Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Принципы автоматизации управления конструкторско технологической подготовкой производства 13
1.1. Модель жизненного цикла как основа автоматизации процесса управления конструкторско-технологической подготовкой производства 13
1.1.1. Общая структура жизненного цикла и этапы жизненного цикла 14
1.1.2. Управление жизненным циклом изделия на основе методов управления проектами
1.2. Концепция автоматизации процессов планирования и управления жизненным циклом изделия на основе построения единой системы конструкторско-технологической подготовки производства 21
1.3. Автоматизация управления конструкторско-технологической подготовкой мелкосерийного многономенклатурного производства на предприятии
1.3.1. Особенности и направления автоматизации дискретного многономенклатурного мелкосерийного производства 25
1.3.2. Планирование конструкторско-технологической подготовки мелкосерийного многономенклатурного производства 29
1.3.3. Формирование нормативов выполнения работ с использованием дерева состава изделия на этапе КТПП 31
1.3.4. Определение трудоемкости проектирования изделия 33
1.3.5. Определение сроков запуска-выпуска изделия на этапе КТПП 34
1.3.6. Проектные решения по созданию автоматизированной системы управления конструкторско-технологической подготовкой производства
1.4. Критерии оценки эффективности управления жизненным циклом продукции 38
1.5. Постановка задачи управления конструкторско-технологической подготовкой производства на основе процессов жизненного цикла изделия 40
Выводы по Главе 1 45
ГЛАВА 2. Математические модели планирования и управления жизненным циклом изделия 46
2.1. Модели жизненного цикла изделия с упорядоченными событиями 46
2.1.1. Особенности сетевой модели жизненного цикла 46
2.2. Задача укрупнения сетевой модели жизненного цикла изделия 47
2.2.1. Преобразование сетевой модели жизненного цикла к модели с упорядоченными событиями на основе процедуры укрупнения 47
2.2.2. Эквивалентное по времени и стоимости укрупнение сетевой модели жизненного цикла 48
2.2.3. Процедура объединения и укрупнения при наличии сопряженных работ 50
2.2.4. Процедура объединения и укрупнения при наличии общих операций 52
2.3. Задача анализа жизненного цикла изделия по временным и стоимостным параметрам 54
2.3.1. Задача минимизации издержек полного жизненного цикла изделия 54
2.3.2. Параметрический анализ жизненного цикла изделия по критериям время стоимость 55 2.4. Анализ ресурсной осуществимости жизненного цикла изделия 60
2.4.1. Задача ресурсного календарного планирования процессов жизненного цикла изделия с использованием точного метода составления расписаний 60
2.4.1.1. Общая схема точного метода 60
2.4.1.2. Составление множеств логически - и ресурсно-допустимых фронтов 61
2.4.1.3. Постановка задачи линейного программирования в точном методе 62
2.4.1.4. Минимизация числа прерываний работ 63
2.4.1.5. Решение задачи минимизации числа прерываний работ методом ветвей и границ 2.4.1.5.1. Постановка задачи минимизации числа прерываний в точном методе 65
2.4.1.5.2. Алгоритм метода ветвей и границ для решения задачи минимизации числа прерываний 66
2.4.2. Применение алгоритма перераспределения ресурсов для управления жизненным циклом продукции 67
2.4.2.1. Построение математической модели 69
2.4.2.2. Формализация задачи 71
2.4.2.3. Описание эвристического метода планирования 72
2.4.3. Разработка имитационной модели управления жизненным циклом изделия 75
2.4.3.1. Алгоритм реализации имитационной модели 76
2.4.3.1.1. Моделирование случайной продолжительности выполнения работ 76
2.4.3.2. Подмодель оптимизации распределения ресурсов 78
2.4.3.2.1. Распределение ресурсов между работами, находящимися в очереди 79
2.4.3.3. Подмодель оптимизации распределения ресурсов для случая условно-оптимальной модели 80
2.4.3.3.1. Распределение ресурсов между работами, находящимися в очереди для условно оптимальной стоимостной модели 81
2.4.3.4. Оценка вероятности попадания работы на критический путь 82
2.4.4. Численное исследование алгоритма перераспределения ресурсов 82
2.4.4.1. Исходные данные 82
2.4.4.2. Полученные результаты 84
2.5. Использование сетевых моделей с альтернативной структурой для моделирования
жизненного цикла изделия 86
2.5.1. Разработка модели жизненного цикла с использованием сетевой модели с альтернативной структурой 86
2.5.2. Описание альтернативной сетевой модели 87
2.5.3. Построение математической модели составления ресурсно-допустимого календарного плана комплекса работ полного жизненного цикла для сетевых моделей с неопределенной структурой
2.5.3.1. Основные обозначения 88
2.5.3.2. Критерий и алгоритм составления календарного плана работ 89
2.5.3.3. Описание алгоритма составления календарного плана работ 89
2.5.3.3.1. Подалгоритм 1 составления совмещенных вариантов 90
2.5.3.4. Алгоритм составления множества максимальных путей 91
2.5.3.5. Алгоритм перехода между путями максимальной длины 92
2.5.3.5.1. Подалгоритм 2 составления календарного плана 94
