Software & Systems

Проблемная область жизненного цикла сложных изделий отличается разнообразием используемых данных/знаний, сложностью решаемых задач и взаимосвязей между ними.

Современное состояние технологии описания проблемной области сложных изделий самых различных типов настоятельно требует (по причинам безопасности, по экономическим, экологическим, а также по множеству других взаимосвязанных причин) перехода к новой технологии решения задач описания их жизненного цикла.

Для этого необходима система информатизации проектно-производственных процессов нового поколения, которая должна:

-  опираться на достижения традиционной технологии и возможности современных программно-технических средств;

-  основываться на современной концепции CAD/CAM/CAE;

-  обеспечивать создание и практическое использование передовой технологии виртуальных предприятий (виртуальных коллективов).

Виртуальное предприятие (виртуальный коллектив) является временным комплексом средств, включающим специалистов, технические средства, технологии, сырье, информационные ресурсы, программные средства и т.д., и предназначенным для решения конкретных задач в некоторый интервал времени.

Составляющие такого комплекса могут находиться на значительном удалении друг от друга.

В качестве виртуальных могут использоваться существующие подразделения предприятия.

Формирование и функционирование виртуального предприятия должно осуществляться на основе единого комплекса математических методов сетевого моделирования сложных проблемных областей.

В своей деятельности такой временный комплекс должен опираться на современные средства связи, на сетевые программно-технические средства, а также на центр координации функционирования виртуальных предприятий, включающий подсистему анализа и управления информацией, которая обеспечивает, в частности, решение задач контроля и безопасности при работе с информацией.

Основой для решения задач связи для виртуальных предприятий являются сети Internet и Intranet.

Поскольку цена неправильного решения задач описания жизненного цикла сложного изделия (например задач, возникающих при проектировании) может быть чрезвычайно велика, система информатизации должна учитывать все необходимые данные/знания проблемной области, весь жизненный цикл изделия. Необходима модель проблемной области, полностью адекватная решаемым задачам.

Указанная проблема является крайне сложной, поэтому для ее успешного, планомерного решения должно быть определено ядро модели проблемной области. Опираясь на это ядро будут строиться и развиваться все остальные взаимосвязанные модели, которые и составят в совокупности требуемую адекватную модель проблемной области.

Проблемная область и жизненный цикл сложного изделия

Будем рассматривать проблемную область, охватывающую задачи всего жизненного цикла сложного изделия (задачи, решаемые в ходе научно-исследовательских работ, задачи проектирования, конструирования, изготовления, испытания, эксплуатации, развития и утилизации).

Решение задачи адекватного моделирования проблемной области средствами информатики и искусственного интеллекта требует описания не только изделия, но и всего того, что имеет отношение к его жизненному циклу.

Новая технология решения задач, связанных с проблематикой сложных изделий с неизбежностью должна привести к новому типу жизненного цикла. Речь идет о переходе от традиционной этапности к представлению о постоянном преобразовании модели проблемной области в результате параллельно протекающих процессов.

Спецификация изделия – основа для построения модели проблемной области

Спецификация (СП) традиционно применяется при решении задач конструирования и изготовления изделий. Основное содержание СП – составляющие изделия (сборочные единицы, детали) и связи типа часть–целое.

При добавлении в СП некоторой составляющей должна быть обеспечена полная обработка последствий такого события. О возможности реального решения такой задачи можно говорить лишь при наличии адекватной модели проблемной области, реализованной с помощью современных программно-технических средств и методов.

При создании конкретного изделия модель СП является ядром модели проблемной области, которое так или иначе используется при решении практически всех основных задач. В частности, на модель СП опираются модели управления процессом проектирования, конструирования, изготовления и эксплуатации изделий.

Сетевая модель проблемной области и спецификации

Для описания данных/знаний проблемной области целесообразно использовать как наиболее универсальный и наглядный сетевой подход к моделированию. Необходим единый комплекс методов описания проблемной области, который должен основываться на математических моделях сетей.

Итак, для решения задач описания жизненного цикла изделия необходима сетевая модель проблемной области, причем ядром этой модели должна быть СП.

В течение всего жизненного цикла сложного изделия необходимо поддерживать целостность модели изделия, системы, в которую входит изделие, всей ситуации, сложившейся на данном этапе жизненного цикла изделия.

