Введение к работе
Актуальность темы. Внедрение информационных технологий (ИТ) выдвигает в качестве одной из главных проблем их практической реализации создание научных основ, формализованных моделей, методов и инструментальных средств анализа и синтеза эффективных структур интегрированных систем управления техническими объектами. Разработка моделей, методов анализа и синтеза рациональных и оптимальных структур систем управления, создание на их основе методических указаний и инженерных методик проектирования систем управления на всех этапах являлись и являются актуальной проблемой, решение которой позволяет формализовать, алгоритмизировать и автоматизировать процесс разработки систем поддержки принятия решений на всех этапах жизненного цикла.
Особую значимость информационные технологии приобретают при разработке и эксплуатации сложных промышленных изделий. Подобные объекты, которые сами по себе являются сложнейшими структурами с комплексными средствами аппаратно-программного и технического обеспечения, нуждаются в соответствующей поддержке на всех этапах (как производственном, так и постпроизводственном) жизненного цикла, вплоть до утилизации объекта. Центральное место в этой поддержке по современным представлениям занимают информационные технологии, основу которых составляет система моделей, которая сопровождается необходимыми данными и инструментарием, обеспечивающими все фазы жизнедеятельности, связанные с эксплуатацией, проведением модернизации, обучением пользователей и т. п. При этом становится очевидным, что повышение эффективности проектирования продукции невозможно без разработки общей методики выработки управленческих решений на всех этапах жизненного цикла изделия.
Информационные технологии представляют собой совокупность маршрутных телекоммуникационных процессов обработки информации и средств реализации этих процессов. Операции ИТ отражают в базах данных (БД) объект производства и текущее состояние различных сфер предприятия, фазы их жизнедеятельности и обеспечивают автоматическую и диалоговую обработку данных для синтеза проектных решений и управления в реальном масштабе времени.
РОС HAUHOHAJMHAH і иіБДКОТСХА , І
Этот процесс опирается на использование технологий создания, поддержки и применения единой «информационной модели» изделия (электронного макета, обладающего компактностью, надёжностью и адекватностью документального отображения объекта) на всех этапах жизненного цикла продукции - от ее проектирования до эксплуатации и утилизации - CALS-технологии. CALS-технологии - это стратегия, направленная на создание и развитие новейших методов проектирования, производства и эксплуатации различных видов продукции. Основой этой стратегии является программно-техническое обеспечение; стандарты на представление и обмен информации; новые структуры и методы управления предприятием.
При разработке структуры систем управления оптимальным проектированием концепция управления основывается на изменении в процессе проектирования управляющих воздействий, которое производится по результатам исследования моделей. В общем виде эта задача относится к трудно формализуемым. Поэтому лишь часть функций может быть реализована в автоматическом режиме; окончательное решение принимает ЛПР с учетом всей имеющейся информации. По сути дела, здесь речь идет о проблеме организации процесса проектирования промышленного изделия, в котором проектные решения принимаются и корректируются на уровне моделей.
Процесс проектирования промышленной продукции представляет собой сложную структуру компонентов, осуществляющих для целей запуска в производство продукции решение целого ряда взаимозависимых задач маркетинга, планирования инвестиций, конструкторско-технологической подготовки, материально-технического снабжения и учёта затрат, управления производством, инфраструктурой предприятия и сервисного обслуживания, вплоть до утилизации изделия. Системы поддержки принятия проектных решений (СППР), являющиеся основным инструментом информационных технологий, находят все более широкое применение.
Комплексный характер функционирования систем поддержки принятия проектных решений, основанный на использовании разнообразных прикладных программ, с привлечением на всех этапах работ больших инженерных и управленческих коллективов, определяет актуальность единого методологического подхода к организации его
управления. Подход должен обеспечивать получение экономического эффекта при сокращении сроков проектирования, технологической подготовки производства, выпуска продукции и ее эксплуатации, что невозможно без рационального использования информационных, материальных и людских ресурсов при организации планирования и управления процессами проектирования, без реализации качественно новых производственных проектов путем адаптации и автоматизации выработки управленческих решений.
Проектирование оптимальных СППР - одно из основных направлений повышения эффективности процессов создания высокотехнологичных и наукоемких изделий, улучшения их качества, сокращения сроков внедрения и модернизации, обеспечения условий создания комплексно автоматизированных систем проектирования и производства.
Проблемам системного анализа, обработки информации и управления сложными системами посвящены работы А. С. Бугаева, Ю. X. Вер-мишева, В. И. Волчихина, А. А. Денисова, Ю. И. Дегтярева, Ю. Б. Зубарева, С. В. Емельянова, Н. Н. Моисеева, Н. А. Северцева, А. И. Уемова, Б. С. Флейшмана и др., а также Дж. Кантера, Дж. Клира, К. Негойце, М. Месаровича, И. Такахарыидр.
При комплексном проектировании сложных изделий количество локальных подзадач может быть весьма значительным, а локальные критерии (точность, быстродействие, стоимость, экономическая эффективность, геометрические характеристики и др.) противоречат друг другу. В этих условиях понятие «оптимальное решение задачи проектирования» теряет смысл и приемлемым решением может считаться лишь разумный компромисс («Парето-оптимальное» или «эффективное» решение).
