Комплексная автоматизация производства

Комплексная автоматизация производства

Проблемы и технология комплексной автоматизации

Новые экономические условия в России, применительно к деятельности промышленных предприятий, характеризуются, как общемировыми изменениями в экономике, так и сугубо национальными. К первым можно отнести растущую индивидуализацию заказов, повышенные требования к качеству изделий, тенденцию уменьшения времени выполнения заказов, частую сменяемость моделей выпускаемых изделий, расширение кооперативных связей предприятий.

Ко вторым - переход от жесткого государственного управления всей деятельностью предприятия к рыночному регулированию. Это привело к реструктуризации как всей промышленности в целом, так и отдельных предприятий.

Реструктуризация промышленных предприятий

В новых экономических условиях существование предприятия - выживаемость, конкурентоспособность, прибыльность - зависит непосредственно от его деятельности. Оно само организует реализацию продукции и формирование портфеля заказов, от которых в значительной степени зависит его экономика.

Следовательно, предприятие не может доверить такие жизненно важные функции для его экономики, как разработку новых изделий, технологий, определение производственной структуры другим организациям. Поэтому происходит реструктуризация отраслевой промышленности. Предприятие оформляется как законченная самостоятельная структура, осуществляющая формирование своего портфеля заказов, обеспечение всех этапов жизненного цикла создания изделий и организацию под определенный вид изделий кооперации смежных предприятий (смежников, поставщиков комплектующих изделий, торговых, эксплуатационных, ремонтных и т.п.). Эта совокупность предприятий (виртуальное предприятие), как правило, не имеет жестких организационных связей и создается под определенный вид продукции, ее состав может изменяться.

В силу исторических традиций некоторые крупные КБ, технологические НИИ пока ещё сохраняют свою организационную самостоятельность, выполняя разработки для ряда производственных предприятий. Но такие структуры являются неустойчивыми, временными. Предприятие не может рисковать раскрытием своей производственной, научно-технической информации. Поэтому КБ, технологические НИИ не могут, как раньше, независимо от производственного предприятия поставлять свои разработки другим предприятиям по своему усмотрению. Практически такая структура - этап к их организационному объединению. КБ, НИИ либо организационно сливаются с производственным предприятием, либо изменяют свое функциональное назначение.

В современных условиях борьба за рынок вынуждает предприятие постоянно совершенствовать свои технологии, производственные фонды, структуру, управление, готовить и вести переподготовку кадров. Эти работы связаны с необходимостью овладения наукоемкими современными, быстро обновляемыми производственными, обучающими и информационными технологиями. Как правило, на предприятиях иметь структуры, поддерживающие и развивающие такие наукоемкие технологии, экономически не оправдано. Поэтому в состав виртуального предприятия входят также какие-либо учебно-научные структуры. Вид этих структур может меняться в зависимости от региональных условий. В крупных городах их роль могут играть бывшие технологические институты, переориентированные на новые условия, или какие-либо новые формирования. Но обычно, особенно в регионах с 1 - 2 ведущими предприятиями такую роль осуществляют ВТУЗы, при которых создаются совместно с головным предприятием учебно-научные подразделения, обслуживающие базовое предприятие.

Второй формой современного предприятия, характерной для малых фирм, является предприятие, организованное на базе головной научно-проектной организации, выполняющей заказы на поставку каких-либо специализированных изделий штучно или небольшими партиями. Обычно это малые предприятия, имеющие оригинальные разработки в специальной области. Такие фирмы, кроме проектных и исследовательских, имеют подразделения сборки, испытаний, опытное производство, отделы маркетинга и сбыта. Достаточных производственных мощностей для организации всего производственного цикла фирмы не имеют. Поэтому заказы на изготовление деталей, узлов и агрегатов размещаются на серии предприятий. Такое аморфное объединение неустойчиво. Оно либо перерастает в виртуальное предприятие с относительно устойчивым составом входящих организаций и усилением связей между ними, либо часть предприятий вливается в опытное производство головного, образуя предприятия первого типа, либо оно не выдерживает конкуренции и, не обеспечив себя заказами, погибает. Однако в настоящий переходный экономический период в российской промышленности таких предприятий имеется значительное количество.

Таким образом, в новых экономических условиях происходит интеграция предприятий с целью возможности обеспечения всего жизненного цикла каждого изделия, заказа; получение самостоятельности в своих действиях и ответственности за ее результаты; возникновение виртуальных предприятий с гибким составом и структурой.

Регулирующая роль государства

В этих условиях роль министерств изменяется. Государство не может непосредственно влиять на экономическую и техническую деятельность предприятия. В сложившейся ситуации оно не имеет достаточных средств для широкомасштабной финансовой поддержки предприятий. Однако оно заинтересовано в развитие предприятий и имеет достаточно много рычагов несилового воздействия на предприятия для реализации своей экономической и технической политики.

