Software & Systems

Статья посвящена вопросам построения единой инфраструктуры, обеспечивающей эффективную компьютерную интеграцию производства в рамках архитектуры открытой системы на базе средств искусственного интеллекта (ИИ), и в первую очередь многоагентных систем, а также с использованием необходимых стандартов по разнородным данным и моделям продукции, распределенной обработке, управлению в сетях, имитационному моделированию предприятий. Для решения этой задачи требуется построение новых форм компьютерной интеграции производства в виде сетевых (распределенных, расширенных, горизонтальных, фрактальных, виртуальных) предприятий [1,2], проектирование и управление жизненными циклами продуктов и процессов [3,4] на основе CALS-технологий и дальнейшее развитие децентрализованных, процессуально-ориентированных стратегий и методов типа стратегий совмещенной разработки (Concurrent Engineering), например проектирования для конкретного внутреннего клиента на предприятии (Design for Manufacturing, Design for Assembly, Design for Quality), тотального управления качеством (Total Quality Management) и ресурсосберегающей методики точно в срок (Just-In-Time).

Традиционно термин компьютерно-интегрированное производство (КИП, или CIM (англ.)) указывает на частично автоматизированное промышленное предприятие, где все процессы, связанные с производством продукции, объединены и управляются компьютерами [5]. Понятие КИП включает в себя системы автоматизированного проектирования (СAD), автоматизированные системы технологической подготовки производства (CAPP), системы автоматизированного контроля качества (CAQ), автоматизированные системы инжиниринга (CAE) и автоматизированные производственные системы (CAM) [5-7]. Сюда в первую очередь относятся проблемы интеграции CAD/CAM и CAD/CAM/СAE, организации совмещенного проектирования и ресурсосберегающего производства (Lean Production). Cейчас отчетливо проявляется тенденция рассмотрения КИП с позиций охвата почти всех стадий жизненного цикла продукта, что получило в международной практике (ISO 9004-87) название петля качества. В общем случае КИП может охватывать все стадии жизненного цикла в рамках производственной фазы: от стадии маркетинга до стадии распространения и сбыта готовой продукции. Остальные стадии могут пониматься как внешние по отношению к КИП и находиться с ним в постоянном взаимодействии. Однако теперь к КИП начинают относить даже стадию утилизации продукции, и в контексте учета требований глобальной экологии при проектировании (Design for Environment) [8] активно решаются проблемы обратного производства (Inverse Manufacturing) или обращения жизненного цикла продукции (Inverse Life Cycle), то есть процессы, связанные с рекуперацией и повторным использованием отработанной продукции [9].

Итак, основная тенденция развития КИП связана с интеграцией передовых информационных технологий вокруг жизненного цикла продукции предприятия. Но для современной рыночной среды предприятий ²чисто производственную² стратегию компьютерной интеграции по жизненному циклу продукта следует дополнить новыми организационно-управленческими стратегиями, связанными с поддержкой процессов жизнедеятельности самого предприятия, обеспечением более эффективной коммуникации его отделов и служб, тесной кооперации с партнерами, оперативного взаимодействия с клиентами. Такая идея многомерной компьютерной интеграции [10] лежит в основе развиваемой нами концепции МетаКИП. В русле этой концепции компьютерная интеграция производства предполагает сближение целей и повышение уровня взаимного доверия между поставщиками и потребителями, обмен ресурсами и опытом между предприятиями-партнерами, что достигается путем широкого внедрения Internet/Intranet-сетей предприятий. Здесь создание виртуально связанных рабочих мест приводит к размыванию границ предприятия, стиранию различий между внутренними и внешними членами организации, заказчиками и исполнителями, то есть к развитию принципиально новых форм коллективного труда. При этом открытые развивающиеся сетевые высокоинтегрированные организационные структуры на базе Web-технологий и систем искусственного интеллекта служат как инструментальные средства построения КИП (в узком смысле слова), что оправдывает введение термина МетаКИП.

