Разработка метода и средств поддержки взаимосвязанного моделирования проектных и управленческих процессов при автоматизации деятельности проектно-конструкторской организации

В современных экономических условиях машиностроительным предприятиям необходимо постоянно совершенствовать выпускаемую продукцию с целью обеспечения ее конкурентоспособности. Своевременный выход продукции на рынок обеспечивается при условии сокращения затрат на реализацию жизненного цикла изделия в целом, повышения эффективности и сокращения затрат в бизнес-процессах, повышения рыночной привлекательности производимой продукции. Так как многие показатели продукции закладываются на ранних этапах её создания, то возникает необходимость повышения эффективности проектной деятельности как одного из самых сложных видов интеллектуальной деятельности, выполняемых в процессе создания машиностроительных объектов. Это невозможно без использования новых информационных технологий и современных программно-технических средств.

На данный момент, одним из главных инструментов совершенствования деятельности предприятий и трансляции проектной информации на последующие стадии создания, эксплуатации и развития создаваемого изделия в едином информационном пространстве являются так называемые ИПИ-технологии (или CALS-технологии — по зарубежной терминологии).

Эффективность применения этих технологий зависит от качества заложенных в них модельных представлений, описывающих предметные области всех фаз жизненного цикла создаваемого изделия. Особенностью модельных представлений проектно-конструкторской деятельности является семантическая увязка описаний различных предметных областей. В связи с тем, что деятельность проектной организации есть совокупность различных взаимосвязанных видов деятельности (функционирования, поддержания, развития), то возрастает значимость комплексного моделирования не только этих процессов, но и сопряженных с ними процессов управления. Вместе с тем, практика внедрения современных информационных технологий обусловлена объективными факторами, снижающими эффективность их применения для проектно-конструкторских организаций:

— многоаспектность используемых в процессе проектирования знаний, обусловленная необходимостью принятия решений, базирующихся на увязке в памяти специалистов-конструкторов информации обо всем жизненном цикле машиностроительных объектов;

— внедрение разнородных автоматизированных систем различного назначения (САПР, систем организационного управления, управления качеством, управления ресурсами, электронного документооборота и др.), что затрудняет их интеграцию без предварительного моделирования деятельности проектно-конструкторской организации как единой сложной системы.

Выявленные проблемы и трудности, связанные с особенностями проектно-конструкторской деятельности, определили необходимость разработки метода и создания средств поддержки комплексного моделирования деятельности проектно-конструкторской организации в условиях внедрения ИПИ-технологий. Это позволило сформулировать цель работы и поставить научную задачу.

Целью работы является повышение эффективности деятельности проектно-конструкторской организации за счет разработки метода и средств взаимосвязанного моделирования проектных и управленческих процессов в проектно-конструкторской организации в условиях внедрения ИПИ-технологий.

Для достижения поставленной цели в работе решена научная задача, включающая: исследование существующих методов и средств моделирования деятельности проектно-конструкторской организацииформальное описание совокупности семантических моделей деятельности проектно-конструкторской организацииразработку метода взаимосвязанного семантического моделирования деятельности проектно-конструкторской организацииразработку методики взаимосвязанного моделирования проектных и управленческих процессов при автоматизации деятельности проектно-конструкторской организации в условиях внедрения ИПИ-технологийразработку инструментальных средств поддержки формирования, визуализации и обработки взаимосвязанных моделей проектных и управленческих процессов в деятельности проектно-конструкторской организации.

Научная новизна работы состоит в том, что:

— предложено формальное описание комплекса моделей деятельности проектно-конструкторской организации, заключающееся в формировании различных взаимосвязанных представлений концептуальных моделей проектной деятельности на основе системного подхода, а также визуализации и обработке полученных моделей.

— разработан метод моделирования деятельности проектно-конструкторской организации.

При разработке теоретических положений диссертационной работы использован аппарат теории множеств, теории систем, теории графов, математической логики, теории баз данных.

Практическая ценность работы заключается в разработке методики взаимосвязанного моделирования проектных и управленческих процессов при автоматизации деятельности проектно-конструкторской организации, охватывающей процедуры формирования, визуализации и обработки концептуальных моделей процесса проектирования и процесса управления проектированием, а также их взаимосвязанного представленияразработке инструментальных средств поддержки моделирования деятельности проектно-конструкторской организации, позволяющих получить набор текстовой и графической документации результатов моделирования.