Меры влияния государства можно разбить на две группы. К первой относятся мероприятия в равной степени направленные на поддержку всех предприятий. Это - снижение налогов, таможенных пошлин, транспортных и энергетических тарифов, ставки рефинансирования и др. Такие мероприятия до определённого уровня необходимы для предоставления самой возможности осуществлять неубыточную производственную деятельность. Но ниже этого уровня они становятся убыточными для государства. Государственные средства, пусть в непрямой форме, в равной степени идут на поддержку, как перспективных предприятий, так и тех, которые в обозримом будущем, по различным причинам не смогут стать неубыточными.

Ко второй группе относятся мероприятия, целевым образом направленные на поддержку предприятий, групп предприятий или отраслей, способных в кратчайшие сроки выйти на передовые позиции на мировом рынке, например:

* дополнительное госбюджетное финансирование приоритетных технологий и отраслей;

* финансовая поддержка в создании производственной инфраструктуры для выпуска определенного класса машин;

* финансирование исследований по разработке недостающих для их выпуска технологий и материалов;

* разработка стандартов и протоколов, обеспечивающих выполнения необходимого уровня качественных показателей, унификацию представления технической информации и устройств сопряжения.

Вводя стандарты, протоколы, государство не требует (если это не связано с безопасностью и здоровьем) их безусловного выполнения. Но оно создает условия, при которых выполнение стандартов удобно потребителям и экономически выгодно производителям. Важными функциями государственной поддержки являются: организация работ по анализу и прогнозированию развития машин, технологий, систем; доведение этой информации до руководителей предприятий; обеспечение перспективной кадровой подготовки и переподготовки. Если первая группа мероприятий требует, в основном экономического анализа, то вторая группа, более тонкая, требующая всестороннего технического, технологического, производственного анализа как российской, так и мировой экономики, научно обоснованного прогнозирования, разработки технической политики государства.

Правильно определенное поэтапное целевое вложение государственных средств при ограниченности ресурсов позволяет в кратчайшие сроки поднять до конкурентоспособного уровня передовые технологии и отрасли и использовать получаемую прибыль для развития предприятий следующей очереди. Основная проблема - создание механизма разработки государственной технической политики, механизма ее осуществления, создание условий для заинтересованности в ее проведение со стороны предприятий. Ошибка, субъективизм при определении приоритетов и целевого направления государственной поддержки могут иметь непоправимые последствия, поскольку при ограниченности ресурсов нет возможности перестраховки или параллельного выполнения нескольких вариантов реализации программ поддержки, направлений развития.

Мы считаем, что для формирования программ и организации работ по приоритетным направлениям развития промышленности, должны быть созданы Промышленные Советы по типу известного в прошлом Совета главных конструкторов при реализации ракетно-космической программы, например, Промышленный Совет по производственным аэро-космическим технологиям, по информационным технологиям в промышленности, по энергетике, по производственным технологиям получения материалов с заданными свойствами. Возглавлять такие Советы должны авторитетные в своей области ученые - практики государственного уровня. Решения Советов могут служить основой для принятия правительственных постановлений.

Выработка решений может базироваться на объективной аналитической информации о состоянии и тенденциях развития промышленности во всей мировой экономике. Для этих целей предлагается создание по группе смежных направлений аналитических информационных центров (АИЦ). Например, АИЦ по производственным и информационным технологиям в промышленности. Центры должны иметь минимальные организационные структуры и штаты. Они должны выполнять работы, в первую очередь по заказам правительственных организаций и Промышленных Советов, с привлечением ведущих, в максимальной степени независимых специалистов. В задачи АИЦ могут также входить: предоставление обзорной и аналитической информации предприятиям, информация и консультации по принятой государственной технической политике, по отдельным вопросам состояния и развития направлений, предоставление оперативной информации для целей подготовки и переподготовки специалистов.

Критерии и направления эффективного развития предприятия

Цели создания предприятий или их реконструкция могут быть различны: политические, экономические, оборонные, региональные и т.п. Глобальные критерии оценки их деятельности - только экономические: прибыльность и конкурентоспособность. На каждом этапе реконструкции, при создании каждой системы локальные критерии могут быть различными. Но они не должны противоречить глобальному и входить в общее дерево целей или критериев, разрабатываемых при обосновании программы реконструкции предприятия. Обеспечение высоких значений критериев может идти совокупно по направлениям: повышения качества изделий, сокращения и надежности сроков выполнения заказов, индивидуализации заказов, повышения экономичности производства и его реактивности, т.е. быстрого реагирования на потребности рынка. Одни из важнейших критериев оценки эффективности - срок и надежность выполнения заказа. Высокие значения критериев могут быть достигнуты за счет таких свойств производственной системы (ПС) как совершенство конструкции изделий, использование высоких технологий, гибкости производства, его автоматизации.

Под гибкостью производства понимается его способность перестраивать свою организационную, технологическую, функциональную и другие структуры или параметры под влиянием изменений внешних или внутренних условий с целью наилучшего обеспечения принятых критериев ПС. Можно отдельно рассматривать организационную гибкость, технологическую и др. Гибкость производственной системы обеспечивает такие ее свойства как реактивность производства, надежность выполнения заказов.

