ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ИЗДЕЛИЯ В ЕДИНОМ ИНФОРМАЦИОННОМ ПРОСТРАНСТВЕ ПРЕДПРИЯТИЯ НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЕКТАМИ
Н.М. Леонова, А.Д. Модяев, В.Д. Колычев
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», г. Москва
Содержание
3. Визуализация совмещенных моделей жизненного цикла проекта и изделия
Аннотация
В статье рассматривается набор разработанных авторами визуальных моделей, используемых при формировании концепции автоматизации промышленных предприятий. При помощи методов визуальной аналитики решаются задачи интегрированной информационной поддержки процессов жизненного цикла изделия. Используя концепцию единого информационного пространства промышленного предприятия, выстраивается технология визуального моделирования, направленная на применение плоских и пространственных сцен к формированию проектных решений по управлению разработкой и автоматизацией процессов, а также математическому моделированию и обоснованию принимаемых решений. С использованием методов визуальной аналитики на основе проектно-ориентированного подхода к управлению раскрывается набор графо-аналитических моделей, используемых при формировании конфигурации интегрированной информационной среды современного промышленного предприятия. Рассматриваются визуальные модели и возможности их использования в информационном, функционально-структурном моделировании, планировании и управлении проектами создания интегрированных информационных систем. Основой информационной интеграции этапов жизненного цикла является дерево состава изделия, создаваемое и наиболее интенсивно используемое на стадии конструкторско-технологической подготовки производства. В статье представлен опыт применения и разработки визуальных аналитических моделей в процессе проектирования и построения интегрированных автоматизированных систем управления на предприятии.
Ключевые слова: Единое информационное пространство, Управление проектами, Жизненный цикл изделия, Управление разработкой, Проект, Визуальный анализ.
1. Введение
Применение методов визуальной аналитики [1,2] является одним из наиболее эффективных инструментов системного подхода к созданию комплексных систем автоматизации на предприятии, позволяя сформировать единую интегрированную концепцию управления [4, 6]. Система визуальных моделей [3], с одной стороны должна охватывать все процессы жизненного цикла продукции [12, 13], формируя как единое информационное пространство предприятия, а с другой стороны может быть использована в качестве инструмента визуализации при проведении математического моделирования и обоснования проектных решений по автоматизации. Принципы проектно-ориентированного подхода к управлению [19, 28], а также визуальные модели проектов в формате сетевых и линейных моделей комплексов работ, позволяют использовать принципы визуальной аналитики при принятии управленческих решений [21, 22, 23]. На основе совмещения моделей жизненных циклов изделия и проекта формируются визуальные модели, ориентированные на повышение качества, производительности, эффективности и других характеристик создаваемого продукта [14, 15, 16].
Основой создания информационных моделей изделия являются визуальные модели плоских или пространственных сцен (3D-модели), при помощи которых формируются проекты по выпуску продукции [20], реализуются процессы конструкторской и технологической подготовки производства, интегрируя усилия разработчиков по созданию макетов и прототипов, позволяя использовать методы управления проектами, добиваясь преемственности разработок и при необходимости изменения состава участников.
Применение авторами разработанного программного инструментария планирования и управления процессами жизненного цикла продукции, а также использование систем автоматизированного проектирования на стадии конструкторско-технологической подготовки производства позволяет сформировать набор визуальных моделей и средств, повышающих эффективность принимаемых решений при реализации наукоемких проектов [3].
Описание концепции совмещения моделей жизненного цикла проекта и изделия на основе методов визуализации направлено на создание технологии автоматизации бизнес-процессов планирования и управления этапами работ, на основе стандартных проектных решений и авторского программного инструментария. В частности, разработаны визуальные модели представления проектной информации о ходе выполнения проекта в формате диаграмм Гантта, календарного планы выполнения работ, графиков загрузки производственного оборудования, профессий исполнителей, модели потоков работ в формате WorFlow, а также визуальные модели жизненного цикла изделия, направленные на формализацию задач оптимизации процессов управления.
2. Визуальные аналитические модели в автоматизации управления жизненным циклом продукции промышленных предприятий
Модели визуальной аналитики используются на всех этапах жизненного цикла создаваемого наукоемкого изделия.
Информация, создаваемая на всех этапах жизненного цикла, является весьма неоднородной и многообразной, при этом цифровые информационные модели преобразуются в визуальные аналитические модели путем применения специальных программных продуктов и обменных форматов экспорта-импорта информации, например, при помощи стандарта STEP [12].
Совместное использование больших массивов разнородной информации приводит к необходимости создания единого информационного пространства с использованием набора информационных систем автоматизации производственных процессов.
Следует отметить при этом, что стадии жизненного цикла продукции, связанные с разработкой концепции, проектированием, созданием опытных образцов и макетов изделий являются наиболее важными с точки зрения управления и большинство методов визуальной аналитики используются преимущественно на стадии конструкторско-технологической подготовки производства.
Базовым средством создания единого информационного пространства на предприятии выступает PDM - система, являющаяся концентратором информации и одновременно рабочей средой конструкторов, технологов, плановиков, инженеров отделов нормоконтроля, метрологии и т.д., позволяя при этом управлять процессами разработки изделия, а также использовать визуальные модели и на стадиях эксплуатации наукоемкой продукции, рис. 1. В рамках процессов подготовки производства используется ряд САПР, позволяющих осуществлять преобразование информации из числовой формы в визуальное представление с целью удовлетворения требований заказчиков и совместного выполнения разработок.
