Моделі та методи інформаційної підтримки організаційних структур управління створенням виробів приладобудування

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Національний аерокосмічний університет ім. М.Є.Жуковського

“Харківський авіаційний інститут”

УДК 681.518:658.5

моделі та методи інформаційної підтримки

організаційних структур управління створенням виробів приладобудування

05.13.06 -автоматизовані системи управління

та прогресивні информаційні технології

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Замірець Олег Миколайович

Харків - 2006



Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Державному підприємстві Науково-дослідний технологічний інститут приладобудування Національного космічного агентства України.

Науковий керівник : доктор технічних наук, професор Лисенко Едуард Вікторович, Національний аєрокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”, професор кафедри менеджменту.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Ходаков Віктор Єгорович, Херсонський національний технічний університет, завідувач кафедри інформаційних технологій.ИЧ Олег

ікандидат технічних наук , професор Кузьменко Віктор Михайлович, Харківський національний університет радіоєлектроники, професор кафедри системотехніки

Провідна установа: Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, кафедра системного аналізу і управління, Міністерство освіти і науки України, м. Харків.Захист відбудеться “12” травня 2006 р. о 12⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д64.062.01 у Національному аєрокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут” за адресою: 61070, м.Харків, вул. Чкалова, 17, радіотехнічний корпус, ауд 232.

З дисертацією можна ознайомитись у науково-технічній бібліотеці Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут” за адресою: м.Харків, вул. Чкалова, 17.

Автореферат розісланий “ 7 ” квітня 2006р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради М.О.Латкін



АНОТАЦІЯ

Замірець О.М. Моделі та методи інформаційної підтримки організаційних структур управління створенням виробів приладобудування . - Рукопис. інформаційний проектування прикладний

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології. Національний аерокосмічний університет ім М.Є.Жуковського “Харківський авіаційний інститут”. Харків 2006.

Дисертація присвячена вирішенню науково-прикладної задачі узагальнення, розвитку і розробки нових методів та засобів організаційної та інформаційної підтримки процесів проектування нової техніки як теоретико-прикладного базису створення системи підтримки прийняття рішень (СППР) інтегрованої АСУ проектною організацією, орієнтованої на підвищення ефективності. Синтезована універсальна адаптивна структура системи автоматизованого управління, яка включає контури розвитку організації, середньотермінового планування і оперативного управління процесом проектування. Розроблені оптимізаційні математичні моделі вирішення задач формування портфеля замовлень і об'ємно-календарного графіка виконання проектних робіт з урахуванням багатокритеріальності і обмеженості ресурсів, заснованих на методології локальних ресурсних профілів. Розроблена структура засобів і технологій інформаційної підтримки процесів проектування складних виробів яка включає в себе математичну модель і інструментальні засоби формування на етапі ескізного проектування множини можливих проектних рішень, заснована на теорії прецедентів.

Ключові слова: автоматизована система управління, підтримка прийняття рішень, формування портфелю замовлень, інформаційна система, проектні рішення, теорія прецедентів.



АННОТАЦИЯ

Замирец О.Н. Модели и методы информационной поддержки организационных структур управления созданием изделий приборостроения . - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 - автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е.Жуковского “Харьковский авиационный институт”. Харьков 2006.

Диссертация посвящена решению научно-прикладной задачи обобщения, развития и разработки новых методов и средств организационной и информационной поддержки принятия решений (СРПП) интегрированной автоматизированной системы управления (АСУ) проектной организацией, как инструмента повышения эффективности.

В первом разделе при анализе тенденций развития процессов проектирования выявлено, что непрерывное обновление номенклатуры выпускаемой продукции, повышение ее качества, надежности, улучшения функциональных характеристик, более полный и глубокий учет требований потребителей обуславливают переход от массового выпуска универсальной продукции к серийному и мелкосерийному производству изделий. Указанные особенности привели к существенным изменениям организации и технологии проектно-производственного цикла, увеличению объема, повышению требований к эффективности, качеству, сокращению цикла и снижению затрат на выполнение проектных работ. Это подтверждает актуальность проведения работ по созданию теоретико-прикладного базиса и проведение прикладных исследований в области организационного управления проектными организациями и процессами проектирования.

Во втором разделе проведен синтез структуры автоматизированной системы организационной поддержки процесса проектирования. Задача управления процессом проектирования рассмотрена на двух уровнях: выполнение конкретного проекта и комплексного управления проектной организацией в целом. На первом уровне обосновано выбор матричной структуры, как наиболее эффективной для создания сложных изделий. На втором уровне решена задача синтеза структуры автоматизированной системы управления проектной организацией. Предложен обобщенный критерий оценки эффективности. Задача оптимизации управления решается путем выбора принципа управления, а следовательно, структуры контура управления и конкретного управляющего воздействия. Для эффективного функционирования организационной структуры проектной организации разработаны модель и средства решения задачи планирования. Синтезированы оптимизационные математические модели решения задач формирования портфеля заказов и объемно-календарного графика выполнения проектных работ с учетом многокритериальности и ограниченности ресурсов, основанных на методологии локальних ресурсных профилей. На основе обобщения и развития ранее известных результатов синтезирована универсальная адаптивная структура системы автоматизированного управления, которая включает контуры перспективного развития организации, середнесрочного планирования и оперативного управления процессом проектирования.

В третьем разделе приведены результаты разработки информационного обеспечения процесса управления выполнением проектов на основе теории прецедентов для повышения эффективности по затратам ресурсов процесса проектирования и разработаны средства информационной поддержки организационных структур управления созданием изделий приборостроения.

