CC BY
1
УДК 658.512.4
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-9-446-447
ИНТЕЛЛЕКТУАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПОДГОТОВКИ ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫХ ПРОИЗВОДСТВ
Р. Г. Бильданов
В статье рассматривается интеллектуализация процессов подготовки высокотехнологичных производств. Целью технологической подготовки производства является оптимальное по срокам и ресурсам обеспечение технологической готовности производства к изготовлению изделий в соответствии с требованиями заказчика или рынка изделий, требованиями нормативной документации, техническими условиями, обеспечение производства необходимыми техническими решениями для выпуска продукции. Предметом исследования являются интеллектуальные методы, в частности онтологии, способные сократить сроки и затраты на технологическую подготовку производства и тем самым повысить эффективность. Для удовлетворения требований по постоянному повышению производительности необходимым и важным этапом развития высокотехнологичных производств является цифровая трансформация бизнес-процессов и бизнес-моделей, это есть фактическая трансформация высокотехнологичной промышленности в цифровую промышленность на основе разработки и применения цифровых двойников. Разработка изделий и продукции на основе технологии цифровых двойников позволяет в кратчайшие сроки создавать высокотехнологичные технические средства, значительно снижать объемы физических и натурных испытаний, что в целом в сравнении с традиционными подходами обеспечивает значительное снижение временных, финансовых и иных ресурсных затрат. Таким образом, в интеллектуализации процессов подготовки высокотехнологических производств прослеживается влияние технологической подготовки производства на качество изделия.
Ключевые слова: интеллектуализация, технологическая подготовка производства, онтология, технологический процесс, база данных, унификация.
Базисными направлениями сокращения цикла конструкторско-технологической подготовки производств, повышения качества выпускаемых технических средств, повышения экономической эффективности создаваемой продукции являются:
глубокая интеграция конструкторско-технологических решений на всех стадиях создания технических средств. Конструкторско-технологические решения представляют собой совокупность конструкционных элементов проектируемого изделия, изготавливаемого из конкретных материалов, собираемого из определенных деталей, узлов, и конкретных технологических операций, и процессов, обеспечивающих требования, предъявляемые к новому изделию;
использование стандартных практик и прецедентов конструкторских, технологических и организационных решений;
проведение сравнительного всестороннего технико-экономического анализа, использование методологий функционально-стоимостного, функционально-ценностного анализа;
автоматизация конструкторских и технологических работ, использование систем автоматизированного проектирования и моделирования бизнес-процессов. Для повышения производительности конструкторского и технологического труда необходима компьютеризация и последующая интеллектуализация всех этапов конструктор-ско-технологической подготовки производств;
интеграция подготовки производства с прикладными исследованиями в области искусственного интеллекта. Основная задача заключается в координации научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, комплексном исследовании бизнес-процессов, стимулировании формирования новых конструкторско-технологических решений.
Основными направлениями интеллектуализации САПР являются [1]:
1) порождающее проектирование (generative design): компьютерная система сама выступает в роли активного участника процесса проектирования;
2) имитационное моделирование, включающее:
- моделирование поведения объекта проектирования,
- моделирование управления проектом.
Развитие цифровой экономики (Digital Economy) в современном мире во многом обусловлено эффективной работой с большими, увеличивающимися объемами данных (Big Data).
Для удовлетворения требований по повышению производительности необходимым и основным условием развития высокотехнологичных производств является цифровая трансформация бизнес-процессов и бизнес-моделей, то есть фактически трансформация высокотехнологичной промышленности в цифровую промышленность на основе разработки и применения цифровых двойников (Digital Twin, DT):
поведения в различных условиях эксплуатации реальных материалов, объектов, продуктов, изделий, систем, машин, конструкций, оборудования, физических систем на основе семейства взаимоувязанных математических моделей высокого уровня адекватности реальным материалам, объектам и физико-механическим процессам, которые можно описать нелинейными дифференциальными уравнениями в частных производных (цифровой двойник 1-го типа);
разнообразие технологических процессов, с помощью которых создаются реальные материалы и реальные объекты, изделия, продукты и т. д. (например, литейные процессы для металлических изделий, процессы вакуумной инфузии для композитных конструкций, процессы штамповки, металлообработки, сварки, сборки и др.), которые представляют собой нестандартные нелинейные процессы, описываемые, как и в случае DT-1, нелинейными уравнениями в частных производных (цифровой двойник 2-го типа) [2].