Любая внедряемая автоматизированная система на предприятии требует доработок и настроек, касающихся, в том числе, и визуальных методов и моделей представления информации (классификаторов, перечней материалов, оргструктуры, справочников, шаблонов потоков работ, дерева состава изделия).
Так, в частности, в большинстве отечественных PDM-систем, по мнению авторов, недостаточно развиты функции календарного, стоимостного и ресурсного планирования, а также механизмы управления потоками работ с учетом неопределенностей проектов создания новой техники и прогнозирования результатов НИОКР, выполняемых на предприятиях.
Рис. 1. Визуальная модель представления и интеграции данных на всех стадиях жизненного цикла
Поэтому механизмы визуализации ресурсных диаграмм, графиков использования оборудования и производственного персонала оказываются весьма востребованными в современных производственных условиях [34]. Оказывается возможным при помощи API-интерфейсов встроить разработанные решения по визуализации проектной информации в виде внешних приложений в систему управлениями данными об изделиях с целью разработки интегрированного решения.
Отечественный опыт автоматизации производственных предприятий показывает, что для современных условий характерна «островковая» автоматизация, охватывающая частично некоторые этапы жизненного цикла продукции, при этом построение интегрированных решений пока все еще недостаточно широко распространено.
В данной статье предлагается использование программного инструментария и визуальных моделей для разработки решений по автоматизации процессов жизненного цикла продукции на основе проектно и процессно-ориентированного подхода к управлению.
3. Визуализация совмещенных моделей жизненного цикла проекта и изделия
Средства визуальной аналитики [1] позволяют выполнить структуризацию этапов жизненного цикла изделия и проекта [3, 5], раскрывая процессы выпуска высокотехнологичной продукции.
На рис.2 представлена схема визуального анализа, позволяющая раскрыть технологию управления проектами на предприятии, которая реализуется на основе замкнутой схемы с обратной связью с входом и выходом [4, 6], в рамках которой вертикальные процессы жизненного цикла изделия накладываются на горизонтальные процессы жизненного цикла проекта.
Исходными данными для визуализации являются требования заказчика и параметры выпускаемой продукции, а также процессы жизненного цикла проекта и изделия.
На основе данной схемы реализуется процесс управления подготовкой производства, выпуска продукции, модернизации и обновления образцов объектов новой техники. Визуальная модель, представленная на рис.2, позволяет отобразить замкнутый цикл проектирования и изготовления продукции, а также учесть сквозной цикл проектирования и изготовления продукции, добиваясь заданного уровня качества и характеристик изготавливаемых изделий.
Рис. 2. Визуализация схемы управления производственными процессами в едином информационном пространстве предприятия
Используя визуальную модель исходных данных, оказывается возможным выработать принципы и подходы к решению задачи управления параметрами производственных процессов, принимая во внимание требования менеджмента качества выпускаемой продукции, сокращения сроков подготовки производства, с учетом адаптации продуктовой линейки к требованиям заказчиков в рыночных условиях. Сформировать процесс управления проектами по созданию продукции возможно за счет совмещения моделей жизненных циклов проекта и изделия.
На рис.3. представлена визуальная модель совмещенных процессов жизненного цикла проекта и изделия [8, 9, 10].
Используя характеристики проекта как объекта управления, визуально отображая их в виде структурных, временных, стоимостных и ресурсных параметров, наложив процессы жизненного цикла изделия на процессы проекта путем геометрического совмещения, визуальная модель, представленная на рис. 3 позволяет выполнить наглядную геометрическую интерпретацию процесса разработки наукоемкой продукции и сформулировать подходы к конфигурированию интегрированной автоматизированной производственной системы.
Рис. 3. Визуальная модель жизненного цикла проекта и изделия
В рамках проектно-ориентированного подхода к управлению, можно визуально проиллюстрировать итерационность процесса разработки, на который влияют временные, стоимостные, топологические и ресурсные параметры проекта.
Итерационность процессов разработки приводит к созданию визуальной спиралевидной модели жизненного цикла [7], которая наглядно демонстрирует многоуровневую структуру и наличие множества версий изделия (прототипов), представленных на рис. 4. Спиралевидная модель жизненного цикла используется для визуализации эффекта от версионности создания высокотехнологичной наукоемкой продукции.
Параметры витков спирали характеризуют процессы жизненного цикла, позволяя учитывать накопленный опыт разработки и моделирования бизнес-процессов на предыдущих стадиях, добиваясь эффекта сокращения продолжительности разработки проектов за счет использования ресурсов, экономии на затратах, применяя результаты анализа рисков, пересматривая и адаптируя конструкцию изделия с учетом требований заказчиков и маркетинговых потребностей.
Средствами визуального анализа осуществляется преобразование спиралевидной модели в плоскую модель рисунка, изображенного на рис. 5. Преобразование спиралевидной модели жизненного цикла к модели плоского рисунка реализуется на основе представления спирали в полярных координатах [7]. С этой целью используется логарифмическая спираль, витки которой отстают друг от друга на одинаковое расстояние. В рамках каждого витка спирали реализуются функции, изображенные на рис. 5, при этом с целью отображения итерационности разработки, характерной для спиралевидной модели, в линейные схемы добавлена обратная связь, моделирующая замкнутый цикл с учетом создаваемых нематериальных активов. Функции выполняются с учетом «этапности» жизненного цикла изделия, при этом данные, создаваемые рамках проектных работ, используются на каждой отдельной стадии, рис. 5. Визуальный анализ выполняется при помощи сопоставления витков спирали, обозначающие проектные работы с этапами жизненного цикла изделия. В данном случае визуальные аналитические методы предполагают построение семейства отображений полярных координат в декартову систему. Данное визуальное преобразование открывая возможность оптимизации стадий жизненного цикла по временным, стоимостным и ресурсным параметрам. В этом случае, полярный радиус и угол, описывающие жизненный цикл проекта, имеют наглядную геометрическую интерпретацию в терминах параметров процессов жизненного цикла изделия.
