Алгоритм побудови моделі підприємства машинобудівної галузі

17

Алгоритм побудови моделі підприємства машинобудівної галузі

В.А. Толбатов, инж. СумДУ,

ВАТ “СМНВО ім. М.В. Фрунзе"

Розроблення та впровадження в практику методів дослідження динаміки функціонування складних систем, до яких належать підприємства машинобудівної галузі, є однією з найбільш складних проблем сучасної науки. Слід зазначити, що всі відомі підходи до моделювання життєвого циклу виробу в інтегрованому інформаційному середовищі підприємства належать до методів моделювання складних інформаційних систем, де одним із фундаментальних понять є модель [1].

Як відомо, слово "модель" походить від латинського modus-образ. Поняття "модель" в загальному випадку може бути представлене як ідеалізована система об'єктів, властивостей та відношень, яка розроблена за допомогою певного набору засобів та характеризується певними відповідними відношеннями в рамках конкретної структури для імітації характеристик системи, яка реально існує [2].

Хоча модель є спрощеним образом реальної системи в рамках накладених на систему обмежень та припущень, як випливає з визначення, практична ж реалізація процесу моделювання функціонування підприємства передбачає вирішення двох дуже складних питань. Перше питання пов'язане з вибором концепції моделювання, тобто визначенням типу моделі (або, можливо, набору моделей), яка б була адекватною щодо проблемної галузі дослідження в рамках накладених на систему обмежень. Друге питання пов'язане безпосередньо з розробленням моделі підприємства в рамках вибраної концепції за допомогою існуючих або розроблених самостійно методологій аналізу та проектування складних систем.

Тому саме цим актуальним питанням присвячений матеріал, викладений у даній статті. Проблема ускладнюється тим, що концепція представлення систем, процесів та явищ у вигляді моделей є настільки загальною, що практично неможливо заснувати класифікаційну схему, яка охопила б всі можливі підходи в методології моделювання. Моделі можуть бути класифіковані як: статичні та динамічні, детерміновані та стохастичні, дискретні та безперервні, аналогові або символьні та ін. Ця класифікація не є вичерпною, наприклад, модель може складатися з дискретної та безперервної складових. Таким чином, при використанні наведеної класифікації модель може належати щонайменше до однієї з 24 різноманітних категорій. Інший підхід в класифікації моделей - це використання їх фізичних властивостей, наприклад, фізичні, масштабовані та аналогові моделі, інтерактивні ігри (моделі управління), автоматизовані симулятори та символьні моделі [3].

Таким чином, проблема вибору коректного типу моделі (або моделей) підприємства машинобудівної галузі, яка адекватно описувала б виробничі процеси та дозволила б їх досліджувати з заданою точністю, є дуже складною і комплексною. Вирішення цієї проблеми полягає в дослідженні та аналізі структури управління даного підприємства, що дозволить окреслити предметну галузь та визначитися з концепцією моделювання.

Теорія проектування сучасних інформаційних систем управління представлена двома підходами - структурним та процесним. Структурний підхід базується на використанні організаційної структури підприємства як основи для моделювання виробничих процесів та процесів управління. У наш час практично більша частина вітчизняних підприємств мають функціональну структуру управління. Така організація управління базується на тейлорівському принципі послідовного виконання трудових операцій. Головним недоліком цього підходу є прив'язка до організаційної структури підприємства, яка для підтримання конкурентоспроможності в сучасних економічних умовах повинна постійно змінюватися, орієнтуючись на задоволення вимог клієнтів. Постійні зміни в організаційній структурі приводять до того, що функціонально-орієнтована система управління починає працювати неефективно, що приводить до втрат ринків збуту [4].

Другий, процесно-орієнтований підхід до управління підприємством дозволяє забезпечити максимальну гнучкість управління виробництвом та швидкість перебудови бізнес-процесів, які є основою даного підходу.

