Software & Systems

Технология производства и испытаний летательных аппаратов претерпевает существенные изменения, поскольку изменились базовые условия функционирования предприятий ракетно-космической отрасли. Применение новых технических средств сбора, передачи, обработки, хранения и отображения информации затронуло все аспекты создания изделий ракетно-космической техники (РКТ).

В современных условиях рынка внешняя среда вынуждает предприятия РКТ создавать новые схемы кооперативного взаимодействия, в которых совокупность предприятий оформляется как законченная самостоятельная структура, осуществляющая обеспечение всех этапов жизненного цикла изделия, включая и применение по назначению.

Проблема создания собственно технологий, обеспечивающих гибкость и высокую степень адаптации базовых условий функционирования предприятий РКТ, осложняется новыми процессами, возникающими в распределенных организационных средах этих предприятий и существенно влияющими на возможные подходы к распределению ресурсов. Решение ее требует научного анализа структурных свойств, закономерностей организации и производства, сложности связей и процессов в составе единой системы.

Задача сокращения сроков одного из важных этапов жизненного цикла изделия – подготовки и проведения наземной стендовой отработки (НСО) – может быть решена за счет эффективного управления процессами НСО и информационного сопровождения жизненного цикла изделия, что требует разработки и внедрения методики создания автоматизированной системы планирования и управления процессом (НСО) ракет-носителей (РН) и разгонных блоков (РБ).

Для принятия эффективного решения о целесообразности внедрения на предприятии новых методов управления и планирования необходимо провести анализ существующих как зарубежных, так и отечественных методов производственного планирования.

Развитие методов управления промышленными предприятиями в начале ХХ века начиналось с исследования факторов, влияющих на производительность, и методов рациональной организации рабочего времени. На основе анализа тысяч экспериментов были сформулированы рекомендации по организации промышленного производства и по обучению кадров.

Одним из наиболее распространенных методов наглядного упорядочения работ являются диаграммы Гантта. Идея состоит в том, что главным ресурсом планирования является время, а основой принятия управленческих решений – сравнение запланированного и фактического состояния работ. На диаграммах Гантта по горизонтали обычно показывают интервалы времени, а по вертикали – работы, операции, оборудование. Горизонтальные отрезки отражают длительность выполнения работ. Выбрав по горизонтальной оси текущий момент времени и получив оперативную информацию о ходе ведения работ, можно сопоставить фактическое состояние дел с планом.

Все современные системы управления проектами и планирования предлагают представление графиков работ в виде диаграмм Гантта. В то же время диаграммы Гантта имеют ряд очевидных недостатков. Например, с помощью диаграмм Гантта неудобно планировать многовариантные взаимосвязанные цепочки работ. Для таких задач в военном ведомстве США в 50-е годы были предложены методы сетевого планирования, или методы выбора «критического пути». Кроме того, диаграммы Гантта удобно применять только для одного критического ресурса – времени. При необходимости учета еще нескольких ресурсов, например технологической оснастки, диаграммы Гантта надо воспринимать как «объемные», приобретающие ряд измерений по числу учитываемых ресурсов. Это удобно для визуальной интерпретации планов, но затрудняет их анализ.

С исследованием операций связаны работы по применению математических методов формализации человеческой деятельности, в том числе в производстве и планировании. Разработаны многие статистические и оптимизационные алгоритмы планирования, используемые в современных системах. Например, в SAP R/3 для прогнозирования потребностей в продукции с учетом информации о фактическом спросе за предыдущие периоды используются статистические и эвристические методы (расчеты сезонных колебаний спроса, расчеты по трендам). Еще одним примером являются методы оперативного планирования, подсистемы планирования производства (PP – production plan) SAP R/3, в которых «зашиты» алгоритмы расчета даты выполнения заказа, сокращения длительности производственного цикла, минимизации переналадок оборудования и др.

В настоящее время наиболее известны алгоритмы планирования MRP (material requirements planning) и MRP II (manufacturing resource planning).

Методы планирования на заданные интервалы времени потребностей в материалах, необходимых для изготовления изделий (MRP), учитывают информацию о составе изделия, степени завершенности производства, а также заказов и планов-графиков производства и состоят в следующем:

·    работы (заказы) упорядочиваются, например, по приоритетам или по срокам отгрузки;

·    формируется объемный план-график производства. Обычно он создается по группам продукции и может быть использован для планирования загрузки производственных мощностей;

·    для каждого изделия, попавшего в план-график производства, состав изделия «детализируется» до уровня заготовок, узлов и комплектующих изделий;

·    в соответствии с планом-графиком производства определяется график выпуска изделий и узлов, а также оценивается потребность в материалах и комплектующих изделиях и назначаются сроки их поставки в производственные подразделения.

