автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Реинжиниринг процессов конструкторского проектирования узлов и блоков электронных устройств на основе лингвистических оценок нечисловых показателей

Камалов Леонид Евгеньевич

РЕИНЖИНИРИНГ ПРОЦЕССОВ КОНСТРУКТОРСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ УЗЛОВ И БЛОКОВ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ ЛИНГВИСТИЧЕСКИХ ОЦЕНОК НЕЧИСЛОВЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

Специальность: 05.13.12 - Системы автоматизированного проектирования (промышленность)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

13 НОЯ 2014

Ульяновск-2014

005554979

Работа, выполнена на кафедре ШШ Ульяновского государственного технического университета

— кандидат технических наук, доцент Похилько Александр Федорович

Смагин Алексей Аркадьевич

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Телекоммуникационных технологий ■ и сетей» Ульяновского государственного университета

Азов Максим Аркадьевич кандидат технических наук,

ОАО «Ульяновское Конструкторское бюро приборостроения»

Защита диссертации состоится «25» декабря 2014 в 15 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.277.01 при Ульяновском государственном техническом университете по адресу. 432027, т. Ульяновск, ул. Северный Венец, 32 (ауд. 211, Главный корпус).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ульяновского государственного технического университета. Также диссертация и автореферат размещены в Internet на сайте УлГТУ - http://www.ulstu.nl/

х

Автореферат разослан «3/» октября 2014г. Ученый Секретарь

диссертационного совета -------- 1

доктор технических наук/^^^'^

профессор Смирнов Виталий Иванович

Научный руководитель Официальные оппоненты

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из направлений дальнейшего развития автоматизации проектирования является научно-практическое направление Concurrent Engineering (далее СЕ), что можно перевести на русский язык как Конкурентный инжиниринг, в котором разрабатываются различные стратегии управления процессами, с целью улучшения качества продуктов, эффективности производства и общего удовлетворения потребителя.

Основоположником СЕ является B.Prasad. В дальнейшем направление Conucurrent Engineering развивалось такмим учеными как Shuichi Fukuda, Josip Stjepandic, Michael Sobolewsky, Cees Bil, Raymond

Kolonay и другими.

Стратегии СЕ включают параллельный, совместный, конкурентный инжиниринг, проектирование, ориентированное на потребителя (Customer-oriented Product Design), проектирование, основанное на знаниях (Knowledge-Based Engineering, КВЕ) и бережливое проектирование (Lean Product Development).

В публикациях по данной теме авторами выделяются способы получения конкурентных преимуществ, такие как апгрейд методов разработки и производства и повышение нечисловых показателей, таких как потребительская привлекательность, эргономичность, экологичность и т.д. Эти понятия затруднительно измерить и подсчитать в явном четком виде.

Сегодня значительные объемы проектных работ в приборостроении сосредоточены в адаптации существующих проектных решений, что продиктовано необходимостью создания уникальных или мелкосерийных экземпляров, разработанных под конкретный заказ. Предприятиям, внедрившим CALS-технологии в свои процессы подготовки производства, требуются новые способы получения конкурентных преимуществ. Процессы управления жизненным циклом изделия требуют ориентации на достижение целей и преимуществ, снижения издержек и временных потерь при проектировании. Поэтому в области конструкторско-технологической подготовки производства использутюся термины процессного подхода и моделирования бизнес-процессов.

Общим звеном решений этих задач является:

- Формализация и постановка целей при проектировании.

- Формулировка конкретных задач, решаемых в ходе проектирования.

- Изменение бизнес-процессов для наилучшего решения задач.

- Оценка и постоянное улучшение бизнес-процессов.

PLM-системы имеют сегодня ограниченный инструментарий моделирования бизнес-процессов. Его не достаточно, чтобы анализировать и вносить изменения в эти процессы в соответствии с целями предприятия и новыми требованиями к изделиям.

Цель работы;

Разработать математическую модель оценки и улучшения нечисловых показателей узлов и блоков электронных устройств при модификации готовых проектных решений в условиях PLM-системы.

Задачи, решаемые в работе:

- получение формального представления системы нечисловых

показателей ТТ и проектных решений;

- разработка математической модели оценки проектных решений;

- разработка метода и алгоритма улучшения проектных решений;

- разработка программного решения, с возможностью взаимодействия

с PLM-системой, воплощающего предлагаемый алгоритм;

Научная новизна.

1. Метод ABC (Activity Based Costing), используемый для оценки моделей процессов по нотации IDEF0, предложено дополнить лингвистическими переменными, связанными с элементами процесса, что позволяет оценить модель процесса по нечисловым показателям. Для метода ABC это дает новые возможности по воплощению математической модели механизма оценки процессов и проектных решений по нечисловым атрибутам.

2. Для моделей процессов конструкторского проектирования по нотации IDEF0 впервые предложено ввести функциональную зависимость управления процесса проектирования от оценки нечисловых показателей в виде ряда функций проектного выбора. Это позволяет применять различные алгоритмические методы для улучшения и процессов проектирования по нечисловым показателям, а также является развитием процессного подхода к проектированию

3. Для улучшения нечисловых показателей моделей процессов конструкторского проектирования и проектных траекторий по нотации IDEF0 впервые предложено применить модификацию метода динамического программирования, которая основана на принципе оптимальной траектории Понтрягина-Беллмана. Для этого введены понятия проектной траектории и функции проектного выбора.

4. Разработан алгоритм и новое программное решение, расширяющее возможности промышленных систем класса РЬМ. Оно позволяет проводить оценку проектных процедур и улучшать их.

