CC BY
0
DIGITALIZATION OF DESIGN TECHNOLOGY PREPARATION OF PRODUCTION ON THE BASIS OF "RATIONAL
ROSE"
T.Yu. Klimova, I.N. Haymovich
The purpose of article is the description of a method of creation of the new information system (IS) of document flow of design technology preparation ofproduction (check point) for digital plant within the enterprises occupied with different types of the industry. In article the concepts "digital plant", "digital factory" are described and the algorithm of work from creation of charts in "Rational Rose" with further generation of a code for With ++ is described.
Key words: smart production, digitalization, KTPP, digital plant, "RATIONAL ROSE", "SMART TEAM", coding.
Klimova Tatiana Yrjevna, postgraduate, [email protected], Russia, Samara, Samara State Aerospace University named after academician S.P. Korolyov (National Research University),
Khaimovich Irina Nikolaevna, doctor of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Samara, Samara State Aerospace University named after academician S.P. Korolyov (National Research University)
УДК 004:9
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-11-310-311
РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ В КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКЕ ПРОИЗВОДСТВА
К.Ю. Черкасов, И.Н. Хаймович
Описаны вопросы внедрения информационных систем конструкторско-технологической подготовки производства для улучшения показателей контроля над производственными процессами. Рассмотрены возможности применения стандарта, описывающего жизненный цикл программного обеспечения в рамках модели информационной системы, разделённой на несколько этапов.
Ключевые слова: информационная система, подготовка производства, жизненный цикл программного обеспечения.
Информационные системы конструкторско-технологической подготовки производства (ИС КТПП) имеют важное значение для современных предприятий в машиностроительной отрасли и выполняют ряд ключевых функций. ИС КТПП позволяют автоматизировать и оптимизировать множество бизнес-процессов в производстве, включая проектирование изделий, разработку технологических карт, управление ресурсами, планирование производства. Оптимизация производственного процесса непосредственным образов влияет на сокращение времени, необходимого для разработки и выпуска продукции. Это дает конкурентное преимущество на рынке. Внедрение ИС КТПП позволяет более эффективно управлять ресурсами предприятия, включая рабочую силу, оборудование и сырье. Это способствует оптимизации затрат и ресурсов [1, 2, 3].
Развитие информационных технологий существенно расширило способы реализации ИС КТПП. Выбор конкретного способа зависит как от требований со стороны заказчика так и от инфраструктурных ограничений при внедрении програмного продукта на производство. Как правило требования к продукту меняются в процессе разработки. Границы возможных изменений требований согласовываются с заказчиком и являются важным фактором в поиске компромисса между скоростью разработки продукта и возможностью внесения изменений в готовую систему. Проектирование ИС - это процесс принятия конструкторских и технлогических решений, с целью релизовать проект согласно требованиям заказчика в рамках предоставляемой инфраструктуры с учетом возможных будущих изменений. В условиях быстро меняющихся технологий гибкость модели ИС КТПП является важным фактором при проектировании програмного продукта. Важной характеристикой также является простота в освоении и применении модели ИС. Согласованность описания технических объектов с возможностями восприятия человека в конечном итоге приводит к повышению эффективности и производительности труда на производстве. При жёстких сроках и больших объёмах часть выполняемых проектных работ может делегироваться сторонним исполнителям. В этом случае контролирующая головная организация осуществляет координацию деятельности всех сторонних компаний. Комплекс задач управления регламентируется формальным набором требований, что достигается благодаря ясной декомозиции и разделению системы на функциональные части. Регламентированная последовательность действий дает возможность выстроить сложные компоненты системы в строгую иерархию, а средства проектирования позволяют охватывать все этапы жизненного цикла продукта. С ростом масштаба и сложности програмного продукта структурированность внедрённой ИС КТПП начинает играть важную роль тем самым определяя стоимость дальнейшего внедрения и эксплуатации продукта на предприятии.
