Методи та моделі формування єдиного інформаційного простору для підтримки процесів розроблення авіаційної техніки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського

“Харківський авіаційний інститут”

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

05.13.06 - інформаційні технології

МЕТОДИ ТА МОДЕЛІ ФОРМУВАННЯ ЄДИНОГО ІНФОРМАЦІЙНОГО ПРОСТОРУ ДЛЯ ПІДТРИМКИ ПРОЦЕСІВ РОЗРОБЛЕННЯ АВІАЦІЙНОЇ ТЕХНІКИ

КАРАТАНОВ ОЛЕКСАНДР ВОЛОДИМИРОВИЧ

Харків - 2015



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. З усього тривалого життєвого циклу авіаційної техніки (АТ) слід особливо виділити стадію розроблення. Це складний багатоетапний процес, що потребує величезного обсягу обчислень, графічних робіт і різного роду досліджень. Суттєвим є те, що процес цей зазвичай є ітераційним, причому ітерації здійснюються не тільки між основними етапами проектування, але й всередині кожного з них.

Прагнення вирішити протиріччя між складністю виробів АТ і необхідністю зменшення термінів розроблення проектів та підвищенням їх техніко-економічних показників стимулювало розвиток і все більш широке застосування методів інформаційної підтримки виробів (ІПВ, або CALS). Для ефективного вирішення цих проблем необхідно розробити й впровадити на вітчизняних підприємствах методи й засоби, що базуються на використанні CALS-технологій. Швидке і якісне розроблення виробів АТ є можливим тільки за умови реалізації одного з принципів ІПВ єдиного інформаційного простору (ЄІП).

Слід особливо зазначити, що сучасні системи, які орієнтовано на локальну автоматизацію та формування традиційних баз даних (БД), не вирішують проблеми створення ЄІП, призначеного для синхронізованого обміну даними між різними учасниками життєвого циклу виробів (ЖЦВ).

Ставши незалежною державою, Україна прагне не відставати від Заходу у сфері автоматизації всіх стадій ЖЦВ. На сьогодні із зазначеної проблематики у галузі впровадження CALS-технологій і їх застосування на стадії розроблення є декілька робіт відомих авторів (В. В. Барабанов, А. Г. Братухін, О. М. Давидов, А. М. Ковшов, О. Ф. Колчин, К. С. Кульга, О. І. Левін, І. П. Норенков, М. В. Овсянніков, Ю. М. Соломцев, Є. В. Судов, С. В. Сумароков та ін.), у яких досліджено питання, що виникають на шляху впровадження і використання CALS-технологій. Разом з тим установлено, що теоретичні розробки й існуючі методики мають узагальнений характер, їх не деталізовано й не може бути застосовано при практичній реалізації ЄІП з урахуванням той множини факторів, що супроводжує цей процес. На практиці для формування ЄІП розроблюють власні методики, що не дає змогу тиражувати нагромаджений досвід і успішні рішення на суміжних підприємствах.

Застосування CALS-технологій за прогнозованими оцінками провідних вітчизняних фахівців та експертів дасть змогу зменшити: витрати на проектування від 10 до 30 %, на підготовку технічної документації та час розроблення продукції від 40 до 60 %; на час виведення нових видів продукції на ринок від 25 до 75 %.

Таким чином, актуальним науково-прикладним завданням, що має важливе значення для вітчизняної промисловості в умовах постійного збільшення конкуренції на світовому ринку наукомісткої продукції, є розроблення уніфікованих моделей і методів формування ЄІП для підтримки процесів розроблення АТ.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Робота над дисертацією виконувалась у Національному аерокосмічному університеті ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» на кафедрі інформаційних технологій проектування відповідно до Стратегії розвитку вітчизняної авіаційної промисловості на період до 2020 року та плану науково-дослідних робіт Міністерства освіти і науки України за держбюджетними темами: Д105-4/2009 «Теоретичні основи управління життєвим циклом розроблення авіаційної техніки на основі інтелектуалізації процесу проектування, методів математичного та фізичного моделювання» (ДР № 0109U002008), Д105-4/2012-Ф «Теоретичні основи управління життєвим циклом розроблення безпілотної авіаційної техніки» (ДР № 0112U001329).

Особистий внесок автора в перелічених НДР як співвиконавця полягає у формуванні моделі процесів розроблення виробів АТ; розробці методу визначення структури комплексу програмних засобів для реалізації ЄІП створення складної техніки; у розробці методу інтеграції інформаційних систем підтримки процесу розроблення, управління процесом розроблення та підтримки ЖЦВ в ЄІП; а також в аналізі нормативної документації, що регламентує життєвий цикл (ЖЦ) АТ.

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є зменшення термінів розроблення виробів АТ шляхом синтезу методів і моделей формування єдиного інформаційного простору.

