Реализация учебного виртуального предприятия на платформе Аскон

В статье продолжается начатое в данном сборнике обсуждение проблемы подготовки и переподготовки инженерно-технических кадров в области прикладных информационных технологий для предприятий машиностроения, а также обобщается учебный и методический опыт авторов, полученный в сотрудничестве с фирмами производителями автоматизированных систем промышленного назначения. В предыдущих работах [1, 2] была обоснована актуальность задач по созданию эффективных методов и средств обучения целевого персонала систем автоматизированного проектирования (САПР), используемых в процессах конструкторско-технологической подготовки производства (КТПП) инновационной продукции. На западе отечественному термину САПР соответствует пространный набор аббревиатур CAD/CAM/CAE/CAPP/PDM …, обозначающих многочисленные компоненты, используемых на различных этапах жизненного цикла изделий (ЖЦИ). На большинстве успешных отечественных предприятий также активно ведется внедрение технологий комплексной автоматизации ЖЦИ (CALS\ИПИ\PLM-технологии), которые считаются одними из самых действенных инструментов повышения конкурентоспособности производимой продукции.

В настоящее время не только общесистемное программное обеспечение (ПО), но и основные компоненты прикладного ПО для современных автоматизированных систем разрабатывается промышленными методами в

специализированных компьютерных фирмах. К концу прошлого века в мире сложилась мощная компьютерная индустрия, связанная с разработкой, сопровождением и внедрением ПО САПР. В том числе и на постсоветском пространстве активно действует целый ряд отечественных «софтверных» компаний, занимающихся производством, распространением и внедрением автоматизированных систем промышленного назначения. Так, например, крупнейшим Российским разработчиком ПО САПР для машиностроения является фирма АСКОН.

Анализ деятельности ведущих фирм разработчиков и интеграторов САПР показывает, что одним из основных сдерживающих факторов, препятствующих успеху проектов внедрения новых автоматизированных систем и компьютерных технологий, является кадровая проблема. Специалистам по автоматизации хорошо известно, что эффективность человеко-машинных систем в значительной степени зависит от знаний, умений и навыков пользователя компьютера, и поэтому фирменные проекты поставок программного обеспечения и оборудования, как правило, сопровождаются обязательным обучением сотрудников предприятий потребителей. Для поддержки задач обучения пользователей своих программных продуктов практически всеми производителями прикладного программного обеспечения ведется серьезная просветительская, методическая и учебная работа. Пишутся подробные руководства и справки, создаются электронные учебники, сайты электронной поддержки. Крупные фирмы содержат в своем штате профессиональных преподавателей (тьюторов), формируют целую систему учебных центров, программ обучении и сертификации специалистов, налаживают постоянно действующие связи с ведущими в своей предметной области или регионе техническими учебными заведениями.

Как показывает обширная практика авторов в организации и проведения учебных курсов по САПР, задачи подготовки и переподготовки специалистов, использующих отдельные технологи и процедуры САПР на своих локальных рабочих местах, может быть успешно решена классическими методами. Например, хорошо отработаны локальные методики обучения инженерному анализу, компьютерному черчению, геометрическому моделированию, программированию цифрового оборудования и станков с ЧПУ. Но в проектах внедрения комплексных автоматизированных систем, курсы обучения, проведенные с использованием существующих методик и средств, не дают ожидаемых результатов. Этому способствует целый ряд объективных причин и особенностей организации проектов комплексного внедрения.

