Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ результатов применения промышленных информационных технологий в машиностроении 15
1.1. Актуальность применения новых информационных технологий в машиностроении в условиях глобализации мировой экономики 15
1.2. Анализ этапов развития промышленных информационных технологий в российском и зарубежном машиностроении 2:1
1.3. Цели и задачи исследования 48
Выводы 55
2. Методология создания интегрированной автоматизированной информационной системымашиностроительного предприятия 57
2.1. Обоснование системного подхода к созданию интегрированной автоматизированной информационной системы 57
2.2. Системное исследование проблемы создания и внедрения интегрированной автоматизированной информационной системы 93
2.3. Системное проектирование интегрированной автоматизированной информационной системы 111
Выводы 172
3. Единая информационная модель интегрированное автоматизированной информационной системы машиностроительного предприятия
3.1. Анализ применяемых информационных моделей в автоматизированных информационных системах 175
3.2. Разработка единой информационной модели интегрированной автоматизированной информационной системы 209
Выводы 223
4. Базовые информационные технологии управления и интеграции данных в интегрированной автоматизированной информационной системе машиностроительного предприятия 225
4.1. Системный подход к разработке базовой информационной технологии управления данными в интегрированной автоматизированной информационной системе 225
4.2. Разработка базовой информационной технологии интеграции данных в интегрированной автоматизированной информационной системе
Выводы 287
5. Программное обеспечение интегрированной автоматизированной информационной системы машиностроительного предприятия 290
5.1. Разработка программного обеспечения автоматизации технической подготовки производства в интегрированной информационной системе. 290
5.2. Разработка программного обеспечения автоматизации оперативного управления дискретным производством в интегрированной информационной системе 350
5.3. Технические и экономические преимущества от внедрения на машиностроительном предприятии программного обеспечения интегрированной автоматизированной информационной системы 377
Выводы 391
Основные выводы и результаты 394
Список литературы
- Анализ этапов развития промышленных информационных технологий в российском и зарубежном машиностроении
- Системное исследование проблемы создания и внедрения интегрированной автоматизированной информационной системы
- Разработка единой информационной модели интегрированной автоматизированной информационной системы
- Разработка базовой информационной технологии интеграции данных в интегрированной автоматизированной информационной системе
Введение к работе
Актуальность проблемы
Уже в 80-е годы XX века было осознано, что информационные технологии (ИТ) индустриальных стран по стоимости соизмеримы и, в ряде случаев, превосходят стоимость природных, в том числе энергетических ресурсов. По оценкам компании Gartner Group (США) ИТ в настоящее время превратились из вспомогательного ресурса, дающего дополнительные преимущества для бизнеса, в основной ресурс, необходимый для развития экономики. Развитие мирового рынка, в котором можно получить практически мгновенный доступ к информации о любом изделии, вызывает резкий рост конкуренции между машиностроительными предприятиями. С появлением электронно-вычислительных машин (ЭВМ) началось внедрение разнообразных средств и автоматизированных информационных систем (АИС) для автоматизации выпуска бумажной технической документации (БТД).
Однако к началу XXI века стало ясно, что все эти достаточно дорогостоящие средства не оправдывают возлагающихся на них надежд, в части решения задач интегрированных АИС (ИАИС). Дело в том, что, каждая в отдельности современные CAD, САМ, САЕ, PDM, FRP, MRP, MRPII, MES {Computer Aided Design, Computer Aided Manufacturing, Computer Aided Engineering, Product Data Management, Finance Requirements Planning, Material Requirements Planning, Manufacturing Resource Planning, Management Execution System)-системы, ориентированные на локальную автоматизацию и формирование традиционных баз данных (БД), не решают проблему создания единого информационного пространства (ЕИП), предназначенного для синхронизированного обмена данными между различными участниками жизненного цикла изделий (ЖЦИ).
На основании анализа реализованных проектов автоматизации управления машиностроительным производством выявлено, что контуры ERP {Enterprise Resource Planning)-cncTQMhi, соответствующие классификации APICS {American Production and Inventory Control Society), не обеспечивают решение интегрированных задач технической подготовки и оперативного управления дискретным (позаказным) производством машиностроительного предприятия, ограничиваясь стратегическим планированием. С другой стороны, контуры CAD/CAM/CAE-систем не имеют прямых информационных связей с ERP-системой. Все это определяет существование значительного функционального и информационного разрыва между вышеуказанными контурами.
