Содержание к диссертации
Введение 5
Глава 1. Состояние вопроса. Цели и задачи исследования. 9
1.1 Анализ основных параметров информационного 9
обеспечения технологического процесса обработки деталей.
Существующие методы автоматизации обработки данных 13 в системах АСТПП.
Проблемы интеграции информационного обеспечения 38
в задачах управления технологическим процессом.
1.3 Постановка задачи исследования 41
Глава 2. CALS - технология как стратегия создания 49
интегрированных систем на основе единого информационного пространства
Концепция структуры CALS - технологии как основа 49 для построения единого информационного пространства.
Инструменты реализации и методики построения единого 56
информационного пространства на основе компонентного подхода с использованием технологии CORBA.
Совместное использование технологий OLE/COM и 76 CORBA при интеграции задач управления.
Формальные модели интегрированной производственной 82 системы на основе методов имитационного моделирования.
Моделирование функционирования объекта управления на 92 основе аппарата сетей Петри в структуре автоматизированной производственной линии (АСУТП).
Выводы по главе 2. 116
Глава 3. Использование системы баз данных при 117
разработке и совершенствовании технологических процессов.
3.1 Классификация систем управления базами данных 117
и тенденции применения СУБД в структуре CALS - технологии.
3.2 Анализ программных средств повышения эффективности 125
доступа к базам данных распределенного машиностроительного
производства.
Поисковая машина как инвариантное средство доступа 146 к базам данных технологических процессов машиностроительного производства.
Использование методов инвариантной поисковой машины 196 при проектировании новых систем автоматизации CAD/CAM. Выводы по главе 3. 200
Глава 4. Роль объектно-ориентированного подхода при 201
анализе и проектировании технологических процессов.
4.1 Концепция объектно-ориентированного подхода при 201
проектировании технологических процессов.
4.2 Объектно-ориентированное моделирование системы 218
технологического проектирования.
Структура объектно-реляционной базы данных на 222 примере базы данных технологической оснастки.
Компонентный подход к проектированию 242 объектно-ориентированного программного обеспечения.
Организация хранилища данных на основе реляционной 248 и объектно-реляционной СУБД и выбор оптимальной
среды разработки объектно-ориентированной СУБД.
Выводы по главе 4. 266
Глава 5. Технологическая инфраструктура системы 267
управления сложными машиностроительными комплексами
и методы извлечения информации из баз данных
при формировании технологической документации.
5.1 Основные предпосылки создания технологической 267
инфраструктуры системы управления сложными
машиностроительными комплексами с базами данных.
Основы взаимодействия с базами данных в двухзвенной 287 архитектуре клиент-сервер.
Критерии выбора базы данных в распределенной 313 клиент-серверной среде функционирования CAD/САМ систем.
Архитектура многоуровневой системы средств 319 автоматизации производства (CAD/CAM/CAE/CIM).
Выводы по главе 5. 324
Глава 6. Повышение эффективности процесса 325
технологической подготовки производства путем совершенствования системы организации обработки и хранения распределенной информации.
Моделирование эффективности работы интегрированной 325 системы технологической подготовки производства в рамках АСТПП.
Разрабока моделей эффективности внедрения комплекса 332
информационного обеспечения системы на основе компонентного подхода при технологической подготовке производства в рамках CALS - технологии.
6.3 Экономическая эффективность внедрения на производстве 344
одного программного продукта (компонента) по
технологической подготовке производства.
6.4 Расчет экономической эффективности от внедрения 353
программы по технологической подготовке производства.
