CC BY
16
УДК 681.3
Д. В. Бурец
МЕТОДИКА КОМПЛЕКСНОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ РАБОТЫ ИНЖЕНЕРНЫХ СЛУЖБ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
С начала XXI века на крупных отечественных машиностроительных предприятиях, выпускающих сложные наукоемкие изделия, идет процесс реструктуризации системы управления и внедрения современных информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) с целью замены лоскутной автоматизации единым информационным пространством предприятия (ЕИПП) и сквозными составными процессами (ССП) проектирования, конструирования, технологической подготовки производства и производства, которые должны привести к созданию современного бережливого производства [1J. В трудах отечественных ученых — по CALS-технологии [2—4 и др.], по системе менеджмента качества (СM К) [5 и др.] и иностранных ученых — по Workflow-техноло-гии [6 и др.] и реинжинирингу [7 и др.] сформулирована стратегия (методология) развития, постоянного совершенствования деятельности предприятий, реструктуризации системы управления ими и создания ЕИПП и ССП. Стратегия ориентирована на обеспечение информационной поддержки всех этапов жизненного цикла изделий (ЖЦИ) и модернизацию предприятий реального сектора экономики.
Попытки реализации данной стратегии отечественных компаний (внедренческих, консалтинговых, поставляющих CAD/ САМ/ CAE/CAPP/PDM/PLM-системы) не всегда приводят к успеху, так как ориентированы в большей степени на финансовую деятельность предприятия и поставку продаваемых ими систем. Эти компании недостаточно знают предметную область, не учитывают необходимость реструктуризации системы управления работой кон-структорско-технологического бюро (КТБ) и при адаптации, настройке и внедрении ИКТ используют устаревшие стандарты ЕСКД/ЕСТД.
С учетом изложенного становятся понятны востребованность методики реструктуризации системы управления деятельностью инженерных служб машиностроительного предприятия и актуальность внедрения на нем современных ИКТ (CAD/CAPР/САМ/ CAE/PDM/PLM-систем). Указанные прикладные программные системы (ППС) и системное программное обеспечение (ПО) инвариантны как к любой предметной области, так и к условиям проектирования и производства каждого конкретного предприятия. Разработка такой методики — путь к реализации стратегии непрерывного совершенствования процессов всех этапов ЖЦИ с целью выпуска изделий высокого качества и полного удовлетворения потребителей (обратная связь).
Постановка задачи. В вышеозначенных целях разработана методика, которая позволяет решать следующие задачи:
предпроектное обследование работы КТБ — его состояние "как есть";
разработка проекта модернизации работы КТБ — его состояние "как должно быть" с выдачей рекомендаций;
создание единой унифицированной системы обозначения конструкторской и технологической документации (КД/ТД);
внедрение объектно-ориентированного иерархического подхода при проектировании логической и концептуальной модели данных при создании ЕИПП и ССП с соблюдением требований единого источника данных и одноразового ввода данных для всех этапов ЖЦИ
формирование ЕИПП с учетом всех этапов ЖЦИ на основе системной информационной интеграции всех ППС указанных этапов, имеющих различных форматы данных (DXF, IGES, STEP, PDF и др.);
создание ССП проектирования, конструирования и технологической подготовки
производства и изготовления деталей и сборочных единиц (СЕ);
построение эффективного двунаправленного интерфейса между КТБ. планово-диспетчерским отделом (ПДО), заводоуправлением и цехами;
переход с вертикальной системы управления работой КТБ к плоской/матричной с полной прослеживаемостью — кто, когда и зачем выполнил тот или иной процесс (СМК), ориентируясь на проектно-процесс-ный подход управления.
Для решения поставленных задач необходимы максимально возможные стандартизация и унификация объектов, процессов, ресурсов и адаптация, настройка, внедрение такого сложного программного продукта, как PDM/PLM-система. Она состоит из хранилища данных, системы управления процессами разработки этих данных и внесения в них изменений по технологии Workflow, а также системы управления конфигурацией изделия и технической документацией с учетом всех этапов ЖЦИ.
