Разработка методов, моделей и системотехнических принципов организации производства электротехнического оборудования авиационной техники Стройкин Александр Николаевич

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Состояние теории и практики в области системного анализа и синтеза производства сложных объектов машиностроения 12

1.1 Теории и практики системного анализа производства объектов машиностроения 12

1.2 Формальные основы теории организации и управление производственными системами 18

1.3 Состояние теории и практики моделирования деятельности. Методы построения, использования и совершенствования моделей принятия решений 23

1.4 Особенности производства электротехнического оборудования авиационной техники и пути его развития 25

1.5 Анализ состояния средств технического обеспечения производства ЭТО воздушных судов и концепции реструктуризации 29

1.5.1 Предпосылки и концепции реструктуризации производств ОАО «Авиакор – авиационный завод» 32

1.5.2 Научно-практические проблемы производства электротехнического оборудования воздушных судов 35

1.6 Выводы по главе 41

1.7 Цель и задачи диссертационной работы 42

ГЛАВА 2. Разработка модельных представлений процессов проектирования производства электротехнического оборудования сложных объектов машиностроения (на примере авиастроения) 44

2.1 Проблемы, цели и задачи производства ЭТО сложных объектов машиностроения 45

2.2 Классификация моделей объектов электротехнического оборудования авиационной техники 2.3 Обобщенная постановка прикладных задач производства ЭТО авиационной техники 56

2.4 Постановка задачи проектирования технологических операций и процессов монтажа электросборок в обобщенной постановке 63

2.5 Общая формулировка метода формирования образа электросборок электротехнического оборудования авиационной техники

2.6 Выводы по главе 78

ГЛАВА 3. Разработка методического обеспечения системы автоматизированного производства электротехнического оборудования авиационной техники 79

3.1 Системный подход и системные направления в исследовании электротехнического производства самолетов 80

3.2 Основные принципы представления систем сборочно-монтажного производства 83

3.2.1 Основные понятия и определения 83

3.2.2 Терминология синтеза объектов и технологических процессов сборки 90

3.3 Математические основы синтеза образа объекта производства – преобразования подобия 92

3.4 Формализация сборочно-монтажных процессов производства электротехнического оборудования самолёта 97

3.5 Концепция геометризации представления электросборок и технологических процессов монтажа 108

3.6 Комментарии 118

ГЛАВА 4. Разработка организационно-технической структуры электротехнического производства авиастроительного предприятия 120

4.1 Организационная структура научно-технической подготовки производства электротехнического оборудования самолетов 120

4.2 Производственная сеть локальных интеллектуальных коммутаторов измерения параметров электрических цепей и точности монтажа 124

4.3 Передача данных в производственной сети 128

4.4 Автоматизированное рабочее место электромонтажника 135

4.5 Задачи оценивания эффективности целенаправленных процессов и систем производства 138

4.5.1 Методы определения затрат 142

Заключение 144

Выводы по диссертации 147

Список литературы 149

• Особенности производства электротехнического оборудования авиационной техники и пути его развития
• Постановка задачи проектирования технологических операций и процессов монтажа электросборок в обобщенной постановке
• Терминология синтеза объектов и технологических процессов сборки
• Производственная сеть локальных интеллектуальных коммутаторов измерения параметров электрических цепей и точности монтажа

Введение к работе

Актуальность темы исследования. Повышение эффективности функционирования организаций в современных рыночных условиях является основным фактором развития производств и, как следствие, выпуска конкурентоспособной продукции. Все это требует масштабной реструктуризации как отдельных организационных структур, так и организации производства в целом. Реструктуризация должна охватить маркетинг, производство, его экономику и персонал.

Современные требования, предъявляемые к эффективной организации производства авиастроительного предприятия, ориентируют прежде всего на снижение ресурсоемкости создаваемых изделий авиационной техники. Это означает, что в текущих условиях высокой конкуренции в авиастроении необходимо на всех технологических переделах обеспечить высокий уровень качества организации производственных систем и конкурентоспособности создаваемых узлов и агрегатов при постоянной нацеленности на минимизацию затрат их производства.

Узловыми проблемами настоящего времени в условиях рыночной экономики являются:

1. Сокращение сроков изготовления продукции.

2. Рост производительности труда.