Разработка изделий и продукции на основе технологии цифровых двойников позволяет в кратчайшие сроки создавать высокотехнологичные технические средства, значительно снижать объемы физических и натурных испытаний, что в целом в сравнении с традиционными подходами обеспечивает значительное снижение временных, финансовых и иных ресурсных затрат [3].
Интеллектуализация должна происходить в двух направлениях по отношению к системе проектирования технологического процесса (ТП): внешнем и внутреннем (рис. 1).
А Е
Внешняя интеллектуальность
Вн\т[>йнняя интеллектуальность
Интеллект уальиля Взаимодействие Справочная
нагруша с миром подсистема
Программная Сложность Степень
платформа адгор1ГТМов адаптируемости
I 2 3 1 2 Ъ
Рис. 1. Пример структуры вектора интеллектуализации
Одним из инструментов интеллектуализации является онтология. К преимуществам онтологического подхода относятся следующие возможности: обработка данных в режиме онлайн; единая отчетность;
оповещение в случае отклонений от технологического режима работы оборудования; интеграция с информационной системой (ИС) компании (единое информационное поле); серверные расчеты по всему фонду скважин; выявление потенциала скважин, подготовка решений; быстрое принятие управленческих решений;
минимизация рисков в области охраны здоровья и окружающей среды. Современные проблемы онтологического инжиниринга:
1) методологические проблемы приобретения знаний: размытость критериев выбора подходящей задачи;
слабая проработанность теоретических аспектов процессов извлечения знаний (философские, лингвистические, психологические, педагогические, дидактические и другие аспекты), а также отсутствие обоснованной классификации методов извлечения знаний и разброс терминологии;
отсутствие единого теоретического базиса процедуры структурирования знаний;
жесткость моделей представления знаний, заставляющая разработчиков обеднять и урезать реальные знания экспертов;
несовершенство математического базиса моделей представления знаний (дескриптивный, а не конструктивный характер большинства имеющихся математических моделей);
эмпиричность процедуры выбора программного инструментария и процесса тестирования (отсутствие критериев, разрозненные классификации);
2) автоматизированное расширение (наполнение и обогащение) существующей онтологии, на основе информации, извлеченной из предметно-ориентированного контента;
3) узкая направленность методов интеграции онтологий с данными на решение задач конкретного проекта, обеспечение возможности интеграции данных из источников только одного типа, отсутствие модульности и расширяемости, а также удобного инструментария;
4) недостаток или отсутствие квалифицированных специалистов в области онтологического инжиниринга.
Процесс обеспечения качества выпускаемой продукции зависит от разных факторов: комплексной подготовки производства, производственной инфраструктуры, материально-технического обеспечения, сбыта и реализации продукции, производственных процессов [4]. Все они взаимосвязаны и представляют сложную систему, поддерживаемую информационной средой предприятия. Объектом исследования данной статьи является одна из составных частей комплексной подготовки производства - технологическая подготовка производства (рис. 2).
Рис. 2. Структура комплексной подготовки производства
Таким образом, прослеживается влияние технологической подготовки производства (далее - ТПП) на качество изделия. Предметом исследования являются интеллектуальные методы, в частности онтологии, способные сократить сроки и затраты на ТПП и тем самым повысить ее эффективность.
Целью ТПП является оптимальное по срокам и ресурсам обеспечение технологической готовности производства к изготовлению изделий в соответствии с требованиями заказчика или рынка данного класса изделий, требованиями нормативной документации, техническими условиями (ТУ), обеспечение производства необходимыми техническими решениями для выпуска продукции [5].
Классическую схему направления реализации резервов ТПП дополним следующими направлениями, развиваемыми в данном исследовании (рис. 3):
интеллектуализация процессов подготовки производства (ПП) за счет внедрения онтологического подхода и информационной платформы, обеспечивающей взаимодействие существующей информационной среды с внедряемыми онтологиями;
реализация и поддержка в рамках информационной платформы мониторинга процессов ТПП; разработка на базе онтологий методов повышения качества организационных планов ТПП и реализация их в рамках информационной платформы;
разработка на базе онтологий методов повышения качества технологической документации (ТД) за счет контроля уровня технологической готовности производства (контроль комплектности ТД и методы проектирования шаблонной оснастки).
Рис. 3. Направления реализации резервов по сокращению затрат на ТПП
Технологический процесс - часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) определению состояния предмета труда [6]. Технологические процессы можно классифицировать следующим образом (рис. 4).
Рис. 4. Классификация технологических процессов
Процесс ТПП включает следующие основные фундаментальные блоки задач [7-10]:
1. Обработка конструкции изделия и деталей на технологичность. Проводится перед разработкой технологических процессов. Основные объекты: материалы, рациональность конструкций, сборки и т. п.