Для решения задачи взаимодействия бизнес-процессов (БП) технической подготовки производства и ERP-систем в настоящее время разрабатывается программное обеспечение (ПО) АИС предприятия на основе концепции PLM
(Product Lifecycle Management)-cncTQM. Изучение возможностей отечественных и зарубежных PLM-систем, показало, что в них реализована интеграция в ЕИП машиностроительного предприятия CAD/CAM/CAE/PDM-систем, т.е. БП конструкторской и технологической подготовки производства. Для осуществления взаимодействия PDM и ERP-систем, реализующих БП основных стадий ЖЦИ, определяющих эффективность работы предприятия, в настоящее время используются методы интеграции на основе данных БТД, программного обмена через структурированные файлы данных или API (Application Programming /иґег/йгсе)-интерфейс. Применение таких методов интеграции приводит к многочисленным ошибкам и потере актуальности данных, существенному затруднению процесса параллельного проектирования и производства изделий, увеличению стоимости внедрения и сопровождения.
Проведенный анализ позволил сформулировать постановку научной проблемы, имеющей важное значение для отечественной промышленности в условиях постоянного роста конкуренции на мировом рынке наукоемкой продукции - разработка и практическая апробация в реальных производственных условиях моделей и методов создания ИАИС обеспечивающих в ЕИП машиностроительного предприятия комплексную автоматизацию функций CAD/CAM/CAE/PDM/FRP/MRP/MES-систем, включая информационное и программное взаимодействие с ERP-системой (учетно-хозяйственной АИС). Необходимость разработки инвариантной методологии создания ИАИС машиностроительного предприятия с дискретным (позаказным) характером производства является актуальной задачей.
Диссертация является результатом исследований проводимых на кафедре «Мехатронные станочные системы» Уфимского государственного авиационного технического университета в области разработки методологии создания ИАИС машиностроительных предприятий.
Цель работы
Разработка методологии создания информационных систем автоматизации технической подготовки и оперативного управления производством, интегрированных в ЕИП машиностроительного предприятия с системами ERP, практическая апробация и оценка эффективности этой методологии.
Для достижения цели потребовалось сформулировать и решить следующие исследовательские задачи:
1. Разработать концептуальную модель ИАИС машиностроительного предприятия как сложной многоуровневой АИС и выявить этапы ее реализации, для решения в ЕИП задач управления множеством инженерных и производственных БП, материальных объектов и ресурсов.
-
Разработать методику синтеза структуры ИАИС машиностроительного предприятия на основе системного анализа существующих реализаций и перспективных направлений развития ИАИС, взаимодействия БП технической подготовки и управления производством.
-
Разработать единую функциональную модель машиностроительного предприятия, работающего под управлением ИАИС, на основе использования результатов реинжиниринга и формализованного описания этапов жизненного цикла проекта ИАИС, для последующей организации в ЕИП предприятия информационного взаимодействия БП технической подготовки и оперативного управления производством, а также интеграции этапов функционального моделирования и создания ПО ИАИС.
-
Разработать единую информационную модель ИАИС, описывающую в ЕИП машиностроительного предприятия множество БП, материальных объектов и ресурсов технической подготовки и оперативного управления производством, отражающую все основные сущности указанного множества и многообразные отношения, заданные на этом множестве.
-
Разработать и реализовать в виде ПО ИАИС базовые информационные технологии, обеспечивающие комплексную автоматизацию функций CAD/CAM/CAE/PDM/FRP/MRP/MES-систем и программную интеграцию ИАИС и ERP-систем в ЕИП машиностроительного предприятия; провести экспериментальное исследование, практическую апробацию ПО ИАИС и оценить экономическую эффективность ИАИС, созданной на основе предложенной методологии (концептуальной, функциональной и информационной моделей и соответствующих методик).
Методы исследования
Для решения поставленных задач в работе использованы методы системного проектирования и CASE-технологий, теория процессных методов управления, аппарат реляционной алгебры, теория множеств, методы объектно-ориентированного программирования, методы функционального и информационного моделирования, теория баз данных и ряд других смежных научных дисциплин.
Результаты, выносимые на защиту:
1. Концептуальная модель ИАИС машиностроительного предприятия, основанная на интеграции общенаучных подходов, системных принципов и общих закономерностей построения, планирования, функционирования, развития сложных многоуровневых АИС, отличающаяся инвариантной методологией создания ИАИС и этапов ее реализации.
-
Структура ИАИС, полученная на основе разработанной методики синтеза, отличающаяся тем, что впервые удалось осуществить в ЕИП машиностроительного предприятия с дискретным характером производства информационную интеграцию БП технической подготовки и оперативного управления производством, а также информационное взаимодействие с бизнес-процессами, находящимися под управлением ERP-системы.