Во-первых, проекты внедрения комплексной автоматизированной системы информационной поддержки носят длительный характер. На крупном машиностроительном предприятии PLM-система создается в течение нескольких лет, а затем постоянно развивается и модернизируется. Во-вторых, внедрение сложных систем идет поэтапно. Сначала автоматизируются отдельные рабочие места (АРМ) и технологии, выполняется пробный проект одного изделия (фрагментарно и с участием ограниченного числа сотрудников). Затем начинается последовательное развертывание локально отлаженых информационных технологий и подсистем. Однако на начальных этапах проекта целевой персонал САПР, как правило, не отмечает ощутимого эффекта улучшения результатов своей работы, поскольку система еще не сформирована, а специалисты не имеют опыта успешной деятельности в новых условиях. В-третьих, комплексный проект внедрения затрагивает многие сферы деятельности предприятия, предполагающие проведение достаточно глубокого реинжиниринга (видоизменения) бизнес процессов. Эта проблема усугубляется из-за необходимости сотрудникам компьютеризируемых отделов параллельно с новыми обязанностями выполнять работу по старым технологиям. В-четвертых, в комплексном проекте внедрения неизбежно задействованы большие и разнородные группы работников предприятия, которые должны составить, в ближайшей перспективе, слаженный и компетентный персонал комплексной системы. Массовость процессов обучения резко повышает не только широту охвата профессий и специальностей, но и потребный объем переподготовки кадров. Неизмеримо возрастает сложность увязки разрозненных программ и курсов. Но даже хорошо продуманный и согласованный учебный план локальных учебных курсов, обильно наполненный новыми знаниями, не дает персоналу возможности развития умений и навыков коллективной работы в интегрированной информационной среде.

Для развития умений и навыков практической работы в среде комплексных САПР целесообразно создавать и использовать для подготовки и переподготовки персонала, специализированные учебные виртуальные предприятия (УВП) имитирующие (моделирующие и воспроизводящие) интегрированную информационную среду реальной или формируемой PLM-системы. В случае плановой подготовки кадров для отрасли или региона в учебном заведении учебно-научные (УН) ВП могут создаваться на базе инфраструктуры компьютерных, производственных лабораторий и центров вуза [1, 2].

Для методической поддержки комплексных проектов внедрения PLM-систем на промышленных предприятиях, которые проводятся фирмами разработчиками и интеграторами, целесообразно создавать и использовать специальные учебные виртуальные предприятия, комплектуемые с применением набора программных продуктов и технологий, определенных условиями поставки. Такие ВП могут создаваться в авторизованных фирмами учебных центрах, как на самих предприятиях, так и на базе профильных учебных заведений [2], назовем их учебно-проектными (УП). В ряде случаев УПВП может быть использовано и для проведения пилотного проекта, выполняемого фирмой по договору внедрения, а также для исследования, разработки и отладки информационных технологий, и средств обеспечений создаваемой системы.

Сформированное в рамках проекта внедрения УПВП представляет собой комплексное методическое средство и может носить как временный (на период действия проекта внедрения), так и постоянный характер и использоваться в авторизованном учебном центре при крупном предприятии или вузе для целевой подготовки персонала. При использовании УНВП для подготовки целевого персонала САПР в интересах конкретного завода, средствами учебного виртуального предприятия в вузе должна определенным образом моделироваться интегрированная информационная среда (ИИС) и проектная деятельность реального предприятия [1]. Экспериментальное УНВП, реализованное на базе центра компьютерного проектирования ФМиАТ СамГТУ, представляет собой специализированное PLM-решение, охватывающее проектно-производственные и смежные к ним этапы жизненного цикла изделий типового машиностроительного предприятия (рис. 1).

Рис 1. Этапы ЖЦИ изделий машиностроения в экспериментальным УНВП

Производственный этап деятельности УНВП в условиях учебного заведения обеспечиваются оборудованием с числовым программным управлением (ЧПУ), установленным в производственных лабораториях и центрах вуза. Отличительные особенности и принципы создания УНВП [1, 2] определяют требования к используемым для его реализации средствам автоматизации. В качестве прикладной программной платформы УНВП вуза целесообразно выбрать актуальную для отечественной промышленности PDM-систему, а также совместимый с ней комплекс средств автоматизации, покрывающий основные этапы жизненного цикла изделий и обладающий рядом следующих свойств:

• -    дружественность и интуитивная понятность пользовательских интерфейсов;

• -    развернутая и полная справочная система и документация на русском языке;

• -    открытость и наглядность поддерживающих основные функции PLM проектных процедур, информационных технологий, методов и средств обеспечения;

• -    доступность, полнота и устойчивость связей с фирмой-производителем;

• -    развитость системы фирменных консультационных и внедренческих услуг;

• -    относительно невысокая стоимость программного обеспечения его внедрения и сопровождения;

• -    простота инсталляции и обслуживания программного обеспечения;

• -    невысокая требовательность к уровню используемых технических средств;

• -    практическая ценность для внедрения на предприятиях региона.