MRP II – это замкнутая система планирования, относящаяся к детальному планированию производства, к финансовому планированию производственных затрат, а также к моделированию хода производства. Планируется не только выпуск изделий, но и ресурсы для выполнения плана. Начальным этапом планирования является прогнозирование и оценка производственных затрат. Присутствует также этап объемного планирования. Результаты объемного планирования являются исходной информацией для планирования потребностей в материалах (MRP), изготавливаемых и поступающих по кооперации.

Замкнутость системы MRP II означает наличие обратных связей для планирования в модулях, отвечающих за управление производством и за его учет, а также то, что модули оценки производственных мощностей, снабжения, планирования и учета функционируют как компоненты единой системы с использованием интегрированной базы данных.

Еще один метод планирования и управления – точно вовремя (just-in-time) – охватывает проектирование изделий, выбор поставщиков, обеспечение качества, планирование, учет производства и контроль. Одна из важнейших концепций метода точно вовремя связана с минимизацией страховых и межоперационных заделов за счет стабилизации поставок, а также обеспечения резерва производственных мощностей. Метод точно вовремя не противоречит MRP и MRP II и часто предлагается в современных системах как одна из форм организации производства. Однако до сих пор он не соответствовал традиции отечественной промышленности, так как именно заделы и запасы сырья служат буфером при нестабильности поставок, смежников и растущих ценах на комплектующие изделия. Кроме того, в СССР считалось, что полезнее повышать значение коэффициента использования оборудования (вместо создания задела мощностей), чем рационально планировать объем межоперационных заделов, хотя эти два показателя взаимосвязаны.

Методы оптимизированной технологии производства (optimised production technology) предназначены для максимизации выпуска продукции при сокращении объема запасов и производственных затрат. В их основе лежит определение узких мест (производственных мощностей или материальных ресурсов) и наиболее точный их учет при планировании. Методика оценки узких мест сохраняет актуальность и применяется в алгоритмах планирования и определения ресурсов производственных мощностей MRP II.

Концепция компьютеризированного интегрированного производства (computer integrated manufacturing) возникла в начале 80-х годов и связана с интеграцией гибкого производства и систем управления им. С точки зрения систем управления и планирования CIM предполагает интеграцию всех подсистем системы управления: управления снабжением, проектированием и подготовкой производства; планирования и изготовления; управления производственными участками и цехами, транспортно-складскими системами, обеспечением оборудованием, инструментом и оснасткой; систем обеспечения качества, сбыта, а также финансовых подсистем.

Методы CALS (computer-aided acquisition and logistics support – компьютерная поддержка процесса поставок и логистики) возникли в 80-х годах для повышения эффективности управления и планирования в процессе заказа, разработки, организации производства, поставок и эксплуатации военной техники. CALS предусматривает однократный ввод данных, их хранение в стандартных форматах, стандартизацию интерфейсов и электронный обмен информацией между всеми организациями и их подразделениями – участниками проекта. Методы доказали свою эффективность и переносятся в настоящее время на гражданские отрасли промышленности. Новая концепция сохранила аббревиатуру CALS с более широким смыслом (continuous acquisition and life circle support – поддержка непрерывного жизненного цикла изделия). Проводится стандартизация ряда аспектов CALS в международной организации стандартизации ISO. Методы CALS могут использоваться вместе с MRP II/ERP и CIM. В отличие от них CALS позволяет управлять всем жизненным циклом продукции, включая маркетинг, управление комплексными проектами, обслуживанием при эксплуатации.

Планирование как точное предвидение хода производства с использованием вычислительной техники применялось в нашей стране повсеместно еще десять-пятнадцать лет назад. В то же время при появлении новых интегрированных систем управления полноценное планирование производства внедрено и работает только в единичных случаях. Так, на ряде крупных отечественных предприятий продолжают применяться разработанные более десяти лет назад методы планирования традиционных автоматизированных систем управления производством (АСУП). А ведь именно наличие производственного планирования (наряду с социальным, финансовым, техническим и другими видами) превращает систему из учетно-регистрирующей в полноценную систему управления и поддержки принятия решений.

