство», системный подход Теоретической основой для ра^аботки данного метода служат теоретические положения концептуального моделирования в рамках методологии МАИТ и теория систем В качестве практических оснований рассмотрены практика и опыт создания прикладных автоматизированных систем поддержки концептуального моделирования в рамках МАИТ

Метод взаимосвязанного семантического моделирования заключается в разработке системы правил (Г) перехода от семантической модели процесса проектирования к-го класса объектов машиностроения (Мрк) к семантической модели процесса управления проектированием (М„к) ¥ М„к —> Мик (рис 1) Требования к модельным представлениям заключаются в следующем

1 Моделирование семантики процесса проектирования може1 быть представлено в различных формах

а)в виде концептуальной модели процесса проектирования, которая отражает систему ограничений на структуру предметных категорий и содержание этих ограничений (модель Мрк),

б)в матричной форме на основе конвеиерно-тактового подхода который позволяет образно представить структуру процесса проектирования и связность ограничений на любом уровне декомпозиции (модель Мркя),

в)в виде формального описания на основе системного подхода, представляющего систему проектных действий и набор входных и выходных объектов с их свойствами (модель 8рк1),

г) в виде формального описания на основе системного подхода с учетом окружения системы (модель 8рк2 , допочняющая модель 8рк1)

2 Моделирование взаимосвязанного представления концептуальной модели процесса проектирования и управленческой деятельности (модель Мцрк) осуществляется на основе системного подхода

3 Моделирование семантики управленческих задач взаимосвязано с управляемым процессом — процессом проектирования и может быть представлено в следующих формах

а) в виде концептуальной модели процесса управления (модель Мцк),

родословной понятийном структуры каждой из них

В подмножестве предметных категорий, составляющих содержание любой яр-ой предметной зависимости 1-го рода, выделены три подмножества, характеризующие ролевые свойства предметных категорий - входные (ПК-аргументы), промежуточные и выходные (ПК-функции) предметные категории Поэтому содержание предметной зависимости 1-го рода можно определить следующим функциональным отношением

м.^р^А1;,^^™') (п)

Такое представление позволяет сформировать полное информационное описание предметной задачи, то есть определить множество используемых предметных категорий для предметной зависимости любого уровня сложности

Для реструктуризации системы предметных зависимостей, может быть использован конвейерно-тактовый подход, позволяющий модифицировать функциональное описание задачи за счет позиционирования любой предметной зависимости на определенном конвейере и такте с учетом их информационной связности Наиболее эффективным формальным аппаратом для реализации этого подхода является аппарат блочных матриц, где строки ассоциируются с конвейерами, а столбцы с тактами Структурное описание любой предметной зависимости представляется в виде

С1 С2

"Ч1

'V.

(12)

где блок С раскрывает внутреннюю структуру (в+1) уровня этой пред-

метной зависимости, С'хр и соответственно определяют входную и

выходную информационные компоненты этой же зависимости Представление структурного описания в различных функциональных конструкциях,

где с™ - элементы блочных матриц, С™ (т = 1 - 4 ), выглядит следующим

образом

С.,

С„ =

Г с1о \ 0 1 1 ! о л 0

С1 4 1 ™(1+1)(*+1) 1 ! о 0

¿0 2 С31 1 2 ! с32 1 1 1 ! о 1 1 0

«¿0 : 4 1 1 2 ! Сп(п-\)

с-< '-(/1+1 )0 С(п+\А ! с3 1 ( ! с3 с3 (п+\)п

Ограничениями на элементы матрицы являются условия с'10 = 1 Если для

где

выполняется

условие

^i+W+ft-i) , то cl0 = 1 (наличие внешней входной информа-

2

НИИ для ), иначе с10 = 0 Если для элемента Сп —

2 _

где t = \-n, существует элемент С(,+/)(г+/) - , где

/ = ! — (« — ?), для которого выполняется условие

то (наличие внутренней

входной информации для ), иначе с(г+/)/ = 0, Если для элемен-

2 _

та Сц — , где ¿ = 1 — п, выполняется условие

•^(""+/)((+А-/) П Ф 0 , то с~~ ^ (наличие внешней выходной

информации для ), иначе =0

г4

(п+\)О ~ метка матрицы структурного описания предметной зависимости Каждый элемент с™ можно раскрыть через подмножества входных

/ im \ / л out \ / л var \ w

(^4v ), выходных (Акр ) и промежуточных ( /1^ ) предмегных категории

Полное структурное описание предметной задачи определяет ее максимальную функциональную детализацию с учетом информационной связности зависимостей Реструктуризация полного структурного описания предметной задачи заключается в сокращении количества тактов (столбцов) и количества конвейеров (строк) и происходит на основе определенных правил

С позиций теории систем концептуальную модель процесса проектирования можно формально представить как совокупность взаимосвязанных систем

S),k=<G„,G„Rlf1>, (13)

где GH - система проектных действий (структура процесса), соответствующая системе предметных зависимостей концептуальной модели процесса проектирования, Gструктура входных и выходных объектов, соответствующая понятийной структуре концептуальной модели процесса проектирования, Rn t - множество связей между объектами и действиями, отражающее увязку понятийной и функциональной составляющих концептуальной модели процесса проектирования

С точки зрения теории систем, представленную систему необходимо дополнить параметрами, описывающими среду процесса проектирования как условие функционирования системы Формально это можно предста-

вить путем введения в систему 51р/ дополнительных компонентов и отношений

$2рк >, (И)

где Г/\„ =< Л',г, > - структура, описывающая среду процесса проектирования, в которой БК — среда проектирования, объединяющая в себе такие компоненты проектной задачи как процесс, субъект и средство (ресурсы временные, кадровые, финансовые и технологические) как условие функционирования системы, чд' — множество связей между элементами среды, - множество свойств элементов среды, И^пч - множество связей проектных действий с элементами среды

Такое представление позволяет сформировать модель Мирк взаимосвязанного представления концептуальной модели процесса проектирования и управленческой деятельности путем преобразования Мрк" + 8рк2 —> М„рк Для этого бьпо предложено уточненное структурное описание концептуальной модели процесса проектирования, дополненное элементами, характеризующими процесс проектирования с точки '¡рения оценки и контроля временных, организационных (кадровых), финансовых и технических ресурсов при осуществлении проектной деятельности Структурное описание любой сложной предметной зависимости можег быть представлено в виде

С >

О

с2] с31

с,

С;

С;

О

С;

(15)

I. 01

где Ст = С„„СЧ, = СЧ7, С,р = С,р, С,р = С„р,

, где пх1 =1 хп

Элементы матрицы-блока С\р позволяют учитывать характеристики субъектов, участвующих в каждом из проектных действий, описываемых предметными зависимостями на главной диагонали матрицы С2р, и описать использование кадровых ресурсов проектно-конструкторской организации