Відповідно до принципу процесного підходу виробництво товарів, послуг й управління підприємством розглядається як сукупність взаємопов'язаних процесів, а кожний процес - як сукупність цілеспрямованих операцій, що перетворюють "входи" процесу в "виходи" і мають своїх “постачальників" і “споживачів". Реалізація цього принципу кардинально змінює підхід, що склався, до управління, основою якого, як зазначалося раніше, є ієрархічна організаційна структура. Процесний підхід передбачає розв'язання багатьох задач, основними з яких є [5]:

виявлення й ідентифікація існуючих процесів;

аналіз і за необхідності проектування нових або перепроектування існуючих процесів.

Наведені вище задачі розв'язуються шляхом моделювання бізнес-процесів із використанням процесної (функціональної) моделі підприємства. У різноманітній літературі з моделювання процесів та систем [6,7] можна виявити розбіжності в трактуванні та назвах функціональних моделей. Інколи їх називають процесними, інколи процедурними або моделями поведінки системи. Для уникнення непорозумінь з цього питання в подальшому викладі будемо використовувати поняття функціональної моделі.

Функціональна модель системи є сукупністю функціональних підсистем та зв'язків, які описують порядок взаємодії цих підсистем у рамках представленої системи під час її функціонування [6].

Слід зазначити, що при використанні процесного підходу до моделювання функціонування підприємств, функціональна модель є декларативною з точки зору опису інформаційного середовища підприємства та його організаційної структури, оскільки вона представляє ієрархічну структуру лише бізнес-процесів. Детальний аналіз функціонування підприємств передбачає наявність структури та змісту інформаційних потоків та організаційно-технічних систем, які є відповідальними за виконання бізнес-процесів.

Таким чином, модель сучасного підприємства машинобудівної галузі, політика якого орієнтується на постійні зміни на ринках збуту в умовах жорсткої конкуренції і реалізує процесно-орієнтований підхід, у загальному випадку може бути представлена сукупністю функціональної, організаційної та інформаційної моделей, де організаційна модель описує склад та структуру підрозділів та служб компанії, а інформаційна модель описує потоки та зміст інформації, які існують в функціональній і організаційній моделях. У подальшому викладенні під поняттям "модель підприємства" будемо розуміти комплексну модель, яка складається з функціональної, організаційної та інформаційної моделей.

Визначившись з концепцією моделювання, необхідно розглянути сучасні методології аналізу та проектування складних систем, які й дозволять розробити визначені раніше моделі підприємства.

Одним з піонерів створення сучасної методології аналізу і проектування систем є американський дослідник Дуглас Т. Рос, який ще в кінці 60 - початку 70-х рр. запропонував підхід, що отримав назву SADT - Structured Analysis and Design Technique - Технологія структурного аналізу і проектування. Основу підходу SADT складає графічна мова опису (моделювання) систем, яка являє собою повний і виразний засіб, здатний наочно представляти широкий спектр ділових, виробничих і інших процесів і операцій підприємства на будь-якому рівні деталізації [8].

У кінці 70-х років ВПС США запропонували і реалізували Програму інтегрованої комп'ютерної підтримки виробництва ICAM (ICAM - Integrated Computer Aided Manufacturing) [9], спрямовану на збільшення ефективності промислових підприємств за допомогою широкого впровадження комп'ютерних (інформаційних) технологій.

Реалізація програми ICAM вимагала створення адекватних методів аналізу і проектування виробничих систем і способів обміну інформацією між фахівцями, що займаються такими проблемами. Для задоволення цієї потреби в рамках програми ICAM була розроблена методологія ІDEF (ICAM Definition), що базується на принципах SADT і дозволяє досліджувати структуру, параметри і характеристики виробничо-технічних і організаційно-економічних систем.

Загальна методологія ІDEF складається з приватних методів, що грунтується на графічному представленні систем, які дозволяють зменшити час реакції в виробничих середовищах з швидкими і постійними змінами бізнес-процесів.

ІDEF методи дозволяють надійно та ефективно завершити розв'язання задач інженірингу на підприємстві в процесі його розвитку. Вони розроблені як для автономного функціонування в рамках розв'язання специфічних задач за окремими напрямками, так і для спільної роботи як концептуально інтегрований набір методів для підтримки процесу розвитку системи в цілому.