2. Разработка межцеховых технологических маршрутов (расцеховка) - распределение деталей и узлов между цехами и участками по последовательности видов обработки (литейные, кузнечные, сварочные, механообработка и т. д.).
3. Разработка технологических процессов, то есть содержания и последовательности выполнения операций при изготовлении объектов. При этом в зависимости от типа производства проводится соответствующая детализация элементов технологического процесса. При разработке технологических процессов учитывается возможность унификации процессов: типовой или групповой обработки. Типовая унификация предусматривает общность пооперационного маршрута обработки ряда деталей; групповая унификация - группировку деталей по общности обрабатываемых поверхностей, базирования и т. п., создание специальной групповой оснастки.
4. Установление пооперационных норм времени. Нормы определяются обычно технологом-нормировщиком, который в зависимости от типа и условий производства может устанавливать один из видов норм:
нормативные (справочники по нормированию);
расчетно-аналитические;
опытно-статистические (накопительные статистические данные).
5. Установление норм расхода материалов на деталь или узел (сборка).
6. Проектирование и изготовление средств технологического оснащения, включая специальные обрабатывающие и измерительные инструменты (приспособления, кондукторы, штампы, пресс-формы, инструменты и т. д.).
7. Отладка и внедрение в производство разработанных технологических процессов. При этом решаются две главные задачи:
1) освоение нового производства;
2) проверка на соответствие выбранного оборудования, оснастки, инструмента и его количественной потребности, измерительного инструмента, потребности площадей и людских ресурсов директивному технологическому процессу.
8. Метрологическая экспертиза ТПП - проверка соответствия выбранных средств измерения требованиям, определенным в ТУ на указанные изделия.
Для выполнения функциональных задач ТПП ее элементный состав включает:
людские ресурсы (руководители, специалисты, технические исполнители);
материальные ресурсы (основные и вспомогательные материалы, канцелярские принадлежности и др.);
технические средства (компьютеры, множительная и другая оргтехника);
экономико-математическое обеспечение (алгоритмы и программы по АСТПП, различные математические методы и др.);
информационное обеспечение (стандарты, классификаторы, нормы и нормативы и др.).
Последовательности выполнения описанных задач на производстве можно представить в виде бизнес-процесса (рис. 5).
Планирование технологической подготовки производства показано на рис. 6.
454
Разработка ТД
Выбор действующего типового или группового-технологического процесса (выбор аналога)
Составление технологического маршрута
Рис. 6. Планирование ТПП
Для нового изделия технологический процесс разрабатывается в три основных этапа (рис. 7). Их более детальное представление показано на рис. 8.
О
л г
Разработка
межцеховых Разработка пооперационных
маршрутов 0 ТП 0
Порядок проектирования и изготовления СТО
0
О
Рис. 7. Укрупненные этапы разработки технологического процесса
О
Разработка межцеховых те
Разработка классификатора
Распределение номенклатуры деталей между цехами и участками
-о
Разработка пооперационных ТП
Формирование производствен!
Разработка
юоперационны:
номенклатуры специального и унифицирование
оборудования
Расчет планир; рабочим меа оборудовав
Расчет норм
расхода
Подготовка задания на проектирование
—О
Порядок проектирования и изготовления СТО
Проектирование специальной
Установление очередности
Отладка и подготовка СТО
-О
-О
Рис. 8. Детализация этапов разработки технологического процесса
455
При разработке разных ТП состав работ меняется (таблице).
Для поддержки подготовки производства используется информационная среда предприятия, ядром которой являются PLM- и ЕКР-системы (рис. 9).