3. Снижение издержек производства. Решение этих проблем связано с увеличением рентабельности производства продукции,

со снижением процента брака и непроизводственных расходов, с внедрением в производство новейших технологий, с автоматизацией производства, с реальной загрузкой основных фондов. Также требует решения комплекс задач, связанный с подготовкой новых кадров и с соответствующим повышением квалификации уже имеющегося производственного персонала предприятия. Необходимо усилить эффективную координацию деятельности в этой области и создать систему непрерывного мониторинга всех сторон организации производственной деятельности. Создание эффективной системы подготовки кадров под рабочее место существенно ускорит адаптацию специалистов в производственной среде. В этих условиях следует выделить проблемы организации развивающих знаний для руководителей и совершенствование мотивации всех участников производственного процесса. Особенно остро данные проблемы стоят в производстве электротехнического оборудования авиационной техники (ЭТО АТ), которое в значительной степени определяет безопасность полетов воздушных судов (ВС) всех категорий АТ. Следует отметить, что основным производственным процессом изготовления агрегатов и узлов ЭТО на авиастроительном предприятии является электрический монтаж (соединение элементов электрических схем), выполняемый в полном объеме (100%) электромонтажником. В этих условиях очевидно, что при синтезе технологических процессов нужно учитывать человеческий фактор, от которого зависит обеспечение качества готовой продукции на базе организации эффективного управления операциями электромонтажа автоматического контроля и диагностики выполненных операций технологического процесса электромонтажа, что в свою очередь требует решения и главной проблемы повышения производительности труда в рамках системы автоматизированного производства ЭТО.

Проведенное исследование этих проблем в реальном производстве ЭТО на авиастроительных предприятиях в рамках существующей организации производства современной АТ показало их обострение в связи со следующими факторами:

4. Стремительным ростом номенклатуры изделий ЭТО, что повлекло резкое увеличение информационных потоков в производственной сети.

5. Значительным усложнением технологии изготовления изделий ЭТО, быстрым ростом количества операций при монтаже, контроле и испытаниях, что вызвало существенное повышение трудоемкости производства этого оборудования.

3. Существенным сокращением времени на технологическую подготовку производ
ства. Прохождение этого этапа в сжатые сроки, обусловленные конъюнктурой на внутреннем
и внешнем рынках, требует создания человеко-машинных систем, и поэтому внедрение ин-
3

формационных технологий и ГАПС становится неизбежным.

4. Уменьшением притока рабочей силы (особенно высококвалифицированной), что выдвигает на первый план работы по передаче функций человеческого труда комплексу технических систем с элементами искусственного интеллекта, призванных изменить тип связей между человеком и техническими средствами обеспечения технологического процесса изготовления ЭТО АТ.

5. Отсутствием универсального метода предварительной обработки конструкторской документации электросборок ЭТО с целью организации эффективного функционирования и совершенствования производственных процессов.

Степень разработанности темы. С позиций современной науки и техники можно выделить два аспекта совершенствования технологического способа производства: теоретический и технический. Их диалектическое единство достигается применением методологии системного подхода, интеграцией науки и техники, науки и производства. Крупный вклад в разработку первого направления внесли отечественные и зарубежные ученые: чл.-корр. РАН В.А. Барвинок, проф. Н.С. Райбман, Л.К. Сизенов, А.Н. Коптев, А.А. Миненков, А.В. Чернышев, Э.П. Сейдж, Дж.Л. Мелса, П. Эйкхоф и др.

Проблема повышения качества продукции электротехнического производства, связанной с контролем всех этапов данного производства и испытаний готовых изделий этого производства, уделено большое внимание в научных и практических работах отечественных ученых П.П. Пархоменко, А.Г. Евланова, А.П. Глазунова, А.Н. Коптева, П.И. Кузнецова, А.В. Мозголевского, А.Н. Смирнова, И.М. Чегиса, С.В. Яблонского и зарубежных ученых Д.Д. Брюле, Р.А. Джонсона, Е.Д. Клетаки, Г. Чжена, Е. Меннига, Г. Метца и др.

Однако, несмотря на отдельные теоретические и практические достижения в области производства ЭТО АТ, следует отметить медленные темпы роста научного и технического уровня организации производства ЭТО АТ. Кардинальное изменение сложившейся ситуации упирается в необходимость решения основных проблем: во-первых, в построение сжатого высокоинформативного описания технологических операций монтажа для организации процессов монтажа, являющихся фундаментом построения конкретного электротехнического объекта производства; во-вторых, в создание инструментария организации и управления взаимодействием элементов системы производства ЭТО АТ.

Выявление существующей проблемы организации системы производства ЭТО АТ обусловило цели и задачи диссертационного исследования.

Цель работы - повышение производительности и качества организации производственных процессов монтажа электросборок электротехнического оборудования авиационной техники за счет разработки и внедрения в производство новейших информационных технологий, автоматизации синтеза технологических процессов на основе знаний и опыта исполнителя и применения техники оптимизации.

Задачи исследования:

1. Проанализировать современное состояние теории, методов и средств системотехнического обеспечения производства электротехнического оборудования авиационной техники.

2. Обобщить постановку задачи проектирования организационной структуры производства объекта электротехнического оборудования авиационной техники.

3. Разработать новую концепцию принципов моделирования, оптимизации и организации производственных процессов электротехнического производства ЭТО АТ.

4. Разработать методические средства организации производства ЭТО АТ.

5. Разработать организационно-техническую структуру гибкой автоматизированной системы производства ЭТО АТ.

6. Оценить эффективность и качество автоматизированной системы производства ЭТО АТ.

