Базовая концептуальная модель данных конструкторско-технологической подготовки производства в едином информационном пространстве предприятия

В последние десятилетия, в связи с переходом к информационному обществу, на предприятиях, производящих сложную наукоемкую продукцию, происходят колоссальные перемены в организации производства. Интенсивное развитие информационных технологий привело к тому, что необходимым условием конкурентоспособности предприятия является наличие современных информационных технологий и систем на всех этапах конструирования, производства и эксплуатации изделия, т.е. внедрение информационной поддержки изделия (ИПИ-технологий) в процессы конструкторско-технологической подготовки производства (КТПП) в едином информационном пространстве (ЕИП) предприятия.

Для организации успешного внедрения ИПИ-технологий необходимо четкое представление о том, как будет организована информационная модель данных изделия на всех этапах его жизненного цикла в ЕИП предприятия. С этой целью разработана базовая концептуальная модель данных (БКМД) КТПП в ЕИП.

ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ БАЗОВОЙКОНЦЕПТУАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ДАННЫХ

Выпуск изделия зависит от совместной и согласованной деятельности производственных и функциональных подразделений предприятия, Чурилин Сергей Викторович, аспирант кафедры обработки металлов давлением.

связанных между собой информационно и технологически. На рисунке 1 представлена схема взаимосвязи конструкторско-технологической службы, в которой отмечены и обратные корректирующие связи по различным параметрам: по объемам, качеству, ценам реализуемого изделия и т.д. Реализация представленной схемы должна быть обеспечена соответствующими организационными механизмами взаимодействия между субъектами приведенной системы [1].

При внедрении ИПИ-технологий в производственные процессы предприятия организационный механизм взаимодействия между субъектами является «фундаментом» БКМД на основе полного электронного описания изделия (ПЭОИ). При этом, ПЭОИ должно обеспечивать совокупность данных в электронном виде, получаемых на разных этапах ЖЦИ и максимально полно описывающее изделие. Таким образом, в массиве основных данных БКМД должны быть отражены:

. участники ЖЦИ {O₁; …; O_n} ;

. основные информационные объекты {IO₁; …; IO_n} системы управления данными об изделии (далее по тексту – PDM-системы), используемые для создания данных об изделии на протяжении всего ЖЦИ;

. электронные технические документы {ED₁; …; ED_n} , описывающие как изделие, так информационные объекты (ИО) в PDM-системе;

. статусы {ST₁; …; ST_n} , присваиваемые ИО и документам в PDM-системе;

. связи, устанавливаемые между ИО и документами, и используемые для консолидации всех данных об изделии.

На рисунке 2 представлена разработанная БКМД, отражающая массив основных данных

Рис. 1. Схема взаимосвязи между субъектами организационной системы

Рис. 2. Графическое представление базовой концептуальная модель данных конструкторско-технологической подготовки производства

и организационный механизм взаимодействия между субъектами в ЕИП.

Необходимо отметить, что при разработке информационной модели данных изделия на основании БКМД в информационную модель рекомендуется включать такие объекты, как:

• •    ИО «Составная часть» - самостоятельная часть изделия (образца), предназначенная для выполнения определенных технических функций в его составе [2, 3];

• .    ИО «Изделие финальное» - сложное изделие, не нуждающееся в дальнейшей про-

• мышленной переработке, предназначенное для поставки (продажи) с целью его самостоятельного применения по назначению и состоящее из конструктивно, функционально и информационно связанных составных частей (изделий и материалов, в том числе систем, подсистем, программных и аппаратных средств) [3];

• .    ИО «Расцеховка» - разработка межцеховых технологических маршрутов для всех составных частей изделия [4];

• .    Документ «Технологический процесс» -предназначен для хранения файлов цеховых

технологических документов общего и специального назначения на ТП;

• .    ИО «Составная часть СТО» – предназначен для хранения в Windchill КД на СТО, проектируемой технологическими службами предприятия;

• .    Документ «Управляющая программа» – предназначен для хранения файлов управляющих программ;