-
Единая функциональная модель управления машиностроительным предприятием, разработанная на основе результатов реинжиниринга БП и формализованного описания этапов жизненного цикла проекта ИАИС, отличающаяся полнотой и корректностью описания БП технической подготовки и оперативного управления производством, их информационного взаимодействия между собой и с ERP-системой в ЕИП, а также возможностью создания и применения этой модели в качестве самостоятельного приложения, определяющего состав, структуру и динамическое поведение ПО ИАИС.
-
Единая информационная модель ИАИС машиностроительного предприятия, содержащая формализованные описания БП, материальных объектов и ресурсов, задействованных в технической подготовке и оперативном управлении производством, представленные в виде множества информационных объектов и определенных на этом множестве связей (отношений) между информационными объектами в виде иерархических представлений, отличающаяся полнотой и корректностью представления всех указанных сущностей при их отображении в ЕИП предприятия.
-
Результаты экспериментального исследования и практической апробации оригинального ПО ИАИС Stalker PLM, разработанного на основе предложенных моделей, методик и базовых информационных технологий, обеспечивающего реализацию в ЕИП машиностроительного предприятия комплексной автоматизации функций CAD/CAM/CAE/PDM/FRP/MRP/MES-систем и информационную интеграцию ИАИС и ERP-систем.
Научная новизна
-
На основе комплексного применения общенаучных подходов, системных принципов и общих закономерностей построения, планирования, функционирования, развития сложных многоуровневых АИС разработана концептуальная модель ИАИС машиностроительного предприятия, определяющая инвариантную методологию создания ИАИС и этапы ее реализации.
-
На основе предложенной методики синтеза разработана структура ИАИС, позволяющая впервые осуществить в ЕИП машиностроительного предприятия с дискретным характером производства информационную интеграцию БП технической подготовки и оперативного управления производством, а также
информационное взаимодействие с БП, находящимися под управлением ERP-системы.
-
На основе использования методов CASE-технологий и платформен-но-независимого унифицированного языка моделирования UML разработана единая функциональная модель управления машиностроительным предприятием, отличающаяся полнотой и корректностью описания БП технической подготовки и оперативного управления производством, их информационного взаимодействия между собой и с ERP-системой в ЕИП, а также возможностью создания и применения этой модели в качестве самостоятельного приложения, определяющего состав, структуру и динамическое поведение ПО ИАИС (объекты, свойства, методы, связи).
-
На основе концептуальной и функциональной моделей и синтезированной структуры разработана единая информационная модель ИАИС машиностроительного предприятия, содержащая формализованные описания БП, материальных объектов и ресурсов, задействованных в технической подготовке и оперативном управлении производством, представленные в виде множества информационных объектов и определенных на этом множестве связей (отношений) между информационными объектами в виде иерархических представлений, отличающаяся полнотой и корректностью представления всех указанных сущностей при их отображении в ЕИП предприятия.
-
На основе предложенных моделей и базовых информационных технологий разработано и экспериментально исследовано ПО ИАИС Stalker PLM, практически реализующее в ЕИП машиностроительного предприятия комплексную автоматизацию функций CAD/CAM/CAE/PDM/FRP/MRP/MES-систем и информационную интеграцию ИАИС и ERP-систем; эффективность ПО ИАИС Stalker PLM подтверждена результатами экспериментальными исследований.
Практическая ценность работы состоит в следующем: ПО ИАИС Stalker PLM представляет собой законченный программный продукт, позволяющий существенно (на 15-30%) сократить сроки подготовки и освоения производства новых наукоемких изделий за счет реализации в ЕИП машиностроительного предприятия параллельных БП технической подготовки и оперативного управления производством на основе интеграции функций CAD/CAM/CAE/PDM/FRP/MRP/MES-систем и информационного взаимодействия ИАИС с ERP-системой; ПО ИАИС Stalker PLM позволяет также снизить издержки предприятия (себестоимость) при выпуске ранее разработанных и освоенных в производстве изделий;
разработаны организационные схемы взаимодействия подразделений
машиностроительного предприятия, повышающие эффективность внедрения
ИАИС и информационного взаимодействия ПО Stalker PLM и ERP-систем.
Реализация результатов работы. Выполненные разработки внедрены:
на предприятиях: ОАО «Уралтехнострой-Туймазыхиммаш», ОАО «Ишимбайский машиностроительный завод»; ОАО «Красный пролетарий» и ОАО «Строймаш» (г. Стерлитамак); ОАО «Блокжилкомплект» (г. Октябрьский); ОАО «Рузхиммаш» (г. Рузаевка), ЗАО «Джи Ти Сэвэн» (г. Кузнецк).
