Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

METHODOLOGY OF INTEGRATED INFORMATION AUTOMATION SYSTEM TECHNICAL TRAINING AND CONTROL AIRCRAFT PRODUCTION

Kulga K.S. 1
1 Ufa State Aviation Technical University
Анализ результатов внедрения автоматизированных информационных систем в производственных за-дачах показал, что основным способом повышения конкурентоспособности наукоемкого изделия явля-ется повышение эффективности управления ключевыми бизнес-процессами, определяющими эффек-тивность работы предприятия. В статье рассматривается методология создания интегрированной ав-томатизированной информационной системы, предназначенной для автоматизации в едином информа-ционном пространстве предприятия бизнес-процессов технической подготовки и оперативного управ-ления позаказным производством наукоемких изделий. Бизнес-процессы, требующие фактического управления, реализуются в ERP-системе или учетно-хозяйственной автоматизированной информаци-онной системе. Для программной передачи в ERP-систему исходных/результирующих наборов данных бизнес-процессов оперативного управления производством разработано специальное программное обеспечение. Предлагаемая методология, воплощенная в виде программного обеспечения интегриро-ванной автоматизированной информационной системы Stalker PLM, экспериментально апробирована на одиннадцати предприятиях Российской Федерации.
Analysis of the results of automated information systems in production tasks showed that the main way to in-crease the competitiveness of high-tech products is to increase the efficiency of key business processes that de-termine the efficiency of the enterprise. In the article the methodology of the automated integrated information system designed to automate a single information space enterprise business processes and technical training and operational management of custom production of high-tech products. Business processes that require effective management, implemented in the ERP-system or accounting and business automated information system. For program transfer to the ERP-system input/result sets business process operations management developed a special software. The proposed methodology is embodied in the form of software integrated automated in-formation system Stalker PLM, experimentally tested on eleven companies of the Russian Federation.
basic information technology.
common information space enterprise
methodology for the creation integrated automated information system

Введение

Автоматизирован­ные информационные системы (АИС) CAD/CAM/PDM /FRP/MRP/ MES (Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing/Product Data Management/Finance Requirements Planning/Material Requirements Planning/Management Execution System), ориентированные на локальную автоматизацию и формирова­ние традиционных баз данных (БД), не решают проблему создания единого информационного пространства (ЕИП), предназначенного для синхронизированного обмена данными между всеми участниками, вовлечен­ными в жизненный цикл изделий (ЖЦИ). На основании анализа реализованных проектов АИС предприятия выявлено, что контуры ERP-систе­мы (Enterprise Resource Planning), соответствующие классификации APICS (American Production and Inventory Control Society) [3], не обеспечивают реше­ния интегрированных задач технической подготовки и оперативного управления по заказным производством предприятия, огра­ничиваясь стратегическим планированием. С другой стороны, контуры CAD/CAM/CAE-систем не имеют прямых информационных связей с  ERP-системой. Все это определяет существование значительного функционального и информационного разрыва между этими системами [1]. Подтверждением этой тенденции является тот факт, что, начиная с 2008 года, к раз­работке программного обеспечения (ПО) АИС класса PLM (Product Lifecycle Management) приступили компании, поставляющие ERP-системы: SAP, Oracle Corporation.

Для решения задачи взаимодействия бизнес-про­цессов (БП) технической подготовки производства и БП, которые обеспечиваются средствами ERP-систем, в настоящее время разрабатывается ПО АИС предприятия на основе кон­цепции PLM. Изучение возможностей  PLM-систем показало, что в них в той или иной степени реализована интеграция в ЕИП предприятия CAD/CAM/CAE/PDM-систем, то есть БП конструкторской и технологи­ческой подготовки производства. В то же время для осуществления взаимодействия PDM-и ERP-систем, которые реализуют БП основных стадий ЖЦИ, определяющих эффективность работы пред­приятия, в настоящее время используются методы интеграции на основе бумажной технической доку­ментации (БТД), программного обмена через струк­турированные файлы данных или API (Application Programming Interface). Применение таких методов интеграции приводит к многочисленным ошибкам и потере актуальности данных, существенному затруднению процесса параллельного проектирова­ния и производства изделий, увеличению стоимости внедрения и сопровождения.

Проведенный анализ позволил сформули­ровать постановку научной проблемы, имеющей важ­ное значение для российской промышленности в усло­виях постоянного роста конкуренции на мировом рын­ке наукоемкой продукции – разработка и практичес­кая апробация в реальных производственных усло­виях  методологии создания интегрированных АИС (ИАИС), обеспечивающих комплексную ав­томатизацию  предприятия в ЕИП на основе ПО CAD/CAM/CAE/PDM/FRP/MRP/MES-систем, включая информационное и программное взаимодействие с ERP-системой (учетно-хозяйственной АИС).