Выводы по главе 6. 356
Общие выводы по диссертации. 357
Список литературы. 359
Список сокращений 375
Приложение 1. 378
Введение к работе
В современных экономических условиях машиностроительное производство, отличающееся высоким уровнем технического и технологического оснащения (применением высокоточного и высоконадежного станочного оборудования, в том числе и станков с ЧПУ) и сложной системой материально-технического обеспечения на всех его этапах, предъявляет повышенные требования к скорости и качеству технологической подготовки производства^ 26]. Это обусловлено тем, что меняющаяся конъюнктура рынка требует не только постоянного повышения качественных показателей, но и частой переориентации производства на новые виды продукции, что предопределяет возникновение ряда проблем структурно-технологического характера, связанных с реорганизацией производственного процесса. Технологическая подготовка, как и другие стадии производства - от проектно-изыскательских работ до сбыта готовой продукции - требует наличия всеобъемлющей системы информационного обеспечения соответствующего уровня[44]. От эффективности работы такой системы зависит скорость и качество обработки данных, что в свою очередь, во многом определяет качественные и скоростные параметры технологической подготовки производства. Структура современного производства, в особенности такой отрасли как машиностроение, носит сложный и многогранный характер, связанный с наличием разнородных информационных потоков, что обуславливает существование целого ряда проблем, связанных с несовпадением стандартов обрабатываемых данных и, как следствие, трудностей с их совместным отбором, анализом и использованием. Такая ситуация складывается из-за того, что разные по своей специфике (целям производства, уровню автоматизации, технологическим параметрам и т.д.) процессы требуют наличия различных по объему, номенклатуре, скорости передачи и обработки информационных потоков. Так, например, система управления базами данных (СУБД), созданная для поддержки Computing-aided-Design-систем (CAD-систем), и
СУБД, работающая с информацией заводских складов, будут отличаться своими потребительским свойствами, что в свою очередь может предопределить применение для их создания различных инструментальных средств. Кроме этого, программные продукты, такие как системы автоматизированного проектирования [107] и технологической подготовки производства (САПР и АСТПП, или CAD/CAM-системы), строятся с использованием различных СУБД.
Необходимость высокоскоростного и корректного совместного доступа к разнородным данным может возникнуть на этапе технологической подготовки производства применительно, например, к процессу подбора комплекта режущего инструмента, с определенными геометрическими и прочностными характеристиками. В этом случае выбор режущего инструмента следует производить на основе различных типов данных: данных, поступивших со стадии подготовки проектной документации, требований к инструментальному обеспечению производства и информации о наличии его на складах предприятия. Для реализации оптимального инструментального набора необходимо решить задачу эффективного поиска в базах данных предприятия с учетом приоритетов, устанавливаемых конечным пользователем, в данном случае - технологом, работающим в технологическом бюро цеха. При этом эффективность технологической подготовки производства, как основы производственного процесса в целом, так и других стадий производства, требует наличия всеобъемлющей системы информационного обеспечения соответствующего уровня. Таким образом, повышение эффективности технологической подготовки производства, как и других стадий производства целиком зависит от наличия единой информационной инфраструктуры производства, объединяющей уровни: технологической подготовки, управления предприятием и уровень управления технологическими процессами.
Эффективность производства в данном случае следует понимать как экономическую эффективность - соотношение результатов производства и
затрат для достижения этих результатов [63]. Механизмами для прироста результатов производства в виде средств, вырученных за продукцию, являются маркетинговая политика, конъюнктура рынка и др. [49], [78].
В основе повышения эффективности производства должно лежать снижение затрат для достижения результатов производства через снижение затрат собственно на производство (принятие оптимальных управленческих решений) и снижение затрат на внедрение новых технологий (модернизацию оборудования). Структура составляющих компонент современного производства отображена на рис. В.1.
Эффективное производство
]
Снижение затрат для достижения результатов производства
]
Снижение затрат на производство
Принятие оптимальных управленческих решений на основе объективной и оперативной картины технологического процесса
Снижение затрат
на внедрение новых
технологий
Снижение затрат
на модернизацию
оборудования
V
Рис. В.1. Структура составляющих компонент современного эффективного производства
Эффективная эксплуатация производственных структур требует повышения надежности и точности информации, на основании которой принимают решения по управлению работой и эксплуатацией. Увеличение численности обслуживающего персонала не улучшает качество решения задач управления автоматизированным производством, а наличие разнотипных баз данных приводит к разным уровням требований к обработке информации. Поэтому для сбора и переработки информации для управления конкретной автоматической линией и возникает необходимость создания единой информационной платформы на базе вычислительной техники, что
8 позволяет оперативно приспосабливать производственную систему к изменению фактического состояния оборудования даже при условии недостаточно представительной статистики об интенсивности отказов, о стоимости и продолжительности работ по техническому обслуживанию. Актуальность работы.
Управление современным автоматизированным машиностроительным производством является трудоемкой и разноплановой задачей, от которой зависит производительность технологического процесса, качество выпускаемой продукции и ее конкурентоспособность на мировом рынке.
Это неизбежно приводит, помимо разработки тактики и стратегии конкурентной борьбы, к решению проблемы работы с информационными ресурсами, которые должны быть определены едиными стандартами, особенно в рамках CALS - технологии.
В настоящее время на промышленных предприятиях часто используются традиционные неэффективные подходы по доступам и по работе с данными, которые сопряжены с конвертированием информации из одной базы данных к другой, что приводит к существенным экономическим потерям и отрицательным образом сказывается на сроках и качестве выпуска конечной продукции.
В данной диссертации предлагается решение актуальной задачи -задачи минимизации затрат на приведение имеющихся информационных ресурсов, в рамках международных стандартов, к единому виду и организации эффективного доступа и использования информации на основе применения новых математических, алгоритмических и программных решений, в применении к проблемам машиностроительного производства. Цель исследований.
Повышение эффективности машиностроительного производства через снижение материальных и временных затрат путем разработки новых математических методов и программных средств для создания единого
информационного пространства и для обеспечения инвариантных средств доступа к гетерогенным распределенным базам данных Основные задачи исследования:
Системный анализ существующих методов управления информационным обеспечением структуры технологической подготовки производства на машиностроительных предприятиях и определение новых методов и средств организации эффективной работы с информационными ресурсами на всех уровнях деятельности предприятия.
Исследование и разработка математических моделей для определения эффективности решений по интеграции задач управления технологическим процессом.
Разработка методики интеграции задач управления технологическим процессом, основанной на образовании единого информационного пространства в рамках CALS - технологии.
Анализ систем управления базами данных (СУБД) в контексте развития автоматизированных систем технологической подготовки производства (АСУТП) с учетом классификации и современных тенденций развития с целью определения новых эффективных решений по системному и информационному обеспечению функционирования предприятий.
Анализ программных средств повышения эффективности доступа к базам данных машиностроительного производства для определения новых единых средств доступа к базам данных на основе платформы инвариантной поисковой машины (ИПМ).
Разработка концептуальной, алгоритмической и программной структуры инвариантной поисковой машины с учетом выбора
10 адекватного программно-методического обеспечения, построения концептуальных и сетевых моделей функционирования на этапе технологической подготовки производства и определение перспективных направлений внедрения ИПМ при автоматизации различных технологических производств.
Разработка математической модели системы технологического проектирования на основе объектно-ориентированного подхода.
Разработка методики построения логической структуры данных и программных средств для процессов технологического проектирования и конструирования на основе объектно-ориентированного подхода.
Разработка объектно-ориентированной системы управления базами данных технологической оснастки для решения задач технологического проектирования.
Исследование и доказательство целесообразности применения разработанных моделей и методик для повышения эффективности производства за счет интеграции задач управления информационным обеспечением предприятия на примере автоматизированной линии путем разработки прикладной модели программного обеспечения линии.
Научная новизна.
На основе анализа информационных потоков предприятия предложена методология создания интегрированной информационной платформы машиностроительного предприятия, которая базируется на единых стандартах по хранению, обработке и передачи электронных данных различной структуры, формата и функционального наполнения.
Предложено методическое обеспечение по созданию информационного пространства деятельности предприятия, на основе применения единой электронной модели создаваемого изделия, с использованием средств CALS - технологии, технологии OLE/COM и CORBA.