В эти условия достаточно хорошо вписываются PLM решения, развиваемые российской фирмой АСКОН (рис. 2). Кроме вышеперечисленных требований можно отметить еще ряд положительных факторов:

• -    наличие фирменных методических материалов в базовой поставке системы;

• -    программа поддержки учебных заведений, включая льготные поставки ПО;

• -    возможность создания в вузах сертифицированных учебных центров;

• -    наличие единой системы сертификации специалистов и преподавателей как независимого критерия оценки деятельности УНВП.

Продукция АО АСКОН полностью соответствует отечественным стандартам, лицензирована «РОСИНФОСЕРТ», Министерства РФ по связи и информатизации, а также одобрена головным научно методическим центром по сертификации информационно-программных средств учебного назначения.

Рис. 2. Место ПМК АСКОН в реализации УНВП

Одним из самых сложных как при создании PLM-систем на реальных предприятиях, так и для обучения технологиям комплексной автоматизации является организация информационных и процедурных стыков на этапах: КПП и ТПП, ТПП и производства. В комплексных решениях АСКОН для этого могут использоваться специальные приложения. Например, «ЛОЦМАН-Технолог», автоматизированные корпоративные справочники, в том числе «Универсальный технологический справочник», используемый в УНВП СамГТУ для реализации информационной модели производства [1].

В УВП PDM-система используется не только для управления данными о продукции, но и как средство управления учебным процессом. Для обучаемых PDM-система играет роль рабочей среды, непосредственно реализуя разработанный преподавателем сценарий учебной деятельности. Основным существенным отличием учебного виртуального предприятия от промышленных его аналогов является необходимость автоматизации обучающих функций.

В УНВП необходимо акцентировать и развивать потенциальные обучающие возможности коммерческого (фирменного) ПО. Например, редко используемый в практике промышленных предприятий, но перспективный в учебнонаучном плане режим синтеза технологических процессов с использованием конструктивно-технологических элементов (КТЭ), имеющийся в САПР ТП ВЕРТИКАЛЬ, как нельзя лучше подходит для выявления свойств рациональных технологических проектов и развития профессиональных инженерных умений и навыков.

На примере экспериментального УНВП ФМиАТ СамГТУ были разработаны и опробованы в условиях реального учебного процесса технологии интеграции в PLM-решение АСКОН специализированного программного обеспечения учебного назначения:

• -    автоматизированной обучающей системы (АОС), выполняющей функции специализированной подсистемы УНВП обеспечивающий проведение репетиторских занятий и контроля знаний по теоретическим основам САПР;

• -    учебно-исследовательской (УИ) САПР силовых конструкций, используемой на ранних этапах учебного проектирования при изучении методов инженерного анализа (CAE-технологи);

• -    компьютерных инженерных тренажеров используемых для освоения навыков выполнения локальных проектных процедур.

Решение задач создания специализированного информационного и методического обеспечений УНВП потребовало внесения существенные дополнений в стандартные схемы, рекомендуемые для промышленных систем. Определено, что в отличие от промышленных аналогов структура и состав информационного обеспечения (ИО) УНВП должны формироваться по объектному принципу с учетом реализуемой методики учебного проектирования, предполагающей выполнение определенного сценария деловой игры в которой один и тот же пользователь может последовательно выступать в различных профессиональных ролях. Показано, что в ИО УВП разветвленная структура баз данных об изделиях моделируемого предприятия может базироваться на использовании реалистических метаданных, но не содержать полномасштабного описания состава и наполнения данными и моделями сложных технических объектов.

В отличие от промышленных предприятий, УВП должны быть оснащены специальными БД с задачниками и методическими указаниями для выполнения лабораторных и практических работ. Кроме того, ИО УВП содержать пополняемые базы знаний, включающие специально подобранные учебные материалы, справочники, варианты проектных решений и исполнений изделий обеспечивающие возможность проведения результативного информационного и патентно-лицензионного поиска в процессе выполнения учебной деятельности.