Областью исследования являются методологии организации процессов разработки и подготовки производства с точки зрения конкурентного инжиниринга, направленные на получение конкурентных преимуществ и постоянное улучшение продукции.

Объект исследования составляют проектные решения, получаемые в процессе конструкторско-технологической подготовки производства в приборостроении, а также системы управления инженерными данными,

применяемые в этих процессах.

Предметом исследования являются методы оценки и улучшения проектных решений узлов и блоков электронных устройств, направленные на удовлетворение техническим требованиям, стандартам и прочим ограничениям, а также на обеспечение конкурентных преимуществ.

Практическая ценность. Оценка и улучшение проектных решений с использованием нечисловых показателей на практике позволяет

добиться следующего:

1. Повысить степень соответствия результата проектного решения

техническим требованиям.

2. Обосновать принятие проектных решений в условиях нечетко и неявно заданных ограничений и целей.

3. Увеличить добавленную стоимость изделия на 22-52% за счет

повышения его ценности.

4. Сократить время модификации проектных решений на 35-40%.

5. Повысить качество проектных решений за счет правильного построения ЗБ-моделей в САБ-системе, пригодных для дальнейшего использования на следующих этапах подготовки производства.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Моделирование процесса проектирования с использованием понятия проектной траектории в виде ряда функций проектного выбора, позволяет различать способы выполнения проектных шагов относительно технических требований и их лингвистической оценки. Предложенный метод сравнения процессов позволяет выбрать наиболее подходящую по техническим требованиям проектную траекторию.

2. Предлагаемая математическая модель оценки позволяет оценивать процессы проектирования и проектные решения по различным нечисловым показателям.

3. Предложенный метод сравнения процессов позволяет выбрать наиболее подходящую по техническим требованиям проектную траекторию.

4. Применение метода динамического программирования, позволяет улучшать проектные траектории, увеличивая степень соответствия проектных результатов заданным техническим требованиям.

Методы исследования.

Автором использовались различные методы исследования. Среди них необходимо отметить следующие:

методы динамического программирования;

- методы анализа бизнес-процессов;

- методы автоматизированного проектирования;

Апробация работы была проведена автором на 27 научных конференциях, включая международные и всероссийские. Среди них особенно следует отметить:

- 17th ISPE International Conference on Concurrent Engineering (Краков, Польша 2010)

- 19th ISPE International Conference on Concurrent Engineering: Concurrent Engineering Approaches for Sustainable Product Development in a Multi-Disciplinary Environment (Триер, Германия 2012)

- 20th ISPE International Conference on Concurrent Engineering (Мельбурн, Австралия, 2013)

- 10th International Conference on PATTERN RECOGNITION and IMAGE ANALYSIS PRIA-10-2010 (Россия, Санкт-Петербург 2010)

- International Scientific Conference "Intelligent Systems (AIS'07)" and "Intelligent CAD's (CAD 2007) (Геленджик, Россия 2007)

- Международный конгресс по интеллектуальным системам и информационным технологиям (Геленджик, Россия 2012)

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены в ООО «РЦ «АСКОН-Волга» в форме методики и программного продукта оценки и улучшения проектных решений по нечисловым показателям. Результаты используются в аналитической деятельности в масштабах предприятия. Методика и программный продукт позволяют ускорить модификацию проектных решений, оптимизировать их с точки зрения нечисловых показателей, снижая

трудоемкость аналитической деятельности, а также позволяет обосновывать необходимость внесения изменений в проектные решения и реинжиниринга процессов проектирования.

Достоверность результатов работы обуславливается корректным применением математического аппарата теории множеств, методов автоматизированного проектирования и формальной логики, а также подтверждается результатами компьютерного моделирования и программных экспериментов. Получены свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ, разработанных автором.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 27 печатных работ. Основные научные результаты представлены в виде 3 публикаций в изданиях, рекомендованных ВАК, а также в 5 публикациях из списка SCOPUS. Публикации включают 19 статей, 3 главы в книгах, 3 тезиса докладов, 2 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка литературы, 4-х приложений. Общий объем 185 страниц (основной текст 158 страниц).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении автором раскрыта актуальность темы работы, сформулированы цель и задачи работы, выделена научная новизна, обозначены область, объект и предмет исследования. Также представлена практическая ценность работы, основные положения, выносимые на защиту, использованные автором методы исследования, приведена информация об апробации работы, ее реализации и внедрении результатов, показан объем и структура диссертации.

В первой главе автором проведен обзор методологии Concurrent Engineering, а также методов моделирования и анализу проектной деятельности с точки зрения процессного подхода. Проведен обзор и сравнительный анализ функционала систем управления жизненным циклом изделия.

Из проведенного анализа автором делается вывод, что для успешного функционирования в конкурентной среде предприятиям необходимо решать задачи постоянного улучшения проектных решений продукции и процессов ее проектирования. Имеются серьезные недостатки в PLM-системах: отсутствуют способы формального представления технических требований, негеометрических характеристик, возможности анализа процессов и проектных решений,

7

отсутствует связь между показателями проектируемого изделия и проектными решениями.

Из анализа работ российских и зарубежных ученых автором сделан вывод об актуальности разработки способов оценки и улучшения проектных решений по нечисловым показателям, для чего удобно применять математический аппарат нечетких множеств.

