На правах рукописи

ПРОТАСОВА СВЕТЛАНА ВИТАЛЬЕВНА

РАЗРАБОТКА МЕТОДА И СРЕДСТВ ПОДДЕРЖКИ ВЗАИМОСВЯЗАННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЕКТНЫХ И УПРАВЛЕНЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ ПРИ АВТОМАТИЗАЦИИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРОЕКТНОКОНСТРУКТОРСКОЙ ОРГАНИЗАЦИИ

Специальность: 05.13.12 - Системы автоматизации проектирования

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2007

Работа выполнена в ГОУ ВПО Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Волкова Галина Дмитриевна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Цырков Александр Владимирович кандидат технических наук Сорокин Александр Викторович Ведущее предприятие: Филиал «Севмашвтуз» ГОУ ВПО «СанктПетербургский Государственный Морской Технический Университет»

Защита состоится «» июня 2007 года в _ часов на заседании Диссертационного Совета Д 212.142.03 при ГОУ ВПО Московский государственный технологический университет «СТАНКИН» по адресу: 127994, г. Москва, Вадковский пер., д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН».

Автореферат разослан «» мая 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, Д 212.142.03, к.т.н. Семячкова Е.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В современных экономических условиях машиностроительным предприятиям и организациям необходимо постоянно совершенствовать выпускаемую продукцию с целью обеспечения ее конкурентоспособности. Так как многие показатели продукции закладываются на ранних этапах её создания, то возникает необходимость повышения эффективности проектной деятельности как одного из самых сложных видов интеллектуальной деятельности, выполняемых в процессе создания машиностроительных объектов. На данный момент, одним из главных инструментов совершенствования деятельности предприятий и трансляции проектной информации на последующие стадии создания, эксплуатации и развития создаваемого изделия в едином информационном пространстве являются так называемые ИПИ-технологии (или CALSтехнологии – по зарубежной терминологии). Эффективность применения этих технологий зависит от качества заложенных в них модельных представлений, описывающих предметные области всех фаз жизненного цикла создаваемого изделия. Особенностью модельных представлений проектноконструкторской деятельности является семантическая увязка описаний различных предметных областей. В связи с тем, что деятельность проектной организации есть совокупность различных взаимосвязанных видов деятельности (функционирования, поддержания, развития), то возрастает значимость комплексного моделирования не только этих процессов, но и сопряженных с ними процессов управления. Вместе с тем, практика внедрения современных информационных технологий обусловлена объективными факторами, снижающими эффективность их применения для проектно-конструкторских организаций:

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

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

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

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

Для достижения поставленной цели в работе решена научная задача, включающая:

– исследование существующих методов и средств моделирования деятельности проектно-конструкторской организации;

– формальное описание совокупности семантических моделей деятельности проектно-конструкторской организации;

– разработку метода взаимосвязанного семантического моделирования деятельности проектно-конструкторской организации;

– разработку методики взаимосвязанного моделирования проектных и управленческих процессов при автоматизации деятельности проектноконструкторской организации в условиях внедрения ИПИтехнологий;

– разработку инструментальных средств поддержки формирования, визуализации и обработки взаимосвязанных моделей проектных и управленческих процессов в деятельности проектно-конструкторской организации.

Научная новизна заключается в следующем:

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

– разработан метод моделирования деятельности проектноконструкторской организации.

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

Практическая ценность. Разработана методика взаимосвязанного моделирования проектных и управленческих процессов при автоматизации деятельности проектно-конструкторской организации, а также разработаны и реализованы программные средства поддержки моделирования деятельности проектно-конструкторской организации.

Методика и средства поддержки были применены в ЗАО «Топ Системы».

Апробация работы. Результаты работы докладывались на 7 и 8-й научных конференциях МГТУ "Станкин" и "Учебно-научного Центра мат.

моделирования МГТУ "Станкин", научно-техническом форуме с международным участием «Высокие технологии-2004» (ноябрь 2004г., Ижевск), международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, образовании и промышленности» (май 2005г., Архангельск), четвёртой Всероссийской научно-практической конференции -4Управление качеством» ГОУ ВПО «МАТИ» - РГТУ им. К.Э. Циолковского и обсуждались на заседаниях кафедры "Когнитивные технологии проектирования".

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, глав, заключения, списка литературы ( наименований) и приложений.

Работа содержит стр. сквозной нумерации, включая рис. и стр. приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, формулируются основные задачи и основные положения, выносимые автором на защиту.