Область исследования включает:

- разработку научных, методологических и системотехнических основ проектирования

организационных структур предприятий и организации производственных процессов;

стратегию развития и планирования организационных структур и производственных процессов;

разработку научных, методологических и системотехнических принципов повышения эффективности функционирования и качества организации производственных систем;

повышение качества и конкурентоспособности продукции, системы контроля качества и сертификации продукции;

- совершенствование системы качества и экологичности предприятий.
Объектом исследования является производственная система авиастроительного пред
приятия с единичным и мелкосерийным производством сложной технической продукции.

Предмет исследования составляют методы, механизмы и способы организации производственных процессов производства электротехнического оборудования на авиастроительных предприятиях.

Научная новизна исследования заключается в разработке замкнутой формулировки задачи производства ЭТО, единой концептуальной модели представления объектов производства и производственных процессов, обеспечивающих описание этого класса процессов абстрактной структурой (образом) для использования такого подхода в рамках решения задач эффективного функционирования и совершенствования производственных процессов и организационной структуры производства ЭТО АТ.

Основные научные результаты, определяющие новизну проведенного исследования, состоят в следующем:

7. Разработаны (на базе классификации модельных представлений объектов производства) модели технологических процессов монтажа, квалифицированные как множества базовых операций, значения элементов которых предметно интерпретированы как значения внешних и внутренних свойств этих операций.

8. Поставлена задача проектирования в обобщенной и частной формулировках. Задача переводима в различные формы, позволяющие найти в заданном пространстве желаемое решение, удовлетворяющее множеству ограничений с применением разрешенных операций над этим пространством.

9. Разработана (в рамках точного формализма) концептуальная модель синтеза организации и производственных процессов, устанавливающая различные отношения, определенные между стандартными блоками (образующими) производственной системы, на базе разрешенных математических операций составления производственных целей.

10. Сформирована система математических моделей организации производственных процессов, позволяющая синтезировать технологические процессы монтажа и осуществлять управление ими на основе общего для дискриминантного и структурного подходов к задаче предварительной обработки исходной информации как объектов производства, так и технологических процессов соединений, которые являются базовыми для организации гибкого автоматизированного производства ЭТО АТ.

11. Разработан алгоритм методики расчёта параметров организации и производственных процессов, позволяющий на основе учёта простоя оборудования, ожидания в очередь на монтаж оценивать суммарные издержки производства ЭТО АТ и получать данные об оптимальном количестве рабочих мест.

Теоретическая и практическая значимость исследования. Результаты диссертационного исследования развивают методы использования искусственного интеллекта в технике и производстве, связанные с описанием предметной области (структурной информации класса образов объектов производства и процессов их преобразования); с наглядным представлением входной и выходной информации, перерабатываемой в рамках реализации технологического процесса специалистом, (например, при выполнении монтажных операций, что позволяет более полно и комплексно рассмотреть вопросы организации и управления взаимодействием всех элементов производственного процесса в системе производства ЭТО АТ, значительно повышает производительность труда и обеспечивает высокие требования потребителей АТ к качеству изделий этого производства); с разработкой предложений и реко-

мендаций по предварительной обработке исходного объекта (сегментации, выделения непроизводных элементов) для синтеза и анализа образов организационной структуры и процессов производства ЭТО АТ; для представления их через множество непроизводных элементов и через определённые операции построения цепей из них, на основании которого получается полное структурное описание технологического процесса монтажа объекта производства. Данные предложения и рекомендации внедрены в практическую деятельность инновационно-ориентированных предприятий авиастроения РФ.

Практическая значимость исследования заключается в разработке научно-практических рекомендаций для организации и управления производственной системой производства ЭТО АТ. В частности, практическое значение имеют: совершенствование методов организации и управления монтажом ЭТО АТ как единичных, так и серийных электросборок, позволяющее значительно повысить производительность труда при снижении требований к квалификации исполнителей; методика формирования оптимальной организационной структуры производства электросборок ЭТО АТ, включающая в себя информационные технологии, системы контроля всех уровней и комплексного управления всеми производственными процессами на основе синтезированной CAN-сети производства ЭТО АТ. Результатом применения разработанного инструментария (АРМ, МАСКА) является повышение уровня автоматизации и, как следствие, сокращение времени производственного цикла в среднем на 50 %, а также повышение производительности труда в среднем на 35-45 %.

Методы исследования. При решении задач в диссертационном исследовании использовались: теория образов, методы тензорного анализа сетей, исследование операций, методы теории систем и системотехники и анализ систем.