Типовой состав работ при проектировании технологических процессов
Наименование работ Применяемость при проектировании ТП
типового группового рабочего
Анализ исходных данных для разработки технологических процессов + + +
Классификация и группирование объектов производства + + +
Количественная оценка групп объектов производства + + -
Анализ типовых представителей объектов производства + - -
Выбор действующего типового или группового технологического процесса (выбор аналога) - - +
Выбор исходной заготовки и ее изготовление + - +
Выбор технических баз + - +
Выбор вида обработки + - -
Составление технологического маршрута + + +
Разработка операций + + +
Расчет точности, производительности и экономической эффективности вариантов технологического процесса + + +
Нормирование технологического процесса - + +
Разработка технических мероприятий по реализации технологического процесса - + -
Оформление документации на технологический процесс + + +
Исследовав не
Ра^аботка
Подготовил производства
Про] п в одств о
Сименс
с производства
СКЫ
информация
Продажа - поставка-
НОДВДЩК1
Выбор - покупка -оценка к,тих тем
ЕкР
Планн|ю ыние ■ропводспа
План концепция проектирование проверка технологическая подготовка планирование производства испытания поставка поддержка утилизация
Рис. 9. Информационная среда предприятия
Автоматизированное накопление и выдача опыта (знаний)
Автоматизированное хранение и выдача информации
Оперативная коррекция и выдача знаний
Оперативная коррекция и выдача информации
Автоматизация использования данных на последующих этапах проектирования
Рис. 10. Задачи современных САПР 456
Для поддержки ТПП в информационной среде предприятия используют САПР. Функциональные возможности САПР обеспечивают решение следующих задач:
управление хранением данных и документов: авторизация доступа, поиск информации, обеспечение целостности данных, архивирование, резервное копирование, восстановление данных;
управление процессами: управление работой, протоколирование работы;
управление структурой изделия: технологический контроль состава изделия;
интерактивное проектирование технологических процессов. Основные режимы: применение ТП, интерактивное заполнение ТП с использованием ресурсов базы данных (БД) и контекстных закладок, копирование ТП из других проектов;
автоматизированное проектирование ТП на основе знаний структурно-параметрического синтеза;
автоматизированное проектирование операций;
управление производственными и технологическими ресурсами;
формирование сводных ведомостей и спецификаций; печать сформированных документов.
Классические задачи САПР в настоящее время дополняются задачами, имеющими отношение к области представления знаний (рис. 10).
Появление задач накопления, хранения и использования знаний обусловило необходимость разработки методов и инструментов, которые позволяют синхронизировать и управлять жизненными циклами изделий, предприятий и знаний.
Список литературы
1.Андрич О.Ф. Исследование методов оценки качества готовых онтоло-гических моделей / О.Ф. Андрич, Л.А. Макушкина // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 3. [Электронный ресурс] URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/03/31194 (дата обращения: 27.03.2019).
2.Боргест Н.М. Антология онтологии. Самара: СГАУ, 2010. 88 с.
3.Боргест Н.М. Онтология проектирования. Теоретические основы. Ч. 1. Понятия и принципы. Самара: СГАУ, 2010.
4.Бурдо Г.Б. Интеллектуальные процедуры проектирования технологических процессов в интегрированных САПР / Г. Б. Бурдо, Н. А. Семенов, А. А. Исаев // Программные продукты и системы. 2014. № 1 (105). С. 60-64.
5.Бурдо Г.Б. Представление знаний в системах автоматизированного проектирования и управления технологическими процессами / Г.Б. Бурдо, Б.В. Палюх // Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2010. Т. 16, № 2.
6.Бурдо Г.Б. САПР ТП с развивающейся базой знаний / Г.Б. Бурдо, Б.В. Палюх, Е.В. Воробьева // Открытые семантические технологии проектирования интеллектуальных систем: материалы IV Международной научно-технической конференции 0STIS-2014, Республика Беларусь, Минск, 20-23 февраля 2014. Минск, 2014.
7.Гладун А.Я. Онтологии в корпоративных системах / А. Я. Гладун, Ю. В. Рогушина // Корпоративные системы. 2006. № 1. [Электронный ресурс] URL: http://www.management.com.ua/ims/ims115.html (дата обращения: 10.05.2023).
8.Гришин М.В. Автоматизация подготовки производства в концепции CALS / М. В. Гришин, С. Н. Ларин, А. В. Лебедев // Теория и практика современной науки: материалы XIII Международной научно-практической конференции, апрель 2014. М.: Спецкнига, 2014.
9.Гришин М.В. Онтология как средство проектирования шаблонной оснастки в условиях подготовки наукоемкого производства / М. В. Гришин, С. Н. Ларин, В. И. Кочергин // Автоматизация процессов управления. 2015. № 1 (39).
10. Гришин М.В. Онтология проектирования шаблонов авиационных деталей / М. В. Гришин, С. Н. Ларин, П. И. Соснин // Материалы 5-й Международной конференции «Открытые семантические технологии проектирования интеллектуальных систем» (0STIS-2015). Минск: БГУИР, 2015.
