Введение к работе
Диссертационная работа посвящена разрешению крупной научной проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение-, разработке теоретических основ и практических методов исследования, проектирования, создания и внедрения организационных и программно-технических средств систем автоматизации технологического управления производством (ТУП) как составной части комплексной автоматизации производства. Под технологическим управлением в данной работе понимается управление, при котором технология используется как универсальный ресурс для формирования управляющего комплекса Автоматизированная система ТУП (АСТУП) есть технологически и организационно оформленные программно-технические средства и методы автоматизированной обработки информации в интегрированной среде технологической подготовки и управления производством, представляющие собой целостные системы и обеспечивающие целенаправленные сбор, обработку, передачу и хранение информации в соответствии с требованиями и закономерностями, развития технологических систем управления производством.
Исследование проводилось как в аспектах, связанных с изучением и анализом объективных закономерностей формирования и развития АСТУП (инфологическая структура, функциональные элементы и компоненты, синтез моделей выбора, расчет и оптимизация технологических решений и "встраивание" их в структуру ТУП), так и в аспектах, связанных с теоретическим обоснованием и практической реализацией методов и средств АСТУП в прикладных производственных системах.
Актуальность проблем В настоящее время повсеместно развертываются работы по реализации программы тшформатизации об- щества. В рамках этой программы ставятся новые задачи по созданию и повышению эффективности работы средств вычислительной техники и автоматизированных систем различной проблемной ориентации. Постоянное повышение требований к качеству выпускаемой продукции, удовлетворение потребительского спроса на товары и услуги в условиях рыночной экономики обязывают разработчиков автоматизированных систем уделять самое пристальное внимание проблемам эффективности их создания и применения. В этой связи особенно значимыми и актуальными становятся созда-
ниє, внедрение и постоянное совершенствование организационной структуры служб, программно-технических средств и методологии технологического управления производственными системами, широкое использование для разрешения этой проблемы новых концептуальных идей, подходов и методов.
Недостатки в области организации автоматизированного ТУП (АТУП), замыкание лишь в рамках автоматизации технологического проектирования существенно снижают конечные результаты их применения по сравнению с фактическими потенциальными возможностями. Вместе с тем, на всех уровнях ТУП и по всем направлениям развития АТУП заложен огромный потенциал эффективности. Постоянно возрастающая актуальность проблемы организации и совершенствования АСТУП обусловлена их внутренней сложностью и ростом сложности внешних связей. При этом необходимо учитывать, что данная проблема возникает в достаточно явном виде лишь на определенной стадии развития процессов технологического проектировании и управления, когда они получает вполне четкое структурное оформление, а их связи с другими объектами становятся достаточно интенсивными и значимыми.
В связи с изложенным актуальность проведения теоретических исследований и обобщения практического опыта разработки и внедрения САПР с созданием на их основе систем АТУП на современном этапе развития -общественного производства чрезвычайно высока.
Оостоенкэ кшроса. Практика показывает, что'с ростом потребностей к системам, позволяющим проектировать, изготавливать изделия с новыми потребительскими свойствами и высоким качест-. вом и управлять их производством, требования к их организации и управлению ими становятся все более жесткими,так как для решения новых управленческих задач требуется создание еще более сложлых по структуре иерархических систем управления, базирующихся на современных, средствах вычислительной техники (ВТ), достижениях науки и практики. Если отдельные элементы ТУП не согласованы, то они образуют не систему, а громоздкий и малоэффективный конгломерат. Отсюда и необходимость систематического применения концептуальных идей интеграции и создания системы ТУЙ К сожалению, научно-практическая разработанность проблемы организации автоматизированных систем ТУП значительно
- з -отстает по сравнению с практической потребностью в обобщении и конкретизации знаний в этой сфере. Вследствие своей принципиальной новизныпроблема организации АСТУП не имеет пока общепризнанной структуры и сложившейся терминологии. Это объясняется также и сложностью объекта исследований, проявляющейся весьма разнообразно в технологических системах управления различной ориентации.
Комплексность исследования проблем организации АСТУП обусловливает актуальность задачи поиска единой методологической базы для оценки самых разнообразных аспектов развития автоматизированных систем технологического проектирования и управления. На этой базе необходимо разработать такие методы и средства построения систем ТУП, которые позволяли бы наиболее полно реализовать потенциальные возможности средств вычислительной техники с целью производства новых изделий.
Имеющиеся по данной тематике публикации в значительной степени разрозненны и отражают, как правило, отдельные аспекты указанной проблемы. Особенно слабо изучены вопросы взаимодействия организационной и технологической составляющих ТУП. Назрела необходимость (в рамках единой теории и концептуальных идей интеграции и интеллектуализации) в обобщенном изложении комплекса проектных решений, моделей и методов, позволяющих автоматизировать и эффективно организовывать и применять системы ТУП и находить оптимальные решения соответствующих практических задач.