Положения, выносимые на защиту:

методы и средства проектирования организационной структуры монтажного производства ЭТО АТ, особенностью которого является организация вертикального и горизонтального взаимодействия между всеми элементами производственной системы монтажа электросборок;

концептуальная модель синтеза и анализа образов организационных структур и производственных процессов монтажа электросборок ЭТО АТ, реализуемая в рамках точного формализма, позволившая охватить все стороны его производства;

система математических моделей преобразования монтажного пространства электросборок, лежащих в основе синтеза производственных процессов монтажа и управления ими, позволившая формализовать все стороны производственного процесса ЭТО АТ;

- структура и инструментарий организации производственных процессов монтажа,
обеспечивающие высокий уровень гибкости и автоматизации на базе информационных тех
нологий;

реализация методов и средств управления и контроля в рамках производства ЭТО АТ;

методика расчёта параметров организационной структуры и производственных процессов монтажа электросборок ЭТО АТ;

Представленные в работе материалы научных исследований составляют основу создания гибкого автоматизированного производства ЭТО АТ, внедряемого в ОАО «Авиакор – авиационный завод» и используются в учебном процессе на кафедре эксплуатации авиационной техники ФГАОУВО «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)» при подготовке бакалавров, специалистов и магистров по направлению 162500, а также в специализации «Авионика».

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов работы подтверждается корректным использованием теоретических сведений и экспериментально полученных данных при создании основных средств гибкого автоматизированного производства электротехнического оборудования самолетов в авиастроительных предприятиях.

Основные положения диссертации представлены в виде докладов на IV международной конференции «Системы управления жизненным циклом изделий авиационной техники: ак-6

туальные проблемы, исследования, опыт внедрения и перспективы развития» (г. Ульяновск, 2014 г.), на XV Всероссийском семинаре по управлению движением и навигации летательных аппаратов (г. Самара, 2011 г.).

По теме диссертационной работы автором опубликовано 11 работ: 7статей, в том числе 4 статьи в периодических научных и научно-технических изданиях, рекомендуемых ВАК РФ, и 2 доклада в виде тезисов на международной конференции.

Реализация результатов работы. Полученные в диссертации результаты частично внедрены в ОАО «Авиакор – авиационный завод». Весьма большая обобщенность содержательной постановки задач и отсутствие принципиальных ограничений на применимость позволяют использовать результаты при совершенствовании организационных структур и при повышении эффективности других систем производства ЭТО АТ, например, при отработке систем электроснабжения самолета в цехе окончательной сборки.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы (104 наименования), одного приложения. Диссертация содержит 165 страниц, в том числе 15 рисунков и 3 таблицы.

Особенности производства электротехнического оборудования авиационной техники и пути его развития

Философский и теоретико-прикладной интерес к вопросам организации и управления в последнее время существенно возрос. Следует отметить, что клас 19 сический период развития этого направления и современный отличаются в значительной степени, особенно в толковании основных положений для сложных со-циотехнических систем. Следует отметить, что в настоящее время востребованы идеи организации и управления, опирающиеся на приложения теории управления и общей теории организации. Эти идеи являются основой современных теоретических взглядов на фундаментальные принципы организации сложных систем, в которых превалируют вероятностные факторы их функционирования. Этот подход является наиболее действенным, т.к. позволяет синтезировать сложные производственные системы, обладающие заданными системными характеристиками.

Идея организации проделала длительный эволюционный путь от высказывания об организации Аристотеля, Ф.В.Й. Шеллинга, Г.В.Ф. Гегеля до идей Н.Ф. Федорова, А.А. Богданова. Существенный вклад в развитие фундаментальной теории организации внесли математики, работы которых дали математический инструментарий. В этом направлении следует отметить работы Ж.А. Пуанкаре. Его математические методы в теории организации внесли существенный вклад в понимание процессов развития организационных структур, в рассмотрение и формирование теории динамики их изменения при многократных бифуркациях в процессе функционирования сложных систем.

Понятие организации в последнее время приобрело общенаучное значение в связи с глубокими исследованиями структуры сложных динамических систем и законов их функционирования.

Существенное влияние на развитие представлений об организации оказали идеи дискретности, структурированности систем, автономности отдельных подсистем и в тоже время целостности. Системный подход, объединяющий идеи кибернетики, общей теории систем, системотехники, исследований операции обозначил фундаментальные основы синтеза и анализа нового поколения сложных систем. Серьезным этапом в развитии теории организации при синтезе социотех-нических систем стали идеи изоморфизма структур и функций, которые были положены в основу описания качественно различных систем одними и теми же математическими моделями. Таким образом, системный подход в исследовании ор 20 ганизации породил возможность использования методик различных научных направлений.

Это разнообразие требует разработки либо алгоритма, в рамках которого производится использование того или иного научного направления, либо разработки метода и средств такого анализа на других принципах, использующих иные подходы получения, как правило, рационального решения, что определяет современные тенденции развития методов структурного анализа моделей объекта. Именно такой подход, по мнению автора, и должен дать более реальную оценку предлагаемого решения.

Таким образом, за последние десятилетия прошлого века и в начале XXI века значительное развитие получило применение общепринятых научных методов к проблемам, встречающимся в практике управления производством. Отличительной чертой научного метода является его ориентация на использование концептуальных моделей, описанных в количественной форме [20].