Нужно отметить, что все направления повышения эффективности ПС взаимосвязаны, иногда противоречивы, и могут рассматриваться только в совокупности. Так совершенство конструкции определяется не только ее потребительскими свойствами, но и возможностью экономичного изготовления в условиях конкретного производства. Высокие технологии прогрессивны не сами по себе, а исходя из возможности их реализации в конкретной ПС с имеющимся оборудованием и системой автоматизации. Разрешение противоречий возможно на основе оптимизации соответствующих локальных или глобальных критериев.

Особое значение для повышения эффективности предприятия имеет направление автоматизации, поскольку она не только имеет самостоятельное значение, но и оказывает существенное влияние на все другие направления. Без автоматизации невозможно обеспечить гибкость ПС. Без внедрения систем автоматизированного проектирования невозможно в современных условиях создать совершенные машины и технологические процессы.

Весь предыдущий опыт и здравый смысл показывают, что экономичная автоматизация может быть только комплексной. Частичная автоматизация может быть этапом, но не может быть целью. Более того всякая частичная автоматизация должна вписываться в концепцию комплексной. Поскольку современное производственное предприятие работает по всем этапам жизненного цикла изделия (ЖЦИ), то и комплексная автоматизация в перспективе должна охватывать все этапы ЖЦИ и, в первую очередь все этапы производственного цикла изделия (ПЦИ).

Одной из главных задач комплексной автоматизации является уменьшение длительности производственного цикла изделия. Этого можно добиться путем сокращения длительности выполнения каждого этапа, путем уменьшения времени согласования между этапами и уменьшения количества возвратов полученных решений для дополнительной коррекции и, наконец, переходом от фазового последовательного метода выполнения этапов к параллельному (concurrent engineering).

Рис. 1. Конструкторско-технологическое проектирование при последовательной реализации этапов: 1,2,3 - итерации; к - конструкторское проектирование; т - технлогическое проектирование

При фазовом методе все этапы производственного цикла изделия выполняются последовательно, и время выполнения заказа определяется суммой времен выполнения каждого этапа. На самом деле время выполнения заказа будет больше за счет итерационного процесса принятия окончательного решения по взаимосвязанным этапам. Так, на рис. 1. показан трехитерационный процесс принятия конструкторско-технологических решений. Следует также отметить, что увеличение количества заказов, их предварительная проработка и индивидуализация приводят к увеличению трудоемкости подготовительных работ, в большей степени чем трудоемкость непосредственно самого производства. В связи с этим, время производства составляет 5 - 10% от всего времени выполнения заказов. Основные резервы сокращения времени производственного цикла изделия лежат, таким образом, в сфере подготовки производства.

Идеология concurrent engineering предполагает не только совмещение выполнения этапов ПЦИ, но и участие всей "команды" проектантов в решении функциональных задач каждого этапа, сокращение или отсутствие межэтапных итераций. Программно-технической поддержкой методики является локальная сеть предприятия либо сеть Intranet виртуального предприятия с общим доступом к базам данных и знаний.

Поскольку подготовка производства в основном связана с движением и преобразованием информационных потоков, то автоматизация информационных потоков дает большую отдачу, чем автоматизация материальных потоков. Это не означает, что нужно отказаться от автоматизации непосредственно технологических процессов, но нужно иметь ввиду, что при ограниченности средств рубль, вложенный в автоматизацию этапов подготовки производства, дает большую отдачу, чем в автоматизацию самого производства. Это позволяет говорить о приоритете автоматизации информационных потоков и пересмотреть некоторые положения в отношении комплексной автоматизации и технологий ее реализации, компьютерно-интегрированных производств (КИП) и гибких производственных систем (ГПС).

Первую часть статьи мы закончили мыслью, что идеология concurrent engineering [1] предполагает не только совмещение выполнения этапов ПЦИ, но и участие всей "команды" проектантов в решении функциональных задач каждого этапа, сокращение или отсутствие межэтапных итераций. Программно-технической поддержкой методики является локальная сеть предприятия либо сеть Intranet виртуального предприятия с общим доступом к базам данных и знаний.

Компьютерно-интегрированные производства (КИП)

По проблемам автоматизации производств имеется большое количество литературы, выпущены нормативные документы и стандарты, в том числе и терминологические. Однако устоявшихся понятий, терминов, обозначений ни в России, ни в мире не существует, что часто приводит к разному пониманию существа вопросов. С целью устранения неясностей в масштабах хотя бы данной рубрики, не претендуя на их абсолютную правильность, мы рассмотрим основные применяемые в дальнейших публикациях термины и обозначения.

Под КИП мы будем понимать систему на уровне цеха, предприятия, виртуального предприятия, в которой все операции с информационными потоками по всем этапам производственной деятельности предприятия (ПДП) автоматизированы на основе компьютерных технологий. При этом материальные потоки могут быть, как автоматизированы так и не автоматизированы.