При использовании CALS-технологии и поддерживающей ее PDM-системы предъявляются требования четкости и однозначности к классификации, идентификации и обозначению физических и информационных объектов (конструкторской и технологической документации, КД/ТД), порождаемых на всех этапах ЖЦИ: к предметности видов КД/ТД, входимости и вер-сионности (номер последнего изменения объекта). Эти требования позволяют осуществлять выборку необходимого КД/ТД из корпоративной базы данных и знаний только по его обозначению и без утомительного просмотра большого количества различных документов, когда обозначение КД/ТД неизвестно.
Анализ практики отечественных предприятий показывает, что при внедрении ИКТ применение зарубежных стандартов в качестве методологии информационной поддержки ЖЦИ по CALS-технологии невозможно, поскольку их терминология не соответствует отечественной [8]. В то же время отечественные стандарты обладают слабой научно-методологической базой [9].
Необходимо извлечь из указанных источников и использовать все лучшее в методике, которая обеспечит порядок в технической документации на изделие.
Система обозначения КД. Анализ стандартов ГОСТ 2.102-68 и 2.201-80 и Классификатора ЕСКД показал, что обозначения видов КД в них обезличены, т. е. не учитывают входимость документа в спецификацию СЕ/комплекса (КС)/комплекта (КТ)/ изделия. Без учета входимости нельзя адаптировать и нормально эксплуатировать САР/САРР/САЕ/САМ-системы совместно с РЭМ-системой и безошибочно проводить комплектацию составных объектов изделия. В связи с этим разработана децимальная система кодирования натуральных/физических объектов и видов КД, которая учитывает сформулированные требования к обозначениям и имеет следующий вид (см. далее рисунок).
Система обозначения ТД. Из стандартов ГОСТ 3.1201-85 и 3.102-81 следует, что предлагаемые обозначения видов ТД, технологических процессов (ТП) по организации производства и по методу выполнения обезличены. не учитывают входимость вида ТД в комплект ТД и определяют только предметность вида ТД. Кроме того, в системе обозначения ТД используются цифровые коды для видов ТД. ТП по методу выполнения, но они отделены от обезличенного обозначения вида ТД, а также наблюдается дублирование кода и шифра (аббревиатуры) вида ТД.
Для обеспечения предметности обозначения ТД предложено коды видов ТД, ТП по организации производства и по методу выполнения заменить их шифрами. Решение проблемы обезличенности обозначения видов ТД осуществлено присоединением к обозначению ТД шифров видов ТД и номера последнего изменения (версии), как и в структуре обозначения КД.
Логическая и концептуальная модель данных изделия. Предложенная модель отличается от представленных структур по ГОСТ 2.102-68 (с изменениями 2006 г.), ГОСТ 2.051-2006, ГОСТ 2.052-2006, ГОСТ 2.053-2006 и учитывает следующие требования:
(1) ХХХ.ХХХХ.ХХХХ.ХХ ИХХ - физические/натуральные объекты или чертежи
деталей и спецификации СЕ, КС, КТ
(2) ХХХ.ХХХХ.ХХХХ.ХХСБ_ИХХ - вид КД для изготовления объектов
1 2 3 4 5 6 7
1 - обозначение предприятия-разработчика
2 - обозначение изделия
3 - комплексы (00...99)
4 - сборочные единицы/комплекты (00...99)
5 - детали (01...99)
6 - шифр вида КД
7 - номер последнего изменения (версия) КД (0...99)
Децимальная система обозначений физических объектов изделия и видов КД
по предлагаемой методике
объектно-ориентированная иерархическая классификация и идентификация состава изделия с децимальной системой кодирования дерева изделия и представления его в виде проводника MS Windows;
однозначное определение входимости компонентов изделия;
взаимно-однозначное соответствие между деревом изделия и спецификацией.