• .    ИО «Рынок» – ИО, определяющий состояние ЖЦИ на этапе сбыта (реализации) продукции. ИО «Рынок» управляется процессом жизненного цикла, каждому этапу которого присваивается соответствующий статус, например, «Продажа», «Продано», и др.;

• .    ИО статус (набора данных) – ИО, содержание которого определяет возможность (или, напротив, невозможность) дальнейшего использования набора данных (в т.ч. представленного в форме документа) по назначению [5];

• .    ИО «связь в PDM-системе» – ИО, описывающий отношения между другими информационными объектами, представленными в PDM-системе, в частности, информационными

объектами, описывающими идентификационные данные об изделии.

Массив данных БКМД зависит от количества производственных процессов и неотъемлемых их составляющих (участники процессов, разрабатываемая документация и т.д.), реализуемых в информационном пространстве предприятия [5].

На рисунках 3 и 4 изображены примеры упрощенных представлений информационных моделей изделия и оснастки, разработанных на основании БКМД.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ БАЗОВОЙ КОНЦЕПТУАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ДАННЫХ

На основании вышеизложенного следует, что БКМД представляет собой множество в виде:

• .    изделия «Составная часть (изделие финальное)» и ее составляющих: сборочная единица, деталь, узел и т.д.:

• .    ИО, описывающих изделие;

  

  Рис. 3. Упрощенное представление информационной модели изделия

  
  
  

  Рис. 4. Упрощенное представление информационной модели оснастки

  
  

• .    электронных документов (ДЭ), описывающих ИО;

• .    сотрудников подразделений, выполняющих процессы с изделие, ИО, ДЭ и т.д.;

• . процессов с изделием, ИО, ДЭ и т.д.;

. статусов (наборов данных), приобретаемых изделием, ИО, ДЭ и т.д., после выполнения процессов сотрудниками подразделений.

Основываясь на научных исследованиях в данной области [1, 6], определено математическое представление БКМД следующим образом:

A1=<{Msl(Ui)}, r>,                (1)

Msl(Ui)=<{Uj|Uir>Uj},>               (2)

где: Ui – элемент изделия: сборочная единица, деталь, узел и т.д.;

p e M sl x M sl - отношение полного порядка (древовидное отношение), определяющее иерархию элементов изделия;

{U_j|U_i ρ _>U_j}– множество элементов (деталей, сборочных единиц агрегатов) U_j, входящих в состав вышестоящего элемент (сборочной единицы, узла) U_i.

БКМД представлена в ЕИП как структура взаимосвязанных ИО.

A₂=<{M^sl(IO_i)}, α >,               (3)

M^sl(IO_i)=<{IO_j|IO_i α _>IO_j}, M ^α (IO_i)>,       (4)

где: IOi – ИО, описывающий информационную модель данных изделия;

aeMslxMsl - отношение частного порядка, определяющее структуру ИО, описывающих информационную модель данных изделия;

{IO_j|IO_i α >IO_j} – множество ИО IO_j, описывающих информационный объект изделия IO_i (например, ИО «Составная часть»);

M ^α (IO_i) – модель отношения, определяющего последовательность создания ИО, описывающих информационный объект изделия IO_i.

Каждый ИО описывается ДЭ. ИО и ДЭ могут иметь как прямую (описывающую) связь, так и ссылочную.

A3=<{Msl(EDi)}, b>, (5)

Msl(EDi)=<{EDj|EDib>Uj},> (6) где: EDi – электронный документ, описывающий информационный объект;

Ре M sl x M^sl - отношение частного порядка, определяющее назначение документа (КД, ТД и т.д.);

{ ED j | ED i P > ED j } - множество электронных документов D_j, разрабатываемых на основании данных электронных документов на изделие D_i.

Каждый ИО и ДЭ в ЕИП управляется соответствующим автоматизированным процессом нормоконтроля, согласования и утверждения.

