CC BY
83
УДК 621.879 : 625.7.08
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ КАК ИНСТРУМЕНТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РАЗРАБОТЧИКОВ И ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ТЕХНИКИ
В.П. Павлов
Рассмотрены возможности и пути взаимодействия разработчиков и потребителей в интегрированной информационной среде с целью повышения конкурентоспособности техники. Показано, что потребитель техники становится полноправным участником ее жизненного цикла
Ключевые слова: машины, проекты, жизненный цикл
Повышение конкурентоспособности создаваемых одноковшовых экскаваторов (ЭО) обеспечивают не только снижением себестоимости, а в большей степени повышением качества машин и максимального соответствия конкретным требованиям потребителя за счет разнообразия сменного рабочего оборудования и рабочих органов. Последнее обусловливает жесткие требования к этапу проектирования, на котором определяются основные технические, технологические и экономические параметры.
Практическая исчерпанность ресурса традиционной технологии теоретического исследования и проектирования ЭО затрудняет адаптацию разработчиков к быстро изменяющимся требованиям рынка, перестройке производственных процессов и тотального управления качеством. Существующие методологические подходы и программные средства проектирования ЭО дают лишь частичное решение проблемы целостности, не учитывают необходимость информационного обмена по этапам жизненного цикла (ЖЦ) машины, не обеспечивают процессов накопления информации.
На современном этапе развития экономических отношений при реализации инвестиционных проектов повышения технического уровня и конкурентоспособности строительных машин имеет место несовпадение интересов их производителей и потребителей. Поэтому цена на машину, и это считается нормой в открытой экономике, формируется производителем на фоне конкретной конкурентной среды, в которой могут присутствовать иностранные фирмы. Критерием оптимальности обновления выпуска машин с точки зрения производителя обычно считается суммарная прибыль заводов от реализации традиционной и новой техники с учетом затрат на ее освоение и производство. Здесь строительная машина рассматривается только как продукт труда.
Экономический эффект (прибыль) от строительной машины формируется, в конечном счете, в сфере эксплуатации. Здесь машина выступает как средство труда. Обычно полагают, что новые машины эффективны при выполнении объема работы строительной фирмы, если соизмерение затрат на их включение в строительное производство и по-
Павлов Владимир Павлович - СФУ, канд. техн. наук, профессор, e-mail: [email protected]
ложительных результатов применения даст положительный экономический эффект на единицу продукции. Предполагается также, что заявки по поставкам машин могут быть удовлетворены без ограничений. В зависимости от управленческой модели поведения строительной фирмы (максимизация объемов работ или прибыли, повышение рентабельности, увеличение стоимости фирмы и др.) выстраивается тактика выживания потребителей техники.
Вместе с тем рыночные факторы ориентируют различных участников экономических отношений на совместное с предприятием-производителем решение экономических задач технического перевооружения и повышения конкурентоспособности новой техники [1]. В современных условиях этому способствует также стремительное развитие информационных систем, обеспечивающих развитие кооперации между субъектами жизненного цикла (ЖЦ) машин [2]. Конкурентная борьба за скорость выхода на рынок во многих сегментах экономики практически завершена, производители по этому критерию уже уравняли шансы. Основные усилия перенесены на инновации и «глобальное качество», под которым понимается качество не только машин, но и обслуживания, взаимодействия с заказчиком и т. д., что стало стимулом появления новых экономических агентов (малых предприятий инновационной направленности) в области конструкторско-технологических разработок, информационного обеспечения, сервиса и др.
В совокупности перечисленные факторы подготовили основания одной из базовых технологий -системы менеджмента качества (СМК), задачи которой перечислены в таблице. Рассмотрим некоторые основные условия решения задачи повышения конкурентоспособности строительных машин в многоагентной экономической среде на базе сетевого (виртуального) предприятия. Типичная инфраструктура такого предприятия реализована в Красноярском государственном техническом университете [3].
Виртуальное предприятие создается в результате объединения на контрактной основе предприятий и организаций, участвующих в ЖЦ продукции и связанных общими бизнес-процессами. Информационное взаимодействие участников виртуального предприятия осуществляется на основе общих хранилищ данных через общую корпоративную или глобальную сеть. Срок жизни виртуального
предприятия определяется длительностью проекта или жизненного цикла продукции.
Задачи СМК, связанные с процессами жизненного цикла изделия (по ГОСТ Р ИСО 9001-2001)___________
Раздел стандарта Решаемые задачи
7 Процессы жизненного цикла продукции
7.1 Планирование процессов жизненного цикла продукции
7.2 Процессы, связанные с потребителями
7.3 Проектирование и разработка
7.4 Закупки
7.5 Производство и обслуживание
7.6 Управление устройствами для мониторинга и измерений
Уровень технологичности предприятий будет определяться как их оснащенностью современными средствами производства, так и способностью работать в определенной системе управления. Иначе говоря, способностью эффективно работать в системе управления виртуальным предприятием на базе технологии информационной поддержки (ИПИ) ЖЦ. Создание виртуальной организации из неоднородных агентов обеспечивает взаимную компенсацию их недостатков и усиление преимуществ. Так, например, объединяются достоинства больших предприятий (мощных, но обладающих сильной инерционностью и медленно реагирующих на изменения проектов или рынка) и малых предприятий (испытывающих недостаток в ресурсах, но способных быстро реагировать на изменения и перестраиваться). Значение имеет также совместное использование дорогостоящего программного обеспечения для поддержки ЖЦ машин.
