Управление технологической подготовкой производства в среде PDM-системы

ТЕХНОЛОГИЯ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ _ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА

УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКОЙ ПРОИЗВОДСТВА В СРЕДЕ PDM-СИСТЕМЫ

Д.Д. Куликов, Е.И. Яблочников

В работе предложена методика применения PDM-систем для управления технологической подготовкой производства приборов и машин. На базе PDM «SMARTIM» показано использование PDM для всех функций управления ТПП, а также отслеживание жизненного цикла изделия на стадии ТИП.

Управление технологической подготовкой производства (ТПП) - это сложный, динамический процесс, от эффективного выполнения которого во многом зависит не только трудоемкость и стоимость технологической подготовки запускаемого изделия, но и стоимость изготовления самого изделия. Использование современных информационных технологий (ИТ) позволит по-новому организовать управления ТПП, сократить время и стоимость ТПП, повысить качество принимаемых решений. Однако в настоящее время мало работ, посвященные вопросам управления ТПП на базе информационных технологий, что и определяет актуальность данной статьи. В работе изложен один из возможных подходов по управлению ТПП с помощью систем класса PDM (Product Data Management - управления данными о продукте).

В результате анализа возможностей ИТ разработана методика управления ТПП, которая базируется на следующих основных положениях:

• управление ТПП основывается на использовании иерархической многоуровневой сети управления;

• управление ТПП ведется в среде PDM-системы, которая является основным инструментальным средством управления ТПП;

• управление ТПП выполняется с помощью распоряжений, хранимых в дереве проекта PDM-системы;

• для автоматизации контроля управления применяется технология «workflow», встроенная в PDM-систему.

PDM-система дает возможность организовать открытую информационную среду для быстрого авторизованного доступа ко всем информационным объектам, необходимым для управления ТПП [1, 2]. В качестве PDM-системы выбрана система SMARTEAM (разработка SmarTeam Corp./Dassault Systems).

На рис.1 изображена достаточно традиционная схема управления организационной системой, модули которой реализуют основные функции управления. Контур обратной связи образуется модулями учета, контроля и оперативного управления. В производственной практике функции, выполняемые этими модулями, объединяют в функцию диспетчирования ТПП.

Субъекты управления функционируют на базе автоматизированных рабочих мест, включенных в локальную или (и) глобальную сеть. Для этого в SMARTEAM используются следующие компоненты: SmartBox - организация внутренней почты, SmartWeb - доступ к дереву проектов через Интернет, SmartVault - сетевой обмен данными и их защита.

Субъекты управления разделены на три категории: лица, принимающие решение (ЛПР), наблюдатели и исполнители. ЛПР - это субъект управления, участвующий в управлении ТПП путем издания и передачи распоряжений на выполнение производст-

11

венных заданий. ЛПР - либо руководитель, например, главный технолог, начальник ТБ или КБ, либо лицо, которому руководитель подразделения делегировал свои полномочия на издание распоряжений. Наблюдатель - это субъект управления, выполняющий учет и (или) контролирующий выполнение ТПП изделия. В производственных условиях роль наблюдателя выполняет диспетчер. Проектант - это субъект управления, непосредственно выполняющий производственные задания. Проектантами считаются не только конструктора, технологи, расчетчики и программисты для станков с ЧПУ, но и лица, проверяющие и утверждающие документы, так как контроль документов требует высокой квалификации специалистов.

Рис. 1. Схема управления ТПП

Необходимо отметить, что, независимо от уровня автоматизации решаемой задачи, проектанты должны фиксировать результаты своей деятельности в электронном архиве. В противном случае управление ТПП с помощью РБМ-системы становится невозможной. Проектант регистрирует вновь созданные информационные объекты в дереве проекта РБМ-системы и заносит их в электронный архив.

Поток производственных заданий в ТПП является достаточно сложным и может быть выражен в виде «сети управления».

Сеть управления - направленный раскрашенный связный граф без петель, каждая вершина которого отражает производственное задание, а дуги - отношение следования между вершинами. Сеть управления имеет одну вершину-исток, называемую начальной вершиной сети, и одну вершину-сток, называемую конечной вершиной сети.

Дуга, отображаемая непрерывной линией, соответствует нормальному выполнению заданий. Дуга в виде пунктирной линии отображает возврат на повторное выполнение задания. Наличие возвратов отражает итерационный характер процесса управления, связанный с последовательным уточнением принимаемых решений и проведением необходимых изменений. Каждая вершина может находиться в трех состояниях: состояние ожидание (задание, закрепленное за вершиной сети, еще не выполнялось), активное состояние (задание находится в стадии решения), пассивное состояние (задание, выполнено). При оперативном управлении вершины сети переходят из одного состояния в другое.

Дуги, входящие в вершину, могут быть связаны отношением «И» или отношением «ИЛИ». Если входящие дуги связаны отношением «И», то активизация вершины возможна, если эти дуги идут только от пассивных вершин. При наличии отношения «ИЛИ» активизация вершины возможна, если входные дуги идут от вершин, из которых хотя бы одна вершина является пассивной. В правилах перехода для каждой вер-

шины фиксируются условия перехода к следующим вершинам на основе результатов выполнения задания, закрепленного за этой вершиной.

Обычно система управления ТПП является децентрализованной, и, следовательно, управление ведется по уровням - уровень ТПП, уровень подразделения, уровень группы специалистов. В теоретическом плане это означает, что каждая вершина на г-м уровне управления может быть развернута в сеть на г +1 уровне управления. Если вершину нельзя развернуть, то это означает, что вершина отображает задание, которое не раскладывается на другие задания. Такую вершину будем называть конечной, в противном случае вершина называется промежуточной.

На первых этапах ТПП изделия сеть управления составляется лишь на первом, основном уровне, и далее, по мере осуществления ТПП, выполняется последовательное развертывание сети на нижних уровнях управления. Пример упрощенной сети управления показан на рис. 2.

Рис. 2. Пример упрощенной сети управления ТПП

На рисунке приняты следующие обозначения: У1 - проектирование технологического процесса; У1 - проектирование технологического процесса на деталь; У2 - проектирование специального инструмента; У3 - проектирование специального приспособления (штампа, пресс-формы); У4 - утверждение комплекта технологических карт на изготовление детали; У5 - изготовление специального инструмента; У6 - внедрение ТП в производство; У7 - изготовление специального приспособления; У8 - утверждение акта внедрения ТП.

Планирование ТПП. При рассмотрении вопросов планирования ТПП необходимо исходить из того, что деятельность подразделений ТПП выполняется по трем направлениям:

• работы, связанные со стратегическим направлением развития предприятия;

• технологическая подготовка изделий, выпуск которых необходимо начать;

• совершенствование самой технологической подготовки предприятия.

Первое направление является составной частью общей стратегии развития предприятия, направленной на обеспечение рыночных перспектив предприятия. По данному направлению возможен комплекс НИОКР, выполняемых как подразделениями ТПП, так и сторонними организациями. В этих рамках предполагается повышение технологического уровня предприятия путем приобретения перспективных технологий и технологического оснащения, а также исследование эффективных способов их использования. Третье направление связано с совершенствованием ТПП и имеет целью сокращение трудоемкости и стоимости ТПП. При планировании работ для этого направле-

ния в первую очередь ориентируются на применение в ТПП современных информационных технологий.

Планирование рассматривается не только как составная часть процесса управления, но и как часть процесса решения задач ТПП, так как требует определенных ресурсов, поэтому задачи планирования встраивается в каждую сеть управления как начальная вершина. По мере осуществления ТПП изделия и развертывания сети управления выполняется разработка сетевых графиков, отражающих сеть управления, или их корректировка из-за нарушения графиков планирования при возврате документов на доработку или при возникновении непредвиденных обстоятельств.

Независимо от примененных инструментальных средств, результаты планирования фиксируются в дереве проекта PDM-системы, что дает возможность субъектам управления осуществить быстрый и авторизованный доступ к сетевым графикам при выполнении действий, связанных с управлением ТПП изделия.

Для реализации указанного подхода был разработан класс данных, названный «График». На его базе может быть создан информационный объект «График». Этот информационный объект (ИО) состоит из объекта указанного класса и контрольных моделей, выражающих сеть управления и представляющих собой текстовые модели плановых документов.

Планирование ТПП для какого-либо объекта начинается после того, как издано необходимое распоряжение, зарегистрированное как ИО «График». На первом этапе планирования ИО «График» содержит лишь распоряжение, на основании которого он создан. Лицо, которому доверена разработка плановых документов, открывает учетную карточку папки-графика и вызывает приложение, с помощью которого выполняется планирование. В простейшем случае возможен вызов текстового редактора, с помощью которого и составляется план-график решения задачи ТПП. Однако более эффективным является использование специальных систем для решения задач планирования. В частности, возможно использование системы MS Project для разработки пакета плановых документов. Эта система удобна тем, что позволяет на основе анализа графика Ганта минимизировать критический путь выполнения задачи. Кроме того, достаточно просто выполнять корректировку плановых графиков при нарушении сроков выполнения задач и повторно проверять критический путь.

Оперативное управление. Оперативное управление - это совокупность управляющих воздействий_в виде распоряжений, поступающих от ЛПР и направленных на активизацию действий субъекта над объектом управления. Для этого ЛПР:

• проводит анализ плановых документов;

• определяет задачи, которые необходимо начать выполнять;

• издает распоряжения на выполнение этих задач плана.

Распоряжения ЛПР регистрируется в дереве проекта PDM-системы и передаются через почтовые ящики субъектам управления. На основе распоряжения в дереве проекта регистрируется информационный объект и создается учетная карточка объекта, в которой фиксируются сроки выполнения задания. Если задача сложная, то распоряжения передается не проектанту, а ЛПР более низкого уровня управления для планирования задачи. В этом случае происходит развертывание сети управления.

После завершения задания субъект управления в папке для решенной задачи делает отметку о дате ее завершения, что для соответствующей вершины сети управления означает ее переход в пассивное состояние. Использование PDM-системы позволяет повысить эффективность оперативного управления ТПП на основе быстрого определения по дереву проекта состояния ТПП и передачи распоряжений средствами внутренней электронной почты.

Учет и контроль ТПП. Применения PDM-системы позволяет ускорить учет и контроль выполнения ТПП, а также получать адекватную информацию о ходе ТПП пу-

тем максимально быстрого выявления отклонений от план-графика ТПП. Автоматизация этих функций позволяет уменьшить потребность в проведении совещаний с руководителями подразделений о ходе выполнения ТПП. Своевременно обнаруженные отклонения способствуют выдерживанию общих сроков выполнения ТПП изделия.

В условиях использования PDM-системы функция учета реализуется на основе использования дерева проекта и учета фактических состояний информационных объектов по их учетным карточкам. Важным достоинством такого способа наблюдения за ходом ТПП является возможность наблюдателю (при соответствующих правах) быстро войти в любое место дерева проекта и проверить состояние любого ИО.

Функция контроля реализуется путем сравнения фактических с плановыми сроками выполнения заданий и определения отклонений от плановых заданий. Информация о плановых сроках выбирается либо из учетной карточки, если в ней есть атрибут «Дата окончания по плану», либо из распоряжения на выполнение задания.

Момент времени, для которого проводится анализ состояния дел, назовем точкой наблюдения, а срок завершения задания - контрольной точкой. Фокус наблюдения регулируют либо поиском по дереву проекта, либо с помощью запросов на поиск нужной информации на основе мощного поискового инструментария системы SMARTEAM. Для поиска могут быть разработаны типовые поисковые процедуры PDM-системы двух видов: запросы «о выполнении» и запросы «об отклонении».

Запросы первого типа выполняются путем поиска по учетным карточкам в дереве проекта и вывода на экран списка интересующих наблюдателя ИО. Запрос «об отклонении» позволяет найти задания, у которых нарушены либо сроки начала выполнения, либо сроки завершения выполнения. Отодвигая точку наблюдения на более ранние сроки, можно выявить, когда начались расхождения с графиком работ и какие меры предпринимались для устранения причин нарушения сроков. Для этого, например, анализируются распоряжений и определяют, кто, когда и почему проводил корректировку планов.

Наблюдение за ходом ТПП изделия требует определенных затрат времени, и чем сложнее изделие, тем больше времени необходимо для анализа хода ТПП изделия. Поэтому целесообразно функции учета и контроля выразить в виде самостоятельных задач по контролю ТПП. Для этого в сети создаются вершины с прикрепленными к ним задачам контроля ТПП. Решение таких задач заключается в выводе информации, необходимой для оценки хода ТПП изделия, например, списка задач, сроки выполнения которых просрочены.

Использование программной среды, которую предоставляет PDM-система, а также библиотеки процедур для работы с деревом проекта и библиотека типовых запросов позволяет разработать информационно-справочную систему (ИСС) для автоматизированного учета и анализа хода ТПП. Такая ИСС должна выполнять сбор и подготовку информации о ходе выполнения ТПП изделия. Результаты функционирования ИСС должны представлять собой документы, содержащие информацию в разрезе, необходимом наблюдателю - например, отчеты, предоставляющие как полную информацию о ходе ТПП конкретного изделия, так и лишь информацию об отклонениях от графика выполнения ТПП.

Технология «workflow». Эффективность управления ТПП может быть существенно повышена за счет автоматизации документооборота, основанного на технологии «workflow». Эта технология реализуется с помощью компоненты SmaptFlow, входящей в состав SMARTEAM. Сеть управления, называемая в этой технологии деловым процессом (ДП) или бизнес-процессом, визуально выражается в виде диаграммы потока производственных заданий (flowchart). Эта диаграмма представляет собой совокупность узлов и соединителей, по которым информация перемещается от одного узла к другому. Узел определяет производственное задание и его характеристики. При составлении производственного задания для каждого узла указывается информация об

исполнителе и задание, которое он должен выполнить, а также сроки или другие условия выполнения задания.

Диаграммы потоков могут быть достаточно быстро разработаны в режиме диалога с помощью специального компонента Flow Chart Designer. Специальное окно позволяет наблюдать за статусом любого задания в реальном масштабе времени. В систему могут быть включены шаблоны типовых графиков заданий. При использовании указанной технологии процесс планирования ТПП изделия завершается разработкой и вводом необходимых диаграммы потоков.

Оперативное управление в этих условиях выполняется следующим образом. После инициирования делового процесса в стартовом узле диаграммы инициируются те узлы, которые связаны соединителями со стартовым узлом. Проектанты, прикрепленные к этим узлам, средствами внутренней электронной почты получают распоряжения о необходимости выполнить указанные задания. Вместе с распоряжением передается вся необходимая для работы информация. После того, как проектант выполнил производственное задание, он сообщает системе о его выполнении. Это инициирует следующие узлы диаграммы, которые имеют соединения с данным узлом, и т.д. до завершения выполнения всех работ в конечном узле диаграммы. Таким образом, на базе технологии «workflow» возможно обеспечить высокий уровень автоматизации оперативного управления.

Функция наблюдения и анализа хода ТПП изделия в дополнение к имеющимся средствам наблюдения может выполняться на основе анализа диаграмм потоков. Узлы диаграммы имеют специальную цветовую пометку, позволяющую определить состояние узла. Изменение состояния узла происходит в реальном масштабе времени.

Разработка и корректировка нормативов планирования. Нормативы планирования используются для составления планов. Использование современных информационных технологий ведет к необходимости коррекции нормативов планирования. Корректировка нормативов возможна по мере накопления статистики о времени выполнения тех или иных задач ТПП. На базе программных средств PDM системы возможно создание программных модулей, накапливающих статистику о фактической продолжительности решения задач ТПП для различных видов объектов. На базе полученных статистик проводится корректировка плановых нормативов. Своевременно проведенные корректировки нормативов позволяют повысить достоверность планирования и способствуют выполнению ТПП изделий в заданные сроки.

Выводы

1. PDM «SMARTEAM» обладает широкими функциональными возможностями и может быть использована для автоматизированного управления ТПП.

2. Предложенная методика применения PDM-системы позволяет повысить эффективность управления ТПП и, в конечном счете, существенно сократить сроки и стоимость подготовки изделий к производству.

3. Для практического использования методики необходимо разработать комплекс программных приложений на базе API PDM «SMARTEAM» и провести их испытания на конкретных промышленных предприятиях. В настоящее время исследования по управлению ТПП в среде PDM «SMARTEAM» выполняются на кафедре технологии приборостроения СПб ГУ ИТМО.

Литература

1. Яблочников Е.И. Методологические основы построения АСТПП. СПб: СПбГУ ИТМО, 2005.- 84 с.

2. Зильбербург Л.И., Молочник В.И., Яблочников Е.И. Реинжиниринг и автоматизация технологической подготовки производства в машиностроении. - СПб: Компью-тербург, 2003. - 152 с.