В четвертом разделе приводится экспериментальная проверка полученных в предыдущих разделах результатов. Проведено описание архитектуры, режимов и функций разработанного с использованием CALS-технологий комплекса автоматизованных информационных систем планирования и управления процессами проектирования сложных систем “Планирование и управление”,”Материал-свойства”, “Стандарты и нормативы”.

Ключевые слова: автоматизированная система управления, поддержка принятия решений, формирование портфеля заказов, информационная система, проектные решения, теория прецедентов.



ABSTRACT

Zamirets O.N. Models and methods information support of organizational structurs of control designing products of instrument making - the manuscript. The dissertation for obtaining candidate scientific degree on a speciality 05.13.06 - the automated control systems and progressive information technologies. National Aerospace university “Kharkiv aviation institute ”, Kharkiv, 2006.

The dissertation is devoted to the decision of a scientifically-applied problem of generalization, behavior and development of new methods and tools of organizational and information support of processes of designing of new techniques as theoretic-practical basis of creation system of support of decision-making (SSDM) the integrated ASM the design organization, as tool of increase of efficiency. The synthesized universal adaptive of system of automated management which includes contours of development of the organization average time planning and operative management of process of designing.

Are synthesized optimized mathematical models of the decision problems of formation a portfolio of orders and it is volumetric-schedule diagram performance of design works in view of multiple of criteria and limitations on the resources based on methodology of local resource structures.

Are developed structure of tools and technologies of information support of processes designing of complex products which includes mathematical model and tool means of formation at a stage of outline designing of set of the possible design decisions, based on the theory of precedents.

Key words: the automated control system, support of decision-making, formation of portfolio of orders, information system, design decisions, the theory of precedents.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Однією із характерних рис сучасного етапу розвитку світової економіки є гостра конкурентна боротьба на обмежених ринках збуту продукції. Засобами конкурентної боротьби є неперервне обновлювання номенклатури продукції, підвищення її якості, надійності, покращення функціональних характеристик, більш повного і глибокого врахування вимог споживача. Вказане визначає перехід від масового випуску універсальної продукції до серійного та дрібносерійного виробництва.

Вказані особливості призвели до суттєвих змін організації і технології проектно-виробничого циклу виготовлення продукції. Сучасне виробництво в усіх галузях орієнтується на гнучкі комп'ютеризовані і робототизовані технологічні лінії, які дають можливість проводити швидку переналадку на випуск модифікацій виробів малими серіями та динамічно змінювати їх номенклатуру. Це потребує відповідної організації підготовчого і заготівельного виробництва та суттєвих змін в циклі проектування виробів. Тенденцією є збільшення частоти зміни номенклатури виробів, повязане з цим зростання обсягів проектно-конструкторських робіт та підвищення вимог до якості проектування. Традиційна схема „проектування - дослідне виробництво - масове виробництво” замінюється на сучасну „проектування - виробництво”. Це потребує скорочення циклу проектування, зменшення затрат ресурсів та підвищення якості. Досягнення цих цілей повязано з глибокою інформатизацією та автоматизацією процесів проектування, створенням проблемно-орієнтованих систем автоматизації проектування на основі інструментальних (CASE) засобів, відчудженням процесу проектування від виробництва, більш глибокою стандартизацією, розвитком методів оцінки якості та моніторингу на всіх етапах життєвого циклу виробів. Це призвело до виникнення і розвитку науково-практичного розділу загальної теорії організаційного управління, орієнтованого на створення комплексних автоматизованих систем управління (АСУ) процесами проектування.

Проблема управління процесом проектування включає два зв'язаних між собою аспекти: оптимізацію організаційної структури і управління процесом проектування, як технологічним інформаційним процесом та управління проектною організацією в цілому.

У звязку з цим, актуальною науково-прикладною задачею є розробка моделей та методів інформаційної підтримки організаційних структур управління створенням виробів приладобудування, що забезпечує підвищення ефективності прийняття пректних рішень при проектуванні нової техніки.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тематика дисертаційної роботи пов'язана з дослідженнями, проведеними в 1993-2005 р.р. у Державному підприємстві Науково-дослідний технологічний інститут приладобудування відповідно до "Загальнодержавної (Національної) космічної програми України на 1998-2002р.р.", "Загальнодержавної (Національної) космічної програми України на 2003-2007 р.р." та "Міжвідомчої програми впровадження космічних технологій для створення та виготовлення високотехнологічної цивільної продукції на 2001-2005р.р.", та планів НДР та ДКР Національного космічного агентства України по 10 темам у тому числі: "Конструкторсько-технологічне та нормативне забезпечення реалізації Загальнодержавної (Національної) космічної програми на 1998-2002 р.р.", (ДР №0101U005360); "Розробка ескізного проекту на батарею сонячну (БС) і контрольно-вимірювальну апаратуру (КПА), (ДР № 0102U007112); "Розробка КД, ЕД та ПЗ на батарею сонячну і контрольно-вимірювальну апаратуру", (ДР № 0104U005792); "Розробка базової системи забезпечення якості, побудованої на основі міжнародних стандартів серії ISO 9000 для приладобудівних підприємств НКАУ", (ДР № 0100U004211); "Впровадження бази даних стандартів та нормативів", (ДР № 0102U005354), та інші.