Во второй главе рассматривается процессный подход к проектированию. Проектные решения узлов и блоков электронных устройств представляются в виде последовательности проектных операций — действий, совершаемых пользователем СА£)-системы. Для оптимизации последовательности проектных операций необходимо измерить или оценить такую последовательность. Показателями оценки могут выступать технические требования, стандарты и другие показатели, такие как качество, конкурентоспособность, легитимность (соответствие законам и стандартам), безопасность, экологичность, эстетичность, эргономичность, адаптируемость (возможность и скорость внесения изменений и улучшения), устойчивость (постоянство получаемого результата). Каждая проектная процедура вносит свой вклад в показатели итогового проектного решения. Для формализации показателей проектного решения автором предлагается использовать модель сущность-связь. В ней показатели изделия представляются в виде системы сущностей, каждая из которых имеет атрибуты. Для уточнения и представления сложных показателей вводятся дочерние сущности с атрибутами. Такая форма имеет следующие достоинства:

1. Наглядность и понятность.

2. Возможность глубокой декомпозиции показателей. Каждую сущность можно дополнять дочерними сущностями и атрибутами и это не скажется на других сущностях и их отношениях.

3. Возможность обобщенного описания. С применением нечетких множеств необязательно вводить числовые характеристики для каждого атрибута

4. Возможность быстрого проектирования базы данных из такой модели.

5. Связь с автоматизированными системами моделирования бизнес-процессов.

Стандарты описывают общие требования к группе изделий, которые можно назвать семейством. В общем случае процесс получения

единичного изделия в каком-либо семействе изделий выглядит как

прохождение по одной из ветвей графа. ^

Рис. 1 демонстрирует такой граф. Его узлы представляют собой

Уровень 1

Уровень 5

ф ф © © © © © ^

Рис. 1. Дерево построения различных исполнений изделий одного семейства.

промежуточные результаты проектных операций, а дуги — проектные операции, позволяющие эти результаты получить. Таким образом, данный граф описывает возможные варианты единичных изделии, которые могут быть получены на основании общих технических требований. Граф является направленным и имеет два вида узлов:

1. Узлы, из которых исходит одна дуга. Эти узлы называются «узел-АШ». На Рис. 1 это узлы, например, Ти, Т45, Т48. В таких узлах

ветвления процесса не происходит.

2. Узлы, из которых исходит более одной дуги. Эти узлы называются «узел-СЖ». На Рис. 1 это узлы, например, Т21, Т31, Т49. В таких узлах появляется ветвление процесса, которое приводит к различным

результатам на последующем уровне.

Формальное описание единичного экземпляра изделия выглядит как

сумма результатов всех проектных шагов:

Т = Ти А Т21 АТзз А Г48 А Г58 (1)

Формальное описание семейства изделий как совокупности результатов формируется следующим образом. Рассмотрим два самых глубоких уровня, 4 и 5. Общий результат описывается как сумма альтернатив, доступных после получения результата Т42:

Т = Г42 А (Г51 V Т53) (2)

Обобщая данную формулу на случай к уровней, разного количества узлов-AND и узлов-OR на каждом уровне, получается:

к

тт = A /\(ANDki • V0Rkj) (4)

1

Данная запись означает, что ко всем узлам OR на каждом уровне применяется логическая операция ИЛИ, результат которой агрегируется посредством оператора И совместно со всеми узлами AND. Полученные результаты на каждом уровне также агрегируются оператором И по всем уровням. Операции ИЛИ соответствует операция максимума, операции И — минимума.

Однако данное формальное описание будет неполным, если не учитывать процесс получения результата. При этом следует учитывать, что конечный результат далеко не всегда четко соответствует исходным требованиям. Если обозначить множество технических требований к конкретному изделию через TT и множество результатов через Y, то Y должно входить в TT т.е.:

Fe TT (5)

Если работу, позволяющую перейти от результата i к результату j, обозначить как Aij , тогда множество работ А, позволяющих получать семейство данных изделий будет записано как:

а=КМагмо <б> 1

Соответствие результата техническим требованиям записывается следующим образом:

к к

Д Д {Tand \JTor) 2 Д Д (Rand ,\/¡¡or) = true (7)

1 ч

Эта запись означает, что множество результатов лежит в пределах множества технических требований. С целью нахождения необходимой последовательности операций для выполнения требований, необходимо чтобы выполнялось выражение:

Д/\(tand,\Jtor) Э Д/\(А™*,\/А?Р = true (8)

В САБ-системе работой будем называть элементарное действие проектировщика, то есть проектный шаг. Его режим работы и параметры зависят от проектного выбора пользователя, что по сути представляет собой функцию управления. Будем называть ее функцией проектного выбора.

Выбор пользователя зависит от тех показателей, которые он задумал

воплотить в проектном результате. Таким образом, функцию проектного

выбора можно воспринимать как нечеткое отношение между выбором

пользователя и выгодностью получаемого результата. Функция

проектного выбора может иметь следующий вид:

Таблица 1. Табличная функция проектного выбора

Вид функции Показатель Лингвистическая оценка, Су-

МСд) Р1 Низкая

Р2 Средняя

Рп Высокая

. . .

Цепочка таких функций выбора, которая формируется в ходе выполнения проектных шагов, может быть названа проектной траекторией и представлена в виде ряда:

РТ = Fu1

Сц Сгг Сщ

Л** ЯЛ-Л*-

С2 п

Ст2

(9)

Математическая модель в виде проектной траектории, позволяющая получить оценку проектных решений может быть представлена в виде системы множеств:

С = {У,£,Р0 6 РзСА0,¿и(С£)} (Ю)

где т — множество технических требований, определенное на пространстве технических требований Хтт, £ — множество лингвистических переменных, определенных на задающем терм-множестве ,Р0 — множество проектных шагов, определенное как подмножество проектных команд САБ-системы Р5сао

Ри(С,) — множество функций проектного выбора, полученное как отображение множества проектных шагов на пространство оценки по множеству показателей.