В первой главе рассмотрены основные подходы к автоматизации деятельности предприятий и организаций в машиностроении, проведено исследование и проанализированы особенности деятельности проектно-конструкторских организаций, выявлены существующие методы и средства моделирования деятельности предприятий и организаций. Проведённый анализ показал, что интегрирующим элементом современных автоматизированных систем деятельности предприятий и организаций в промышленности является формирование модельных представлений, заложенных в основу этих систем. От того, насколько полно и объективно в полученных моделях отражены информация и знания о предметной области в рамках всего жизненного цикла изделия, зависит эффективность автоматизации деятельности проектно-конструкторской организации.

Деятельность любого предприятия или организации есть совокупность взаимосвязанных процессов различных видов. Эффективность основной деятельности, направленной на получение целевого продукта, зависит от процессов управления и обеспечения её ресурсами, а конкурентоспособность предприятия или организации — от процессов развитая этих видов деятельности. Для обеспечения поэтапной автоматизации деятельности предприятия или организации необходимо не только семантическое моделирование процессов и задач, подлежащих автоматизации, но и их согласованная увязка. &bdquo-Поэтому основной задачей моделирования при автоматизации интеллектуальных и информационных процессов в проектно-конструкторской организации является наличие целостного подхода к деятельности организации, при котором увязываются и согласовываются эти виды деятельности и соответственно виды моделей.

Исследования в области моделирования деятельности проектно-конструкторских организаций на примере проектно-конструкторской организации в области станкостроения позволило охарактеризовать её особенности с точки зрения системного подхода, выявить связи процесса проектирования с другими фазами в рамках жизненного цикла, оценить роль и специфику этого вида деятельности.

Выявленные особенности проектно-конструкторской деятельности определили требования к выбору методов и средств моделирования деятельности проектно-конструкторской организации. Методологии рассмотрены и проанализированы с учетом таких характеристик, как: набор модельных представленийподдерживаемые этапы жизненного цикла создаваемой прикладной автоматизированной системывозможности интеграции моделей для различных задачдостоинства и недостатки при создании, эксплуатации и развитии прикладной автоматизированной системы.

При этом анализ выявил ряд недостатков, свойственных большинству существующих методологий: отражение в модельных представлениях отдельных аспектов моделирования деятельности организаций, что не обеспечивает взаимосвязанного модельного описания с учётом таких особенностей проектной деятельности, как минимальный объем информации на начальных этапах проектирования машиностроительных объектов, наличие множества аспектов описания проектируемого объекта, итерационный и неформализованный процесс разработки объектов, наличие недокументированных знаний, используемых для получения проектных решений, распараллеливание проектных работ, обуславливающее необходимость неформального согласования их результатовсоздаваемые модельные описания разрабатываемой системы жестко ориентированы на возможности ее реализации в выбранной программно-технической среде.

В большинстве современных инструментальных средств моделирования деятельности предприятий и организаций используются существующие методологии. Анализ инструментальных средств показал, что указанные средства недостаточно полно могут учитывать выявленные особенности деятельности проектно-конструкторской организации для её моделирования. Кроме того, они обладают достаточной трудоемкостью освоения и высокой стоимостью, что затрудняет их использование в проектных организациях машиностроительного комплекса.

В тоже время, аналитический обзор позволил выделить особенности и преимущества применения методологии автоматизации интеллектуального труда (МАИТ), в которой определяющую роль при моделировании проектной деятельности играет концептуальное моделирование, позволяющее выявить и зафиксировать систему знаний и понятий выделенной предметной области, а также закономерности семантических и синтаксических модельных представлений на трех уровнях абстрагирования.

Исходя из полученных результатов анализа, был сделан вывод о необходимости разработки метода взаимосвязанного семантического моделирования проектных и управленческих процессов в деятельности проектно-конструкторской организации в условиях внедрения ИПИ-технологий. Это позволило сформулировать цель работы и поставить научную задачу для ее достижения.

Во второй главе рассмотрены вопросы обоснования совокупности моделей, описывающих деятельность проектно-конструкторской организации, их формального описания, представления и обработки.

Поскольку описание деятельности проектно-конструкторской организации есть сложный комплекс взаимосвязанных моделей, относящихся к различным видам деятельности, осуществляемых в организации, то для формирования этого описания необходимо выполнение согласованного семантического моделирования процессов проектирования и управления проектной деятельностью.