Рис. 4. Визуализация спиралевидной модели жизненного цикла изделия, совмещенная с моделью жизненного цикла проекта
Модель жизненного цикла проекта формирует потоки данных, влияющие на разработку и используемые в последовательности процессов жизненного цикла изделия, устанавливая, таким образом, визуальное соответствие между двумя моделями. Схема, представленная на рис. 5, позволяет более детально специфицировать информационные потоки, генерируемые на различных стадиях жизненного цикла, раскрывая функции, реализуемые интегрированной производственной системой в рамках единого информационного пространства предприятия, представленного на рис.1.
В качестве метода визуализации используется плоский рисунок, отображающий информационные связи между этапами жизненного цикла проекта и изделия.
Принимая во внимание геометрические модели совмещенных жизненных циклов проекта и изделия, учитывая особенности организации совместной среды разработки проектов, создание единого информационного пространства предприятия, типовые модели работ, выполняемых на этапе конструкторско-технологической подготовки производства, разработана геометрическая модель сокращения продолжительности жизненного цикла проекта [13, 14, 19], представленная на рис. 6.
Рис. 5. Визуализация плоской модели жизненного цикла проекта и изделия при помощи методов управления проектами
Визуализация моделей работ исполнителей в едином информационном пространстве предприятия позволяет выполнить наглядную геометрическую интерпретацию эффекта от сокращения длительности жизненного цикла продукции.
Рис. 6. Визуальная модель, отображающая схему эффекта сокращения длительности жизненного цикла за счет планирования и управления производственными процессами
Традиционная схема выполнения разработки представлена на рис. 6 сверху, организованная современная схема управления процессами жизненного цикла изделия представлена ниже. За счет автоматизации процессов управления проектами на стадии конструкторско-технологической подготовки производства по временным, стоимостным и ресурсным параметрам, оказывается возможным запускать этапы жизненного цикла продукции в возможно более ранние сроки [3].
Сокращение длительности жизненного цикла изделия, как видно из рис.6, происходит в основном за счет совмещения стадий конструкторской и технологической подготовки производства, используя созданные ранее проектные решения прототипов продукции, реализуя на практике совмещение жизненных циклов проекта и изделия, инициируя потоки работ – WorkFlow (на каждой стадии), формируя задания и согласовывая документы в электронном виде на базе единого информационного пространства. Таким образом, за счет создания интегрированной производственной системы оказывается возможным сократить влияние проектных ошибок на процессы создания наукоемкой продукции и уменьшить, таким образом, длительность жизненного цикла изделия (кривая жизненного цикла перемещается влево относительно прежнего положения за счет использования инструментальных средств и систем управления проектами и процессами).
4. Использование визуальных моделей при разработке проектных решений по созданию единой интегрированной информационной системы предприятия
Информационное моделирования процесса развертывания проектных решений по созданию интегрированной информационной среды предприятия в формате плоского рисунка (схемы) изображено на рис. 7. В основу модели визуализации проектных решений заложена звездообразная централизованная структура, включающая в себя единую базу данных предприятия, которая является ядром интегрированной системы, обеспечивающей информационное взаимодействие участников производственных процессов.
Рис. 7. Обобщенная визуальная модель единой интегрированной информационной среды предприятия
Детализированная визуальная модель единой интегрированной информационной среды предприятия позволяет выработать системный подход к взаимодействию подразделений промышленного предприятия на основе проектно-ориентированного подхода и использования единого хранилища данных, в том числе и визуальных моделей, графиков производственного процесса, чертежей, схем, таблиц.
Основой информационной интеграции в едином информационном пространстве предприятия является геометрическая модель дерева изделия, в виде графа, представленная на рис. 8. Данная модель играет ключевую роль на этапе конструкторско-технологической подготовки производства, как на наиболее важном этапе жизненного цикла изделия. При этом методами визуального анализа удается изобразить различие между конструкторским и технологическим составами изделия, что позволяет ускорить работу конструкторов и технологов по созданию проектных решений прототипов продукции. В составе дерева изделия различают сборочные единицы, агрегаты и т.д.
Рис. 8. Геометрическая модель изделия в формате дерева конструкторского и технологического составов
Сформировав визуальную модель дерева состава изделия рис.8, переходят к визуализации комплекса работ по проектированию и изготовлению продукции, который представляется в формате сетевой альтернативной модели жизненного цикла (графа с альтернативной структурой), представленную на рис. 9. В дальнейшем реализуется преобразование сетевой модели жизненного цикла к визуальному представлению в формате линейной диаграммы Гантта, используемой при управлении сроками, временем, ресурсами проекта выпуска продукции.
