Технология композиционного проектирования и формирование общей базы данных проектирования

Ключевой проблемой оптимизации многоуровневых проектных решений при разработке и производстве (в том числе и кооперативной) сложной наукоемкой продукции и систем (дута йи), порождаемой их явной и особенно неявной сложностью, является координация принимаемых локальных решений на уровне элементов этих систем (на этапах проектирования и производства), которая обеспечивается качественным информационным обеспечением (дуга аП1). Очевидно, что каждому возможному варианту

нространственно-структурно-парамегрической организации разрабатываемой продукции или системы, вариантам технологических процессов, процессов материально-технического снабжения и процессам информационного и кадрового обеспечения должны соответствовать определенные координирующие воздействия на эти локальные решения (дуги а-, 7, а16, а15, а, a2i, а12, а7,, fl6.6, аь 7, а6 5, а6 4, ab i, а6 2, а61) согласно рис. 3.13.

Требуется выбрать такие координирующие воздействия, которые обеспечивали бы достижение оптимальной организации проектируемой продукции или системы, материально-технического, кадрового, информационного обеспечения и г.д. (рис. 3.14).

На практике решение этой задачи основано на реализации итерационного процесса последовательного согласования технических предложений, разрабатываемых конструкторскими, технологическими и другими подразделениями, при этом роль координатора выполняет руководитель подразделения (для конструкторского подразделения например, главный конструктор).

Координирующие воздействия на локальные решения, обеспечивающие достижение оптимальной организации проектируемой продукции или системы

Рис. 3.13. Координирующие воздействия на локальные решения, обеспечивающие достижение оптимальной организации проектируемой продукции или системы

Но такой подход, как правило, не позволяет получать действительно оптимальные решения, так как не могут быть заданы достаточно строгие правила координирующих воздействий, обеспечивающие достижение этого решения. Кроме того, возникают значительные трудности организационного характера.

Композиционное проектирование основано на реализации процесса пространственно-структурно-параметрической самоорганизации модели разрабатываемой сложной продукции или системы, удовлетворяющей принятым условиям ее оптимальности. Эта задача решается в результате использования автоматизированных методов оптимальной композиции и общей базы данных, содержащей модели элементов разрабатываемой продукции или системы, данные о качестве процессов, сведения об оборудовании, кадровом составе, технологических процессах и т.д. В итоге создаются условия для достижения высоких показателей разрабатываемых продукции и систем. Наиболее рациональной формой организации оптимального композиционного проектирования является сопряжение локальных баз данных специализированных систем автоматизированного проектирования, баз данных о качестве, производственно-технической среде организации и т.д. в общей базе данных.

Технология композиционного проектирования на основе технологий информационного обеспечения СМК

Рис. 3.14. Технология композиционного проектирования на основе технологий информационного обеспечения СМК

Для осуществления композиционного проектирования необходимо располагать базой данных, содержащей модели компонентов и решений, которые могут быть использованы для технической реализации соответствующих функциональных операций, а также формальными методами оптимальной композиции продукции и систем рассматриваемого класса.

Указанная обобщенная база данных формируется путем сопряжения соответствующих баз данных специализированных систем проектирования или на основе моделей, разрабатываемых другими организациями. По мере завершения новых исследований и разработок общая база данных должна корректироваться (дуга я,л), что позволит использовать новые достижения при разработке продукции и систем.

Большие возможности открываются при сопряжении с помощью вычислительной сети системы оптимального композиционного проектирования с подсистемами автоматизированного проектирования продукции и систем (рис. 3.15).