Рис. 2. Состав КИП

КИП (рис.2) состоит из: производственно-технологического комплекса (ПТК), производственно - строительного комплекса (ПСК), автоматизированных систем подготовки производства (АСПП), оперативного управления (СОУ), управления производством (АСУП).

Оперативное управление ПТК осуществляет система оперативного управления (СОУ), функциональными задачами которой являются: оперативное планирование; диспетчерское управление; управление основным и вспомогательным оборудованием. ПТК вместе с СОУ образуют автоматизированную производственную систему (АПС).

Совокупность всех систем подготовки и управления образует интегрированную систему автоматизации (ИСА) производственной деятельности предприятия. На современном уровне автоматизации такая система обязательно включает элементы интеллектуализации и определяется как интеллектуальная интегрированная система (ИИС) управления ПДП.

В зависимости от уровня автоматизации АПС могут быть совокупностью отдельных станков с ручным управлением или CЧПУ, совокупностью гибких производственных модулей (ГПМ), ячеек, автоматических линий или, наконец, гибкой производственной системой (ГПС). ГПС - переналаживаемая автоматизированная производственная система, в которой реализована комплексная автоматизация как информационных, так и материальных потоков на уровне производственного участка, линии, ячейки.

Современное предприятие в своей деятельности связано со многими другими предприятиями: смежниками, изготовителями и поставщиками комплектующих изделий, заказчиками и др. Время согласования производственных вопросов с ними влияет на общее время выполнения заказа, а его уменьшение требует в первую очередь автоматизации общих информационных потоков. Такая совокупность организационно самостоятельных предприятий, но информационно связанных между собой для выполнения определенных заказов, представляет собой виртуальное предприятие (ВП) [2-4]. Для создания нового, особенно сложного наукоемкого изделия, необходима первоначальная разработка модели реализующего его ВП. Она должна включать все необходимые ресурсы для его создания и состав производств, предприятий для их реализации.

Положения концепции комплексной автоматизации предприятий

Современное предприятие должно обеспечить реализацию всего производственного цикла изделия. При этом портфель заказов может изменяться в короткие сроки, также как и состав участвующих в его выполнении организаций. Наиболее эффективное направление сокращения времени выполнения заказов - создание интегрированной системы автоматизации (ИСА) производственной деятельности предприятия.

Методологии построения ИСА предприятия могут быть различными [5-7]. На сегодняшний день можно выделить пять основных направления создания ИСА:

§ Разработка ИСА конкретного предприятия по его индивидуальному заказу фирмой разработчиком программных систем с применением алгоритмических языков высокого уровня.

§ Постепенная интеграция систем автоматизации ПДП путем разработки или приобретения предприятием отдельных пакетов, каждый из которых решает отдельные функциональные задачи предприятия.

§ Приобретение мощной системы комплексной автоматизации, состоящей из многих функциональных модулей, работающих в единой информационной среде системы и частично адаптированных к особенностям предприятия.

§ Создание ИСА из отдельных систем, подсистем, пакетов, имеющих возможность представления своих выходных данных и знаний в информационной среде предприятия.

§ Ускоренное создание ИСА конкретного предприятия под его индивидуальный заказ с применением инструментальной программной метасистемы (ИПМ) при участии специалистов предприятия.

Каждое направление поддерживается различными программными продуктами, опирается на разные методы и технологии комплексной автоматизации, требует различных затрат предприятия и приводит к различным конечным результатам. Имеющийся опыт реализации этих направлений, анализ состояния и перспектив развития средств автоматизации позволяют сформулировать принципы, на которых должны строиться современные ИСА:

§ Компьютерно-ориентированная автоматизация всех этапов ЖЦИ.

§ Интеграция всех систем автоматизации производственной деятельности внутри одного предприятия.

§ Интеллектуализация.

§ Специализация ИСА каждого предприятия.

§ Индивидуализация рабочего места ИСА предприятия.

§ Базирование на достижениях современных информационных технологий инжиниринга (ИТИ).

Компьютерная автоматизация означает: приоритет автоматизации информационных потоков; компьютерную ориентацию при автоматизации всех функций ПДП; наличие обратных информационных связей; реализацию основных принципов проектирования сложных систем (модульность, открытость и т.п.).

Интеграция предусматривает единство сред, охватывающих все системы автоматизации и этапы ПДП: методической, организационной, информационной, программной, технической.

Интеллектуализация означает:

§ разработку и использование интеллектуальных моделей и моделирования при решении всех функциональных задач на всех этапах ЖЦИ;

§ распределение на каждом рабочем месте знаний между человеком и машиной для решения функциональных задач, закрепленных за рабочим местом, и соответствующим комфортной работе специалиста;

§ проектирование не только объектов и процессов, но главным образом, параметризованных процедур их создания (процедурные модели);

§ унификацию и формализацию процедур обработки знаний;

§ использование баз знаний и интеллектуализацию принятия решений при проектировании и управлении производством;

§ организацию непрерывного накопления (обучение и самообучение системы) знаний, используемых в ПДП.