Составляющие производственной среды - компоненты, которые представляют собой как готовые методы, так и различные методологии. Функционально компоненты представляют собой элементы, которые направлены на управление и на реализацию внедрения ИС в подготовке производства. Такими компонентами являются:
1) структурные методы, такие как диаграммы DFD, ER-диаграммы, схемы состояний и переходов;
2) методология планирования бизнес-систем BSP для анализа, определения и проектирования информационной архитектуры организаций;
3) CASE-средства верхнего и нижнего уровня, интегрированные CASE-средства;
4) методологии структурного анализа и проектирования, интегрирующие процессы моделирования
SADT;
5) водопадная, спиралевидная и итерационная модели внедрения ИС;
6) доменная экспертиза в отрасли.
Цикличный характер внедрения информационных систем в КТПП обусловлен необходимостью проведения нескольких итераций цикла в целях поиска оптимальной модели с учетом заданных ресурсов. В начале каждого цикла происходит определение динамической модели для объекта со список определённых сущностей Фь Ф2, ..., Фм. Подбор этих параметров осуществляется в зависимости от величины необходимого минимального порога использования с применением критерия полноты существующей модели ИС КТПП. В результате адаптации динамической модели производится поиск значения N опираясь на доступные ресурсы. Итерация цикла происходит до момента равенства посчитанного количества ресурсов на текущем этапе с ресурсами доступными заказчику. Таким образом если ресурсы заказника соответствуют найденному значению, то цикл останавливается. В этом случае в зависимости от выбранного жизненного цикла программного обеспечения (ЖЦ ПО) происходит формирование технического задания (ТЗ) [4]. Далее в зависимости от согласованного ЖЦ ПО осуществляем переход к следующему этапу и выстраиваем план выполнения следующего шага. [5]
Предлагаемый метод построения модели ИС КТПП подразумевает разбиение всей схемы на несколько этапов. Глубина декомпозиции определяется набором требований к разработке ИС КТПП. В ситуации ограниченности по ресурсам предлагаемый метод выделяет три этапа построения модели.
На первом этапе осуществляется работа с данными организации включая различные стандарты и руководства. На этом этапе происходит формализация данных и адаптация их с учётом требований к разработке ИС КТПП. Первый этап модели построения ИС КТПП схематично представлен на рис. 1.
Ораганизации Стандарты, Формализация Формализованные
(¡SO и т,.п.) руководства знания
1
к уровню 2
Рис. 1. Первый этап модели построения ИС КТПП
Жизненный цикл программного обеспечения (ЖЦ ПО) представляет собой последовательность этапов и процессов, которые программное обеспечение проходит с момента его создания до вывода из эксплуатации. На каждом этапе вводятся данные, которые впоследствии преобразуются в результаты. В различные моменты ЖЦ ПО используются как документация, так и программный код в качестве входных и выходных данных. Разбиение каждого этапа на составляющие элементы позволяет выделить основные компоненты ЖЦ ПО, которые обрабатывают часть входных данных и генерируют соответствующие результаты для данного этапа.
На каждом этапе ЖЦ ПО используются ресурсы. Помимо методов и инструментов к ресурсам можно отнести и человеческий потенциал. Стандартом КОЛЕС 12207 [6] рекомендуется разделение процессов ЖЦ ПО на категории:
1) управленческие процессы, которые охватывают деятельность по организации и координации функционирования команды, участвующей в разработке;
2) организационные процессы, которые нацелены на управление процессом разработки, тестирования, внедрения и поддержки программного продукта;
3) технические процессы, связанные со всеми техническими аспектами построения ПО на каждом этапе построения программного продукта.
Процессы управления осуществляются путем координации ключевых участников, включенных в ЖЦ ПО. Под ключевыми участниками понимаются организации, которые являются владельцами продукта или непосредственно ведут разработку, эксплуатацию, тестирование или сопровождение ПО. Ключевыми участниками являются как представители заказчика, так и исполнители, а именно заказчик ПО, аналитик, разработчик, менеджер проекта, инженер тестирования, инженер сопровождения и другие специалисты.
