Введение к работе
Актуальность темы диссертации. В последние годы во всех экономически развитых странах происходят коренные преобразования в управлении предприятиями, в частности, в организации технологической подготовки производства (ТПП); наблюдается резкий рост конкуренции среди производителей. Способность компании быстро реагировать на изменения мирового рынка, проводить модернизацию изделий, оперативно внедрять инновационные технологии становится основным фактором выживания предприятия на рынке. Дополнительные экономические и технологические преимущества дает переход к новым производственным отношениям -формированию виртуальных предприятий (ВП).
Создание ВП - достаточно сложный процесс, требующий значительной предварительной подготовки, детального анализа информационных потоков, бизнес-процессов, производственных возможностей участников кооперации, фактической загрузки их оборудования и пр. В связи с тем что сейчас все вопросы проектирования решаются на уровне виртуальных моделей, совместная деятельность предприятий, связанная с ТПП, невозможна без использования специализированной информационно-управляющей среды (ИУС) ВП. Разработка ИУС позволит осуществлять передачу и хранение информации, отслеживать историю проектов ВП, управлять распределенными работами ВП, а также оперативно регулировать текущие вопросы, когда проектированием и подготовкой производства одного изделия параллельно занимаются несколько групп специалистов, относящихся к различным предприятиям. При современном уровне развития информационных технологий и наукоемкости приборостроительного производства отсутствие такой среды препятствует эффективному взаимодействию предприятий.
Можно отметить достаточно большое число работ, посвященных формированию виртуальных предприятий и автоматизации промышленного производства. Однако в них отсутствует детальное исследование конкретной предметной области - технологической подготовки производства,
п.
Исследование данного вопроса позволяет построить методологическую основу для автоматизации производства в современных условиях, обеспечивающую повышение производительности, снижение трудоемкости и повышение экономичности производства.
Все вышесказанное свидетельствует об актуальности создания информационно-управляющей среды для реализации ТПП в условиях кооперации предприятий.
Объект и предмет исследования
Объектом исследования является информационно-управляющая среда, ориентированная на реализацию ТПП в условиях кооперации. Ядро ИУС составляет специализированная автоматизированная система ТПП (АСТПП). На ее основе выстраивается взаимодействие участников кооперации и осуществляется интеграция с различными информационными ресурсами: CAD/CAM/CAE/PDM. ИУС представляет собой совокупность АСТПП виртуального предприятия (АСТПП ВП), ряда прикладных программных систем, а также коммуникационных технологий (сетевых ресурсов, различных технологий передачи информации и пр.).
Предмет исследования составляют методы и модели, позволяющие построить информационно-управляющую среду для реализации ТПП в условиях кооперации.
Цель работы и задачи исследования
Основной целью диссертационной работы является исследование и разработка комплекса методов построения информационно-управляющей среды для реализации ТПП как одного из ключевых этапов жизненного цикла изделия в условиях кооперации предприятий.
Для выполнения поставленной цели в диссертационной работе потребовалось решить следующие основные задачи:
исследовать существующие методы и средства моделирования сложных систем, а также подходы к реализации единого информационного пространства для обеспечения ТПП;
разработать функциональную модель ТПП, состоящую из типовых бизнес-процессов, в которых отражено выполнение работ по ТПП в условиях кооперации с другими предприятиями;
разработать структурную модель АСТПП виртуального предприятия, включающую математическое описание ключевых объектов области исследования, их отношений и всех типов используемых в модели ограничений;
разработать объектно-ориентированную модель АСТПП виртуального предприятия на основе описания концептуальных объектов предметной области и системы их логических связей, представленного в структурной модели АСТПП;
разработать алгоритм конфигурирования и распределения заказов на ТПП в условиях выполнения работ в кооперации с другими предприятиями, определяющий механизм поиска конкретного производителя (исполнителя заказа), а также критерии его выбора среди участников виртуального предприятия;
разработать методы выполнения работ по ТПП и управления потоками заданий и проектов на реализацию ТПП в условиях виртуального предприятия.
Методы исследования. Для решения поставленных в диссертационной работе задач использовались основные научные положения: теории информационных систем, теории графов, теории множеств, технологии приборостроения, системного анализа, визуального и имитационного моделирования сложных систем, методологии реинжиниринга, объектно-ориентированного программирования, методологии WorkFlow, многоагентного
моделирования. Эффективность разработанных методов и средств проверялась экспериментальным путем при разработке и опытной эксплуатации АСТПП виртуального предприятия.
Научная новизна полученных в работе результатов
Предложена методика описания АСТПП виртуального предприятия в
виде комплекса функциональной, структурной и объектно-
ориентированной моделей, представляющих всестороннее описание
объекта исследования.
" Разработана структурная модель АСТПП виртуального предприятия, базирующаяся на знаниях о проблемной области и позволяющая использовать дашіьіе функциональных моделей ТПП как основу для построения архитектуры объектно-ориентированной системы.
Разработана архитектура базы данных АСТПП, реализованная с учетом новых требований, накладываемых на реализацию ТПП применением методов PLM, а также ведением работ в условиях кооперации.
Предложен обобщенный алгоритм конфигурирования и распределения заказов на ТПП для условий виртуального предприятия.
Предложена методика конфигурирования и распределения заказов на ТПП на основе совместного использования методологии WorkFlow и многоагентных технологий.