Специализация означает предметную и производственную ориентацию при создании системы автоматизации предприятия и учет специфики предприятий при создании систем их автоматизации; другими словами - индивидуальное решение задачи на заказ при комплексной автоматизации каждого предприятия.

Индивидуализация означает организацию каждого рабочего места (оснащение программными средствами, формирование баз данных и знаний), ориентированного на конкретного специалиста и при его участии.

Эффективность компьютерной автоматизации предприятий определяется значительными успехами информационных технологий инжиниринга (ИТИ), базирующихся и разрабатываемых в последние годы технологиях обработки и передачи информационных потоков: CALS, CASE, WEB, RAD, Спрут, РДО и др. [8-11]. Но ИТИ являются самостоятельным научно-практическим направлением эффективного функционирования любого предприятия в современных условиях. ИТИ позволяют сократить время выполнения заказов за счет ускорения выполнения каждой функциональной задачи, совмещения во времени выполнения всех этапов ПДП (concurrent engineering), организации виртуального бюро, обеспечивающего согласованное выполнение работ виртуального предприятия.

Этапы технологии комплексной автоматизации предприятия

1. Осознание руководством предприятия необходимости его автоматизации. Изучение современного состояния проблемы, альтернативных направлений технической политики в области автоматизации и последствий их проведения на предприятии.

2. Целевое обследование профессиональными в этой области специалистами и анализ деятельности предприятия.

3. Синтез решений и принятие стратегии реинжиниринга предприятия.

4. Концептуальное проектирование состава и структуры ИСА предприятия. Разработка бизнес - плана.

5. Выбор инструментальной системы проектирования и организации-разработчика. Определение этапов создания ИСА.

6. Структурирование данных и знаний предприятия, формирование архитектуры системы, информационной среды.

7. Разработка интеллектуальной системы моделирования деятельности предприятия.

8. Выбор технических средств, специальных внешних программных пакетов.

9. Техническое проектирование ИСА, формирование АРМов, обучение персонала.

10. Поэтапный ввод системы, опытная подконтрольная эксплуатация, корректировка решений.

11. Опытная эксплуатация при консультации системных специалистов.

12. Рабочая эксплуатация системы, интеллектуальное моделирование деятельности предприятия с поиском перспективного развития.

13. Поэтапное развитие ИСА предприятия.

Начальные этапы проектирования ИИС

При разработке ИИС каждого предприятия, как и при создании любой сложной системы, особое значение имеют начальные этапы проектирования, завершающиеся этапом концептуального проектирования. От них в наибольшей степени зависят правильность и эффективность всех дальнейших разработок. В состав задач этих этапов входят: формирование целей и задач автоматизации, критериев и показателей, выбор направлений и основных положений автоматизации и реинжиниринга, проведение целевого обследования предприятия, определение финансовых возможностей и этапов реализации, составление бизнес-плана. Только на основании полученных решений и долгосрочного планирования возможен переход к этапу приобретения и разработки программно - технических средств. Опыт показывает, что большинство неудач связано с пренебрежением или поверхностным отношением к выполнению начальных этапов. Руководитель предприятия должен понимать, что от принятых на этих этапах решений зависит эффективность работы предприятия на многие годы вперед, возможность его долгосрочного конкурентоспособного существования. Решения, принятые на основании текущего состояния без глубокого перспективного предвидения, могут привести предприятие к тупиковому пути развития, свернуть с которого без больших и неоправданных финансовых затрат будет невозможно.

Вот некоторые типичные ошибки, имевшие место при определении направлений комплексной автоматизации:

§ ориентация на приобретение или разработку мощного пакета комплексной автоматизации предприятия, но слабо адаптированного к его особенностям;

§ базирование на систему;

§ не допускающую к работе в ее среде "чужие" пакеты;

§ трудно поддающуюся изучению и развитию, не имеющую для этого инструментального и кадрового обеспечения;

§ обладающую большой избыточностью в целом или на отдельных рабочих местах, имеющую в связи с этим большую стоимость и сложности в изучении;

§ выходная информация которой несовместима с видом представления информации смежных организаций;

§ методология построения которой не соответствует положениям новейших информационных технологий, и поэтому обреченную на полную замену с соответствующими экономическими и моральными потерями.

К выполнению начальных этапов концептуального проектирования должны быть привлечены независимые организации и эксперты, имеющие опыт выполнения подобных работ, проблемные специалисты предприятия и, для консультаций, специалисты фирм разработчиков систем комплексной автоматизации.

Интеллектуальная интегрированная система предприятия

Выбор направления автоматизации является одним из ключевых вопросов начальных этапов реконструкции предприятия, определяющим методологию дальнейших работ, приобретаемые программно - технические комплексы, и, в целом, эффективность автоматизации. Причем не только на ближайшие годы, но на достаточно длительную перспективу. Конечно, выбор направления зависит от реальных условий состояния предприятия и должен определяться на этапе концептуального проектирования. С нашей точки зрения в большинстве случаев современным требованиям и положениям ИТИ отвечает пятое из указанных выше направлений.