Приводится структура и общее содержание диссертации по главам.

В первой главе рассмотрены основные подходы к автоматизации деятельности предприятий и организаций в машиностроении, проведено исследование и проанализированы особенности деятельности проектноконструкторских организаций, выявлены существующие методы и средства моделирования деятельности предприятий и организаций.

Исследование и анализ особенностей функционирования предприятий и организаций в промышленности, проведенные по опубликованным источникам, позволили установить, что в современных рыночных условиях они сталкиваются с проблемами, и это требует пересмотра многих традиционных подходов к автоматизации своей деятельности.

Исследования показали, что одним из главных инструментов совершенствования деятельности предприятий и организаций являются в последние годы технологии компьютерного сопровождения и поддержки наукоемкой продукции на всех этапах жизненного цикла, так называемые ИПИ-технологии, направленные на формирование, сохранение и рациональное использование стратегического ресурса предприятия или организации. Внедрение ИПИ-технологий предполагает как моделирование самого изделия, так и деятельности предприятий или организаций, участвующих в жизненном цикле.

Большой вклад в исследовании подходов и особенностей применения ИПИ-технологий, методов моделирования сложных производственных систем внесли Соломенцев Ю.М., Павлов В.В., Митрофанов В.Г., Косов М.Г., Капустин Н.М., Соколов В.П., Горнев В.Ф., Цырков А.В., Гусев А.А., Судов Е.В., Шептунов С.А. и другие отечественные и зарубежные ученые.

Совокупность информационных моделей изделия, процессов и ресурсов должна образовывать комплексную интегрированную среду, обеспечивающую информационную поддержку задач, выполняемых в ходе жизненного цикла. При этом на стадии проектирования и разработки существенными являются данные об изделии, о процессе проектирования, о требуемых, прежде всего, организационных (кадровых) и технических ресурсах в виде вычислительных средств, автоматизирующих труд проектировщика. Проектная деятельность взаимосвязана с различными вспомогательными процессами, что обуславливает внедрение автоматизированных систем различного назначения (систем организационного управления, управления ресурсами, управления качеством и др.), разнородность которых затрудняет целостное модельное описание деятельности проектноконструкторской организации, чем снижает эффективность применения автоматизированных систем. От того, насколько полно и объективно в полученных моделях отражены информация и знания о предметной области в рамках всего жизненного цикла изделия, зависит эффективность автоматизации деятельности проектно-конструкторской организации.

Таким образом, проведённый анализ показал, что интегрирующим элементом современных автоматизированных систем деятельности предприятий и организаций в промышленности является формирование модельных представлений, заложенных в основу этих систем.

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

основная функциональная модель, описывающая процесс проектирования и особенности проектируемого изделия;

модель управления функционированием, описывающая процесс управления деятельностью проектно-конструкторской организации и обеспечение её ресурсами.

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

Проектно-конструкторская деятельность характеризуется прогнозным характером получаемых решений. При инициализации процесса проектирования, набор многоаспектных требований, содержащихся в задании на проектирование, касается перспективного функционирования, эксплуатации и изготовления создаваемого изделия. Это обуславливает структурную и информационную сложность объекта проектирования. Причём, на информации и максимум неявных знаний об изделии, которые объективируются и уточняются в процессе принятия проектных решений. Процесс проектирования характеризуется последовательностью выполнения определённого набора этапов и стадий. При этом он имеет итерационный характер, в ходе которого проектные решения могут многократно дорабатываться на всех стадиях. Динамика процесса проектирования, выраженная в распараллеливании работ в соответствии с системой планирования и управления ресурсами обуславливает необходимость неформального согласования их результатов, что предъявляет особые требования к опыту и знаниям проектировщиков и приводит к возникновению проблемы сохранения интеллектуальных ресурсов в проектных организациях. Накопленный опыт, зафиксированный в нормативных материалах, внутренних и внешних стандартах) и единый коллектив исполнителей представляют собой единую среду процесса проектирования. Проектная организация в своей деятельности взаимосвязана также с процессами планирования и контроля разработок, задачами управления ресурсами и взаимодействием с организациями-соисполнителями, составляющими окружение процесса проектирования.