Интегрированная информационная среда (ИИС) для проектирования машины формируется не только на отдельных предприятиях, но и (что более важно) в рамках объединения предприятий. Основными задачами создания ИИС являются: хранение и передача информации; повышение эффективности процессов ЖЦ; решение задач СМК.
Из общей проблематики ИПИ-технологии, имеющей ряд аспектов, в статье рассматриваются только те, которые определяют формирование концепции (облика) машины при взаимодействии всех участников ЖЦ машины. ИПИ-технология призвана решать противоречивые по своей сути задачи: с одной стороны, обеспечивать максимальное удовлетворение требований заказчика к машине в течение всего ее ЖЦ, а с другой - обеспечивать максимально возможный в этих условиях уровень унификации оборудования, производимого во многих вариантах.
Для работы в ИИС может использоваться виртуальная модель машины [4]. На рис. 1 представлены два ее фрагмента: 3^-модель экскаватора четвертой размерной группы в виде «сборки»; взаимо-
действие с пакетом автоматизированного инженерного анализа. Модель рабочего оборудования импортирована в уг^иаШси^гап, где оценивалось напряженно-деформированное состояние элементов рабочего оборудования.
б
Рис. 1. Виртуальная модель экскаватора четвертой размерной группы и ее использование в составе системы проектирования: а - 3,0-модель экскаватора в среде Solid Works; б - модель оборудования в visual-Nastran
Технология работы с виртуальной моделью машины используется в практике проектирования экскаваторов и в учебном процессе СФУ (бывшего КГТУ). При этом реализован полный цикл анализа конструкций: разработка ее геометрии - геометрическое моделирование; задание характеристик материалов элементов конструкции; выбор типов конечных элементов; разбиение конструкции на конечные элементы; формирование системы нагрузок, задание их значений или функциональных зависимостей от параметров модели и т.д. Виртуальная модель машины может передаваться в интегрированной информационной среде по всем этапам проектирования и этапам ЖЦ [4].
Потребитель машины является полноправным участником ЖЦ машины на этапах формирования задания на проектирование и эксплуатации, и ему необходимо обеспечить доступ в ИИС. Поскольку заказчика интересуют только потребительские свойства машины или ее сменного оборудования, в качестве средства доступа к ИИС он будет использовать не PDM-систему, а интерактивные электронные технические руководства (ИЭТР), поставляемые заказчику в электронной форме (например, на CD). Информационное наполнение ИЭТР происходит главным образом на стадиях разработки и производства изделия, а
применение ИЭТР - на стадии эксплуатации и утилизации.
При формировании концепции и структуры (конфигурации) машины позиция заказчика может быть превалирующей. В информационных моделях понятие конфигурации изделия трактуется несколько шире, чем в общепринятой семантике [2]. Конфигурация - это структура предполагаемого к воплощению разрабатываемого или существующего изделия, обладающая эксплуатационными, функциональными и физическими атрибутами. Соответственно данному определению выделяют управление конфигурацией (УК) как управленческую технологию и объект конфигурации (ОК). Заметим, что любое требование, предъявляемое к изделию, является желаемым свойством. Такое определение позволяет сопоставлять требования с фактическими свойствами изделия и устанавливать различия между ними (отклонения от требований).
Сущность понятий, связанных с конфигурацией изделия, зависит от конкретного контекста их применения. В процессе проектирования (конструкторский аспект) исходные объекты конфигурации разукрупняются в ОК более низких рангов. Например, структура экскаватора может быть представлена в виде графа, вершины которого соответствуют подсистемам (агрегатам), а ребра -отношениям. Для задач функционального анализа вершины графа интерпретируются как блоки требований, а в проектных процедурах это конструктивные исполнения узлов и агрегатов. В последнем случае используют корневое дерево специального вида (И-ИЛИ-дерево решений). В этом дереве каждая вершина относится к одному из трех типов: вершина типа И (обозначаемая на схемах знаком •); вершина типа ИЛИ (обозначаемая о); «конечная» вершина (обозначаемая знаком ±).
При составлении И-ИЛИ-дерева решений, а также при выделении из И-ИЛИ-дерева одного из содержащихся в нем решений пользуются следующими правилами: корень дерева входит в любое техническое решение (ТР); если вершина типа И входит в ТР, то все ее преемники также входят в ТР; если вершина типа ИЛИ входит в ТР, то один и только один ее преемник входит в ТР; вершины типов И и ИЛИ имеют не менее одного преемника.