Предложенные правила формирования дерева изделия представлены в следующей таблице.
Объектно-ориентированная трехуровневая иерархическая структура дерева изделия
Уровень дерева изделия Состав
I Изделие, состоящее только из конечного набора комплексов, материалов для их сборки в изделие и комплектов (ЗИП)
II Комплексы, каждый их которых состоит только из конечного набора СЕ. материалов для их сборки в комплекс и комплектов (ЗИП)
III СЕ, каждая из которых состоит только из деталей, стандартных изделий, прочих изделий, материалов для их сборки в сборочную единицу и комплектов (ЗАП). В состав ЗА I I включают только те детали, которые входя ]' штатно в разделы ее спецификации СЕ (детали, СИ, ПРИЗ, материалы) и необходимые для комплектации ЗАП
В состав дерева изделия входят только физические объекты (детали, СЕ, КС, КТ), которые соответствуют основной рабочей КД на изделие (по ГОСТ 2.102 — это чертежи деталей и спецификации СЕ, КС и КТ, имеющие по ГОСТ 2.201 такое же обозначение, как детали, СЕ, КС, КТ). Рабочие КД, комплекты ТД и другие документы ЖЦИ — логически связанные информационные объекты, которые необходимы для изготовления и приобретения физических объектов. Такое дерево изделия и связанные с его объектами КД/ТД — это эргономичный и прозрачный интерфейс для конечного пользователя, основанный только на одноразовом вводе любых данных, связанных с деревом изделия.
При этом БД/справочники (сырья и материалов, покупных изделий и др.) — едины для PDM и ERP-систем и имеют унифицированную с деревом изделия логическую и концептуальную модель данных, обеспечивая эргономичность и удобство работы пользователя.
Управление конфигурацией изделия. Для идентификации и технологии управления конфигурацией изделия предложено применять: литеры О, 02, О, А. Б по ГОСТ 2.103 для вариантов отдельных компонент изделия и его опытного производства;
базовое и групповое исполнение изделия по ГОСТ 2.113 (-00 — базовое, -03 -
конфигурация с номером группового исполнения, _ИХХ — номер проведенного изменения);
технологию внесения изменений по ГОСТ 2.503;
технологию замены целых блоков из одной или более СЕ или КС с присваиванием к обозначению базовой конфигурации изделия дефиса и порядкового внутризаводского или серийного номера указанной замены.
Технология учета замены осуществляется в среде PDM-системы хранением только заменяемых блоков. При формировании новой конфигурации производится замена ряда блоков (СЕ/комплексов) в дереве изделия базового варианта с получением новой, второй, конфигурации с однозначно характеризующими ее атрибутами и свойствами (по новой конфигурации формируют в среде PDM-системы вторую спецификацию только заменяемых блоков или всего изделия с соответствующим порядковым номером).
Управление процессами разработки и внесение в КД/ТД изменений по технологии Workflow. В результате анализа современных методов управления проектами и процессами сделан вывод о наиболее целесообразном применении технологии Workflow в среде PDM/PLM-систем. Анализ Workflow-технологии в ряде систем зарубежных и отечественных компаний показывает, что эти системы, основанные на сетях Петри, ориентированы не на процессы, а на местонахождение объекта (последовательный процесс) и не учитывают требований отечественных стандартов ЕСКД и ЕСТД. В общем случае реализация средств технологии Workflow в указанных системах больше подходит для обеспечения офисного электронного документооборота, нежели для технического в КТБ и на предприятии.
В связи с этим для каждого экземпляра процесса необходимо создание шаблона запроса параметров процесса с интуитивно понятным и эргономичным представлением информации о каждом экземпляре этого процесса и с возможностью указания всех данных и приложений
для его выполнения, а также с обеспечением полной прослеживаемости процесса (т. е. возможности установления вида и места хранения материального или информационного объекта, роли и лица исполнителей указанного процесса) и созданных им КД/ТД.