Выявленные особенности проектно-конструкторской деятельности определили требования к выбору методов и средств моделирования деятельности проектно-конструкторской организации. Наиболее широко распространенные модели деятельности организаций базируются на следующих методологиях и подходах: SADT-методологии (Structured Analysis and Design Technique) для структурного анализа и проектирования производственных и деловых процессов; объектно-ориентированной методологии;

ARIS-методологии моделирования деятельности предприятий; методы когнитивного подхода. Данные методы и методологии рассмотрены и проанализированы по следующим критериям: набор модельных представлений, поддерживаемые этапы жизненного цикла, возможности интеграции моделей для разных задач и др.

Методология SADT не обеспечивает взаимосвязи различных аспектов при моделировании деятельности организаций. Объектноориентированный подход может быть применим для описания информационной компоненты модели деятельности организации. Основу методологии ARIS составляет многомодельный комплексный подход к описанию деятельности организации как единого представления всех её особенностей, но ориентирована на описание управленческой деятельности организации и использует привязку выполняемых организацией функций к организационной структуре и ресурсам, обеспечивающим её функционирование. Когнитивные методы основаны на работе со структурой причинноследственных связей между элементами какой-либо системы и окружающей её среды, отображающей представление индивидов или их группы об устройстве и функционировании данной системы. Недостатком данного факторов, характеризующих систему.

Проведенный анализ существующих методов моделирования деятельности организаций позволил сделать выводы о том, что рассмотренные методологии направлены на различные аспекты моделирования деятельности организаций и не обеспечивают взаимосвязанного модельного описания с учётом всех особенностей проектной деятельности.

Характеристика средств моделирования на базе традиционных методологий позволила выявить основные элементы моделей, обеспечивающие описание деятельности предприятий и организаций. К наиболее распространенным программным средствам моделирования деятельности предприятий и организаций можно отнести BPWin и ERWin, пакет “CASE.Аналитик” (microTOOL, GmbH), WorkFlow Analyzer, ARIS Toolset, Designer/2000 (Oracle), Rational Rose (Rational Software Corp.), программноаналитический комплекс когнитивного моделирования и др. Эти инструментальные средства ориентированы на работу с одной или несколькими методологиями. Следует отметить, что указанные средства недостаточно полно могут учитывать выявленные особенности деятельности проектноконструкторской организации для её моделирования. Кроме того, они обладают достаточной трудоемкостью освоения и высокой стоимостью, что затрудняет их использование в проектных организациях машиностроительного комплекса.

Проведенный анализ позволил выявить преимущества методологии автоматизации интеллектуального труда (МАИТ) по сравнению с существующими методами моделирования деятельности организаций. В МАИТ определяющую роль при моделировании проектной деятельности играет концептуальное моделирование, позволяющее выявить и зафиксировать систему знаний и понятий выделенной предметной области. Разработанные ранее инструментальные средства поддержки концептуального моделирования в рамках МАИТ недостаточно ориентированы на специфику деятельности проектно-конструкторской организации, что затрудняет их применение для моделирования различных видов её деятельности.

Основываясь на полученных выводах, было принято решение о необходимости разработки метода взаимосвязанного семантического моделирования проектных и управленческих процессов в деятельности проектно-конструкторской организации в условиях внедрения ИПИ-технологий, учитывающего специфику проектно-конструкторской деятельности. Это позволило сформулировать цель работы и поставить научную задачу для ее достижения.

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

Поскольку описание деятельности проектноконструкторской организации есть сложный комплекс взаимосвязанных моделей, относящихся к формирования этого описания необходимо выполнение согласованного семантического моделирования процессов проектирования и управления проектной деятельностью. Для разработки метода взаимосвязанного семантического моделирования необходимо выявить методологические, теоретические и практические основания, которые позволяют установить состав и взаимосвязи моделей.

Методологическим базисом являются: укрупнённая классификация видов деятельности предприятия или организации: функционирование, управление, поддержание, развитие; сопряжённое представление управляющего и управляемого процессов; анализ философского понятия «производство»; системный подход. Теоретической основой для разработки данного метода служат теоретические положения концептуального моделирования в рамках методологии МАИТ и теория систем. В качестве практических оснований рассмотрены практика и опыт создания прикладных автоматизированных систем поддержки концептуального моделирования в рамках МАИТ.