Досягнення поставленої мети обумовило необхідність вирішення наступних завдань:

провести аналіз процесу розроблення виробів АТ й існуючих підходів до формування єдиного інформаційного простору;

розробити метод формування єдиного інформаційного простору для зменшення термінів розроблення АТ;

створити функціональну модель процесу розроблення виробів АТ, а також комплекс правил перекладу нотації IDEF0 та регулярних схем мережі процесів для формалізованого опису єдиного інформаційного простору;

розробити метод оцінювання якості й метод оцінювання ефективності засобів інформаційної підтримки АТ для визначення складу програмного забезпечення єдиного інформаційного простору;

сформувати інформаційну модель, що описує множину процесів, об'єктів та ресурсів і яка би була основою для розгортання єдиного інформаційного простору;

розробити й провести апробацію інформаційних технології формування єдиного інформаційного простору.

Об'єкт дослідження процес формування єдиного інформаційного простору для підтримки процесів розроблення АТ.

Предмет дослідження методи та моделі формування єдиного інформаційного простору для підтримки процесів розроблення АТ.

Методи досліджень. Проведені дослідження базуються на використанні: методів системного аналізу для вивчення особливостей і структуризації ЄІП; методів інформаційного моделювання для створення моделей ЄІП; методології створення функціональних моделей IDEF0 та математичного апарату регулярних схем мережі процесів (РСМП) для формалізованого подання процесу розроблення; методів оцінювання якості експертів для формування компетентної робочої групи; методів експертного оцінювання для визначення комплексу засобів програмного забезпечення ЄІП, математичних методів аналізу експертних оцінок для оброблення думок експертів, теорії множин і відносин для визначення взаємозв'язків в інформаційній моделі ЄІП, теорії БД для організації реляційної моделі, апарату реляційної алгебри для організації запитів до БД ЄІП, методів об'єктно-орієнтованого програмування для розроблення технологій, які реалізують спроектовану ЄІП, методів оцінювання ефективності інвестицій для визначення економічної обґрунтованості формування ЄІП.

Наукова новизна отриманих результатів.

Вперше одержано метод формування єдиного інформаційного простору, який на відміну від існуючих базується на сумісному вирішенні завдань структурного й параметричного синтезу, що забезпечує зменшення термінів розроблення АТ.

Удосконалено метод оцінювання якості засобів інформаційної підтримки процесів розроблення АТ шляхом уведення показника інтегрованості, що дає змогу провести роботи з визначення складу програмного забезпечення єдиного інформаційного простору.

Дістали подальшого розвитку:

- модель процесів розроблення АТ шляхом формування її функціонального системного подання на основі діючих стандартів та існуючого досвіду проектування, що дає змогу організувати й провести роботи з побудування єдиного інформаційного простору;

- метод оцінювання ефективності засобів інформаційної підтримки процесів розроблення АТ шляхом уведення нормалізованих показників, це дає змогу забезпечити експрес-аналіз компонентів програмного забезпечення, які формують єдиний інформаційний простір.

Практичне значення отриманих результатів полягає в розробленні та упровадженні на вітчизняних підприємствах методичних та інформаційних засобів, що дають змогу ефективно вирішувати актуальні завдання при формуванні та удосконаленні ЄІП для інформаційної підтримки розроблення виробів АТ. Їх реалізовано у вигляді електронної системи зберігання документів, що є початковою сходинкою повноцінного впровадження ЄІП, а також у вигляді системи підтримки прийняття рішень при формуванні ЄІП.

Результати дисертаційних досліджень впроваджено:

у науково-технічному спеціальному конструкторському бюро «ПОЛІСВІТ» філії Державного науково-виробничого підприємства «Об'єднання Комунар» (акт впровадження від 23.06.2011);

- у Національному аерокосмічному університеті ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» (акт впровадження від 01.04.2014);

- у Міжгалузевому науково-дослідному інституті проблем фізичного моделювання режимів польоту літаків Національного аерокосмічного університету ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» (акт впровадження від 29.05.2014);

- на Державному підприємстві «Науково-дослідний технологічний інститут приладобудування» (акт впровадження від 30.05.2014).

Особистий внесок здобувача. Усі основні наукові положення, висновки й рекомендації дисертаційної роботи отримано автором особисто. Хід дисертаційного дослідження викладено в ряді публікацій [1-19]. У публікаціях, написаних у співавторстві, автору дисертації належать: аналіз підходів до формування ЄІП [1, 14], результати оцінки методу визначення ефективності засобів інформаційної підтримки виробів на відповідність вимогам адекватності, достовірності, складності, повноти, адаптивності і універсальності [6], результати визначення ефектів від впровадження ЄІП [18] та огляд економічних аспектів його формування [19]. Публікації [2-5, 7-13, 15-17] було виконано автором особисто.

Апробація результатів дисертації. Результати дослідження доповідалися й обговорювалися на міжнародних науково-технічних конференціях «Інтегровані комп'ютерні технології в машинобудуванні» (Харків, 2009, 2010, 2011, 2012), «Проблеми створення та забезпечення життєвого циклу авіаційної техніки» (Харків, 2009, 2010, 2011, 2012, 2013, 2014), «Комп'ютерні науки: освіта, наука, практика» (Миколаїв, 2012, 2014).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 19 робіт, з яких 6 статей (з них 1 публікація у виданні, що включено до міжнародних наукометричних баз даних, 1 зарубіжна публікація в науковому періодичному виданні за темою дисертації), 13 тез доповідей у збірниках за матеріалами наукових конференцій.