с?;=1сГ с*-2], Об)

где

^—,23—1 _

,23-1 -1(л+1)

с23'1

„23-1

где

= ПХ 1. С.„ -

V

г23-2 "1(«+1)

23 2

„23-2 '«(/1+1)

23-2 ,

где п —пх1

Элементы матрицы С для любого п описывают временные ха-

рактеристики выполнения проектных действий, а элементы матрицы С^ 2 - характеристики финансовых и технических ресурсов ^ „23-2

Элементы ; сц„+\)-,С1(П+\) являются множествами предметных

категорий, относящихся к различным аспектам управленческой деятельности Поэтому по наборам характеристик, составляющих множества элементов матриц СЦ С» преобразованной концептуально!! модели процесса проектирования можно зафиксировать множество предметных категорий концептуальной модели процесса управления и их родословную Данные предметные категории становятся содержанием управленческих действий, описываемых предметными зависимостями 1-го рода концептуальной модели процесса управления, и могут иметь различные ролевые свойства - являться входными, промежуточными и выходными предметными категориями Концептуальную модель процесса управления М„к можно также представить в виде системы

=< \,СЛ,,Яп , „ > , где (17)

Ои,|- система управленческих действий, соответствующая системе предметных зависимостей концептуальной модели процесса управления, С/,, -структура входных и выходных объектов, соответствующая понятийной структуре концептуальной модели процесса управления, - множество связей между объектами и действиями, соответствующее содержательной структуре концеп гуальной модели процесса управления

Переход Мирк —> М„к выполняется формированием компонента, описывающего понятийную структуру Стм в данной системе, на основе элементов модели Мирк

Выполненное формальное описание различных форм представления концептуальных моделей процесса проектирования и управления проектной деятельностью позволило перейти к разработке методики взаимосвязанного моделирования проектных и управленческих процессов в деятельности проектно-конструкторской организации

В третьей главе изложена методика взаимосвязанного моделирования проектных и управленческих процессов в деятельности проект-но—конструкторской организации Разработанная методикл может применяться при поэтапной автоматизации деятельности проектно-конструкторской организации в машиностроении и предназначена для системных аналитиков или специалистов в области представления информации и знании Формальным обоснованием данной методики является совокупность моделей, изложенных во второй главе Исходной информацией

служат результаты предыдущего этапа анализа деятельности проектно-конструкторской организации информация, полученная от экспертов предметной области и из документальных источников организации (нормативно-справочные материалы, внутренние и внешние стандарты) Структура методики представляет собой набор процедур, правил их выполнения и средств представления входной, промежуточной и выходной информации В рамках данной методики разработаны алгоритмы следующих процедур (рис 2) формирования и графического представления концептуальной модели процесса проектирования, преобразование концептуальной модели процесса проектирования с учетом характеристик управления проектной деятельностью, формирования и графического представления концептуальной модели процесса управления,

Формирование взаимосвязанных моделей деятельности проектно конструкторской организации

т

т

Выбор уровня сложности проектной задачи

Формирование и графическое представление концептуальной модели процесса проектирования

Преобразование концептуальной модели процесса проектирования с учетом управленческой деятельности в проектно конструкторской организации

Формирование и

графическое представление концептуальной модели процесса I управления

Формирование и графическое представление понятийной структуры КМ

процесса проектирования

Выбор класса объектов СТО

Формирование и графическое представление структуры предметных зависимостей и содержательной структуры КМ процесса проектирования в зависимости от уровня сложности проектной задачи

Задача Задача Задача Задзча проектная проект этат стадия процедура

Аналитическая обработка КМ

процесса проектирования

Рис 2 Структура процесса формирования, визуализации и обработки моделей деятельности проектно-конструктор с ко и организации

Процедура формирования и графического представления концептуальной модели процесса проектирования предназначена для описания основной функциональной области деятельности проектной организации при осуществлении единичного процесса проектирования определенного класса объектов машиностроения от предпроектного обследования до рабочего документирования Поскольку исследование проектной деятельности проводилось в конструкторском отделе по проектированию специального технологического оборудования (СТО), то в методике учтены особенности СТО и процесса его проектирования

Процесс проектирования в проектно-конструкторской организации, как правило, регламентирован как государственными, так и внутриоргани-зационными нормативами Поэтому с учетом определенной степени унификации узлов СТО, повышающей эффективность его проектирования, возможна декомпозиция процесса проектирования на проектные действия

-16-

различных уровней сложное! и Это может быть представлено в виде структуры предметных зависимостей концептуальной модели процесса проектирования Особенностью этой структуры является то, что в связи со сложностью процесса проектирования поэтапная автоматизация предполагает многоуровневый процесс моделирования, где каждое локальное проектное действие может быть представлено в виде комплекса предметных задач Применение такого подхода позволяет описать весь процесс проектирования от проекта в целом до элементарных действий с использованием типовых алгоритмических конструкций «последовательности», «цикла» и «альтернативы»

Понятийная структура строится в соответствии с методикой концептуального моделирования Формирование предметных категорий любых классов выполняется с учетом того, что содержанием процесса проектирования СТО является процесс его перспективного функционирования, то есть технологический процесс обработки требуемой детали с заданной программой выпуска Пошаговая декомпозиция сложных понятий (как внутри классов, так и между ними) выполняется до того момента, пока не будут получены «родословные» связи всех признаков, используемых в процессе проектирования Причем в случае крупных проектных задач могут быть использованы интегральные признаки, характеризующие или проектное решение в целом по задаче, или документную форму его представления Наличие интегральных признаков позволяет содержательно увязать весь процесс проектирования СТО и тем самым построить концептуальную модель всего процесса проектирования определенного класса объектов СТО, которая представлена на рис 3

Аналитическая обработка концептуальной модели процесса проектирования СТО позволяет получить содержательное представление проектного действия любой сложности, выполнить реструктуризацию и оптимизацию процесса проектирования на основе конвейерно-тактового подхода, получить содержательные срезы любого такта в этом новом пред-

Рис 3 Витальное представление концептуальной модели

Конвейеры

ставлении Результат этой обработки можно представить в матричной форме и наглядно изобразить, как показано на рис 4

Для последующего построения концептуальной модели процесса управления проектной деятельностью необходимо дополнить графическую форму (рис 4) недостающими характеристиками, описывающими субъектов проектных действий, требуемых ресурсов, в том числе временных Это позволило перейти к форме представления процесса проектирования СТО в виде, изображенном на рис 5 Совокупность представленных на рис 5 параметров процесса проектирования СТО позволяет сформировать концептуальную модель процесса управления деятельностью проектно-конструкторской организации

Особенностью формирования концептуальной модели процесса управления является то, что максимально сложным понятием в ней будет процесс проектирования СТО, декомпозиция которого на более простые понятия позволит сформировать «родословную» всех плановых, фактических и оценочных параметров проектной деятельности (относящихся к процессу, средству, субъекту), и таким образом построить понятийную структуру для процесса управления

Система предметных зависимостей концептуальной модели процесса управления будет представлять собой структуру вложенных итерационных процедур,описывающих

_^ выходная информация Такты

вход такта I

Т выход такта

Рис 4 Аналитическая обработка концептуальной модели

ХАРАКТЕРИСТИКИ СУБЪЕКТА

ВХОДНЫЕ ПАРАМЕТРЫ 1

2

3

• 4

5

I I I

ВЫХОДНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Я*

т тз о ^ о о

£ О?