Метод взаимосвязанного семантического моделирования заключается в разработке системы правил (F) перехода от семантической модели процесса проектирования kго класса объектов машиностроения (Mpk) к семантической модели процесса управления проектированием (Muk):

F: Mpk Muk (рис. 1). Требования к модельным представлениям заключаются в следующем:

1. Моделирование семантики процесса проектирования может быть представлено в различных формах:

а)в виде концептуальной модели процесса проектирования, которая отражает систему ограничений на структуру предметных категорий и содержание этих ограничений (модель Mpk);

б)в матричной форме на основе конвейерно-тактового подхода, который позволяет образно представить структуру процесса проектирования и связность ограничений на любом уровне декомпозиции (модель Mpka);

в)в виде формального описания на основе системного подхода, представляющего систему проектных действий и набор входных и выходных объектов с их свойствами (модель Spk1);

г) в виде формального описания на основе системного подхода с учётом окружения системы (модель Spk2, дополняющая модель Spk1).

2. Моделирование взаимосвязанного представления концептуальной модели процесса проектирования и управленческой деятельности (модель Mupk) осуществляется на основе системного подхода.

3. Моделирование семантики управленческих задач взаимосвязано с управляемым процессом – процессом проектирования и может быть представлено в следующих формах:

а) в виде концептуальной модели процесса управления (модель Muk);

-9в) на основе системного подхода, описывающего систему управленческих действий и набор входных и выходных объектов с их свойствами (модель Suk1);

Рис. 1. Структура взаимосвязанного семантического моделирования деятельности проектно-конструкторской организации.

Концептуальное представление n-ой предметной задачи формально описывается набором моделей в виде:

где n=pk - обозначение p-ой предметной задачи для концептуальной модели процесса проектирования k-го класса объектов машиностроения;

n=uk - обозначение u-ой предметной задачи для концептуальной модели процесса управления этим процессом проектирования.

Тогда модели деятельности проектно-конструкторской организации Mpk и Muk могут быть описаны как: KP 2(n) - концептуальная модель n-ой предметной задачи на объектном уровне где KP3(nm) - концептуальная модель конкретного уровня m-ой реализации n-ой предметной задачи.

Концептуальная модель любого уровня абстрагирования для n–ой предметной задачи имеет вид:

где z=n описывает концептуальную модель n–ой предметной задачи объектного уровня (i=2), z=nm описывает концептуальную модель m - реализации n –ой предметной задачи конкретного уровня (i=3); Mi(z ) - множество категорий, THi (z ) - множество статических отношений на категориях, FUi (z ) - множество динамических отношений; Mi( z ) = {mij } - множество категорий i-го уровня.

Статические отношения представлены набором структур:

где Ti ( z) Mi( z) Mi( z ) - множество бинарных отношений на Mi (z ), Hi ( z ) Mi( z ) Mi( z ) Mi( z ) - множество тернарных отношений на Mi (z ), Hi ( z ) = {hki } - множество схем категорий, Thi ( z ) Hi ( z ) Hi ( z ) - множество бинарных отношений на Hi (z ).

где Vi ( z ) = {vik } - множество предметных зависимостей 1-го рода i-го уровня абстрагирования, FVi ( z ) Vi ( z ) Vi ( z) - множество бинарных отношений на Vi (z ). Ограничение отражает существование функционального отношения на подмножестве множества Mi (z ) в виде: f 1 : Mi( z ) Vi ( z ).

где Qi ( z ) = {qki } - множество предметных зависимостей 2-го рода i-го уровня абстрагирования; UQi( z ) Qi ( z ) Qi( z ) - множество бинарных отношений на Qi(z ). Ограничение отражает существование квазифункционального отношения на подмножестве множества H i (z ) в виде: f 2 : H i ( z ) Qi ( z ).

На объектном уровне:

соотношения между предметными зависимостями 1-го рода и предметными категориями можно представить:

где Qitsp - отражает соотношения структурных и контекстуальных предметных категорий в рамках sp-ой ПЗ 1-го рода, фиксируя общую родословную всех предметных категорий до самого верхнего уровня иерархии, индекс u sp помечает подмножество множества A j предметных категорий, которое характеризует sp-е ограничение или предметную зависимость для выделенной предметной задачи.

соотношения между предметными зависимостями 2-го рода и предметными категориями можно представить:

где Fit2 sp - условие, определяющее особые связи монадических предметных категорий в рамках схем предметных категорий.