2.6. Применение метода имитационного моделирования для анализа сетевой модели
жизненного цикла проекта по временным и ресурсным параметрам 96
2.6.1. Описание исходных данных 96
2.6.2. Инициализация решения 97
2.6.3. Результат решения 99
Выводы по Главе 2 101
ГЛАВА 3. Исследование и разработка методов управления жизненным циклом изделия на этапе конструкторско технологической подготовки производства 102
3.1. Методика проектирования системы КТПП на основе критериев эффективности 102
3.2. Функциональное моделирование системы конструкторско-технологической подготовки производства с использованием концепции жизненного цикла
1 3.2.1. Разработка функциональных моделей процесса конструкторско-технологической подготовки производства 107
3.2.2. Функциональная модель жизненного цикла конструкторской документации
1 3.3. Проектные решения по созданию системы управления конструкторско-технологической подготовкой производства 114
3.4. Выбор структуры и параметров АСКТПП по заданным критериям качества 1 3.4.1. Моделирование АСКТПП на основе методов теории массового обслуживания 117
3.4.2. Определение конфигурации АСКТПП на основе критерия минимизации экономических потерь.. 118
3.4.3. Определение конфигурации АСКТПП с учетом отказов в обслуживании 120
Выводы по Главе 3 122
ГЛАВА 4. Разработка программного обеспечения автоматизированной информационной системы управления жизненным циклом продукции 123
4.1. Создание интегрированной автоматизированной системы управления процессами конструкторско-технологической подготовки производства 123
4.2. Разработка автоматизированной информационной системы управления процессами инструментального производства приборостроительного предприятия в условиях мелкосерийного многономенклатурного производства 128
4.3. Разработка автоматизированной информационной системы управления процессами подготовки производства на основе технологии управления потоками работ процессов жизненного цикла изделия – WorkFlow 135
4.4. Разработка автоматизированной информационной системы управления техническим документооборотом с использованием электронного архива 139
4.5. Разработка программных систем ресурсного календарного планирования и анализа этапов жизненного цикла изделия на этапе КТПП 142 4.5.1. Разработка программной системы календарного ресурсного планирования жизненного цикла изделия на этапе КТПП 142
4.5.2. Разработка программной системы временного, стоимостного и ресурсного анализа процессов жизненного цикла продукции 145
4.5.3. Разработка программной системы анализа и планирования жизненного цикла проектов с альтернативной структурой 148
Выводы по Главе 4 151
Основные выводы и результаты 152
Список сокращений и условных обозначений 154
Список литературы
- Концепция автоматизации процессов планирования и управления жизненным циклом изделия на основе построения единой системы конструкторско-технологической подготовки производства
- Задача укрупнения сетевой модели жизненного цикла изделия
- Разработка функциональных моделей процесса конструкторско-технологической подготовки производства
- Разработка автоматизированной информационной системы управления процессами подготовки производства на основе технологии управления потоками работ процессов жизненного цикла изделия – WorkFlow
Введение к работе
Актуальность темы. Создание инновационной продукции, внедрение эффективных ресурсосберегающих технологий производства, организация и управление технологической цепочкой на основе автоматизированных информационных систем являются основными инструментами и методами организации устойчивого экономического развития промышленных предприятий на основе концепции управления жизненным циклом изделия.
Методы поэтапного управления жизненным циклом используются в производственном и проектном менеджменте и позволяют повысить конкурентоспособность выпускаемой продукции, эффективно управляя материальными и денежными потоками, особенно в условиях мелкосерийного многономенклатурного производства в рамках процессного подхода к управлению и автоматизации. Качество продукции промышленных предприятий существенным образом определяется стадиями жизненного цикла, связанными с конструкторско-технологической подготовкой производства, определяя показатели эффективности и эксплуатационно-технические характеристики изделий, их конструктивные параметры. При управлении производственными процессами необходимо учитывать уровень ресурсного обеспечения, требуемые материальные затраты, сроки производства, требования заказчиков и конечных потребителей к инновационной продукции. При сокращении объема партии и увеличении числа модификаций каждого вида продукции возрастает доля материальных и ресурсных затрат, приходящихся на этапы подготовки производства: проектирование, испытания, освоение - причем на изготовление изделия, как правило, будет затрачиваться незначительная часть всего времени выполнения заказа. Следовательно, основные резервы сокращения времени производственного цикла изделия и затрат на его производство лежат в сфере комплексной автоматизации производственных процессов.