Для побудови розглянутих нами типів моделей використовуються відповідні методи в рамках методології ІDEF.

IDEFШ Function Modeling Method - метод функціонального моделювання IDEFШ, розроблений для моделювання процесів прийняття рішень, дій та діяльності підприємств або систем. Ефективна IDEFШ модель є базовою для здійснення системного аналізу та забезпечує ефективний діалог між розробником системи та замовником [10,11].

IDEF1 Information Modeling Method - метод моделюваня інформаційних потоків IDEF1 може бути розглянутий одночасно як метод аналізу, так і метод комунікації для виконання вимог CIM (Corporate Information Managenent). У даному випадку IDEF1 в першу чергу призначний для підтримки задачі щодо формування вимог до інформації, яка вже існує в системі або повинна бути створена для ефективного функціонування підприємства [12,13].

IDEF12 Organization Design - метод конструювання організаційних систем дозволяє розробити організаційні моделі.

Слід зазначити, що дані методи є базовими та можуть доповнюватися іншими методами методології IDEF залежно від мети моделювання та необхідного рівня деталізації процесів.

Визначивши предметну галузь дослідження, тобто базовий перелік моделей підприємства для ефективного моделювання його функціонування, та методологічну основу для розроблення вибраних моделей, перейдемо безпосередьо до алгоритму розроблення моделі підприємства. Слід зазначити, що метою даної роботи є не детальний опис розглянутих методів методології IDEF (передбачається, що читачі знайомі з методологією IDEF), а надання чіткої послідовності кроків системного аналітика під час розроблення моделі підприємства в рамках вибраних методів. Алгоритм побудови моделі підприємства може бути представлений такими кроками:

1 Розроблення функціональної моделі підприємства з використанням методу функціонального моделювання IDEFШ Function Modeling Method (рис.1).

Рисунок 1 - Діаграма А-Ш функціональної моделі підприємств

Для створення типових функціональних моделей підприємства машинобудівної галузі запропоновано 4-рівневу класифікацію функцій, які моделюються блоками ІDEFШ [14], орієнтовану на достатньо широке коло організаційно-економічних і виробничо-технічних систем. Класифікація ділить всі функції таких систем на чотири основних і два додаткових види.

Основні види функцій.

1. Діяльність (синоніми: справа, бізнес) - сукупність процесів, які виконуються (проходять) послідовно або/і паралельно і перетворюють безліч матеріальних або/і інформаційних потоків у безліч матеріальних або/і інформаційних потоків з іншими властивостями. Діяльність здійснюється відповідно до наперед певної і постійно коректованої мети, із споживанням фінансових, енергетичних, трудових і матеріальних ресурсів, при виконанні обмежень з боку зовнішнього середовища.

У моделі IDEFШ діяльність описується блоком А-Ш на основній контекстній діаграмі А-Ш.

При моделюванні великих, багатопрофільних структур (фірм, організацій, підприємств), які за своїм статусом займаються різними видами діяльності, останні є різними екземплярами класу “діяльність" і можуть знайти віддзеркалення в додатковій контекстній діаграмі А-1. У цьому випадку загальна модель такої складної структури складається з ряду моделей, кожна з яких стосується конкретного виду діяльності.

2. Процес (синонім: бізнес-процес) - сукупність операцій, які виконуються послідовно або/і паралельно і перетворюють матеріальний або/і інформаційний потоки у відповідні потоки з іншими властивостями. Процес проходить відповідно до директив управління, які виробляються на основі цілей діяльності. У ході процесу споживаються фінансові, енергетичні трудові та матеріальні ресурси і виконуються обмеження з боку інших процесів і зовнішнього середовища.

3. Операція - сукупність дій, які виконуються послідовно або/і паралельно і перетворюють об'єкти, що входять до складу матеріального або/і інформаційного потоку у відповідні об'єкти з іншими властивостями.

4. Дія - перетворення якої-небудь властивості матеріального або інформаційного об'єкта в іншу властивість. Дія виконується відповідно до команди, що є частиною директиви на виконання операції, із споживанням необхідних ресурсів і з дотриманням обмежень, що накладаються на здійснення операції.

Додаткові види функцій:

5. Субдіяльність - сукупність декількох процесів у складі діяльності, об'єднана деякою ціллю ("підціллю").

6. Підпроцес - група операцій у складі процесу, об'єднана технологічно або організаційно.

Введені вище поняття основних процесів утворюють природну ієрархію блоків на IDEFШ-діаграмах при декомпозиції, передбачаючи чотири рівні останньої. Проте при аналізі складних видів діяльності можуть бути потрібні проміжні рівні декомпозиції, що ґрунтуються на застосуванні додаткових функцій.

Рівні декомпозиції, які деталізують дії, природно вважати такими, що складаються з елементарних або простих функцій. З рівнями декомпозиції тісно пов'язана ієрархія функціональних моделей (рис.2).

Рисунок 2 - Ієрархія функціональних моделей

Розроблення функціональної моделі вважається завершеною, якщо розроблено функціональні моделі всіх рівнів відповідно до задач моделювання, тобто рівень деталізації функціональної моделі підприємства дозволяє здійснити системний аналіз підприємства в рамках накладених обмежень та вимог щодо точності моделювання.

Розроблення організаційної моделі виробництва

Розроблення організаційної моделі підприємства здійснюється на основі функціональної моделі, розробленої на попередньому кроці.

Всі функції, що входять у наведену вище класифікацію, знаходяться між собою у відношеннях ієрархічної підлеглості за принципом зверху "вниз": діяльність-субдіяльність-процес-підпроцес-операція-дія. Згідно з методологією IDEFШ кожна функція виконується за допомогою механізму. В більшості систем, аналізованих за допомогою функціональних моделей, такими механізмами є організаційно-технічні структури. Одним із концептуальних принципів функціонального моделювання є "відділення організації" від "функцій". Разом з тим аналіз показує, що між ієрархією функцій (перетворень) і ієрархією механізмів існує чітка відповідність (рис.3).

Рисунок 3 - Відношення між функціями і механізмами

Використовуючи наведену вище ієрархію функціональних блоків, визначимо елементи ієрархії механізмів [14].

Організаційно-технічна система - організаційна структура, персонал і комплекс технічних засобів (обладнання), необхідні для здійснення діяльності.

Організаційно-технічна підсистема - частина організаційно-технічної системи, яка забезпечує проходження процесу (субдіяльності).

Організаційно-технічний комплекс (модуль) - частина організаційно-технічної підсистеми, призначена для виконання операції.

Організаційно-технічний блок - частина організаційно-технічного комплексу, яка забезпечує виконання дії.

Таким чином, при коректній побудові моделі (без апріорної прив'язки до "організації") з'являється можливість зв'язати її блоки на різних рівнях декомпозиції з об'єктами організаційно-технічної структури, які використовуються як механізми. У цьому випадку організаційно-технічна структура стає результатом функціонального моделювання.

Слід зазначити, що між ієрархією механізмів (блоки організаційно-технічної структури) та структурними підрозділами підприємства існує зв'язок, що дозволяє розробити організаційну модель підприємства (рис.4).

Рисунок 4 - Зв'язок між організаційно-технічною структурою та структурними підрозділами підприємства

Розроблення інформаційної моделі підприємства

Інформаційна модель описує інформаційні потоки, які циркулюють на підприємстві в рамках його функціональної моделі та між структурними підрозділами, що дозволяє створити інтегроване інформаційне середовище підприємства.

Таким чином, алгоритм розроблення комплексної моделі підприємства може бути представлений наступними діаграмами (рис.5).

Як бачимо з діаграм, розроблення моделей здійснюється послідовно, крок за кроком. Такий підхід отримав назву "каскадного" підходу до розроблення моделі і характеризується тим, що кожний наступний крок починається тільки після повного завершення попереднього кроку, результати якого є вхідними даними для наступного. Слід зазначити, що підхід у побудові моделі підприємства, запропонований автором, є дещо загальним і потребує уточнення залежно від конкретних умов і задач моделювання з точки зору доповнення його іншими методами методології IDEF.

Висновки