Структура роботи. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків і додатків. Повний обсяг дисертації становить 182 сторінок, у тому числі 34 рисунків, з них 4 рисунки на 4 окремих сторінках, 23 таблиць, з них 6 таблиць на 7 окремих сторінках, список використаної літератури зі 148 найменувань на 16 сторінках; чотири додатки на 14 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційного дослідження. Показано зв'язок роботи з науковими програмами, планами й темами. Сформульовано мету, завдання, об'єкт і предмет дослідження. Подано стислу характеристику результатів дослідження, ступені їх апробації та опублікування. Проведено короткий огляд структури й обсягу дисертаційної роботи.

У першому розділі розглянуто сучасний стан теорії і практики комплексної інформаційної підтримки процесів розроблення на основі формування ЄІП, що, у свою чергу, є базою для автоматизації ЖЦ АТ за допомогою CALS-технології. Показано розвиток поняття CALS, зазначено його тотожність з терміном ІПВ.

Проведено аналіз основних етапів розвитку ЄІП. Показано склад комплексу інформаційних технологій (ІТ),що забезпечує функціонування ЄІП, у межах цього питання проведено аналіз міжнародного ринку програмних продуктів САD/САМ/САЕ/РDМ. Викладено огляд і аналіз напрямків впровадження, у межах якого наведено порівняння підходів PLM та CALS стосовно впровадження ЄІП, і показано стан ІПВ-технологій на сьогодні у СНД і за кордоном. Зазначено, що основним шляхом вирішення завдання підвищення ефективності процесів розроблення є застосування засобів інформаційної підтримки для зменшення термінів і витрат при забезпеченні високого рівня якості. Цей висновок дає змогу обґрунтувати актуальність застосування ЄІП при розробленні складної наукомісткої продукції. Разом з тим установлено, що теоретичні розробки й методики впровадження мають узагальнений характер, їх не деталізовано й не можна застосувати при практичній реалізації проекту створення ЄІП.

Проведено аналіз структури робіт етапів розроблення АТ і виявлено, що її можна розбити на типові етапи згідно з діючими нормативними документами. Показано суттєву важливість початкових стадій життєвого циклу й зроблено висновок про необхідність їх подальшої формалізації і синтезу відповідно до методології CALS функціональної моделі процесів розроблення АТ.

Проведено аналіз основних нормативних документів, що регулюють різні етапи ЖЦ АТ, і комплексу стандартів, які забезпечують комп'ютерний супровід ЖЦВ. Виділено відсутність чіткої впорядкованої ієрархічної структури, що дає змогу регламентувати порядок розроблення, наукового супроводу й сертифікації АТ на стадіях науково-дослідних і дослідно-конструкторських робіт. Зазначено відсутність вільного доступу до більшої частини нормативних документів. Поставлено питання про їх узгодженість. Розглянуто основні проблеми, що виникають при впровадженні ІПВ-технологій на підприємстві. Результати аналізу дали змогу сформулювати завдання з розроблення методів і моделей, необхідних для формування ЄІП на авіаційних підприємствах.

Основні наукові результати розділу опубліковано в працях автора [1, 7, 10, 12].

У другому розділі досліджено питання розроблення концептуального подання і методу формування ЄІП, формування функціональної моделі процесів розроблення виробів АТ в ЄІП. Опис створюваної ЄІП з позицій системного аналізу може бути подано такими сім'ю компонентами:

SIS = {Met_SIS, L_SIS, Mat_SIS, P_SIS, T_SIS, I_SIS, O_SIS},

де Met_SIS - методичне забезпечення ЄІП (сукупності документів, де описується технологія функціонування ЄІП);

L_SIS - лінгвістичне забезпечення ЄІП (сукупність мовних засобів, які використовуються в ЄІП);

Mat_SIS - математичне забезпечення ЄІП (сукупність математичних методів, моделей і алгоритмів, що застосовуються в ЄІП);

P_SIS - програмне забезпечення ЄІП (сукупність програм, які забезпечують інформаційну підтримку ЖЦВ);

T_SIS - технічне забезпечення ЄІП (сукупність усіх технічних засобів, що використовуються при функціонуванні ЄІП);

I_SIS - інформаційне забезпечення ЄІП (сукупність відомостей, необхідних для виконання розробки, які містяться в БД ЄІП);

O_SIS - організаційне забезпечення ЄІП (сукупність документів, за якими встановлюють організаційну структуру, права й обов'язки користувачів та експлуатаційного персоналу ЄІП).

Запропоновано метод формування ЄІП у межах CALS. Наведено аналіз кожної зі стадій створення ЄІП для розроблення АТ. Наведено реалізацію процесу створення ЄІП у моделях IDEF0. Виділено характерні особливості кожної стадії.

Розглянемо послідовність реалізації запропонованого методу формування ЄІП для підтримки розроблення АТ. Для процесу формування ЄІП функціональна модель у нотації IDEF0 буде мати такий вигляд, як на рисунок 1.

Крок 1. Розроблення стратегії впровадження ЄІП - вибір способу й визначення темпів автоматизації.