В результате возникает задача автоматизированного планирования и управления стадиями жизненного цикла, используя проектно-ориентированный и системный подходы.
Разработке и исследованию математических моделей и методов управления производственными системами на основе информационных технологий, применению проектно-ориентированного подхода, созданию автоматизированных адаптивных систем управления промышленными предприятиями на основе концепции жизненного цикла изделия посвящены работы ведущих отечественных и зарубежных ученых Судова Е.В., Голенко-Гинзбурга Д.И., Туккеля И.Л., Левина А.И., Буркова В.Н., Миронесецкого Н.Б., Соломенцева Ю.М., Братухина А.Г., Ильина В.В., Новикова Д.А., Новицкого Н.И., Первозванского А.А., Португала В.М., Эн-гельке У.Д., Фатрелл Р.Т., Татевосова К.Г., Разумова И.М., Саломатина Н.А., Се-дегова Р.С., Шкурбы В.В., Козловой О.А., Макмиллана Ч., Думлера С.А. и др.
Современные методы управления конструкторско-технологическим документооборотом Workflow существенно расширяют функциональность автоматизированных информационных систем.
Таким образом, задача автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства с использованием методов математического моделирования,
планирования и управления проектами по временным, стоимостным и ресурсным параметрам является актуальной.
Цель диссертационного исследования - разработка методов и средств автоматизированного управления жизненным циклом продукции на основе проектно-ориентированного подхода на этапе конструкторско-технологической подготовки производства в условиях мелкосерийного многономенклатурного производства.
Достижение поставленной цели предусматривает решение следующих задач диссертационного исследования:
выбор и обоснование структуры системы автоматизации процессов управления конструкторско-технологической подготовкой в условиях мелкосерийного многономенклатурного производства;
формирование частных и обобщенных критериев оценки процессов конструкторско-технологической подготовки производства, учитывающие стоимостные, временные и ресурсные показатели;
разработка математических моделей жизненного цикла с использованием детерминированных и стохастических методов;
анализ процессов управления конструкторско-технологической подготовкой производства с использованием методов математического моделирования;
разработка методов проектирования автоматизированной системы управления с использованием концепции жизненного цикла;
разработка программного обеспечения автоматизированной системы управления жизненным циклом продукции на этапе конструкторско-технологической подготовки производства.
Объектом диссертационного исследования являются процессы планирования и управления конструкторско-технологической подготовкой производства.
Методы исследования. В работе использовались методы структурного системного анализа, математического и компьютерного моделирования, моделирования бизнес-процессов, методы управления проектами, методы теории массового обслуживания, математические методы сетевого планирования и управления проектными разработками, методы математического программирования, методы проектирования программного обеспечения.
Научная новизна заключается в следующем:
предложена, обоснована и реализована концепция автоматизации процессов управления жизненным циклом изделий в условиях мелкосерийного многономенклатурного производства, обеспечивающая достижение заданных временных, стоимостных и ресурсных показателей;
разработана совокупность математических моделей жизненного цикла, позволяющая получать итоговые характеристики проектируемых изделий при варьировании структуры и параметров режимов управления производственными процессами;
предложен метод анализа процессов управления на этапе конструкторско-технологической подготовки производства, который позволяет выявить и исследовать взаимное влияние параметров планирования и управления и обосновать
конфигурацию автоматизированной информационной системы на этапе математического моделирования;
- разработана методика проектирования автоматизированной информационной
системы управления жизненным циклом продукции, позволяющая учитывать ряд
основных критериев, требований и условий к производственным процессам.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
разработаны информационные и функциональные модели процессов конст-рукторско-технологической подготовки производства, которые позволяют использовать технологию управления потоками работ - WorkFlow;
разработано, протестировано и внедрено программное обеспечение автоматизированной информационной системы конструкторско-технологической подготовки в условиях мелкосерийного и многономенклатурного производства;
реализован набор программных средств, реализующих функции календарного, стоимостного и ресурсного планирования комплекса работ проектов «TSR Planner», «LCS Analyst», «NetOptim», «Project Optimization SoftWare Tool», «ProRisk Analysis».