В данной главе приведено формальное описание взаимосвязанных представлений концептуальных моделей процессов проектирования и управления проектированием. Методологическим базисом для такого описания являются: укрупнённая классификация видов деятельности предприятия или организации: функционирование, управление, поддержание, развитие и системный подход. Теоретической основой для разработки данного метода служат теоретические положения концептуального моделирования в рамках методологии МАИТ и теория систем.

Выполненное формальное описание различных форм представления концептуальных моделей процесса проектирования и управления проектной деятельностью позволило перейти к разработке методики взаимосвязанного моделирования проектных и управленческих процессов в деятельности проектно-конструкторской организации.

В третьей главе изложена методика взаимосвязанного моделирования проектных и управленческих процессов в деятельности проектно-конструкторской организации. Разработанная методика используется при поэтапной автоматизации деятельности проектно-конструкторской организации в машиностроении. Формальным обоснованием данной методики является совокупность моделей, изложенных во второй главе. Исходной информацией служат результаты этапа анализа деятельности проектно-конструкторской организации: информация, полученная от экспертов предметной области и из документальных источников организации (нормативно-справочные материалы, внутренние и внешние стандарты). Разработаны алгоритмы выполнения процедур:

— формирования и графического представления концептуальной модели процесса проектирования;

— преобразование концептуальной модели процесса проектирования с учётом характеристик управления проектной деятельностью;

— формирования и графического представления концептуальной модели процесса управления.

Процедура формирования и графического представления концептуальной модели процесса проектирования позволяет описать основную функциональную область деятельности проектной организации при осуществлении единичного процесса проектирования определённого класса объектов машиностроения от предпроектного обследования до рабочего документирования.

Преобразование концептуальной модели процесса проектирования путём дополнения её недостающими характеристиками, описывающими субъектов проектных действий, требуемых ресурсов для каждого проектного действия, в том числе временных, позволяет перейти к взаимосвязанной форме представления процесса проектирования и управления проектной деятельностью как единой сложной системы.

Формирование концептуальной модели процесса управления позволяет зафиксировать: получение временных характеристик проектных задачналичие у субъектов статусных прав на осуществление проектного действияполучение значений характеристик ресурсов и их оценка, а также различных интегральных оценок, относящихся к проектным задачам более высокого уровня сложности.

Разработка данной методики позволила перейти к созданию инструментальных средств поддержки взаимосвязанного моделирования проектных и управленческих процессов в деятельности проектно-конструкторской организации.

В четвертой главе описана реализация программных средств поддержки формирования, визуализации и обработки взаимосвязанных моделей деятельности проектно-конструкторской организации.

В качестве среды реализации была выбрана программная среда Borland С++ Builder. Данное средство разработки ориентировано на создание приложений, имеющих графический интерфейс пользователя, многооконный интерфейс и поддерживающих работу с данными. Средства выбранной среды разработки позволяют поддерживать широкий спектр СУБД для хранения данных проекта. Была выбрана СУБД MS Access, обеспечивающая за счет использования технологий OLE Automation и СОМ высокий уровень интеграции между любыми установленными в системе приложениями.

Реализация автоматизированной системы включала организацию вычислительной среды: разработку структуры и состава информационной базысоздание необходимых таблиц, содержащих описание моделей деятельности проектно-конструкторской организациинабор программных модулей, обеспечивающих выполнение процедур концептуального моделирования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Выполненные исследования и практическая работа позволили получить следующие выводы и результаты:

1. Решена актуальная научная задача, состоящая в разработке метода взаимосвязанного семантического моделирования деятельности проектно-конструкторской организации, который обеспечивает повышение эффективности процессов функционирования и управления в условиях внедрения ИПИ-технологий.

2. Предложена характеристика особенностей деятельности проектно-конструкторской организации как сложной системы.

3. Выполнено «формальное описание совокупности моделей деятельности проектно-конструкторской организации, заключающееся в формировании взаимосвязанных семантических моделей проектных и управленческих процессов в деятельности проектно-конструкторской организации.

4. Разработанная на основе полученного формального описания методика взаимосвязанного моделирования проектных и управленческих процессов при автоматизации деятельности проектно-конструкторской организации в условиях внедрения ИПИ-технологий, может быть использована при формировании модельного представления с учётом как общих, так и специфичных особенностей деятельности конкретной проектно-конструкторской организации.

5. Разработана автоматизированная подсистема формирования, визуализации и обработки взаимосвязанных моделей деятельности проектно-конструкторской организации и показана ее эффективность при решении практических задач.