Оценка проектной траектории тогда может быть получена в качестве своего рода производной от проектной траектории:

где РТ — операция вычисления оценки проектной траектории. В развернутом виде эта операция выглядит следующим образом:

Для улучшения проектного решения может быть поставлена задача максимизировать оценку проектной траектории, соблюдая ограничения технических требований.

В данной работе автором рассматриваются уже готовые проектные решения, которые приводят к некоторому результату, соответствующему множеству начальных требований ТТо. При изменении этого множества необходимо модифицировать проектную траекторию так, чтобы проектное решение соответствовало требованиям 7Т/.

Из технических требований извлекаются показатели и формализуются в виде модели сущность-связь (ЕЯ-модели). Они могут быть выражены как численно, так и лингвистически. Необходимо найти такую последовательность работ, при которой оценка бизнес-процесса будет максимальной.

Для задания лингвистических переменных определяется терм-множество (далее словарь), на котором ставятся в соответствие лингвистические переменные и треугольные нечеткие числа. Нечеткие числа задаются в виде тройки <а, а, Ь>, где а — базис числа, а и Ь —

С = РТ

(10)

(П)

очень низкое

низкое среднее высокое

очень высокое

0.0 0.1 0,2 0,3 0,4 0,5 0.6 0.7 0,8 0,9 1,0

Рис. 2. Словарь лингвистических переменных.

отклонение вправо и влево. Рис. 2 представляет пример такого словаря. При оценке всего лишь по одному критерию каждой работе Ai ставится в соответствие некоторое треугольное нечеткое число Ci, соответствующее той или иной лингвистической переменной из словаря. Для получения итоговой оценки необходимо выбрать одну из существующих логических операций над нечеткими множествами. Подходящей по смыслу является операция минимума.

Оценка всего процесса по одному показателю находится по формуле max-min-композиции:

MciO) = max {min{ncll О), ца2 О). -, МС1п О)}} (12)

При наличии нескольких показателей общая оценка процесса будет представлять собой композицию оценок процесса по всем показателям. Она будет иметь вид:

С = {ClfC2f...fCn}= {/¿Cl(*)>MC2(*)."->MCn(>)}

(loj

В случае отсутствия пересечения множеств необходимо выбирать наименьшую оценку. Формула для подсчета оценки должна быть записана следующим образом:

с=( Ма 00 если ца (х) П цс;(х) = О ^

Фс100Л Мс2 СО Л - Л У-Сп СО в остальных случаях

где ца (х) — минимальная из всех оценок работ данного процесса.

Оценка процесса и представляется в виде композиции оценок по различным критериям. Для интерпретации такой оценки необходимо выполнить дефаззификацию. Полученное значение пригодно для формирования базы знаний оценок различных вариантов процесса. С этой целью удобно использовать общепринятый метод центра тяжести (COG):

к = (15) /м|„ VciWdx

где к представляет собой ключевой показатель — абсциссу центра тяжести, Min и Мах — границы носителя нечеткого множества.

Если технические требования представляются в виде лингвистических переменных, возможно отображение этих значений на плоскости в виде треугольных и других нечетких чисел. Итоговая траектория формируется только лишь из узлов И, так как узлы ИЛИ отбрасываются. Но прежде чем эти узлы будут отброшены, необходимо убедиться в том, что все варианты траектории лежат в пределах области допустимых решений.

Итоговая оценка проектной траектории является композицией оценок по различным показателям. С другой стороны, проектное решение является дискретным процессом с нечеткой функцией управления. Поэтому для оптимизации проектного решения подходит метод динамического программирования, основанный на принципе оптимальности Беллмана-Понтрягина. Целевая функция определяется вычислением суммы интегралов Сугено по всем показателям:

гДе 91 СО— нечеткая мера по одному показателю, определенная в пространстве Хтт

Взятие первого интеграла позволяет определить выигрыш при выборе некоторого управления по каждому из показателей. Сумма интегралов определяет выигрыш по всем показателям.

Описывается алгоритм улучшения проектного решения,

разработанный автором с использованием метода динамического

программирования. Алгоритм последовательно подбирает процедуру с наилучшей оценкой, начиная с конца

В третьей главе описывается компьютерное моделирование оценки проектных решений и программная реализация разработанного алгоритма. Показана ЕЯ-модель технических требований устройства «Блок питания». Описывается процедура получения ЕЯ-модели из текста технических требований и автоматизированное получение структуры базы данных для хранения этих требований. Проводится оценка проектного решения.

п

;=1с£

(16)

Рис. 3 показывает принцип присвоения оценки дочерним сущностям. Например, на вопрос: «Как Вы оцениваете эстетичность

цвета окраски корпуса блока питания?» эксперты отвечают следующим образом:

Черный: (0,7/0; 0,8/1; 0,9/0);

Серый: (0,6/0; 0,7/1; 0,8/0); и т.д.

Остальные показатели оцениваются аналогично. На базе этих оценок и формируются показанные графики. Они являются исходными данными для моделирования проектных решений. Показано применение программного пакета MatLab 7.2. для моделирования и подсчета оценки. Модель оценки задается правилами логического вывода. Для последовательности из 3-х работ и набора из 3-х показателей требуется 27 правил. Рис. 4 демонстрирует набор продукционных правил, заданных в системе MatLab, которые эмулируют вычисления по формуле (14).