Разработчики КД/ТД самостоятельно осуществляют рассылку предупреждающих мгновенных сообщений проверяющим, согласовывающим и утверждающим КД/ТД, используя технологию публикаций в среде РОМ-системы с учетом прав доступа. Аналогично они поступают и при внесении изменений в КД/ТД с учетом применяемости, но рассылку производят только тем, кто использовал данные из них для создания другого КД/ТД. Учет применяемости данных КД/ТД при этом осуществляется путем применения программной надстройки над функциями РОМ-системы с блокировкой доступа к КД/ТД в процессе обработки его изменения. Указанная надстройка предоставляет возможность пользователю, просматривающему данные КД/ТД, в режиме диалога указать — будут ли использованы эти данные для создания нового КД/ТД.
Процессы разработки, проверки, согласования и утверждения КД/ТД и внесения в них изменений могут выполняться в электронной, в смешанной электронно-бумажной, в бумажной среде в процессе реинжиниринга системы управления КТБ и внедрении ИКТ, но обязательно учитываются в среде РОМ-системы.
Предложенная система управления процессами похожа на потоковые имитационные модели теории массового обслуживания и основана на модели ориентированного графа с обратными связями и его матрицей инцидентности. Реализованная в работе Workflow-тexнoлorия обеспечивает возможность управления проектами и процессами на макро-, среднем и микро-уровнях, учитывает требования ЕСКД и ЕСТД и заметно сокращает временные затраты на проверку, согласование и утверждение КД/ТД и внесение в них изменений. В отличие от теории сетей Петри с их графами достижимости и обходом
состояний указанный подход более удобен (эргономичен) и прозрачен для конечных пользователей.
Интерфейс между КТБ, ПДО и производством. Разработанные методика и правила формирования ведомостей (материалов, покупных, стандартных, комплектующих, изготовляемых по кооперации изделий и др.) в среде РОМ-системы позволяют при работе в ЕИПП применять данные дерева изделия в качестве единого источника всей необходимой информации для формирования КД/ТД и ведомостей, необходимых для ПДО и служб производства. Для этого необходимо ввести ряд атрибутов-признаков составляющих его объектов (ПИ — покупное изделие, КИ — комплектующее изделие, И К — изделие, изготавливаемое по кооперации и др.). Имея признаки объектов дерева изделия, сотрудники КТБ в среде РОМ-системы могут формировать все необходимые для производства ведомости в соответствии с ГОСТами или стандартами предприятия (СТП) и получать их в виде отчетов (вместо получения вручную на основе этих признаков-атрибутов из графы "Примечание" спецификации изделия и его частей).
При этом используется методика формирования сводных ведомостей для расчета цеховой трудоемкости, основанная на проектировании в среде РОМ-системы рабочих центров, отражающих структуру цехов. Связывание данных по трудоемкости каждого вида работ с объектами дерева изделия позволяет передавать сводные ведомости трудоемкости в ПДО и финансовые службы предприятия (в среду ЕЯР-системы).
Реструктуризация системы управления.
В результате анализа вертикальной функциональной модели управления работой КТБ, широко используемой большинством отечественных машиностроительных предприятий, сделан вывод о том, что применение технологий информационной поддержки ЖЦИ и современных ИКТ в деятельности предприятия существенно изменяет правила взаимодействия между участниками ЖЦИ и поэтому для построения эффективной системы управления необходим уход
от функциональной/вертикальной модели к мягкому взаимодействию между отделами на основе матричной/плоской системы управления с вертикальной структурой в каждом отделе/службе. Для этого разработаны рекомендации для формирования ЕИПП и ССП и внедрения системы проектно-процессного управления работой КТБ.