Дисертант при виконанні всіх науково-дослідних та дослідно-конструкторських робіт був відповідальним виконавцем, особисто проводив теоретичні дослідження, моделювання, розробку програмного та інформаційного забезпечення, давав інтерпретацію одержаним результатам, формулював висновки та напрямки перспективних досліджень.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності прийняття проектних рішень при створенні виробів приладобудування, на основі подальшого розвитку моделей та методів інформаційної підтримки організаційних структур управління проектуванням нової техніки.

Досягнення вказаної цілі вимагає дослідження і вирішення наступних задач: аналіз і обґрунтування принципів організації управління проектними роботами, створення ефективної структури управління проектуванням нової техніки , розробка математичних моделей та методів вирішення задач розвитку і оперативного управління наукоємними проектами при формуванні портфелю замовлень, побудова методу автоматизованого формування проектних рішень при створенні виробів приладобудування, на основі активного використання науково-технічних та конструктивних рішень раніше виконаних проектів, розробка структури і засобів інформаційної підтримки процесу проектування, впровадження результатів досліджень в вигляді ядра інформаційної технології для підтримки прийняття проектних рішень при створенні нової техніки.

Об'єктом дослідження в дисертації є процес автоматизації прийняття рішень при проектуванні виробів приладобудування.

Предметом досліджень є моделі, методи та інформаційні технології підтримки прийняття проектних рішень при створенні нової техніки .

Методи досліджень - методи теорії організаційного управління, теорія розкладів, методи дискретної оптимізації, методи теорії прецедентів та прогресивні інформаційні технології.

Наукова новизна одержаних результатів.

1) вперше побудована математична модель вирішення задачі формування портфеля замовлень, заснована на методах інтервальної математики, що на відміну від існуючих підходів дає можливість безпосередньо складати багатоваріантні сіткові графіки для раціонального планування та управління різними видами ресурсів, з урахуванням їх обмеженості, при реалізації проектів по створенню нової техніки;

2) удосконалена математична модель формування нового проектного рішення, заснована на використанні метода теорії прецедентів, що забезпечує суттеве зменшення часу та затрат ресурсів на проектування за рахунок використання минулого досвіду у вигляді готових науково-технічних та конструктивних рішень;

3) отримали подальший розвиток моделі організаційних структур проектних робіт за рахунок розробленої адаптивної багатоконтурної структури системи автоматизованого управління, що забезпечує єфективну та оперативну інформаційну підтримку процесу проектування виробів приладобудування.

Практичне значення одержаних результатів. На основі проведених теоретичних досліджень розроблені і створені: моделі і алгоритми рішення задач формування портфеля замовлень і об`ємно-календарних графіків їх виконання з урахуванням обмеженості ресурсів і багатокритеріальності; засоби і технології інформаційної підтримки процесів проектування складних виробів; методика синтезу структури автоматизованої системи організаційного управління процесом проектування; методичні рекомендації щодо вибору організаційної структури виконання проектних робіт засновані на використанні лінійно-функціональної, проектно-цільової і матричної структури; критерії оцінки ефективності управління проектуванням з використанням програмного та явного принципів управління з можливим представленням у вигляді сіткового графа та лінійного графіку виконання проектних робіт; методика планування і інформаційного моніторингу хода виконання проектних робіт з використанням методів простого, детального, 50/50 і по віхам, на основі яких будується інтегрована система контролю реалізуємості проектів в задані терміни і в межах відведених ресурсів; підхід до розробки інформаційного забезпечення процесу проектування з використанням ситуаційного управління і теорії прецедентів для побудови спеціалізованих серверів багатомірних баз знань; автоматизована інформаційно-пошукова система "Матеріал-властивості" для забезпечення необхідними відомостями про матеріали при реалізації проектів в НДІ і КБ для виробів ракетно-космічної техніки та автоматизована інформаційно-пошукова система "Стандарти і нормативи", яка включає міжнародні, міждержавні, державні та галузеві стандарти для приладобудуваня.

Результати досліджень впроваджені в Державному підприємстві "Науково-дослідний технологічний інститут приладобудування" (акт впровадження від 20.10.05), Державному конструкторському бюро "Південне" ім.М.К.Янгеля (акт впровадження від 20.09.05), ВАТ "Науково-дослідний інститут радіотехнічних вимірювань" (акт впровадження від 10.01.06), ВАТ "Хартрон" (акт впровадження від 26.01.06), Спеціальному конструкторському бюро "Полісвіт" Державного науково-виробничого об'єднання “Комунар” (акт впровадження від 24.01.06), та використовуються в учбовому процесі в Національному аерокосмічному університеті ім.М.Є. Жуковського “ХАІ” (акт впровадження від 19.09.05) і Харківському національному університеті радіоелектроніки (акт впровадження від 24.11.05).

Особистий внесок здобувача. Всі результати, що винесені на захист, належать особисто авторові і опубліковані в фахових виданнях. В роботах, виконаних в співавторстві здобувачу належать наступні результати: постановка і рішення задачі побудови алгоритму управління процесами з використанням формальних граматик [3], алгоритм функціонування автоматизованої інформаційно-пошукової системи, заснованої на ієрархічній структурі бази даних [4], синтез узагальненої моделі проектування технологічної структури виробничої системи [5] , формування команд SQL для вибору, обробки та візуалізації даних на протязі життєвого циклу виробу [6], постановка і рішення задачі синтезу процедури управління процесами збору та обробки потоку даних [7], формалізований опис реляційної бази даних для автоматизованої інформаційної системи [8], оптимізаційні математичні моделі рішення задач формування портфеля замовлень і об'ємно-календарного графіка виконання проектних робіт з урахуванням багатокритеріальності та обмеженності ресурсів, започаткованих на методології локальних профілів ресурсів [9], спеціальне програмне забезпечення і структури бази даних [12- 17].