Поскольку полностью и мгновенно отказаться от традиционных подходов АСУП к производственному планированию вряд ли возможно и вряд ли нужно, требуется учитывать эти подходы при внедрении новых систем в части подготовки исходных данных, использования принятых на производстве терминов, документооборота, обучения персонала, миграции к новым системам. Возникает необходимость в поисках компромиссных решений (см. рисунок).

В таблице приведены характеристики задач производственного планирования в западной терминологии и показана разная степень детальности планирования при последовательном их выполнении, приведены соответствующие задачам планирования задачи балансировки производственных мощностей. Кроме того, приведена соответствующая иерархия задач планирования, принятая в отечественных АСУ.

С учетом обзора отечественных методов производственного планирования можно сделать вывод об общем соответствии отечественной и западной иерархий задач производственного планирования. Несмотря на некоторые отличия в представлении исходных данных и в методах декомпозиции, между двумя подходами нет серьезных противоречий.

Для того чтобы определить возможность внедрения отечественных и зарубежных методов производственного планирования при проведении испытаний РН (РБ), проведем анализ технологических процессов лабораторно-стендовой отработки.

Как показывает опыт, не менее 90% затрат на разработку и создание изделий РКТ – это затраты на экспериментальную отработку (ЭО).

Задачи этапа ЭО РН (РБ) условно можно разделить на задачи управления и осуществления ЭО.

При этом задачи первого класса традиционно делятся на задачи: планирования ЭО (до ее начала), организации ЭО, регулирования ЭО (или, иначе, задачи оперативного перепланирования в процессе ЭО), учета данных ЭО и контроля ЭО РН (РБ).

Выделяют и четвертый этап в данной последовательности – этап производства РН (РБ). Он не включен в рассмотрение, так как следует за моментом ввода РН (РБ) в эксплуатацию, и производство позволяет лишь размножить образец РН (РБ), не изменяя его эксплуатационных характеристик (ЭХ).

Основой ЭО РН (РБ) являются комплексная программа ЭО (КПЭО) и директивный (генеральный) план ЭО РН (РБ). План ЭО РН (РБ) – это результат решения задач планирования ЭО. Он имеет первостепенное значение, так как является моделью будущего процесса ЭО и определяет все важнейшие его элементы.

КПЭО и директивный план ЭО РН (РБ) – это документы, в которых указываются:

-   какие составные части (СЧ) РН (РБ) должны испытываться;

-   каким видам испытаний должна подвергаться каждая испытываемая СЧ РН (РБ);

-   сколько образцов каждой испытываемой СЧ РН (РБ) должно быть испытано;

-   в какие сроки (момент начала – момент окончания) должны проводиться испытания каждого вида.

КПЭО и директивный план ЭО РН (РБ) должны быть такими, чтобы их будущая реализация при ЭО позволила с максимально возможной полнотой удовлетворить требования, предъявленные к ЭХ РН (РБ), включая такие важнейшие ЭХ, как характеристики готовности, безопасности и надежности РН (РБ) при многих ограничениях, накладываемых на процесс ЭО РН (РБ).

Ограничения можно условно разделить на четыре группы:

1) порождаемые уникальностью и сложностью СЧ ракет космического назначения (РКН);

2) порождаемые особенностями процесса ЭО СЧ РКН;

3) порождаемые особенностями экспериментальной и производственной баз;

4) порождаемые дефицитом ресурсов разного вида, потребляемых при ЭО СЧ РКН.

Так, уникальность и сложность РН (РБ) приводит к высокой стоимости СЧ РКН, высокой трудоемкости их изготовления и испытания, большому числу дефектов, вызывает необходимость доработки РН (РБ) при ЭО и проведения испытания СЧ РКН разных видов.

К особенностям процесса ЭО СЧ РКН отнесем также:

-   случайный характер затрат ресурсов (времени, денег и т.п.) на изготовление, испытание и доработку СЧ РКН;

-   случайный характер появления дефектов (появления отказов) СЧ РКН;

-   разделение процесса ЭО на 2 части: наземная отработка (НО), осуществляемая на экспериментальной базе предприятия (конструкторского бюро (КБ) и летная отработка (ЛО), осуществляемая на технологическом оборудовании испытательных полигонов Министерства обороны и отрасли.