Для получения матричной формы представления концептуальной модели процесса проектирования Mpka и осуществления перехода Mpk Mpka необходимо выполнить аналитическую обработку модели Mpk. Для этого, учитывая родословную каждой предметной категории, входящей в подмножество Aj, получим:

где ( a j1, K, a jq )usp A sp – содержательные ограничения sp-ой ПЗ 1-го рода; A sp – характеризует подмножество предметных категорий, с учетом В подмножестве предметных категорий, составляющих содержание любой sp-ой предметной зависимости 1-го рода, выделены три подмножества, характеризующие ролевые свойства предметных категорий – входные (ПК-аргументы), промежуточные и выходные (ПК-функции) предметные категории. Поэтому содержание предметной зависимости 1-го рода можно определить следующим функциональным отношением:

Такое представление позволяет сформировать полное информационное описание предметной задачи, то есть определить множество используемых предметных категорий для предметной зависимости любого уровня сложности.

Для реструктуризации системы предметных зависимостей, может быть использован конвейерно-тактовый подход, позволяющий модифицировать функциональное описание задачи за счёт позиционирования любой предметной зависимости на определённом конвейере и такте с учётом их информационной связности. Наиболее эффективным формальным аппаратом для реализации этого подхода является аппарат блочных матриц, где строки ассоциируются с конвейерами, а столбцы с тактами. Структурное описание любой предметной зависимости представляется в виде:

где блок C sp раскрывает внутреннюю структуру (s+1) уровня этой предметной зависимости, C 1 и Csp соответственно определяют входную и выходную информационные компоненты этой же зависимости. Представление структурного описания в различных функциональных конструкциях, где cij - элементы блочных матриц, C sp ( m = 1 4 ), выглядит следующим образом:

M M M O O M

Ограничениями на элементы матрицы являются условия: с10 1. Если для сtt = w( s +1)(t + k 1), ции для w( s +1)(t + k 1) ), иначе сt10 = 0. Если для элемента сtt где A(out 1)( t + k 1) I A(in+ 1)( t + l + k 1), то с(2t + l ) t = 1 (наличие внутренней A(out 1)( t + k 1) I Asp, то с (n +1 )t = 1 (наличие внешней выходной информации для w( s +1)(t + k 1) ), иначе (n c 4 +1 )0 - метка матрицы структурного описания предметной зависимости.

Каждый элемент cij можно раскрыть через подмножества входных ( Asp ), выходных ( Asp ) и промежуточных ( Aspar ) предметных категорий.

Полное структурное описание предметной задачи определяет её максимальную функциональную детализацию с учётом информационной связности зависимостей. Реструктуризация полного структурного описания предметной задачи заключается в сокращении количества тактов (столбцов) и количества конвейеров (строк) и происходит на основе определённых правил.

С позиций теории систем концептуальную модель процесса проектирования можно формально представить как совокупность взаимосвязанных систем:

где GW - система проектных действий (структура процесса), соответствующая системе предметных зависимостей концептуальной модели процесса проектирования; G A - структура входных и выходных объектов, соответствующая понятийной структуре концептуальной модели процесса проектирования; RWA - множество связей между объектами и действиями, отражающее увязку понятийной и функциональной составляющих концептуальной модели процесса проектирования.

С точки зрения теории систем, представленную систему необходимо дополнить параметрами, описывающими среду процесса проектирования как условие функционирования системы. Формально это можно представить путем введения в систему S 1 дополнительных компонентов и отноpl шений:

где G SR =< SR, RSR, QSR > - структура, описывающая среду процесса проектирования, в которой: SR – среда проектирования, объединяющая в себе такие компоненты проектной задачи как процесс, субъект и средство (ресурсы временные, кадровые, финансовые и технологические) как условие функционирования системы; RSR – множество связей между элементами среды; QSR – множество свойств элементов среды; RSRW – множество связей проектных действий с элементами среды.

Такое представление позволяет сформировать модель Mupk взаимосвязанного представления концептуальной модели процесса проектирования и управленческой деятельности путём преобразования Mpka + Spk Mupk. Для этого было предложено уточнённое структурное описание концептуальной модели процесса проектирования, дополненное элементами, характеризующими процесс проектирования с точки зрения оценки и контроля временных, организационных (кадровых), финансовых и технических ресурсов при осуществлении проектной деятельности. Структурное описание любой сложной предметной зависимости может быть представлено в виде:

C ' sp = Сsp Сsp Сsp, где Сsp = Сsp, Сsp = Сsp, Сsp = Сsp, Сsp = Сsp, Сsp = с12 K с12 K с12, где n12 = 1 n.

