Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние и проблемы разработки и внедрения ИПИ-технологий проектно-конструкторских работ на предприятии 18
1.1 Методологические основы внедрения ИПИ-технологий на предприятии 18
1.2 Обзор и анализ направлений внедрения ИПИ-технологий на предприятии 20
1.2.1 Состояние ИПИ-технологий на предприятии 20
1.2.2 Техническое обеспечение ИПИ-технологий 24
1.2.3 Программное обеспечение ИПИ-технологий 26
1.2.4 Методическое и программное обеспечения ИПИ-технологий 28
1.3 Основные проблемы при внедрении ИПИ-технологий на предприятии 29
1.4 Перспективы развития ИПИ-технологий 30
1.5 Постановка цели и задач диссертационной работы 31
2 Концепция внедрения ИПИ-технологий на предприятиях радиоизмерительной отрасли 33
2.1 Предпосылки развития средств автоматизации проектирования на производственной стадии жизненного цикла РИА 33
2.2 Основные принципы ИПИ-технологий 38
2.2.1 Технологии управления данными об изделии 38
2.2.2 Особенности внедрения PDM-технологий для ФГУП ННИПИ «Кварц» в условиях вхождения в интегрированную структуру 42
2.3 Концепция создания информационной интегрированной САПР предприятия 48
2.3.1 Анализ готовности предприятий ИС к выполнению ИПИ-технологий в условиях кооперации в интегрированную структуру 48
2.3.2 Анализ состояния в системах технологической подготовки производства 55
2.4 Концепция внедрения ИЛИ - технологий на ФГУП ННИПИ «Кварц» 63
2.4.1 Предпосылки внедрения в рамках интегрированной структуры 63
2.4.2 Цели и задачи внедрения РІПИ - технологий 64
2.4.3 Модель организации электронного документооборота в условиях построения ЕИП с использованием ИТ 66
2.5 Программные и аппаратные средства организации ИПИ-технологий 70
2.6 Выводы 74
3. Адаптивная модель распределения ресурсов в задачах разработки и внедрения средств ИПИ - технологий на предприятии 74
3.1. Адаптивный подход к проектированию средств ИПИ-технологий по технико-экономическим критериям 74
3.1.1. Применение математического обеспечения для автоматизированного проектирования средств ИПИ-технологий 75
3.1.2. Модель интерактивного распределения ресурсов при проектировании АС 77
3.1.3. Выбор математического аппарата для описания модели распределения ресурсов 80
3.1.4. Идентификация модели распределения ресурсов в условиях внедрения ИПИ-технологий в ФГУП ННИПИ «Кварц» 82
3.2. Параметрическая векторная модель принятия проектных решений .88
3.2.1. Идентификация параметров векторной модели 88
3.2.2. Скалярная свертка параметрической векторной модели 89
3.2.3 Описание параметрической векторной модели с использованием нечетких множеств 91
3.3 Расчет рейтингов вычислительных ресурсов 93
3.3.1. Способы определения рейтингов вычислительных ресурсов 93
3.3.2. Идентификация параметрической модели для оценки вычислительных ресурсов подразделений ФГУП ННИПИ «Кварц» 100
3.4. Мониторинг вычислительных ресурсов в условиях внедрения ИПИ-технологий в ФГУП ННИПИ «Кварц» 105
3.5 Оптимизация распределения вычислительных средств на основе проведенного мониторинга ПО
3.5.1 Определение пороговых рейтингов функциональных групп компьютеров ПО
3.5.2 Анализ результатов мониторинга для группы автоматизированного проектирования печатных плат 112
3.5.3 Анализ результатов мониторинга для группы автоматизированного дизайн проектирования 113
3.5.4 Анализ результатов мониторинга для группы автоматизации документооборота 115
3.6 Выводы 117
4 Методика поэтапного внедрения ИПИ — технологий на примере ФГУП ННИПИ «Кварц» 117
4.1 Концепция внедрения ИПИ — технологий на переходном этапе 117
4.2 Методология внедрения ИПИ - технологии на предприятии 124
4.2.1 Проблемы организации электронного оборота документов 124
4.2.2 Методика организации электронного оборота документов 130
4.3 Повышение эффективности внедрения ИПИ - технологий за счет рационализации форм документов 134
4.4 Комплексная технология дизайн-проектирования радиоизмерительных приборов от дизайн-проекта до производства 141
4.5 Создание электронного архива конструкторской и технологической документации на основе имеющегося архива на бумаге, как составляющая ИПИ-технологий 150
4.6 Выводы 157
5 Заключение 158
Библиографический список 159
Приложение 1 163
Приложение 2 164
Приложение 3 168
- Состояние ИПИ-технологий на предприятии
- Предпосылки развития средств автоматизации проектирования на производственной стадии жизненного цикла РИА
- Идентификация модели распределения ресурсов в условиях внедрения ИПИ-технологий в ФГУП ННИПИ «Кварц»
- Концепция внедрения ИПИ — технологий на переходном этапе
Введение к работе
В последней четверти XX века информация становится одним из наиболее важных национальных ресурсов промышленно развитых стран. Информационные ресурсы стали основным национальным богатством, а эффективность их промышленной эксплуатации во все большей степени определяет экономическую мощь страны в целом [1].