ИСА, реализованная на указанных выше принципах, представляет интеллектуальную интегрированную систему (ИИС) предприятия.

Рис. 3. Состав ИИС предприятия

Комплексная автоматизация предприятия базируется на ИИС предприятия, разрабатываемой индивидуально, по его заказу с учетом его особенностей, сохранения его накопленного опыта, без избыточных на каждом рабочем месте общеинженерных решений. Состав системы, отвечающей перечисленным принципам, показан на рис.3. Основу ИИС составляют программно-функциональные модули (ПФМ), позволяющие на основе унифицированных продукционных правил и локальных баз данных решать определенные функциональные задачи ПДП, т.е. ПФМ является интеллектуальной ячейкой, включающей знания и данные для решения функционально законченной инженерной задачи нижнего уровня[12-14]. При необходимости ПФМ через общую операционную среду может получать данные от других ПФМ или инициировать их функционирование. Механизм обращения к другим ПФМ может быть заложен как в самом модуле, так и представлять собой самостоятельный блок опроса и генерации сетей ПФМ. В зависимости от принятой проектной процедуры, ПФМ могут образовывать различные цепи. Цепь ПФМ, соответствующая проектному решению с лучшими показателями, реализует процедурную модель проектирования.

При создании ИИС предприятия могут использоваться отдельные программные пакеты, совместимые с единой средой ИИС, для решения определенной функциональной задачи (например, пакет "метод конечных элементов"). Такой пакет может входить в состав отдельных ПФМ, т.е. сложность ПФМ может быть различной. Совокупность ПФМ, относящихся к решению определенной процедуры ПДП, представляет собой прикладную систему автоматизации одного из этапов ПДП, например, систему планирования, документирования, проектирования технологических процессов, диспетчирования и т.п.

Правила формирования состояния объектов и ресурсов для их производства, определение их характеристик представляют совокупность инженерных знаний. Их можно разделить на специализированные и базовые, инвариантные к объекту производства. Такая обобщенная совокупность знаний представляет базу знаний конкретного производства. Для проектирования таких сложных, плохо формализуемых систем, как АПС и объекты их производства, базы знаний включают кроме декларативных и алгоритмических процедур интеллектуальные знания в виде логико-лингвистических моделей [11-13].

Единая информационная среда предприятия строится на основе унифицированного представления и обмена данными и знаниями для всех систем, входящих в ИИС, общей базе данных и моделей их обработки, соблюдения стандартов, позволяющих обмениваться информацией с внешними системами. Если в функции ИИС предприятия входит и ее развитие, последняя может быть дополнена инструментальной программной системой предприятия.

Существенным является и то, что на каждом этапе проектирования создается не только информационный образ элемента, но также параметризованная процедура его проектирования. Это позволяет зафиксировать в базе знаний сам процесс создания нового объекта и использовать его для ускоренной технической подготовки и управления производством при выполнении заказа на производство изделия определенного класса. Техническая подготовка и управление производством изделия осуществляются на основе созданных процедур путем введения только данных о параметрах требуемого изделия [15].

ИИС предприятия является непрерывно развивающейся системой. Однако вести поиск лучших направлений развития на действующем производстве не представляется возможным. Поэтому одновременно с разработкой ИИС создается имитационная модель функционирования предприятия совместно с ИИС. Она служит инструментальным средством для получения лучших решений при создании и эксплуатации ИИС и осуществляет поиск ее выгоднейшего развития. После проведения мероприятий по развитию предприятия и ИИС соответственно изменяется и сама имитационная модель.

Разработка ИИС ведется на языке, близком к естественному, специалистами и системотехниками в области автоматизации производства и предметными специалистами предприятия. Это позволяет уже на стадии создания ИИС одновременно формировать и команду ее пользователей. Специфическими для каждого предприятия являются база данных предприятия, инженерные знания, в виде процедур проектирования и управления, система документирования и др. Поэтому инженер-системотехник обеспечивает ускоренное проектирование программной среды предприятия с помощью инструментальной программной метасистемы (ИПМ). Содержательное наполнение баз данных и знаний проводится силами специалистов предприятия. Такой подход позволяет оснастить каждое рабочее место инженера предприятия программной поддержкой, в значительной степени используя накопленный опыт предприятия и инженерные знания конкретного специалиста.

Инструментальная программная метасистема

Комплексная автоматизация на основе новых информационных технологий инжиниринга требует индивидуального проектирования ИИС для каждого предприятия. При этом, как правило, необходимы изменения его организационной структуры и технологий решения функциональных задач, методов представления, обмена производственными данными и знаниями. Нужно решить задачи подготовки кадров, психологически готовых к работе с новыми технологиями, организации на предприятии вычислительных сетей и подключения их к глобальным телекоммуникационным сетям.