Ё т О V

Рис 5 Преобразование процесса проектирования

концептуальной модели

реализации управленческих циклов для любого управления от долгосрочного до оперативного, определяемого декомпозицией процесса проектирования Отдельная итерационная процедура будет включать набор всех функций управления планирование, контроль, учет, анализ, связанных с проектным действием определенной сложности

В содержательных структурах концептуальной модели процесса управления фиксируются получение временных характеристик проектных задач, наличие у субъектов статусных прав на осуществление проектного действия, получение значений характеристик ресурсов и их оценка, а также различных интегральных оценок, относящихся к проектным задачам более высокого уровня сложности

Результаты каждой процедуры фиксируются в виде набора диаграмм и спецификаций для каждого компонента модели в соответствии с правилами методологии МАИТ Ограничения на сочетания объектов в сложных ситуациях в рамках проектной и управленческой задач фиксируются в таблицах, которые отражают систему ограничений 2 рода па концептуальные структуры К таким ограничениям относятся следующие взаимосвязи объектов изделие — группа узлов — узел - деталь, изделие — проектная документация — проектный документ, проект - этап — стадия, проект - ресурс, проект — субъект, проект — управленческая документация и другие

Разработка данной методики позволила перейти к созданию инструментальных средств поддержки взаимосвязанною моделирования проектных и управленческих процессов в деятельности проектно-конструкторской организации

В четвертой главе дана характеристика разработанных средств поддержки моделирования деятельности проектно-копсгрукторской организации, а именно описание программно-технических средств, выбранных для реализации автоматизированной подсистемы формирования, визуализации и обработки модетей деятельности проектно-копсгрукторской организации, состав и структура ее программно-технического комплекса, описание процесса ее функционирования и результаты применения методики и инструментальных средств поддержки

Разработанные автоматизированные процедуры являются программными модулями, расширяющими возможности средств построения концептуальных моделей проектно-конструкторских задач В качестве среды реализации была выбрана программная среда Borland С++ Builder Данное средство разработки ориентировано на создание приложений, имеющих графический интерфейс пользователя, многооконный интерфейс и поддерживающих работу с данными Средства выбранной среды разработки позволяют поддерживать широкий спектр СУБД для хранения данных модели Выбранная СУБД MS Access 2003, совместимая с другими компонентами MS Office, обеспечивает за счет использования технологии OLE Automation и СОМ высокий уровень интеграции между любыми установленными в системе приложениями

Реализация автоматизированной подсистемы включала организацию вычислительной среды разработку структуры и cociaBa информационной базы, создание необходимых таблиц, содержащих описание моделей деятельности проектно-конструкторской организации, набор программных

модулей, обеспечивающих выполнение процедур концептуального моделирования Автоматизированная подсистема состоит из трех основных функциональных модулей, обеспечивающих поддержку моделирования деятельности проектно-конструкторской организации модуль формирования, визуализации обработки концептуальной модели процесса проектирования, модуль формирования, визуализации и обработки концептуальной модели процесса управления, модуль формирования и визуализации взаимосвязанного представления моделей деятельности проектно-конструкторской организации Примеры форм интерфейса автоматизированной подсистемы по формированию, визуализации и обработке концептуальных моделей процессов проектирования и управления им приведены ниже на рис 6 представлены формы для создания понятийной структуры и структур предметных зависимостей, на рис 7 - содержательных структур и аналитической обработки полученных моделей Каждый из основных модулей автоматизированной подсистемы включает функции анализа параметров модели, моделирования, формирования изображения, работы с таблицами базы данных, вспомогательные функции (редактирование, документирование)

В информационной базе хранится информация о завершенных или разрабатываемых проектах Для каждого проекта формируется набор таблиц различного назначения содержащие спецификации концептуального моделирования процессов проектирования и управления, служебные для осуществления редактирования различных компонентов моделей, описывающие взаимосвязи концептуальных моделей процессов проектирования и управления, описывающие ограничения на взаимосвязи объектов внутри каждой из задач — проектной и управленческой, необходимые для построения визуальных представлений различных компонентов моделей,

Формирование, визуализация и обработка взаимосвязанного представления моделей деятельности проектно-конструкторской организации (рис 8) проводится с использованием компонентов построенных концептуальных моделей процессов проектирования и управления

Для удобства работы пользователя с системой предусмотрены различные виды контекстных справок по функциям автоматизированной подсистемы Документирование включает в себя набор текстовых и графических форм, создаваемых по результатам моделирования, по каждой составляющей концептуальных моделей Данный набор формируется в соответствии с требованиями пользователя и предусматривает возможность вывода на печать

Таким образом, была создана автоматизированная подсистема поддержки взаимосвязанного моделирования проектных и управленческих процессов в деятельности проектно-конструкторской организации В приложениях приводятся диаграммы и спецификации моделей для процесса проектирования автоматических линий

Рис. 6. Формы для построения и визуализации понятийных структур и структур предметных -зависимостей концептуальных моделей процессов проектирования и управления.

"V.

- (•1 " гП ~ I Й11 Й1 -ни «1.2 АЧ 1 Ч" С ндм«

И5 с» Л №/ пп Й1? Дч с л* 1 Е

у,ч 1 т.г

1.1 .с» о".п:1

"В г ..........3 ........""

__________>'

ЯП Й! ИИ?

р|1 Н17 Й55

Я) 1 Д1 ЙлГ Й15

N1 Т Ш Г

Н1 1

ни Й1 7 И3( -Ю/

нг г

...........3

■ г гч>

; Г т : Г «Г

.___:____Х.Г_!и1

юь йэг нэг взг (ш иг тг г)) йаа рз т

Рис. 7 Формы для построеШя и визуализация содержательных структур и ангиишческа я обработка концептуальных моделей процессов проектирования и управления.