Постановка задачи исследования. Постановка задачи синтеза СППР включает следующие составляющие: модель объекта М, модель окружающей среды V, ограничения g, краевые условия Г, модель информационной системы Н, показатели эффективности/.
Особенностью проблемы синтеза СППР является то, что ее постановка включает лишь часть перечисленных составляющих, а именно: набор показателей эффективности /и, возможно, некоторые ограниче-
ния, краевые условия и характеристики среды. Определение остальных компонент осуществляется в процессе проектирования СППР.
Итак, задача синтеза СППР заключается в следующем: требуется синтезировать эффективную систему управления, включающую объект управления и устройство управления, по множеству показателей эффективности
jtiJl),[^\X...,N (1)
(где J - функционал или целевая функция)
при ограничениях в виде равенств
/' =/'*, 1 = пі,Пі,...,пн (2)
и неравенств
j'-^Jz/1'*, I = тьт2,...,тт; п + т= N. (3)
Указанная постановка не является математически корректной, поскольку не указан вид показателей (1). Оправданием служит то, что на этапе постановки проблемы неизвестны ни математическая модель объекта управления, ни переменные, поведение которых определяет значения показателей эффективности. Однако эта некорректность снимается в процессе проектирования объекта управления.
Методология выработки управляющих решений включает в себя принципы, этапы и процедуры, методы, структуру и логическую организацию. В работе осуществляется разработка методики выработки управляющих решений на этапах проектирования сложных изделий.
Научный базис работы сформирован результатами российских ученых в области системного анализа, ситуационного управления, концептуального анализа, проектирования и моделирования управления сложными динамическими объектами.
Объектом исследования являются системы поддержки принятия проектных решений для высокотехнологичных и наукоемких изделий приборостроения как сложные динамические распределенные структуры.
Предмет исследования: информационные технологии выработки управляющих решений.
Задача исследования заключается в выработке управляющих воздействий СППР в условиях неопределенности на основе современных информационных технологий, в повышении эффективности функционирования СППР за счет моделирования этапов жизненного цикла промышленного изделия и в разработке рекуррентных алгоритмов систем управления.
Цель работы состоит в решении научной задачи повышения эффективности выработки управляющих воздействий СППР как сложных распределенных динамических объектов на основе современных информационных технологий для разработки и постановки на производство сложных промышленных изделий.
Для реализации этой цели автором решены следующие задачи:
определены требования к разрабатываемой ситуационной системе управления со стороны предметной области и условий работы системы;
проведена автоматизация технологического проектирования с обеспечением максимального сервиса непрограммирующему пользователю, т. е. с использованием терминологии предметной области и дружественного интерфейса пользователя с компьютером;
разработан новый метод логического управления сложными процессами на основе функционально-целевого подхода;
проведен синтез ситуационной модели функционирования систем проектирования технологических процессов;
теоретические предпосылки доведены до конкретных рекомендаций по созданию СППР проектирования сложных высокотехнологичных изделий;
разработана система технологического проектирования.
Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач используются методы теории управления (в частности, ситуационного управления), концептуального моделирования информационных систем, абстрактной алгебры, элементы теории множеств, теории графов, теории вероятностей и математической логики. В качестве общего метода исследования и разработок автором развит ситуационный подход к организации проектирования на базе разработанной концептуальной модели предметной области.
Научная новизна работы определяется тем, что с единых позиций ситуационного подхода к концептуальному анализу состояния объекта сформулирована и решена научная задача создания методов управления сложными производственными комплексами, основанная на внедрении информационных технологий. Основные аспекты научной новизны работы следующие.
Применен единый подход к анализу методов управления, позволяющий разработать информационный критерий качества, пригодный для статистического анализа и сопоставления принимаемых решений по управлению структурой объекта и использующийся для обработки ситуаций.
Разработана и исследована концептуальная модель предметной области анализа и прогноза состояния СППР на этапах проектирования сложных изделий приборостроения. Область применимости модели ограничена системами, допускающими древовидную декомпозицию.
Разработан рекуррентный алгоритм синтеза модели системы управления процессом технологического проектирования.
Разработана и внедрена в промышленную эксплуатацию, система технологического проектирования.
Практическая ценность работы состоит в том, что для задач исследования систем управления принятием решений разработана инструментальная среда сопоставительного анализа эффективности и последствий принятия управленческих решений по изменению структуры объекта.
Разработана схема технологического проектирования, позволяющая повысить эффективность процессов технологической подготовки производства.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных симпозиумах «Надежность и качество» (Пенза, 1999-2004), на заседаниях научно-методического семинара кафедры «Конструирование и производство радиоаппаратуры» ПГУ.
Реализация и внедрение результатов диссертационной работы в
виде программной системы автоматизации технологической подготовки
«ТЕХНОЛОГ» осуществлены в ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ» (г. Каменск-Уральский) и в учебном процессе кафедры КиПРА ПГУ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, расположенных в последовательности, определяемой логикой решения задачи создания управляющих систем для интегрированных производственных комплексов, заключения и приложения.
Работа содержит 180 машинописных страниц текста, а также 27 таблиц, 23 рисунка, 20 страниц приложения и список литературы, включающий 101 наименование.