Сопряжение с помощью вычислительной сети системы композиционного проектирования с подсистемами автоматизированного проектирования продукции и систем

Рис. 3.15. Сопряжение с помощью вычислительной сети системы композиционного проектирования с подсистемами автоматизированного проектирования продукции и систем

Практическая реализация такого подхода позволяет создать автоматизированный комплекс оптимального композиционного проектирования продукции и систем. Применение ЭВМ, ЛВС, аппаратного обеспечения, технологий информационного обесиечения и общей базы данных (дуги я77, я)010, аП||, а[7 12) как

средства хранения, преобразования и отображения коллективного опыта и знаний специалистов различных подразделений организации относительно способов технической реализации соответствующих эффектов с объединением этого опыта и знаний используется для решения новых задач более высокого уровня. Таким образом, систему оптимального композиционного проектирования можно рассматривать как проблемно-ориентированный и усиленный с помощью ЭВМ и системы информационного обеспечения совокупный интеллект ряда творческих коллективов, опыт и знания которых целесообразно использовать при разработке продукции или системы.

Выполнение операций оптимальной композиции осуществляется, как уже отмечалось, автоматизированными методами из моделей компонентов общей базы данных. Эти методы должны обеспечивать направленное конструирование сложного функционального пространства, отображающего свойства проектируемой продукции или системы, в соответствии с предъявляемыми требованиями к этой системе и принятыми критериями ее оптимальности.

Как уже было отмечено, проектирование и производство сложных продукции или систем связаны с необходимостью согласования локальных проектных решений, принимаемых на различных уровнях разработчиками. Одной из основных проблем, возникающих при реализации этого процесса, является обеспечение таких координирующих воздействий на указанные решения, которые приводили бы к достижению оптимального в заданном смысле решения на уровне создаваемой продукции или системы в целом (дуги а7,, а12, а, а7 А, а75, а7 Ь).

Выбор принципа осуществления этих координирующих воздействий зависит ог принятой структуры кооперации разработчиков, сотрудников служб качества, снабжения и т.д. и полноты располагаемой информации (дуга а7,) каждым из них, т.е. от

степени реализации технологий информационного обеспечения. В процессе проведения разработок осуществляется обмен информацией (дуги U-J | , й| -J , Q-] 2i ^2,7» ^7,3 > ^3,7 ^7,4’ ^4,7» ^7,5’ ^5.7 ^7.6’ а6 7), при этом руководство (руководители подразделений) выставляет исполнителям требования к разрабатываемым ими элементам создаваемой продукции или системы, технологическим процессам изготовления и т.д., а исполнители предложенные ими решения направляют руководству организации (руководителям подразделений) для согласования.

Таким образом, руководство организации получает информацию не обо всем многообразии возможных локальных решений, которые могут принять исполнители, а только о тех решениях, которые предлагаются ими. Это один из основных принципов специализации, который, в сущности, и порождает задачу координации. Исполнители выбирают локальные решения на основе своих знаний и опыта, а также информации, поступающей из общей базы данных посредством технологий информационного обеспечения, при этом они руководствуются некоторыми поставленными перед собой целями (например, в достижении наилучших в определенном смысле характеристик разрабатываемых ими продукции или систем, технологических процессов и т.д.). Соответственно руководство организации (руководители подразделений) при выдаче координирующих воздействий (дуги а6,, а) преследует

свою цель по достижению наилучших характеристик на уровне разрабатываемой продукции или системы в целом.

Очевидно, что если бы условия достижения наилучших характеристик системы в целом совпадали с условиями достижения этой же цели на уровне ее элементов (в том числе и при разработке технологических процессов, организации материально-технического снабжения, информационного обеспечения и г.д.), то в решении задачи координации не возникало бы трудностей принципиального характера, так как при правильной постановке требований предложенные локальные решения удовлетворяли бы условиям оптимизации системы в целом. Однако эти условия, как правило, не совпадают.

Исходя из вышеизложенного можно сформулировать целевую функцию процесса принятия многоуровневых решений при разработке (в том числе и кооперативной) и производстве продукции или систем, организации материально-технического, кадрового, информационного обеспечения и т.д., минимизация (или максимизация) которой при соблюдении заданных ограничений на другие показатели разрабатываемой продукции или системы (технологические процессы, процессы материально-технического обеспечения и т.д.) соответствует принятым условиям оптимальности этой системы. Представим эту целевую функцию в следующем виде:

где - координирующее воздействие руководства организации

(руководителей подразделения) на предложенное / -м исполнителем j -е локальное техническое решение; у у - предложенное

/ -м исполнителем j -е локальное техническое решение; N - число исполнителей проводимой разработки и производства продукции или системы, организации материально-технического, кадрового, информационного обеспечения и т.д.; У, - полное многообразие технических решений, которые могут быть использованы для решения задачи, поставленной перед / -м исполнителем.