Разработка концептуальной модели ИАИС предприятия

Согласно статистическим данным, собранным аналитической компанией
Standish Group (США), из 30 000 проектов АИС, обследованных в США в период 1994÷2012 гг., успешными оказались не бо­лее 24 % (были выполнены в срок и в рамках задан­ного объема финансирования) [5]. Проведенный анализ показал, что большинство неудач связано с отсутствием или неправильным применением мето­дологии создания АИС, отвечающей современным требованиям предприятий. С точки зрения системного анализа, описание создаваемой ИАИС может быть представлено сле­дующей шестеркой компонентов:

DSys = {NSys, PSys, ASys, ISys, ESys, SSys},

где  NSys – наименование ИАИС; PSys – цели ИАИС; ASys – общесистемные характеристики ИАИС; ISys – вход ИАИС; ESys – выход ИАИС; SSys – методология создания ИАИС.

Основной компонентой концептуальной мо­дели является методология создания
ИАИС  предприятия, которая реализуется через конкретные технологии и подде­рживающие их стандарты, методики и инстру­ментальные средства, которые обеспечивают реализацию жизненного цикла проекта (ЖЦП или ALM – Application Lifecycle Management) систе­мы.
Рассмотрим последовательность реализации предлагаемой методологии создания ИАИС.

Определение платформы ЖЦП ИАИС

При выборе платформы ЖЦП ИАИС предприятия учитывались, прежде всего, следующие характеристики создаваемого проекта: область применения (наукоемкие проекты ИАИС или бизнес-приложения); методы разработки (итеративные и каскад­ные); возможность распределенной работы и адми­нистрирования прав участников; документированность; масштабируемость; организация и стоимость тестирования, стоимость внедрения и сопровождения. На основании сравнения вышеуказанных харак­теристик платформ ЖЦП [1, 2], обоснован выбор для разработки проекта ИАИС  предприятия платформы RUP (Rational Unified Process) [4].

Обоснование технологии создания проекта ИАИС. Выбор CASE-технологии основывался на следу­ющих её возможностях: повышение качества создаваемого ПО за счет применения графических средств моделирования предметной области, фор­мирования и контроля исходного кода; уменьшение времени создания проекта.

Обоснование метода проектирования функ­циональной модели проекта ИАИС. Объектно-ориентированный (ОО) метод проек­тирования функциональной модели (ФМ) был вы­бран на основании следующих его возможностей: реализация структурной декомпозиции БП пред­приятия; моделирование динамического поведения ИАИС в зависимости от возникающих в ней собы­тий. ОО ФМ ИАИС рассматривается как совокуп­ность взаимодействующих во времени объектов. Для ОО проектирования ФМ ИАИС обоснован выбор унифицированного языка моделирования UML [4].

Единая ФМ ИАИС предприятия

Этапы разработки функциональной модели предприятия: бизнес-моделирование; определение функциональных и нефункциональных требований; анализ и проектирование
(рисунок  1); реализация; тести­рование; развертывание. Каждый этап включал выполнение задач для достижения конечной цели функционального моде­лирования – разработки ПО
ИАИС предприятия. Подробное описание этапов разработки ФМ приве­дено в работах [1, 2].

Рисунок 1. Диаграммы деятельности «Проектирование Детали/сборочной единицы (ДСЕ)»

Синтез структуры ИАИС предприятия. Формирование новой структуры ИАИС пред­приятия осуществлялось с помощью разработанной методики синтеза, базирующейся на результатах системного анализа. В рамках этой методики осуществлялись следующие работы: исследование существующих реализаций АИС; анализ взаимодействия в ЕИП предприятия БП технической подготовки и управления про­изводством; исследование направлений развития ИАИС.