ИИС каждого предприятия имеет свои специфические особенности. Она требует специальной разработки и не может создаваться путем тиражирования ранее разработанных систем автоматизации других предприятий или приобретения готовых законченных систем. Каждое предприятие имеет отличные от других состав и структуру прикладных систем, базы данных, инженерные знания, системы документирования. Более того, за счет введения в ПФМ соответствующих правил и процедур, отражающих индивидуальные инженерные знания, подбора состава ПФМ можно индивидуализировать каждое рабочее место предприятия. Это создает условия для эффективной и комфортной работы прикладного специалиста. Однако платой за возможность индивидуализации каждого рабочего места ИИС предприятия в целом является значительное увеличение трудоемкости создания подобных систем и, следовательно, увеличение их стоимости.

Разрешить это противоречие возможно путем создания и использования для ускоренной разработки ИИС предприятия инструментальных программных метасистем.



Рис. 5. Технология создания ИИС предприятия

Рис. 4. Состав ИПМ

На рис.4 приведен состав ИПМ, а на рис.5 - поэтапная технология создания прикладной системы автоматизации ПДП и изделий на ее основе. С использованием ИПМ разрабатывается ИИС предприятия: архитектура, оболочка, состав общесистемных модулей. Силами проблемных специалистов предприятия создается система ПФМ, процедурные модели, формируются централизованные и распределенные базы данных и знаний ПДП, формируется прикладное программное обеспечение АРМов.

На рис. 6 показан состав программного комплекса и взаимодействие различных программных модулей при создании системы автоматизации ПДП.

Рассмотренная технология автоматизации предполагает унификацию представления, обмена и структурирования данных и знаний об объектах и процессах. Во-первых, такая унификация должна быть осуществлена в рамках ИИС предприятия. Без этого практически невозможно реализовать режим сoncurrent еngineering. Разрабатываемые в разных системах компьютерные модели представления изделий и технологического оснащения несовместимы друг с другом. Это создает трудности при обмене данными между различными подсистемами ИИС и еще большие трудности при информационном обмене между предприятиями.

Рис. 6. Программно-инструментальный комплекс автоматизации предприятия с использованием ИПМ

Поэтому важнейшей задачей комплексной автоматизации предприятий в рамках страны является разработка нормативной, методической базы унификации представления данных и знаний и средств их программной поддержки, например, на основе CALS-технологий [8,9].

Состояние и проблемы

В настоящее время при разработке систем автоматизации ПДП имеют место все пять указанных выше направлений. Все они поддерживаются теми или иными программными пакетами или системами. В то же время ни одна из существующих систем в полной мере не отвечает приведенным принципам ИИС. Ни одна из них не обеспечивает выполнение всех этапов ЖЦИ, лучшие из них имеют начальный уровень работы со знаниями и поэтому в малой степени специализированы под каждое предприятие.

Приведенные принципы - не плод научных фантазий, а требования реальной экономики промышленных предприятий, подкрепленные имеющимися разработками в областях компьютерных и информационных технологий, систем искусственного интеллекта. Первостепенной задачей является создание программно-методического комплекса, включающего: технологию ускоренного создания ИИС предприятия по его индивидуальному заказу; ИПМ, реализующую эту технологию; технологию и организацию ПДП с использованием ИИС предприятия; программно-методическую поддержку создания единой информационной среды предприятия.

Заметим, что создание ПМК на рассмотренных принципах - это не разработка еще одной системы в дополнении к имеющимся, а создание принципиально новой системы следующего поколения. Системы, в основе которой лежит работа со знаниями, системы ориентированной на активное участие пользователя-непрограммиста в создании программного продукта для оснащения своего рабочего места.

Создание такого комплекса требует привлечения к работам большого коллектива разнопрофильных специалистов и организаций, не ограниченных рамками даже одной страны. В реализации такого проекта российские разработчики в отличие от многих других направлений, могут занять свое достойное место. В России есть сложившиеся коллективы разработчиков программных систем автоматизации предприятий, российские ученые занимают ведущее место в области системологии инженерных знаний, разработки интеллектуальных систем проектирования, управления, моделирования.

Создание отечественного ПМК позволило бы защитить российский рынок и рынок стран СНГ в сфере наукоемкого программного продукта от западной экспансии, постепенно выйти и на западный рынок наукоемкой продукции. Проблема развития информационных технологий промышленного применения является одной из ключевых проблем экономического подъема предприятий и безопасности страны [16], и она в числе немногих критических технологий в значительной степени обеспечена реальным потенциалом для решения.

Масштабность задач проблемы и значимость их решения требуют государственной поддержки и не только, и не столько финансовой. Необходимо формирование государственной технической политики в этой области и программы ее реализации, создание организационной структуры для координации работ и управления программой. Это не значит, что государство должно диктовать, что и кому разрабатывать; как обеспечивать и поддерживать работы. В своих решениях оно должно опираться на мнения профессионалов независимо от места их работы. Поэтому целесообразно создание общественной ассоциации всех заинтересованных лиц и организаций в области компьютерной автоматизации производств, от которой должны исходить и самостоятельные разработки, и обеспечение информацией, и предложения для государственных органов.