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень і результати дисертації доповідались й обговорювались на Міжнародній науковій конференції ” Теорія і техніка передачі та обробки інформації ”, Харків-Туапсе, 2003; І Науково-технічній конференції “Матеріали електронної техніки та сучасні інформаційні технології”, м.Кременчук, 2004, 10 Ювілейній міжнародній конференції “Теорія і техніка передачі та обробки інформації”, Харків-Туапсе, 2004, ІХ Міжнародному молодіжному форумі “Радіоелектроніка і молодь в ХХІ віці”, м. Харків, 2005; Міжнародній науково-практичній конференції “Мікросупутник - перспектива і реальність”(м.Дніпропетровськ, 2004,2005р.р.).

Публікації. Основні результати дисертації опубліковані в 15 наукових друкованих працях: 11 статей в наукових фахових виданнях за переліком ВАК України і 4 тез доповідей на конференціях. Отримано 6 свідоцтв про Державну реєстрацію авторського права на твір.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, 4 розділів, висновків, додатків, викладена на 212 сторінках, у тому числі 76 рисунків на 22 окремих сторінках, список використаних джерел з 118 найменувань на 10 сторінках, а також 2 додатки на 28 сторінках.



ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність вибраної теми дослідження, сформульовано мету й завдання роботи, вказано обект, предмет і методи дослідження, описано наукову новизну й практичне значення одержаних результатів, особистий внесок автора в роботи, виконані в співавторстві, наведено інформацію про апробацію і публікації результатів досліджень.

У першому розділі виконано аналіз організаційно-інформаційної підтримки процесу проектування виробів приладобудування, сучасних тенденцій інформатизації і автоматизації процесів управління життевим циклом виробів, стан та розвиток автоматизованих систем управління процесом проектування.

В процесі аналізу встановлено: основна характеристика продукції при розробці стратегії життєвого циклу виробів повинна базуватися на визначенні загального системного критерія, що враховує вплив якості і вартості; локальні оптимальні рішення окремих автоматизованих систем (САПР, АСУП, АСУТП, АСУО) не забезпечують глобального оптимуму при створенні автоматизованих систем у цілому, але отримані результати є теоретичною і практичною основою для побудови гнучких і інтегрованих виробничих комплексів (ГПС, ГПК); сучасні АСУ проектуванням не повною мірою базуються на теоретико-прикладному інформаційному базисі CALS-технологій (Continuous Acquisition and Life-cycle Support), системах CAD/CAM/CAE/PDM і CIM-концепції, що дозволяють максимально скоротити витрати часу, енергетичних, матеріальних і фінансових ресурсів на всьому життєвому циклі складних виробів. Теоретичні основи і досягнення теорії системного аналізу, дослідження операцій, теорія адаптивних систем, нові інформаційні технології, що розроблені в роботах В.М.Глушкова, В.C. Михалевича, И.В. Сергиенко, В.И. Скурихина, М.В. Згуровского, В.И. Кунцевича, В.Л. Волковича, А.В. Палагина, Н.Н. Моисеева, та іншіх, є основою для проведення подальших теоретичних досліджень в області синтезу, оптимізації організаційних структур і інформаційного забезпечення управління процесом проектування складних систем, як теоретико-практичного базису створення систем підтримки прийняття рішень (СППР) інтегрованої АСУ проектною організацією.

В другому розділі розглянуто синтез структури автоматизованої системи організаційної підтримки процесу проектування. Задача управління процесом проектування розглядається на двох рівнях : виконання конкретного проекту і комплексного управління проектною організацією в цілому. На першому рівні обґрунтовано вибір матричної організаційної структури, як найбільш єфективної для створення складних виробів. Їй властива гнучкість і адаптивність, розвинутість інформаційних звязків, що забезпечує наступність процесу проектування, візуалізацію, збереження, авторизацію, стандартизацію і формалізацію усіх єтапів проектування.

На другому рівні вирішено задачу синтезу структури автоматизованої системи управління проектною організацією в цілому. Проблема управління процесом проектування інтерпретована як задача переведення з деякого початкового стану в заданий кінцевий стан . Траєкторія такого переходу визначається оператором функціонування , що установлює зв'язок поточного стану об'єкта проектування з управляючим впливом , збурюваннями і початковим станом

. (1)

Задача синтезу управління вирішується шляхом формування управляючого впливу

(2)



і структурної схеми управління, що його реалізує . При цьому екстремізується набір часткових критеріїв ефективності

, (3)

які враховують ступінь досягнення цільового стану і витрат ресурсів на реалізацію управління , тобто вирішується задача багатокритеріальної оптимізації.

Рішення такої задачі в загальному випадку зводиться до рішення задачі планування (визначення програмної траєкторії) для будь-яких припустимих

. (4)

Це так званий явний принцип управління.

Застосовуючи програмний принцип і гіпотизу про розділимість рухів, управління (4) можно представити у вигляді

, (5)

де - програмне управління, що реалізує оптимальну траєкторію переходу з початкового в заданий кінцевий стан, а другий доданок - управління компенсуюче відхилення від .