Пусть / -й исполнитель при выборе им j -то локального решения руководствовался некоторой целевой функцией, минимизация которой приводит к достижению наилучших показателей разрабатываемого элемента проектируемой продукции или системы либо элемента материально-технического, кадрового, информационного обеспечения и т.д.:

Оптимальное координирующее воздействие Ху руководства организации (руководителей подразделений) (дуги а6,, а , аь1, а7 6) на предложенное / -м исполнителем j -е локальное техническое решение (дуги я, 6, а, 7, аь 7) должно осуществляться с учетом предложенных решений всеми другими исполнителями и выполненных коррекций этих решений (дуги я6,, а7,), т.е.:

С учетом вышеизложенного целевая функция (2) руководства организации (руководителей подразделений) может быть преобразована к виду:

Для обеспечения оптимального управления необходимо располагать информацией (дуги а, 6, п, 7, ав1) об условиях возможного компромисса между всеми исполнителями с учетом всего многообразия допустимых локальных решений / е [l, TVj,

j e J, ?

Таким образом, при решении задачи оптимального проектирования, производства и организации материально-технического, кадрового, информационного обеспечения и т.д. требуется осуществлять поиск наилучшей в заданном смысле иросгранственно- структурно-иараметри ческой организации разрабатываемой продукции или системы для всего известного многообразия возможных технических решений по конструктивному исполнению элементов этой продукции или системы, а также организации процессов обеспечения и с учетом ожидаемых условий ее функционирования. Но на пути к решению этой задачи возникают трудности координации принимаемых локальных решений в процессе проектирования и производства продукции или систем, а также организации материально-технического, кадрового, информационного обеспечения и г.д.

Практическое решение проблемы координации локальных решений при разработке сложной продукции и технических комплексов встречает трудности методологического, информационного и организационного характера. Одной из причин указанных трудностей является невозможность сведения этой задачи только к аспекту управления, так как здесь присутствует и аспект пространственно-структурной организации, приводящей к дискретному изменению самой стратегии управления. При этом не представляется возможным априорно задать достаточно строгие правила стратегии управления, обеспечивающей достижение оптимального компромисса при выборе локальных решений.

Проблема координации может быть решена при централизации процесса принятия решений, но эго противоречит принципам специализации (ни один из разработчиков сложной продукции или систем не может обладать одновременно глубокими и детальными знаниями во всех областях техники, используемых при разработке сложной продукции или системы.) Поэтому при существующей технологии проектирования используется метод последовательного согласования локальных решений.

На начальном этапе проектирования руководство организации (руководители подразделений) осуществляет управляющие воздействия xi0,i e[l,iV] в виде выдачи технических заданий (дуги а7,, а7 6) на основе требований заказчика (дуги п14 7 —» а7 6 и «7,)

всем исполнителям на разработку технических предложений но каждому элементу создаваемой продукции или системы, а также процессов обеспечения и поддержки разработки и производства в соответствии с выбранным общим замыслом но пространственно- структурной организации этой продукции или системы. Поскольку на этом этапе проектирования еще не известны локальные технические решения, которые будут предложены исполнителями, го указанные управляющие воздействия отражают общие технические требования к разрабатываемым элементам, характеризуемые некоторым векторным показателем yj3 в /«-мерном функциональном пространстве задаваемых выходных параметров Р,т, т е М,., i е [1, N], т.е. xj0 = yi3 , i е [1, N].

Могут также накладываться нормативные ограничения на численные значения критериальных показателей:

Kf(yij)IJ,is[,N], где Kf -

(например, на показатели конструктивной массы, стоимости и т.д.).

