Метод построения систем управления инженерными данными

Актуальность исследования.

В связи с развитием технологий проектирования и подготовки производства с использованием вычислительной техники возникает проблема в управлении данными, получаемыми от различных систем, используемых в производственном процессе. Необходимость использования различного программного обеспечения обусловлено широким спектром задач, решаемых современным предприятием, начиная от проектирования изделия и заканчивая передачей технологии изготовления изделия в производство. На сегодняшний день на рынке программного обеспечения представлен широкий выбор средств, которые позволяют значительно сократить время разработки изделия и создания технологии его производства. Поскольку не существует единой системы, которая бы эффективно решала все вопросы, возникающие на предприятии (конструирование изделия, разработка печатных плат, подготовка технологии, бухгалтерский учет и т. д.), то в лучшем случае в каждой области деятельности предприятия используется свой комплекс программного обеспечения, который наиболее эффективно решает присущие данной области задачи. Например, для проектирования твердотельных конструкций широко распространены такие программные пакеты как Pro/ENGINEER, CATIA, SolidWorks или AutoCAD, для проектирования печатных плат OrCAD, PCAD или Protel и т. д. Поскольку данные проектирования, описывающие одно изделие, могут быть получены с помощью различного программного обеспечения, то возникает необходимость в централизованной системе управления ими. Системы, решающие указанную задачу, — это системы документооборота, но они обладают рядом недостатков, которые усложняют, а иногда делают невозможным применение их на отечественных предприятиях. К основным недостаткам следует отнести:

— несоответствие правил обращения документации, реализуемых с помощью существующих систем документооборота, отечественным стандартам;

— не полная или отсутствующая поддержка национальных языков;

— закрытость систем.

Возникает задача по проектированию и внедрению систем инженерного документооборота, способных повысить эффективность работы отечественных предприятий в области разработки и управления инженерными данными. Можно выделить два пути внедрения систем документооборота на предприятии. Первый путь — подстраивать работу предприятия под какую-либо существующую систему. Этот путь наиболее эффективен для вновь создаваемых предприятий, где отсутствует необходимость перехода от старой технологии обращения документации. Второй путь — это разработка системы управления под конкретное предприятие. Данный подход предпочтителен при внедрении систем электронного документооборота на предприятиях, где уже сложились свои порядки прохождения документов. Наряду с указанными двумя подходами возможен смешанный вариант, когда за основу берется существующая система, а далее она адаптируется под нужды конкретного предприятия путем настройки параметров системы, разработки и (или) модернизации отдельных ее модулей и т. д.

В работе основное внимание уделяется второму пути внедрения системы документооборота, а именно: рассматривается проблема организации информационной поддержки жизненного цикла инженерной проектной документации. Отыскание эффективного метода разрешения указанной проблемы является актуальной задачей для отечественных предприятий, поскольку на сегодняшний день ясно, что без внедрения компьютерных технологий в процесс проектирования и изготовления изделия предприятие не сможет быть конкурентноспособным на мировом рынке. В диссертации детально рассматриваются проблемы, связанные с переходом от бумажной технологии обращения инженерной документации к электронной технологии, методы представления электронных данных проектирования и управления ими. Анализ распределенной структуры объекта управления (электронного документа), а также требований к обмену данными между различными процессами, протекающими на предприятии, описанные в стандартах по контролю качества продукции (ISO 9000), дает основание сделать вывод о целесообразности применения технологий проектирования информационных сетей1 в процессе построения системы. В результате проведенного исследования получена модель представления инженерных проектных данных в электронном виде и методы их дальнейшей обработки внутри информационной сети предприятия. Корректность предлагаемой модели подкреплена практическими результатами, полученными при внедрении отдельных элементов системы. Объект исследования.

Объектом исследования в работе является электронный документооборот внутри промышленного предприятия. Предмет исследования.

Предметом исследования является обращение инженерной проектной документации, разрабатываемой и используемой в электронном виде, что является одним из составных процессов документооборота внутри промышленного предприятия. Цели и задачи исследования.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности обращения инженерной проектной документации на отечественных предприятиях в электронном виде. Указанная цель достигается путем создания.

1 Информационная сеть — термин раскрывается в работах в [30. 34], а также в главе 3. нового метода построения системы управления инженерными данными. Данный метод основывается на разработке:

1. распределенной модели представления данных в системе;

2. модели организации жизненного цикла данных, описывающих промышленное изделие;

3. функциональной структуры системы управления инженерными данными.

Оптимизация управления инженерными данными достигается путем решения следующих частных задач:

1. Анализ принципов построения систем электронного документооборота и вариантов их реализаций.