в учебный процесс УГАТУ в виде двух учебно-методических комплексов (включающих учебные пособия с грифом учебно-методического объединения ВУЗов, МГТУ им. Н.Э. Баумана) для подготовки инженеров по специальности «Мехатроника».
Апробация работы
Основные результаты научных разработок, выполненных автором по теме диссертации, представлены на международных и российских конференциях (форумах): «Оптимальное управление мехатронными станочными системами» (УГАТУ, 1999), «Автоматизация и информатизация в машиностроении» (ТулГУ, 2000), «Аэрокосмические технологии и образование на рубеже веков» (РГАТА, 2002), «Мехатроника, автоматизация, управление» (УГАТУ, 2005), «Современные организационные, технологические и конструкторские методы управления качеством» (ПГТУ, 2006), «ISICAD-2008. PLM+ERP - информационная среда современного предприятия», (Новосибирск, 2008), «ИТ в промышленности» (МРЦБ, Москва-Уфа, 2008), «Оптимизация процессов резания, разработка и эксплуатация мехатронных станочных систем» (Уфа, 2009), «Компьютерная интеграция производства и ИПИ технологии» и «Современные информационные технологии в науке и практике» (Оренбург, 2009), «Стандартизация информационных технологий и интероперабельность SITOP-2009» (Москва, 2009), «Управление экономическими системами» (Пенза, 2009), «Инновации в авиационных комплексах и системах военного назначения» (Воронеж, 2009) и др.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 40 научных трудов, в том числе 1 монография, 19 статей в рецензируемых центральных журналах, входящих в перечень ВАК для докторских диссертаций, 3 свидетельства о регистрации программ для ЭВМ.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из перечня основных сокращений и условных обозначений, введения, пяти глав, основных выводов и результатов, списка лите-
ратуры (270 наименований) и приложений, содержит 427 страницы машинописного текста, 174 рисунка, 25 таблиц.
Анализ этапов развития промышленных информационных технологий в российском и зарубежном машиностроении
В концепции ИКП роль интегрированной автоматизированной системы управления (ИАСУ) стала еще более значительной. Особенности построения ИАСУ описаны в работах отечественных и зарубежных ученых: И.В. Балахоновой [4], В.Ф. Безъязычного [171], Ф. Бернара [224, 239], М.Х. Блехермана [8], Н.Г.Братухина [10], Д.А. Гаврилова [20], С.А. Думлера [50], Б.Г. Ильясова [57], Л.А. Исмагиловой [57, 62], Е. Келлера [252], А.Ф. Колчина [119], Г.Г. Куликова [74], А.А.Кутина [126], В.А. Лещенко [42], А.И. Левина [60, 131-135], И.П. Норенкова [149-151], Дж. Орлики [4], А.В. Речкалова [163], Е.В. Судова [2, 3, 46, 61, 65, 125-128, 182], М. Хаммера [190], Дж. Хартли [189], Дж. Чампи [190], Б.И. Черпакова [192-194] и др.
На ИАСУ были возложены не только функции САПР и производства изделий, но и совершенно новые задачи, связанные с обеспечением информационной интеграции процессов. Эта интеграция должна была осуществляться за счет совместного использования одной и той же электронной информации для решения производственных задач. В составе ИАСУ было принято выделять [2, 182, 192-194]:
В конце 80-х - начале 90-х годов появились универсальные программные системы, пригодные для использования па предприятиях с различным уровнем автоматизации, в том числе и вне ИКП. Возникли новые устойчивые понятия CAD/CAM/CAE и MRP (MRPII). Первое понятие - CAD/CAM/CAE - обозначало комплекс программных средств компьютерного проектирования, технической подготовки производства и инженерных расчетов. Русскоязычный аналог этого понятия - САПР-К и САПР-Т (системы автоматизированного проектирования конструкторские и технологические).
Второе понятие - MRP - стало общепринятым обозначением комплекса задач управления финансово-хозяйственной деятельностью предприятия: планирования материальных ресурсов, управления ресурсами и других.
Появились первые стандарты и спецификации, определяющие функциональные требования к этим системам [251]. Концепция ИКП явилась важным этапом развития ИТ. На этой стадии развития апробированы ряд фундаментальных идей, принципов и технологий:
1. Сформировался класс CAD/CAM/CAE систем автоматизации технической подготовки производства. На первых этапах это были задачи автоматизации создания бумажной технической документации, а уже при помощи CAD-системы создавались электронные чертежи -плоская геометрическая модель изделия. Впоследствии стали использоваться поверхностные и твердотельные ЗБ-модели компонентов изделия;
2. На основе конструкторских геометрических моделей изделия при помощи САМ-систем разрабатывались технологические процессы и управляющие программы для оборудования с ЧПУ. Обме:і геометрическими данными между CAD и САМ-системами стал одним из первых примеров информационной интеграции процессов;
3. Возникновение АИС класса MRP (MRP-II), обладающих определенным набором функций и взаимосвязей между ними, создало основу для формирования функционального стандарта, регламентирующего управленческую технологию, реализуемую с помощью компьютерных систем. Характерная черта этой технологии -использование АИС с использованием общих БД и отсутствием дублирования ввода данных, с сохранением их актуальности и целостности;
4. В ИКП впервые не только решались задачи автоматизации отдельных производственных процессов, но и начали частично реализовываться принципы интеграции в ЕИП.