На основе этих общих требований исполнителями разрабатываются технические предложения, т.е. предлагаются некоторые технические решения, которым соответствуют обобщенные векторные показатели yj0 — yh + yjoft, где yjoe - вектор в /?-мерном функциональном пространстве параметров Pir, г € /?,., / е [1,JV] • При этом принятая целевая функция /иу) = /Ш!0)>

ге[1,ЛП- При подготовке технических предложений оптимальный компромисс может быть достигнут только на основе взаимных «уступок», а для этого необходимо совместное рассмотрение всех элементов проектируемой продукции или системы, а также процессов поддержки разработки и производства посредством использования технологий информационного обеспечения и общей базы данных (дуги я,,, а6 6 , а7], а76, а67, я, 7 , я7>7, я10 7 , я710 ,

«10,12» «10,11» «10,10» «11,7» «11,10» «11,12 » «11,13» «11,11» «12.7 » «12,10 » а2, ?> «12,13» «12,12» «13.7» «13,10» «13,11» «13,12» «13,13 )? Этй 3аДаЧЭ Не МОЖеТ

быть решена каждым исполнителем в отдельности, а руководство организации (руководители подразделений) может не располагать достаточной для этого информацией. Поэтому естественным стремлением является локальная оптимизация но принятым показателям каждого предлагаемого технического решения на уровне элементов проектируемой продукции или системы, а также элементов поддержки и обеспечения разработки и производства.

Последующий этап проектирования предполагает корректировку руководством организации (руководителями подразделений) управляющих воздействий для каждого исполнителя

/e[l,iV] с учетом предложенных ими решений Ут> /e[l,7V], / = 0, Однако и на этом этапе проектирования невозможно осуществить поиск оптимального компромиссного решения. Каждое представленное техническое предложение соответствует некоторому фиксированному положению векторного показателя

ую > /e[l,7V] в функциональном пространстве Фх = /l/(U Rt

заданных Pim, щ е Мi и варьируемых Pit, / е Li параметров. А для выбора оптимального компромиссного решения необходимо располагать моделями предложенных элементов, устройств, решений которые размещаются в общей базе данных, отражающими ожидаемое изменение критериальных показателей соответствующих элементов разрабатываемой продукции или системы, а также элементами процессов поддержки и обеспечения

при варьировании параметров Рц, I е L,,/ е[1, А] •

Ввиду указанных причин корректировка управляющих воздействий хп /е[1,7V], сводится, как правило, к одобрению предложенных решений, если они удовлетворяют принятым ограничениям, или к требованию подготовки нового технического предложения в противном случае.

При данной технологии проектирования выбираемые решения могут быть наилучшими по принятым показателям только для множества рассмотренных решений.

Рассмотренная технология проектирования, предусматривающая децентрализованную подготовку технических предложений по созданию элементов разрабатываемой сложной продукции или системы, а также процессов поддержки и обеспечения разработки и производства с последующей их централизованной корректировкой, но аналогии с известным декомпозиционным планированием может быть названа технологией декомпозиционного проектирования. Как было показано выше, решить проблемы оптимального проектирования разрабатываемых сложных продуктов или систем на базе этой технологии не представляется возможным.

Из-за недоиспользования потенциальных возможностей но достижению высоких технико-экономических показателей разрабатываемых сложных продуктов или систем за счет выбора на начальных этапах проектирования наиболее рациональной пространственно-структурной организации гребуегся создание новой технологии проектирования, обеспечивающей конструктивное решение рассмотренной выше проблемы координации локальных решений в процессе разработки сложных продуктов или систем при условии требуемой специализации исполнителей и сложившейся организационной их структуре.