Рис. К. Форма для работы с взаимосвязанным представлением моделей деятельности проектко-конструкторской организации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Выполненные исследования и практическая работа позволили полу-чипъ следующие выводы и результаты:

1. Получено новое решение актуальной научной задачи, состоящее в разработке метода взаимосвязанного семантического моделирования деятельности проектно-констру кторской организации, который обеспечивает повышение эффективности процессов функционировав пия и управления в условиях внедрения ИПИ-технологий.

2. Предложена характеристика особенностей деятельности проехтно-хонструкторской организации как сложной системы.

3. Выполнено формальное описание совокупности моделей деятельности нроектно-ксщструкторекой организации, заключающееся в формировании взаимосвязанных семантических моделей проектных и управленческих процессов в деятельности проектнй* конструкторской организации.

4. На основе полученных модельных представлений деятельности про-ектно-конструкторской организации разработана методика взаимосвязанного моделирования проектных и управленческих процессов при автоматизации деятельности проекщо-конетрукторекоЙ организации, которая может быть использована при формировании модельного представления с учётом как общих, так и специфичных особенностей деятельности конкретной проектно-констру кторской организации,

5 Разработана автоматизированная подсистема формирования взаимосвязанных моделей деятельности проектно-конструкторской организации и показана ее эффективность при решении практических задач

По теме диссертации опубликованы следующие работы

1 Протасова С В Особенности концептуального моделирования процесса проектирования объектов станкостроения // Материалы УП-й научной конференции МГТУ «Станкин» и «Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ «Станкин» - ИММ РАН» - М Янус-К, ИЦ ГОУ МГТУ «Станкин», 2004 г - с 105-108

2 Волкова ГД, Протасова С В Особенности концептуального моделирования проектной деятельности // Высокие технологии-2004 Сборник трудов научно-технического форума с международным участием В 4 ч Ч 1 / ИжГТУ - Ижевск, 2004 г - с 17-22

3 Волкова ГД, Протасова С В Семантическое моделирование деятельности проектно-конструкторской организации // Информационные технологии в науке, образовании и промышленности Материалы международной научно-технической конференции / Архангельск Соломбаль-ская типография, 2005 г — с 48-52

4 Протасова С В Концептуальное моделирование проектной деятельности конструкторской организации // Сборник четвертой Всероссийской научно-практической конференции «Управление качеством», 10-11 марта 2005 года ГОУ ВПО «МАТИ» - РГТУ им К Э Циолковского / М ИТЦ ГОУ ВПО «МАТИ» - Российского государственного технологического университета им К Э Циолковского, 2005 г — с 113-114

5 Протасова С В Особенности семантического моделирования процесса проектирования объектов станкостроения // Материалы УШ-й научной конференции МГТУ «СТАНКИН» и «Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ «СТАНКИН» - ИММ РАН» по математическому моделированию и информатике, М «Янус-К», ИЦ ГОУ МГТУ «Станкин», 2005 - с 133-136

6 Протасова С В , Волкова Г Д Анализ и концептуальное моделирование взаимосвязей проектных и управленческих функций в деятельности проектно-конструкторской организации // Издательский центр «Технология машиностроения», «Технология машиностроения» №2, 2007г , с 83-85

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Протасова Светлана Витальевна

Разработка метода п средств поддержки взаимосвязанного моделирования проектных п управленческих процессов при автоматизации деятельности проектио-конструкторской организации

Лицензия на издательскую деятельность JIP № 01741 от 11 05 2000 Подписано в печать 22 05 2007 Формат 60x90/16 Учиздл 1,5 Тираж 50 экз Заказ № 102

Отпечатано в Издательском Центре МГТУ «СТАНКИН» 103055, Москва, Вадковский пер , д За

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИХ ОРГАНИЗАЦИЙ

1.1. Основные направления и подходы к автоматизации деятельности предприятий и организаций в промышленности

1.2. Особенности моделирования деятельности проектно-конструкторских организаций

1.2.1 Общая характеристика деятельности проектно-конструкторской организации

1.2.2 Особенности процесса проектирования

1.2.2.1 Инициализация процесса проектирования

1.2.2.2 Сложность объектов проектирования

1.2.2.3 Характеристики процесса проектирования в статике и динамике

1.2.2.4 Среда процесса проектирования

1.2.2.5 Окружение процесса проектирования

1.2.3 Результаты исследования деятельности проекгао-конструкгорской организации

1.3. Анализ существующих методов и средств моделирования деятельности предприятий и организаций в промышленности

1.3.1. Общая характеристика методов и средств моделирования

1.3.2. Характеристика методологии структурного анализа и проектирования

1.3.3. Характеристика объектно-ориентированного подхода

1.3.4. Характеристика методологии анализа, оптимизации и моделирования бизнес-процессов

1.3.5. Характеристика когнитивных методов

1.3.6. Отличительные особенности методологии автоматизации интеллектуального труда

1.3.7. Характеристика средств моделирования деятельности предприятий и организаций

1.3. 7.1. Комплекс продуктов AllFusion Modeling Suite

1.3.7.2. WorkFlow Analyser

1.3.7.3. Rational Rose (Rational Software Corp.) 56 1.3. 7.4. CASE.Аналитик (Макропроджект) 58 1.3. 7.5. Oracle Designer

-31.3.7.6. Программно-аналитический комплекс когнитивного моделирования

1.3.7.7. Инструментальные средства МАИТ

1.4. Выводы и цель работы

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ВЗАИМОСВЯЗАННОГО СЕМАНТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЕКТНЫХ И УПРАВЛЕНЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКОЙ ОРГАНИЗАЦИИ

2.1 Общие положения

2.2. Формальное описание концептуальных моделей процессов проектирования и управления проектированием

2.3. Формальное описание представления концептуальной модели процесса проектирования на основе конвейерно-тактового подхода

2.4. Формальное описание взаимосвязанного представления моделей процесса проектирования и процесса управления проектированием

2.4.1. Формальное описание моделей процессов проектирования и управления на основе системного подхода

2.4.2. Формальное описание взаимосвязанного представления концептуальной модели процесса проектирования и управленческой деятельности на основе системного подхода

3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЗАИМОСВЯЗАННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЕКТНЫХ И УПРАВЛЕНЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКОЙ ОРГАНИЗАЦИИ

3.1. Общие положения

3.2. Формирование и графическое представление концептуальной модели процесса проектирования

3.2.1. Общие положения

3.2.2. Формирование и визуализация понятийной структуры концептуальной модели процесса проектирования

3.2.3. Формирование и визуализация структуры предметных зависимостей концептуальной модели процесса проектирования

3.2.4. Формирование и визуализация содержательной структуры концептуальной модели процесса проектирования