2. Постановка задачи в форме, пригодной для применения к ней методов лингвистического анализа текста.

3. Определение условий работы предприятий, при которых может быть достигнута максимальная производительность проектируемой (внедряемой) системы электронного инженерного документооборота.

4. Разработка модели системы с учетом особенностей представления инженерной документации в электронном виде и ее жизненного цикла.

5. Практическая реализация ключевых элементов модели. Методы исследования.

В работе использованы лингвистические методы обработки текстовой информации, методы логического структурирования, методы объектно-ориентированного анализа, а также экспериментальные методы исследования.

Информационная база исследования.

При проведении исследования предметной области использовались материалы фирм-производителей программного обеспечения (как в печатном виде, так и из Internet) и демонстрационные версии программных продуктов. При формализации постановки задачи использовались стандарты (государственные и отраслевые), описывающие процесс обращения инженерной документации, и результаты экспериментальных исследований, проведенных в ФГУП ЦНИИ «Электроприбор». При построении модели были использованы публикации на тему построения систем управления бизнес-процессами и систем обращения электронной конструкторской проектной документации. При реализации элементов модели использовались материалы, описывающие методы работы с электронной информацией и инструментальные средства для программирования. Научная новизна работы.

В работе впервые проведено комплексное исследование проблемы организации электронного инженерного документооборота для отечественных предприятий, с позиции информационного взаимодействия между различными его участниками. Предложена оригинальная структура организации бизнес-процессов обращения электронной инженерной документации и модель информационной сети, которая их реализует (здесь и далее под бизнес-процессом понимается определение, данное Workflow Management Coalition.

41]).

Положения, выносимые на защиту.

1. Модель информационной сети на уровне функциональных модулей, которая реализует управление инженерными данными, разработанными в электронном виде, внутри предприятия.

2. Структура бизнес-процесса обращения инженерных проектных данных, использующая качественные характеристики электронного представления документа на всех этапах его жизненного цикла.

3. Унифицированная структура электронного документа, содержащего в себе данные по проекту, которая позволяет оптимизировать ресурсы системы, затрачиваемые на управление инженерными данными.

Практическая значимость работы.

Разработанный метод обеспечивает подготовку отечественных промышленных предприятий к созданию, внедрению и эксплуатации информационных систем управления конструкторской документацией, разработанной и используемой в электронном виде. В работе присутствует ряд положений, которые рекомендуется использовать непосредственно разработчикам рассматриваемой системы управления. Реализация результатов работы.

Методологические и практические результаты, описанные в работе, использованы при организации электронного документооборота инженерной документации в ФГУП ЦНИИ «Электроприбор». Апробация работы.

Основные результаты работы опубликованы в стандартах предприятия ФГУП ЦНИИ «Электроприбор" — в статье «Исследование и выработка методики построения систем управления инженерными данными» //Труды молодых ученых и специалистов. Сборник научных статей. Выпуск 1. Часть 2. — СПб: СПбГИТМО (ТУ), 2000. По материалам диссертации сделаны доклады на конференции профессорско-преподавательского состава СПбГИТМО (ТУ), С. Петербург, 2000; на конференции «Телематика — 2001», С.-Петербург, 2001., на конференции CAD/CAM/PDM-2002, Москва, 2002. Тезисы докладов опубликованы. Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 58 наименования и списка работ автора из 6 наименований, которые содержат основные результаты исследования. Содержание работы по главам диссертации распределено следующим образом: 1. Глава 1 содержит общее описание предметной области.

4.5 Выводы.

В результате проведенного исследования получена модель информационной сети, которая позволит достичь цели работы. Указанная цель достигается за счет следующих особенностей разработанной информационной сети:

1. Предложенная модель информационной сети предоставляет возможность организовать поддержку бизнес-процесса обращения инженерных данных с учетом особенностей электронного представления документа (см. раздел 4.1). В работе показано, что изменение структуры бизнес-процесса при переходе к электронному представлению документа является одним из важнейших этапов построения системы (см. раздел 3.5), что показывает высокую значимость указанной возможности.

4 Формирование метода построения системы управления инженерными данными J24.

2. Предложенная модель сети имеет многоуровневую архитектуру, что позволяет решать задачи в пределах одного уровня не затрагивая иные, а также снизить общую загрузку всей информационной сети предприятия (см. раздел 4.3).

3. Получена классификация электронных документов, которая позволяет эффективно организовать информационные потоки в сети за счет разделения обработки потоков документов, принадлежащих к различным классам (см. раздел 4.2).