Однако в последние десятилетия некоторые допущения этой теории подвергаются критике.

Хорошо известно, что в современной науке управления идет интенсивный процесс пересмотра ее аксиом. Например, широкой критике подвергается понятие оптимальности, рассматриваемое как критерий эффективного выбора, а методологией эффективного выбора стало математическое программирование [27].

Следует отметить бурное развитие нечёткого программирования, развиваемое на базе теории нечётких множеств. В целом теория нечётких множеств помогла обобщить многие аспекты классических задач. Теория нечётких множеств тесно связана с нестационарными системами, в том числе и с социотехническими. Однако эта связь требует более глубокого исследования. В настоящее время данный аспект подвергается особенно интенсивному критическому осмыслению как математиками, так и специалистами других наук. Нечёткие системы функционируют во времени. Нестационарную систему можно описать как стационарную, если ввести нечёткие параметры. Хорошей иллюстрацией в этом отношении является задача робастного, т.е. «грубого» программирования. Нечёткие параметры от 21

ражают способность «поглощать» неожиданности, встречающиеся в динамических структурах типа систем с участием человека. Действительно, теория нечётких систем может связать неравновесные события и структуру. Она представляет собой попытку понять самоорганизацию в неравновесных системах. Процесс синтеза рассматривается как динамическая система, состояние которой описывается нечётким отношением или чем-либо в этом роде. Для разрешения неопределённости, порождаемой конфликтом, можно перейти на более высокие уровни описания, сосредоточиться на частных описаниях, для того чтобы получить структурную устойчивость. Понятие обратной связи, по-видимому, является решающим для понимания концептуализации и необходимости в обобщённой логике.

Нечёткое программирование выделяет естественную множественность целей и значений, неточно определённых подцелей и ограничений.

Автор полагает, что для успешного использования этой теории требуется глубокое исследование фактов, относящихся к конкретной задаче, и попытки применить к данной задаче развиваемые в теории принципы.

Следует отметить значительный вклад зарубежных и отечественных учёных, направленный на развитие этих методов [88]. Среди работ следует выделить труды С.А. Орловского и монографии «Нечёткие множества в моделях управления и искусственном интеллекте» под ред. Д.А. Поспелова. В зарубежных исследованиях отметим работы Л. Заде, Т. Тэрано, К. Асаи, М. Сутэно и ряда других авторов.

В настоящее время возрастает интерес к синтетическому исследованию в противоположность аналитическому, к глобальному подходу в противоположность локальному. Современная теория систем, как показано выше, развивается в рамках описания процессов синтеза и анализа с общих позиций как совокупность связанных элементов без учета их конкретной природы с опорой на достижения в области моделирования. Базовые понятия теории систем включают взаимосвязь между элементами и их поведение, а решение задачи есть динамическое представление поведения взаимосвязанных компонентов этой системы. Таким образом, теория систем представляет собой нечто большее, чем только научную дис 22

циплину или совокупность методов. Это – образ мышления. Если исследователь уже использовал методы теории систем для решения ряда проблем, то в дальнейшем он пытается применить системное мышление для решения любой другой появляющейся проблемы. При анализе производственных систем основное внимание уделяется динамическим системам с причинно-следственными связями. В наше время наблюдается особый интерес к применению теории систем в промышленной экономике. Без значительного развития опыта проектирования производственных систем и управления ими попытки достигнуть предварительно поставленных целей могут оказаться безуспешными. Отправной точкой как в теории, так и в практике управления служат эти определённые заранее цели. При заданной динамике системы нам хотелось бы узнать, как улучшить её поведение, т.е. как найти стратегии управления, требующиеся для достижения целей. Однако, пожалуй, самое важное – это умение проектировать новую систему, обладающую заданным поведением. Одно дело найти траекторию заданной системы, а другое – найти систему, имеющую заданную траекторию. Несмотря на то, что «проектирование будущего» предполагает творческую свободу, определение поведения во времени экономических систем становится всё более необходимым. В этой связи не важно, оперируем ли мы понятием на микроэкономическом уровне (предприятие, которое производит продукцию или услуги) или на макроэкономическом уровне (региональная или отраслевая экономика). Для программирования развития требуется способность предвосхищать последствия действия и создавать планы, которые по сути своей являются скорее «упреждающими», чем «исправляющими». Кроме того, для развития требуется умение анализировать ситуации, которые невозможно в точности предвидеть. В любом случае организовать – означает задать упорядоченную структуру, соединить её части таким образом, чтобы она работала как единое целое, т.е. построить некую систему.

Постановка задачи проектирования технологических операций и процессов монтажа электросборок в обобщенной постановке

Предпринятые попытки решить эти проблемы в рамках существующих методологических подходов привели к разработке новых агрегированных моделей как отдельных подсистем, так и систем в рамках мегасистем.

Совершенствование существующих уровней организации шло по пути поиска дискретных решений, некоторые были связаны с решением частных задач, объединенных в рамках существующих структурных связей.