Впервые в истории человечества основным предметом труда в общественном производстве промышленно развитых стран становится информация. К этому времени компьютерные информационные технологии (ИТ) прошли 4 этапа:
1-й этап эффективные вычисления;
2-й этап эффективное программирование;
3-й этап формализация знаний;
4-й этап (современный) автоформализация знаний.
В 70-е - 80-е гг. технология технической подготовки производства стремилась использовать ограниченные в то время возможности вычислительной техники, построенной на ламповой и полупроводниковой элементной базе. Системы автоматизированной технической подготовки производства не нашли в то время широкого практического применения из-за громоздкости вычислительной техники, удаленности ее от пользователя, отсутствия отработанных компьютерных программ. Хотя и тогда вычислительная техника широко использовалась для решения локальных задач проектирования информационных баз, создания и редактирования технических документов, выполнения технических расчетов, геометрических расчетов траекторий движения инструмента для станков с ЧПУ и т.д.
В конце 80-х - начале 90-х гг. произошли радикальные изменения в этой области. Прежде всего, был прекращен выпуск отечественной вычислительной техники и осуществлен переход на зарубежную технику - более прогрессивные вычислительные средства семейства IBM на аппаратной платформе Intel.
Большинство предприятий были вынуждены прекратить работы по
автоматизации технической подготовки производства из-за отсутствия финансовых средств и оттока квалифицированных специалистов из сферы промышленного производства.
В настоящее время многие российские производственные предприятия в связи с ограниченностью финансовых ресурсов находятся перед проблемой выбора первоочередности объекта инвестирования во внутрихозяйственной деятельности.
С одной стороны, значительный, во многих случаях предельный, физический износ технологического оборудования, его моральное старение требуют вложения инвестиций в производственную технику и технологию. Такие вложения позволят уменьшить длительность производственного цикла, повысить производительность труда, увеличить фондоотдачу, снизить напряженность нехватки основных рабочих, уменьшить, процент брака и повысить качество изделий, улучшить культуру труда рабочих, его привлекательность для молодежи, увеличить конкурентоспособность изделий и самого предприятия в целом. Наличие современной техники и технологии, в конечном итоге, является сильной стороной предприятия, позволяющей ему противостоять внешним угрозам.
С другой стороны, научно-технический прогресс предлагает новые возможности в виде современных информационных технологий. Это системы автоматизированного проектирования (САПР), автоматизированной технической и технологической подготовки производства (АСТПП) и системы автоматизированного управления предприятием (САУП).
Степень использования возможностей автоматизированных систем (АС) на предприятии и, соответственно, эффективность ее эксплуатации может быть различной. Это определяется следующими параметрами:
уровнем автоматизации проектных конструкторско-технологических работ;
степенью интеграции конструкторских и технологических САПР;
степенью интеграции конструкторско-технологических САПР с системами автоматизации управления предприятием.
Для успешного внедрения (ИТ) необходима оценка специалистами внутренних возможностей предприятия. Такой предварительный контроль обеспечивает правильную постановку целей проекта, планирование работ и снижение рисков проекта.
Предварительное исследование и анализ направляются, прежде всего, на персонал организации, поскольку оценка финансовых ресурсов, необходимых для приобретения средств вычислительной техники и программного обеспечения, не представляет трудностей. Проведенный технико-экономический анализ позволит оценить уровень затрат на локальную или комплексную автоматизацию, сопоставить их с финансовыми возможностями предприятия и принять решение о планируемой степени автоматизации.
Максимальное использование возможностей САПР основано на выявлении уровня культуры производства, наличия закрепленных знаний и навыков технического проектирования внутри фирмы и формализации их в виде компьютерной интеллектуальной системы. Тогда реализуются возможности сквозного проектирования - от дизайнерской идеи до программы для станка с ЧПУ, на котором будет изготовлено новое изделие, причем в наименьшие сроки и с наилучшим качеством.
Комплексное освоение ИТ, охватывающее всю цепочку технической подготовки производства, является основой для осуществления структурных организационных изменений. Создаются предпосылки для преодоления функциональной разобщенности технических служб:
- за счет формирования единого информационного пространства (ЕИП),
реализуемого в используемых ИТ в виде электронного документооборота;
- за счет уменьшения количества персонала в каждой из них и возможности
создания единой технической службы с небольшим количеством работников;
В течение многих десятков лет общепринятой формой представления результатов интеллектуальной деятельности людей и инструментом их информационного взаимодействия являлась бумажная документация. Ее созданием
были заняты миллионы инженеров, техников, служащих на промышленных предприятиях, в государственных учреждениях, коммерческих структурах. С появлением компьютеров начали создаваться и широко внедрялись разнообразные средства и системы автоматизации выпуска бумажной документации (САПР, АСУП, офисные системы [2]).