Заказчик является инициатором разработки ПО, он выполняет ряд действий в процессе построения заказа. Перед тем как осуществлять формирование заявки на выполнение работы происходит определение потребностей в системе и формирование целей конкретного программного продукта. Далее осуществляется выбор исполнителя и ведение проекта. По результатам работы исполнителя заказчик осуществляет приемку программного обеспечения. В случае необходимости, заказчик может заключить договор с посредником, который будет последовательно выполнять соответствующие задачи согласно техническому заданию.
Процесс поставки согласно международному стандарту КОЛЕС 12207 включает в себя серию операций и мероприятий, которые осуществляются поставщиком. Стартом этого процесса считается либо начало работы над ответным предложением на запрос о выполнении работ или с момента подписания контракта для поставки ПО и установления партнерских отношений с заказчиком. Следующим шагом является согласование ресурсной базы заказчика и необходимых процедур для успешного достижения целей продукта. Этот шаг включает в себя разработку и реализацию планов проекта и достижение поставки услуги по разработки ПО посредством передачи готовой системы заказчику.
Следующим шагом, согласно стандарту, является процесс разработки ПО. Он включает в себя последовательность действий и задач, которые выполняются разработчиками. Входными данными для этого процесса являются требования заказчика. В рамках данного процесса по результату анализа этих требований выстраивается архитектура проекта. Учитывая архитектуру построения ПО, осуществляется декомпозиция требований для каждого моду-
ля. Далее осуществляется непосредственно написание программного кода каждого модуля выбранной архитекторы приложения. Сборка, тестирование приложения, а также ввод в эксплуатацию ПО, согласно стандарту, тоже являются частью процесса разработки. В соответствии с выбранной архитектурой разработчик сам определяет необходимую инфраструктуру проекта согласно процедуре создания инфраструктуры, согласованной с заказчиком.
На втором этапе с использованием средств поддержки инженерии процесса осуществляется формирование модели процесса организации. Второй этап модели ИС КТПП схематично представлен на рис. 2. Важным аспектом при построении модели ИС является анализ информации о предыдущих проектах как правило представленный в виде базы данных (БД). Эта информация позволяет сформировать метод спецификации плана проекта, который будет использоваться на третьем этапе.
На третьем этапе осуществляется фильтрация исторических данных. Происходит адаптация информации со второго этапа с использованием средств построения статической модели плана проекта, поддержки определения параметров в контексте и различных средств оценивания, анализа и графического представления полученных данных [7]. Третий этап представлен на рис. 3.
СИ уровня 2
Построенная предложенным метод ИС согласно стандарту КОЛЕС 12207 применятся в том числе и в таких процессах жизненного цикла ПО как эксплуатация и сопровождение. Процесс оперативной эксплуатации включает в себя ряд операций и задач, выполняемых оператором ПО. Этот процесс включает в себя как непосредственно управление работой программного продукта согласно требованиям заказчика, так и предоставление поддержки пользователям во время использования. В контексте машиностроительного предприятия важную роль играет система, в которой будет применятся построенное ПО для КТПП поскольку эксплуатация программного продукта тесно связана с функционированием предприятия. По этой причине задачи и работы на этом этапе сильно зависят от конкретной системы и интеграции ИС КТПП на предприятии машиностроительного профиля. Оператор осуществляет руководство процессом эксплуатации на уровне конкретного проекта в соответствии с установленными процедурами управления. Инфраструктурные задачи по интеграции сторонних ресурсов, их адаптация под конкретные условия проекта и управление всеми процессами эксплуатации ИС КТПП на уровне организации относится к процессу эксплуатации и соответственно соотносится с процессом создания инфраструктуры, процессом адаптации и процессом усовершенствования. В случае если заказчик в качестве исполнителя поставщика услуги выбрал оператора, то оператор выступает в качестве поставщика ПО.
