Автоматизация проектирования процессов производства и измерительных процессов на основе метода последовательной оптимизации

УДК 006 А.Н. Енин

СГГ А, Новосибирск

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ НА ОСНОВЕ МЕТОДА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ

A.N. Yenin SSGA, Novosibirsk

COMPUTER-AIDED DESIGN OF THE PRODUCTION- AND MEASURING PROCESSES ON THE BASIS OF SUCCESSIVE OPTIMIZATION METHOD

The author considers design optimization approach to the production- and measuring processes in accordance with products quality and reliability indices on the basis of the structural functional theory models and successive optimization method.

Проблема повышения качества продукции - ключевая проблема экономики, поскольку чем качественнее товар, тем он конкурентоспособнее на рынке продаж, тем он более полезен и прибылен как для производителей, так и для потребителей. В условиях современной рыночной экономики предприятия и организации нуждаются в решении задач управления на качественно новом, современном уровне. Для решения задач управления, и в первую очередь задач, связанных с управлением качества разрабатываемой и выпускаемой продукции на предприятиях, создаются системы менеджмента качества (СМК), основанные на требованиях международных стандартах серии ИСО 9000 версии 2000 года и их Российских аналогах [1,2,3], ориентированные на системный подход в менеджменте. Однако решение проблемы качества продукции и услуг напрямую зависит от постоянного улучшения качества процессов, функционирующих в СМК, и в первую очередь управленческих и производственных, включая измерительные процессы.

Одной из актуальных и трудоемких задач, возникающих при внедрении информационных технологий в СМК, является построение, описание и исследование моделей процессов СМК. Научно-обоснованным, эффективным решением описания сложных систем (объектов), процессов и их взаимодействий является моделирование, при этом:

- Модель должна сочетать в себе свойства описательности и оцениваемости процесса функционирования;

- Язык модели должен быть формализован, т.е. доступен как человеку, так и ЭВМ;

- Алфавит описания процесса функционирования должен быть минимально необходимым, но обеспечивать все специфические особенности составляющих процесса функционирования.

В научной литературе описано достаточное количество моделей, используемых для построения, описания и исследования процессов функционирования, но все они не лишены тех или иных недостатков, одним из которых является сложность и трудоемкость их применения, что приводит к ограничению их применения, однако необходимость их более широкого применения сегодня весьма актуальна.

Для упрощения построения и описания процессов функционирования предложена методология ландшафтного моделирования [4], а для их исследования предлагается использовать обобщенный структурный метод (ОСМ) [5,6], при этом процессы производства и измерительные процессов рассматриваются как процессы функционирования человеко-машинной системы (ЧМС).

Методология международных стандартах серии ИСО 9000 версии 2000 года за счет процессного подхода при построении СМК предполагает конечную цель - удовлетворенность потребителя в надежной и качественной продукции. Качество и надежность выпускаемых изделий в первую очередь формируется при осуществлении производственных процессов, а контроль качества и надежности осуществляется посредством функционирования измерительных процессов, после анализа которых вырабатываются управляющие (корректирующие) воздействия на производственные процессы.

В общем случае процессы производства (совокупность технологических операций при результатом осуществлении которых является продукт труда) и измерительные процессы (совокупность контрольных операций с использованием измерений для определения характеристик продукта труда) формируют некую функциональную сеть, которую можно рассматривать элементом ЧМС в составе СМК предприятия. В этом случае функционирующие процессы производства и измерительные процессы представляют собой совокупность действий и операций эргатических и неэргатических элементов системы, объединенная в единую целенаправленную последовательность благодаря управляющей и обеспечивающей деятельности эргатических элементов и образующей из разрозненной номенклатуры отдельных функций их связную логико -временную последовательность, устойчивую к возмущениям и ведущую к достижению цели (или целей) функционирования [7]. Процесс достижения цели (удовлетворенность потребителя в надежной и качественной продукции) протекает во взаимосвязанных пространствах элементов ЧМС Е, выполняемых функций Г, состояний ЧМС £, происходящих событий W, и показателей ЧМС Q (рис. 1).