Дефаззификация проводится методом центра тяжести. Если же сопоставить полученное четкое число со словарем, можно перейти обратно к лингвистическим оценкам процесса (Таблица 2):

Таблица 2. Получение итоговой лингвистической оценки процесса

Показатель Значение, полученное при дефаззификации Соответствующая лингвистическая переменная

С, 0,2 Низко

с2 0,2 Низко

Сз 0,5 Средне

Вычисление общей оценки процесса по трем критериям в проводится среде Ма1ЬаЬ. Результат дефаззификации 0,2. Лингвистическое выражение оценки — «низко». Однако, необходимо

1. (чиаКу—Нмгаш) 4 (сдагцхеЛепкхт-Нмга«) 4 (солаетепсу—Никхй) •» (м&адЬимНмстй) (1)

2. (чи4*у«н«зо1*) 4 (сотрг»лв<>»<оп«»Н<оя«8)«(еопоетепеу»»Сред»<й) •» (еМ*пйвп«н«»*й) (1)

3. (зиаКуНкю«) & (сотс*сЛ««оп"Н*югё) 4 (сопеиггику-Высо«*«) ■> («ййиЬеп.Нимий) (1) «. <чи»Ку"Н«з»*) 4 (сос*хеПеп»в<1«СреД!«й} 4 (солоите»1су"Ни»*й) •» (едаабоп»н««и) (1)

6. (ои«*у"Кш»|») 4 (сотргеЬ«пайой«»Сред»*й> 4 (сог.сиггмсу"С{ждя*«} «> (мипвЮо-Ня5<зч5) (1) в, (чиа»у«"К|Ожй) 4 (согар<е(т«п»сп..С{хйи«й) 4 (сопсигтел су—высот**) («»итбМЖ-Ишшй) (1)

7. (о»»1(у»»К*1ю<й) & <свтрге)1«п»1вп»»в*1св«(й) 4 (сояеиггелеу»«Н«о!Й) ■> (мамвммНмнй} (!) 8- <<*иву>«Н|ию<й> 4 (еояргеЛепйда^'высогай) 4 (сспсиггепсу»»Срвй!яи!) ■> (еМпиводаНшгай) (1)

9. (чи*Иу-«К*ж»й) 4 (еотр«л«п»Ьо*»8»1С«п(й> 4 (еоосиггелсу—Висоадй) •» (е*ат»&о«»Нюп«й) (I)

10. йо»Ку«средт1Й> 4 (сот(хе»1«миоо"«Н1<5Ю1Й) 4 (соосиггепсу—Мязшй)»»(еМта^юо-Ныою) (1)

11. («мИу«»срад™й) 4 (сотр^емпяоо'-кшетй) 4 (сопсиггепсу-'Среднкй) -»(«йетвйолоНюстй) ¡1)

12. (яиаКу-'Среди««) 4 (сияргеЬепяоп"Н««<й) 4 {соосиггепсуВысошй) •> (в«тв1оп'Нимжй) (1)

13. (5и4«У"С!>еди»к) 4 (сотргсЛвмол-.Ср^дяий) в (сопсиггепсу.«Н»501«) •» (езатвйопоНмстй) (1)

14. (ои»*у« среди**) 4 (сострсеНепЛп'-Средепй) 4 (соп<аитвясу»»Срвд«»й) •» («йгмйоп'Средрий) (1

иметь возможность сравнивать бизнес-процессы с целью дать ответ на вопрос: «какой из них лучше?». Вычисление повторного интеграла является задачей высокой сложности. Для облегчения алгоритмической реализации предлагается модифицированный способ вычисления интегрального показателя по формуле:

При подстановке чисел:

М = 0,2 ■ 0,5 ■ 0,2 + 0,2 ■ 0,5 ■ 0,2 + 0,5 ■ 0,5 • 0,2 = 0,09

Далее проводится замена последней в ряду работ и проводится подсчет итоговой оценки. Критерием оптимальности является значение мощности множества, оно должно быть максимальным.

Когда оно найдено, работа фиксируется в схеме процесса, производится поиск оптимальной замены второй с конца работы. Так продолжается до тех пор, пока не будет найден оптимальная модель процесса. Промежуточные вычисления не показаны.

В итоге формируется оптимальная последовательность работ исходя из оценки пользователем этих работ. Результат дефаззификации приведен в Таблица 3:

Рис. 4. Продукционные правила в системе МаНаЬ

(17)

Показатель Значение, полученное при дефаззификации Соответствующая лингвистическая переменная

С, 0,5 Средне

с2 0,5 Средне

С3 0,8 Высоко

Общая оценка процесса соответствует терму «среднее» Интегральный показатель бизнес-процесса после оптимизации: ДГ = 0,5 ■ 0,5 • 0,2 + 0,5 ■ 0,5 ■ 0,2 + 0,8 ■ 0,5 ■ 0,2 = 0,18 Лингвистическая оценка процесса до и после оптимизации приведена в Таблица 4. В результате дефаззификации общей оценки бизнес-процесса получено числовое значение 0,5. Если провести сравнение результатов, видно, что более высокое значение интегрального показателя М соответствует более высоким оценкам процесса.

Таблица 4. Оценка процесса до и после оптимизации

Модель процесса Результат дефаззификации Лингвистическая оценка Значение интегрального показателя

начальная(С) 0,2 низко 0,09

конечная (С*) 0,5 средне 0,18

Для программной реализации методики разработано программное решение, которое работает по описанному алгоритму. На решение

Рис. 5. Архитектура Модуля оценки

получено авторское свидетельство под названием «Модуль оценки проектных решений узлов и блоков электронных устройств по лингвистическим показателям». Рис. 5 представляет архитектуру модуля.

В качестве исходных данных вводится последовательность проектных процедур, словарь лингвистических переменных и варианты

Рис. 6. Программное окно «Модуля оценки...»