В настоящее время на предприятиях сложилась система, при которой ИТ обеспечены лишь отдельные стадии жизненного цикла изделия. При этом используются самые различные программные средства, часто разработанные на самом предприятии и зачастую не совместимые между собой по форматам данных, что приводит к дополнительным затратам времени и труда при осуществлении информационной поддержки жизненного цикла изделия. Для исключения таких дополнительных потерь времени и труда, на предприятии осуществляется поэтапный переход на полную информационную поддержку жизненного цикла изделия на основании CALS (ИПИ)-технологий [3].
Базовыми принципами ИПИ-технологий, как известно, являются: системная информационная поддержка жизненного цикла изделий на основе использования единого информационного пространства, информационная интеграция за счет стандартизации информационного описания объектов управления, безбумажное представление информации и использование электронно-цифровой подписи, параллельный инжиниринг и непрерывное совершенствование бизнес процессов на основе ИТ управления данными об изделиях, процессах, ресурсах, окружающей среде и т. д.
Переход на ИПИ-технологии требует значительных материальных затрат на приобретение технических и программных средств, переобучения персонала и реорганизации работы предприятия и может занять значительное время. В условиях реализации жизненного цикла очень часто возникают проблемы сравнения возможных вариантов системы в целом или выбора компонентов ИТ с целью обеспечения функциональности или улучшения качественных и количественных показателей, определяющих их эффективность. Целесообразно
иметь возможность оценки сравнения как интегральных показателей эффективности ИТ, так и отдельных ее структурных составляющих на всех этапах жизненного цикла. При проектировании это позволяет формировать и внедрять ИТ с оптимальной функциональностью, при эксплуатации становится возможным выбор элементов для модернизации или замены. Особую роль процессы формирования и трансформации ИТ играют в периоды организационных изменений на предприятиях.
Необходимость разработки оценок эффективности ИТ определяет подходы к классификации и иерархическому структурированию их различных составляющих. В общем случае, ИТ предназначены для решения сложных комплексных задач, начальные и граничные условия которых составляют множеством взаимосвязанных и противоречащих друг другу факторов, параметров и ограничений. Большая часть этих исходных данных заданы с той или иной степенью неопределенности. Важным условием, усиливающим степень неопределенности, является расширение применения интерактивных режимов взаимодействия с пользователями, обеспечивающих их активное участие в процессе разработки, производства и эксплуатации АС. Решающим фактором уменьшения степени неопределенности исходных данных является структурирование состава элементов сложной системы, связей между ними, а также множество внешних и внутренних параметров , определяющих функциональность ИТ.
Размеры и сложность систем, реализующих ИТ неизбежно возрастают по мере совершенствования и улучшения параметров составляющих их вычислительных средств (ВС) и аппаратных платформ. Радикально изменились требования не только к основным функциям и сервисным возможностям ИТ, но и к динамике основных этапов их жизненного цикла. Расширение сферы применения ИТ, безусловно, оказывает влияние на приемы структурирования и развития всех видов их обеспечения.
В настоящее время отсутствует модель внедрения ИЛИ — технологий в
условиях ограниченных ресурсов предприятий, позволяющей учитывать объективное состояние и особенности предприятий.
Цель и задачи работы
Целью диссертационной работы является создание модели внедрения ИЛИ — технологий на переходном этапе, в условиях организационных изменений. Для достижения цели в работе решаются следующие задачи:
Разработка концепции внедрения ИЛИ - технологий на этапе организационных изменений;
Разработка адаптивной модели распределения вычислительных ресурсов в задачах внедрения ИЛИ - технологий на предприятии;
Разработка метода проведения мониторинга ресурсов ИЛИ - технологий на предприятии;
Разработка методики внедрения элементов ИПИ-технологий:
сквозного цикла разработки, изготовления и контроля печатных плат;
сквозной технологии дизайн - проектирования;
создания электронного архива КД и ТД на основе имеющегося архива на бумаге.
Методы исследования. В работе использованы математические методы общей теории систем, теории исследования операций, математический аппарат теории простых и нечетких множеств, теории графов.
Научная новизна.
Предложена концепция поэтапного внедрения ИПИ-технологий в условиях организационных изменений на переходном этапе;
Разработана методика адаптивного внедрения элементов ИПИ-технологий на предприятии и в составе интегрированной производственной структуры, включающая метод многоуровневого мониторинга вычислительных ресурсов предприятия на основе комбинированной структурно-параметрической модели процесса их распределения и методику расчета рейтингов вычислительных
ресурсов подразделений и всего предприятия, позволяющая принимать обоснованные решения по их рациональному распределению или модернизации в процессе внедрения ИПИ-технологий.
3. Предложена модель взаимосвязи технических и информационных ресурсов предприятий приборостроения радиоизмерительной аппаратуры (РИА).