Элементы матрицы-блока С12 позволяют учитывать характеристики субъsp ектов, участвующих в каждом из проектных действий, описываемых предметными зависимостями на главной диагонали матрицы Сsp, и описать использование кадровых ресурсов проектно-конструкторской организации.

Сsp = Сsp 1 Сsp 2, где С sp Сsp 2 - характеристики финансовых и технических ресурсов.

Элементы с0t, сt ( n +1), сt ( n +1) являются множествами предметных категорий, относящихся к различным аспектам управленческой деятельности. Поэтому по наборам характеристик, составляющих множества элементов матриц Сsp Сsp преобразованной концептуальной модели процесса проектирования можно зафиксировать множество предметных категорий концептуальной модели процесса управления и их родословную. Данные предметные категории становятся содержанием управленческих действий, описываемых предметными зависимостями 1-го рода концептуальной модели процесса управления, и могут иметь различные ролевые свойства - являться входными, промежуточными и выходными предметными категориями. Концептуальную модель процесса управления Muk можно также представить в виде системы:

GW 1 - система управленческих действий, соответствующая системе предметных зависимостей концептуальной модели процесса управления; G A1 структура входных и выходных объектов, соответствующая понятийной структуре концептуальной модели процесса управления; RW 1A1 - множество связей между объектами и действиями, соответствующее содержательной структуре концептуальной модели процесса управления.

Переход Mupk Muk выполняется формированием компонента, описывающего понятийную структуру G A1 в данной системе, на основе элементов модели Mupk.

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

В третьей главе изложена методика взаимосвязанного моделирования проектных и управленческих процессов в деятельности проектноконструкторской организации. Разработанная методика может применяться при поэтапной автоматизации деятельности проектноконструкторской организации в машиностроении и предназначена для системных аналитиков или специалистов в области представления информации и знаний. Формальным обоснованием данной методики является совокупность моделей, изложенных во второй главе. Исходной информацией - 15 служат результаты предыдущего этапа анализа деятельности проектноконструкторской организации: информация, полученная от экспертов предметной области и из документальных источников организации (нормативно-справочные материалы, внутренние и внешние стандарты).

Структура методики представляет собой набор процедур, правил их выполнения и средств представления входной, промежуточной и выходной информации. В рамках данной методики разработаны алгоритмы следующих процедур (рис. 2): формирования и графического представления концептуальной модели процесса проектирования; преобразование концептуальной модели процесса проектирования с учётом характеристик управления проектной деятельностью; формирования и графического представления концептуальной модели процесса управления;

Рис. 2. Структура процесса формирования, визуализации и обработки моделей деятельности проектно-конструкторской организации Процедура формирования и графического представления концептуальной модели процесса проектирования предназначена для описания основной функциональной области деятельности проектной организации при осуществлении единичного процесса проектирования определённого класса объектов машиностроения от предпроектного обследования до рабочего документирования. Поскольку исследование проектной деятельности проводилось в конструкторском отделе по проектированию специального технологического оборудования (СТО), то в методике учтены особенности СТО и процесса его проектирования.

Процесс проектирования в проектно-конструкторской организации, как правило, регламентирован как государственными, так и внутриорганизационными нормативами. Поэтому с учётом определённой степени унификации узлов СТО, повышающей эффективность его проектирования, возможна декомпозиция процесса проектирования на проектные действия структуры предметных зависимостей концептуальной модели процесса проектирования. Особенностью этой структуры является то, что в связи со сложностью процесса проектирования поэтапная автоматизация предполагает многоуровневый процесс моделирования, где каждое локальное проектное действие может быть представлено в виде комплекса предметных задач. Применение такого подхода позволяет описать весь процесс проектирования от проекта в целом до элементарных действий с использованием типовых алгоритмических конструкций: «последовательности», «цикла» и «альтернативы».

Понятийная структура строится в соответствии с методикой концептуального моделирования. Формирование предметных категорий любых классов выполняется с учётом того, что содержанием процесса проектирования СТО является процесс его перспективного функционирования, то есть технологический процесс обработки требуемой детали с заданной программой выпуска. Пошаговая декомпозиция сложных понятий (как внутри классов, так и между ними) выполняется до того момента, пока не будут получены «родословные» связи всех признаков, используемых в процессе проектирования. Причём в случае крупных проектных задач могут быть использованы интегральные признаки, характеризующие или проектное решение в целом по задаче, или документную форму его представления. Наличие интегральных признаков позволяет содержательно увязать весь процесс проектирования СТО и тем самым построить концептуальную модель всего процесса проектирования определённого класса объектов СТО, которая представлена на рис. 3.