автоматизированная информационная система реализует возможность адаптации и настройки подсистем управления данными об изделиях и документооборотом, что обеспечивает переносимость программного обеспечения и расширяет возможности его использования в условиях различных видов производств, позволяя сократить сроки подготовки конструкторской документации до 10%, снизить себестоимость продукции до 10%, сократить сроки разработки и выпуска конкурентоспособной продукции до 15%.
Основные положения, выносимые на защиту:
- детерминированные и стохастические математические модели процессов
управления жизненным циклом изделий по временным, стоимостным и ресурс
ным параметрам;
- информационные и функциональные модели процессов планирования и
управления данными об изделиях на этапе конструкторско-технологической под
готовки производства;
- процедуры и результаты математического моделирования и параметрическо
го анализа процессов управления жизненным циклом изделия;
- методика проектирования автоматизированной информационной системы
управления жизненным циклом продукции, позволяющая сократить и повысить
конкурентоспособность выпускаемой продукции.
Внедрение результатов работы
Результаты диссертационного исследования использованы при проведении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ между НИЯУ МИФИ и отраслевыми предприятиями при решении задач автоматизации деятельности опытного производства в условиях мелкосерийного многономенклатурного производства.
Теоретические и практические результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы, использованы в учебном процессе НИЯУ МИФИ при разработке практических, лекционных, семинарских занятий и лабораторных работ по дисциплинам «Системный анализ», «Управление проектами», «Анализ инвестиционных проектов».
Получены акты о внедрении результатов диссертационной работы в научно-исследовательские и опытно-конструкторские предприятия, а также в рамках учебного процесса НИЯУ МИФИ.
Апробация работы:
Основные результаты диссертационного исследования докладывались на следующих конференциях:
Международной конференции «Высокотехнологичные малые предприятия HTSF 2015», г. Гронинген, Нидерланды, Университет Гронингена, 3-5 июня 2015 г.;
Международной конференции «Высокотехнологичные малые предприятия HTSF 2014», г. Энсхеде, Нидерланды, Университет Твенте, 17-18 июня 2014 г.;
Международной научно-практической конференции «Инновационные преобразования, приоритетные направления и тенденции развития в экономике, проектном менеджменте», Санкт-Петербург, 29-30 апреля 2014 г.;
Международной научно-практической конференции «Современные направления развития гуманитарных наук», Пекин, КНР, 10-11 ноября 2011г.;
Конференции: «Экономические и правовые проблемы инновационного развития атомной отрасли», Москва, НИЯУ МИФИ, 3-5 февраля 2011 г.;
XII международной научно-практической конференции «Системный анализ в проектировании и управлении», Санкт-Петербург, 24-26 июня 2008 г.;
2-ой международной конференции и выставке «Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта CAD/CAM/PDM», Москва, 14-16 февраля 2002 г.
Результаты диссертационного исследования в составе демонстрационного стенда «Создание действующего макета интегрированной информационной среды на базе распределенного стенда виртуальной корпорации с использованием компонентов CALS - технологий» демонстрировались в качестве экспоната выставки «МИФИ-городу Москве-2004».
Достоверность результатов обеспечивается корректностью применяемого математического аппарата, доказанностью выводов, совпадением теоретических результатов с экспериментальными данными, а также успешной практической реализацией результатов в научно-практической и образовательной деятельности, апробацией на научно-практических конференциях, семинарах, выставках, внедрением результатов исследований в ряд разработок на промышленных предприятиях.
Публикации. Результаты диссертации отражены в 28 печатных работах, в числе которых 4 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 5 - в изданиях, индексируемых Scopus и в 7 свидетельствах об официальной регистрации программ для ЭВМ.
Личный вклад автора. Основные научные результаты, заключающиеся в разработке концепции автоматизации процессов управления жизненным циклом изделий в условиях мелкосерийного многономенклатурного производства, создании математических, информационных и функциональных моделей, разработке метода анализа процессов управления, проведении и выбора проектных решений на основе разработанной методики создания автоматизированной системы, получены автором лично.
Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит 250 страниц машинописного текста, введение, четыре главы, заключение, список использованных источников и шесть приложений. Основная часть диссертации содержит 162 страницы текста, 84 рисунка и 12 таблиц. Список использованных источников включает 207 наименований, приложения составляют 74 страницы.
Концепция автоматизации процессов планирования и управления жизненным циклом изделия на основе построения единой системы конструкторско-технологической подготовки производства
Процессы конструкторско-технологической подготовки производства направлены, в конечном счете, на создание новой продукции, новых образцов техники или технологии [1]. Задача создания отечественной высокотехнологичной продукции особенно в условиях мелкосерийного многономенклатурного производства становится особенно актуальной в последнее время в связи с макроэкономической ситуацией и тенденциями развития конкурентной среды. В последнее время Российская Федерация взяла курс на импортозамещение высокотехнологичной продукции иностранного производства на продукцию отечественного производства, к которой предъявляются повышенные требования к надежности, качеству, долговечности функционирования.