Для описания и оценки функционирующих процессов производства и измерительные процессов, рассматриваемых как процесс ЧМС, удобно применить ОСМ. Формально функционирующие процессы производства и измерительные процессы в ОСМ определяются в виде кортежа из трех элементов (1):

Ф = < 5>7/Ф, БетФ, АкзО > ,

где 5ЫФ = <8піФЕ, 8піФС> - синтаксис различных фрагментов деятельности (функциональных единиц и структур);

БетФ = < БетФЕ, БетФС > - семантика фрагментов деятельности; АкзФ = < АкзФЕ, АкзФС > - аксиология (оценка) фрагментов деятельности.

Пространство элементов ЧМС Е

Моменты времени

Рис. 1. Пространства описания процесса функционирования ЧМС

Из приведенного выражения следует, что функционирующие процессы производства и измерительные процессы образуют функциональную сеть (ФС), которую можно рассматривать как функционально-семантическую сеть (ФСС), позволяющая осуществлять количественную оценку. Аппарат ФСС является одним из наиболее мощных и универсальных средств моделирования для широкого класса ЧМС [6], позволяющим в единых формализмах учесть специфические особенности человека (наладчика, оператора, контролера и т.д.) и используемых им средств ( техники, измерительных приборов, программ).

Особое место для оценки качества и надежности выпускаемой продукции занимают измерительные процессы. В СМК предприятий, разрабатывающих и выпускающих продукцию измерительные процессы могут функционировать самостоятельно (например: измерения параметров закупленных покупных комплектующих при входном контроле их качества, измерения параметров изделий после периодических испытаний, испытаний на надежность, и так далее), так и в составе производственного контроля (испытаний) для измерения параметров изделий с целью определения качества и надежности продукции (диагностический контроль), а также оценки правильности выполнения технологических операций

(функциональный контроль). По отношению к производственным процессам, измерительные процессы являются обеспечивающими, однако от результативности их функционирования (как при осуществлении ими, так и при управлении ими), зависит удовлетворенность потребителей в надежной и качественной продукции. Как правило измерительные процессы

задействованы в системе контроля и испытаний продукции. Упрощенное представление ФС из производственных и измерительных процессов приведено на рис. 2.

Рис. 2. Функциональная сеть производственных и измерительных процессов

Условные обозначения (рис. 2):

ТО 1, ТО 2, ТО п - технологические операции (этапы) технологического процесса, рассматриваемые как производственные процессы;

КО 1, КО 2, КО п - контрольные операции технологического процесса;

Вх.К - входной контроль продукции (приемочный контроль);

ЗППИ - заданный порядок проведения испытаний;

ЗПОТО - заданный порядок осуществления технологических операций;

ЗПОКО - заданный порядок осуществления контрольных операций;

ЗХП - заданные характеристики продукции;

I V I - анализ измерений и принятие решений;

- точки измерения характеристик (параметров) изделий;

контроль);

..... - результаты измерений;

_____- результаты контроля технологии.

Оценка достижения цели при функционировании производственных и измерительных процессов осуществляется посредством определения результативности процессов при их осуществлении, измеряемыми характеристиками которых, наравне с оценкой плановых заданий, являются показатели качества и надежности изделий. Качество и надежность продукции формируется поэтапно при выполнении технологических операций и оценивается посредством измерений характеристик составных частей и изделий в целом. Функционирование производственных и измерительных процессов включает как действия человека, так и операции технической части. Исходные характеристики качества и надежности представляются в виде аналитических или экспериментальных зависимостей, а при необходимости могут оцениваться путем математического моделирования выполняемой функции.

Функциональная сеть производственных и измерительных процессов представляет собой логико-временную последовательность, определяемую заданным порядком (осуществления технологических операций, контрольных операций, испытаний), в котором отдельные операции (действия) выполняются эргатическими и неэргатическими звеньями. Исходя их этого, за основу для построения математической модели описания и оценки такой ФС принимается структура выполняемых ЧМС функций (Г-структура), при этом рассматриваемая структура состоит из многофункциональных элементов (обязательный элемент - человек, устройства управления, ЭВМ, средства измерений и т.д.). При моделировании выделяют три уровня реализуемости: проектную, физическую и

организационную[6]. Проектная реализуемость характеризуется наличием плана, которым устанавливаются все необходимое (изделия, оборудование, люди и т.д.) для выполнения планируемой Е- структуры. Физическая реализуемость соответствует фактическому поэлементному наличию всех необходимых ресурсов для выполнения планируемой Е- структуры. Организационная реализуемость соответствует тому, что все элементы ЧМС имеются физически, но включены организационно в данную ЧМС и находятся в предусмотренном организацией ЧМС состоянии.