В рамках ЖЦ ПО следующим шагом является процесс сопровождения. Он включает в себя различные задач, которые выполняются сотрудниками, ответственными за сопровождение. Необходимость в этом процессе может возникнуть при появлении задачи внесения изменений в ПО и документацию. Также причиной реализации данного этапа могут быть возникшие проблемы или потребность в изменениях параметров ПО под изменившиеся условия. В результате работы на этом этапе все необходимые изменения и доработки не должны влиять на целостность продукта. Это накладывает ряд ограничений на команду сопровождения так как ограничивает их действия рамками текущей функциональности и не позволяет делать фундаментальные доработки. Таким образом сложность этого процесса напрямую зависит от объёма правок, которые требуется внести в ПО и от того на сколько эти изменения могут быть внедрены в текущую архитектуру приложения без существенных изменений. Условие переносимости заранее согласовываются с заказчиком. Оно влияет на объём доработок при необходимости перенести ПО на другое предприятие машиностроительного профиля. Процедура вывода ПО из эксплуатации и процедура переноса также относятся к процессу сопровождения ЖЦ ПО. На рис. 4 представлена диаграмма Ганта части основных процессов стандарта ISO/IEC 12207.
процесс I номер недели ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ЖЦ Процесс заказа
Подготовка
Подготовке эвявжи на подряд Подготовка и корректировка Надзор за поставщиком Приёмка и закрытие договора Процесс поставки Подготовка Подготовка ответа Подготовка договора Планирование Выполнение it контроль Проверка и оценка Поставка и закрытие договора Процесс разработки Подготовка процесса Анализ требований к системе Проектирование системной Анализ требований к Проектирование программной Техническое проектирование Программирование и Сборка программных средств Квалификационные испытания Сборка системы Квалификационные испытания Ввод в действие программных Обеспечение приемки Процесс эксплуатации Подготовка процесса Эксплуатационные испытания Эксплуатация системы Поддержка пользователя
Подготовка процесса Анализ проблем и изменений Внесение изменений Проверка и приёмка при Перенос
Снятие с эксплуатации
Рис. 4. Часть основных процессов стандарта ISO/IEC12207
Поскольку в процесс сопровождения могут быть включены различные работы из других этапов ЖЦ ПО, то в нём могут применяться другие процессы, определённые в соответствии со стандартом. В таком случае в команде персонала сопровождения могут быть разработчики, аналитики и инженеры тестирования. Эти роли в процессе сопровождения имеют свою специфику. Ограниченность доработок и необходимость соблюдать целостность продукта накладывают дополнительные требования к проведению полноценного тестирования с целью недопустимости регрессии ПО. Команда сопровождения координирует весь процесс сопровождения на уровне конкретного проекта, соблюдая установленные процедуры управления. В случае, если сотрудники сопровождения выступают в качестве поставщиков услуг сопровождения, они реализуют процесс поставки услуги. Процесс сопровождения продолжается до момента прекращения эксплуатации ПО.
Вывод. Эти модели и методы можно использовать для поэтапной разработки ИС в КТПП, но на сегодняшний момент появились новые возможности для автоматизации разработки ИС на машиностроительном предприятии, можно использовать при внедрении онтологии и базы знаний, а также формировать типологизацию процессов производства с использованием квантовых технологий и технологий BIG DATA [8, 9, 10].
Список литературы
1. Батищев В.И. Концепция информационной среды в организации производства на предприятии с применением оптимизации маршрутов обработки деталей [Текст] / В. И. Батищев, И. Н. Хаймович, В. И. Марков, А. Н. Макашов // Вестник Самарского муниципального института управления. - 2018. - № 3. - С. 77-85.
2. Кокарева В.В. Имитационное моделирование производственных процессов в рамках концепции «бережливого производства» / В. В. Кокарева, В. Г. Смелов, И. Л. Шитарев // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С. П. Королева (национального исследовательского университета). -2012. № 3-3 (34). С. 131-136.
3. Хаймович И.Н., Хаймович А.И. Проектирование и реализация системы автоматизированного проектирования штамповки компрессорных лопаток из титановых сплавов // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 2015. № 2. С. 37-43.
4. Меламед А.Я. Аппаратно-программный комплекс для решений задач автоматизации CRM [Текст] / А. Я. Меламед // Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ: Тезисы докладов/ М., 2003. С. 53.