Рисунок 1 - Діаграма процесу формування ЄІП

Крок 2. Аналіз і моделювання діяльності підприємства проводять на основі функцій підрозділів, маршрутів проектування і потоків проектних даних розроблення вихідної функціональної моделі процесів проектування, так званої моделі «As-Is» (як є), яку беруть за основу для реінжинірингу підприємства відповідно до запропонованого підходу до впровадження ЄІП.

Крок 3. Реорганізація діяльності (реінжиніринг) - удосконалення існуючої функціональної моделі підприємства з урахуванням прогнозу майбутніх інформаційних потреб, вимог автоматизації проектування і нормативної документації, на основі якої будують функціональну модель «To-Be» (як має бути)і формують інформаційну модель даних ЄІП.

Функціональну модель процесів розроблення АТ в ЄІП сформовано відповідно до ДСТУ 3278-95, згідно з яким було виділено основні стадії ЖЦ АТ, а відповідно до стандартів ЄСКД - визначено перелік робіт. Їх було представлено в моделях IDEF0. Подальша декомпозиція процесів розроблення можлива тільки лише з урахуванням специфіки певного КБ.

Cтворення функціональної моделі, що відображає стадії і етапи розроблення, функції відділів конструкторського бюро, а також потоки інформації і матеріальних об'єктів є одним із кроків упровадження ЄІП для підтримки процесів розроблення АТ. Наведемо як приклад функціональну модель першої стадії ЖЦ АТ у нотації IDEF0 (рисунок 2).

Рисунок 2 - Діаграма стадії ЖЦ АТ «Дослідження й обґрунтування розробки»

Крок 4. Вибір варіанта реалізації ЄІП (рисунок 3) - розроблення структури корпоративної мережі (визначення типів мережного обладнання, серверів і робочих станцій), визначення базових (покупних) компонентів формованого ЄІП із застосуванням методу оцінювання ефективності засобів ІПВ, вибір апаратного забезпечення ЄІП, виявлення необхідності в оригінальних компонентах ЄІП та їх розроблення.

Кроки 5 і 6 - упровадження й експлуатація.

Рисунок 3 - Діаграма вибору варіанта реалізації ЄІП

інформаційний авіаційний техніка програмний

Однак нотація IDEF0 має багато переваг і недоліків, тому для формалізованого опису ЄІП було розроблено таблицю відповідності семантики мов нотації IDEF0 і РСМП. Остання є собою мову моделювання, яку призначено для відображення в компактній символьній формі складних комплексів робіт довільної структури з метою подальшого аналізу, моделювання й виконання перетворень. РСМП є регулярною алгоритмічною мовою, яку розробив професор Є. А. Дружинін на основі мов регулярних схем алгоритмів і регулярних схем системних моделей (останню мову розробив професор В. М. Ілюшко).

Також було розроблено сценарій перетворення моделей IDEF0 на моделі РСМП, а на його основі синтезовано структурні цільову, ресурсну і функціональну моделі ЄІП у нотації РСМП.

Використовуючи сформовану раніше функціональну модель процесів розроблення, визначимо відповідність засобів ІПВ конкретним процесам:

- кожен процес (pr_i) має власний набір атрибутів p (pr_i);

- кожний набір атрибутів складається з упорядкованої множини вимог до засобів інформаційної підтримки для реалізації цього процесу:

F(pr_i) = {f₁, f₂, … f_q}, ;

- набори атрибутів формують відношення PRF = PR x F, а кожен засіб ІПВ (u_i) має якусь множину функціональних можливостей, яка відповідає множині вимог до засобів ІПВ і формує відношення FU = F x PR:

Сформуємо вислідну матрицю, яка відображає відповідність засобів ІПВ конкретним процесам, як композицію двох відношень:

Для того щоб за матрицею W синтезувати варіант системи, яка б забезпечувала інформаційну підтримку для кожного процесу, необхідно вибрати сукупність ??_д, що являє собою кортеж комбінацій засобів ІПВ (u_j) з m елементів матриці:

де ??_д - одна з множин варіантів формування ЄІП, , тобто матриця, що відображає комбінацію засобів ІПВ (u_j), для якої виконуються такі умови:

- усі елементи матриці W, що належать до сукупності ??_д, дорівнюють одиниці;

- будь-які два елементи не розташовані на одному рядку матриці;

- вибрані елементи покривають усі рядки матриці;

N - кількість усіх можливих варіантів формування комбінацій засобів ІПВ для реалізації ЄІП,

тут k_u - кількість засобів, які можуть забезпечити підтримку i-го процесу розробки.

Таким чином, виникає необхідність розв'язання задачі прийняття рішень за таких умов:



де - вартість комплексу засобів інформаційної підтримки, що формують ЄІП;

- ефективність комплексу засобів інформаційної підтримки, що формують ЄІП.

Таким чином, було створено метод формування ЄІП, що дає змогу добитися зменшення терміну розроблення АТ.

Основні наукові результати розділу опубліковано в працях автора [2, 3, 10, 12, 14, 15].