Достоверность и обоснованность полученных результатов и выводов
Достоверность используемой модели и полученных результатов определяется специальными расчетами, основанными на применении математического аппарата нечетких множеств и соответствующей обработки массива параметров с целью приведения их к сопоставимому виду. Полученные в результате расчетов количественные характеристики и зависимости, определенные путем их обобщения и разбиения на группы по сложности решаемых информационных задач, позволяют выражать эффективность принимаемых решений для применения на предприятиях приборостроения при выполнении работ по внедрению ИПИ-технологий. Кроме того, достоверность разработанной модели обосновывается также способом и алгоритмом идентификации элементов в пространстве состояний и их характеристик в пространстве параметров, позволяющими обобщить модель распределения ресурсов в различных практических задачах, связанных с проектированием вычислительных сетей, обеспечением информационной безопасности систем, автоматизированным распределением ресурсов. Правомерность методики адаптивного внедрения ИПИ-технологий подтверждена статистическими данными о ее применении в более чем 30 подразделениях на трех предприятиях.
Практическая значимость.
1. Разработанная концепция поэтапного внедрения ИПИ-технологий позволяет определить этапы (элементы) жизненного цикла изделий и возможность их интеграции на предприятиях приборостроения РИА с целью повышения эффективности и качества их разработки и изготовления в едином информационном пространстве (ЕИП).
2. Предлагаемая методика адаптивного внедрения элементов ИПИ-технологий
позволяет интегрировать системы автоматизированного проектирования,
подготовки производства и электронный документооборот в ЕИП.
3. Предлагаемый метод проведения многоуровнего мониторинга
вычислительных ресурсов предприятия позволяет правильно принимать решения о
выборе и распределении технических средств в подразделениях для внедрения
ИПИ-технологий.
4. Предлагаемая концепция и методика позволяет внедрять элементы ИПИ-
технологий на предприятиях приборостроения радиоизмерительной аппаратуры
(РИА) на переходном этапе в условиях организационных изменений.
5. Теоретические и практические результаты диссертационной работы
внедрены:
в ФГУП ННИПИ «Кварц» и ФГУП СКБ РИАЛ при внедрении ИПИ-технологий;
в АНПП ТЕМП-АВИА при проведении мониторинга вычислительных ресурсов;
в НГТУ в учебном процессе факультета информационных систем и технологий и филиала кафедры «Компьютерные технологии в проектировании и производстве».
Основные положения и результаты, выносимые на защиту;
Концепция внедрения ИПИ-технологий на предприятии и в составе интегрированной структуры на переходном этапе в условиях организационных изменений;
Методика адаптивного, поэтапного внедрения элементов ИПИ-технологий и интеграции их в ЕРШ предприятия;
Метод мониторинга вычислительных ресурсов предприятия на основе модели процесса их распределения и рейтингов оборудования и элементов ИПИ-технологий;
Методика расчета рейтингов вычислительных ресурсов предприятия, подразделений и отдельных рабочих мест с учетом их информационной нагрузки;
Модель взаимосвязи технических и информационных ресурсов предприятий приборостроения радиоизмерительной аппаратуры (РИА).
Модель организации электронного документооборота в условиях построения ЕИП.
Внедрение результатов. Теоретические и практические результаты
диссертационной работы внедрены:
в ФГУП ННИПИ «Кварц» при внедрении ИПИ-технологий;
в АНПП ТЕМП-АВИА и ФГУП СКБ РИАЛ.при проведении мониторинга
вычислительных ресурсов;
- в учебном процессе на кафедре «Компьютерные технологии в
проектировании и производстве» НГТУ.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались: на 14 Международной научно-практической конференции по графическим информационным технологиям и системам «Кограф 2004» (23-26 ноября); на Седьмой научно-технической конференции «Информационные технологии в промышленности и учебном процессе» (28-30 сентября 2004 г.); на Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные технологии управления организационными изменениями» (январь 2005 г.); на IV Межрегиональной научно-практической конференции «Новые информационные технологии - инструмент повышения эффективности управления» (27-28 апреля 2005 г.); на заседании совета по научно-технической и инновационной политике Нижегородской области (27 мая 2003 г.); на научных семинарах кафедры «Компьютерные технологии в проектировании и производстве» Нижегородского Государственного технического университета; на заседаниях научно-технического совета Федерального Государственного Унитарного предприятия Нижегородского научно-исследовательского приборостроительного института «Кварц».
Публикации. По материалам опубликовано 16 работ, в том числе 10 научных статей, 6 свидетельств на промышленный образец, кроме того, материалы работ представлены в 9 отчетах по НИР.
Структура и объем. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 40 источников. Общий объем работы 168 страницы текста, основной текст изложен на 162 страницах машинописного текста, содержит 66 рисунков, 11 таблиц на 13 страницах и 3 приложений на 6 страницах.
Состояние ИПИ-технологий на предприятии
ФГУП ННИПИ «Кварц» был образован 15 августа 1949 года постановлением совета Министров для разработки, создания и производства радиоизмерительной аппаратуры для нужд народного хозяйства и укрепления обороноспособности страны [5]. История ННИПИ «Кварц» берет свое начало от знаменитой Нижегородской радиолаборатории, основанной в далеком 1918 году. За эти годы он прошел путь от небольшого НИИ до базового научного центра по направлению «Техника радиоэлектронных измерений», где разрабатывается две трети объема отечественной РИА. Коллектив института своим трудом внес огромный вклад в развитие радиоизмерительной техники в стране. Главными задачами института, как указывалось в Постановлении СМ СССР, являлись: - проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области разработки и создания радиоизмерительной аппаратуры; изготовление опытных образцов, организация опытно-серийного производства разрабатываемой институтом радиоизмерительной аппаратуры. 70-ые годы вошли в историю института как период разработки и применения системного программного метода создания измерительных приборов, методов машинного проектирования конструкций, методов математического моделирования электрических схем, методов диагностики. В результате затраты на изготовление приборов уменьшились в 5 раз, масса приборов - в 16 раз, объем приборов в 8 раз, потребляемая мощность - в 11 раз, увеличилась надежность приборов в 5 раз, точность измерений в 1000 раз, скорость измерений в 100 раз. Большое внимание уделялось комплексной унификации конструкторских элементов. На ее основе была разработана унифицированная система, включающая в себя типовые конструкции от малогабаритных переносных и настольных приборов до шкафа для сложных многоблочных комплексов на основе базовой модели. В соответствии с Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 2 марта 1973 г. «О некоторых мероприятиях по дальнейшему совершенствования управления промышленностью» в стране создаются научно-производственные объединения.
С мая 1976 г. ГНИЛИ становится головной структурной единицей в составе Горьковского научно-производственного объединения по радиоизмерительной технике (ГНПО РИТ) (Приказ Министра МПСС №202 от 31 мая 1976 г.), в которое также вошли: завод им. Ф.В.Фрунзе, СКБ «РИАЛ» ,КБ «Квазар». Создание НПО преследовало цель реализации комплекса «наука-производство» для осуществления в едином цикле разработки образцов, освоения новых приборов, внедрения передовой технологии.
Выполняя функции головного предприятия отрасли, в 1976 г. ГНИЛИ довел удельный вес РИП в общем числе серийно выпускаемых отраслью приборов до 46% по номенклатуре и до 34% по объему.
Предприятие оказывало помощь в становлении НИИ, КБ, СКБ Киева, Минска, Вильнюса, Каунаса и других городов бывшего СССР и передавало им ряд научных направлений в области измерительной техники. Выполняя роль головного института, ГНИЛИ определяет основные направления НИР и ОКР, координирует проведение НИОКР, проводит координационно-методическую работу по стандартизации, нормализации, унификации функциональных узлов и приборов, научно-технической информации, технической эстетики. В 1990 году научно-производственный потенциал подотрасли включал 12 НИИ и КБ и 18 серийных заводов. Институт выполнял 33% всех НИОКР, снабжал конструкторской документацией 11 серийных заводов по 27 направлениям радиоизмерительной техники.
Федеральное государственное унитарное предприятие ННИПИ «Кварц» в настоящее время занимает ведущее место в России по разработке и производству электронной радиоизмерительной аппаратуры (РИА), решению специальных измерительных задач. Его деятельность направлена на удовлетворение потребностей народного хозяйства, науки и укрепление обороноспособности страны.
После 1990 года только три предприятия радиоизмерительной техники полностью сохранили свой профиль и научно-технический потенциал. Среди них головной - ФГУП ННИПИ «Кварц», где разрабатываются и выпускаются две трети объема отечественной РИА.
За последние годы предприятием закуплено и внедрено значительное количество ЭВТ и оргтехники, что позволило обновить оборудование основных разрабатывающих подразделений и компьютезировать производственные подразделения и службы управления предприятием. Реализована ИПИ-технология проектирования и изготовления печатных плат, благодаря чему сокращены сроки разработки радиоизмерительной аппаратура и обеспечено качество печатных плат и узлов на их основе. В настоящее время готовится концепция внедрения ИПИ-технологий. Расширен станочный парк опытного производства.