В настоящее время конкурентоспособность предприятия напрямую зависит от продолжительности жизненного цикла продукции. Сокращение времени выхода на рынок новых образцов продукции до 2-3 месяцев, в последнее время, позволяет говорить о том, что продолжительность жизненного цикла является конкурентным преимуществом.
Использование методов управления проектами [1, 2, 4, 5, 10] и проектными данными об изделиях позволяет применить инструментальные и математические методы управления проектами для ресурсного, временного и стоимостного анализа и планирования этапов жизненного цикла высокотехнологичной продукции, особенно на стадии конструкторско-технологической подготовки производства, от успешной реализации которой существенным образом зависят сроки освоения производства новых изделий.
Объектом анализа настоящего исследования выступает автоматизация и управление процессами конструкторско-технологической подготовки мелкосерийного многономенклатурного производства на основе математических моделей управления проектами и жизненного цикла изделия.
Следует отметить, что многономенклатурное многосерийное производство высокотехнологичной продукции заключается в создании образцов новой техники [7], а следовательно, и процесс создания новой техники может быть представлен в формате проекта [2, 10] с применением методов проектно-ориентированного анализа и управления.
Является очевидным, что мелкосерийное многономенклатурное производство носит про-ектно-ориентированный характер, поэтому, к производству данного вида могут быть приме нены методы проектно-ориентированного планирования и управления на всех стадиях жизненного цикла проекта и продукта [3, 28, 29, 31].
Возникает кооперативная среда, в которой совместно реализуются и инициируются высокотехнологичные проекты. Возникает задача управления множеством или портфелем проектов на промышленном предприятии с применением современных систем автоматизации процессов жизненного цикла продукции [32, 34, 38, 41], а также и систем управления проектами. Выработанные принципы и методологические подходы к управлению проектами могут быть распространены и перенесены на процессы жизненного цикла изделия, т.е. быть включенными и в этапы конструкторско-технологической подготовки производства.
Согласно международным стандартам качества продукции серии ISO 9000 [190, 191], изделием (в этих стандартах оно именуется «продуктом») является результат некоторой деятельности или выполненных процессов. Выделяют четыре категории продуктов: технические средства - осязаемый отдельный продукт определенной формы; программное обеспечение - результат интеллектуальной деятельности, состоящий из информации, выражаемой с помощью обеспечивающих средств; обработанные материалы - осязаемый продукт, являющийся результатом преобразования сырья в желаемое состояние; услуги - итоги непосредственного взаимодействия поставщика и потребителя и внутренней деятельности поставщика по удовлетворению потребностей потребителя.
В этих же стандартах вводится понятие жизненного цикла (ЖЦ) продукта, т.е. совокупности процессов, выполняемых в течение реального времени, от момента выявления потребностей общества в определенном продукте до момента удовлетворения этих потребностей и утилизации продукта. Можно выделить [3, 179, 190, 191] 11 этапов ЖЦ продукта (некоторые из этих этапов могут выполняться по несколько раз и/или пересекаться с другими этапами ЖЦ):
Структура жизненного цикла продукции [1, 24] Концепция управления жизненным циклом изделия связана с задачами создания автоматизированных информационных систем управления, выстраиваемых на принципах и стандартах CALS-технологий [16, 28, 29, 31, 76], что обеспечивает системное управление процесса ми жизненного цикла на основе единого информационного пространства промышленного предприятия, на базе которого выстраиваются эффективные взаимодействия участников разработки новых продуктов, используя в том числе и проектно-ориентированные формы управления [18].
Рассмотрим взаимозависимость жизненного цикла проекта и жизненного цикла продукта. Согласно стандарту PMBOK [17, 18, 179] жизненный цикл проекта состоит из множества этапов создания изделия. Отдельные проекты, реализуемые промышленным предприятием, могут быть направлены на повышение качества, производительности, эффективности и других характеристик создаваемого продукта [34, 38]. В проектах по созданию программных систем используются различные модели жизненного цикла продукта (программной системы), при этом жизненный цикл проекта может быть включен в состав модели жизненного цикла изделия. На рис. 1.3 представлена модель жизненного цикла проекта, совмещенная с моделью жизненного цикла изделия.
Задача укрупнения сетевой модели жизненного цикла изделия
На первом шаге точного метода решения составляются все различные логически допустимые фронты КР. Множество логически допустимых фронтов можно получить, образовав сначала множество всех различных совокупностей работ комплекса и оставив из них затем только те, которые удовлетворяют определению фронта.