Рис. 3. Визуальное представление концептуальной модели.

Аналитическая обработка концептуальной модели процесса проектирования СТО позволяет получить содержательное представление проектного действия любой сложности, выполнить реструктуризацию и оптимизацию процесса проектирования на основе конвейерно-тактового подхода, получить содержательные срезы любого такта в этом новом представлении. Результат этой обработки можно представить в матричной форме и наглядно изобразить, как показано на рис. 4.

Для последующего построения концептуальной модели процесса управления проектной деятельностью необходимо дополнить графическую форму (рис. 4) недостающими характеристиками, описывающими субъектов проектных действий, требуемых ресурсов, в том числе временных. Это позволило перейти к форме представления процесса проектирования СТО в виде, изображённом на рис. 5. Совокупность представленных на рис. параметров процесса проектирования СТО позволяет сформировать концептуальную модель процесса управления деятельностью проектноконструкторской организации.

сформировать «родословную» всех плановых, фактических и оценочных параметров проектной деяРис. 4. Аналитическая обработка концептуальной модели.

управления будет представлять собой структуру влоРис. 5. Преобразование концептуальной модели женных итерационных процедур,описывающих процесса проектирования.

реализации управленческих циклов для любого управления от долгосрочного до оперативного, определяемого декомпозицией процесса проектирования. Отдельная итерационная процедура будет включать набор всех функций управления: планирование, контроль, учёт, анализ, связанных с проектным действием определённой сложности.

управления фиксируются: получение временных характеристик проектных задач; наличие у субъектов статусных прав на осуществление проектного действия; получение значений характеристик ресурсов и их оценка, а также различных интегральных оценок, относящихся к проектным задачам более высокого уровня сложности.

Результаты каждой процедуры фиксируются в виде набора диаграмм и спецификаций для каждого компонента модели в соответствии с правилами методологии МАИТ. Ограничения на сочетания объектов в сложных ситуациях в рамках проектной и управленческой задач фиксируются в таблицах, которые отражают систему ограничений 2 рода на концептуальные структуры. К таким ограничениям относятся следующие взаимосвязи объектов: изделие группа узлов узел – деталь; изделие проектная документация проектный документ; проект этап стадия; проект ресурс;

проект – субъект; проект управленческая документация и другие.

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

В четвёртой главе дана характеристика разработанных средств поддержки моделирования деятельности проектно-конструкторской организации, а именно описание программно-технических средств, выбранных для реализации автоматизированной подсистемы формирования, визуализации и обработки моделей деятельности проектно-конструкторской организации, состав и структура ее программно-технического комплекса, описание процесса её функционирования и результаты применения методики и инструментальных средств поддержки.

Разработанные автоматизированные процедуры являются программными модулями, расширяющими возможности средств построения концептуальных моделей проектно-конструкторских задач. В качестве среды реализации была выбрана программная среда Borland C++ Builder. Данное средство разработки ориентировано на создание приложений, имеющих графический интерфейс пользователя, многооконный интерфейс и поддерживающих работу с данными. Средства выбранной среды разработки позволяют поддерживать широкий спектр СУБД для хранения данных модели. Выбранная СУБД MS Access 2003, совместимая с другими компонентами MS Office, обеспечивает за счет использования технологий OLE Automation и COM высокий уровень интеграции между любыми установленными в системе приложениями.

Реализация автоматизированной подсистемы включала организацию вычислительной среды: разработку структуры и состава информационной базы; создание необходимых таблиц, содержащих описание моделей деятельности проектно-конструкторской организации; набор программных - 19 модулей, обеспечивающих выполнение процедур концептуального моделирования. Автоматизированная подсистема состоит из трёх основных функциональных модулей, обеспечивающих поддержку моделирования деятельности проектно-конструкторской организации: модуль формирования, визуализации обработки концептуальной модели процесса проектирования; модуль формирования, визуализации и обработки концептуальной модели процесса управления; модуль формирования и визуализации взаимосвязанного представления моделей деятельности проектноконструкторской организации. Примеры форм интерфейса автоматизированной подсистемы по формированию, визуализации и обработке концептуальных моделей процессов проектирования и управления им приведены ниже: на рис. 6 представлены формы для создания понятийной структуры и структур предметных зависимостей, на рис. 7 - содержательных структур и аналитической обработки полученных моделей. Каждый из основных модулей автоматизированной подсистемы включает функции: анализа параметров модели, моделирования, формирования изображения, работы с таблицами базы данных, вспомогательные функции (редактирование, документирование).