Задача управління процесом проектування розділена на визначення оптимального плану (програми) виконання проектних робіт і синтезу ефективного оперативного управління для ліквідації виникаючих відхилень реального процесу від планового. Відповідно розділяється на дві групи і набір критеріїв (3), що визначають вибір принципу управління. Критерії ефективності процесу проектування сформовані виходячи з того, що процес проектування відноситься до об'єктів термінального управління. Це означає, що цільовий стан повинен бути досягнутий не пізніше якогось наперед заданого часу , тобто . При цьому формування критеріїв істотно залежить від допустимості і виду функції втрат при відхиленнях від планового термінального стану як при перевиконанні

, (6)

так і невиконанні плану

. (7)

Загальний критерій оцінки ефективності управління має вид

, (8)

де - знаковизначена функція обумовлююча вид критерію оптимальності. Функція визначає характер взаємодії (беззупинний або дискретний) керованого процесу з зовнішнім середовищем, у тому числі з виконавцями іншіх проектів.

Нехай - функція ефективності процесу проектування. Тоді необхідно її максимізувати

, (9)

де - ефект отриманий при відхиленні процесу проектування від планового; - витрати на управління.

Запропоновано універсальну систему управління, структура якої адаптується до вимог системи й у залежності від цього здійснюється програмний або явний принцип управління. Універсальна схема управління дозволяє використовувати позитивні якості обох методів управління в будь-якій їхній композиції. Вибір оптимальної структури формується керівником проекту з допомогою системи підтримки прийняття рішень (СРПП) у реальному часі на основі оптимізуючого функціонала (9).

Ефект F (t), одержуваний системою, визначається рівнянням

(10)

де -Г, +Г -- матриці-рядка платежів за відхилення від плану при його невиконанні і перевиконанні. Матриця витрат на управління також є функцією відхилення: L(t)=L[(X(t)]. Конкретний вид цієї залежності визначається принципом регулювання і параметрами контуру управління, які у свою чергу обумовлені особливостями мети регулювання. У загальному випадку L(t) включає матрицю витрат Z(t) на створення і підтримку в працездатному стані ресурсів необхідних для управління і матрицю витрат E(t), обумовлених “вартістю” управляючого впливу:

L(t)=Z(t)+E(t). (11)

Особливість витрат Z(t) - інтегральне накопичення протягом планового періоду

T: Z_Т = . (12)



Тут Z(t) -витрати в одиницю часу на створення і підтримку в працездатному стані ресурсів управління. Ефект F_c у наслідок відхилення від плану і “вартість” Е_с управління, необхідного для компенсації цього відхилення, пропорційні часу відхилення процесу від планового:

F_с = (t, t_k)F(t)dt; (13)

Е_с = (t, Х, U)dt, (14)

де t_1, t₂ -- відповідно початок і закінчення відхилення процесу; функция визначає характер взаємодії управляємого процеса з зовнішньою середою. Варто підкреслити, що Z_T, E_c -- неубутні функції.

Функціонал ефективності процесу проектування з урахуванням усіх додатків для випадку небажаності відхилень від плану має вид

, (15)

а при бажаності перевиконання плану

, (16)

де t -- сучасний момент часу; t₂ = t_кн + t_{n. р} + t_зап. + t_n.n час ліквідації відхилення від плану; t_кн -- час з моменту виникнення відхилення від плану до найближчого моменту контролю процесу (при безупинному контролі t_кн = 0); t_n.p -- час, необхідний для аналізу ситуації й ухвалення рішення; t_зaп -- час запізнювання, необхідний для змін у системі, зв'язаних з управліннямванням; t_п.п-- час перехідного процесу з моменту початку управління до ліквідації відхилення.

Критерії оптимізації (15),(16) дозволяють вирішувати дві задачі: оптимізації параметрів уравління та адаптації структури системи управління і вибору впливу.

Задача оптимізації управління полягає в проблемі вибору принципу управління, а, отже, структури контуру управління і конкретного управляючого впливу. Ці функції виконує вирішуючий пристрій (СППР) в залежності з розробленим алгоритмом (рис. 1).

Для ефективного функціонування організаційної структури проектної організації розроблені модель і засоби вирішення задачі планування. Вона включає етапи вибору критерія эфективності плану, формування портфеля замовлень, синтеза комплексного плану робіт, комплексного об'ємно-календарного планування і формування різноманітних сіткових графіків. Прийнято, що зовнішнє середовище генерує потік заявок на виконання проектів, що відповідають спеціалізації проектної організації. На першому етапі формується критерій оцінки ефективності плану. Він повинен враховувати економічні фактори і такі характеристики виконання робіт, як престижність, якість, ступінь задоволення запитів замовників, повнота і ритмичність використання трудових і виробничих ресурсів організації, тобто є багатокритеріальним. Тому виникає необхідність формування узагальненої скалярної багатофакторної оцінки.

У роботі цю задачу пропонується вирішувати з допомогою функціонально-вартісного аналізу, що полягає в зіставленні ефекту який досягається системою і витрат на його досягнення. Для реалізації цього методу множину часткових критеріїв розбивають на дві підмножини , де - підмножина часткових критеріїв, що оцінюють ефект від реалізації проекту; - підмножина часткових критеріїв, що оцінюють різні витрати на реалізацію проекту.