Сетевая модель проблемной области должна охватывать все задачи традиционного жизненного цикла изделия, о которых говорилось выше: задачи проектирования, конструирования, изготовления и т.д.

При создании сетевой модели проблемной области необходимо учитывать организационную структуру предприятия, имеющиеся средства производства и т.п.

В целях построения адекватной сетевой модели проблемной области должны выделяться классы узлов сети (которые, в свою очередь, являются узлами сети и входят в сетевую модель проблемной области), например:

-  составляющие изделия (системы, подсистемы, сборочные единицы, детали, отображаемые в СП);

-  атрибуты составляющих изделия, например обозначение, масса (также отображаемые в СП);

-  правила, которым подчиняется поведение изделия в целом, а также поведение его составляющих;

-  математические зависимости, связывающие параметры составляющих изделия;

-  геометрические модели;

-  этапы жизненного цикла изделия.

С помощью сетевой модели проблемной области необходимо объединить:

·   облик изделия, представляемый в виде геометрических моделей, параметров, характеристик;

·   отображения облика изделия в виде текстовой и графической документации;

·   расчетные методы (например методы конечных элементов – МКЭ) и данные, относящиеся к ним;

·   процедуры использования сетевых моделей для решения задач жизненного цикла изделия, в частности проектные процедуры.

В ходе жизненного цикла изделия сетевая модель проблемной области должна постоянно развиваться, для обеспечения чего требуется, в частности, аппарат оценок.

Можно выделить следующие классы необходимых оценок:

¨ оценки для принятия решения о необходимости дальнейшего развития сети;

¨ оценки сетевых моделей-решений различных исполнителей;

¨ оценки ресурсов;

¨ оценки, применяемые в целях самоконтроля системы.

Следует отметить, что все ресурсы (людские, временные, денежные), технические средства, типовые процедуры, применяемые при решении различных задач жизненного цикла изделия, и другие также представляются в виде сетевых моделей и включаются в сетевую модель проблемной области.

Необходим единый комплекс методов описания результатов работы всех коллективов и исполнителей, а также согласования между собой всех решений, принимаемых в течение всего жизненного цикла изделия.

Следует обеспечить все необходимые взаимосвязи между участниками жизненного цикла изделия, между используемыми моделями.

Эксплуатационная модель изделия (и системы, в которую входит изделие) должна формироваться на основе сетевых моделей проблемной области, относящихся к предыдущим этапам жизненного цикла.

Базовые программные средства системы информатизации

Среди существующих готовых программных средств в качестве базового средства для создания сетевой модели проблемной области системы информатизации предприятия может рассматриваться система EUCLID QUANTUM фирмы MATRA DATAVISION. Эта система обладает средствами, позволяющими начать планомерную работу по решению задачи создания адекватной сетевой модели проблемной области, а также средствами использования возможностей Intranet-технологии.

Подсистема обеспечения создания сетевых описаний проблемной области

В состав системы информатизации деятельности предприятия должна войти подсистема, обеспечивающая создание сетевых описаний проблемной области. Отметим задачи, которые должны быть решены при создании этой подсистемы:

-  разработка средств получения комплексных решений задач жизненного цикла изделия в виде сетевых моделей;

-  обеспечение получения различных вариантов решения и их оценки;

-  разработка средств всестороннего анализа и корректировки сетевых описаний проблемной области.

Сетевые модели, используемые системой информатизации, должны отображать всю сложность проблемной области:

-  множество задач жизненного цикла изделия, сетевые графики;

-  ресурсы, доступные исполнителям;

-  распределение задач между исполнителями;

-  описания конкретных задач для каждого исполнителя;

-  решения конкретных задач;

-  проблемы, связанные с ответственностью за принятые решения, c утверждением решений и т.д.

Список литературы

1. Tarassov V.B., Kashuba L.A., Cherepanov N.V. Concurrent engineering and AI methodologies: opening new frontiers. Proc. of IFIP International Conference "Feature Modeling and Recognition in Advanced CAD/CAM Systems" ( 24 - 26 Mai 1994, Valenciennes, France ). Vol. 2, 1994, pp. 869 - 887.

2. Cherepanov N.V., Pirogov M.W.. principles of development of intelligent CAD systems in machine-building plants. XXII international school and conference on computer aided design CAD-95. - Part 2. proceedings, vol. 1. Ukraine, Crimea, Yalta - Gurzuff, may 4 - 14, 1995, P.189.

