Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Задача автоматизации управления информацией о качестве продукции в авиастроительной промышленности 10
1.1. Структура системы качества, ее место и роль в системе управления современным авиастроительным предприятием 11
1.2. Современные методологии автоматизации процессов управления и производства на машиностроительных предприятиях 24
1.3 Постановка задачи автоматизированного управления информацией о качестве продукции на авиационном производстве в рамках интегрированной системы информационной поддержки жизненного цикла изделия по методологии CALS 45
ГЛАВА 2. Построение информационной модели авиационного производства в рамках методологии CALS 48
2.1. Применение процессного подхода в моделировании системы менеджмента качества на авиационном производстве 49
2.2. Разработка интегрированной информационной модели авиационного производства 56
ГЛАВА 3. Информационная интеграция модели действующей системы качества с моделью авиационного производства 70
3.1. Факторы изменчивости результатов производственных процессов и причины их возникновения 70
3.2. Элементы системы управления качеством в структуре интегрированной информационной модели авиационного производства 72
3.3. Система качества производственного процесса как элемент глобальной CALS-системы менеджмента авиационного производства 84
3.4. Применение интегрированной информационной модели для описания производства самолета Ан-140 93
ГЛАВА 4. Разработка автоматизированной системы информационной поддержки управления качеством продукции авиационного производства 97
4.1. Функциональная модель автоматизированной системы информационной поддержки управления качеством продукции авиационного производства 97
4.2. Проектирование структур данных интегрированной информационной модели авиационного производства 104
4.3. Разработка программного комплекса информационной поддержки управления качеством продукции 112
4.4. Вопросы внедрение и эксплуатации автоматизированной системы информационной поддержки управления качеством 114
Заключение 117
Литература
- Структура системы качества, ее место и роль в системе управления современным авиастроительным предприятием
- Применение процессного подхода в моделировании системы менеджмента качества на авиационном производстве
- Факторы изменчивости результатов производственных процессов и причины их возникновения
- Функциональная модель автоматизированной системы информационной поддержки управления качеством продукции авиационного производства
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Проблема
конкурентоспособности российской авиационной техники на внутреннем и мировом рынках, обусловлена ужесточением в последние годы требований к уровню качества и безопасности самолетов, особенно допускаемых к использованию на международных авиалиниях. Отечественные авиационные заводы на современном этапе своего развития испытывают острую потребность в современных средствах управления качеством производственных процессов и продукции.
Исключительная сложность и высокая технологичность авиационного производства обусловливают колоссальный объем сопровождающей его информации: об изделии, процессах производства, организационной структуре предприятия, документации и производственных ресурсах. В этих условиях особую актуальность приобретают вопрос создания автоматизированной системы информационной поддержки управления качеством авиационного производства в рамках общей системы информационного сопровождения изделия на всех этапах жизненного цикла.
Опыт ведущих машиностроительных предприятий мира доказывает, что вопросы обеспечения качества продукции должны решаться в рамках единой информационной системы, построенной по принципам CALS (Continuous Acquisition and Lifecycle Support). Наиболее обоснованные требования по организации систем обеспечения качества на предприятиях изложены в международных стандартах ISO серии 9000.
Вместе с тем, имеющиеся научные и методические разработки, зачастую носят обобщенный характер и не содержат практически реализуемых методов автоматизации процессов обеспечения качества применительно к самолетостроительной промышленности.
5 Необходимость теоретического обоснования и разработки практических решений для проектирования автоматизированной системы информационной поддержки управления качеством на авиационном производстве определила выбор темы, цель, задачи и структуру диссертации.
Актуальность темы работы также подтверждается получением на нее гранта Федерального агентства по образованию Российской Федерации для поддержки научно-исследовательской работы аспирантов вузов (шифр гранта А04-3.16-216).
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является повышение эффективности управления качеством путем разработки автоматизированной системы информационной поддержки управления качеством авиационного производства.
Достижение поставленной цели связано с решением целого ряда задач:
Формализация действующей системы управления качеством авиационного производства.
Формализация описания процессов производства самолета.
Определение взаимосвязей между моделями системы управления качеством, состава изделия, и процессов производства.
Разработка архитектуры автоматизированной системы информационной поддержки управления качеством на предприятии с использованием CALS-технологий.
Проектирование структуры данных для описания моделей состава изделия, процессов производства и системы управления качеством.
Разработка программных модулей автоматизированной системы.
Объектом исследования является система управления качеством авиационного предприятия.
Предметом исследования являются разработка автоматизированной системы информационной поддержки системы качества на авиационном предприятии на базе формального описания системы качества предприятия, процессов производства самолета, состава изделия и автоматизация процедур управления ими.
Теоретической и методологической основой исследования являются труды отечественных и зарубежных ученых и экспертов по проблемам моделирования, создания и внедрения автоматизированных систем: Гру вер М., Зиммерс Э., Йордан Е., Колчин А.Ф., Кузьмик П.К., Левин А.И., Ли К., МакГоуэн К., Мако Д., Марка Д., Месарович М.Д., Норенков И.П., Судов Е.В., Такахара И., Цвиркун А.Д. и других; а так же управления производством и теории качества: Барвинок В.А., Деминг Э., Исикава К., Кумэ X., Огвоздин В.Ю., Репин В.В., Чекмарев А.Н. и других.
Для решения поставленных задач использовались методы сравнительного, системного и логического анализа, математического и функционального моделирования, методы теорий алгебраических систем и дискретной математики, иерархических и многоуровневых систем.
В процессе работы над диссертацией были использованы материалы, опубликованные в отечественной и зарубежной печати, нормативные и законодательные акты Российской Федерации и международных сообществ, внутренняя документация авиационных и машиностроительных предприятий, материалы научно-практических конференций, а также материалы, опубликованные на тематических и отраслевых сайтах глобальной сети Internet.
7 Научная новизна работы представлена следующими, выносимыми на защиту, результатами:
Формализация системы управления качеством авиационного производства, позволившая математически описать требования руководства по сертификации авиационного производства в виде предикатных функций - функций качества.
Математические модели процессов производства, организационной структуры завода, нормативной, конструкторской и технологической документации. Отличительной характеристикой разработанных моделей является их ориентированность на интеграцию с системой управления качеством авиационного производства, т.е. на построение единого информационного пространства предприятия.
Взаимные соответствия моделей состава изделия, процессов производства, документации, организационной структуры и формальной модели системы качества авиационного завода в рамках единого информационного пространства предприятия. Это позволяет определять значения функций качества на моделях, описывающих производственную среду.
Функциональная структура автоматизированной системы информационной поддержки управления качеством авиационного производства.
Практическая значимость работы заключается в том, что автоматизация управления информацией о продукции и процессах изготовления позволит повысить эффективность управления качеством производства за счет увеличения скорости доступа к прежде разрозненной информации и исключения дублирования данных разными компьютерными системами и неэлектронными источниками.
Также, автоматизированное определение значений функций качества с
различной степенью детализации позволит анализировать эффективность
системы управления качеством на различных организационных уровнях,
направлениях деятельности и этапах производственного процесса.
Практическую ценность представляют следующие прикладные разработки:
методические рекомендации по формальному описанию элементов предметной области: состава изделия, процессов производства и системы управления качеством предприятия;
описание структур данных на языке XML, формирующих единое информационное пространство авиационного предприятия;
автоматизированная система информационной поддержки управления качеством на авиационном производстве.
Апробация и реализация результатов исследования. Основные теоретические выводы и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийском научно-техническом семинаре по управлению движением и навигации летательных аппаратов (Самара, 2003), Международном симпозиуме «Интеллектуальные системы» (Саратов, 2004), Научно-практической конференции «Проблемы качества, безопасности и диагностики в условиях информационного общества» (Сочи, 2004), Научно практической конференции «Качество и полезность в экономической теории и практике» (Новосибирск, 2004), Всероссийской (с международным участием) конференции «Информация, инновации, инвестиции» (Пермь, 2004), Международной научно-технической конференции «Информационные, измерительные и управляющие системы (ИИУС-2005)» (Самара, 2005), а также на конференциях Самарского государственного аэрокосмического университета (в период с 2002-2005 гг.).
Методы и прикладные результаты диссертационной работы
используются в деятельности по обеспечению качества ЗАО «АВИАКОР -
Авиационный завод» (г. Самара) при производстве самолета Ан-140 в 2002-
2006 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ общим объемом 1.1 п.л. авторского текста.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы и приложений. В работе объемом 134 страницы содержится 19 рисунков, 4 таблицы, 1 приложение. Библиографический список включает 120 источников.
Структура системы качества, ее место и роль в системе управления современным авиастроительным предприятием
Качество продукции принято характеризовать следующими свойствами и характеристиками, так называемыми показателями качества: Функциональная пригодность, т.е. нормальное функционирование изделия в соответствии с его назначением. Надежность (безотказность, долговечность, сохраняемость, ремонтопригодность). Эксплуатационные характеристики. Эстетичность внешнего вида. Экологичность, т.е. предотвращение опасных для окружающей среды воздействий продукции на всех стадиях ее производства эксплуатации и утилизации после использования. Безопасность эксплуатации продукции для потребителя. Ресурсопотребление. Эргономичность, комфортабельность, удобство использования. Эксплуатационная рентабельность - целесообразный уровень расходов в процессе эксплуатации. Предпродажное и послепродажное обслуживание. /46/
Один из основоположников теории менеджмента качества Э.Деминг, анализируя причины неудовлетворительного качества продукции, разделил их на две группы: специальные и системные причины. При этом, по его оценкам, доля первых составляет около 6%, тогда как подавляющее большинство причин (94%) имеет системный характер /40/. Из этого следует, что обеспечить кардинальное изменение ситуации с качеством продукции можно только за счет устранения системных причин. К аналогичному выводу пришли также многие другие специалисты, и в целом к середине 80-х годов было признано, что «полноценное», устойчиво хорошее качество продукции могут гарантировать только специальные системы качества /47/.
Как показал отечественный и мировой опыт, применение систем качества в целом дает предприятиям возможность существенно повышать эффективность деятельности, обеспечивать потребителей продукцией и услугами, соответствующими разнообразным потребностям и отвечающими требованиям законодательства.
Создание эффективных систем качества, ориентированных на внедрение современных технологий и методов менеджмента качества, является залогом устойчивого положения предприятий на рынке. При этом необходимо максимально использовать достижения фундаментальной и прикладной науки, практический опыт, полученный в результате инновационной политики
Российской Федерации и реализации планов социально-экономического развития страны и регионов.
В наше время нормативно-методической базой для создания системы качества на предприятии служат стандарты Международной Организации по Стандартизации (ISO) серии 9000, согласно которым качество продукции, услуги (далее - продукции) определяется как совокупность характеристик продукции, обусловливающая ее способность удовлетворять установленные и ожидаемые потребности.
Одна из последних редакций стандартов ISO серии 9000 в России - ГОСТ Р ИСО 9000-2001, ГОСТ Р ИСО 9001-2001 и ГОСТ Р ИСО 9004-2001. В соответствии с требованиями данных стандартов на предприятии должна быть создана система качества (СК), регламентирующая выполнение всех действий согласно последним достижениям в области управления процессами. Формально, по своему содержанию система качества предприятия - это структурированный набор документов, регламентирующий определенные аспекты производственной деятельности предприятия, который включает политику в области качества, руководство по качеству, методологические инструкции (описания процедур) и рабочие инструкции (протоколы, формы отчетов, описания работ и др.). Структура документов входящих в СК предприятия в соответствии с определениями ISO 9000 представлена на рисунке 1.
Применение процессного подхода в моделировании системы менеджмента качества на авиационном производстве
Авиационное производство - сплошь процессы. Приоритет в обеспечении надежности и заданного качества производства и ремонта авиатехники, диктует необходимость подробного описания всех процессов жизненного цикла изделия /49/. Наиболее эффективную концепцию информационного описания этапов производства реализует процессный подход. "Процессный подход" как концепция известен уже давно как в методологии классического менеджмента, так и в различных его техниках, таких, например, как структурный анализ сложных систем /68/, ре-инжиниринг деловых процессов и др.
Процессный подход как принцип предполагает применение системы (сети) процессов и менеджмент процессов /63/. При построении сети процессов предполагается решение следующих задач: выделение процессов; идентификация процессов; определение взаимосвязи процессов. Менеджмент процессов заключается в планировании и обеспечении качества процессов; управлении качеством процессов; улучшении качества процессов. ГОСТ Р ИСО 9000-2001 определяет «процесс» как «совокупность: входов в выходы». В широком понимании, процесс - это логическая последовательность действий во времени /80/, в результате которой при использовании некоторых ресурсов предприятия получают доступный для наблюдения результат. Процесс активируется каким либо событием. Его элементом является действие. Каждое действие при необходимости можно декомпозировать, т.е. описать его более подробно в виде собственного процесса.
Для построения модели процесса требуется следующая информация: событие, сообщение или документ, инициирующее процесс; объект обработки процесса (обрабатываемый документ или изделие); дополнительно используемые ресурсы; перечень действий процесса; исполнители действий; длительность каждого действия; логика выполнения действий процесса. Существует три основных подхода к описанию процессов /57/.
Первый можно назвать изделиеориентированным (в частном случае, документоориентированным) подходом моделирования процесса. Данный подход объединяет в процесс действия над конкретным изделием (документом) как изображено на рисунке 8. Изделиеориентированный процесс характеризуется следующими свойствами: он обрабатывает одно изделие (документ). Хотя для обеспечения процесса могут применяться несколько изделий (документов); в процессе могут участвовать несколько исполнителей; он не привязан к какой-либо определенной цели. Изделие «Фюзеляж» Рисунок 8. Изделиеориентированная модель процесса
Данный подход удобно применять при моделировании процессов подразделений, которые ориентированны не на получение какого-либо целевого результата, а только на выполнение некоторого набора функций.
Ресурсоориентированный подход позволяет формировать процессы целиком (или частично), разбивая их на группы действий, исполняемые отдельными сотрудниками (подразделениями). Пример такой модели приведен на рисунке 9. Ресурсоориентированные процессы характеризуются следующими свойствами: все действия процесса выполняются одним исполнителем; в процессе могут использоваться различные изделия (документы); в процессе не прослеживается общая цель. Рисунок 9. Ресурсоориентированные модели процессов
Этот прием может быть полезен на стадии предварительного моделирования в тех случаях, когда каждый исполнитель выполняет значительную долю процесса без передачи его промежуточной части другим.
Третий - целеориентированный - подход состоит в том, что процесс представляется как набор действий, направленных на получение конкретного результата с использованием различных исходных данных и ресурсов (см. Рисунок 10). Данный подход отличается следующими характеристиками: процесс вырабатывает конкретный результат (документ, изделие, пр.); в процессе могут участвовать несколько исполнителей; в процессе могут создаваться и использоваться различные ресурсы (документы, изделия, инструменты).
Это подход используется для построения окончательных моделей бизнес-процессов предприятия. Целеоринтированные модели могут быть скомпилированы из моделей, построенных первыми двумя способами. Анализировать структуру бизнес-процессов подобным образом следует в тех подразделениях, которые имеют явно выраженную процессную организацию деятельности. Например, когда можно выделить подразделения, связанные с проектированием или производством, где в основе каждого процесса лежит проект.
Описание процессов должно отражать не только отдельные процессы, но также взаимосвязи и взаимодействия между процессами. Процессы вместе с взаимосвязями и взаимодействиями представляют собой сеть процессов организации. Описание сети процессов, составляющих деятельность организации - это сложная организационно-техническая задача, для решения которой требуются специальные средства описания и анализа /48/.
Впервые это обстоятельство было осознано в середине 70-х годов при реализации комплексных проектов по заказам ВВС США. В то же время была предложена и реализована программа комплексной компьютерной поддержки производства (ICAM - Integrated Computer-Aided Manufacturing), в рамках которой, в частности, применялась методология структурного анализа систем. Позже на базе этого подхода была разработана методология функционального моделирования IDEFO (Integration Definition For Function Modeling), которая в 1993 году была принята в качестве федерального стандарта в США /115/, а в 2000 году - в качестве руководящего документа по стандартизации в Российской Федерации /73/. В методологии функционального моделирования IDEF0 для графического представления процесса используется следующая нотация (см. Рисунок 11).
Факторы изменчивости результатов производственных процессов и причины их возникновения
При производстве любой продукции, в том числе авиационной техники, качество готового изделия зависит от множества самых различных факторов. В итоге, даже в условиях автоматизированного производства невозможно получить два абсолютно одинаковых изделия. Отличия в конечных результатах процесса называют изменчивостью. Следует распознавать два вида источников изменчивости: обычные причины изменчивости; особые причины изменчивости.
Обычные причины изменчивости представляют собой стабильную систему случайных факторов: случайные разбросы характеристик материалов, комплектующих, технологической оснастки, инструментов; случайные разбросы параметров технологических процессов; случайное неблагоприятное сочетание допусков в размерных технологических цепочках при изготовлении продукции и т.д.
Изменчивость, обусловленная факторами случайного характера, может быть минимизирована путем проведения специальных организационно-технических мероприятий на основе исследования результатов их статистического анализа /5, 99/.
Особые причины изменчивости представляют собой неслучайные факторы, нарушающие стабильный ход процесса. Можно выделить следующие группы факторов: применение материалов, полуфабрикатов, комплектующих изделий, не предусмотренных технологическими процессами; несоблюдение установленных нормативно-технической документацией приемов, методов и режимов обработки изделий и их испытаний; использование не аттестованных средств контроля и технологического оснащения; неудовлетворительное состояние средств технологического оснащения, ремонтной базы, испытательного оборудования; отсутствие закрепления определенных процессов за конкретными исполнителями; неполное завершение предыдущих операций; несоблюдение последовательности выполнения процессов (операций), заданных по технологическим маршрутным картам; несвоевременное предъявление на контроль первой детали; нечеткое оформление сопроводительной документации, приводящее к неоднозначному толкованию маршрутных технологий; отсутствие на рабочих местах полного комплекта документации на выполняемые технологические процессы.
Данный класс факторов можно назвать системными, поскольку они непосредственно отражают недостатки системы менеджмента качества на предприятии. Наглядно видно, что причиной возникновения данных факторов является недостаточная информационная обеспеченность процессов производства /87/, как в части доступности всей необходимой для обеспечения процесса информации, так и в части контроля за функционированием процесса (последовательности технологических операций).
Для минимизации влияния системных причин изменчивости на качество производимой продукции необходимо в разрабатываемой информационной модели авиационного производства учесть перечисленные выше факторы, нарушающие запланированное течение процесса.
Распространенный подход к управлению качеством производственных процессов зачастую ограничивается контролем выходных параметров процессов (выборочная приемка, контрольные карты, статистические методы контроля и т.д.) с последующей корректировкой параметров процесса. Реже организуется также контроль входных параметров процесса (материалов и комплектующих для сборки узлов и агрегатов). Современные тенденции развития систем качества свидетельствуют о том, что необходимо переносить контроль качества продукции с конечных этапов ее жизненного цикла на начальные - на проектирование и разработку/107/.
С целью повышения эффективности и тотальности обеспечения качества производства необходимо интегрировать элементы системы управления качеством во все компоненты, связанные с процессом производства самолета. В связи с этим, необходимо расширить интегрированную информационную модель авиационного производства, определенную выражениями (3) - (10) и (12) - (13), с учетом элементов системы качества. Данное решение иллюстрируется рисунком 10.