Наиболее простым и естественным подходом к решению проблемы координации процесса принятия решений является, как известно, его централизация. Но при разработке сложных продуктов или систем этому препятствует объективная необходимость специализации проектных подразделений. Это противоречие может быть разрешено путем интегрирования в организации знаний и опыта всех исполнителей (дуги я77, «И)7, «7,0, «,0 12, «юн, аюш’

а 1,7 9 а11,10» Я11.12’ а11,13> а11,11> Я12,7 > й12,10’ Й12.П’ а12.13 > й12.12 > й13.7 ’

«13 ,0, «13,11, «13,12, «ваз)’ т-е- создания общей базы данных и внедрения технологий информационного обеспечения и придания организации способности преодолевать междисциплинарные барьеры при выборе оптимального нространственно-структурно-нарамегрического построения разрабатываемой продукции или системы.

Интеграцию знаний и опыта соисполнителей представляется возможным осуществлять путем формирования общей базы данных, содержащей модели возможных локальных решений.

Указанные модели должны отражать наряду с характеристиками операций, выполнение которых может обеспечить соответствующее качество элементов, узлов, продукции, процессов, зависимости критериальных показателей этих элементов, узлов, продукции, процессов поддержки и обеспечения ог параметров реализуемого процесса, а также признаки совместимости локальных решений. В общем случае для достаточно полного и адекватного описания характеристик требуется использование критериальных и функциональных моделей. Под критериальной моделью элемента, узла, продукции, процесса в данном случае понимается их математическое описание, содержащее принятые критериальные показатели Kfj , В, е Егэ , параметры элемента, узла,

продукции, процесса Pjm (заданные параметры), Pjj{ (варьируемые

параметры) и связи между ними в виде аналитических зависимостей (уравнений связей), вида:

Зависимость отражает ожидаемое изменение критериальных технико-экономических показателей К ~, ? е Е, элементов,

узлов, продукции, процессов /e[l,(V] при различных вариантах j еих технического исполнения и возможных значениях параметров Pjjm, Pjt, / е Lt?, т е Мi, где М; - множество нормируемых выходных парамегров i -го элемента, узла, продукции (агрегата); Lt - множество варьируемых внутренних параметров / -го элемента узла, продукции (агрегата).

Критериальная математическая модель элемента, узла, продукции, процесса, включающая критерии эффективности, является математическим выражением цели решаемой оптимизационной задачи и, следовательно, соответствует содержанию операций оптимальной композиции сложной продукции или системы.

Разработка указанных моделей элементов, узлов, продукции, процессов должна осуществляться исполнителями в соответствии с их специализацией на основе проводимых исследований и разработок. В своей совокупности разработанные модели элементов общей базы данных должны отражать достигнутые технические и технологические возможности, которые могут быть использованы при создании разрабатываемой сложной продукции или системы.

Число вариантов структурной организации разрабатываемой сложной продукции или системы, которые могут быть сформированы при рассмотрении всего располагаемого многообразия элементов общей базы данных, в соответствии с правилами комбинаторики крайне велико. Поэтому формирование и оценка этих вариантов могут быть осуществлены только с помощью технологий информационного обеспечения (дуги а, Я|0>7, а-, 10,

«10,12’ «10,11’ «10,10’ «11,7 ’ «11,10’ «11,12’ «11,13’ «11,11» «12,7 ’ «12.10’ «12,11» «12,13 ^ «12,12» «13,7» «13,Ю ’ «13,11 » «13,12 » «13,13 )? Н° ДЛЯ ЭТОГО

необходимо располагать автоматизированными методами направленного формирования формального отображения оптимальной структуры проектируемой сложной продукции или системы с заданными свойствами из моделей элементов располагаемых в общей базе данных.

Следует подчеркнуть, что если при декомпозиционном подходе проектирование сложной продукции или системы начинается с эвристического или эмпирического выбора некоторой возможной структуры этой продукции или системы с последующей подготовкой технических предложений на разработку ее элементов, то в данном случае оно осуществляется автоматизированными методами организация оптимальной для заданных условий структуры этой продукции или системы из элементов, хранящихся в общей базы данных. Эта база данных отражаег реально располагаемые возможности в разработке элементов продукции или системы, а также процессов материально-технического, кадрового, информационного обеспечения и т.д. рассматриваемого класса на основе достигнутых знаний в соответствующих областях науки и техники. Таким образом, при предлагаемом подходе к проектированию сложных продукции или систем, а также процессов используется как бы обратный (по сравнению с декомпозиционным проектированием) принцип организации операций подготовки и принятия решений. Поэтому такой метод может быть назван композиционным проектированием.