Практические потребности в САПР и АСТУП обусловливают разработку и эксплуатацию многочисленных программно-технических комплексов в различных аспектах технологической подготовки и управления производством. По каждому из этих аспектов к настоящему моменту выполнены важные и .интересные работы, имеющие теоретическое и практическое значение. Вклад в развитие этих направлений внесли и вносят коллективы многих научно-исследовательских, проектных и производственных организаций в нашей стране и за рубежом.
Основы теории алгоритмизации, ' оптимизации и автоматизации технологических процессов и производств были заложены и развиваются в работах таких ученых, как В.М.Глушков, В.И.Скурихин, Г.К.Горанский, В.К.Кабулов, А.М.Гильман, Ю.М.Соломенцев, В.Д. Цветков, СБ. Михалёв, Н.Р. Юсупбеков, Н.А.Муминов,
- 4 -Т. С. Нусрагов, И. X Ситдыков, а также Дж.Ван Гиг, Дж.Клир, У. Д. Энгельке и других.
Таким образом, несмотря на наличие в настоящее время достаточно эффективных систем автоматизированного проектирования и управления производством, автоматизация этапов технологической подготовки производства, контроля и корректировки проектных технологических решений и, в особенности, формирования управляющего комплекса развита в значительно меньшей мере. Не уделяется должного внимания инфлюентному анализу параметров технологического управления производством, что отрицательно сказывается и на темпах практического внедрения в производство автоматизированных систем проектирования и управления. Существующие автоматизированные системы подвергаются критическим нападкам и скептическим оценкам со стороны потенциальных пользователей, вследствие чего многие предприятия и организации не имеют средств и систем автоматизации. Это обусловлено следующим:
-
Отсутствует единая (общая) систематизированная теория АСТУП как интегрированная система Проектирования, Контроля, Корректировки и Управляющего комплекса. Низкая эффективность обучения методам САПР и АТУП делает их малодоступными для ин-гкенерно-технического персонала. Потенциальные пользователи САПР и АСТУП недостаточно информированы об их возможностях, эффективности и научно-техническом уровне.
-
Имеет место несовместимость компонентов (лингвистического, информационного, математического и программного) САПР из-за отсутствия тезауруса - систематизированного словаря и языка описания понятий предметной области систем.
-
Разработанные математические модели и алгоритмы САПР технологических процессов не систематизированы. Совершенно игнорируется стохастичность объектов автоматизации и, следовательно, возможность стохастического моделирования и управления. Не рассматриваются с позиции единой теории варианты представления математических моделей в виде математико-аксио-матических, оптимизационных и структурных моделей соответствия.
-
Разработанные и используемые в САПР математические модели и алгоритмы жестки, трудно поддаются изменениям, основаны на традиционной, в определенной степени устаревшей инфорыаци-
- 5 -онной технологии. Они не отражают всю проблематику автоматизации проектирования и технологического управления производством. Следовательно, они, а также созданные на их основе САПР - не жизнеспособны.
5. Низка степень унификации, значительна трудоемкость создания, а такзсе недостаточна надежность и адаптируемость программных средств САПР из-за отсутствия систематики, методического обеспечения и инструментальных средств в виде автоматизированной системы организации и ведения (АСОВ) обеспечений информационных систем. В результате этого высока стоимость разработки САПР и узка их проблемная ориентация.
Решение этих проблем можно осуществить прежде всего на основе единой теории и практических методов создания систем АТУП, разработанных на принципах системного подхода, концепции четырех "К", новой информационной технологии, концептуально-целевого подхода к.проектированию систем обработки данных.
Цата пссяэйовагжз,- на основе системного исследования разработка научных основ и практическая реализация методов и средств автоматизированного технологического управления стохастическими объектами механопроизводства, реализация системо-логических и организационно-методологических средств АСТУП в интегрированных производственно-технологических системах.
Прикладная часть рассматриваемой в диссертации проблемы предполагает создание единой теорий, концепции, методики, алгоритмов и программных средств, реализующих преимущества автоматизированного оитимального технологического управления в производственно-технических системах и экспериментальную проверку предложенных методик, процедур и программных средств.
Рргн&де ксагэдованйя. В связи с масштабностью проблем организации ' АСТУП в данном исследовании не ставилась цель рассмотреть все. воаможные постановки практических задач. Основная цель работы заключается в демонстрации методологии и методов, позволяющих решать разнообразные задачи создания АСТУП, и поиске рациональных проектных решений, возникавших в процессе разработки и при эксплуатации АСТУД С этих позиций границы исследований глубоко охватьщают автоматизацию систем технологического управления производством деталей резанием; формирование АСТУП заготовительным и холодно-штамповочный произволе-
- б -
твом, постановочно рассматриваются вопросы организации автоматизированного технологического управления литейным и сварочным производством.