У третьому розділі розглянуто синтез структури ЄІП на основі раніше викладеного методу формування ЄІП. Виділено основні критерії вибору засобів ІПВ. Для оцінювання ефективності функціонування комплексу засобів ІПВ у складі ЄІП як програмних продуктів необхідною є формалізація характеристик якості ПЗ. Це потребує зведення різноманітних вимог нормативної документації (ISO, ГОСТ, ДСТУ) до єдиної моделі якості програмних засобів. Формування ЄІП у межах переходу на ІПВ-технології потребує значних матеріальних витрат на придбання засобів для технічного й програмного забезпечення процесів розроблення. У цих умовах дуже часто виникають проблеми порівняння можливих варіантів системи в цілому або вибору компонентів ІТ з метою забезпечення функціональності або поліпшення якісних і кількісних показників, що визначають їх ефективність. Доцільно мати можливість оцінювати й порівнювати як інтегральні показники ефективності ІТ, так і окремі її структурні складові на всіх етапах життєвого циклу. При аналізуванні альтернатив комплексу засобів ІПВ для організації ЄІП проблема, пов'язана з необхідністю розрахунку й порівняння різних систем, вирішується з допомогою методу оцінювання якості, де використовуються формалізовані показники-рейтинги, що задаються групою експертів.

Крок 1. Вибір вагових коефіцієнтів критеріїв якості для конкретного типу засобів ІПВ (відповідно до моделі якості, що наведена у додатках до дисертаційної роботи). Визначення кількості експертів і рівня їх компетенції.

Крок 2. Визначення з допомогою експертних, вимірювальних, реєстраційних або розрахункових методів значень оцінних елементів - ??_????????. Набір оцінних елементів наведено в ГОСТ 28195-89.

Крок 3. За оцінними елементами розрахувати значення оцінних метрик:

де ??_?????? - k-та метрика j-го критерію i-го фактора; NE - кількість оцінних елементів у k-й метриці.

Крок 4. Обчислення критеріїв якості за метриками:

де NM - кількість метрик, що належать до j-го критерію;

- ваговий коефіцієнт k-ї метрики j-го критерію і-го фактора.

Крок 5. Визначення факторів якості:

де NC - кількість критеріїв якості;

- ваговий коефіцієнт j-го критерію і-го фактора.

Крок 6. Виведення оцінки якості засобу ІПВ :



де NR - кількість факторів якості;

- ваговий коефіцієнт і-го фактора.

Крок 7. Повторення кроків 1-6 для інших засобів ІПВ. Унаслідок цього отримаємо кілька думок експертів щодо різних систем.

Крок 8. Постає задача узгодження думок різних експертів. Для цього необхідно здійснити їх ранжування та знайти медіану Кемені, яка є найкращим вислідним ранжуванням, візьмемо її за єдину думку групи експертів.

Крок 9. Доповнення оцінки якості показниками, що дають змогу визначити інтегрованість засобів ІПВ у ЄІП.

Крок 10. Обчислення комплексного показника якості:

де , - показники якості засобів ІПВ;

- коефіцієнт, з допомогою якого можна врахувати інтегрованість засобів ІПВ;

NI - кількість систем, що інтегруються між собою.

Запропоновано метод оцінювання ефективності технологій ІПВ у ЄІП, де враховується багатокритеріальний комплекс параметрів ПЗ. У методі передбачається пошук оптимального рішення для комплексу засобів ІПВ у ЄІП з урахуванням аналізу рівня оснащеності обчислювальними ресурсами, ступеня інтеграції різних систем автоматизації в умовах входження до ЄІП, обмежених фінансових ресурсів, необхідних і бажаних функціональних можливостей засобів ІПВ, переліку вже наявного на підприємстві ПЗ, а також кваліфікованого персоналу, готового до роботи з цими системами.

Подальше оцінювання ефективності потребує визначення вартості впровадження засобів ІПВ у ЄІП:

де - вартість апаратних і периферійних пристроїв одного робочого місця користувача ЄІП i-ї конфігурації, у.о.;

- вартість програмного забезпечення на одному робочому місці користувача ЄІП i-ї конфігурації, у.о.;

ns - кількість автоматизованих робочих місць;

H - вартість придбання будівель, споруд, де розташовано комплекс, у.о.

E - вартість наявних апаратних, периферійних, програмних засобів, що не потребують заміни, у.о.;

G_j - витрати на перепідготовку, навчання j-го фахівця, у.о.;

nw - кількість фактичних користувачів у ЄІП,

Рисунок 3 - Діаграма варіантів реалізації ЄІП



Після нормалізації показників якості U і вартості IC (рисунок 3) розраховується відносний показник ефективності Ef:

Запропоновані методи можна використати, як один із способів вибору складних програмних продуктів.

Розроблено єдину інформаційну модель (ІМ) БД ЄІП. Інтенсивне збільшення обсягів інформації, перероблення яких є необхідним для забезпечення стадії розроблення виробів АТ, потребує використання нових форм і технологій подання та взаємодії цих процесів, матеріальних об'єктів і ресурсів підприємства. При будуванні ІМ необхідно встановити взаємозв'язок властивостей матеріальних об'єктів і характеристик їх функціональних структурних елементів, які, в свою чергу, залежать від властивостей цих об'єктів. Зазначений взаємозв'язок є основною ознакою цілісності єдиної ІМ ЄІП. Відношення між структурними елементами в ІМ ЄІП пропонується встановлювати у вигляді ієрархічного (деревоподібного) подання. Це дає змогу одночасно відображати як структурні, так і параметричні відношення при об'єднанні структурних елементів з формуванням системних зв'язків, що виключає необхідність аналітичного опису рівнянь зв'язків. ІМ формується на основі раніше розробленої функціональної моделі процесів розроблення АТ.