Программа технического перевооружения и реконструкции предприятия предусматривает освоение ряда новейших высоких технологий, что позволяет наращивать объемы производства с темпом 15-20% в год и удвоить объемы производства продукции в ближайшие годы. В 2004 году институту придан статус базового научного центра по направлению «Техника радиоэлектронных измерений». Внедрение отдельных видов обеспечений отражено в специально проводимых НИОКРах, проводившихся в ННИПИ «Кварц» и на предприятиях подотрасли в период с 1975 по 1989 годы: исследование способов построения вычислительной системы на базе ЭВМ для решения задач автоматизации проектирования, управления разработками и опытным производством РИА; внедрение аппаратно-программного диалогового комплекса технического проектирования РИА; внедрение в НТО программных и технических средств автоматизированного проектирования РИА; изыскание путей создания и освоения программного обеспечения и технических средств САПР на базе системы типа «KI» с целью создания специализированных ИС, БИС, СБИС для радиоизмерительной техники; совершенствование и внедрение общесистемного и прикладного программного обеспечения для автоматизированного проектирования РИА; совершенствование и внедрение общесистемного и прикладного программного обеспечения для автоматизированного проектирования РИА в НИИ и КБ подотрасли; разработка технических и программных средств локальных сетей ЭВМ для решения задач проектирования, изготовления и эксплуатации РИА; исследование, разработка и развитие методов автоматизированного проектирования РИА; освоение технических средств и программно-аппаратных комплексов для автоматизированного проектирования РИА в НИИ и КБ подотрасли; разработка интегрированной системы проектирование-производство печатных плат в условиях НИИ; исследование, разработка и освоение математического и программного обеспечения компонентов и подсистем САПР РИА IV-V поколений; совершенствование и внедрение в НИИ и КБ технических средств и программно-аппаратных комплексов САПР РИА; внедрение нового поколения САПР на разрабатывающих предприятиях; В представленных отчетах аргументированно показано, что эффективная работа предприятия в целом возможна только при условии повышения эффективности деятельности всех его звеньев: разрабатывающих подразделений, конструкторов, технологов, производства, структур управления. В настоящее время повышение эффективности неразрывно связано с широким внедрением ИТ во все виды деятельности, что обусловливает необходимость внедрения САЕ, CAD, САМ и PDM систем. Основные цели внедрения ИТ: 1. Снижение стоимости разработки и проектирования нового изделия. 2. Сокращение сроков проектирования. 3. Повышение качества проектирования при современном возрастающем уровне сложности разрабатываемого изделия. 4. Повышение достоверности и ускорение передачи информации об изделии в производственные подразделения на этапе подготовки производства и в процессе производства.
Предпосылки развития средств автоматизации проектирования на производственной стадии жизненного цикла РИА
Для предприятий подотрасли, в том числе и для ФГУП ННИПИ «Кварц», внедрение ИПИ-технологий является необходимым условием обеспечения конкурентоспособности. Суть концепции ИЛИ заключается в последовательном преобразовании существующих бизнес-процессов в единый автоматизированный и информационно-интегрированный процесс управления жизненным циклом изделия. Предприятия радиоизмерительной отрасли, в силу специфики развития, находятся примерно на одинаковом уровне с точки зрения внедрения ИЛИ 34 технологий. Как правило, при создании интегрированных структур (ИС) типа холдинга, концерна или корпорации, преследуются цели использовать, наиболее выгодно, преимущества каждого из предприятий, составляющих ИС, вместе с тем, унифицировать и обеспечить взаимные поставки по кооперации, в том числе и продуктов САПР. В связи с этим , при внедрении ИПИ-технологий, необходимо, как внедрение их на каждом предприятии, входящем в состав ИС, так и создание общей ИПИ-технологии ИС. Перспективы развития автоматизации проектирования приборов неразрывно связаны со всем жизненным циклом приборов, т.е. ИЛИ или CALS-технологией. Этапы жизненного цикла изделий в ФГУП ННИПИ «Кварц» приведены на схеме (Рис 2.1). В отличие от машиностроения, где информационная поддержка этапов жизненного цикла изделия определяются в значительной степени 3D-моделированием и проектированием, приборостроение имеет значительно более широкий спектр задач, и требует наличия значительно большего объёма специализированного ПО. К таким задачам относится: моделирование цифровых, и аналоговых схем НЧ-, ВЧ- и СВЧ- диапазонов, разработка электрических схем, топологии печатных плат. Свои особенности имеет и разработка конструкторской документации (КД), куда относятся перечни электрических элементов, спецификации, перечни покупных изделий, КД на программные модули. С большой долей уверенности можно сказать, что в настоящее время на российском рынке не существует ни одного программного продукта, который бы решал все выше перечисленные задачи одновременно.
Для принятия решения по автоматизации всех этапов необходим анализ имеющихся на предприятии и вне его пакетов прикладных программ (ППП). Создание программ собственной разработки уже давно потеряло свою привлекательность. Повышенная текучесть кадров в условиях рыночной экономики с высокой степенью вероятности может привести к сворачиванию собственной разработки, или к полной потере работоспособности системы. Стадии жизненного цикла РИА на производственной фазе. Программные средства для исполнения некоторых этапов цикла. Вложение на приобретение готовой программы позволяет практически сразу получать от нее отдачу, дальнейшие расходы - это расходы на сопровождение, которые вполне соизмеримы с суммарной зарплатой группы разработчиков. Следовательно, нецелесообразно и сотрудничество по разработке ПО со сторонней организацией. Использование узко специализированных приложений неизбежно. Отсюда возникает проблема стыковки и передачи данных из одного приложения в другое, которая на сегодняшний день заканчивается чаще всего повторным вводом, редко частичной передачей данных и еще реже полноценным импортом/экспортом. Решение данной проблемы - это минимизация числа используемых программных продуктов по возможности без потери функциональности, которая имеется, на сегодняшний день, при всем их многообразии.
При сложившийся на сегодня структуре предприятий, разрабатывающих РИА в которых, как правило, подразделения, занимающиеся внедрением и развитием САПР и АСУ не объединены, решения о приобретении различного назначения ППП принимаются инициативно (самостоятельно, решением снизу). Исключение составляют печатные платы и в какой-то степени CAD-продукты в виде различной КД, выпускаемой при помощи САПР. Они исторически и практически наиболее освоены в подотрасли РИА, где печатные платы составляют основу аппаратуры. Автоматизация других этапов проектирования и изготовления РИА происходила значительно медленнее, поэтому решение проблемы внедрения ИПИ-технологии встречает дополнительные трудности.