Припустимо, що існують скалярні оцінки підмножин і , що позначимо відповідно, . Тоді для оптимізації можна використовувати функціонально-вартісні критерії виду

, (17)

. (18)

Критерій (17) змістовно може бути інтерпретований як узагальнений прибуток, а (18) - як нормований ефект на одиницю витрат, тобто як узагальнену рентабельність. В окремому випадку критерії (17) та (18) можна привести до виду

, (19)

, (20)

де , - відповідно припустимі рівні (обмеження) витрат і ефекту. Така система критеріїв є гнучкою, багатоваріантною, адаптивною до конкретної ситуації прийняття рішень. При цьому , можуть бути як багатомірними, так і одномірними скалярними оцінками. В першому випадку в роботі запропоновано метод формування багатофакторних скалярних оцінок на множині часткових критеріїв, що базуються на теорії корисності.

Рішення задачі формування портфелю замовлень доцільно при виконанні двох умов: кількість замовлень на виконання робіт перевищує пропускну здатність організації; організація має свободу вибору робіт.

На момент ухвалення рішення про формування портфеля замовлень маються множини потенційних замовлень . По кожному замовленню визначені вартість, терміни виконання робіт і вимоги до результатів. Формується матриця , що визначає кількість l-го ресурсу, необхідного для виконання -го замовлення. Матриця містить ресурси двох видів: що накопичуються і що ненакопичуються. При плануванні будемо вважати, що критичними є ресурси, що ненакопичуються, вимірювані в об'ємних показниках. Об'ємні показники характеризують, скільки часу необхідно використовувати ресурс для виконання задачі без прив'язки до календарних термінів. Планування портфеля замовлень є ковзним. На інтервалі є деяка вже прийнята раніше кількість замовлень. Для урахування цього введено поняття профілю використання -го ресурсу, що ненакопичується.

Тоді вільний ресурс визначається

, (21)

де - повний ресурс у -й робочий день, - запланований до використання ресурс у -й робочий день, - число робочих днів на інтервалі планування .

Сумарна потреба в -му ресурсі, що ненакопичується, для виконання всіх замовлень, які надійшли, дорівнює .Можливі наступні ситуації: . В першому випадку пропускна здатність організації більше обсягу потенційних замовлень і всі замовлення приймаються до виконання. В другому випадку вирішується задача формування портфеля замовлень.

Задача формування оптимального портфелю замовлень вирішується , як задача об'ємного планування. Для кожної роботи введемо булеву перемінну . Задача полягає у визначенні такого вектора , для якого

(22)

за умови, що , де - узагальнені оцінки відповідно доходу від виконання і витрат на виконання -го проекту. Для підвищення ефективності плану обмеження на вільні ресурси можна представити у вигляді , де - коефіцієнт, що враховує рівень можливих втрат ресурсів і мінімізуючий ризик зриву своєчасного виконання деяких робіт із причини дефіциту деяких видів ресурсів. Сформульована задача є задачею дискретного програмування.

Синтез комплексного плану виконання проектних робіт є задачею об'ємно-календарного планування і передбачає упорядкування й узгодження графіка виконання всіх замовлень і окремих робіт на інтервалі планування з урахуванням обмежень на термін використання ресурсів. Математична модель повинна враховувати динаміку виконання робіт, тобто фактор часу. У зв'язку з цим обмеження на ресурси, що ненакопичуються, з урахуванням того що облік результатів роботи виконується з деякою дискретністю (зміна, робочі дні і т.д.), мають вид

, (23)



де ? кількість ресурсу l-го виду, виділеного для виконання j роботи на інтервалі планування; ? обсяг ресурсу l-го виду на інтервалі .

Математична оптимізаційна модель задачі об'ємно-календарного планування виконання комплексу замовлень з урахуванням проведених перетворень цільової функціональної моделі до скалярного виду, має вид:

(24)

де , ,

У цій моделі керованими змінними є , тобто обсяг і терміни використання ресурсу -го виду для виконання робіт -го проекту. Складність рішення обумовлена тим, що роботи різних проектів можуть претендувати на обмежені однотипні ресурси на співпадаючих або перетинаючихся інтервалах часу. Тоді задача зводяться до пошуку припустимих варіантів розподілу ресурсів між проектами. Для цього необхідно на попередньому етапі сформувати гнучкі, різноманітні сіткові графіки кожного з проектів.

Результатом комплексного планування є сітковий графік виконання комплексу замовлень, деталізований до сіткових графіків виконання кожного замовлення з точністю до складових робіт. При цьому для кожного замовлення визначені терміни початку проектних робіт і їхнього закінчення. Початок робіт повинен задовольняти обмеженню виду , а закінчення , де - документально підтверджений момент початку робіт, ? погоджений із замовником термін закінчення проекту, ? фактичний час початку робіт проектною організацією.

Формування сіткових графіків виконання замовлень здійснюється з урахуванням визначення максимальної і мінімальної допустимості інтенсивності використання ресурсів і відповідним обчисленням максимального і мінімального часу виконання кожної роботи. Для кожного з випадків на основі використання интервального математичного аналізу визначаються критичні шляхи, мінімальний і максимальний час виконання проекту й інші стандартні характеристики сіткового графіка. Час виконання -й роботи визначається по формулі , де ? обсяг необхідного для виконання роботи ресурсу; ? інтенсивність використання ресурсу (продуктивність в одиницю часу). Значення може бути змінене за рахунок кваліфікації виконавців і їх кількості. Таким чином, задаючи мінімальне і максимальне значення інтенсивності виконання -й роботи, визначаємо максимальну і мінімальну тривалість виконання роботи й інтервал можливих значен

Интервальне значення тривалості виконання проекту визначається як ; при виникненні умови тривалість -го проекту узгоджується з замовником.