С точки зрения отношения предшествования фронт работ есть множество несравнимых по отношению предшествования-следования работ. Очевидно, что любое непустое подмножество фронта работ есть также фронт. Поэтому перечисление возможных фронтов может быть построено в двухэтапной схеме: на первом этапе формируются различные наиболее полные (главные) множества несравнимых работ; на втором этапе по каждому главному фронту составляются частные фронты, являющиеся подмножествами главного. Объединение всех различных частных фронтов дает полное множество всех фронтов сети.
Множество всех различных совокупностей работ можно разбить на непересекающиеся подмножества по признаку вхождения в них фиксированной работы: одно подмножество будет включать совокупности, каждая из которых содержит фиксированную работу; совокупности другого подмножества ее содержать не будут. Каждое из описанных двух подмножеств может быть разбито на два подмножества по признаку вхождения в них другой работы КР. Такая дихотомия осуществляется столько раз, какова мощность множества работ, т.е. U раз (число работ комплекса). В результате будет получено (2и -1) различных одноэлементных подмножеств множества всех совокупностей комплекса. Отметим, что не каждая из возможных совокупностей работ может быть фронтом. Нужна проверка несравнимости всех работ данной совокупности, чтобы ее можно было назвать фронтом. Сначала можно построить множества работ, несравнимых с данной работой и .
Множество работ, несравнимых с работой и , будет равно U = /\({и}и/ и/ ), причем U гл +и =0 . Множества U и U+u строятся следующим образом: U и =U /ы u U 2 yj ... yj U т , щ,и2,...,ит sU , m_=U ; Uи = Ul u U+U1 u U+u2 u ... u U+um+ , щ,и2,...,ит eU+u, m+ =U+u. Поскольку каждая работа имеет номер, составленный из соответствующих ей номеров начального и конечного событий, то множества U (+) можно легко построить, включая в них те работы, номера конечных (начальных) событий которых совпадают с номером начального (конечного) события работы и . На втором шаге каждый частный фронт из { }проверяется на ресурсную допустимость или на физическую реализуемость. Ресурсы, необходимые работам данного фронта F, (при фиксированных способах их выполнения), суммируются, и полученная сумма rl = / г , ueFl сравнивается со значением гo . Если неравенства г/ гo выполняются для всех х и к , то фронт F, является ресурсно-допустимым. Если у работы и имеется несколько способов выполнения, то система указанных неравенств составляется для всех комбинаций способов всех работ фронта. Таким образом, с учетом разных способов выполнения работ из одного логически допустимого фронта может возникнуть несколько ресурсно-допустимых фронтов либо ни одного.
На третьем шаге ставится задача линейного программирования относительно длительностей ресурсно-допустимых фронтов KP [112]. Требуется определить оптимальные продолжительности фронтов комплекса работ проекта, обеспечивающие минимизацию продолжительности выполнения комплекса работ.
Неизвестная длительность выполнения элемента F, множества {F, }R обозначается х,, 7 = 1, {F,}R ; целевая функция Ткр = {,xi m n, при ограничениях х{ 0 ; 2_, = 1 , и е U , где 7(7) - есть номер способа выполнения работы и в F,, а 7Ш(/) - продолжительность выполнения работы и при 7-м способе ее выполнения внутри фронта і7/. Существенными ограничениями ЗЛП являются требования полного выполнения каждой работы и комплекса по совокупности выполнения всех тех фронтов F,, в которые входит эта работа - 2{, = 1 . При этом предполагается, что степень завершенности работы 1{1) У I } К 1(1) линейно зависит от фазы и что после прерывания степень завершенности работы не снижается. Число слагаемых в каждом ограничении равно числу фронтов, в которые работа и входит вне зависимости от способа ее выполнения. Число ограничений-равенств равно числу действительных работ комплекса. После решения ЗЛП некоторые переменные могут оказаться равными нулю. Это означает, что соответствующие фронты, хотя и являются ресурсно-допустимыми, но их использование в КП не обеспечивает минимума Тк .
На этом первая часть задачи КП завершается и достигается ее основная цель - минимальная продолжительность. Далее решается вторая часть - минимизация числа прерываний работ в КП. индикатором пустого фронта - фронта, являющегося исходным и завершающим для КП. Количество столбцов в таблице превышает число работ комплекса за счет того, что работы в оптимальном КП учитываются столько раз, сколькими способами они выполняются. Способ выполнения работы указан в скобках в обозначении столбцов матрицы. Учет разных способов вызван тем, что смена способа считается самостоятельным прерыванием работы (хотя работа при этом будет продолжаться, но другим способом).