Идентификация модели распределения ресурсов в условиях внедрения ИПИ-технологий в ФГУП ННИПИ «Кварц»
Модель распределения ресурсов АС, описанная в пространстве состояний, содержит множество проблемно-ориентированных модулей - М = {ти т2, ... mN), результирующее множество объектно-ориентированных наборов - Q = (#/, q2, ... qM), а также в промежуточном состоянии множество, отражающее процесс принятия проектных решений - V = (v/, v2, ...vM). Для предметной области ВС, входящих в состав, АС М - множество элементов ВС, представляющих собой набор комплектующих используемых компьютеров (процессор, RAM, ROM, видеокарта и др., а также программные модули, составляющие системное и прикладное программное обеспечение, в том числе различные пакеты и комплексы программ для решения задач CAD/CAM/CAE и PDM); Q - множество АС и их программного обеспечения, развернутых в отдельных структурных подразделениях организации; Р - набор параметров элементов и программных модулей, комплектующих базовые ВС и входящих в состав программного обеспечения CAD/CAM/CAE и PDM систем. В Приложении 1 дан перечень компьютерной техники, имеющейся в подразделениях ФГУП ННИПИ «Кварц» по состоянию до начала внедрения ИПИ-технологий. В Приложении 2 приводится перечень компьютерной техники на время проведения мониторинга. В Приложении 3 описано изменение компьютерного парка СПС-15 с учетом организационных изменений. На рис. 2.1 приводятся сведения о пакетах и комплексах CAD/CAM/CAE и PDM, имеющихся в распоряжении отдельных подразделений предприятия. По данным этих таблиц проводится идентификация элементов множеств т,єМ, входящих в состав формируемых наборов V/eV, #,-GQ, а также параметров /?/єР и А,,-еЛ, определяющих их эффективность.
Включение в состав М элементов технического и программного обеспечений АС объясняется объективно дискретным характером этих множеств и возможностью идентифицировать каждый из /и,єМ, v,eV, q Q его реальными параметрами, характеризующими работоспособность при решении поставленных задач. При рассмотрении особенностей построения векторной модели АС для решения задач синтеза необходимо учесть формирующее систему отображение Г:М—»Q, а также раскрывающие процесс интерактивного синтеза Гі:М- У и r2:V—»Q [10]. Вид модели определяется характером решаемой задачи. При решении задачи структурного синтеза, когда нужно определить только состав системы и связи между модулями можно исключить множество входных параметров модели. Задача параметрического синтеза, когда требуется найти оптимальное значение параметров элементов, не затрагивая их структуры, позволяет исключить множества модулей. И, наконец, комплексная задача, направленная как на создание оптимальной структуры элементов, так и оптимизацию внутренних параметров, требует использования полной векторной математической модели. В таком выражении решению задачи структурного синтеза будет соответствовать векторная модель Y=F(M,Q), параметрического Y=F(P,A), структурно-параметрического Y=F(M— V- Q,P, Л).
При переходе к программной реализации возникает необходимость представления промежуточных и окончательных состояний системы в наглядной и удобной для обработки форме. При необходимости моделирования состояний системы в процессе проектирования, включая все возможные маршруты управления, образуемые в множестве V, пространство структуры удобно задавать ориентированным графом состояний G=(M,V,Q,W,R) где W - ребра-отображения Гі: M-»V и Гг: V— Q, R - ребра-связи внутри маршрутов [10]. Граф G можно считать геометрической интерпретацией модели АС в пространстве состояний.
Парк компьютерной техники ННИПИ «Кварц» на сегодняшний день насчитывает более 200 единиц персональных компьютеров. При использовании графических моделей проводимых в связи с внедрением ИПИ-технологий организационных изменений целесообразно построение этих моделей для отдельных подразделений. На рис. 3.3 приведен граф модели формирования ТО АС для поддержки ИПИ-технологий в СГК-15. ПІ220 ПІ230 ПІ240 ПІ250 Рис. 3.3. Состав TO AC для поддержки ИПИ-технологий СГК-15 Q. h На рис.3.3 введены следующие обозначения: М - множество компьютеров, используемых и в подразделении СГК-15; Vi - набор компьютеров СГК-15 по состоянию до начала внедрения ИПИ-технологий; V2 - набор компьютеров СГК-15 по состоянию на время проведения мониторинга; V3, V4, Vs - наборы компьютеров СГК-15 с учетом организационных изменений; Qi — ООН компьютеров СГК-15, функционально ориентированных для организации сквозного автоматизированного цикла проектирования и производства печатных плат; Q2 — ООН компьютеров СГК-15, функционально ориентированных для электронного архива и организации учета и обращения КД; (Ь - ООН компьютеров СГК-15, функционально ориентированных для организации автоматизированного цикла дизайн-проектирования.