3.2.5. Аналитическая обработка концептуальной модели процесса проектирования

3.3. Преобразования концептуальной модели процесса проектирования с учетом управленческой деятельности в проектно-конструкторской организации

-43.4. Формирование и графическое представление концептуальной модели процесса управления проектированием

3.4.1. Общие положения

3.4.2. Формирование и визуализация понятийной структуры концептуальной модели процесса управления

3.4.3. Формирование и визуализация структуры предметных зависимостей концептуальной модели процесса управления

3.4.4. Формирование и визуализация содержательной структуры концептуальной модели процесса управления

3.4.5. Аналитическая обработка концептуальной модели процесса управления

4. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ ПОДДЕРЖКИ ФОРМИРОВАНИЯ, ВИЗУАЛИЗАЦИИ И ОБРАБОТКИ ВЗАИМОСВЯЗАННЫХ МОДЕЛЕЙ ПРОЕКТНЫХ И УПРАВЛЕНЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКОЙ ОРГАНИЗАЦИИ

4.1. Общее описание программного комплекса

4.2. Состав и структура основных модулей программного комплекса

4.2.1. Описание основных функций и структурных элементов программного комплекса

4.2.2. Описание программного модуля формирования, визуализации и обработки концептуальных моделей процессов проектирования и управления проектированием

4.2.2.1 Описание формирования и визуализации понятийных структур

4.2.2.2 Описание формирования и визуализации структур предметных зависимостей

4.2.2.3 Описание формирования и визуализации содержательных структур

4.2.2.4 Описание обработки концептуальных моделей

4.2.3. Описание программного модуля формирования и визуализации взаимосвязанного модельного представления деятельности проектно-конструкторской организации

4.3. Тестовый пример 156 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 157 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 158 Приложение 1. Диаграммы 166 Приложение 2. Тестовый пример

В современных экономических условиях машиностроительным предприятиям необходимо постоянно совершенствовать выпускаемую продукцию с целью обеспечения ее конкурентоспособности. Своевременный выход продукции на рынок обеспечивается при условии сокращения затрат на реализацию жизненного цикла изделия в целом, повышения эффективности и сокращения затрат в бизнес-процессах, повышения рыночной привлекательности производимой продукции. Так как многие показатели продукции закладываются на ранних этапах её создания, то возникает необходимость повышения эффективности проектной деятельности как одного из самых сложных видов интеллектуальной деятельности, выполняемых в процессе создания машиностроительных объектов. Это невозможно без использования новых информационных технологий и современных программно-технических средств.

На данный момент, одним из главных инструментов совершенствования деятельности предприятий и трансляции проектной информации на последующие стадии создания, эксплуатации и развития создаваемого изделия в едином информационном пространстве являются так называемые ИПИ-технологии (или CALS-технологии - по зарубежной терминологии).

Эффективность применения этих технологий зависит от качества заложенных в них модельных представлений, описывающих предметные области всех фаз жизненного цикла создаваемого изделия. Особенностью модельных представлений проектно-конструкторской деятельности является семантическая увязка описаний различных предметных областей. В связи с тем, что деятельность проектной организации есть совокупность различных взаимосвязанных видов деятельности (функционирования, поддержания, развития), то возрастает значимость комплексного моделирования не только этих процессов, но и сопряженных с ними процессов управления. Вместе с тем, практика внедрения современных информационных технологий обусловлена объективными факторами, снижающими эффективность их применения для проектно-конструкторских организаций:

- многоаспектность используемых в процессе проектирования знаний, обусловленная необходимостью принятия решений, базирующихся на увязке в памяти специалистов-конструкторов информации обо всем жизненном цикле машиностроительных объектов;

- внедрение разнородных автоматизированных систем различного назначения (САПР, систем организационного управления, управления качеством, управления ресурсами, электронного документооборота и др.), что затрудняет их интеграцию без предварительного моделирования деятельности проектно-конструкторской организации как единой сложной системы.

Выявленные проблемы и трудности, связанные с особенностями проектно-конструкторской деятельности, определили необходимость разработки метода и создания средств поддержки комплексного моделирования деятельности проектно-конструкторской организации в условиях внедрения ИПИ-технологий. Это позволило сформулировать цель работы и поставить научную задачу.

Целью работы является повышение эффективности деятельности проектно-конструкторской организации за счет разработки метода и средств взаимосвязанного моделирования проектных и управленческих процессов в проектно-конструкторской организации в условиях внедрения ИПИ-технологий.

Для достижения поставленной цели в работе решена научная задача, включающая: исследование существующих методов и средств моделирования деятельности проектно-конструкторской организации; формальное описание совокупности семантических моделей деятельности проектно-конструкторской организации; разработку метода взаимосвязанного семантического моделирования деятельности проектно-конструкторской организации; разработку методики взаимосвязанного моделирования проектных и управленческих процессов при автоматизации деятельности проектно-конструкторской организации в условиях внедрения ИПИ-технологий; разработку инструментальных средств поддержки формирования, визуализации и обработки взаимосвязанных моделей проектных и управленческих процессов в деятельности проектно-конструкторской организации.

Научная новизна работы состоит в том, что:

- предложено формальное описание комплекса моделей деятельности проектно-конструкторской организации, заключающееся в формировании различных взаимосвязанных представлений концептуальных моделей проектной деятельности на основе системного подхода, а также визуализации и обработке полученных моделей.

- разработан метод моделирования деятельности проектно-конструкторской организации.

При разработке теоретических положений диссертационной работы использован аппарат теории множеств, теории систем, теории графов, математической логики, теории баз данных.

Практическая ценность работы заключается в разработке методики взаимосвязанного моделирования проектных и управленческих процессов при автоматизации деятельности проектно-конструкторской организации, охватывающей процедуры формирования, визуализации и обработки концептуальных моделей процесса проектирования и процесса управления проектированием, а также их взаимосвязанного представления; разработке инструментальных средств поддержки моделирования деятельности проектно-конструкторской организации, позволяющих получить набор текстовой и графической документации результатов моделирования.

В первой главе рассмотрены основные подходы к автоматизации деятельности предприятий и организаций в машиностроении, проведено исследование и проанализированы особенности деятельности проектно-конструкторских организаций, выявлены существующие методы и средства моделирования деятельности предприятий и организаций. Проведённый анализ показал, что интегрирующим элементом современных автоматизированных систем деятельности предприятий и организаций в промышленности является формирование модельных представлений, заложенных в основу этих систем. От того, насколько полно и объективно в полученных моделях отражены информация и знания о предметной области в рамках всего жизненного цикла изделия, зависит эффективность автоматизации деятельности проектно-конструкторской организации.