Для комплексного об'ємно-календарного планування розроблені евристичні алгоритми й обчислювальні процедури реалізації запропонованих

математичних моделей планування.

У третьому розділі приведені результати розробки інформаційного забезпечення процесу управління виконанням проектів на основі теорії прецедентів для підвищення ефективності процесу проектування по витратах ресурсів. Запропоновано структуру інформаційної підтримки процесу проектування на основі CALS-технологій і підсистем CAD-CAM-CAE-PDM, програмних продуктів комп'ютерної підтримки системи ERP для побудови автоматизованих інтегрованих систем підприємств.

Розроблено структуру й узагальнені функції інформаційної підтримки системи планування і управління розробкою та здійснення інформаційного моніторингу ходу виконання проектних робіт. Структура інформаційної підтримки складається з БД нормативно-довідкової інформації, матеріалів, комплектувальних єлектрорадіовиробів, архивів результатів НДР, проектів, типових рішень та фонду програмних засобів.

Особливе місце в інформаційній підтримці займає база даних раніш отриманих та випробуваних проектних рішень. Їх використання дозволяє суттєво знизити витрати часу та ресурсів на виконання нових проектів. Процедура накопичення, зберігання та використання аналогічних чи близьких рішень базується на теорії прецедентів.

Математичні моделі й апаратно-програмні засоби реалізації прецендентного методу прийняття рішень утворять спеціалізовану систему підтримки рішень (СППР). Функціонування системи базується на CBR-циклах при безпосередній взаємодії з особою приймаючою рішення. Для формального опису прецедентів сформульований ряд визначень виходячи з того, що типовий прецедент являє собою структуру, що складається з: опису проблеми, яке характеризуює сформовану ситуацію на момент активізації прецеденту, і рішення, що містить список можливих варіантів рішень, зв'язаних з даною проблемою. На основі цього твердження можна дати наступне формальне визначення.

Прецедент е є пара <s,r> що складає із ситуації і зв'язаного з нею рішення . Ситуація задається за допомогою безлічі формул спеціалізованої мови L. Усякій ситуації s можуть відповідати кілька рішень, таким чином, припустимі прецеденти виду <s,r> і <s,r'>, що різні у випадку, якщо . Дані в СППР представлені множиною прецедентів М: . Кожен прецедент e_i може розглядатися як умовна імплікація .

Таким чином, якщо задана деяка ситуація і існує прецедент , можна затверджувати, що є наближеним рішенням для ситуації s. Для оцінки близькості використовується функція подоби і на її основі будується відношення подоби між прецедентами і виводиться міра подоби SM .

Прецедентна система являє собою структуру , де М - сховище прецедентів, - міра подоби, задана на безлічі інтерпретацій мови L, що описує вхідні ситуації, К -множина формул мови L. Множина формул К складає деяку базу знань про предметну область, отриману експертним шляхом. Для кожного прецеденту можна за допомогою оцінки подоби обчислити ступінь доречності рішення в ситуації, близької до . Якщо для цього можна також використовувати наявні знання про предметну область, можна стверджувати, що здійсненно для класу ситуацій . Сховище прецедентів М задає екстраполяцію відносини імплікації і фактично є базою знань, що містить наближені імплікації: , відповідно також здійсненна для класу ситуації .

Таким чином, можна відзначити, що прецедентна система виконує функцію висновку за аналогією:

Розроблені алгоритми формування бази прецедентів, спосіб представлення знань про ситуацію, можливі рішення, стратегії ідентифікації понять, метод вибору прецедентів і наповнення бази даних проектними рішеннями.

У четвертому розділі приведені результати експериментальної перевірки отриманих в попередніх розділах результатів. Надається опис архитектури, режимів і функцій розробленого комплексу автоматизованих інформаційних систем планування та управління процесами проектування складних систем з використанням CALS-технологій “Планування та управління”,”Матеріал-властивості”, “Стандарти і нормативи”.

Комплекс складається з трьох рівнів: верхній рівень - управління процесом проектування; середній рівень - управління нормативно-технічною документацією; нижній рівень - підтримка проектних робіт конструкторсько-технологічних підрозділів.

Сформульовано та вирішено засобами комплексу інформаційних систем задачу управління процесом проектування складного наукоемного виробу - сонячної батареї космічного апарату “МС-2-8”, а також застосування отриманих теоретичних результатів для вирішення задач підтримки прийняття рішень при визначених ресурсах.

Описано алгоритми, режими і функціі щодо формування запитів при виборі конструкційних матеріалів стосовно заданих умов використання.

У висновках сформульовано основні положення, що виносяться на захист.



ВИСНОВКИ

В дисертації вирішено актуальну науково-прикладну задачу, яка полягає в розробці моделей та методів інформаційної підтримки організаційних структур управління створенням виробів приладобудування, що забезпечує підвищення ефективності прийняття пректних рішень при проектуванні нової техніки.

Головні наукові і практичні результати роботи полягають в наступному.

1. Побудована універсальна адаптивна структура системи автоматизованого управління, яка включає контури розвитку організації, середньотермінового планування і оперативного управління процесом проектування.

2. Обгрунтовано використання матричної структури організації виконання проектних робіт.

3. Розроблені оптимізаційні математичні моделі вирішення задач формування портфеля замовлень і об'ємно-календарного графіка виконання проектних робіт з урахуванням багатокритеріальності і обмеженості ресурсів заснованих на методології локальних ресурсних профілів.