Концепция внедрения ИПИ — технологий на переходном этапе
Процесс Принятия любого проектного решения сопровождается предварительным анализом имеющихся в распоряжении разработчика возможных вариантов. При анализе альтернатив неизбежно возникает проблема, связанная с необходимостью расчета и сравнения ресурсов отдельных элементов и модулей в структуре АС. Чтобы сократить затраты и сроки такого перехода на нашем предприятии проведен мониторинг (разд. 3.4) технических средств, программного обеспечения и определены основные направления и задачи, которые подлежат переходу на CALS технологии в первую очередь. Немаловажной проблемой при оснащении подразделений является обеспечение однородности ВС по типам отдельных комплектующих. Однородность позволяет унифицировать техническое обслуживание имеющийся в наличии вычислительной техники, упрощает ее модернизацию и установку программного обеспечения. Определив этухарактеристику с использованием статической обработки данных по компьютерам, как в подразделении, так и по подразделениям предприятия, вычислив среднее квадратическое отклонение (СКО) распределения компьютеров по типам, дало возможность принимать решения об организации элементов ИПИ-технологий.
По имеющимся данным стало возможным построить сравнительные рейтинги подразделений предприятия по различным показателям. Сравнительное распределение рейтингов по усредненному числу компьютеров без учета типа процессора, показало очевидное увеличение средних показателей СГК-15, в котором сосредотачиваются основные усилия по внедрению ИПИ-технологий. В настоящее время на предприятии внедрены следующие элементы CALS технологий [12]: - сквозной цикл разработки, изготовления и 100% контроля печатных плат, разработаны Руководящие Указания конструктору (РУК) по проектированию печатных узлов: - дизайн-проектирование с применением 3-х мерного проектирования с последующей разработкой КД с применением CAD систем, изготовлением и разработкой рекламной продукции; - электронный архив КД, в том числе и электронных копий бумажных подлинников (калек), разработанных на предприятии ранее; - трехмерное конструкторское проектирование и создание трехмерных моделей деталей с выходом на станки с ЧПУ; - унифицированы и созданы трехмерные модели узлов и деталей общего применения, выпущен Каталог унифицированных узлов и деталей; - организованы учет и обращение конструкторских документов в электронном виде.
При проектировании и изготовлении печатных плат (ПП) к настоящему времени на предприятии достигнут высокий уровень автоматизации и унификации. Внедрены компьютерные технологии, которые охватывают процессы проектирования ПП, технологической подготовки производства, изготовления и 100% электрического контроля. С целью унификации конструкторских решений при проектировании 1111 и узлов на предприятии разработаны РУК. В них нашли отражение многие вопросы, возникающие при проектировании 1111 и узлов. Так, в РУК стандартизирована номенклатура элементов проводящего рисунка, указаны правила проектирования печатных плат с учетом технологических требований, правила разработки многослойных печатных плат, плат с монтажом на поверхности, представлены типовые конструкции модулей VXI, правила разработки КД, правила передачи в электронный архив массивов данных 1111, которые могут включать не только конструкторские данные, но и технологические (программы сверления и т. п.). Так же в РУК установлены базовые системы проектирования плат, стандартизированы форматы и правила передачи данных на участок изготовления.
На основании РУК разработаны электронные библиотеки условных графических обозначений элементов проводящего рисунка, чертежей установок наиболее часто применяемых электрорадиоэлементов и элементов электрического и механического монтажа. Электронные библиотеки хранятся на сервере службы главного конструктора предприятия.
Проектирование осуществляется в сквозном цикле. Задание на разработку (схема электрическая принципиальная, перечень элементов и эскиз платы) в электронном виде поступает из разрабатывающих подразделений предприятия. Конструктор выполняет размещение и трассировку проводящего рисунка автоматизированным способом. После согласования с разработчиком схемы и коррекции трассировки конструктором платы разрабатывается КД. При этом рутинные и повторяющиеся от платы к плате стадии разработки КД автоматизированы.
Разработанная КД и электронная модель ПП после технологического контроля, по локальной сети передается на участок изготовления печатных плат, где формируются данные для производства: сверления, изготовления фотошаблонов, автоматизированного контроля и т.п. После изготовления многослойные ПП проходят автоматизированный контроль на установке ATG, где полученный проводящий рисунок проверяется на соответствие схеме электрической принципиальной. На предприятии внедрена технология дизайн-проектирования с применением средств САПР [15], ускоряющая процесс проектирования РИП и снижающая его трудоемкость. Применение технологии дизайн-проектирования с использованием CAD -программ позволяет вести разработку начиная от идеи, от общего компоновочного дизайн-решения РИП до создания дизайн-проекта и выпуска конструкторской документации на детали и узлы, определяющие внешний вид прибора. Создание трехмерной модели прибора открывает более широкие возможности в проектировании: она позволяет оценивать различные варианты внешнего вида "со всех сторон", материалы, эргономичность разрабатываемого изделия, внося необходимые изменения еще до запуска изделия в производство; изображение виртуальной модели могут быть использованы в документации на патентование, для рекламы.