Рис. 9. Геометрическая модель преобразования дерева изделия в календарный план работ проекта
Визуальные модели жизненного цикла изделия в виде графа с упорядоченными событиями, обладая специальной структурой [5, 11], устанавливаемой на основе топологических (пространственно-структурных) параметров комплекса работ проекта, позволяют решать задачи оптимизации временных, стоимостных и структурных характеристик процессов разработки. На рис. 10а и 10б представлены визуальные модели жизненного цикла изделия в формате ориентированного графа для последовательного расположения стадий и последовательно-параллельного соответственно [9].
|
а) |
б) |
Рис. 10. а. Визуальная модель жизненного цикла изделия в виде плоского рисунка, ориентированный граф ("цепочечного типа"). б. Визуальная модель жизненного цикла изделия в виде плоского рисунка ("граф с упорядоченными событиями")
Воспользовавшись визуальной моделью жизненного цикла изделия в формате ориентированного графа, построим области допустимых решений для решения задачи сокращения стоимости комплекса работ проекта [18] при условии ограничений на сроки выполнения разработки и структуру (пространственную, задаваемую множеством полных путей в графе жизненного цикла) комплекса работ. Примем в качестве функции затрат на выполнение операции u, следующее соотношение Cu(tu)=au−butu, где au − уровень издержек на выполнение работы u, bu − стоимость ускорения работы u на единицу времени, tu − продолжительность выполнения работы u. При решении оптимизационной задачи, используя в качестве исходных данных геометрическую модель жизненного цикла в формате плоского рисунка, рис. 10 а и б, получим визуализацию области допустимых решений задачи линейного программирования [9, 21, 22, 23], рис. 11а и б. При этом рис. 11а соответствует структуре жизненного цикла, представленной на рис. 10а, для ориентированного графа с цепочечной структурой, а рис. 11б для случая графа с упорядоченными событиями, рис. 10б.
|
|
|
|
Рис. 11а. Визуальная модель области допустимых решений для графа жизненного цикла цепочечного вида |
Рис. 11б. Визуальная модель области допустимых решений для графа с упорядоченными событиями |
|
|
|
(1)
(2)Геометрические модели областей допустимых решений позволяют получить зависимости стоимости комплекса работ проекта от длительности критического пути для обоих вариантов визуальной структуры жизненного цикла. Для визуальной модели жизненного цикла цепочечного вида зависимость имеет вид (1), а для модели жизненного цикла с наличием транзитивных дуг (визуально моделирующих вспомогательные процессы жизненного цикла), получим зависимость (2).
Формирование проектных решений по созданию интегрированной информационной системы управления на предприятии [14, 20] осуществляется с использованием визуальной модели на рис. 12. Совмещая этапы жизненного цикла проекта и изделия, принимая во внимание критерии эффективности, разворачивается процесс создания единой информационной системы на основе методов управления проектами [25, 26, 27, 28].
Опираясь на методы и технологии разработки программных систем, необходимо принимать во внимание критерии эффективности, которые позволяют определить наиболее рациональный вариант построения интегрированной автоматизированной производственной системы, построенной на принципах оптимизации и получения наилучших характеристик проектируемой продукции. На рис. 12 отображен процесс совмещения выделенных этапов жизненного цикла проекта по созданию автоматизированной системы конструкторско-технологической подготовки производства с этапами жизненного цикла продукции. На стадиях жизненного цикла продукции необходимо принимать во внимание критерии эффективности, задающие целевые направления развития и совершенствования производственных процессов. Соотнеся стадии жизненного цикла с критериями эффективности, возможно сформулировать требования к созданию интегрированной автоматизированной системы управления стадиями конструкторско-технологической подготовки производства, развернув процесс разработки с применением методов проектно-ориентированного управления, принимая во внимание особенности работы в условиях сопряжения программных интерфейсов приложений, масштабируемости, переносимости, адаптируемости и расширяемости предлагаемых подходов и проектных решений.
Плоская визуальная схема на рис. 12 преобразуется в пространственную схему принятия решений и формулировки оптимизационной задачи по выбору конфигурации интегрированной информационной системы, рис.13. Введенная схема показателей на рис. 13 позволяет сформулировать подход к созданию модели оптимизации проектных решений по созданию интегрированной системы конструкторско-технологической подготовки производства.
Принимая во внимание этапы жизненного цикла изделия, учитывая критерии эффектности, приведенные на схеме 12, визуализируем область варьирования допустимых и недопустимых потерь, диапазоны которых устанавливают приемлемость получаемых проектных решений по созданию автоматизированной информационной системы управления.
Диапазоны варьирования позволяют создавать решения с учетом требований переносимости проектных решений на другие виды производственных систем, формируя их с учетом допустимости по временным, стоимостным и ресурсным параметрам.
Создание архитектуры проектных решений по формированию единой информационной интегрированной системы управления на предприятии реализуется на основе визуальной модели, рис. 13.
Как следует из визуальной модели, рис. 13 критерии эффективности группируются в соответствии с системными принципами и формируют интегральный критерий, определяющий способы автоматизации управления процессами подготовки производства на основе концепции жизненного цикла продукции. Таким образом, визуальная модель дает представление о возможности варьирования показателей эффективности в установленных диапазонах с целью выработки рациональных решений по автоматизации.
Опираясь на введенные показатели эффективности, принимая во внимание требования и ограничения, накладываемые на производственные процессы, с использованием методов оптимизации и управления проектами формируются визуальные области варьирования показателей, в установленных диапазонах которых находятся рациональные искомые варианты создания проектных решений.
Рис.12. Визуальная модель формирования проектных решений по созданию интегрированной информационной системы на основе критериев эффективности
Рис.13. Визуальная модель системы показателей эффективности процессов жизненного цикла продукции
5. Организация проектных разработок и взаимодействия исполнителей с использованием визуальных моделей
На основе визуальных моделей формирования проектных решений и системы показателей эффективности процессов жизненного цикла продукции рис. 13, разработана геометрическая модель архитектуры интегрированного решения, учитывающая информационное и организационное взаимодействие исполнителей, рис. 14.
Рис. 14. Визуализация архитектуры интегрированного решения по автоматизации процессов
Взаимодействие исполнителей реализуется на базе информационного обмена по составу изделия, справочников, технологических процессов, планов работ, покупных изделий и инструментов, используя пакеты прикладных программ и стандартные автоматизированные решения в виде CAD и CAM систем.
При помощи систем автоматизированного проектирования конструктора и технолога разрабатываются модели изделия в формате пространственных сцен (3D-модели), рис. 15.
Рис. 15. Геометрическая модель изделия (3D-модель)
Геометрические модели изделий сохраняются в системе управления данными об изделиях и доступны всем участникам процесса разработки с учетом настраиваемых параметров доступа. С учетом потоков работ, генерируемых в процессе подготовки производства, возможно поддерживать версионность документов, чертежей, схем или таблиц.
Дерево состава изделия формируется на основе визуализации модели изделия в виде объемной сцены, рис. 16. При этом необходима визуализация каждого из компонентов (узлов), входящих в состав сборки.
Рис. 16. Визуальная модель структурно сложного изделия (сборки)
При помощи обменных форматов STEP или специально создаваемых конвертеров возможна автоматическая передача дерева состава изделия из САПР системы в систему управления данными об изделиях, т.е. визуальная модель преобразуется в формат информационного обменного файла и в дальнейшем используется для управления проектом по созданию продукции.
С целью реализации этапа конструкторско-технологической подготовки производства формируется поток работ по созданию компонента, входящего в состав сложного изделия. Структура потока работ изображается в виде модели плоского рисунка - ориентированного графа, представленного на рис. 17.
Взаимодействие между исполнителями реализуется на основе совместного выполнения комплекса работ, а также заданий на проектирование конструкторской или технологической документации, распределяемых в соответствии с функциональной профилизацией специалистов и деревом состава изделия.
Визуальная модель управления процессом разработки продукции на примере конструкторско-технологического бюро опытного завода представлена в формате плоского рисунка на рис. 18. Создаются типовые модели работ - ТМР, формируемые в формате визуальных моделей и хранящиеся в единой информационной базе данных управления процессами подготовки производства.
Рис. 17. Визуальная модель потока работ по созданию изделия
Шаблоны потоков работ проектируются на основе моделей бизнес-процессов, выстраиваемых в рамках предпроектного анализа объекта-автоматизации, как правило, на основе нотации моделирования Workflow – IDEF3.
Элемент потока работ называется действием, он соединяется при помощи дуг с другими действиями и может быть выполнен несколько раз, в зависимости от логических условий или особенностей процессов создания конкретной продукции.
Визуальные модели потоков работ представляют собой ориентированный граф с циклами, означающими повторяемость действий (заданий), при этом в действиях указываются должности исполнителей работ, а конкретный исполнитель определяется на стадии запуска шаблона на выполнение.
Следует отметить, что на предприятии формируется множество потоков работ, автоматизирующих различные бизнес-процессы, рис. 18, что соответствует созданию базы лучших практик и выделению графических схем, накапливающих опыт разработки наукоемкой продукции на предприятии, который способствует переносимости, адаптируемости и настраиваемости проектных решений на потребности конкретного заказчика.
На рис. 18 изображено визуальное представление множества моделей потоков работ, описывающих процессы взаимодействия исполнителей с использованием проектного принципа управления разработками.
Совместная разработка проектов создания высокотехнологичной продукции с использованием единого информационного пространства и методов визуализации позволяет увеличить долю заимствований в составе изделия и за счет использования визуальных моделей потоков работ сократить сроки разработок и затрата на создание конструкторской и технологической документации, ведения единого классификатора ресурсов, материалов, инструментов и т.д.
Рис. 18. Визуальная модель управления процессом конструкторско-технологической подготвоки производства
Визуализация информации о загрузке ресурсов в разрезе производственных профессий-исполнителей работ доступна участникам процесса подготовки производства на всех этапах жизненного цикла продукции, рис. 19.
Рис. 19. Визуальная модель загруженности выбранных ресурсов
Данная визуальная модель используется для отслеживания наиболее загруженных и часто используемых ресурсов в разрезе производственных профессий с целью обеспечения их своевременного перераспределения для выполнения наиболее критичных задач и минимизации сроков разработки.
Визуальная модель загрузки производственного оборудования, используемого при выполнении работ по созданию продукции, представлена на рис. 20.
Рис. 20. Визуализация информации о загрузке оборудования
Визуальный анализ позволяет определить, какое оборудование является перегруженным, а также идентифицировать наиболее загруженные единицы техники с целью своевременного планирования и управления редкими и дорогостоящими ресурсами.
В процессе производственного планирования используется также линейная диаграмма Гантта [10, 24], позволяющая выполнить визуализацию временных показателей комплекса работ с учетом логической взаимосвязи и последовательности выполнения работ комплекса, рис. 21.
Визуальные модели проектов, календарные планы, информация о загрузке ресурсов, затратах на выполнение операций формируются при помощи разработанных авторами пакетов прикладных программ [29, 30, 31, 32, 33], решающих задачи сетевой оптимизации, распределения ограниченных ресурсах, а также календарного стоимостного планирования, принимая во внимание показатели эффективности, выделенные на рис. 12 и 13.
Рис. 21. Визуальная модель комплекса работ проекта (производственного заказа) в формате линейной диаграммы Гантта
Формирование комплекса визуальных моделей управления процессами жизненного цикла продукции позволяет подобрать соответствующие инструменты визуального анализа и включить их в состав интегрированного решения по автоматизации производственных предприятий на базе современных принципов проектного менеджмента, бизнес-моделирования, оптимизации и принятия решений для повышения эффективности создания объектов новой техники в формате работ НИР или ОКР.
6. Заключение
В статье представлены визуальные модели, используемые при создании интегрированных производственных систем, ориентированные на использование проектно-ориентированного подхода к управлению. Визуализация жизненных циклов проекта и изделия позволяет реализовать их геометрическое совмещение, выделив существенные с точки зрения управления параметры и свойства рассматриваемых процессов. На основе методов визуальной аналитики реализуется подход к решению задач анализа процессов жизненного цикла продукции по временным, стоимостным и ресурсным параметрам, а также с учетом структурных особенностей комплекса работ по созданию продукции. Архитектура интегрированных решений в едином информационном пространстве предприятия создается на основе визуализации процесса проектирования с использованием проектно-ориентированного подхода. Основой информационной интеграции этапов жизненного цикла является дерево состава изделия, создаваемое и наиболее интенсивно используемое на стадии конструкторско-технологической подготовки производства. Применение визуальных моделей в формате плоских и пространственных сцен позволяет организовать совместную разработку, определить параметры создаваемой продукции и подготовить потоки работ, направленные на автоматизацию процессов подготовки производства и изготовления продукции. Получая информацию о загрузке исполнителей и оборудования в формате визуальных моделей, используются методы визуальной аналитики, позволяющие управлять процессов разработки, добиваясь качества продукции с учетом ограничений на доступное количество ресурсов, принимая во внимание стоимость выполнения работ.
Список литературы
1. Пилюгин В.В. Компьютерная геометрия и визуализация. МИФИ, 2005. с.120
2. Модяев А.Д., Леонова Н.М., Филатов А.С., Шабынин А.А. Методика визуализации полей гамма-излучения в помещении. Научная визуализация. 2014. № 3(6). С. 87-95.
3. Колычев В.Д., Румянцев В.П. Система визуальных моделей управления проектами. Научная визуализация. 2014. № 3(6). С. 14-54.
4. Kolychev V.D., Prokhorov I.V. Application of road mapping for hi-tech projects commercialization in corporate innovative entrepreneurship. Ecology Environment & Conservation, 2014, vol. 20(4). pp. 1895-1906.
5. Kolychev V.D., Rumyantsev V.P. Specificity of the product's life-cycle management models. Non-ferrous metals, 2014, vol. 2. pp. 3-7.
6. Kolychev V.D., Prokhorov I.V. Conception, technology and methods of development of university system of innovation projects commercialization based on effectuation. Asian Social Science, 2015, vol. 11 (8). pp. 44-51. (DOI: 10.5539/ass.v11n8p44).
8. Kolychev V.D., Rumyantsev V.P. Procedure of Equivalent Enlargement and Aggregation of Product's Life-cycle Network Model. Ecology Environment & Conservation, 2015, vol. 21 (S). pp.87-98.
9. Колычев В.Д. Параметрический анализ жизненного цикла изделия по критериям время-стоимость. Экономика в промышленности. 2015. № 1 (25). С. 70-76.
10. Колычев В.Д. Программная реализация визуальных моделей управления проектами. Современные проблемы науки и образования. 2014. № 3. С.56. http://www.science-education.ru/117-13219.
11. Колычев В.Д., Румянцев В.П. Об особенностях математических моделей полного жизненного цикла инновационных изделий. Интеграл. 2012. № 1. С. 50-51.
13. Никифоров А.Д., Бакиев А.В. Процессы жизненного цикла продукции в машиностроении. Абрис, 2011. 688 c. ISBN 978-5-4372-002-5.
14. Ромашов А.В., Баранов В.В. Стратегии развития научно-производственных предприятий аэрокосмического комплекса: Инновационный путь. Альпина Паблишерз, 2009. 215 с. ISBN 978-5-9614-1077-8
15. Андреев Е.Б., Куцевич И.В., Куцевич Н.А. MES-системы: взгляд изнутри. Издательство "РТСОФТ". 2015. 240 с. ISBN 978-5-903545-21-6/
16. Решетников И.С., Козлецов А.П., Медведева Г.М. MES - теория и практика. Выпуск 3 (2011). Официальные материалы ассоциации MESA International. НГСС, 2011. 98 с. ISBN 978-5-9902917-1-3.
17. Решетников И.С., Козлецов А.П., Медведева Г.М. MES - теория и практика. Выпуск 6 (2013). Официальные материалы ассоциации MESA International. НГСС, 2013. 112 с. ISBN 978-5-9903747-5-1.
18. Козлов В.Н. Системный анализ, оптимизация и принятие решений: учебное пособие. Проспект, 2016. 176 с. ISBN 978-5-392-20185-3.
19. Поташева Г.А. Управление проектами (проектный менеджмент): учебное пособие. ИНФРА-М, 2016. 224 с. http://www.dx.doi.org/10.12737/17508
20. Павелек Г. Комплексное планирование промышленных предприятий: Базовые принципы, методика, ИТ-обеспечение. Альпина паблишер, 2015. 366 с. ISBN 978-5-9614-4627-2.
21. Микони С.В. Теория принятия управленческих решений: Учебное пособие. СПб.: Издательство "Лань", 2015. 448 с.: ISBN 978-5-8114-1875-6
22. Просветов Г.И. Математические методы и модели в экономике: задачи и решения: учебно-практическое пособие. 2-е изд., перераб. Альфа-Пресс, 2016. 304 с. ISBN 978-5-94280-664-4.
23. Набатова Д.С. Математические и инструментальные методы поддержки принятия решений. Юрайт, 2015. 292 с. ISBN 978-5-9916-5188-2.
24. Колычев В.Д. Планирование и анализ инновационных проектов с использованием сетевых моделей с альтернативной структурой. Естественные и технические науки. 2012. № 1. С. 278-284.
25. 12207-2008 - ISO/IEC/IEEE Standard for Systems and Software Engineering - Software Life Cycle Processes. http://ieeexplore.ieee.org/servlet/opac?punumber=4475822 [accessed 02.07.2016].
26. 15288-2008 - Systems and software engineering System life cycle processes. http://ieeexplore.ieee.org/servlet/opac?punumber=6093921 [accessed 02.07.2016].
27. Behrens W., Hawranek P.M. Manual for the preparation of industrial feasibility studies. Newly revised and expanded edition. United Nations Industrial Development organization. Vienna. 1991. Pp. 386.
28. A Guide to the Project Management Body of Knowledge (PMBOK Guide). Fourth Edition USA, Project Management Institute, 2008.
29. Колычев В.Д. Программная система анализа жизненного цикла инновационной продукции. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014613572, 28.03.2014.
30. Колычев В.Д. Программная система календарного ресурсного планирования инновационных проектов (TSR Planner). Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014611524, 19.05.2014.
31. Колычев В.Д. Программная система анализа и планирования проектов с альтернативной структурой. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2012613420, 11.04.2012.
32. Колычев В.Д. Программная система решения задач сетевой оптимизации (NetOptim). Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011613776, 16.05.2011.
33. Колычев В.Д. Пакет анализа и оптимизации проектов по временным, стоимостным и ресурсным параметрам (Project Optimization Software Tool). Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2011613606, 10.05.2011.
34. Горохов В.А., Беляков Н.В., Схиртладзе А.Г. Проектирование механосборочных участков и цехов: учебник. ИНФРА-М, 2015. 540 с.
VISUALIZATION OF A PRODUCT’S LIFE CYCLES IN THE COMMON INFORMATION SPACE ON THE BASIS OF PROJECT MANAGEMENT METHODS
N.M. Leonova, A.D. Modyaev, V.D. Kolychev
National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute), Russian Federation
In this article a set of visual models developed by the authors and used in making the concept of industrial enterprises automation is considered. The problems of the integrated information support of the product lifecycle are solved by using the visual analytical methods. The visual modeling technology aimed at the use of flat and 3D-scenes in the formation of design decisions for the development of management and process automation, as well as mathematical modeling and decision support that is built by using the concept of a single information space of an industrial enterprise. By using the methods of visual analytics based on the project-oriented approach to management a set of graph-analytical models used in making the configuration of the integrated information environment of modern industrial enterprise is revealed. In the article, they consider visual models and the possibility of their use in the data, functional and structural modeling, planning and project management of creating integrated information systems. The basis of informational integration of lifecycle stages is a product tree which is produced and most intensively used in the stage of design and technological preparation of production. In this paper presented the experience of application and development of visual analytics models in the process of design and creation of integrated automated systems of enterprise management.
Keywords: Common information space, Project management, Product’s life-cycle, Design management, Project, Visual analysis.
References
1. Pilyugin V.V. Komp'juternaja geometrija i vizualizacija [Computer geometry and visualization]. MEPhI, 2005. 120 p. [In Russian]
2. Modjaev A.D., Leonova N.M., Filatov A.S., Shabynin A.A. Metodika vizualizacii polej gamma-izluchenija v pomeshhenii [Methods of gamma imaging of the radiation fields in the room]. Scientific visualization. 2014. no. 3(6). pp. 87-95. [In Russian]
3. Kolychev V.D., Rumjancev V.P. Sistema vizual'nyh modelej upravlenija proektami [Visual system of project management models]. Scientific visualization. 2014. no. 3(6). S. 14-54. [In Russian]
4. Kolychev V.D., Prokhorov I.V. Application of road mapping for hi-tech projects commercialization in corporate innovative entrepreneurship. Ecology Environment & Conservation, 2014, vol. 20(4). pp. 1895-1906.
5. Kolychev V.D., Rumyantsev V.P. Specificity of the product's life-cycle management models. Non-ferrous metals, 2014, vol. 2. pp. 3-7.
6. Kolychev V.D., Prokhorov I.V. Conception, technology and methods of development of university system of innovation projects commercialization based on effectuation. Asian Social Science, 2015, vol. 11 (8). pp. 44-51. (DOI: 10.5539/ass.v11n8p44).
7. Fedorova A.V., Tarasov V.B., Vetrov A.N. Granuljacija informacii pri modelirovanii zhiznennogo cikla slozhnyh tehnicheskih sistem [Granulation information for modeling the life cycle of complex technical systems]. Naukovedenie. 2013. no. 5. pp. 53-57. [In Russian]
8. Kolychev V.D., Rumyantsev V.P. Procedure of Equivalent Enlargement and Aggregation of Product's Life-cycle Network Model. Ecology Environment & Conservation, 2015, vol. 21 (S). pp.87-98.