4. Створені засоби рішення задач формування портфеля замовлень і об`ємно-календарних графіків їх виконання з урахуванням обмеженості ресурсів і багатокритеріальності.

5. Розроблена структура засобів і технологій інформаційної підтримки процесів проектування виробів приладобудування.

6. Розроблена математична модель і інструментальні засоби формування на етапі ескізного проектування множини можливих проектних рішень, заснованих на теорії прецедентів.

7. На базі обєктно-орієнтованого середовища Delphi 7 створені і впроваджені автоматизовані інформаційні системи “Планування і управління”, “Стандарти і нормативи”, “Матеріал - властивості”.

8. Використання отриманих результатів дозволить зберегти знання і досвід провідних фахівців, істотно скоротити терміни виконання проектних робіт, зменшити трудомісткість процесу проектування та суттево підвищити його ефективність.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Замірець О.М. Автоматизація робіт з стандартизації на підставі сучасних інформаційних технологій.// Технология приборостроения.-1998.-№2.- С.12-16.

2. Замирец О.Н. Базы данных “Клиент - сервер” в локальных сетях // Технология приборостроения. - 1998.- №2.- С. 75-77.

3. Плотникова З.В., Замирец О.Н. Метод нисходящего анализа для контекстно-зависимых грамматик // Технология приборостроения.-1999.-№1.- С.44-46.

4. Замірець О.М., Шимко О.О., Кривоносов В.О., Акованцева Т.І. Особливості створення інформаційного банку даних нормативно-технічних документів під час розробки та виготовлення виробів приладобудування для космічної техніки // Технология приборостроения. - 2000.- №1.- С.31-33.

5. Илюшко В.М., Чередниченко А.Н., Степанович В.Б., Замирец О.Н. Проектирование технологической структуры производственной системы // Технология приборостроения. - 2001. - №1-2.- С.12-16.

6. Плотникова З.В., Замирец О.Н., Максимова Е.Л.,Легкий С.В. Применение команд SQL при выборе материалов по заданным условиям для нечетких множеств // Технология приборостроения. - 2002. - №1.- С.59-61.

7. Замирец О.Н., Коваленко В.В. Контрольно-проверочная аппаратура солнечных батарей // Технология приборостроения. - 2003. - №2.- С.3-5.

8. Шимко А.А., Замирец О.Н., Кривоносов В.А. Формализованное описание системы управления реляционной базой данных для автоматизированной информационно-поисковой системы “Стандарты и нормативы” // Технология приборостроения. - 2004. - №2.- С.7-10.

9. Лысенко Э.В., Замирец О.Н. Разработка моделей и средств решения задач планирования заказов // Технология приборостроения.-2005.-№2.-С.30-39.

10. Замирец О.Н. Методологический подход к разработке информационного обеспечения процесса управления выполнением проектов // Прикладная радиоэлектроника - 2005.- Т.4 №4- С.411-421.

11. Замирец О.Н. Синтез структуры автоматизированной системы организационного управления процессом проектирования // Системи обробки інформації: Збірник наукових праць,- Харків: Харківський університет повітряних сил,- 2005.- вип. №8/48.- С.15-27.

12. Замірець О.М., Максимова К.Л., Рикова В.В. Компьютерна програма “Програма автоматизованої системи “Матеріал-властивості”” // свідоцтво авторського права на твір. -2004.- №10096.

13. Замірець О.М., Максимова К.Л., Рикова В.В. База даних “Матеріал-властивості” // свідоцтво авторського права на твір. -2004.- №10099.

14. Замірець О.М., Шимко О.О, Кривоносов В.О. Автоматизована інформаційно-пошукова система “Стандарти і нормативи” // свідоцтво авторського права на твір. -2005.- №11466.

15. Замірець О.М., Шимко О.О., Кривоносов В.О. База даних “Стандарти і нормативи”// свідоцтво авторського права на твір.-2005.- №12046.

16. Замірець О.М., Коваленко В.В., Шимко О.О. Комп?ютерна програма “Спеціальне програмне забезпечення контрольно- перевірочної апаратури батареї сонячної” // свідоцтво авторського права на твір. -2005.- №12932.

17. Замірець О.М., Шимко О.О., Коваленко В.В. Комп?ютерна програма “Програмне забезпечення контрольно-перевірочної апаратури батареї сонячної” // свідоцтво авторського права на твір. -2005.- №12933.

18. Замірець О.М. Методология формирования базы прецедентов проектных решений //Міжнародна наукова конференція “Теорія і техніка передачі, прийому та обробки інформації”: Тези доповідей.-Харків-Туапсе,2003.- С.286-287.

19. Замірець О.М. Адаптивная многоконтурная структура автоматизированной системы управления проектированием изделий // І Науково-технічна конференція “Матеріали електронної техніки та сучасні інформаційні технології”:Тези доповідей.- м.Кременчук,2004.-С.123-125.

20. Замірець О.М. Системологический анализ процесса проекти-рования. // 10 Ювілейна міжнародна конференція “Теорія і техніка передачі та обробки інформації”:Тези доповідей.-Харків-Туапсе,2004-С.338-339.

21. Замірець О.М. Алгоритм решения задачи комплексного объемно-календарного планирования с учетом ограниченности ресурсов и их многокритериальности.// ІХ Міжнародний молодіжний форум “Радіоелектроніка і молодь в ХХІ віці”: Тези доповідей.-м.Харків,2005 - С.398.

Размещено на Allbest.ru