Разработка функциональных моделей процесса конструкторско-технологической подготовки производства
Для решения поставленной задачи интеграции систем PDM и CAD было разработано программное обеспечение на уровне API-интерфейса для обмена следующими данными: справочная информация из PDM в CAD - систему: классы материалов, материалы, инструменты, оснастка, измерительная техника. состав изделия из PDM в CAD: перечень изделий верхнего уровня, перечень изделий, входящих в состав изделия верхнего уровня. маршрутная технология из CAM в PDM: маршрутно-технологические карты, карты настройки инструментов и оборудования, инструменты и оснастка, используемые в маршрутной технологии, материалы, используемые в маршрутной технологии, измерительная техника, используемая в маршрутной технологии. Каждая система для синхронизации данных должна хранить уникальный идентификатор другой системы для управления изменениями в передаваемых данных.
Состав изделия, конструкторская документация (КД), а также конструкторская документация на изготовление нестандартного оборудования и оснастки и управляющие программы для станков с ЧПУ поступает в PDM непосредственно из систем автоматизированного проектирования конструктора.
База данных PDM входит в состав интегрированной АСКТПП и содержит: данные о проектах; идентификационные и классификационные данные об изделии и его компонентах; структура и состав изделия в форме древовидного графа; версии и варианты состава и структуры; геометрические модели, чертежи и другие документы в различных форматах; характеристики изделия и его компонентов; данные о материалах, стандартных деталях, комплектующих изделиях и т.д.; данные о технологии изготовления изделия и его компонентов, об оснастке, инструменте и т.д.; сведения об оргструктуре предприятия, конкретных участниках ЖЦ изделия и о роли каждого из них в ЖЦ и др.
В задачу адаптации и настройки PDM-системы входит также регламентация хранения данных, внесение в них необходимых изменений через соответствующий стандартизованный интерфейс для конкретных участников ЖЦ изделия.
С целью интеграции систем разного уровня в рамках единого хранилища информации была разработана структура базы данных [104, 107, 108] интегрированной системы, создан и импортирован классификатор изделий основного и инструментального производств, перечень материалов, покупных изделий и комплектующих. Структурные разделы разработанной интегрированной базы данных АСКТПП представлены в виде следующих компонентов (разделов).
На рис. 4.2 представлен справочник элементов организационной структуры, на рис. 4.3 приведен справочник сотрудников - персонала подразделений, на рис. 4.4 показан справочник инструмента и оснастки, на рис. 4.5 представлен раздел БД, отвечающий за ведение справочника покупных материалов и комплектующих изделий.
Схема базы данных, фрагмент справочник инструмента и оснастки Перечень покупных материалов и комплектующих изделий (рис. 4.5.) используется на стадии КТПП с целью формирования ограничительных перечней и доступных к использованию объектов. На основе данной информации принимается решение об изготовлении изделий или комплектующих собственными средствами или приобретении комплектующих внешней поставки.
Формирование справочной информации в интегрированной АСКТПП осуществляется на основе интеграции с АСУП (ERP-системой предприятия) [175], при помощи разработки и настройки информационного взаимодействия программных средств, разработанных в ходе диссертационного исследования. Интегрированная структура разработанной базы данных позволяет решать задачи совместного взаимодействия информационных процессов, моделирование которых проведено в настоящей диссертационной работе.
Схема базы данных (фрагмент перечня материалов) покупных комплектующих изделий, входящих в состав изделия Совместное интегрированное взаимодействие информационных процессов реализуется на основе разработанного комплекса программных систем [51-59], реализующих функции планирования и управления этапами КТПП.
Разработка автоматизированной информационной системы управления процессами инструментального производства приборостроительного предприятия в условиях мелкосерийного многономенклатурного производства
Одним из путей повышения эффективности работы предприятия является автоматизация процесса подготовки производства, в том числе, и в сфере обеспечения производства технологическим оборудованием, оснасткой и инструментом, используемыми для изготовления продукции, т.е. в сфере инструментального производства.