4. Полученная функциональная структура уровня управления инженерными данными, позволяет полностью обеспечить жизненный цикл документации (см. раздел 4.3.2). Кроме того, приведенная структура может быть использована с целью разработки внутриуровневых стандартизованных протоколов обмена документами, что позволит интегрировать программное обеспечение различных разработчиков в единой информационной среде.

5 Практическая реализация элементов модели информационной сети.

В процессе работы над моделью системы управления инженерными данными проводился ряд практических экспериментов по реализации ее различных элементов. В результате были промоделированы следующие этапы бизнес-процесса обращения инженерной документации:

— подготовка документации;

— согласование документации;

— ведение электронной библиотеки.

В процессе работы было разработано программное обеспечение и внедрено на промышленном предприятии, что позволило уточнить теоретическую модель как в части организации бизнес-процесса, так и реализации его этапов. На ранних стадиях исследования, проведенных еще в ходе работ над магистерской диссертацией [1], были реализованы механизмы подготовки документов типа «Состав» (см. раздел 4.2) и их согласования, с последующим помещением в электронную библиотеку. В данной главе приводится описание программного обеспечения, позволяющего подготовить конструкторский документ «Спецификация» [50, 51, 54] в формате документа типа «Структура».

Указанное программное обеспечение позволяет промоделировать следующие элементы информационной сети:

— обмен информацией между различными модулями, принадлежащими уровню систем управления инженерными данными информационной сети предприятия (взаимодействие различных реализаций модулей типа 1.4, 1.6, 1.1, с модулями типа 1.2, описанными в разделе 4.3.2);

— производство раздельной обработки документов разных типов в информационной сети предприятия (производится дополнительная обработка документа «Спецификация», при передачи документов по изделию потребителю);

— отработка этапа «ведение электронной библиотеки» бизнес-процесса обращения инженерной документации (см. раздел 4.1.2).

Далее приводятся функциональные требования, реализация и результаты внедрения в ФГУП ЦНИИ «Электроприбор».

5.1 Функциональные требования.

5.1.1 Условные обозначения и сокращения.

— ЛВС — локальная вычислительная сеть;

— ПС — программное средство;

— РПС — разрабатываемое программное средство;

— СП — спецификация;

— ЦА — центральный архив;

5.1.2 Назначение ПС «Оформление спецификации в электронном виде на сборочную единицу».

ПС «Оформление спецификации в электронном виде на сборочную единицу» (далее по тексту РПС) предназначено для работы с СП, оформленной в электронном виде, и должна удовлетворять следующим требованиям:

1. РПС должна обеспечить возможность ручного создания и редактирования СП (работа с групповой СП ведется только в соответствии с п. 5.5.1 ГОСТ 2.113−75 [50]).

2. РПС должна предоставить возможность одновременной работы над СП разработчика основных разделов и разработчика раздела «устанавливается при электромонтаже».

3. РПС должна обеспечивать режим просмотра СП (для работы проверяющих служб).

4. РПС должна предоставить возможность импорта данных, используемых для создания СП, из ПС «Электра» [21].

5. РПС должна обеспечить контроль применяемых документов на наличие их в электронном архиве предприятия.

6. РПС должна обеспечить проверку наличия стандартных и покупных изделий в файлах stas. dbf и poks. dbf1, хранящихся в ЦА предприятия.

7. РПС должна обеспечить возможность наращивания функциональных свойств РПС в части автоматической обработки данных, необходимых для составления СП, получаемых от различного программного обеспечения (Pro/ENFINEER, PCAD, ADEM, AutoCAD и т. д.).

Далее будет приведена общая структура построения РПС и детализированы приведенные выше требования.

5.1.3 Общая структура РПС.

В структуре РПС можно выделить три функциональных блока:

— блок создания и редактирования СП (блок 'А');

— блок печати СП (блок 'Б');

— блок взаимодействия с электронными справочниками предприятия (блок 'В').

На рисунке 5.1 приведена схема взаимодействия функциональных блоков как между собой, так и с внешними потоками информации. Далее рассмотрим детальное распределение функций РПС по блокам.

Задачи, решаемые блоком создания и редактирования СП.

1) Обеспечение возможности ручного создания и редактирования СП. Данное требование включает в себя ручной ввод и корректировку таких данных входящих в СП, как обозначение документа, наименование и т. д.

1 Базы данных справочников в формате dBase IV.

Электронный архив предприятия.

Общая структура РПС.

Рисунок 5.1.

2) Возможность одновременной разработки основных разделов СП и раздела «Устанавливается при электромонтаже». a) физическое разделение СП на файлы, содержащие основные разделы СП и раздел «Устанавливается при электромонтаже" — b) возможность собрать части, содержащие основные разделы СП и раздел «Устанавливается при электромонтаже» в один документc) возможность автономной разработки исполнений СП и включения их в основную СП.