И-ИЛИ-дерево экскаватора [4] по содержанию представляет собой конфигурацию машины в конструкторском контексте (рис. 2): 1 - экскаватор; 2 -поворотная платформа; 3 - ходовое устройство; 4 -гусеничное устройство; 5 - пневмоколесное устройство; 7 - устройство с отвалом и выносными опорами; 8 - шагающее устройство; 9 - портальное устройство; 10 - рабочее место машиниста; 11
- кабина; 12 - пульт вне экскаватора; 13 - силовая установка; 14 - рабочее оборудование; 15 - рабочие органы; 16 - сменные рабочие органы: 17... 38
- варианты исполнения рабочих органов и рабочего оборудования; 39 - трансмиссия; 40 - механизм
поворота и хода; 41.47 - элементы привода и системы управления.
-1 10К-0
Рис. 2. Функциональная конфигурация экскаватора, ассоциированная с его И-ИЛИ-деревом
При этом вершины дерева можно трактовать как объекты конфигурации разных уровней. Объекты конфигурации верхнего (нулевого) уровня представляют собой концепцию изделия (в отечественной литературе используют также термины «облик изделия» или «лицо изделия»), а другие компоненты - как объекты конфигурации соответствующих уровней.
Другим контекстом рассмотрения конфигурации является потребительский. Здесь формулируются и отслеживаются требования, которые выполняет изготовитель. Задача управления конфигурацией включает: декомпозицию общих требований к изделию таким образом, чтобы выделить из них группы, которые можно однозначно связать с конкретными ОК; формирование информационной модели функциональной структуры изделия, состоящей из выделенных ОК; сопоставление требований к ОК со свойствами конкретных технических решений, реализующих ОК, в том числе посредством расчетных методов и моделирования и др. [2].
Важным результатом управления конфигурацией является то, что потребителю поставляется не только само изделие, но и документированные доказательства соответствия изделия и всех его компонент заданным требованиям. Это, с одной стороны, служит основой гарантии качества, а с другой -защищает поставщика от необоснованных претензий. Приведенную схему (см. рис. 2) можно детализировать, дополнив ее данными о модификациях и исполнениях.
Если в нашем примере вершины дерева отображают свойства и/или требования к компонентам, то само дерево есть расширенный классификатор объекта классификации. Выделяя в дереве любой подграф, заказчик, например, формирует следующее требование: «Необходим экскаватор со сменным рабочим органом в виде рыхлителя».
Из анализа рассмотренного дерева следует: для каждого объекта конфигурации на уровне ОК-0 можно выделить подграф, приводящий к некоторой конечной вершине. Этот подграф однозначно определяет требования к модификации или исполнению машины. А множество таких графов отражают концепцию машины.
Если для проектируемой многоцелевой машины уже есть готовая базовая машина, то задача сводится к поиску необходимых компонентов обору-
дования в соответствующей базе данных. При отсутствии готовых решений начинается проектирование соответствующего оборудования или рабочего органа. На различных стадиях ЖЦ и в разных контекстах устанавливается соответствие между деревом требований и конструкторским деревом машины.
Для каждой ситуации информационная модель видоизменяется. Иными словами, обеспечивается согласование требований и фактических свойств машины, что и является основным смыслом технологии управления конфигурацией. Практические вопросы взаимодействия участников совместных проектов отрабатываются на базе сетевого, включающего несколько структур [3]. Использование метода функционального моделирования позволит создать специализированные базы знаний в своих прикладных областях; взаимоувязать специализированные базы знаний с помощью интегрированной системы управления виртуальным предприятием; тиражировать специализированные базы знаний в других создаваемых виртуальных предприятиях.
Сибирский федеральный университет (г. Красноярск)
Новые организационно-технические и юридические формы сотрудничества потребителей и изготовителей техники и других агентов экономической деятельности являются реальной основой эффективного производства конкурентоспособной техники.
Литература
1. Луцкий, С. Я. Корпоративное управление техническим перевооружением фирм / С.Я. Луцкий, А.Я. Ландсман. - М.: Высш. шк., 2003. - 319 с.
2. Судов, Е.В. Интегрированная информационная поддержка жизненного цикла машиностроительной продукции. Принципы. Технологии. Методы. Модели / Е.В. Судов. - М.: ООО Издательский дом «МВМ», 2003. - 264 с.
3. Сарафанов, А. В. Организация виртуального предприятия на базе структурных подразделений технического вуза / А.В. Сарафанов, В.О. Рутков-ский // Информационные технологии: Науч.-техн. журн. 2004. № 5. С. 2-6.
4. Павлов, В. П. Основы системотехники многоцелевых землеройных машин / В.П. Павлов. - Новосибирск: Изд-во СО РАН; Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. - 332 с.
INFORMATION TECHNOLOGY AS THE INTERACTION TOOL DEVELOPERS AND TECHNICS CONSUMERS
V.P. Pavlov
Possibilities and ways of interaction of developers and consumers to the integrated information environment for the purpose of increase of competitiveness of technics are considered. It is shown that the technics consumer becomes the full participant of its life cycle
Key words: cars, projects, life cycle