Если предполагается, что моделируемая ЧМС находится в состоянии организационной реализуемости, то показатели качества и надежности функционирования вычисляются на основе характеристик имеющихся элементов ЧМС, включенных в систему, с учетом состояний, в которых они

находятся за период "чистого" времени, необходимого на технологические и контрольные операции, а также на испытания комплектующих, составных частей и изделия в целом.

Если предполагается, что моделируемая ЧМС находится в состоянии физической реализуемости, но организационно не готова, показатели качества и надежности функционирования вычисляются на основе характеристик имеющихся элементов ЧМС, но с учетом затрат времени и ресурсов на организацию ЧМС.

Если предполагается, что моделируемая ЧМС находится в состоянии проектной реализуемости, то показатели качества и надежности функционирования вычисляют на основе проектных характеристик планируемых элементов ЧМС.

Реализацию процесса моделирования удобно проводить, если разложить имеющуюся ФС на отдельные повторяющиеся наборы операций. При представлении этих операций в виде типовых функциональных единиц (ТФЕ) образуются типовые функциональные структуры (ТФС), при этом размерность этих ТФС невелика и можно для каждой из них вывести типовые математические модели и расчетные формулы, на основе которых создается библиотека ТФС. В зависимости от назначения различают следующие ТФЕ: функционеры (основные и вспомогательные) и композиционеры (вспомогательные и служебные). Функционеры соответствуют реальным операциям и действиям человека, рабочим операциям технологического, контрольно-измерительного оборудования и испытательного оборудования, а композиционеры - некоторым взаимосвязям операций и логическим функциям.

Подготовка моделей процесса функционирования на основе ФС для последующей оценки показателей качества и надежности проводятся по определенной методике, основой которой является смоделированная ФС, где каждой работе ставят соответствующую модель ТФЕ. Для расчета назначают конкретный состав показателей качества и надежности, которые предполагается получить в результате оценки с учетом получаемых продуктов труда (изготавливаемых изделий с установленными техническими (количественными) характеристиками). Расчет осуществляют по формулам созданной библиотеки ТФС. По результатам расчета применительно к рассматриваемой ФС получают следующую номенклатуру показателей для анализа, выводов и принятия решений:

В1 - вероятность получения бездефектного продукта труда;

В0 - вероятность выполнения процесса функционирования с дефектами;

Т - среднее время, затрачиваемое на получение продукта труда;

0(1) - дисперсия времени процесса функционирования;

V - средние затраты на процесс.

Применение описанного подхода проектирования процессов производства и измерительных процессов по показателям качества и надежности создаваемой продукции на основе моделей функциональноструктурной теории и метода последовательной оптимизации позволит

автоматизировать проектирование процессов при создании и развитии СМК и стать инструментом к повышению ее эффективности.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. ГОСТ Р ИСО 9000-2001. Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь.

2. ГОСТ Р ИСО 9001-2001. Системы менеджмента качества. Требования.

3. ГОСТ Р ИСО 9004-2001. Системы менеджмента качества. Рекомендации по улучшению деятельности.

4. Енин А.Н. Методология ландшафтного моделирования для описания последовательности и взаимодействия процессов систем менеджмента качества предприятий и организаций. Докл. LIV науч.-технич. конф. "Современные проблемы геодезии и оптики". - Новосибирск, СГГА, 2004. - Т. 2. - С. 222.

5. Губинский А.И. Надежность и качество функционирования эргатических систем. - Л.: Наука, 1982. - 270 с.

6. Гриф М.Г., Цой Е.Б. Автоматизация проектирования процессов функционирования человеко-машинных систем на основе метода последовательной оптимизации. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2005. - 263 с.

7. Информационно-управляющие человеко-машинные системы: Исследование

проектирование, испытания: Справочник / А.Н. Адаменко, А.Т. Ашеров, И.Л. Бердников и др.; Под общей редакцией А.И. Губинского и В.Г. Евграфова. - М.: Машиностроение, 1993. - 528 с.

© А.Н. Енин, 2008