Эти особенности приводят к необходимости использовать при планировании лишь такой математический аппарат, который позволяет учесть стохастизм процессов, протекающих при ЭО СЧ РКН. Особенность второй части ЭО – ЛО СЧ РКН – проявляется в том, что испытания СЧ РКН (так называемые летные испытания) могут начинаться и заканчиваться не в любой момент времени, а лишь на соответствующих плану запусков КА отрезках времени.

Особенностью производственной базы является то, что не любая СЧ РКН (узел, агрегат, система) может быть подготовлена: некоторые СЧ РКН должны покупаться у других предприятий.

Кроме того, ограниченное число, зачастую уникальность испытательных стендов (по некоторым видам комплексных испытаний – один контрольно-испытательный стенд (КИС)) в испытательной базе КБ позволяет одновременно испытывать небольшое количество образцов СЧ РКН (иногда один).

Наконец, видимо, наиболее существенные ограничения порождаются дефицитом ресурсов, расходуемых при ЭО, в частности времени и денежных средств. Процесс ЭО должен быть спланирован и реализован на заданном отрезке времени (к назначенному моменту сдачи СЧ РКН в эксплуатацию) и при этом не должно быть израсходовано денежных средств больше, чем выделено.

Анализ перечисленных особенностей и ограничений приводит к выводу о значительной сложности задач обеспечения требуемых ЭХ СЧ РКН, важнейшей из которых является задача планирования ЭО.

Решение задачи планирования ЭО СЧ РКН предполагает разработку системы взаимоувязанных моделей, позволяющих описать, как при фиксированном плане ЭО СЧ РКН, фиксированных характеристиках процессов ЭО следует рассчитывать (оценивать):

1) значения ЭХ СЧ РКН по результатам каждого выполненного испытания и предшествующих испытаний;

2) значение затрат денежных средств в процесс ЭО;

3) значение затрат времени на ЭО;

4) значение показателя готовности СЧ РКН к запуску КА;

5) значение показателя надежности СЧ РКН;

6) значение показателя безопасности СЧ РКН.

Таким образом, из анализа технологических процессов НСО можно сделать вывод, что при планировании экспериментальной отработки необходимо внедрять и использовать такие автоматизированные системы, которые реализуют методы:

·    декомпозиции работ, для структуризации видов испытаний по каждой СЧ РН(РБ) и каждому образцу испытываемого изделия;

·    планирования потребностей ресурсов и планирования производственных ресурсов, позволяющие учитывать особенности производственной базы предприятия и уникальность испытательных стендов;

·    сетевого планирования для многовариантных взаимосвязанных цепочек этапов ЭО;

·    точно вовремя, позволяющий определить временные и ресурсные запасы при планировании сроков проведения каждого вида испытаний, а также

·    диаграммы Гантта для сравнения запланированного и фактического состояния этапа ЭО.

Кроме того, такие системы планирования должны быть увязаны с системами ведения проекта по стадиям жизненного цикла и информационной поддержки продукции.

Список литературы

1. Когаловский В.М. Происхождение ERP // Computerworld Россия – Директору информационной службы. – 2000 (май).

2. Когаловский В.М., Мищенко А.В. Проблема устойчивости оперативно-производственного планирования в машиностроении // Экономика и математические методы. - 1992. - Т. XXVIII. - Вып. 3.

3. Петров А.В. Моделирование организационно-технологической среды создания ракетно-космической техники. – М.: Машиностроение, 1999.

4. Пущенко Н.Н., Альбрехт А.В., Бизяев Р.В., Владими- ров А.В., Баталин Н.Н. Информационная модель сопровождения лабораторно-стендовой отработки изделий РКТ. // Общерос. науч.-технич. журнал «Полет». - М.: Машиностроение. - 2003.

5. Пущенко Н.Н., Бизяев Р.В., Баталин Н.Н., Халфун Л.М. Стратегия построения лабораторно-стендовой отработки ракетно-космической техники с использованием информационных моделей. // Четвертый междунар. аэрокосмич. конгр.: IAC’2003. (Сб. тез., 18-23 августа 2003 г.) - М.: СИП РИА, 2003. - С. 155.

6. Справочник директора предприятия. / Под ред. М.Г. Ла-пусты. - М.: Инфра-М, 2000.

7. Уайт О.У. Управление производством и материальными запасами в век ЭВМ. - М.: Прогресс, 1978.

8. SAP R/3 System. Function in detail. Material Management / Production Planning, SAP. 1994 / Управление материальными потоками. (Пер. на русск. яз. 1996 г.).