Узловой проблемой развития методологии МетаКИП является интеллектуализация производственных систем и предприятий, которая предполагает систематизацию промышленных знаний и создание больших распределенных баз знаний, а также построение стандартов (норм), облегчающих обмен знаниями. Интеллектуализация предприятий включает как структурные инновации, так и изменения в поведении и эволюции предприятия. С одной стороны, одна из главных целей создания интеллектуального предприятия – получение большей эффективности, продуктивности и рентабельности благодаря привлечению дополнительных средств на адаптационную и поисковую деятельность. Это может достигаться в результате уменьшения затрат, обусловленных внутренними факторами жизнедеятельности предприятия, путем сокращения числа вертикальных уровней иерархии и, как следствие, высвобождения ресурсов на обработку информации и принятие решений. В интересах достижения более высокого уровня сотрудничества и координации подразделений и служб предприятия следует предусмотреть пути повышения их автономности и активности, например благодаря увеличению числа и значимости симметризуемых отношений в системе. С другой стороны, интеллектуальность предприятия обеспечивает гибкое и в то же время устойчивое равновесие его поведения путем постоянной структурной самореорганизации (обновления) в условиях динамичной среды. Чем сложнее и разнообразнее формы влияния организации на среду, чем больше альянсов и ассоциаций при этом образуется, тем интеллектуальнее ее поведение. Главные принципы поведения интеллектуальных предприятий – коадаптация и коэволюция, а их устойчивость и повышенная конкурентоспособность обусловлены возможностью строить и реализовывать модель своего потребного будущего. В целом они характеризуются процессами интенсивной переработки знаний, преобразованием интеллектуальных ресурсов в продукты и услуги, обеспечивающие их выживание и процветание.

Таким образом, организационные структуры компьютерно-интегрированных предприятий нового типа чаще всего носят открытый и распределенный, гибкий и автономный характер, что означает общее увеличение степени универсальности производственных ячеек и необходимость развития междисциплинарных рабочих групп как базовых единиц организации предприятий, рост числа горизонтальных связей, приоритет ресурсосберегающих стратегий и отношений координированного сотрудничества. Концептуальное проектирование таких предприятий можно вести, комбинируя подобные характеристики, по возможности представленные в форме экстремальных принципов (см. табл.).

Рассмотрим подробнее понятие виртуального предприятия, которое выступает как ядро концепции МетаКИП. Виртуальное предприятие – это сетевая, компьютерно-опосредованная организационная структура, состоящая из неоднородных компонентов, расположенных в различных местах. Обычно оно создается путем отбора требующихся людских и организационно-технологических ресурсов с различных предприятий и их электронной интеграции, приводящей к формированию виртуальной организационной системы, которая характеризуется гибкостью, динамичностью, большей приспособленностью для скорейшего выпуска новой продукции и ее оперативной поставки на рынок.

На наш взгляд, виртуальное предприятие может рассматриваться как своего рода метапредприятие, объединяющее цели, ресурсы, традиции и опыт нескольких предприятий при разработке сложных инновационных проектов или производстве продукции мирового класса. Создание виртуального предприятия означает интеграцию уникального опыта, производственных возможностей и передовых технологий ряда предприятий-партнеров вокруг некоего проекта, который они не могут выполнить в отдельности (образование европейского консорциума AIRBUS Industries, производящего аэробусы A-310 и др., объединение усилий фирм Apple и Sony при работе над проектом Powerbook, а также партнерство компаний AT&T, Marubeni Trading Co и Matsushita Electric Industrial Co при проектировании компьютера (notebook) Safari).

В частности, образование виртуальной организации из неоднородных агентов может обеспечить взаимную компенсацию их недостатков и усиление преимуществ. Так, например, можно объединить достоинства больших предприятий (мощных, но обладающих сильной инерционностью и медленно реагирующих на изменения рынка) и малых предприятий (испытывающих недостаток в ресурсах, но способных быстро реагировать на изменения и перестраиваться).

Типоваая инфраструктура виртуального предприятия в машиностроении может включать следующие основные составляющие [1,11]: cеть Internet/Intranet, международный стандарт для обмена данными по моделям продукции STEP (Standard for the Exchange of Product model data) и стандарт на взаимодействие прикладных программ CORBA (Common Object Request Broker Architecture). При этом прикладные программы, представленные в стандарте CORBA, могут использовать данные, получаемые через Internet в формате STEP. При создании общей инфраструктуры язык IDL, применяемый в CORBA, объединяется с языком описания данных EXPRESS, используемым в стандарте STEP. Здесь IDL описывает интерфейсы работы с прикладными программами, а объектно-ориентированный язык EXPRESS служит для получения нормализованных моделей данных.

Таким образом, основой инфраструктуры является World Wide Web Server, содержащий протоколы коммуникации для организации данных и обеспечения доступа к ним через Internet. Стандарт STEP позволяет осуществлять обмен данными по различным моделям продукции, что дает возможность другим приложениям понимать семантику производственной информации. С его помощью строятся нормализованные объектные модели, называемые информационными и служащие для производственных приложений. В свою очередь, открытая спецификация CORBA обеспечивает применение совместных ресурсов путем поддержки обмена сообщениями между объектами или агентами сети (например многократно используемыми программами, составляющими приложение клиент-сервер в распределенной среде). Подобно языку HTML, применяемому в системе Web, СORBA-совместимые брокеры объектных запросов не зависят от вида платформы и могут использоваться с различными операционными системами.

В целом понятие виртуального предприятия можно охарактеризовать следующими главными признаками [1,2].