A4=<{Msl(Pi)}, y>, (7)

Msl(Pi)=<{Pj|Piy>Pj}, My(Pi)> (8) где: Pi – автоматизированный процесс нормоконтроля, согласования и утверждения ИО и ДЭ в ЕИП;

^ e M sl x M sl - отношение частного порядка (древовидное отношение);

{ P j | P i ^ > P j } - множество бизнес-подпроцес-сов P_j, реализующих процесс P_i;

My(Pi) – модель отношения, определяющего последовательность выполнения подпроцессов, реализующих процесс Pi.

В свою очередь, каждый процесс управляется соответствующим подразделением.

A5=<{Msl(Oi)}, j>, (9)

Msl(Pi)=<{Oj|Oij>Oj}, Si, Q(Si)> (10) где: Oi – подразделение завода: цех, отдел, бюро, бригада и т.д.;

фе M sl x M sl - отношение частичного порядка (древовидное отношение), определяющее иерархию оргструктур;

{ O j | O i Ф > O j } - множество подразделений O j , входящих в структуру вышестоящего подразделения O_i.

Si – множество сотрудников (должностей), работающих непосредственно в данном подразделении, т.е.:

S i n S j = 0 , Vj | O i ф > O j . (11)

В итоге, после завершения процесса, ИО и ДЭ присваивается соответствующий статус (набор данных).

A6=<{Msl(STi)}, g>, (12)

Msl(STi)=<{STj|STig>STj}, Mg(STi)> (13) где: STi – статус, присваиваемый ИО и ДЭ после завершения процесса (подпроцессов);

у е M^sl x M^sl - отношение частного порядка, определяющее количество вариаций статуса ИО и ДЭ;

{ ST j | ST i V > ST j } - множество статусов ST, реализующих процесс присвоения итогового статуса ST_i;

M ^Y (ST) - модель отношения, определяющего последовательность присвоения вариаций статуса до присвоения итогового статуса ST_i.

Структура моделей процессов Pj при изменении ЖЦИ имеет вид:

Pi=(A(Pj), PaE(Pj), PaC(Pj)), (14) где: A(Pj)= { ai(Pj)} – множество дескриптивных атрибутивных свойств;

Pa^E(P_j)={p^E_i(P_j)} – множество параметров управления, воздействие на которые через отображение E влияет на течение процесса P_j, т.е. обеспечивает управляемость процесса;

PaC(Pj)={pCi(Pj)} – множество параметров множество параметров контроля, значения которых обеспечивают наблюдаемость процесса Pj через отображение C.

Элементы множества A(P_j) содержат общее описание процесса, опирающееся на некоторый нормативный документ (ОСТ, ГОСТ и т.д). Это требование реализуется через отношение п _Р документирования процессов:

VW), D k )}, V P , , (15) где: п _Р - документирование процессов;

Dk – документация предприятия, разрабатываемая в ЕИП.

Важно отметить, что оснастка является самостоятельным изделиям в ЕИП предприятия. В связи с этим, математические модели БКМД КТПП изделия также соответствуют оснастке.

СИСТЕМА ОТЧЕТНОСТИ НА ОСНОВЕ БАЗОВОЙ КОНЦЕПТУАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ДАННЫХ

В соответствии с требованиями стандартов ISO 9000 процедуры управления процессами и их контроля должны быть задокументированы:

• -    документирование параметров управления:

4pE={(PEi(Pj), Dk)}, V pEi(Pj),(16)

• -    документирование параметров контроля:

Ppc={(pCi(Pj), Dk)}, V pCi(Pj),(17)

Итоги выполнения процесса документируются через систему отчетности. Структура отчета:

R=(t, {di}, ^),(18)

где: t – момент времени актуальности отчета в жизненном цикле документа;

• { d_i} – множество показателей отчета (данные);

• ^    - специальное отношение на множестве {d_j}, определяющее форму («бланк») отчета;

При этом {у - количество реестров в виде отчетов предприятия.