Деятельность любого предприятия или организации есть совокупность взаимосвязанных процессов различных видов. Эффективность основной деятельности, направленной на получение целевого продукта, зависит от процессов управления и обеспечения её ресурсами, а конкурентоспособность предприятия или организации - от процессов развитая этих видов деятельности. Для обеспечения поэтапной автоматизации деятельности предприятия или организации необходимо не только семантическое моделирование процессов и задач, подлежащих автоматизации, но и их согласованная увязка. „Поэтому основной задачей моделирования при автоматизации интеллектуальных и информационных процессов в проектно-конструкторской организации является наличие целостного подхода к деятельности организации, при котором увязываются и согласовываются эти виды деятельности и соответственно виды моделей.

Исследования в области моделирования деятельности проектно-конструкторских организаций на примере проектно-конструкторской организации в области станкостроения позволило охарактеризовать её особенности с точки зрения системного подхода, выявить связи процесса проектирования с другими фазами в рамках жизненного цикла, оценить роль и специфику этого вида деятельности.

Выявленные особенности проектно-конструкторской деятельности определили требования к выбору методов и средств моделирования деятельности проектно-конструкторской организации. Методологии рассмотрены и проанализированы с учетом таких характеристик, как: набор модельных представлений; поддерживаемые этапы жизненного цикла создаваемой прикладной автоматизированной системы; возможности интеграции моделей для различных задач; достоинства и недостатки при создании, эксплуатации и развитии прикладной автоматизированной системы.

При этом анализ выявил ряд недостатков, свойственных большинству существующих методологий: отражение в модельных представлениях отдельных аспектов моделирования деятельности организаций, что не обеспечивает взаимосвязанного модельного описания с учётом таких особенностей проектной деятельности, как минимальный объем информации на начальных этапах проектирования машиностроительных объектов, наличие множества аспектов описания проектируемого объекта, итерационный и неформализованный процесс разработки объектов, наличие недокументированных знаний, используемых для получения проектных решений, распараллеливание проектных работ, обуславливающее необходимость неформального согласования их результатов; создаваемые модельные описания разрабатываемой системы жестко ориентированы на возможности ее реализации в выбранной программно-технической среде.

В большинстве современных инструментальных средств моделирования деятельности предприятий и организаций используются существующие методологии. Анализ инструментальных средств показал, что указанные средства недостаточно полно могут учитывать выявленные особенности деятельности проектно-конструкторской организации для её моделирования. Кроме того, они обладают достаточной трудоемкостью освоения и высокой стоимостью, что затрудняет их использование в проектных организациях машиностроительного комплекса.

В тоже время, аналитический обзор позволил выделить особенности и преимущества применения методологии автоматизации интеллектуального труда (МАИТ), в которой определяющую роль при моделировании проектной деятельности играет концептуальное моделирование, позволяющее выявить и зафиксировать систему знаний и понятий выделенной предметной области, а также закономерности семантических и синтаксических модельных представлений на трех уровнях абстрагирования.

Исходя из полученных результатов анализа, был сделан вывод о необходимости разработки метода взаимосвязанного семантического моделирования проектных и управленческих процессов в деятельности проектно-конструкторской организации в условиях внедрения ИПИ-технологий. Это позволило сформулировать цель работы и поставить научную задачу для ее достижения.

Во второй главе рассмотрены вопросы обоснования совокупности моделей, описывающих деятельность проектно-конструкторской организации, их формального описания, представления и обработки.

Поскольку описание деятельности проектно-конструкторской организации есть сложный комплекс взаимосвязанных моделей, относящихся к различным видам деятельности, осуществляемых в организации, то для формирования этого описания необходимо выполнение согласованного семантического моделирования процессов проектирования и управления проектной деятельностью.

В данной главе приведено формальное описание взаимосвязанных представлений концептуальных моделей процессов проектирования и управления проектированием. Методологическим базисом для такого описания являются: укрупнённая классификация видов деятельности предприятия или организации: функционирование, управление, поддержание, развитие и системный подход. Теоретической основой для разработки данного метода служат теоретические положения концептуального моделирования в рамках методологии МАИТ и теория систем.

Выполненное формальное описание различных форм представления концептуальных моделей процесса проектирования и управления проектной деятельностью позволило перейти к разработке методики взаимосвязанного моделирования проектных и управленческих процессов в деятельности проектно-конструкторской организации.

В третьей главе изложена методика взаимосвязанного моделирования проектных и управленческих процессов в деятельности проектно-конструкторской организации. Разработанная методика используется при поэтапной автоматизации деятельности проектно-конструкторской организации в машиностроении. Формальным обоснованием данной методики является совокупность моделей, изложенных во второй главе. Исходной информацией служат результаты этапа анализа деятельности проектно-конструкторской организации: информация, полученная от экспертов предметной области и из документальных источников организации (нормативно-справочные материалы, внутренние и внешние стандарты). Разработаны алгоритмы выполнения процедур:

- формирования и графического представления концептуальной модели процесса проектирования;

- преобразование концептуальной модели процесса проектирования с учётом характеристик управления проектной деятельностью;

- формирования и графического представления концептуальной модели процесса управления.

Процедура формирования и графического представления концептуальной модели процесса проектирования позволяет описать основную функциональную область деятельности проектной организации при осуществлении единичного процесса проектирования определённого класса объектов машиностроения от предпроектного обследования до рабочего документирования.

Преобразование концептуальной модели процесса проектирования путём дополнения её недостающими характеристиками, описывающими субъектов проектных действий, требуемых ресурсов для каждого проектного действия, в том числе временных, позволяет перейти к взаимосвязанной форме представления процесса проектирования и управления проектной деятельностью как единой сложной системы.

Формирование концептуальной модели процесса управления позволяет зафиксировать: получение временных характеристик проектных задач; наличие у субъектов статусных прав на осуществление проектного действия; получение значений характеристик ресурсов и их оценка, а также различных интегральных оценок, относящихся к проектным задачам более высокого уровня сложности.

Разработка данной методики позволила перейти к созданию инструментальных средств поддержки взаимосвязанного моделирования проектных и управленческих процессов в деятельности проектно-конструкторской организации.

В четвертой главе описана реализация программных средств поддержки формирования, визуализации и обработки взаимосвязанных моделей деятельности проектно-конструкторской организации.

В качестве среды реализации была выбрана программная среда Borland С++ Builder. Данное средство разработки ориентировано на создание приложений, имеющих графический интерфейс пользователя, многооконный интерфейс и поддерживающих работу с данными. Средства выбранной среды разработки позволяют поддерживать широкий спектр СУБД для хранения данных проекта. Была выбрана СУБД MS Access, обеспечивающая за счет использования технологий OLE Automation и СОМ высокий уровень интеграции между любыми установленными в системе приложениями.