3) Возможность работы с СП в режиме «только просмотр» (для проверяющих служб).

4) Возможность импорта данных СП из ПС «Электра» [21].

5) Оформление ИПХ к СП.

6) Помещение готового документа СП в область, выделяемую разработчикам на сервере ЦА (в случае, если рабочее место, на которое установлено РПС, подключено к ЛВС предприятия). Задачи, решаемые блоком печати СП.

1) Печать СП в виде, удовлетворяющем СТП ДНИЯ 3.48−99 [58]. Задачи, решаемые блоком работы со справочниками.

Работа данного блока возможна только в случае использования РПС на рабочей станции, которая включена в локальную сеть предприятия. При выполнении данного требования блок работы с ЦА должен выполнять следующие функции:

1) Возможность проверки наличия примененного документа в электронном архиве. Проверка осуществляется по следующим разделам СП:

— документация;

— сборочные единицы;

— детали.

2) Возможность по обозначению применяемого документа, при наличии его в электронном архиве, получить текст его наименования, формат листа (в случае, если эти данные существуют)1.

3) Проверка соответствия обозначения и наименования вводимых стандартных и покупных изделий с данными, хранящимися в файлах stas. dbf и poks. dbf, хранящимися в ЦА предприятия (данные файлы будут включены в состав РПС).

4) Возможность поиска обозначения стандартного или покупного изделия по обозначению (или его части), по наименованию (или его части).

1 Возможности, указанные в п. п. 1, 2, реализуются только в случае подключения рабочего места, где будет использоваться РПС, к ЛВС предприятия.

5.2 Реализация.

Программа подготовки спецификации на уровне модулей имеет структуру, представленную на рисунке 5.2. Рассмотрим функциональное назначение модулей и их взаимодействие.

1 Блок А1. Включает в себя:

— редактор СП;

— модуль импорта СП;

— формирователь СП;

— модуль управления данными.

2 Блок Б.

— модуль печати СП.

3 Блок В.

— модуль работы с библиотекой.

Модули печати СП и работы с библиотекой (соответственно блоки Б и В) выполняют функции, соответствующие своим блокам (см. главу 5.1.3 «Общая структура РПС»). Распределение функций по модулям для блока, А приведено в таблице 5.1.

Заключение

13g.

5. Предложен метод построения систем управления инженерными данными, опирающийся на трехуровневую архитектуру информационной сети предприятия, новую структуру бизнес-процесса обращения документации и оригинальное представление электронного документа.

6. Предложена трехуровневая модель информационной сети предприятия, которая состоит из уровней приложений, системы управления инженерными данными и системы управления бизнес-процессами.

7. Предложена модель бизнес-процесса обращения инженерной документации, которая использует качественные характеристики электронного документа на всех этапах его жизненного цикла.

8. Предложена унифицированная структура электронного документа, содержащего в себе данные по проекту, которая позволяет оптимизировать ресурсы системы, затрачиваемые на управление инженерными данными.

9. Получено практическое подтверждение предложенного метода путем успешного внедрения элементов модели на реально действующем предприятии.

Благодарности за содействие в работе.

Автор считает своим приятным долгом выразить глубокую признательность всем оказавшим помощь в работе:

Научному руководителю к.т.н. Ю. Г. Кирчину, начальнику отдела перспективных разработок сети RUNNet, за постоянное доброе внимание к работе, консультации и ряд полезных обсуждений.

Профессору д.т.н. В. Н. Васильеву, ректору С-Петербургского Государственного Института Точной Механики и Оптики (Технический Университет), зав. кафедрой компьютерных технологий, за поддержку и содействие.

Н.А. Рубиной, научному сотруднику отдела перспективных разработок сети RUNNet, за постоянное внимание к работе и большое количество ценной информации по применению информационных технологий для поддержки промышленной и экономической сферы деятельности человечества.

Д.т.н. И. П. Гурову, профессору кафедры компьютерных технологий, за ценную консультацию в работе над редактированием текста автореферата.

Академику РАН В. Г. Пешехонову, директору ФГУП ЦНИИ «Электроприбор», за создание условий работы, позволивших провести как научную, так и техническую работу над диссертацией.

Д.т.н. О. А. Степанову, ведущему научному сотруднику ФГУП ЦНИИ «Электроприбор», за ценную консультацию в работе над редактированием текста автореферата.

Т.А. Хоревой, ФГУП ЦНИИ «Электроприбор», за большое количество ценной информации и консультации по организации обращения конструкторской документации внутри промышленного предприятия.