История ERP-систем началась гораздо раньше, чем был определен этот термин. Зарождение АИС этого класса относят к середине 60-х годов и связывают с появлением первых систем планирования и учета.
В начале 90-х годов консалтинговой фирмой Gartner Group (США) была предложена концепция ERP-систем, предназначенная для управления ресурсами предприятия [214, 215, 252, 256]. В настоящее время термин ERP практически полностью вытеснил термин АСУП и стал привычным дли специалистов обозначением класса АИС, предназначенных для управления производственно-хозяйственной деятельностью предприятия.
Источником развития ERP-систем явились научные исследования в области бизнеса и управления производством. Если взглянуть в прошлое, то можно увидеть, как развивалась концепция ERP-системы. Первоначально был разработан стандарт MRP (Material Requirements Planning). Он появился в конце 60-х годов усилиями Джозефа Орлики (Joseph Orlicky) и Оливера Вейта (Oliver Weight). Стандарт MRP включал в себя только планирование потребностей в материалах по замкнутому циклу (Cloosed Loop Material Reqiiinnent Planning). Методы стандарта MRP основывались на системе расчетов, использующих данные текущего плана производства, при построении которого за исходную точку принимается ожидаемый (фактический спрос) на готовую продукцию. Текущий план производства формировался исходя:
После проведения определенных работ стандарт MRP был расширен до MRP-II (Manufacturing Resource Planning). Это позволило планировать все производственные ресурсы предприятия (сырье, материалы, оборудование и т.д.) на основе данных, полученных от поставщиков и потребителей. Также он позволил вести прогнозирование, планирование и контроль производства.
И все же этого оказалось недостаточно, и появилась концепция ERP. Концепция ERP включила в себя возможности предшествующих стандартов MRP и MRP-II, плюс к этому в нее была внесена возможность управления и анализа деятельности, планирование ресурсов для распределения (DRP - Distribution Resourse Planning) и финансовое планирование (FRP -Finance Requirements Planning).
Также необходимо отметить появление возможности управления цепочками поставок (SCM - Supply Chain Management), позволяющее направлять и контролировать движение материальных и информационных потоков от поставщика к потребителю [2, 6].
По мнению аналитиков Центра TAdviser, в последнее время наметилась тенденция, когда по маркетинговым соображениям к концепции ERP-системы относят сильно различающиеся между собой АИС.
Системное исследование проблемы создания и внедрения интегрированной автоматизированной информационной системы
Это предопределяет необходимость разработки инвариантной методологии создания ИАИС для осуществления оперативного управления в ЕИП машиностроительного предприятия бизнес-процессами технической подготовки и управления производством, включая программные методы интеграции с ERP-системой (учетно-хозяйственной АИС).
На основании вышеуказанных выводов в диссертационной работе сформулирована цель и задачи исследования. Цель работы
Разработка методологии создания информационных систем автоматизации технической подготовки и оперативного управления производством, интегрированных в ЕИП машиностроительного предприятия с системами ERP, практическая апробация и оценка эффективности этой методологии.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Разработать концептуальную модель ИАИС машиностроительного предприятия как сложной многоуровневой АИС и выявить этапы ее реализации, для решения в ЕИП задач управления множеством инженерных и производственных БП, материальных объектов и ресурсов. Методология должна реализовываться через конкретные технологии и поддерживающие их стандарты, методики и инструментальные средства, которые обеспечивают реализацию жизненного цикла проекта (ЖЦП или ALM — Application Lifecycle Management) ИАИС. Согласно статистическим данным, собранным аналитической компанией Standish Group (США), из 30000 проектов АИС, обследованных в США в период 1994 по 2009 г.г., успешными оказались не более 24% проектов (были выполнены в срок и в рамках заданного объема финансирования). Анализ показал, что большинство неудач было связано с отсутствием или неправильным применением методологии проектирования АИС, отвечающих требованиям предприятий.