1. Интеграция лучших средств и опыта различных предприятий в рамках стратегически целесообразных объединений и союзов.

2. Организация по проектам или вокруг ключевых процессов (сквозных деловых процессов предприятия или жизненного цикла продукта).

3. Образование самоуправляемых автономных рабочих групп, обеспечение взаимовыгодного сотрудничества и координации деятельности лиц и коллективов, пространственно удаленных друг от друга.

4. Разделение общих ресурсов большой мощности.

5. Временный характер, гибкость, реактивность, возможность быстрого образования, реструктурирования и расформирования в нужное время.

6. Максимально широкое распределение властных полномочий, принятие решений на всех уровнях организационной иерархии, сочетание восходящего и нисходящего проектирования.

7. Организация компьютерно-опосредованных процессов группового взаимодействия, включая встречи в сети (meetings on the network) и согласованные потоки работы (workflow), обеспечение свободного обмена идеями внутри и между уровнями организационной иерархии.

8. Разработка неоднородных компьютерных сред и сетей, использование архитектуры клиент-сервер, применение программных средств обеспечения коллективной деятельности (groupware) различного класса.

Показательными примерами, иллюстрирующими актуальность теоретического осмысления виртуальных предприятий и развития концепции МетаКИП, служат новые десятилетние проекты всемирной подпрограммы "Интеллектуальные производственные системы" (IMS)[12,14], выделившейся из известной программы ЕС ESPRIT. Это "Планетарный человек 21-го века" (GLOBEMAN'21); "Производственные системы следующего поколения" (Next Generation Manufacturing Systems - NGMS); GNOSIS; "Холонические производственные системы" (Holonic Manufacturing Systems – HMS, "Инициатива и интеллектуальные заводы" и другие.

Список литературы

1.Тарасов В.Б. Новые стратегии реорганизации и автоматизации предприятий: на пути к интеллектуальным предприятиям// Новости искусственного интеллекта. -1996. - № 4 - С.40-84.

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

3. Alting L. Life cycle design//Concurrent Engineering: Issues, Practice and Technology.–1994.-V.1.-№6.-P.19-27.

4. Boer C.R., Jovane F. Towards a new model of sustainable production: ManuFuturing// Annals of the CIRP. – 1996. – V.41. - №1. – P. 415-420.

5. Kusiak A. Artificial Intelligence and CIM Systems // Artificial Intelligence Applications for CIM/ Ed. by A.Kusiak. – Bedford: IFS Publications, 1988. - P.1-30.

6. Горнев В.Ф. Унификация построения математических моделей КИП// Вестник МГТУ. Сер. Машиностроение.- 1995. - N°3.- С. 4-11.

7. Architectures for Enterprise Integration/ Ed. by P.Bernus, L.Nemes and T.Williams. – Melbourne: Chapman and Hall, 1996.

8. Schott H., Birkhofer H. Global engineering network: applications for green design// Proc. of IFIP WG 5.3 International Conference PROLAMAT'95 “Life Cycle Modelling for Innovative Products and Processes” (November 29-December 1, 1995)/ Ed. by F.L.Krause, H.Jansen. - Berlin: Springer, 1996.

9. Kimura F., Suzuki H. Product life cycle modelling for inverse manufacturing // Proc. of IFIP WG 5.3 International Conference PROLAMAT'95 “Life Cycle Modelling for In- novative Products and Processes” (November 29-December 1, 1995) / Ed. by F.L.Krause, H.Jansen. - Berlin: Springer, 1996.- P. 81-89.

10. Tarassov V., Perfilyev S., Deneux D. Structural-Technological Solutions in Concurrent Design// Proc. of International Conference "Concurrent Engineering Europe'97: Building Tomorrow's Virtual Enterprise" (CEE’97, Erlangen, Germany, April 16-18 1997)/ Ed. by K.Reger. - Budapest: Simulation Councils Inc., 1997. - P. 10-18.

11. Hardwick M., Spooner D., Rando T., Morris K. Sharing manufacturing information in virtual enterprises// Communications of the ACM. - 1996. - Vol.39, № 2. - P.46-54.

12. Intelligent Manufacturing Systems. Guide for Proposers.- 1997.

13. Van Puymbroeck W. Intelligent manufacturing systems: an international initiative in R&D cooperation// Proc. of the First International Workshop on Intelligent Manufacturing Sys- tems (IMS-Europe 1998, Lausanne, Switzerland, 15-17 April, 1998).

14. Gaines B.R., Norrie D.H. Knowledge Systematization in the International IMS Research Program// Proc. of 1995 IEEE Conference on Systems, Man and Cybernetics “Intelligent Systems for 21st Century”, v.1. - P.958-963.