В настоящее время появилась необходимость решать задачу оптимальной организации микро- и макропроцессов на базе объективных критериев при системном подходе ко всем сторонам организации производственной системы.

Причиной отставания научного уровня технологии изготовления ЭТО является исключительная сложность формализации технологических процессов монтажа и контроля, а также многообразие, сложность и архаичность как конструктивных, так и технологических параметров электросборок. Сложность проблем, возникающих при проектировании разнообразных технологических процессов, заключается в рутинной реализации огромного числа операций и переходов при монтаже, оптимизация последовательности которых без вычислительной техники практически невозможна. Также невозможно без ЭВМ спроектировать технологический процесс с учетом необходимости операционного контроля. Поэтому необходимо искать решения на основе математических методов и с использованием современной вычислительной техники.

На производстве используется огромное количество бумажной документации. К тому же, например, в настоящее время каждый самолет имеет свои специфические отличия. На каждый летательный аппарат разрабатывается отдельная документация. При этом значительное количество времени уходит на ее формирование, а также на изучение схем электромонтажником перед выполнением сборки и монтажа. Для современного производства одним из условий является замена рабочей документации на бумажном носителе на электронные носители, благодаря которым можно достичь значительно большей гибкости производства. Становится необходимостью применение информационных технологий, которые обеспечивают автоматизированное формирование документации. А для использования документации в электронном виде электромонтажником необходимо специальное технологическое оборудование, интегрированное в комплекс АСУП.

Таким образом, вышеперечисленные проблемы приводят к необходимости организации гибкой производственной многоуровневой автоматизированной системы проектирования, конструирования и производства наукоемкой продукции. Для обеспечения надежности, которую требует управление качеством монтажа электрооборудования, необходимо интегрировать все этапы проектирования-производства, обеспечить гибкую оперативную взаимосвязь между ними, учесть необходимость операционного контроля, а также выполнить требования по снижению квалификации электромонтажника при полном выполнении технологических требований. Такой подход позволит технологической системе свободно развиваться, т.е. переходить от одного этапа автоматизации к другому, сбрасывая ограничения, которые были связаны с возможностями человека, и сформировать новый технологический способ производства, совершенствование которого заключается во всём большем вытеснении человека путем передачи его трудовых функций техническим устройствам.

В последние годы достигнут значительный прогресс в области технологии промышленного производства. Автоматизированные и автоматические системы управления достигли высочайшего развития и находят все более широкое применение в машиностроении и на транспорте, на промышленных предприятиях при производстве современной техники.

Быстрое развитие этих систем породило новые проблемы. Одна из них связана с их отработкой при производстве и техническом обслуживании на протяжении их жизненного цикла. Другая – с серьезнейшей проблемой потери жизненно важных знаний, необходимых для текущего прогнозирования состояния промышленных систем управления и создания сложного оборудования объектов машиностроения. Это прежде всего связано с фактором сокращения количества специалистов, занятых в производстве и техническом обслуживании сложного оборудования автоматизированных и автоматических систем объектов машиностроения, в частности, автоматических бортовых систем управления, электротехнического оборудования воздушных судов. Второй важный фактор - отсутствие определенных специалистов по отработке и техническому обслуживанию сложных комплексов оборудования последнего поколения, базирующихся на современных сетевых решениях, которые связаны с: - удаленной и локальной установкой и эксплуатацией программных продуктов, конфигурированием и мониторингом состояния; - устранением проблем с оборудованием при помощи диагностики по специальным протоколам; - использованием сервера для сбора и обработки полной информации о состоянии оборудования объекта производства и технического обслуживания при отладке и в процессе его эксплуатации; - возможностью подготовки отчетов о текущем и будущем состоянии оборудования сложных систем управления. - большим процентом специалистов пенсионного возраста на производстве и техническом обслуживании, не способных освоить цифровые технологии, являющиеся основой создания, отработки и эксплуатации современных изделий и систем управления. В этих условиях, чтобы успешно решать задачи по производству сложного цифро-аналогового оборудования для изделий машиностроения, в том числе и авиастроения, а также поддерживать производственные системы в требуемом состоянии и обеспечивать надежность и оптимальную производительность, необходимо использовать системный подход, который позволит реализовать в рамках мировых подходов в этой сфере упреждающие технологии, базирующиеся на различных типах измерительных процедур и логических оценок объекта производства.

Терминология синтеза объектов и технологических процессов сборки

В этой связи дадим определение системы с общих позиций, т.е. принятое определение большой системы: «Искусственной большой системой будем называть совокупность («общество») большого числа иерархически зависимых сложных подсистем, содержащих коллективы людей и машины, обладающих определенной степенью организованности и автономности, объединенных между собой, исходя из действующей иерархии целей, средствами организации, в общем случае энергетическими, вещественными и информационными связями для обеспечения целенаправленного функционирования всей системы как единого целого» [35].