В информационной базе хранится информация о завершённых или разрабатываемых проектах. Для каждого проекта формируется набор таблиц различного назначения: содержащие спецификации концептуального моделирования процессов проектирования и управления; служебные для осуществления редактирования различных компонентов моделей; описывающие взаимосвязи концептуальных моделей процессов проектирования и управления; описывающие ограничения на взаимосвязи объектов внутри каждой из задач – проектной и управленческой; необходимые для построения визуальных представлений различных компонентов моделей;

Формирование, визуализация и обработка взаимосвязанного представления моделей деятельности проектно-конструкторской организации (рис. 8) проводится с использованием компонентов построенных концептуальных моделей процессов проектирования и управления.

Для удобства работы пользователя с системой предусмотрены различные виды контекстных справок по функциям автоматизированной подсистемы. Документирование включает в себя набор текстовых и графических форм, создаваемых по результатам моделирования, по каждой составляющей концептуальных моделей. Данный набор формируется в соответствии с требованиями пользователя и предусматривает возможность вывода на печать.

Таким образом, была создана автоматизированная подсистема поддержки взаимосвязанного моделирования проектных и управленческих процессов в деятельности проектно-конструкторской организации. В приложениях приводятся диаграммы и спецификации моделей для процесса проектирования автоматических линий.

предметных зависимостей концептуальных моделей процессов проектирования и управления.

- 21 Рис. 7. Формы для построения и визуализации содержательных структур и аналитическая обработка концептуальных моделей процессов проектирования и управления.

проектно-конструкторской организации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

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

1. Получено новое решение актуальной научной задачи, состоящее в разработке метода взаимосвязанного семантического моделирования деятельности проектно-конструкторской организации, который обеспечивает повышение эффективности процессов функционирования и управления в условиях внедрения ИПИ-технологий.

2. Предложена характеристика особенностей деятельности проектноконструкторской организации как сложной системы.

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

4. На основе полученных модельных представлений деятельности проектно-конструкторской организации разработана методика взаимосвязанного моделирования проектных и управленческих процессов при автоматизации деятельности проектно-конструкторской организации, которая может быть использована при формировании модельного представления с учётом как общих, так и специфичных особенностей деятельности конкретной проектно-конструкторской организации.

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

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Протасова С.В. Особенности концептуального моделирования процесса проектирования объектов станкостроения. // Материалы VII-й научной конференции МГТУ «Станкин» и «Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ «Станкин» - ИММ РАН» – М.: ЯнусК, ИЦ ГОУ МГТУ «Станкин», 2004 г.– с.105-108.

2. Волкова Г.Д., Протасова С.В. Особенности концептуального моделирования проектной деятельности. // Высокие технологии-2004: Сборник трудов научно-технического форума с международным участием. В ч. Ч.1. / ИжГТУ.– Ижевск, 2004 г.– с.17-22.

3. Волкова Г.Д., Протасова С.В. Семантическое моделирование деятельности проектно-конструкторской организации. // Информационные технологии в науке, образовании и промышленности: Материалы международной научно-технической конференции. / Архангельск: Соломбальская типография, 2005 г.– с.48-52.

4. Протасова С.В. Концептуальное моделирование проектной деятельности конструкторской организации. // Сборник четвёртой Всероссийской научно-практической конференции «Управление качеством», 10- марта 2005 года ГОУ ВПО «МАТИ» - РГТУ им. К.Э. Циолковского. / М.:

ИТЦ ГОУ ВПО «МАТИ» - Российского государственного технологического университета им. К.Э. Циолковского, 2005 г.– с.113-114.

5. Протасова С.В. Особенности семантического моделирования процесса проектирования объектов станкостроения. // Материалы VIII-й научной конференции МГТУ «СТАНКИН» и «Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ «СТАНКИН» – ИММ РАН» по математическому моделированию и информатике, М.: «Янус-К», ИЦ ГОУ МГТУ «Станкин», 2005.– с.133-136.

6. Протасова С.В., Волкова Г.Д. Анализ и концептуальное моделирование взаимосвязей проектных и управленческих функций в деятельности проектно-конструкторской организации.// Издательский центр «Технология машиностроения», «Технология машиностроения» №2, 2007г., с.83-85.