2020-04-20
65
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:
= {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);_SIS - лінгвістичне забезпечення ЄІП (сукупність мовних засобів, які використовуються в ЄІП);_SIS - математичне забезпечення ЄІП (сукупність математичних методів, моделей і алгоритмів, що застосовуються в ЄІП);_SIS - програмне забезпечення ЄІП (сукупність програм, які забезпечують інформаційну підтримку ЖЦВ);_SIS - технічне забезпечення ЄІП (сукупність усіх технічних засобів, що використовуються при функціонуванні ЄІП);_SIS - інформаційне забезпечення ЄІП (сукупність відомостей, необхідних для виконання розробки, які містяться в БД ЄІП);_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 (pri) має власний набір атрибутів p (pri);
кожний набір атрибутів складається з упорядкованої множини вимог до засобів інформаційної підтримки для реалізації цього процесу:
(pri) = {f1, f2, … fq}, 
;
набори атрибутів формують відношення PRF = PR x F, а кожен засіб ІПВ (ui) 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 𝐵δ, що являє собою кортеж комбінацій засобів ІПВ (uj) з m елементів матриці:
де 𝐵δ - одна з множин варіантів формування ЄІП, 
, тобто матриця, що відображає комбінацію засобів ІПВ (uj), для якої виконуються такі умови:
усі елементи матриці W, що належать до сукупності 𝐵δ, дорівнюють одиниці;
будь-які два елементи не розташовані на одному рядку матриці;
вибрані елементи покривають усі рядки матриці;- 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 - 𝑒𝑖𝑗𝑘𝑙. Набір оцінних елементів наведено в ГОСТ 28195-89.
Крок 3. За оцінними елементами розрахувати значення оцінних метрик:
де 𝑀𝑖𝑗𝑘 - 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.;- кількість автоматизованих робочих місць;- вартість придбання будівель, споруд, де розташовано комплекс, у.о.- вартість наявних апаратних, периферійних, програмних засобів, що не потребують заміни, у.о.;
Gj - витрати на перепідготовку, навчання j-го фахівця, у.о.;- 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}, ρ >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 ρ, на нульовому рівні - літак в цілому, на першому - його основні компоненти: крило, фюзеляж... | P = < {PRi}, ψ >; де {PRi} - множина проектів (підпроектів), що проходять у складі проекту Р; PRi - конкретний проект; PRi = {piz}; piz - найпростіший процес. | S = < {Oi}, ς >; 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. |
| ρ, ψ, ς - 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:
IMi ={imx | imx ∈ P ∨ imx ∈ D ∨ imx ∈ S ∨ imx ∈ {IT} ∨ imx ∈ {t} ∨ imx ∈ {e}} = < PRi, Uj, {su}, sc, {eq}, {ITz}, {tk}>.
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.
. 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.
. 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.
. 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.
. 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.
. 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.
. 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.