Таблиця 1 - Інформаційні моделі в ЄІП

Модель продукту	Модель ЖЦ продукту та виконуваних в його ході бізнес-процесів	Модель виробничого та експлуатаційного середовища
Конструкторська	Модель процесів розроблення	Модель проектно-конструкт. середовища
D = < {Ui}, с >t; де {Ui} - множина інформаційних об'єктів, що належать до складу D; Ui - елемент виробу: одиниця збірки, деталь... l - рівень ієрархії деталі визначається за допомогою с, на нульовому рівні - літак в цілому, на першому - його основні компоненти: крило, фюзеляж...	P = < {PRi}, ш >; де {PRi} - множина проектів (підпроектів), що проходять у складі проекту Р; PRi - конкретний проект; PRi = {piz}; piz - найпростіший процес.	S = < {Oi}, т >; де {Oi} - безліч об'єктів організаційної структури, що утворюють склад S; Оi - підрозділ КБ: цех, відділ, бюро, бригада тощо; Оi = {siz}; {siz} - множина співробітників (посад), які працюють безпосередньо у i-му підрозділі.
с, ш, т - ієрархічний граф (тобто граф типу «дерево»), де фіксуються зв'язки між інформаційними об'єктами, які є його вершинами.

Інформаційна модель (рис. 4) БД ЄІП, яка побудована з використанням моделей виробу, ЖЦ та організаційної середи:

IM_i ={im_x | im_x ? P ? im_x ? D ? im_x ? S ? im_x ? {IT} ? im_x ? {t} ? im_x ? {e}} = < PR_i, U_j, {s_u}, s_c, {e_q}, {IT_z}, {t_k}>.

Рисунок 4 - Інтеграція елементів різних моделей у ЄІП

Основні наукові результати розділу опубліковано в працях автора [4, 5, 9, 14, 17].

У четвертому розділі розглянуто питання розроблення комп'ютерної інформаційної системи, що реалізує спроектовану ІМ. У межах цього розділу розроблено й реалізовано у вигляді ПЗ інформаційні технології, що дали змогу досягти початкового ступеня впровадження ЄІП - електронного архіву виробів.

Програмна реалізація ЄІП дає змогу автоматизувати роботу з документами, з допомогою електронного архіву документів для забезпечення довгострокового їх зберігання, що надає інформацію про збережені елементи у вигляді деревоподібної структури з атрибутами. Електронний архів конструкторської документації забезпечує централізований автоматизований облік, зберігання й використання в електронному вигляді документації на вироби, а також інших даних, які створюються під час процесів розроблення. За необхідності файли з архіву можна бути завантажити на диск для передання суміжній організації або для інших цілей.

Для відображення інформації були визначено три основні користувацькі подання ЄІП відповідно до моделі процесів розроблення (рисунок 5, а), конструкторської моделі (рисунок 5, б) і моделі проектно-конструкторської середовища (рисунок 5, в).

Розроблене ПЗ є рішенням для конструкторських підрозділів у машинобудуванні й дає змогу забезпечити:

- формування й підтримку конструкторського складу в актуальному стані в ЄІП;

- контроль прав доступу до інформації в ЄІП;

- швидкий пошук інформації;

- колективне розроблення конструкторської документації;

- електронне узгодження конструкторської документації.



а б в

Рисунок 5 - Основні користувацькі подання у створеному ЄІП

У межах цього розділу також розроблено й зведено до нормальної форми логічну модель БД ЄІП на основі розробленої раніше ІМ, сформовано фізичну модель БД ЄІП, проведено оцінювання ефективності розроблених моделей і методів та оцінено економічну ефективність ЄІП, створеної на основі запропонованих методу і моделей.

Було оцінено розроблені методи й моделі стосовно їх відповідності вимогам адекватності, достовірності, повноти, адаптивності та універсальності та ін.

Ефективність упровадження ЄІП було визначено й обґрунтовано на прикладі проектування виробу-представника у межах НДР, проведеної в науково-технічному спеціальному конструкторському бюро «ПОЛІСВІТ» філії Державного науково-виробничого підприємства «Об'єднання Комунар». За такий виріб обрано «Інтегральний стабілізатор напруги», що є одним із компонентів деяких виробів АТ. Зменшення витрат часу на розроблення від упровадження ЄІП становило 33%, за рахунок зменшення часу на пошук, передачу і отримання інформації у ЄІП.

Було також оцінено доцільність проекту формування ЄІП для підтримки розроблення виробів АТ, що потребувало визначення ставки дисконтування з допомогою методів оцінювання капітальних активів і кумулятивного побудування. Для власне самого оцінювання ефективності інвестицій у сформований ЄІП використовувалися методи розрахунку терміну окупності інвестицій Т, індексу рентабельності інвестицій PI, чистого наведеного ефекту NPV, внутрішньої норми прибутковості IRR.