Предложен единый унифицированный подход по реализации оптимального поиска информации, независимо от типа и структуры данных на базе инвариантной поисковой машины.
Разработано программно-методическое обеспечение информационной платформы для интегрированного управления распределенным машиностроительным производством.
Информационной, теоретической и методологической базой явились основные положения технологии машиностроения, теории множеств, теории систем управления базами данных, объектно-ориентированного проектирования и анализа, математического моделирования, программных инструментальных средств и методологий разработки прикладных информационных систем. Предмет исследования
Основным объектом исследования является автоматизированное машиностроительное производство. Практическая ценность Практическая ценность работы заключается в:
В повышении эффективности технологической подготовки машиностроительного производства путем улучшения методов структуризации, хранения, доступа и обработки данных в системах информационного обеспечения автоматизированного производства;
В практической реализации теоретических и методологических положений, сформулированных в работе на примере конкретного машиностроительного производства предприятия, на основе реального технологического процесса по производству труб;
В создании программно-алгоритмического обеспечения по интегрированному управлению обработкой данных при технологической подготовке производства.
a Реализация в промышленности.
Результаты исследований и рекомендации, представленные в работе использованы при теоретических, методологических и практических разработках при внедрении систем CAD/САМ и ГПС на следующих предприятиях и организациях польской промышленности в рамках государственных программ:
При внедрении системы ЕХАРТ в заводах польской промышленности. По заказу Министерства Промышленности, НИЦОТиКМ „ТЕКОМА" г. Варшава. 1980-1982 г.
При внедрение системы «СAM-APT при автоматизации производства деталей аэробуса ИЛ - 86».- Государственная программа в рамках российско - польского договора. НИЦОТиКМ «ТЕКОМА», г. Варшава. 1982 - 1984 г.
При внедрении системы С AM-APT при автоматизации производства; НИЦОТиКМ „ТЕКОМА", ВСК Окенце, г. Варшава. 1984 г.
При внедрении автоматизации обработки моделей самолетов с использованием систем CAD/САМ; Институт авиации г.Варшава. 1985.
При проектировании ГПС заводах Министерства Промышленности. Государственная научно - исследовательская программа Nr. 7.4; НИЦОТиКМ „ТЕКОМА", ВСК г. Жэшув. 1986-1989 г.
При реализации Государственного заказа Nr. 6/53 «Новые технологии обработки штампов для автомобилей, использующие системы CAD/CAM», FSS POLMO-SHL г. Кельце. 1989-1995 г.
При выполнении программы «ГПС для изготовления деталей типа тел вращения». По заказу Комитета по научным исследованиям Польшы, Nr. 7 T07D 022 06С/3023.- НИЦОТиКМ „ТЕКОМА" г. Варшава. 1998-2001 г.
43 Итоги работы использованы в линии по производству труб на Первоуральском новотрубном заводе а также на предприятии EMAG в Российской Федерации..
Предлагаемые в работе методы интеграции являются теоретической и методологической основой разработок управления автоматическими системами в Научно - исследовательском центре основ технологии и конструирования машин (НИЦОТиКМ) „ТЕКОМА" г.Варшава, Польша. Апробация работы.
Основные положения, связанные с диссертационной работой и непосредственно касающиеся работы докладывались на Всепольской конференции Государственного Союза Кооперативов «Гибкие производственные системы (ГПС)», г.Ченстохов, 1985 г.; на 1-й международной конференции «Конструкция, технология, информация (КТИ)» под руководством чл-корр. РАН проф.д.т.н Соломенцева Ю.М. г.Москва, 1989 г.; на семинарах Научно-исследовательской программы по заказу Комитета по научным исследованиям Польши «Технология и автоматизация сборки (ТиАС)» г. Варшава, 1997 г.; на международный конференции Manufacturing М'01 „Современные проблемы производства" , 2001 г., Познань, Польша; на общегосударственной конференции „Современные проблемы производства" , 2002 г. Кельце, Польша; на международной конференции "Информационные средства и технологии", г. Москва, МГТУ "Станкин", 2003.