Для форм отчетов также вводится отношение документирования:

П _к=№>, D k )}, V ^,            (19)

Необходимо отметить, что реализация ИПИ-технологий в ЕИП предприятия позволяет формировать такие виды отчетов, как:

• .    «Разработка конструкторской документации на изделие» ( ^ 1 );

• .    «Проработка листков запуска и извещения об изменении КД в технологических службах» ( £ 2 );

• .    «Задержка проработки листков запуска и извещения об изменении КД в технологических службах» ( ^ 3 );

• .    «Перечень документов, направленных на предварительную технологическую проработку» (^);

• .    «Разработка технологических процессов на изделие» (у;

• .    «Отчет о разработанных и измененных технологических процессов» (у

• .    «Разработка конструкторской документации на средства технологического оснащения» (У;

• .    «Отчет об активности пользователей» ( ^ 8 );

• .    «Отчет о состоянии объектов (общий)» (у;

• .    «Отчет о состоянии созданных объектов» (У);

• .    «Разработка управляющих программ» (у) и т.д.

Реализация системы отчетности { ξ ₁; …; ξ ₁₁} на основании информационной модели данных должна включать в себя отчеты по параметрам процессов, состояниям элементов состава изделия и средствам обеспечения. Каждому отчету ставится также в соответствие подразделение или сотрудник, ответственный за составление данного отчета [1, 6]:

μ_PEn={(p^E_i(P_j), ξ _i, O_m)}, ∀ p^E_i(P_j), (20) μ_PC={(p^C_i(P_j), ξ _i, O_m)}, ∀ p^C_i(P_j), (21) μ_PL={(a_i(U_j), ξ _i, O_m)}, ∀ a_i(U_j), (22) m_EQ={(a_i(E_j), ξ _i, O_m)}, ∀ a_i(E_j), (23)

Ранее было отмечено, что оснастка также является самостоятельным изделием, что исключает применение выражения 23.

Выражение 23 необходимо рассматривать как отчет о состоянии ИО в PDM-системе, которым также является оснастка:

m_IO={(a_i(IO_j), ξ _i, O_m)}, ∀ a_i(IO_j), (24)

Учитывая, что каждый ИО описывается электронным документом, а руководству предприятия для обеспечения контроля и управления процессом ЖЦИ, в первую очередь, необходимо знать текущий статус разрабатываемой документации, то выражение 24 должно быть дополнено следующим выражением:

m_ED={(a_i(ED_j), ξ _i, O_m)}, ∀ a_i(ED_j), (25)

Таким образом, система отчетности на основании БКМД КТПП в ЕИП иметь следующий вид:

μ_PE={(p^E_i(P_j), ξ _PE, O_m)}, ∀ p^E_i(P_j), (26) μ_PC={(p^C_i(P_j), ξ _PC, O_m)}, ∀ p^C_i(P_j), (27)

μ_PL={(a_i(U_j), ξ _PL, O_m)}, ∀ a_i(U_j), (28) m_IO={(a_i(IO_j), ξ _IO, O_m)}, ∀ a_i(IO_j), (29) m_ED={(a_i(ED_j), ξ _ED, O_m)}, ∀ a_i(ED_j), (30)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

«Базовость» разработанной модели данных КТПП в ЕПИ обеспечивается тем, что она разработана на основании общепринятых принципов ПЭОИ в ЕИП и представлена как массив основных данных об изделии в электронном виде, получаемых на разных этапах его жизненного цикла. А графическое и математическое представление БКМД демонстрирует ее концептуальность, так как данная модель не привязана к конкретной структуре производственных процессов кого-либо предприятия

Таким образом, разработанная БКМД КТПП в ЕИП обеспечивает системный подход к формированию информационной модели данных об изделии, что позволяет «внедренцам» информационных систем и технологий на предприятии сформировать образ модели данных об изделии в информационном пространстве предприятия на начальных этапах внедрения ИПИ-технологий. Как следствие, сократить сроки проведения работ по внедрению современных информационных систем и технологий в производственные процессы предприятия.