Инвариантная методология ЖЦП ИАИС, основанная на системном подходе, является наиболее важным стратегическим фактором для успешного создания и внедрения вышеуказанной системы на машиностроительных предприятиях. Цель создания методологии проектирования ИАИС, базирующейся на системном подходе, заключается в организации процесса ЖЦП системы и обеспечения управления этим процессом для того, чтобы обеспечить выполнение требований, как к самой системе, так и к характеристикам процесса ее разработки и внедрения.
Для разработки ЖЦП ИАИС необходимо использовать инструментальные средства автоматизированного проектирования, позволяющих получить следующие результаты: повышение качества создаваемого программного обеспечения ИАИС за счет применения графических средств моделирования предметной области, формирования и контроля исходного кода, снижение времени создания проекта, что позволяет на ранних стадиях разработки получить прототип будущей системы и оценить его.
2. Разработать методику синтеза структуры ИАИС машиностроительного предприятия на основе системного анализа существующих реализаций и перспективных направлений развития ИАИС, взаимодействия БП технической подготовки и управления производством.
Определить базовые информационные технологии ИАИС машиностроительного предприятия, которые должны обеспечивать: реинжиниринг БП технической подготовки и оперативного управления в ЕИП предприятия, для обеспечения перехода от функционально-ориентированной (на основе плановой экономики) к процессорной организации управления предприятием (базовая технология реинжиниринга БП); ? описание и визуальное представление ЭСИ и придание ему официального статуса. ЭСИ - это не менее сложный промышленный продукт, чем само изделие, требующий применения новых технологий проектирования и управления (базовая технология представления данных ЭСИ); ? управление данными об ЭСИ, бизнес-процессами, ресурсами, интеграцию наборов данных между ИАИС и ERP-системами на предприятии (технология управления данными); ? алгоритмическое и программное обеспечение функций CAD/CAM/CAE/PDM/FRP/MRP/MES-систем в ЕИП предприятия. Разработать базовую технологию реинжиниринга БП машиностроительного предприятия. Для повышения эффективности работы предприятия в условиях постоянного роста конкуренции на рынке наукоемких изделий необходимо осуществить синтез эффективной структуры ИАИС, реализующей ЕИП предприятия БП технической подготовки и оперативного управления производством, включая программные методы интеграции с ERP-системой (учетно-хозяйственной АИС). Синтез новой структуры ИАИС машиностроительного предприятия должен быть реализован на основе использования следующих результатов: исследование существующих реализаций структур АИС; анализ взаимодействия в ЕИП предприятия БП технической подготовки и управления производством; исследование направлений развития концепции ИАИС. 3. Разработать единую функциональную модель машиностроительного предприятия, работающего под управлением ИАИС, на основе использования результатов реинжиниринга и формализованного описания этапов жизненного цикла проекта ИАИС, для последующей организации в ЕИП предприятия информационного взаимодействия БП технической подготовки и оперативного управления производством, а
Разработка единой информационной модели интегрированной автоматизированной информационной системы
Традиционное проектирование ИАИС (см. таблицу 2.2) отражает особенности ручного индивидуального проектирования, осуществляемого на уровне исполнителей без использования инструментальных средств, позволяющих интегрировать стадии проектирования ИАИС. Как правило, традиционное проектирование применяется для небольших и локальных APIC.
Появлению промышленного проектирования (см. таблицу 2.2), на основе инструментальных средств CASE-технологии, предшествовали исследования в области методологии программирования (см. раздел 2.1.3). Программирование приобрело черты системного подхода с разработкой и внедрением языков высокого уровня, методов структурного и модульного программирования, языков проектирования и средств их поддержки и т.д.
Кроме того, этому способствовали перечисленные ниже факторы: подготовка аналитиков и программистов, восприимчивых к концепциям модульного и структурного программирования; широкое внедрение и постоянный рост производительности персональных ЭВМ, позволяющих использовать эффективные графические средства и автоматизировать большинство этапов проектирования; внедрение сетевой технологии, предоставившей возможность объединения усилий отдельных исполнителей в единый процесс проектирования путем использования разделяемой БД, содержащей необходимую информацию о проекте.
Первоначальное значение термина CASE, ограниченное вопросами автоматизации разработки только ПО, в настоящее время приобрело новый смысл, охватывающий процесс разработки более сложных промышленных проектов АИС, например, класса PLM и ERP-систем. Наибольшая потребность в использовании CASE-технологий испытывается на начальных этапах реинжиниринга БП. Это объясняется тем, что цена ошибок, допущенных на начальных этапах, на порядок превышает цену ошибок, выявленных на более поздних этапах разработки. Преимущества CASE-технологии по сравнению с традиционной технологией оригинального проектирования сводятся к следующему: улучшение качества создаваемого ПО за счет автоматического контроля и формирования исходного кода; возможность повторного использования компонентов разработки; поддержание адаптивности и сопровождения проекта ИАИС; снижение времени создания проекта, что позволяет на ранних стадиях проектирования получить прототип будущей ИАИС и оценить его; освобождение разработчиков от рутинной работы по документированию проекта, так как при этом используется встроенный документатор; возможность коллективной работы над проектом ИАИС в режиме «on-line».