Методы исследования. Диссертационная работа основывается на методологии системно-информационного анализа функционирования автоматизированных систем проектирования и управления и создаваемых на их основе технологических систем обработки информации, дополненной идеями системологии и структурного анализа. В работе использованы методы теории систем.и системологии, теории информации, теории искусственного интеллекта, исследования операций, стохастического программирования и инф-люентного анализа.
Научная новизна. Теоретическое обобщение научных идей и практическое решение системотехнических проблем автоматизации ТУП позволили предложить единый методологический подход к разрешению указанной проблемы и построить систему взаимосвязанных моделей и методов, адекватно отображающих процессы функционирования систем технологического проектирования и управления производством и позволяющих оперативно и качественно . решать различные практические задачи ТУП.
Основной тезис, который защипнется в диссертации, заключается в том, что технология рассматривается как универсальный ресурс при решении задач организации, адаптации, регулирования и управления дискретным производством. Управление, использующее этот универсальный ресурс для формирования управляющего комплекса,называется технологическим управлением. Системы технологического управления производством по своей природе и смыслу своего существования доляны быть эффективными. Такая эффективность достигается автоматизацией систем ТУП путем применения средств вычислительной техники и экономико-математических методов.
Формирование управляющего комплекса АСТУП требует проведения теоретических исследований и обобщения практического опыта организации и использования систем автоматизированного проектирования и управления в различных производственных сферах. Автор стремился на конкретных примерах развить теорию и методику научных исследований по автоматизации и организации систем ТУП применительно к дискретным производственным про-
цессам.
Основные поютения, выносимые на защиту.
Сформирование концептуальных идей и содержательной части структуры теоретики-методологических аспектов построения систем автоматизированного технологического управления и их трансформация в инфологический облик АСТУП.
-
Системный анализ, систематизация и структуризация понятий, данных, моделей и методов принятия решений с целью автоматизации и оптимизации ТУП.
-
Концепции и методологические основы автоматизированного ТУП как научно обоснованной и логически завершенной системы автоматизированного ТУП.
-
Комплексное проектирование, организация, ведение и развитие системы для достижения максимума системного эффекта при АСТУП.
-
Разработка, исследование и теоретико-прикладное обоснование математического обеспечения АСТУП, включая математические модели и методы автоматизации принятия технологических решений, и их оптимизация в условиях вероятностной, неполной и нечеткой информации.
-
Развитие аппарата формализации и обработки моделей, знаний и процедур технологического проектирования, контроля и управляющего комплекса, а также создание на их основе языковых, понятийных, алгоритмических и программных средств, реализующих эти процедуры.
-
Математические модели, численные алгоритмы и программы расчета и оптимизации проектных технологических решений (с учетом стохастичнрсти и нечеткости объектов), процедур формирования управляющего комплекса и выбора оптимальных управленческих решений при организации АГУЛ. «
-
Реализация разработанных принципов и -компонентов АСТУП и практическое подтверждение эффективности предлагаемых методов и средств при автоматизированном технологическом управлении машиностроительным, приборостроительным и электротехническим производством.
Практическая цешшстъ. Полученные автором диссертации результаты были использованы при создании ряда АСТУП, применяющихся для автоматизации технологической подготовки произ-
водства и организации оптимального технологического управления механообрабатывающим, раскройно-заготовительным, сварочным и литейным производством, а также при производстве эмальпосуды. Предложены . оригинальные . методы и программно-технические средства обработки информации и принятия решений, предназначенные для решения задач моделирования и управления в условиях нечеткости информации и вероятностного поведения объекта. Концептуальные, информационные и математические модели и методы, представленные в работе, значительно расширяют возможности технологов при выборе эффективных решений в задачах технологической подготовки и управления производством. Теоретические,, методологические и программные средства разработки могут использоваться при проектировании конкретных систем. автоматизированного проектирования и управления сложными технологическими объектами, трудно поддающимися формализации в терминах классической математики. Предложенные подходы, модели и разработки целесообразно использовать в САПР и АСТУП, действующих в реальном масштабе времени.
Реализация результатов работы Проведенные исследования являются составной частью госбюджетных и хоздоговорных научно-исследовательских работ, которые выполнялись в Ташкентском политехническом институте, УзНПО "Кибернетика" АН Республики Увбекистан и Институте кибернетики им В. М. Гдушкова АН Украины в период с 1978 по 1993 г. в соответствии с рядом государственных, республиканских и ведомственных программ и заданий. В их числе можно назвать'следующие:
-
Исследование и разработка лингвистического обеспечения проектирования технологии производства для САПР технологического направления (гос.per. No 80049809).