3. Пирогов М.В., Черепанов Н.В. О принципах разработки интеллектуальных САПР для предприятий машиностроительного комплекса.// Интеллектуальные САПР. Междуведомств. тематич. научн. сб. - Вып. 5. - Таганрог. - 1995. - C.81-86.

4. Пирогов М.В., Черепанов Н.В. Практическое применение сетевых моделей проблемных областей при разработке интеллектуальных САПР. // Известия ТРТУ. - 1996. - № 3. - С.95-96.

GLOBEMAN'21

Проект GLOBEMAN'21, начавшийся в марте 1996 г., посвящен проблемам интеграции предприятий в контексте глобального производства 21-го века (Enterprise Integration for Global Manufacture for the 21st Century) Он направлен на разработку инновационных процессов и технологий для организации и управления новым производством на основе сетевых предприятий в условиях динамичной рыночной среды 21-го века и непрерывной революции информационных технологий. В нем участвуют как промышленные, так и университетские партнеры из разных стран и континентов. Двумя крупнейшими темами, выполняемыми по проекту GLOBEMAN'21, являются интеграция предприятий и управление жизненным циклом продукции. Следует ожидать, что производства будущего будут полностью интегрированными во времени и пространстве. Поэтому консорциум организаций, участвующих в проекте GLOBEMAN'21, планирует вести разработку деловых процессов и методов управления с использованием систем имитационного моделирования и интеллектуальных средств поддержки, исходя из информационной инфраструктуры, позволяющей преодолеть географические, временные и культурные барьеры на пути к интеграции отдельных предприятий.

Главными целями проекта являются [14]:

- создание новых деловых/ операционных процессов, методов, моделей и технологий для возникающей ныне среды глобального производства; здесь в качестве ключевых элементов выступают управление прямым и обратным жизненным циклом и компьютерная интеграция предприятий;

- улучшение качества и профессиональных характеристик производства путем создания и внедрения нескольких промышленных демонстраторов;

- прогнозирование и представление важнейших особенностей глобального производства 21-го века, позволяющего радикально усовершенствовать деловые процессы и среды отдельных предприятий.

Важнейшими итогами выполнения проекта станут:

- разработка новых средств управления производством в среде глобальных виртуальных предприятий;

- создание новых технологий и новых приложений в таких областях как моделирование, имитация, управление, искусственный интеллект, лидерство в малых группах и теория организаций;

- более глубокое понимание ключевых процессов производства;

- построение рациональной архитектуры компьютерно интегрированных организаций для более эффективного и высококачественного производства в различных отраслях.

Среди технических результатов проекта ожидаются:

-      реализация поддержки удаленного на значительное расстояние заказчика, исходя из сведений о реальных заказчиках и реальных продуктах, выпускаемых заводами, расположенными в различных частях света;

-      разработка базового подхода к представлению знаний для поддержки удаленного заказчика с использованием IDEF3;

-      разработка демонстрационного прототипа системы поддержки заказчика в сети Internet с помощью Web -средств;

-      программирование Java-приложений для поддержки дистанционной диагностики.

 Проект несет в себе выгоды как для промышленных партнеров, так и для университетов. Первым он обеспечивает: проведение большого числа необходимых предпроектных исследований, которые часто бывают не по карману отдельным компаниям; уменьшение риска при внедрении и отработке новых технологий; получение информации о передовых информационных технологиях и демонстрацию их в глобальных масштабах. Компании, предоставляющие определенную информацию о своих деловых процессах, получают взамен знания, новые инструментальные средства и понимание важнейших путей поддержки их бизнеса.

Его значимость для университетов и исследовательских организаций связана прежде всего с возможностью демонстрации и внедрения практических результатов исследований в промышленной среде, их оперативной оценки и внесения корректив, диктуемых реальными требованиями промышленности, развитием теории кооперации предприятий.

Сам консорциум GLOBEMAN служит примером сетевого (виртуального) предприятия, функционирование которого основано на процедурах управления разработками и коммуникации, осуществляемых с помощью электронной почты, WWW-сервера, компьютерных конференций, общих для партнеров видео- и аудиоданных, и т.п.