Исследование существующих реализаций АИС предприятия. Рассматривались три структуры ИАИС, внед­ряемые на предприятиях. Первая структура основана на использовании локальных АИС, автоматизирующих отдельные БП предприятий. Обмен наборами данными осуществляется через БТД.  Вторая структура характеризуется преимущественной автоматизацией финансовых и учетно-хо­зяйственных БП предприятия. Методы интеграции систем, основанные на организации специальных групп сотрудников для обработки данных БТД или на программном обмене через файлы данных, приводят к многочисленным ошибкам и потере актуальности информации. Третья структура основана на интеграции в ЕИП предприятия только БП конструкторской и техно­логической подготовки производства изделий. Передача наборов данных из PDM-системы в ERP-систему осуществляется на основе структу­рированных файлов (ИСО 10303-21/ГОСТ Р ИСО 10303) или с помощью прикладного API-интерфейса. Исследование вышеуказанных методов интегра­ции систем выявило следующие их недостатки: невозможна реализация параллельных БП технической подготовки и оперативного управле­ния производством; отсутствуют единые процедуры администрирования и одновременного доступа пользователей к набору данных электронной структуры изделия (ЭСИ) на стадиях ЖЦИ; для актуализации набора данных ЭСИ на ста­диях ЖЦИ необходимы многочисленные рутинные процедуры синхронизации и проверки записей структурированных файлов обмена.  Следствием этих недостатков являются много­численные ошибки и потеря доверия пользователей к АИС, ограничения возможностей масштабируе­мости структуры АИС, увеличение сроков, стои­мости внедрения и сопровождения.

Анализ взаимодействия БП технической под­готовки и управления производством
в ЕИП пред­приятия. Анализ взаимодействия БП АИС выявил не­обходимость комплексной интеграции в ЕИП предприятия бизнес-процес­сов технической подготовки производства и многих финансовых и учетно-хозяйственных БП. В свою очередь, БП управления персоналом, бухгалтерского учета (фактический учет), экономического анализа и прогнозирования, электронной коммерции не требуют оперативного управления в рамках ЕИП предприятия, так как они необходимы для реализации стра­тегических задач. Для организации взаимодействия в ЕИП предприятия БП CAD/CAM/CAE/PDM/FRP/MRP/MES-и ERP-систем предлагается использование программных методов интеграции данных.

Исследование направлений развития ИАИС предприятия. Основными направлениями развития являются [1]: интеграция в ЕИП предприятия БП техничес­кой подготовки и оперативного управления произ­водством; развитие единых процедур администрирования и управления документооборотом на стадиях ЖЦИ; поставка комплексных решений автоматиза­ции предприятий на основе интеграции ИАИС и ERP-систем, повышение эффективности и снижение стои­мости внедрения для средних и малых предприятий.

Основными результатами  проведенного реинжиниринга БП авиационного производства  являются:  структура ИАИС предприятия (рисунок 2);  программное  обеспечение
ИАИС Stalker  PLM, осуществляющей оперативное взаимодействие в ЕИП предприятия CAD/CAM/CAE/PDM/FRP/MRP/MES-систем (рисунок 3).

Рисунок 2. Разработанная  структура ИАИС предприятия 

Рисунок  3. Главная форма  ИАИС Stalker PLM

Единая информационная модель ИАИС предприятия

При построении информационной модели (ИМ) ИАИС необходимо установить взаимосвязь свойств материальных объектов с характеристиками их функциональных структурных элементов, которые, в свою очередь, зависят от свойств этих объектов. Указанная взаимосвязь является основным призна­ком целостности единой ИМ ИАИС. Отношения между структурными элементами в ИМ ИАИС предлагается фиксировать в виде иерархических  представлений. Это позволяет при объединении структурных элементов с формирова­нием системных связей отражать одновременно как структурные, так и параметрические отношения, что исключает необходимость аналитического опи­сания связей посредством уравнений. Предложенная технология древовидного пред­ставления данных,  основанная на ФМ ИАИС предприятия, позволила исклю­чить моноцентризм иерархической модели, вво­димой в теории графов, которая накладывает слишком жесткие ограничения на сценарий обра­ботки содержащейся в ней информации, так как предусматривает единственный вход в её струк­туру.

Заключение. Разработано  алгоритмическое и программное обеспечение функций CAD/CAM/CAE/PDM/FRP/MRP/MES-систем в виде ИАИС Stalker PLM (см. рисунок 3), созданной на основе предложенной методологии (концептуальной, функциональной и информационной моделей и соответствующих методик). Проведены экспериментальные исследова­ния и практическая апробация ПО ИАИС Stalker PLM на одиннадцати предприятиях [1].

Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, соглашение 14.B37.21.0398 «Создание перспективной промышленной информационной технологии и подготовка кадров для системной автоматизированной разработки и эксплуатации сложных наукоемких изделий на основе интеграции МетаСАПР/Framework, имитационного моделирования, CAD/CAM/CAE/PLM, SCADA, ERP и СППР".

Рецензенты:

Горюнов  И. М., д.т.н., профессор кафедры «Авиационные двигатели»,  УГАТУ, г. Уфа.

Ахметзянов Д. А., д.т.н., профессор кафедры «Авиационные двигатели», УГАТУ, г. Уфа.