Практическая ценность работы
Проведен анализ существующих средств моделирования сложных систем, определено оптимальное, применительно к предметной области ТПП, средство визуального и имитационного моделирования процессов.
Предложены типовые бизнес-процессы ТПП, учитывающие специфику работы в условиях кооперации предприятий.
" Создана информационно-управляющая среда, предназначенная для реализации ТПП в условиях кооперации, в основу которой положена концептуальная модель АСТПП виртуального предприятия.
Предложены универсальные решения и методы для формирования
информационно-управляющей среды виртуального предприятия, которые
позволяют использовать полученные знания для использования в других
проблемных областях.
Реализация результатов работы
Результаты исследований и разработанный комплекс методов и инструментальных средств нашли применение в:
учебном процессе СПбГУ ИТМО на кафедре «Технология приборостроения»;
программном и организационно-техническом обеспечении научно-образовательного центра СПбГУ ИТМО кафедры «Технология приборостроения»;
НИР «Мероприятия в области учебно-методической деятельности, учебно-исследовательской и научно-исследовательской работы студентов в области подготовки кадров высшей квалификации» (СПбГУ ИТМО, государственный контракт № 02.438.11.7022 от 08.11.05 г. с ФГУ ГНИЙ ИТТ «Информика»), 2005-2006 гг.;
НИОКР «Разработка автоматизированной системы управления жизнекнь[м циклом изделия» (ООО «Смарт Технолоджис», государственный контракт № 4964Р/7179 от 30.03.2007 г. с ФСР МФП НТС), 2007-2008 гг.;
инновационной образовательной программе «Инновационная система подготовки специалистов нового поколения в области информационных и оптических технологий» СПбГУ ИТМО, 2007-2008 гг.;
проекте «Разработка программного обеспечения для проектирования технологических процессов изготовления изделий» (ООО «Смарт Технолоджис», государственный контракт № К 50-07 от 15.06.2007 г. с СПбГУ ИТМО), 2007 г.;
проекте «Разработка инструментальных систем управления данными и знаниями об изделиях, объектах, процессах и ресурсах в среде
расширенного предприятия» (ООО «Смарт Технолоджис», государственный контракт № А 177-08 от 29.08.2008 г. с СПбГУ ИТМО), 2008 г.;
НИР «Построение информационно-управляющей среды для реализации
ТПП в условиях виртуального предприятия» при выполнении контракта
«Разработка и реализация модели непрерывного повышения
квалификации педагогических кадров российских технических вузов в
системе «вуз - инжиниринговый центр - организация»» (СПбГУ ИТМО,
государственный контракт № П571 от 5 сентября 2008 г. с Федеральным
агентством по образованию РФ), 2008 г.
Разработанные автором инструментальные средства построения информационно-управляющей среды использованы для создания АСТПП на ряде промышленных предприятий, в частности, в ООО «Би Питрон» (Санкт-Петербург) и ОАО «КНИАТ» (Казань).
Основные положения диссертации, выносимые на защиту
Концептуальная модель АСТПП виртуального предприятия, представляющая собой совокупность функциональной, структурной и объектно-ориентированной моделей, синтез всех полученных данных о проблемной области.
Структурная модель АСТПП виртуального предприятия, включающая математическое описание ключевых видов объектов проблемной области, их отношений и всех типов ограничений.
Архитектура базы данных АСТПП виртуального предприятия, основанная на данных, представленных в структурной и объектно-ориентированной моделях АСТПП.
Алгоритм конфигурирования и распределения заказов на ТПП в условиях виртуального предприятия, позволяющий определить структуру для представления данных о ТПП, а также подход к решению задач ТПП в среде виртуального предприятия.
Методика управления проектами реализации ТПП в условиях виртуального предприятия, основанная на совместном использовании методологии WorkFlow и многоагентных технологий и позволяющая выполнить конфигурирование и распределение заказов на ТПП.
Апробация работы
Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской межвузовской конференции молодых ученых (Санкт-Петербург, 2006-2008 гг.); на Научной и учебно-методической конференции СПбГУ ИТМО (Санкт-Петербург, 2006-2008 гг.); на Международной конференции «Региональная информатика» (Санкт-Петербург, 2006 г.); на Международной научной конференции «Информационные технологии и телекоммуникации в образовании и науке» (г. Фетхие, Турция, 2007 г.); на Международной конференции «Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта (CAD/CAM/PDM)» (Москва, 2006-2007 гг.); на Международной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы надежности и диагностики машин и механизмов» (Санкт-Петербург, 2007 г.).
Проект «Разработка автоматизированной системы технологической подготовки производства на основе PLM-методологии» стал призером Всероссийского конкурса инновационных проектов аспирантов и студентов по приоритетному направлению науки и техники «Информационно-телекоммуникационные системы», проводимого ФГУ ГНИЙ ИТТ «Информика» в 2006 г. Проект «Разработка автоматизированной системы управления жизненным циклом изделия» вошел в число победителей конкурса «Проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по приоритетным направлениям развития науки и техники» в рамках реализации программ «СТАРТ-07», «СТАРТ-2-08-7» и был поддержан грантами Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере в 2007-2009 гг.
Публикации
По материалам диссертационной работы опубликовано 14 печатных работ в виде научных статей и тезисов докладов, среди них 3 работы в журналах из перечня ВАК.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 98 наименований, 2 приложений. Работа содержит 147 страниц машинописного текста, 32 рисунка, 9 таблиц.