5. Хаймович И.Н. Разработка производственной среды при внедрении информационных систем конструк-торско-технологической подготовки производства в условиях ограничения по ресурсам [Текст]/ И.Н. Хаймович: монография. Самара: Изд-во СНЦ, 2008. 164 с.
6. ISO/IEC 12207:1995 Information technology — Software life cycle processes [Электронный ресурс] URL: https://www.iso.org/standard/21208.html (дата обращения: 03.11.2023).
7. Хаймович И.Н. Рационализация организации производства машиностроительного предприятия на основе реинжиниринга / И.Н. Хаймович, А.И. Хаймович // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С. П. Королева. 2006. № 3 (11). С. 53-57.
8. Chang W., Fox G., NIST N. NIST Big Data Interoperability Framework: Volume 3, Big Data Use Cases and General Requirements [Version 2], Special Publication (NIST SP), National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD. 2018. DOI: 10.6028/NIST.SP.1500-3r1.
9. Geoffrey Fox. Data Science Curriculum: Indiana University Online Class: Big Data Open Source Software and Projects - 2015 [Электронный ресурс] URL: http://bigdataopensourceprojects.soic.indiana.edu (дата обращения: 03.11.2023).
10. High Performance High Functionality Big Data Software Stack, Big Data and Extreme-scale Computing (BDEC) - 2014 [Электронный ресурс] URL: https://www.odbms.org/2014/04/high-performance-high-functionality-big-data-software-stack (дата обращения: 03.10.2023).
Черкасов Константин Юрьевич, аспирант, [email protected], Россия, Самара, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева,
Хаймович Ирина Николаевна, д-р техн. наук, проф., [email protected], Россия, Самара, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева,
DEVELOPMENT OF INFORMATION SYSTEMS IN THE DESIGN AND TECHNOLOGICAL PREPARATION OF
PRODUCTION
K. Y. Cherkasov, I.N. Khaimovich
The issues of implementation of information systems of design and technological preparation of production to improve the indicators of control over production processes are described. The possibilities of applying a standard describing the software lifecycle in an information system model divided into several stages are considered.
Key words: information system, production preparation, software lifecycle.
Cherkasov Konstantin Yurievich, postgraduate, [email protected], Russia, Samara, Samara National Research University,
Khaimovich Irina Nikolaevna, doctor of technical sciences, professor, [email protected] , Russia, Samara, Samara National Research University
УДК 62-932.4
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-11-314-315 АНАЛИЗ АЛГОРИТМОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ И ЧЕЛОВЕКА
Б.А. Данилюк, А.В. Смирнов, М.С. Токарев
В статье рассматриваются достоинства и недостатки алгоритмов взаимодействия робототехниче-ских комплексов и человека, а также формирование общих и частных закономерностей их развития.
Ключевые слова: робот, робототехнический комплекс, алгоритм взаимодействия, управление.
Одной из активно развивающихся областей современной прикладной науки является робототехника. Динамичное развитие робототехники в настоящее время характеризуется лавинообразным созданием робототехниче-ских комплексов (РТК) различного назначения, позволяющих реализовать большинство функций, выполняемых человеком.
При этом РТК являются принципиально новым техническим средством автоматизации процессов функционирования сложных организационно-технических систем, а условия их использования позволяют исключить участие человека как во вспомогательных, так и в основных технологических операциях.
Алгоритмы взаимодействия РТК и человека в настоящее время приобрели особое значение для управления структурами автоматизированных и робототехнических систем [1].
В соответствии с [2] и [3] под РТК понимается комплекс, состоящий из одного или нескольких роботов, их рабочих органов и любых механизмов, оборудования, приборов или датчиков, обеспечивающих выполнение роботом функционального назначения (задания).
Существующая классификация РТК по уровню автономности решения задач может быть представлена в следующем виде [4]:
- РТК первого поколения: устройства с программным и (или) дистанционным управлением, способные функционировать только в специально организованной среде; производительность процессоров данных РТК составляет от 3000 до 1 млн. команд в секунду (MIPS). Основное назначение таких РТК - получение и выполнения только одной целевой задачи, которая программируется заранее.