CASE-технология включает в себя методы, с помощью которых на основе графической нотации строятся диаграммы, поддерживаемые инструментальной средой проектирования. Графические средства моделирования предметной области позволяют разработчикам ИАИС в наглядном виде изучать существующую систему, перестраивать ее в соответствии с поставленными целями и имеющимися ограничениями. Все модификации диаграмн, выполняемых разработчиками в интерактивном режиме, вводятся в словарь данных, контролируются с общесистемной точки зрения и могут использоваться для дальнейшей генерации действующих функциональных приложений. В любой момент времени диаграммы могут быть распечатаны для включения в техническую документацию проекта ИАИС.
Помимо поддержки этапов проектирования ИАИС, особое значение приобретает ПО, реализующее создание исходного кода и генерацию схемы БД, пользовательских интерфейсов. Генерация программного кода и структуры схемы данных, не только позволяет сократить время разработки, но и дает возможность отделить разработку приложений от ведения архива проектной документации. Промышленное типовое проектирование (см. таблицу 2.2) предполагает создание проекта ИАИС из готовых покупных типовых элементов (типовых проектных решений). Для этого проектируемая ИАИС должна быть декомпозируема на множество составляющих элементов (подсистемы, комплексы задач, программные модули и т.п.), для которых подбираются и закупаются у сторонних разработчиков типовые проектные решения. Далее, закупленные типовые элементы, настраиваются или дорабатывается на особенности решения задачи автоматизации машиностроительного предприятия. К недостаткам рассматриваемого класса проектирования относится значительные затраты времени на интеграцию разнородных элементов ИАИС вследствие информационной, программной и технической несовместимости, зависимость от сроков разработки и конфигурации версий покупаемых типовых решений а также неудовлетворительная адаптивность (возможность настраивания) элементов к особенностям автоматизации ЖЦИ конкретного машиностроительного предприятия. Следствием перечисленных недостатков являются значительные затраты на доработку и интеграцию отдельного элемента ИАИС, сопоставимые с затратами времени ручного оригинального проектирования ИАИС.
В настоящее время применяются два основных метода компьютерного создания ИАИС [23, 94, 96, 100, 101, 103, 105-111, 123, 142, 176, 217, 242]: структурно-ориентированный (СО) и объектно-ориентированный (ОО).
Основой структурно-ориентированного (СО) метода CASE-технологии являются следующие возможности структурного анализа и создания ИАИС: декомпозиция всей системы на некоторое множество иерархически подчиненных функций; представление всей информации в виде графической нотации. В работе [96], на основе СО метода CASE-технологии разработаны ФМ БП в виде IDEFO-диаграмм, реализующих предлагаемую структуру ИАИС машиностроительного предприятия.
Разработка базовой информационной технологии интеграции данных в интегрированной автоматизированной информационной системе
Разработанное формальное описание реализации этапов ЖЦП ИАИС предприятия, включая этапы формирования и развития, позволяет перейти к созданию единой ФМ системы.
Вся разработка ОО ФМ ИАИС рассматривалась как процесс создания артефактов. Результаты функционального моделирования (например, ФМ, исходные тексты, объектные модули, документы, передаваемые пользователю) - это подклассы всех артефактов проекта ИАИС. Каждый член проектной группы создает свои артефакты проекта и несет за них ответственность: руководитель — за проектный план; аналитик (разработчик) — за ОО ФМ; программист за ПО. Основными артефактами проекта являлись разработанные ОО ФМ, которые позволили определить, визуализировать, конструировать и документировать артефакты ПО ИАИС. Каждая разработанная ОО ФМ являлась самодостаточным взглядом на предлагаемую структуру ИАИС и предназначалась как для очерчивания проблем, так и для реализации новых решений. Самодостаточность ОО ФМ означает, что аналитик (разработчик) получает из ОО ФМ всю необходимую ему информацию, не обращаясь к другим источникам, визуализирует контуры создаваемого проекта системы, ее объекты и их взаимодействие до создания и вкладывания значительных средств в разработку соответствующего ПО.
Рассмотрим подробнее этапы (итерации) разработки ОО единой ФМ разработанной структуры ИАИС машиностроительного предприятия.