Реализация автоматизированной системы включала организацию вычислительной среды: разработку структуры и состава информационной базы; создание необходимых таблиц, содержащих описание моделей деятельности проектно-конструкторской организации; набор программных модулей, обеспечивающих выполнение процедур концептуального моделирования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные исследования и практическая работа позволили получить следующие выводы и результаты:

1. Решена актуальная научная задача, состоящая в разработке метода взаимосвязанного семантического моделирования деятельности проектно-конструкторской организации, который обеспечивает повышение эффективности процессов функционирования и управления в условиях внедрения ИПИ-технологий.

2. Предложена характеристика особенностей деятельности проектно-конструкторской организации как сложной системы.

3. Выполнено "формальное описание совокупности моделей деятельности проектно-конструкторской организации, заключающееся в формировании взаимосвязанных семантических моделей проектных и управленческих процессов в деятельности проектно-конструкторской организации.

4. Разработанная на основе полученного формального описания методика взаимосвязанного моделирования проектных и управленческих процессов при автоматизации деятельности проектно-конструкторской организации в условиях внедрения ИПИ-технологий, может быть использована при формировании модельного представления с учётом как общих, так и специфичных особенностей деятельности конкретной проектно-конструкторской организации.

5. Разработана автоматизированная подсистема формирования, визуализации и обработки взаимосвязанных моделей деятельности проектно-конструкторской организации и показана ее эффективность при решении практических задач.

1. Гайфуллин Б.Н., Обухов И.А. Автоматизированные системы управления предприятиями., стандарта ERP/MRPII М: Издательство "Интерфейс-Пресс, 2001г.

2. CALS-технологии / http://finpsmtu.spb.ru/dist/tehnologv.html

3. Колчин А.Ф. Управление жизненным циклом продукции.

4. Маратканова О.Е., Кирьянова Е.А. Покупательские потоки и их показатели. Высокие технологии-2004: Сб. тр. Науч.-техн. Форума с междунар. Участием: В 4ч.-Ч.2-Ижевск: Изд-во ИжГТУ,2004.-137-143с.

5. Соломенцев Ю.М., Митрофанов В.Г., Павлов В.В., Рыбаков А.В. Информационно-вычислительные системы в машиностроении CALS-технологии. М.: Наука, 2003. 292 стр.

6. Судов Е.В. Интегрированная информационная поддержка жизненного цикла машиностроительной продукции. М.: ООО Издательский дом "МВМ", 2003. -264 стр.

7. CALS технологии. Методология функционального моделирования. / Госстандарт России. М., 2000.

8. Внедрение ERP-систем: шаг за шагом / http://www.interface.ru

9. Процессно-ориентированное внедрение ERP-систем / http://www.iteam.ru/

10. CALS технологии. Методология функционального моделирования. / Госстандарт России. М., 2000.

11. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования. // Учебник для вузов. М.: МГТУ им. Баумана, 2000, 316с.

12. Ли К. Основы-САПР (CAD/CAM/CAE). Спб: Питер, 2004, 560с.

13. Краснощекое П.С., Савин Г.И., Федоров В.В., Флеров Ю.А. Автоматизация проектирования сложных объектов машиностроения. / Автоматизация проектирования, 1996, №1, с.3-12.

14. Половинкин А.И., Попов В.В. Техническое творчество: теория, методология, практика. М.: НПО «Информ-система», NAUKA, 1995,410с.

15. Моделирование бизнес-процессов. / Электронный учебник. ГОУ «ГМЦ CALS-технологий». М., 2002.

16. Калянов Г.Н. CASE структурный системный анализ (автоматизация и применение). М.: Лори, 1996-15917. Вендров A.M. CASE-технологии. Современные методы и средства проектирования информационных систем, М., Финансы и статистика ,1998

17. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++. Пер. с англ. М.: Издательство Бином, СП6.:Невский диалог, 1999. 560 с.

18. Калянов Г.Н. Как внедрить CASE в вашей организации? PC Week (RE), №17, 1999.

19. Калянов Г.Н. Консалтинг при автоматизации предприятий: подходы, методы, средства. М.:Синтег, 1997.230 с.

20. Mayer R.J., Menzel С.Р., deWitte P.S., Perakath В., Fillion F., Futrell M.T., Lingineni M. IDEF5 Method Report, 1995

21. Richard J. Mayer, PhD Michael K. Painter Madhavi Lingineni. IDEF9 Method Report. Knowledge Based System, Inc, 1995

22. Калянов Г.Н., Козлинский A.B., Лебедев B.H. Сравнительный анализ структурных методологий. Системы Управления Базами Данных №5-6/97 стр. 75-78

23. Марка Д, МакГоуэн К. Методология структурного анализа и проектирования SADT. // М.: Мегатехнология, 1993,240с.

24. Черемных С.В., Семенов И.О., Ручкин B.C. Структурный анализ систем. IDEF-технологии. // М. Финансы и статистика, 2001,208 с.

25. Головина Е.Ю. Модели и методы проектирования информационных систем. // Учебное пособие. -М.; МГТУ «Станкин», 2002, 92с.

26. Шеер Август-Вильгельм Бизнес-процессы. Основные понятия. Методы. Издательство «Весть-Метатехнология», 1999г., 175с.

27. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++. // 2-е изд. М.: Бином, 1999,558с.

28. Элиенс А. Принципы объектно-ориентированной разработки программ. // М.: Вильяме, 2002,496с.

29. Фридман АЛ. Основы объектно-ориентированной разработки программных систем. // М.: Финансы и статистика, 2000,192с.

30. Маклаков С.В. BPwin и ERwin. CASE-cpeдетва разработки информационных систем. // 2-е изд. -М.: Диалог-МИФИ, 2002, 304с.

31. Т.Кватрани. Rational Rose 2000 и UML. Визуальное моделирование. // М.:1. ДМК, 2001,176с.

32. Трофимов С.А. CASE-технологии: практическая работа в Rational Rose. // М.: Бином, 2002,288с.

33. Колетски П., Дорси П. Oracle Designer-Настольная книга пользователя. // М.: Лори, 1999, 592с.

34. Бэйкер P. Oracle 8i. Создание Web-приложений. // М.: Лори, 2001,723с.

35. Oracle Corporation. / http://www.oracle.com/ru

36. Центр информационных технологий. / http://www.citforum.ru/

37. Калянов Г.Н. CASE: структурный системный анализ (автоматизация и применение). #М: Лори, 1996,242с.

38. Макаренко Д.И., Хрусталёв Е.Ю. Когнитивное моделирование наукоемких оборонно-ориентированных производств / Препринт # WP/2007/215. М.: ЦЭМИ РАН, 2007. - 76 с. (Рус.)