Бильданов Рафик Газембякович, научный сотрудник, соискатель, [email protected], Россия, Казань, Казанский национальный исследовательский технологический университет
PROCESS INTELLIGENCE PREPARATION OF HIGH-TECH INDUSTRIES
G.B. Rafik
The article deals with the intellectualization of the processes ofpreparation of high-tech industries. The purpose of technological preparation of production is optimal in terms of time and resources to ensure the technological readiness of production for the manufacture of products in accordance with the requirements of the customer or the market for this class of products, the requirements of regulatory documentation, technical conditions, providing production with the necessary technical solutions for the production of products. The subject of the study is intelligent methods, in particular ontologies, that can reduce the time and cost of technological preparation of production and thereby increase its efficiency. To meet the requirements for continuous productivity improvement, a necessary and relevant stage in the development of high-tech industries is the digital transformation of business processes and business models, that is, in fact, the transformation of high-tech industry into a digital industry based on the development and use of digital twins. The development of products and products based on digital twin technology allows you to create high-tech technical means in the shortest possible time, significantly reduce the volume of physical and full-scale tests, which in general, in comparison with traditional approaches, provides a significant reduction in time, financial and other resource costs, and sometimes, in some cases - 5 times or more. Thus, in the intellectualization of the processes of preparation of high-tech industries, the influence of technological preparation of production on the quality of the product can be traced.
Key words: intellectualization, technological preparation of production, ontology, technological process, database, unification.
Rafik Gazembyakovich Bildanov, researcher, applicant, [email protected]. Russia, Kazan, Kazan National Research Technological University
УДК 378.14
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-9-453-454
ЗАДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ПОДГОТОВКИ СТУДЕНТОВ ТЕХНИЧЕСКИХ НАПРАВЛЕНИЙ УНИВЕРСИТЕТА НА ОСНОВЕ КОМПЕТЕНТНОСТНОГО ПОДХОДА
А.С. Горелов, В.В. Прейс
Рассмотрены задачи управления качеством подготовки студентов технических направлений на основе компетентностного подхода к организации образовательной системы университета. В качестве предпосылок управления образовательной системой предложено использование стандартов ISO и аналогов стандартов HACCP и GMP.
Ключевые слова: управление качеством, стандарты качества, компетенции.
Одной из основных задач, обозначенных в Федеральном законе «Об образовании в Российской Федерации» от 01.09.2013 г. № 273-ФЗ, является формирование личности обучающихся, которые должны обладать общими и профессиональными компетенциями. Предусматривается переход от «знаниевой» образовательной системы к «компетентностной».
Компетенцию можно определить, как готовность обучающихся ис-пользовать усвоенные знания, учебные умения и навыки, а также способы деятельности в жизни для решения практических и теоретических задач.
Компетентностный подход в образовании противоположен концепции «усвоения знаний» (суммы сведений) предполагает освоение студентами умений, позволяющих им в будущем действовать эффективно в ситуациях профессиональной деятельности.
Широкое распространение и использование компетентностного подхода в образовательном процессе профессионального образования стало возможным благодаря внедрению в образовательный процесс ФГОС+++ нового поколения.
Выделение тех или иных компетенций как основных зависит от ре-гиональной и вузовской направленности. Несмотря на то, что список компетенций для определенных направлений подготовки установлен федеральным стандартом, учебное заведение вправе по своему усмотрению делать акценты на те или иные компетенции через определенные дисциплины.
Федеральные стандарты реализуются с определенными перечнями универсальных, общепрофессиональных и профессиональных компетенций. Переход к компетентностной модели обучения стал основой для проектирования новых средств оценки качества профессиональной подготовки студентов.
Большое число и многообразие необходимых компетенций по ФГОС обусловливает задачу оценки качества вузовской подготовки и разработки требований к системе менеджмента качества вуза.
В табл. 1 приведено сравнение традиционного и «компетентностного» образования.
Таблица 1
Сравнение традиционного и компетентностного образования_
Традиционное образование Компетентностное образование
Учебная программа базируется на знаниях, навыках, необходимых для определенной дисциплины. Учебный план базируется на компетенциях, необходимых при выполнении заданий и для решения практических или проблемных ситуаций.
Обучающиеся изучают заранее определенное содержание дисциплины. Обучающиеся выполняют практические задания.
Все обучающиеся проходят одну и ту же программу. Учебная программа зависит от начального уровня обучающихся.
Тестируются знания. Тестируются навыки и умения применения знаний.
Знания проверяются тренажером, преподавателем. Существует система самооценки и экспертной оценки.
Формируются навыки по отдельным модулям. Общие навыки интегрированы в практические задачи.
Учебные блоки являются производными от отдельных дисциплин. Учебные блоки в основном междисциплинарные.
Действующие системы менеджмента качества могут строиться на основе различных моделей: на основе концепции TQM, по стандартам ISO серии 9000, на основе отраслевых версий стандартов управления качеством (HACCP, GMP и др.) [1 - 3].