Системы производства электросборок, где осуществляется принятие решений, а также исполнительные элементы системы выполняют сложные операции монтажа в «человеко-машинных комплексах». Создание и функционирование исполнительных элементов системы производства базируется на передаче, переработке и преобразовании информации для управления монтажом, контролем и принятием решений о состоянии объекта в процессе производства.

Введем ряд общих понятий и определений, которые связаны с созданием информации для процессов производства ЭТО АТ.

Под объектом (О) будем понимать некоторую целостность (т.е. обособленный фрагмент действительности или автономное образование), которая обладает присущими только ей свойствами на фоне свойств среды и на фоне своей структуры (образующих объект частей и связей между ними). Любой объект как реальность существует только в определенной среде как внутренняя граница в этой среде. И объект и среда – взаимообусловленные сущности, устанавливаемые в процессе перехода от одной к другой.

Среда – внешняя по отношению к объекту система, не обладающая в общем случае ни однородностью, ни целостностью. Среда имеет определенный набор свойств на фоне находящихся в ней различных объектов, включает в себя эти объекты, но не сводится к последним.

Для каждого данного объекта состояние среды характеризуется вектором Z. Однородная составляющая вектора, одинаковая для всех находящихся в рассматриваемой среде объектов, описывает внешние условия Zy (давление, температуру, влажность и т.п.), а другая составляющая - окрестностные условия Z0 (различные объекты, взаимодействующие с объектом производства): Z= Zy Z0.

Используемые нами утверждения являются обобщенными, т.е. теоретическими моделями как объекта (электросборки), так и среды.

Переход от теоретических моделей к практическим представляет собой детализацию обобщенных утверждений. В случае производства ЭТО АТ мы реализуем своеобразный путь - от реальной природы объектов к теоретическому обобщению (познанию) и от этого обобщения к формулируемой специалистом действительности, в нашем случае - к монтажу реальных объектов или систем производства электросборок. Этому формированию должны предшествовать практические модели его действий.

Создание практических моделей представляет собой не что иное, как перевод обобщенных утверждений на язык практики - язык конкретных применений. Следовательно, создание практических моделей есть проектирование ситуаций, для которых справедливы соответствующие обобщенные утверждения.

В настоящее время наименее изученными для организации ЭТО АТ являются организованность процессов монтажа, иерархия результатов и полноты информации и ее автономность, а также отношения между специалистом и объектами, участвующими в процессе монтажа, на базе которых формируются рабочие места электромонтажника.

Для решения задач проектирования процессов монтажа объектов ЭТО АТ дадим общее определение объекту проектирования, который должен быть создан для разрешения определенной проблемы, возникшей или выделенной в одном из фрагментов действительности. В системе производства ЭТО АТ в качестве одного из важнейших объектов проектирования (ОП) выступают технологические опера 53

ции получения информации о параметрах объекта (О), которые, как правило, реализуются электромонтажником; особенности его участия слабо отражены в технологических процессах, состоящих из спроектированных операций в рамках формализма объектов монтажа, классы которых, полученные в рамках использования в качестве базовых положений комбинаторной топологии, отражены на рисунке 2.1.

Первоначально при создании любого нового объекта инженерного проектирования, когда границы спектра областей его возможного использования только выявляются и поэтому он в общем случае оказывается функционально не полностью определенным (ненасыщенным), эффективность оценивается исключительно составом и значениями некоторых свойств назначения, определяемых с участием специалиста, т.е. лица, принимающего решение (ЛПР).

Спектр методов синтеза, анализа, оценки, интерпретации логико-математических моделей различных объектов ЭТО АТ, в том числе моделей ТП, непрерывно расширяется, в то время как ЧФ остаётся вне сферы реализации.

Решение задач управления поведением специалиста по монтажу в достаточно узкой сфере монтажа электросборок в случае общих постановок требует разработки формальных основ и, как следствие, фундаментальных понятий для моделей и методов синтеза ТП и деятельности электромонтажника, охватывающих важные свойства действий электромонтажника, учитывающих иерархическую структурность, логическую и операционную сложность, пространственно-временной и вероятностный характер, многоплановость реализации ТП, которая требует учета ЧФ. Все это связано с решением этих проблем на базе развития средств и методов анализа и синтеза целеустремленной деятельности, которая требует разработки основ формализации представлений о преобразовании исходной информации, разработке на ее основе сложных операций монтажа. Опыт решения прикладных задач в области производственной деятельности человека, в частности, электромонтажника, связан с синтезом и анализом целеустремленных систем с проблемой, т.е. принятием решения. Это требует разработки новых средств и методов создания сообщений, которыми руководствуется специалист в своих действиях, для проектирования ТП монтажа и систем их реализации. Результаты анализа топологической структуры объектов ЭТО АТ были положены в основу классификации всего множества объектов ЭТО АТ. В рамках функции объектов ЭТО АТ и их топологической структуры профессором А.Н. Коптевым предложена классификация объектов ЭТО АТ, тесно связанная с элементами и компонентами конкретных электросборок, а также с объектами систем электрооборудования воздушных судов, включаемых в бортовую сеть. Одновременно классификация учитывает специфику элементов, компонент и объектов в целом, как основы построения ТП монтажа, контроля и испытаний ЭТО АТ. Предложенная автором классификация использована в рамках построения системы «человек – машина».