Основными задачами инструментального производства (ИП) являются: Достижение качественного, своевременного и бесперебойного обеспечения производства нестандартными инструментами, приспособлениями, нестандартным оборудованием и оснасткой в соответствии с технологическими требованиями и планами. Использование на предприятии современного и качественного инструмента, который позволяет достичь высокой эффективности процессов КТПП. Сокращение затрат на обеспечение нестандартным оборудованием, ТОИ за счет увеличения сроков эксплуатации, эффективной организации МТО, планово-предупредительных ремонтов. Проектирование и производство нестандартных инструментов и приспособлений, сокращение сроков КТПП новой продукции. Установка технических регламентов по надзору за правильностью эксплуатации нестандартного оборудования, инструмента и оснастки в основных и вспомогательных цехах. Обеспечением производственного предприятия технологической оснасткой и инструментом занимаются подразделения, которые можно объединить и идентифицировать как службы инструментального производства (ИП). В состав служб ИП входят:
Разработка автоматизированной информационной системы управления процессами подготовки производства на основе технологии управления потоками работ процессов жизненного цикла изделия – WorkFlow
Разработка и внедрение на предприятии интегрированной автоматизированной системы управления конструкторско-технологической подготовкой производства осуществляется с целью решения следующих задач:
В условиях мелкосерийного многономенклатурного производства объекта автоматизации одной из главных задач является задача повышения качества продукции при сохранении приемлемого уровня цен, а также издержек на ее изготовление. При сокращении объема партии и увеличении числа модификаций в себестоимости каждого изделия возрастает доля затрат, приходящаяся на этапы конструкторско-технологической подготовки производства.
Задачи разработки, настройки, адаптации и внедрения интегрированной АСКТПП, в значительной степени связаны с конвертированием и импортом данных из внешних приложений при помощи API - объектно-ориентированного интерфейса (в том числе и с использованием системы управления данными об изделиях - PDM - системы). Рассмотрим схему построения интегрированной АСКТПП на основе обмена данными между приложениями при ее разработке на предприятии в условиях мелкосерийного многономенклатурного производства, рис. 4.1.
Для обеспечения работы автоматизированной системы конструкторско-технологической подготовки производства создан программный комплекс для передачи исходных данных из CAD и CAE систем, таких как: справочная информация о материалах, инструментах, оснастке и измерительной технике, состав изделия для запуска проектирования и планирования работ в рамках проектов создаваемых изделий.
Архитектура интегрированного решения по автоматизации процессов КТПП Данная информация передается из ЭАТД - основного хранилища данных об изделии (PDM-системы). В свою очередь, разработанные с использованием CAM-системы технологические процессы, передается в ЭАТД и CAD-систему.
Для решения поставленной задачи интеграции систем PDM и CAD было разработано программное обеспечение на уровне API-интерфейса для обмена следующими данными: справочная информация из PDM в CAD - систему: классы материалов, материалы, инструменты, оснастка, измерительная техника. состав изделия из PDM в CAD: перечень изделий верхнего уровня, перечень изделий, входящих в состав изделия верхнего уровня. маршрутная технология из CAM в PDM: маршрутно-технологические карты, карты настройки инструментов и оборудования, инструменты и оснастка, используемые в маршрутной технологии, материалы, используемые в маршрутной технологии, измерительная техника, используемая в маршрутной технологии. Каждая система для синхронизации данных должна хранить уникальный идентификатор другой системы для управления изменениями в передаваемых данных.
Состав изделия, конструкторская документация (КД), а также конструкторская документация на изготовление нестандартного оборудования и оснастки и управляющие программы для станков с ЧПУ поступает в PDM непосредственно из систем автоматизированного проектирования конструктора.
База данных PDM входит в состав интегрированной АСКТПП и содержит: данные о проектах; идентификационные и классификационные данные об изделии и его компонентах; структура и состав изделия в форме древовидного графа; версии и варианты состава и структуры; геометрические модели, чертежи и другие документы в различных форматах; характеристики изделия и его компонентов; данные о материалах, стандартных деталях, комплектующих изделиях и т.д.; данные о технологии изготовления изделия и его компонентов, об оснастке, инструменте и т.д.; сведения об оргструктуре предприятия, конкретных участниках ЖЦ изделия и о роли каждого из них в ЖЦ и др.
В задачу адаптации и настройки PDM-системы входит также регламентация хранения данных, внесение в них необходимых изменений через соответствующий стандартизованный интерфейс для конкретных участников ЖЦ изделия.
С целью интеграции систем разного уровня в рамках единого хранилища информации была разработана структура базы данных [104, 107, 108] интегрированной системы, создан и импортирован классификатор изделий основного и инструментального производств, перечень материалов, покупных изделий и комплектующих. Структурные разделы разработанной интегрированной базы данных АСКТПП представлены в виде следующих компонентов (разделов).
На рис. 4.2 представлен справочник элементов организационной структуры, на рис. 4.3 приведен справочник сотрудников - персонала подразделений, на рис. 4.4 показан справочник инструмента и оснастки, на рис. 4.5 представлен раздел БД, отвечающий за ведение справочника покупных материалов и комплектующих изделий.