Для сравнения на рис. 3.16 показаны последовательности операций на начальном этапе разработок сложных продукции или систем при декомпозиционном и композиционном методах их проектирования.

Последовательность операций разработки технического задания при декомпозиционном (а) и композиционном (б) проектировании сложных продукции и систем

Рис. 3.16. Последовательность операций разработки технического задания при декомпозиционном (а) и композиционном (б) проектировании сложных продукции и систем

На рис. 3.16 приняты следующие обозначания:

КБ - конструкторское бюро;

РТТ - разработка технического требования;

ТТ - техническое требование;

РТП - разработка технического предложения;

ТП - техническое предложение;

РТЗ - разработка технического задания;

ТЗ - техническое задание;

РМКиИ - разработка моделей комплектующих и изделий; ООБД - область общей базы данных;

ОБД - общая база данных;

ОКП - оптимальное композиционное проектирование.

Если при декомпозиционном проектировании организацией выставляются специализированным проектным бюро задания на подготовку технических предложений по элементам создаваемой сложной продукции или системы и ими вырабатываются локальные проектные решения, то при композиционном проектировании эти бюро делегируют накопленные знания организации в форме моделей (в том числе и математических) элементов, узлов, продукции, ацетатов.

На этой основе осуществляется синтез автоматизированными методами оптимального варианта нространственно-структурно- нараметрического построения создаваемой сложной продукции или системы. После этого специализированным проектным подразделениям (организациям) выдаются технические задания на разработку элементов, узлов, процессов изготовления создаваемой сложной продукции или системы с указанием выбранного варианта их технического исполнения и численных значений их параметров, соответствующих условиям оптимального компромисса на уровне продукции или системы в целом с учетом суммарного эффекта. В связи с развитием вычислительных сетей и технологий информационного обеспечения может быть реализована более эффективная форма организации оптимального композиционного проектирования, основанная на объединении локальных систем автоматизированного проектирования в едином информационном пространстве.

В этом случае модели элементов (в том числе и математические), узлов, продукции, процессов разрабатываются специализированными системами автоматизированного проектирования путем обработки результатов расчетов ожидаемых

значений критериальных показателей Щ элементов, узлов,

продукции, процессов /e[l,JV], j е7( при изменении параметров Рц,„ > Р,ц > / ? Lt., т е М: во всем диапазоне допустимых их

значений, для всего многообразия возможных на данном уровне знаний и технологии вариантов конструктивного исполнения этих элементов, узлов, продукции. Разработанные модели систематизируются в общей базе данных системы информационного обеспечения с отражением признаков функциональной совместимости локальных решений, образуя проблемно-ориентированную базу данных. Сопряжение различных баз данных позволяет сформировать общую базу данных, используемую в процессе композиционного проектирования разрабатываемых сложных продукции или систем определенного класса. При этом вычислительные возможности такой автоматизированной системы оптимального композиционного проектирования возрастают, так как используется вычислительная мощь всех технологий информационного обеспечения и систем автоматизированного проектирования.

Результативность композиционного проектирования в значительной степени зависит от универсальности использованного принципа декомпозиции располагаемой общей базы данных и от ее полноты. Декомпозиция общей базы данных по признаку возможной реализации (при достигнутом уровне знаний) элементарных операций преобразования и передачи энергии, вещества и информации (ее содержательного аспекта) позволяет осуществлять композицию сложных продукции и систем различного назначения из универсальных формальных элементов, узлов. Детальное конструктивное исполнение элементов разрабатываемой продукции или системы уточняется на последующих этапах технического проектирования. Это создает достаточно строгую основу для реализации оптимального композиционного проектирования.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >