КОНЦЕПЦИЯ МЕТАКИП: ОТ КОМПЬЮТЕРНО-ИНТЕГРИРОВАННОГО ПРОИЗВОДСТВА КINTERNET/INTRANET-СЕТЯМ предприятий

ственно-функциональные модули, единая операционная среда и общесистемные модули поддержки.

6. На примере ИПС "СПРУТ" рассмотрена архитектура инструментальной программной метасистемы, используемой для ускоренного создания и развития ИПС предприятия.

7. Рассмотрена технология ПДП с использованием методологии унифицированного представления моделей и структуры ИИС предприятия.

8. Рассмотренные методология и принципы построения ИИС предприятия служат эффективным средством реализации требований совмещенного проектирования и виртуальных бюро.

Список литературы

1. Горнев В.Ф., Емельянов В.В., Овсянников М.В. Оперативное управление в ГПС. - М.: Машиностроение, 1990.

2. Смирнов А.В., Юсупов Р.М. Совмещенное проектиро-

вание: необходимость, проблемы внедрения, перспективы. -С.-Пб.: СПИИРАН, 1992.

3. Горнев В.Ф. Технологические проблемы создания ГПС. Сер.: Кибернетика - неограниченные возможности и возможные ограничения. - Робототехника. - М.: Наука, 1993. - С. 45 -49.

4. Савинов А.М. Процедурная модель объекта для специализированной сквозной САПР в единой инструментальной среде // Вестник МГТУ. - Сер.: Машиностроение. - 1993.

5. Системы параллельной обработки: / Пер. с англ. Под ред. Д. Ивенса.- М.: Мир,1985.

6. Емельянов В.В., Ясиновский С.И. Представление знаний о производственном процессе в системах моделирования и управления ГПС // Приборы и системы управления. - 1991. -№ 6. - С.1-3.

7. Искусственный интеллект: Применение в интегрированных производственных системах / Под ред. Э.Кьюсиака. -М.: Машиностроение, 1991.

8. Емельянов В.В., Ясиновский С.И. Введение в интеллектуальное имитационное моделирование. Язык РДО. - М.: АНВИК, 1998.

КОНЦЕПЦИЯ МЕТАКИП: ОТ КОМПЬЮТЕРНО-ИНТЕГРИРОВАННОГО ПРОИЗВОДСТВА КINTERNET/INTRANET-СЕГЯМ ПРЕДПРИЯТИЙ

В.Б.Тарасов

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 ^AD), 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 про-

блемы интеграции CAD/CAM и CAD/CAM/СЛБ, 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 "чисто производственную" 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 Шете^Мгапе^етей 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 проЦвкшлиебразом, 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]: сеть 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.

Классификация сетевых предприятий

Таблица

Название предприятия Критерии Значение

Горизонтальное предприятие • Структур а организации и управления • Вид связей • Максимально "плоская" и децентрализованная (минимум уровней иерархии для заданной сложности) • Максимизация числа горизонтальных связей для гетерархии

Ресурсосберегающее (минималистское) предприятие Оптимальное управление ресурсами (время, запасы, качество продукции) • Стратегия "точно в срок" • Тотальное управление качеством • Совмещенная разработка • Минимальные запасы • Максимальное качество для каждой производственной единицы • Минимальное время цикла производства

Расширенное предприятие • Организация • Управление • Деятельность • Эволюция • Открытая, развивающаяся сеть (максимум открытости) • Централизованное при наличии определенной децентрализации • Экстернализация (минимизация стоимости рабочего персонала, максимальное приближение производителя к потребителю) • Стратегия максимального сотрудничества и компромиссов

Фрактальное предприятие • Автономия • Самовоспроизведение • Деспециализация и максимальная независимость ячеек • Фрактализация

Подвижное (гиб-коперестраивае-мое) предприятие • Адаптация • Реакция • Структура • Максимальное приспособление к конъюнктуре рынка • Максимально быстрая • Максимально гибкая

Обучающееся предприятие • Обучение • Самооценка • Прогнозирование • Коллективное • Постоянная • Максимально долгосрочное

Виртуальное предприятие • Организация • Интеграция • Коммуникация • Кооперация • Открытая сеть (гетерархия) • Ресурсы, опыт • Максимально интенсиваная телекоммуникация • Максимально скоординированное сотрудничество

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, CORBA-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 сотрудни-

чества 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; "Хо-лонические 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 Innovative 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 Systems (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.

КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ ИНФОРМАТИЗАЦИИ ПРЕДПРИЯТИЯ НА ОСНОВЕ СЕТЕВОЙ МОДЕЛИ ПРОБЛЕМНОЙ ОБЛАСТИ

Н.В. Черепанов, М.В. Пирогов

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,