Производственная сеть локальных интеллектуальных коммутаторов измерения параметров электрических цепей и точности монтажа

Как и в работах У. Гренандера, исходными в диссертационном исследовании являются четыре принципа. Теория представления образов ЭТО АТ – ОП и СП строится из стандартных компонент (реле, контакторы, дискретные элементы электроники и т.п.) – образующих. В каждом конкретном случае они определяют 84 ся спецификацией ОП. В рамках вводимой формализации в качестве таких элементов будут выступать абстрактные символы, множества, отношения или функции. Структурная схема (принципиальная схема) вводит определенные правила соединения между образующими. Выполнение этих правил приводит к типичным регулярностям образов ОП и СП и представляют их комбинаторную структуру.

Получаемые в результате регулярные конфигурации (электрические цепи) являются на этапе формализации представлений абстрактными конструкциями. Идентификация регулярных конфигураций существенно зависит от системы наблюдения. Результаты наблюдения (дифференцированного и интегрированного контроля), соответствующие множеству регулярных конфигураций, формируют изображения как класс эквивалентности на множестве правильных конфигураций в смысле правила идентификации, соответствующего обобщенному понятию идеального образа.

Учет влияния ограничений как аппаратуры наблюдения (контроля), несовершенства модели ОП позволяет рассмотреть преобразования формальных образов в реальные. Для этого должен быть введен механизм деформации.

На этом этапе анализа и синтеза мы будем изучать образы в общем виде.

Для решения задачи разработки концептуальной модели введем ряд общих понятий, связанных с образующими ОП и ТП, составом образующих электросборок и их структурой связей, т.е. конфигурациями и их преобразованиями, выделив в них: 1. Количество и состав образующих. 2. Материальные характеристики образующих (существенные с точки зрения протекающих в системе процессов), выраженные через их физическую размерность в законах. 3. Совокупность связей между образующими, т.е. связей конфигурации. Соединённые образующие формируют конфигурации или замкнутые и разомкнутые пути (электрические сети). Пути можно взаимовыражать, комбинируя образующие, которые их составляют. Наборы замкнутых и разомкнутых путей определя 85 ют базисы соответствующих подпространств (конфигураций) ОП. Изменения структуры определяются соединением и разъединением границ элементов. При этом некоторые замкнутые пути размыкаются или разомкнутые замыкаются, что особенно характерно для сборочно-монтажного производства ЭТО АТ. Происходит соответствующее изменение размерности подпространств замкнутых и разомкнутых путей. С этим связаны свойства изменения, преобразования структуры ОП. 4. Воздействия на ОП, среди которых отметим: – воздействия извне, т.е. через границы образующих ОП, что предполагает взаимодействие системы с окружающей средой – системой контроля. Это открытые системы. – воздействия внутри системы на образующие ОП, т.е. формирование путей (цепей). Это замкнутые системы ОП. 5. Состояния образующих ОП как отклики в образующих и конфигурациях на приложенные воздействия, которые возникают при условиях её состояния и которые заданы в пунктах 1-4. Структура ОП представляет собой взаимное расположение и соединение его элементов. Отклики меняются в зависимости от изменения структуры. Состояние ОП может меняться: – при изменении количества и состава образующих, – при изменении материальных характеристик (метрики) образующих, – при изменении структуры связей образующих, например: 1) соединение ОП из образующих или их разделение на образующие; 2) изменение соединений в связанной конфигурации ОП; 3) разделение связанной ОП на подсистемы или соединение системы из подсистем; – при изменении значений и точек приложения воздействий, а также их вида (внешние или внутренние). Язык структурных схем как соединение образующих (объектов, используемых для построения ОП и операций ТП), на котором можно описать их структуру, является наиболее наглядным. Если изображать элементы (образующие) в виде графического формализма, как на рисунке 3.1, можно наглядно представить набор их входов и выходов, а также идентификатор (имя) образующей ОП и ТП.

Образующие - это некоторые стандартные элементы конструкций и схем электросборок. Они могут обладать определёнными свойствами, и если они ими действительно обладают, то свойства эти могут быть двух типов.

Первый тип свойств - это признаки. Образующей ставится в соответствие признак n = n {a), причём в качестве значений признака а могут выступать целые числа, действительные, векторы и так далее. Одной из составляющих признака служит индекс класса образующей а, однако обычно он располагает и другими составляющими, дающими более специфическую информацию.

Второй тип свойств охватывает связи. Определённой образующей а соответствует определённый набор ш(а), который выражается неотрицательным целым числом. Величина набора указывает на максимальное число соединений, связывающих данную образующую с остальными.