На основе проведенного анализа, обобщения многочисленных литературных источников и опыта отечественных и зарубежных предприятий разработана и предложена методика реструктуризации системы управления разработкой КД/ТД на изделие, т. е. фактически проведена модернизация инженерных служб крупных машиностроительных предприятий, которая имеет важное народно-хозяй-ственное значение. Наряду с реструктуризацией верхнего и среднего уровней системы управления работой КТБ главное внимание в методике уделяется эрго-номичности рабочих мест конструктора и технолога, операционной деятельности всего персонала КТБ. Реализация эргоно-мичности рабочих мест руководителей и операционной деятельности в КТБ, ПДО, заводоуправлении и в цехах позволит осуществить постепенный переход к предприятию с бережливым производством, получить ощутимый экономический эффект и достичь необходимой конкурентоспособности.
Предлагаются также следующие рекомендации: объединить отделы главного конструктора и технолога в единое КТБ; параллельно вести разработки КД/ТД, закупки материалов и сырья, комплектующих и стандартных изделий, инструмента, превращая таким образом последовательные процессы в параллельные с целью сокращения временных затрат.
Большая часть приведенной методики включена в СТП ОАО «Машиностроительный завод "Арсенал"». Методика работы с БД/справочниками и модуль нормирования трудозатрат для рабочих мест в цехах реализованы программно автором статьи в среде РОМ-системы БтагТеат.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Глухов В.В., Балашова Е.С. Организация производства. Бережливое производство: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2007. 238 с.
2. Судов Е.В. Интегрированная информационная поддержка жизненного цикла машиностроительной продукции: Принципы. Технологии. Методы. Модели. М.: ООО Изд. дом "МВМ", 2003. 264 с.
3. Норенков И.П., Кузьмин П.К. Информационная поддержка наукоемких изделий. CALS-технологии. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2002. 320 с.
4. Соломен пев Ю.М., Митрофанов В.Г., Павлов В.В., Рыбаков A.B. Информационно-вычислительные системы в машиностроении. CALS-технологии. М.: Наука. 2003. 292 с.
5. Адлер Ю.П. Что нам ждать от бережливого производства? // Рациональное управление предприятием. 2007. № 4. С. 70—73.
6. Аалст В. ван дер, Хейс К. ван. Управление потоками работ: модели, методы, системы : Пер. с англ. М.: Физматлит, 2007. 316 с.
7. Хаммер М., Чампи Д. Реинжиниринг корпорации: Манифест революции в бизнесе. М.: Манн, Иванов и Фербер, 2006. 287 с.
8. Гриженко JI. Удерживать лидерство за счет осознанного управления себестоимостью // Intelligent Enterprise. Корпоративные системы. 2006. № 8. С. 30-33.
9. Васильев Н. Качество, стоимость и сроки дают комплексный подход к пониманию эффективности // Intelligent Enterprise. Корпоративные системы. 2007. № 19. С. 4—10.
УДК 622.24
A.A. Цуприков
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ МЕХАНИЧЕСКОГО БУРЕНИЯ К ИЗМЕНЕНИЮ ПАРАМЕТРОВ УПРАВЛЕНИЯ
Анализ чувствительности связан с изучением влияния изменения параметров на поведение динамических систем и позволяет определить, как изменяются показатели системы при варьировании ее параметров. Для проведения анализа нужно построить модель чувствительности, которая состоит из функций чувствительности показателей системы по каждому параметру.
Фактически чувствительность показывает величину приращения функции при единичном приращении аргумента, т. е. скорость ее изменения по этому аргументу.
Функции чувствительности определяются по математической модели исследуемого объекта следующим образом.
Пусть модель системы описывается векторным уравнением
^- = F[X.t.p(t)]: at
*('о) = *о
(!)
где X =
— вектор состоянии системы;
F =
— векторная функция;
p(t) =
Р\ Рг
— вектор параметров, которые
могут иметь различные физические свойства, быть постоянными или переменными во времени.
В качестве параметра р могут быть использованы параметры, изменяющие состояние