замены работы. Пользователь оценивает каждую работу, потом оценивает возможные замены. Искомая траектория получается в виде отчета. Ошибка! Источник ссылки не найден.

Рис. 6. Программное окно «Модуля оценки... »демонстрирует программное окно модуля. Интеграция модуля с РЬМ-системой заключается в получении из состава изделия последовательности проектных процедур и технических требований. Ошибка! Источник ссылки не найден, показывает схему взаимодействия Модуля и РЬМ-системы. Состав изделия передается в формате хт1. Для получения данных о последовательности построения берется дерево построения из СА£>-системы.

В четвертой главе приводятся основные результаты, полученные в ходе работы:

1. Повышение степени соответствия результата проектного решения техническим требованиям. Предлагаемый автором алгоритм позволяет путем подбора наиболее подходящих для этого проектных операций

улучшать проектные решения, целенаправленно повышая отдельные показатели до необходимого уровня.

2. Измерение нечисловых показателей позволяет проводить автоматизированное сравнение различных вариантов проектных решений, что позволяет обосновать принятие проектных решений в условиях нечетко и неявно заданных ограничений и целей.

3. Определение «точек роста» и повышение конкурентоспособности продукции. Предлагаемая методика оценки позволяет найти «точки роста» в проектных решениях и модифицировать проектное решение так, чтобы итоговые показатели изделия превосходили показатели конкурентов.

4. Увеличение добавленной стоимости изделия за счет повышения его ценности путем подбора необходимых проектных решений

5. Сокращение времени модификации проектных решений. Предлагаемый алгоритм позволит установить проектную траекторию, приводящую к наилучшему результату с первого раза. Это в несколько раз снижает время модификации проектных решений за счет исключения неудовлетворительных проектных решений и снижает интеллектуальную нагрузку на инженеров.

Повышение степени соответствия результата проектного решения техническим требованиям может быть представлено в виде диаграммы

Рис. 7. Диаграмма графического отображения оценки по множеству показателей до улучшения (слева) и после улучшения (справа).

На левой диаграмме представлено отображение показателей, которые не полностью удовлетворяют ТТ. На правом — показатели в большей

(Рис. 7).

степени удовлетворяют ТТ. Площадь многоугольника ограниченного желтой линией больше, все показатели в допустимых пределах.

Более высокая ценность изделия непосредственно связано с его более высокой добавленной стоимостью. Рис. 8 демонстрирует графически превосходство в стоимости изделий с высокими потребительскими показателями, одно из которых просто выполняет заявленные функции и соответствует техническим требованиям, а другое также имеет более высокую ценность за счет более высокого качества, производительности, новизны, бренда и других нечисловых показателей.

Рис. 8. Гистограмма превосходства в стоимости изделий с высокими

Снижение количества проектных операций при модификации проектных решений напрямую ведет к снижению трудоемкости работы, что в свою очередь снижает длительность проектирования и затраты на оплату труда инженеров. Следствием этого является снижение текучки кадров, усиление интеллектуальной составляющей предприятия.

Рис. 9 демонстрирует зависимость количества проектных шагов от исключения неудовлетворительных вариантов при использовании метода

лингвистической оценки.

Время проектирования вычисляется как произведение количества шагов на длительность одного проектного шага. Если принять, длительность одного проектного шага от 10 до 30 минут при работе с современными САБ-системами. Рис. 10 показывает зависимость произведения длительности шага на количество шагов от длительности шага в минутах. Уменьшение потенциальности узлов на 1 снижает время проектирования на 37% в минутах. Если пересчитать на 8-часовые рабочие дни, разница составляет 2 дня против 1.

1 2 3 Л

Рис. 9. Снижение количества проектных шагов при применении метода

лингвистической оценки

Таблица 5 показывает выигрыш в оплате труда при средней заработной плате инженера в ПФО порядка 20 ООО рублей:

Таблица 5. Выигрыш в заработной плате.

Кол-во отработанных часов за год Стоимость 1 раб. часа Заработная плата по проекту, рублей

Без применения метода 1970 110 216 700

с применением метода 1241 110 136 521

Разница 37%, 728 час 0 80 179

В заключении описаны результаты и выводы о проделанной работе. Использование лингвистических переменных для оценки и улучшения проектных решений позволяет увеличить конкурентоспособность продукции предприятия за счет увеличения нечисловых показателей, а также снизить интеллектуальную нагрузку на инженеров и уменьшить длительность цикла модификации проектных решений.

Решены задачи и достигнута цель работы.

¡.Разработано формальное представление системы нечисловых показателей ТТ и проектных решений в виде модели сущность-связь. Полученная модель позволяет напрямую переходить к представлению этих показателей в виде реляционной базы данных.

2. Разработана математическая модель оценки проектных решений с использованием лингвистических переменных и аппарата нечетких множеств.

3. Разработан метод и алгоритм улучшения проектных решений на базе принципа Понтрягина-Беллмана, который позволяет автоматизированным способом улучшать проектные решения, используя понятие интегрального показателя, вычисляемого по оригинальной формуле.

Подводя итоги, необходимо кратко остановиться на основных

результатах работы:

1. Повышение степени соответствия результата проектного решения

техническим требованиям.

2. Автоматизированное сравнение различных вариантов проектных решений по множеству нечисловых показателей, что позволяет обосновать принятие проектных решений в условиях нечетко и неявно заданных ограничений и целей.

3. Определение «точек роста» и повышение конкурентоспособности

продукции.

4. Увеличение добавленной стоимости изделия за счет повышения его ценности.