Цель бизнес-моделирования моделирования (Business Modeling) предметной области - описать БП, происходящие на машиностроительном предприятии и усовершенствовать их. Машиностроительное предприятие рассматривается с двух точек зрения: внешней (основное внимание при этом уделяется внешним результатам ее деятельности) и внутренней (здесь внимание обращается на конкретные реализуемые функции и их взаимосвязь в процессе деятельности предприятия). На этапе бизнес-моделирования ФМ ИАИС предприятия решены следующие задачи (рисунок 2.21) [94, 96, 98, 100-111]:
Диаграмма пакетов Business process model 1. Определение бизнес-целей предприятия. В предполагаемой структуре ИАИС реализована реструктуризация бизнес-целей машиностроительного предприятия. При определении бизнес-целей исходят из необходимости установления приоритетности целей, выявления сильных сторон деятельности за счет использования рыночной ситуации, повышение эффективности решения и распределения задач по функциональным областям деятельности предприятия: технической подготовки, производственной, маркетинговой, финансовой и др.
На диаграмме пакетов {package diagram) (рисунок 2.22) показаны разработанные направления реструктуризации бизнес-целей предприятия для увеличения объема продаж продукции на 20% в сравнении с предыдущим периодом. При разработке бизнес-целей используются материалы разделся бизнес-плана, мнение потребителей, а также расчеты по определению характера и количества недостающих ресурсов и описания предполагаемых источников покрытия.
Разработка стратегии по каждой бизнес-цели представлялась в виде схемы поэтапного осуществления: обследование возможностей рынка (емкость, цена продаж и др.); сопоставление существующих возможностей ресурсов предприятия с необходимыми ресурсами для успешной работы на рынке; определение дефицита и компенсации по каждому виду ресурсов; разработка мероприятий по реализации этих задач. ФМ бизнес-целей спроектирована как иерархия диаграмм. На рисунке 2.22 показан пример иерархии разработанных диаграмм для бизнес-цели «Производство».
Описание БП предприятия. Данная задача решалась для формирования единого понимания БП предлагаемой структуры ИАИС экспертом (разработчиком) и сотрудниками машиностроительного предприятия. ФМ отображает БП, подлежащие автоматизации в предлагаемой структуре ИАИС, связи между процессами, субъекты и объекты, взаимодействующие с БП и являющихся внешними по отношению к ним, например, клиентами и партнерами. ФМ БП спроектирована как иерархия диаграмм. Например, пакет «4. Управление технической подготовкой производства» является ФМ БП 1-го уровня (рисунок 2.23). На последующих уровнях ФМ спроектированы подсистемы БП участвующих в структуре ИАИС, определяются уровнями вложенности БП предприятия (рисунок 2.24).
Фактически, это взгляд пользователей на ИАИС снаружи. Таким образом, одна из важнейших задач бизнес-моделирования - это определение функциональных и нефункциональных требований {requirements) к ОО ФМ. Установление требований к ФМ реализовано на основе исследования направлений развития и установленных базовых информационных технологиях ИАИС, результатах исследования БП машиностроительного предприятия и обоснования новой структуры ИАИС.
Функциональные требования. Очень часто сами пользователи не представляют, какие действия и результаты они должны получить в ИАИС предприятия. Для установления функциональных требований к ФМ ИАИС разработаны диаграммы прецедентов (business use case diagram).
Диаграмма прецедентов «Бюро заготовительного производства» ОГТ предприятия, включающая функциональные требования (разработка технологического процесса и утверждение технологической документации), показана на рисунке 2.26, а. Диаграмма прецедентов иллюстрирует взаимодействие внешнего пользователя (например, «Пользователь ИАИС класса PLM-системы») - актант (business actor), с ФМ и реакцию объектов ФМ на его действия. Актантами являются как пользователи ИАИС, так и внешние агенты, которым необходимо передать или получить информацию. Для отображения связи между актантом и БП использовалась связь — ассоциация со стереотипом «communicate».
Для детализации конкретного прецедента разработаны диаграмму деятельности (activity diagram), пример одной из них приведен на рисунке 2.26, б. На диаграмме активности определяются блоки деятельности (activity), которые будут автоматизированы.
Наглядность диаграмм прецедентов и активности позволила в ФМ ИАИС: повысить эффективность процесса определения и согласования требований; выявить функциональные ограничения на выполнение отдельных требований (с учетом особенностей материальных, финансовых и информационных потоков). Рассматриваемые диаграммы использованы для создания сценариев тестирования, поскольку все взаимодействия пользователей и ИАИС уже определены.