Функциональная модель автоматизированной системы информационной поддержки управления качеством продукции авиационного производства
Применение процессного подхода, лежащего в основе методологии CALS и реализованного в серии стандартов функционального моделирования IDEF, диктует нам необходимость разделения компонентов разрабатываемой автоматизированной системы по их функциональному предназначению /55/ -функциональная декомпозиция /82/.
Функциональность проектируемой автоматизированной системы управления качеством авиационного производства определяется структурой интегрированной информационной модели авиационного производства, основные компоненты которой описаны в главе 2 и главе 3. Поскольку данная модель фактически описывает единое информационное пространство, в рамках которого согласно концепции CALS должны взаимодействовать все информационные автоматизированные системы предприятия, то естественно заключить, что центральным функциональным компонентом автоматизированной системы будет являться единое Информационное Хранилище Данных (ИХД). ИХД реализует следующую функциональность: Хранение мета-данных интегрированной информационной модели: описание структуры модели, ее основных компонентов и их взаимосвязей. Хранение данных интегрированной информационной модели: описания реальных элементов производственной среды и процессов, параметры, показатели, справочная информация, и т.д. Предоставление компонентам программной системы унифицированного интерфейса администрирования данных и метаданных с многоуровневым разделением прав доступа. Предоставление компонентам программной системы унифицированного интерфейса планового и оперативного внесения и извлечения данных с многоуровневым разделением прав доступа.
Если первые две функции (хранение) реализуются на уровне использованной системы управления базами данных (СУБД), то функции управления доступом к содержимому ИХД реализуются через специальную программную надстройку - модуль менеджера информационного хранилища. Детальная структура и способы организации информационного хранилища данных рассматривается далее.
Информационные системы, которым для их работы нужны те или иные информационные объекты, по мере необходимости могут извлекать их из информационного хранилища данных, обрабатывать, создавая новые объекты, и помещать результаты своей работы обратно в информационного хранилища данных. Таким образом, в автоматизированной системе управления качеством авиационного производства реализуется принцип информационной интеграции производства - одного из основных положений концепции CALS.
Из списка функций, которые реализуются информационным хранилищем, ясно следует, что первоочередным компонентом разрабатываемой системы должна стать подсистема администрирования информационного хранилища данных. Логичным шагом будет разделение данной подсистемы на два отдельных модуля: модуль администрирования метаданных (управление структурой интегрированной информационной модели авиационного производства) и модуль администрирования данных (управление содержанием интегрированной информационной модели). Функциональная значимость данных модулей следует из их названия.
Информационное хранилище данных и подсистема его администрирования в большей степени реализуют служебно-вспомогательные функции по обеспечению работоспособности всей системы в целом.
Компоненты автоматизированной системы управления качеством авиационного производства, рассматриваемые далее, ориентированы непосредственно на автоматизацию информационного обеспечения процессов предприятия и управление качеством производства. Каждая из подсистем является комплексом проблемно-ориентированных программных модулей, обеспечивающих автоматизацию того или иного процесса авиационного предприятия. Общая схема функциональной декомпозиции автоматизированной системы управления качеством авиационного производства на подсистемы и программные модули приведена в таблице 4.
Первой функцией, которая реализуется подсистемой подготовки производства является формирование интегрированной базы данных состава изделия (ИБДСИ), которая содержит электронное описание самолета. ИБДСИ формируется на основе бумажных и электронных конструкторских документов, подготовленных и переданных на завод конструкторским бюро. Все модули подсистемы подготовки производства в дальнейшем используют ИБДСИ, детализируя и дополняя ее, а также формируя на ее основе новые информационные объекты и помещая их ИХД для использования другими подсистемами и модулями. Так, например, отдел главного конструктора завода прорабатывает состав изделия на предмет проверки его полноты и выделения конструктивных узлов и элементов, с целью организации производства наиболее эффективным образом за счет возможности взаимозаменяемости узлов, комплектующих элементов или материалов.