5. Сокращение времени модификации проектных решений.

Работа выполнена в общей стезе направления Concurrent Engineering, полученные результаты позволяют реализовывать принципы этого направления на практике благодаря возможности интеграции разработанных программных решений с PLM-системами. Создание

продуктов, имеющих высочайшие конкурентные преимущества, позволит не только сохранить российскую электронную промышленность, но и обеспечить интересной и высокооплачиваемой работой молодых специалистов. Применение результатов работы в проектировании и производстве электронных устройств позволит создавать более удобные, эргономичные, безопасные, экологичные и энергоэффективные устройства, что, безусловно, востребовано в современном обществе.

В приложениях содержится листинг разработанного программного решения, материалы математического моделирования в среде MatLab, акт о внедрении результатов работы, свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

Activity Based Costing, метод подсчета стоимости бизнес-процесса

Computer Aided Design, система автоматизированного проектирования

Continuous Acquisition and Life cycle Support, непрерывная поддержка жизненного цикла изделия Concurrent Engineering, Конкурентный инжиниринг, стратегия организации процессов инжиниринга нотация моделирования бизнес-процессов. Entity-Relationship, модель сущность-связь Knowledge Based Engineering,— проектирование, основанное на знаниях

Product Lifecycle Management, управление жизненным циклом изделия

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. L. Kamalov. A Formal Model of a Complex Estimation Method in Lean Product Development Process / L.E. Kamalov, A.F. Pokhilko, T. F. Tylaev // New World Situation: New Directions in Concurrent Engineering. - SpringerVerlag London Limited 2010. - P. 610.

2. L. Kamalov. The Process Approach to the Synthesis and Analysis of Three-Dimensional Representations of Complex Technical Objects / L.E. Kamalov, A.F. Pokhilko // PATTERN RECOGNITION AND IMAGE ANALYSIS. -2011.- Vol. 21, - No. 3. - P. 491.

ABC CAD CALS CE

IDEFO

ER-модель

KBE

PLM

3. Камалов Л.Е. Оценка и улучшение бизнес процессов и изделий по негеометрическим показателям / JI.E. Камалов, А.Ф. Похилько, О. В. Козинцев // Автоматизация процессов управления. - 2012. - № 4 - С. 89-96.

4. Leonid Kamalov. Preproduction Process Estimation by the Means of Fuzzy Statements / L.E. Kamalov, A.F. Pokhilko, O.V. Kozintsev, S. V. Ryabov // Concurrent Engineering Approaches for Sustainable Product Development in a Multi-Disciplinary Environment. - Part 4, Springer-Verlag, London 2013 - P. 379-385. - ISBN: 978-1-4471-4425-0.

5. Kamalov L.E. The Process Approach to Synthesizing and Analyzing of 3D Representations of Complex Technical Objects / L.E. Kamalov, A.F. Pokhilko // PATTERN RECOGNITION AND IMAGE ANALYSIS. -2013-Vol. 23-No. l.-P. 68-79.

6. Leonid Kamalov. Service Process Estimation and Improvement on Verbal Characteristics / L.E. Kamalov, A.F. Pokhilko, I. V. Gorbachev, E. K. Kamalov // 20th ISPE International Conference on Concurrent Engineering Proceedings. Edited by Cees Bil, John Mo, Josip Stjepandic - Amsterdam: IOS Press 2013 - ISBN 978-1-61499-301-8

Свидетельства о регистрации объектов интеллектуальной

собственности

7. Свидетельство № 2012610530 Модуль оценки процессов с использованием аппарата теории нечетких множеств / Л.Е. Камалов, А.Ф.Похилько, С. В.Рябов. Правообладатель ФГБОУ ВПО Ульяновск, гос. тех. унив-т; заявка № 2011618428; зарегистр. 10 января 2012г.

8. Свидетельство № 2014612196 Модуль оценки проектных решений узлов и блоков электронных устройств по лингвистическим показателям / Л.Е. Камалов, А.Ф. Похилько. Правообладатель ФГБОУ ВПО Ульяновск, гос. тех. унив-т; заявка № 2013662130; зарегистр. 20 февраля 2014г.

Публикации в других изданиях

9. L. Kamalov. Data Structure Description Of Development Tools For CAD/CAM/CAE Using ISO 10303 Standard (STEP) / L.E. Kamalov, A.F. Pokhilko, Y. V. Taratukhin // Proceedings of the International Scientifics Conferences "Intelligence Systems (IEEE AIS"06)" and "Intelligence CAD's (CAD 2006) / Moscow: Physmathlit, 2006.

10. Камалов Л.Е. Создание и использование интегрированных проектных процедур в САПР на основе CALS - технологий / Камалов Л.Е., Похилько А.Ф., Таратухин Ю. В. // Современные проблемы

создания и эксплуатации радиотехнических систем. Труды Четвертой Всероссийской научно-техн. конференции (с участием стран СНГ) -Ульяновск: УлГТУ, 2006. - С. 95-96.

П.Камалов JI.E. Создание и использование интегрированных проектных процедур в САПР. / Камалов JI.E., Похилько А.Ф., Поляков В. В. // Студент науке будущего. Тезисы докладов Межвузовской студенческой научно-технической конференции - Ульяновск: УлГТУ 2006 г. - С.38.

12. L. Kamalov. Competence Forming In The Design Automation Branch As Essential Of CAD/CAM/CAE Systems Application. / L.E. Kamalov // Proceedings of the International Scientifics Conferences "Intelligence Systems (AIS'07)" and "Intelligence CAD's (CAD 2007). Scientifics Publication in 4 volumes - Moscow: Phizmathlit, 2007 - Vol.4. - P. 245 - 247.