Основні наукові результати розділу опубліковано в працях автора [6, 8, 18].

Додатки містять фізичну модель даних ЄІП, перелік основних державних стандартів, які використовуються в галузі розроблення АТ і основних стандартів в галузі забезпечення ЖЦ і якості ПЗ, акти про впровадження і використання результатів роботи на підприємствах і організаціях України.



ВИСНОВКИ

У дисертаційному дослідженні вирішено науково-прикладне завдання розроблення методів і моделей формування єдиного інформаційного простору для підтримки процесів розроблення авіаційної техніки.

Основні наукові й практичні результати роботи полягають у такому.

1. Проаналізовано основні стандарти, моделі та підходи до формування ЄІП. Виділено два основних способи реалізації концепції безперервної інформаційної підтримки життєвого циклу виробу (CALS і PLM). Обґрунтовано актуальність застосування CALS-підходу і разом з тим установлено його недостатнє опрацювання. Проаналізовано також основні інформаційні технології, які є компонентами ЄІП, зроблено висновок про необхідність розроблення методу формування ЄІП.

Проаналізовано особливості розроблення складних наукомістких виробів АТ. Виконано аналіз нормативних документів, що регулюють різні етапи ЖЦ АТ, на основі якого складено перелік основних державних стандартів, які використовуються в галузі розроблення авіаційної техніки. Виділено основні стадії ЖЦ АТ і розроблення АТ, зроблено висновок про необхідність формування моделі процесів розроблення виробів у ЄІП.

2. Розроблено метод формування ЄІП, який базується на інтеграції загальнонаукових підходів, системних принципів і загальних закономірностей побудови, планування, функціонування та розвитку складних багаторівневих автоматизованих інформаційних систем, що дає змогу зменшити терміни розроблення авіаційної техніки.

3. Створено функціональну модель процесів розроблення АТ, а також комплекс правил перекладу нотацій IDEF0 і регулярних схем мереж процесів для формалізованого опису єдиного інформаційного простору, що є основою для комплексної автоматизації всього процесу проектування.

4. Сформовано інформаційну модель ЄІП, яка дала змогу описати в ЄІП множину процесів, матеріальних та інформаційних об'єктів і ресурсів, що є основою для організації бази даних проекту і розгортання ЄІП на підприємстві.

5. Удосконалено метод оцінювання якості засобів інформаційної підтримки виробів шляхом введення показника інтегрованості й виділення істотних положень чинних стандартів, що дає змогу провести роботи з визначення складу програмного забезпечення єдиного інформаційного простору.

6. Розроблено й реалізовано інформаційні технології, що дали змогу забезпечити формування ЄІП на основі запропонованих методів і моделей.

Проведено експериментальні дослідження та практична апробація розроблених методів, моделей та ПЗ, а також визначені основні показники економічної ефективності ЄІП. Впровадження розроблених методів, моделей формування ЄІП дало змогу у певному випадку на 33 % зменшити час розроблення виробів АТ.

Створені методи, моделі й інструментальні засоби дають змогу зменшити терміни розроблення об'єктів АТ, а також витрати на проектування і на підготовку конструкторської документації; оптимізувати процес впровадження технологій ІПВ. Результати дослідження можна використати в практиці впровадження ЄІП на підприємствах України.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Каратанов, А. В. Анализ методологий создания единого информационного пространства авиационного предприятия [Текст] / А. В. Каратанов, Е. А. Дружинин, Т. Ю. Павленко // Открытые информационные и компьютерные технологии : сб. науч. тр. - Х. : Нац. аэрокосм. ун-т им. Н. Е. Жуковского «Харьковский авиационный институт», 2012. - Вып. 55. - С. 154-160.

2. Каратанов, А. В. Функциональная модель процесса проектирования авиационной техники в едином информационном пространстве [Текст] / А. В. Каратанов // Системи озброєння та військова техніка / М-во оборони України, Харк. ун-т Повітр. Сил ім. Івана Кожедуба. - Х., 2012. - Вип. 3 (31). - С. 160-165.

3. Каратанов, А. В. Метод создания единого информационного пространства авиационного конструкторского бюро [Текст] / А. В. Каратанов // Наука і техніка Повітр. Сил Збройних Сил України. - Х., 2013. - Вип. 2 (11). - С. 97-102.

4. Каратанов, А. В. Методы и модели оценки качества систем автоматизированного проектирования в едином информационном пространстве [Текст] / А. В. Каратанов // Системи управління навігації та зв'язку : зб. наук. пр. / М-во освіти і науки України, Полтавський нац. техн. ун-т ім. Юрія Кондратюка. - Полтава, 2013. - Вип. 3 (27). - С. 105-110.

5. Каратанов, А. В. Построение информационных моделей изделий авиационной техники в едином информационном пространстве [Текст] / А. В. Каратанов // Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Сер. : Естественные и технические науки. - М., 2014. - Вып. 3-4. - С. 21-25.