Выводы

1. Новые экономические условия в России потребовали реструктуризации предприятий с реализацией на них всех этапов производственного цикла изделия.

2. Одним из важнейших условий эффективности деятельности предприятия является комплексная автоматизация получения, передачи, обработки и использования информации по всем этапам ЖЦИ.

3. Комплексная автоматизация обработки информационных потоков является необходимым общим условием развития промышленности и поэтому требует выработки государственной технической политики и создания механизмов ее проведения в новых условиях.

4. Эффективность системы автоматизации предприятия зависит от выбранного направления, методологии, требует профессиональной предварительной проработки. Важнейший этап автоматизации ПДП - этап концептуального проектирования.

5. Перспективное направление автоматизации - автоматизация на основе ускоренного создания ИИС предприятия с использованием инструментальной программной метасистемы и технологий, базирующихся на достижениях современных информационных технологий логистики и производства (CALMS-технологии).

6. Основы системной поддержки этого направления существуют и успешно опробованы. Для его полномасштабного развития требуется создание программно-методического комплекса нового поколения, ориентированного на работу со знаниями, и активное участие предметного специалиста в создании программного оснащения своего рабочего места.

7. Значимость и масштабность проекта требуют привлечения к его реализации разнопрофильных специалистов различных стран. Потенциал российских работ в области системологии инженерных знаний, интеллектуальных систем, реализации RAD-технологий позволяют надеяться, что Россия может занять достойное место в этих работах.

8. Россия в состоянии разработать отечественные программные продукты и информационные технологии логистики и производства и защитить российский рынок и рынок стран СНГ от западной экспансии, равноправно войти в международные проекты и в дальнейшем выйти на мировой рынок этой наукоемкой продукции.

9. Значимость решения этих задач для подъема российской промышленности и обороноспособности страны требуют выработки государственной технической политики и механизмов ее реализации, разрабатываемых на основе предложений профессиональных ученых и практиков.

10. Для этого целесообразно в ближайшее время создать общественную Ассоциацию, заинтересованных и имеющих опыт в решении этих проблем, способствующую выработке решений на основе обсуждения всех направлений работ, интеграции разработок и устранения информационной недостаточности в этих областях.

Литература

1. Смирнов А.В., Юсупов Р.М. Совмещенное проектирование: необходимость, проблемы внедрения, перспективы. - С.-Пб.: СПИИРАН,1992.

2. Тарасов В.Б. Концепция МЕТАКИП: от компьютерно - интегрированного производства к INTERNET/INTRANET - сетям предприятий. - Программные продукты и системы. № 3, 1998. c. 19 - 22.

3. Gornev V.F., Tarassov V.B., Soenen R., Tahon C. Virtual enterprises: reasons, sourses and tools. - Preprints of IFAC/IFIP Conference on Management and Control of Production and Logistics (MCPL-97, Campinas, SP, Brazil, August 31 - September 3, 1997). - P. 53 - 58.

4. Ойхман Е.Г., Попов Э.В. Реинжиниринг бизнеса: реинжиниринг организаций и информационные технологии. - М.: Финансы и статистика, 1997. - 336с.

5. Крючков А.А., Лазебник А.И. Вопросы комплексной автоматизации предприятий. - Компьютер пресс. №7, 1997. с.

6. Евгенев Г.Б., Крючков А.А. Цели автоматизации проектирования и средства их реализации в системе СПРУТ. - Информационные технологии. №4, 1997. с.

7. САПР и графика. - Компьютер пресс. №4,5,6,7,8.- 1997.

8. Овсянников М.В., Шильников П.С. Система электронной документации CALS - реальное воплощение виртуального мира. - Компьютер Пресс. №8,1997.с. 88-91.

9. Овсянников М.В., Шильников П.С. Глава семьи информационных CALS-стандартов ISO 10303 STEP. - Компьютер пресс, №11, 1997, с. 76-82.

10. Ковалевский В.В. СПРУТ - технология: система, отличная от других.- Компьютер пресс. №5, 1997. с.

11. Емельянов В.В., Ясиновский С.И. Введение в интеллектуальное имитационное моделирование. Язык РДО.- М.: АНВИК, 1998. - 428 с.

12. Евгенев Г.Б. Основы компьютеризации инженерных знаний. - М.: МГТУ, 1998. - 75с.

13. Горнев В.Ф., Ковалевский В.Б. Компьютерная интеграция и интеллектуализация производств на основе их унифицированных моделей. - Программные продукты и системы. № 3, 1998. с. 12 - 19.

14. Горнев В.Ф. Унификация построения математических моделей КИП.- Вестник МГТУ. Сер. Машиностроение. - 1995. №3, с. 4 - 11.

15. Савинов А.М., Кузьмин Б.В. Совмещенное проектирование на базе интегрированной инструментальной программной среды и единой модели объект - процесс - среда. - Программные продукты и системы. № 3, 1998. с. 38 - 41.

16. Михайлов Н. Россия может сохранить статус великой державы. - Независимая газета, 24.09.98., с 8.