9. Kolychev V.D. Parametricheskij analiz zhiznennogo cikla izdelija po kriterijam vremja-stoimost' [Parametric Analysis of the product by the criteria of the time, life-cycle costs]. Economy Industry. 2015. No. 1 (25). Pp. 70-76. [In Russian]
10. Kolychev V.D. Programmnaja realizacija vizual'nyh modelej upravlenija proektami [Software implementation of the visual project management models]. Modern problems of science and education. 2014. No. 3. Pp. 56. http://www.science-education.ru/117-13219. [In Russian]
11. Kolychev V.D., Rumjancev V.P. Ob osobennostjah matematicheskih modelej polnogo zhiznennogo cikla innovacionnyh izdelij [On peculiarities of mathematical models of the full life cycle of innovative products]. Integral. 2012. No. 1. Pp. 50-51. [In Russian]
12. Sudov E.V. Integrirovannaja informacionnaja podderzhka zhiznennogo cikla mashinostroitel'noj produkcii. Principy. Tehnologii. Metody. Modeli [Integrated information lifecycle support of engineering products. Principles. Technologies. Methods. Models.]. Publish house MVM, 2003. 264 p. ISBN 5-98136-019-4. [In Russian]
13. Nikiforov A.D., Bakiev A.V. Processy zhiznennogo cikla produkcii v mashinostroenii [Product realization in Mechanical Engineering]. Abris, 2011. 688 p. ISBN 978-5-4372-002-5. [In Russian]
14. Romashov A.V., Baranov V.V. Strategii razvitija nauchno-proizvodstvennyh predprijatij ajerokosmicheskogo kompleksa: Innovacionnyj put' [Strategy of development of scientific and industrial enterprises of aerospace complex: Innovative way]. Al'pina Pablisherz, 2009. 215 p. ISBN 978-5-9614-1077-8 [In Russian]
15. Andreev E.B., Kucevich I.V., Kucevich N.A. MES-sistemy: vzgljad iznutri [MES-systems: the inside story]. Publish house "RTSOFT". 2015. 240 p. ISBN 978-5-903545-21-6/ [In Russian]
16. Reshetnikov I.S., Kozlecov A.P., Medvedeva G.M. MES - teorija i praktika. Vypusk 3 [MES - theory and practice. Issue 3] (2011). Official materials MESA International Association. 2011. 98 p. ISBN 978-5-9902917-1-3. [In Russian]
17. Reshetnikov I.S., Kozlecov A.P., Medvedeva G.M. MES - teorija i praktika. Vypusk 6 [MES - theory and practice. Issue 6] (2013). Official materials MESA International Association. 2013. 112 p. ISBN 978-5-9903747-5-1. [In Russian]
18. Kozlov V.N. Sistemnyj analiz, optimizacija i prinjatie reshenij: uchebnoe posobie [System analysis, optimization and decision-making: a tutorial]. Prospekt, 2016. 176 p. ISBN 978-5-392-20185-3. [In Russian]
19. Potasheva G.A. Upravlenie proektami (proektnyj menedzhment): uchebnoe posobie [Project Management (Project Management): a tutorial]. INFRA-M, 2016. 224 p. http://www.dx.doi.org/10.12737/17508 [In Russian]
20. Pavelek G. Kompleksnoe planirovanie promyshlennyh predprijatij: Bazovye principy, metodika, IT-obespechenie [Integrated planning of the industrial enterprises: Basic principles, methodology, IT Software]. Al'pina publisher, 2015. 366 p. ISBN 978-5-9614-4627-2. [In Russian]
21. Mikoni S.V. Teorija prinjatija upravlencheskih reshenij: Uchebnoe posobie [The theory of management decision-making: A Tutorial]. Publish house "Lan'", 2015. 448 p. ISBN 978-5-8114-1875-6 [In Russian]
22. Prosvetov G.I. Matematicheskie metody i modeli v jekonomike: zadachi i reshenija: uchebno-prakticheskoe posobie [Mathematical methods and models in economics: challenges and solutions: teaching practical manual]. 2nd ed., Rev. Alfa-Press 304 p. ISBN 978-5-94280-664-4. [In Russian]
23. Nabatova D.S. Matematicheskie i instrumental'nye metody podderzhki prinjatija reshenij [Mathematical and instrumental methods of decision support]. Jurajt, 2015. 292 p. ISBN 978-5-9916-5188-2. [In Russian]
24. Kolychev V.D. Planirovanie i analiz innovacionnyh proektov s ispol'zovaniem setevyh modelej s al'ternativnoj strukturoj [Planning and analysis of innovative projects using network models with an alternative structure]. Natural and Technical Sciences. 2012. No. 1. P. 278-284. [In Russian]
25. 12207-2008 - ISO/IEC/IEEE Standard for Systems and Software Engineering - Software Life Cycle Processes. http://ieeexplore.ieee.org/servlet/opac?punumber=4475822 [accessed 02.07.2016].
26. 15288-2008 - Systems and software engineering System life cycle processes. http://ieeexplore.ieee.org/servlet/opac?punumber=6093921 [accessed 02.07.2016].
27. Behrens W., Hawranek P.M. Manual for the preparation of industrial feasibility studies. Newly revised and expanded edition. United Nations Industrial Development organization. Vienna. 1991. Pp. 386.
28. A Guide to the Project Management Body of Knowledge (PMBOK Guide). Fourth Edition USA, Project Management Institute, 2008.
29. Kolychev V.D. Program system for the analysis of innovative product lifecycle. The certificate of registration of the computer program number 2014613572, 28.03.2014. [In Russian]
30. Kolychev V.D. Software system calendar resource planning innovative projects (TSR Planner). The certificate of registration of the computer program number 2014611524, 19.05.2014. [In Russian]
31. Kolychev V.D. The software system analysis and planning projects with an alternative structure. The certificate of registration of the computer program number 2012613420, 11.04.2012. [In Russian]
32. Kolychev V.D. Program system for solving network optimization (NetOptim). The certificate of registration of the computer program number 2011613776, 16.05.2011. [In Russian]
33. Kolychev V.D. Packet analysis and optimization projects on time, cost and resource parameters (Project Optimization Software Tool). The certificate of registration of the computer program number 2011613606, 10.05.2011. [In Russian]
34. Gorohov V.A., Beljakov N.V., Shirtladze A.G. Smith design sites and shops: a textbook. INFRA-M, 2015. 540 p. [In Russian]