-
Исследование теории автоматизации и автоматизированной технологической подготовки производства (roc. per. N 01827058293)
-
Исследование методов построения интеллектуальных средств принятия решений в интегрированных САПР (гос. per. No 01860060994).
4."Экспертная.система конструкторско-технологического назначения" по программе СП-1 международного сотрудничества стран-членов СЭВ в области применения средств вычислительной техники (1988-1990 гг.).
- 9 -5. Разработать методологию оптимизации информационных процессов при интеграции разнородных систем управления и обработки данных и исследовать источники системного эффекта ( БГ&410.11. , 1991-1995гг.).
-
Интегрированная система автоматизированного проектирования и технологического управления заготовительным производством ПО"Узбекхлопкомаш" ( х/д 11/86).
-
Разработка системы автоматизированного технологического управления производством деталей резанием на токарных автоматах и полуавтоматах в ПО "Узбекхлопкомаш" (х/д 28/88).
-
Программно-ориентированный комплекс для автоматизированного проектирования технологии раскройно-заготовительного производства УзНПО"Электротерм" (х/д 5/90).
-
Экспертная система технологического управления производством товаров народного потребления (х/д 11/91).
9. Автоматизированная система технологического управления
производством на Ташкентском моторном заводе (х/д 1/92).
Теоретические положения и научные результаты диссертации апробированы в условиях ряда действующих производственных систем, как АСТУП Ташкентского моторного заЕода, АСТУП П0"Уз-бекхлопкомаш", Проблемно-ориентированный программно-технический комплекс автоматизации раскройно-заготовительного производства УзНП0"Злектротерм", Экспертная система технологического назначения Бекабадского металлургического комбината и др. В проектных организациях, как п/я А-14Б0 (г.Москва), Ташкентское ПКБ АСУ НПО"Сигнал", использованы научные результаты по разработке лингвистического обеспечения САПР технологи-' ческого направления. Основные положения диссертационной работы включены в лекции и читаются автором студентам системотехнических специальностей Ташкентского государственного технического университета, а также слушателям курса "Основы вычислительной техники" на кафедре "Информатика и вычислительная техника" АН Республики Узбекистан.
Некоторые результаты' проведенных исследований по оптимальной организации формирования, размещения и обработки информации были использованы при "Разработке структуры и ведении информационного обеспечения системы "РЛДЛ-МАЖЛИС" (на узбекском и русском язьвач)" в составе системы информационного
- 10 -обслуживания народных депутатов Республики Узбекистан "РА-ДА-МАКЛИС" в Верховном Совете Республики Узбекистан.
Имеются акты о внедрении выполненных разработок.
Суммарный годовой экономический зффект от внедрения результатов диссертационной работы на названных предприятиях и организациях составляет свыше 5 млн. руб.
Апробация роботы. Результаты работы докладывались на Республиканских конференциях "Методологические и прикладные аспекты систем автоматизированного проектирования" (Ташкент, 1981,1987), "Состояние и перспективы применения вычислительной техники в машиностроительной промышленности Узбекистана" (Ташкент, 1982), "Задачи молодых ученых и специалистов в повышении качества выпускаемой продукции и освоении производственных мощностей" (Ташкент, 1983), "Повышение эффективности производства механизацией и автоматизацией механосборочных и вспомогательных процессов в машиностроении" (Ташкент, 1983); Всесоюзных конференциях "Автоматизированные и роботизированные комплексы сборки изделий и оборудований для сельского хозяйства "Сборка-84" (Москва, 1984), " Методы и средства решения задач в интегрированных АСУ" (Ташкент, 1984), "Математическое обеспечение интеллектуальных систем САПР-ГАП" (Ижевск,1988), "Системы баз знаний и данных" (Калинин, 1989), "Программное обеспечение новых информационных технологий" (Тверь, 1991), "Системный анализ" (Ташкент,1992); на научных семинарах отдела N 410 "Автоматизированные системы обработки данных" Института кибернетики им. Е М. Глушкова АН Украины (1990-1993 гг.) и на расширенных научно-методологических семинарах лабораторий, кафедры "Информатика и вычислительная техника" и Научно-технического центра "СОВРИН" УзНП0"Кибернетика" АН Республики Узбекистан (1986-1993 гг.).
Публикации. По теме и материалам диссертации опубликованы одна монография и 34 печатные работы.
Личный вклад автора. Все результаты, представленные в диссертационной работе, получены автором лично. В совместных публикациях имеет место неделимое соавторство.
. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 143 наименований и приложений. Основное содержание изложено на 230 стра-
ницах машинописного текста, содержит 31 рисунок и 25 таблиц. В приложении приведены копии документов,подтверэдающие использование результатов диссертации.
Автор выражает свою благодарность академику АН Украины В. И. Скурихину и доктору техн. наук, проф. Т. С. Нусратову за полезные советы и внимание, оказанное в процессе выполнения диссертационных исследований.