6. Каратанов, А. В. Информационные технологии экспертного оценивания проектных решений при формировании единого информационного пространства [Текст] / А. В. Каратанов, Е. А. Дружинин // Зб. наук. пр. Харк. ун-ту Повітр. Сил. - Х., 2014. - Вип. 3 (40). - С. 155-160.

7. Каратанов, А. В. Информационная подсистема определения основных параметров беспилотного самолета [Текст] / А. В. Каратанов // Проблеми створення та забезпечення життєвого циклу авіаційної техніки : тези доп. Міжнар. наук.-техн. конф. 22-23 квітня 2009 р. - Х. : Нац. аерокосм. ун-т ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», 2009. - С. 86.

8. Каратанов, А. В. Система электронного описания летательного аппарата [Текст] / А. В. Каратанов // Інтегровані комп'ютерні технології в машинобудуванні ІКТМ-2009 : тези доп. Міжнар. наук.-техн. конф. - Х. : Нац. аерокосм. ун-т ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», 2009. - Т. 1. - С. 157.

9. Каратанов, А. В. Применение CALS-технологий для электронного описания систем качества предприятий с учетом реализации принципов TQM [Текст] / А. В. Каратанов // Проблеми створення та забезпечення життєвого циклу авіаційної техніки : тези доп. Міжнар. наук.-техн. конф. 21-22 квітня 2010 р. - Х. : Нац. аерокосм. ун-т ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», 2010. - С. 75-76.

10. Каратанов, А. В. Анализ нормативной документации для формирования единого информационного пространства управления качеством ЛА [Текст] / А. В. Каратанов // Інтегровані комп'ютерні технології в машинобудуванні ІКТМ-2010 : тези доп. Міжнар. наук.-техн. конф. - Х. : Нац. аерокосм. ун-т ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», 2010. - С. 49.

11. Каратанов, А. В. Формирование функциональной модели проектирования ЛА в едином информационном пространстве [Текст] / А. В. Каратанов // Проблеми створення та забезпечення життєвого циклу авіаційної техніки : тези доп. Міжнар. наук.-техн. конф. 20-21 квітня 2011 р. - Х. : Нац. аерокосм. ун-т ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», 2011. - С. 71-72.

12. Каратанов, А. В. Анализ проблем нормативного характера единого информационного пространства [Текст] / А. В. Каратанов // Інтегровані комп'ютерні технології в машинобудуванні ІКТМ-2011 : тези доп. Міжнар. наук.-техн. конф. - Х. : Нац. аерокосм. ун-т ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», 2011. - С. 41.

13. Каратанов, А. В. Проблемы внедрения CALS-технологий в жизненный цикл авиационной техники [Текст] / А. В. Каратанов // Проблеми створення та забезпечення життєвого циклу авіаційної техніки : тези доп. Міжнар. наук.-техн. конф. 18-19 квітня 2012 р. - Х. : Нац. аерокосм. ун-т ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», 2012. - С.85.

14. Дружинин, Е. А. Основные подходы к внедрению единого информационного пространства [Текст] / Е. А. Дружинин, А. В. Каратанов // Комп'ютерні науки: освіта, наука, практика : тези доп. Міжнар. наук.-техн. конф. - Миколаїв : НУК, 14-16 червня, 2012 р. - С. 71-72.

15. Каратанов, А. В. Использование методологии SADT при проектировании изделий авиационной техники [Текст] / А. В. Каратанов // Інтегровані комп'ютерні технології в машинобудуванні ІКТМ-2012 : тези доп. Міжнар. наук.-техн. конф. - Х. : Нац. аерокосм. ун-т ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», 2012. - Т. 1. - С.41.

16. Каратанов, А. В. Создание единого информационного пространства авиационного конструкторского бюро [Текст] / А. В. Каратанов // Проблеми створення та забезпечення життєвого циклу авіаційної техніки : тези доп. Міжнар. наук.-техн. конф. 18-19 квітня 2013 р. - Х. : Нац. аерокосм. ун-т ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», 2013. - С. 90.

17. Каратанов, А. В. Основные подходы к выбору варианта реализации ЕИП [Текст] / А. В. Каратанов // Проблеми створення та забезпечення життєвого циклу авіаційної техніки : тези доп. Міжнар. наук.-техн. конф. 16-17 квітня 2014 р. - Х. : Нац. аерокосм. ун-т ім. М. Є. Жуковського «Харк. авіаційний ін-т», 2014. - С. 65.

18. Дружинин, Е. А. Основные эффекты от внедрения единого информационного пространства [Текст] / Е. А. Дружинин, А. В. Каратанов // Комп'ютерні науки: освіта, наука, практика : тези доп. Міжнар. наук.-техн. конф. - Миколаїв : НУК, 15-18 червня, 2014. - С. 60-61.

19. Дружинин, Е. А. Экономические аспекты формирования единого информационного пространства [Текст] / Е. А. Дружинин, А. В. Каратанов // Современные информационные технологи в экономике и управлении предприятиями, программами и проектами : тезисы докл. Межнар. науч.-практ. конф. - Х. : Нац. аэрокосм. ун-т им. Н. Е. Жуковского «Харьковский авиационный институт», 8-12 сентября, 2014 г. - С. 33-34.

Размещено на Allbest.ru