В процессе реализации проекта к осени 1997 г. были разработаны следующие инструментальные средства:

- система прототипов на основе платформы, объединяющей реальные и виртуальные модели;

- общая платформа для демонстрационных прототипов была разработана с использованием WWW-технологий и их расширений в CGI и Java;

- прототип всемирной имитационной среды (World Wide Simulation Environment) для виртуального предприятия;

- прототип системы управления данными на основе моделирования деятельности;

- прототип системы календарного планирования с помощью моделирования ограничений.

В качестве демонстрации было построено первое отображение виртуального и глобального предприятия на архитектуру жизненного цикла, основанное на расширенной методологии PERA (Purdue Enterprise Reference Architecture). Был построен демонстрационный прототип цепи поставок (supply chain), раскрывающий нетривиальные вертикальные и горизонтальные механизмы координации агентов в цепи поставок. Эти механизмы включают формирование рабочей группы, переговоры по заданию с заказчиками и подрядчиками, сопровождение и перестроение путем изменения задания и новых переговоров с заказчиками и подрядчиками.

¨ оценки для принятия решения о необходимости дальнейшего развития сети;

¨ оценки сетевых моделей-решений различных исполнителей;

¨ оценки ресурсов;

¨ оценки, применяемые в целях самоконтроля системы.

Следует отметить, что все ресурсы (людские, временные, денежные), технические средства, типовые процедуры, применяемые при решении различных задач жизненного цикла изделия, и другие также представляются в виде сетевых моделей и включаются в сетевую модель проблемной области.

Необходим единый комплекс методов описания результатов работы всех коллективов и исполнителей, а также согласования между собой всех решений, принимаемых в течение всего жизненного цикла изделия.

Следует обеспечить все необходимые взаимосвязи между участниками жизненного цикла изделия, между используемыми моделями.

Эксплуатационная модель изделия (и системы, в которую входит изделие) должна формироваться на основе сетевых моделей проблемной области, относящихся к предыдущим этапам жизненного цикла.

Базовые программные средства системы информатизации

Среди существующих готовых программных средств в качестве базового средства для создания сетевой модели проблемной области системы информатизации предприятия может рассматриваться система EUCLID QUANTUM фирмы MATRA DATAVISION. Эта система обладает средствами, позволяющими начать планомерную работу по решению задачи создания адекватной сетевой модели проблемной области, а также средствами использования возможностей Intranet-технологии.

Подсистема обеспечения создания сетевых описаний проблемной области

В состав системы информатизации деятельности предприятия должна войти подсистема, обеспечивающая создание сетевых описаний проблемной области. Отметим задачи, которые должны быть решены при создании этой подсистемы:

-  разработка средств получения комплексных решений задач жизненного цикла изделия в виде сетевых моделей;

-  обеспечение получения различных вариантов решения и их оценки;

-  разработка средств всестороннего анализа и корректировки сетевых описаний проблемной области.

Сетевые модели, используемые системой информатизации, должны отображать всю сложность проблемной области:

·         множество задач жизненного цикла изделия, сетевые графики;

·         ресурсы, доступные исполнителям;

·         распределение задач между исполнителями;

·         описания конкретных задач для каждого исполнителя;

·         решения конкретных задач;

·         проблемы, связанные с ответственностью за принятые решения, c утверждением решений и т.д.

Список литературы

1. Tarassov V.B., Kashuba L.A., Cherepanov N.V. Concurrent engineering and AI methodologies: opening new frontiers. Proc. of IFIP International Conference "Feature Modeling and Recognition in Advanced CAD/CAM Systems" (24 – 26. Mai 1994, Valenciennes, France ). Vol. 2, 1994. - p. 869 - 887.

2. Cherepanov N.V., Pirogov M.W. principles of development of intelligent CAD systems in machine-building plants. XXII international school and conference on computer aided design CAD-95. - Part 2. Proceedings. vol. 1. Ukraine, Crimea, Yalta – Gurzuff. may 4 - 14, 1995. - P.189.

3. Пирогов М.В., Черепанов Н.В. О принципах разработки интеллектуальных САПР для предприятий машиностроительного комплекса.// Интеллектуальные САПР. Междуведомств. тематич. научн. сб. - Вып. 5. - Таганрог. - 1995. - C.81-86.

4. Пирогов М.В., Черепанов Н.В. Практическое применение сетевых моделей проблемных областей при разработке интеллектуальных САПР. // Известия ТРТУ. - 1996. - № 3. - С.95-96.