39. Соломенцев Ю.М., Волкова Т.Д. Представление знаний при автоматизации проектно-конс-трукторской деятельности / Межотрасл. научн.-техн. сб. «Техника. Экономика» Сер. «Автоматизация проектирования» М.: ВИМИ, 1994, вып.4, fc.3-6.

40. Волкова Т.Д., Сирота И.М. Автоматизация проектирования прикладных систем. // Автоматизация и управление в машиностроении, №7,1999.

41. Соломенцев Ю.М. Волкова Г.Д. Тенденции развития и направления исследований в области информатики. // Производственно-технический журнал «Машиностроитель», №6,2000, с.22-24.

42. Волкова Г. Д. Концептуальное моделирование при создании систем автоматизации проектирования. // Техника-машиностроение. М.: НТП «Вираж-центр», 2000, №2, с.92-102.

43. Волкова Г.Д. Методология автоматизации проектно-конструкторской деятельности в машиностроении. // Учебное пособие. М.: МГТУ «Станкин», 2000,81с.

44. Волкова Г.Д. Семячкова Е.Г. Анализ проблем создания, эксплуатации и развития систем автоматизации проектирования в машиностроении. // «Информатика-машиностроение». М.: НТП «Вираж-центр», 1999, №2, с. 1626.

45. Г.Д. Волкова, О.В. Новоселова, В.В. Калинин «Комплексное моделирование деятельности проектно-конструкторской организации»./ Материалы научной конференции «Качество и ИПИ-технологии»,- М.: Фонд «Качество», 2002., с. 88-89.

46. Волкова Г.Д. Концептуальное моделирование предметных задач в машиностроении. // Учебное пособие. М.: МГТУ «Станкин», 2000,98с.

47. Соломенцев Ю.М., Павлов В.В. Моделирование технологической среды машиностроения. //М.: МГТУ «Станкин», 1994,104с.

48. Волкова Г.Д. Новоселова О.В., Семячкова Е.Г. Проектирование автоматизированных систем в машиностроении. // Учебное пособие. М.: МГТУ «Станкин», 2002, 162с.

49. Волкова Г.Д. Развитие теоретических основ концептуального моделирования как основы представления проектно-конструкторских знаний // Вестник компьютерных и информационных технологий 2005.-№5(11), с. 21-26.

50. Сапр и графика. / http://www.sapr.ru

51. Волкова Г.Д., Протасова С.В. Особенности концептуального моделирования проектной деятельности. // Высокие технологии-2004: Сборник трудов научно-технического форума с международным участием. В 4 ч. 4.1. / ИжГТУ-Ижевск, 2004 г.-с. 17-22.

52. Ловас Л., Пламмер М. Прикладные задачи теории графов. Теория паросочетаний в математике, физике, химии. Пер. с англ. М.: Мир, 1998. 653с.

53. Яблонский С.В. Введение в дискретную математику/ М: Высшая школа 2003, 384с

54. Замятина О.М. Метод моделирования и комплексного анализа бизнес-процессов.//Известия Томского политехнического университета, 2005, №6, с. 180-186.

55. Колесников АЛ. Синергетические методы управления сложными системами: Теория системного синтеза. М.: КомКнига, 2006. - 240с.

56. Львов В.М., Багрецов С.А. Выбор и обоснование интегрального показателя и критериев эффективности целевого применения сложных техногенных объектов и систем.//Проблемы психологии и эргономики, 2002. №2., с. 53-56.

57. Крушель Е.Г., Шаманаева Е.А. Использование модели стохастического объекта для изучения основных стадий проектирования автоматизированных систем// МКО-9,2002, с. 110-120.

58. Семёнова Т.Д. Проектная среда для стратегического управления.// Труды V Международной конференции «Идентификация систем и задачи управления» SICPRO. М^-2006, с. 1731-1817.

59. Соловьев А.Н., Стемпловский А.Л. Методология проектирования сложных вычислительных систем. / Автоматизация проектирования, 1996, №1, с.13

60. Аверченков В.И. Казаков Ю.М. Автоматизация проектирования технологических процессов /Брянск БГТУ, 2004, 228с.

61. Капустин Н.М. Автоматизация произвол ственных процессов в машиностроении / М: Высшая школа 2004,415.

62. Феофанов А.Н. Общие положения методологии разработки технических решений по созданию ГАЛ на базе унифицированных агрегатных узлов. // Технология машиностроения-2005-№4, с.48-51.

63. Нормативно-справочные материалы Мое СКБ АЛ и АС.

64. Волкова Г.Д., Феофанов А.Н., Цветков М.Н., Метасов С.Г. Концептуальное проектирование структуры технологического процесса обработки корпусных деталей на автоматических линиях. // Технология машиностроения- 2005-№11, с.51-55.

65. Волкова Г.Д., Соломенцев Ю.М. Некоторые проблемы современной информатики. Сборник научных трудов Международной научно-технической конференции «Информационные технологии в образовании, технике и медицине», Волгоград, ВГТУ, 2000 г., ч.1, с.114-118.

66. Волкова Г.Д., Новоселова О.В., Семячкова Е.Г. Проектирование прикладных автоматизированных систем в машиностроении: Учебное пособие М.: МГТУ «Станкин»,- 2002 г.- 162 с.

67. Волкова В.Н., Денисов А.А. Основы теории систем и системного анализа: Учебник для студентов. Издание второе, переработанное и дополненное. -СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1999. - 512 с.

68. Яблонский С.В. Введение в дискретную математику/ М: Высшая школа 2003,384с.

69. Сафонов А.А. Некоторые аспекты стратегического планирования основных групп предприятий Дальневосточного федерального округа. Высокие технологии-2004: Сб. тр. Науч.-техн. Форума с междунар. Участием: В 4ч.-Ч.2-Ижевск: Изд-во ИжГТУ,2004.-143-149с.

70. Концепция развития CALS-технологий в промышленности России /НИЦ САЬ8-технологий<Прикладная логистика >; Е.В. Судов, А.И. Левин , А.Н. Давыдов, В.В. Барабанов-М.,2002.-129с,

71. Все про SQL и клиент/серверные технологии. / http://www.sql.ru/

72. Шамис. В.А. Borland С++ Builder 6.0 Для профессионалов. СПб.: Питер, 2005, 798с.

73. Диго С.М. Базы Данных. Проектирование и использование. М.: ФиС, 2005, 592с.

74. Марков А.С. Лисовский К.Ю. Базы Данных. Введение в теорию и методологию. -М.: ФиС, 2004,512с.

75. Калверт И., Рейсдорф К. Borland С++ Builder 6.0 Настольная книга программиста. М.: ДиаСофт, 2005, 1003с.