13. L. Kamalov. Object oriented approach of technical objects and design processes description in integrated product development / L.E. Kamalov, A.F. Pokhilko // Interactive System and Technologies: The problems of HumanComputer Interaction. Volume III. Collection of scientific paper. - Ulyanovsk-U1STU, 2007. - P. 192 - 196.

14. L. Kamalov. Concurrent engineering infomedia building based upon integrated design / L.E. Kamalov, A.F. Pokhilko // Interactive System and Technologies: The problems of Human-Computer Interaction. Volume III. -Collection of scientific paper. - Ulyanovsk: U1STU, 2007. - P. 237 - 239.

15. L.E. Kamalov. Integrated Design as a part of Concurrent Engineering methodology. / L.E. Kamalov, A.F. Pokhilko // Proceedings of the International Scientifics Conferences "Intelligence Systems (AIS'07)" and "Intelligence CAD's (CAD 2007). Scientifics Publication in 4 volumes - Moscow: Phizmathlit, 2007 - Vol.4. - P. 74 - 79.

16. JI.E. Камалов. Интегрированная разработка как элемент информационной среды конкурентного проектирования / JI.E. Камалов, А.Ф. Похилько // Тезисы докладов 42-й научно-технической конференции УлГТУ «Вузовская наука в современных условиях» (28 января — 4 февраля 2008 года) - Ульяновск: УлГТУ, 2008. - С. 136

17. JI.E. Камалов. Преимущества технологии создания и репликации моделей процессов проектирования на основе методологии Concurrent Engineering (параллельного инжениринга) / JI.E. Камалов, А.Ф. Похилько // Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических систем. Труды седьмой Всероссийской научно-техн. конференции (с участием стран СНГ) - Ульяновск: УлГТУ, 2009. - С. 79.

18. L.E. Kamalov. Object oriented approach of technical objects and design processes description in integrated product development. / L.E. Kamalov, A.F. Pokhilko // Interactive System and Technologies: The problems of HumanComputer Interaction. - Collection of scientific paper. - Ulyanovsk: U1STU, 2009.-P. 205.

19. JI.E. Камалов. Формализация комплексной оценки бизнес-процессов жизненного цикла изделия в методологии Concurrent Engineering / JI.E. Камалов, А.Ф. Похилько. // Материалы конференции «Проведение научных исследований в области обработки, хранения, передачи и защиты информации» - Ульяновск: УлГТУ, 2009. - С. 199.

20. L.E. Kamalov. The Process Approach to Synthesizing and Analyzing of 3D Representations of Complex Technical Objects / L.E. Kamalov, V.R.Krasheninnikov, A.F. Pokhilko // 10th International Conference on pattern recognition and image analysis PRIA-10-2010 December 5-12, 2010 St. Petersburg, The Russian Federation. Conference proceedings - St. Petersburg: POLITECHNIKA, 2010. - Vol. 2. - P. 173 - 178

21. L.E. Kamalov. Design process evaluation method based on fuzzy reasoning / L.E. Kamalov, A.F. Pokhilko // Interactive System and Technologies: The problems of Human-Computer Interaction. - Collection of scientific paper. - Ulyanovsk: U1STU, 2011. - P. 174 - 179.

22. L. Kamalov. Design process evaluation method based on fuzzy reasoning / L.E. Kamalov, A.F. Pokhilko, S.V. Ryabov // Interactive Systems and Technologies: the Problems of Human - Computer Interaction. - Collection of scientific papers - Ulyanovsk: U1STU, 2011. -P. 174-179.

23. JI.E. Камалов. Использование лингвистических переменных в оценке процессов проектирования / JI.E. Камалов, А.Ф. Похилько, С.В. Рябов // Информатика и вычислительная техника: сборник трудов / под ред. Н.Н. Войта. - Ульяновск: УлГТУ, 2011. - С. 482 - 488.

24. JI.E. Камалов. Система моделирования процессов проектирования для формирования технических требований и методик создания технических объектов / JI.E. Камалов, А.Ф. Похилько, О.В. Козинцев // V Международный форум информационных технологий «IT Forum 2020 / Информатизация нашей жизни». XVIII Международная научно-техническая конференция «Информационные системы и технологии» ИСТ-2012. Материалы конференции. — Н. Новгород: 2012. - С. 309.

25. JI.E. Камалов. Интеллектуальная система автоматизированного выбора метода анестезии / JI.E. Камалов, А.Ф. Похилько, Е.Х. Камалов // Вестник интенсивной терапии - 2012. - № 5. - С. 26 - 28.

26. Л.Е. Камалов. Интегрированная компонента системы управления инженерными данными для оценки изделий и бизнес-процессов по негеометрическим показателям / Л.Е. Камалов, А.Ф. Похилько, О.В. Козинцев // Труды конгресса по интеллектуальным системам и информационным технологиям, Том 2 - М.: Физматлит, 2012. - С. 294 -304.

27. Л.Е. Камалов. Оценка процессов конструкторско-технологической подготовки производства по лингвистическим атрибутам / Л.Е. Камалов, А.Ф. Похилько, О.В. Козинцев // Труды конгресса по интеллектуальным системам и информационным технологиям, Том 2 - М.: Физматлит, 2012. -С. 55-60.

Камалов Леонид Евгеньевич

Реинжиниринг процессов конструкторского проектирования узлов и блоков электронных устройств на основе лингвистических оценок нечисловых

показателей

Автореферат

Подписано в печать 28.10.2014. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,17. Тираж 100 экз. Заказ 10568