Система управления формированием и реализацией проектов дизайн центра микроэлектроники

Актуальность работы. Уровень развития электронной промышленности любой страны определяет научно-технический прогресс в ведущих отраслях экономики, среди которых микроэлектроника имеет наиболее динамичное опережающее развитие. Она обеспечивает технологическую независимость государства и его обороноспособность, поэтому развитие электронной промышленности относится к приоритетному направлению технической политики любого государства, в том числе и РФ.

В настоящее время в микроэлектронике произошли колоссальные изменения, связанные с проектированием и производством современной электронной компонентной базы (ЭКБ) — это переход на глубоко субмикронные проектные нормы, внедрение новых технологий, переход к широкому использованию готовых библиотек, включая библиотечные элементы большой сложности. Изменение методологии автоматизации проектирования и производства изделий микроэлектроники потребовало преобразования организационной структуры предприятий электронной промышленности — создания сети дизайн центров (ДЦ) проектирования СБИС и кремниевых мастерских (КМ) по их производству. Полученная развитая сеть ДЦ и КМ имеет громадные прибыли от продажи продуктов высокооплачиваемого интеллектуального труда: ЭКБ и отдельных программных продуктов.

Касаясь работы ДЦ, можно констатировать, что только глубоко проработанная и выверенная технология бездефектного проектирования (определяется наличием современных технических и программных средств, а также высокой квалификацией персонала) в сочетании со всесторонним анализом проектов (с точки зрения их перспективности, оценки дальнейшего использования интеллектуальных результатов, вероятности экономических рисков) и оптимальным управлением их реализации, может. обеспечить нормальное конкурентоспособное развитие.

ДЦ

Инструментом для проведения всех подобных работ могут служить ИПИ-технологии, позволяющие создать информационную систему управления, функционирующую на базе интегрированной информационной среды. Этими вопросами занимались ученые организаций г. Зеленограда, Москвы, Минска и др. Однако вопросы комплексного управления проектами с учетом перспектив развития в полной мере не были рассмотрены. Отметим, достаточно проработанные материалы «22 Центрального научно-исследовательского испытательного института» и «Управления развитием электронной компонентной базой». Однако эти разработки рассматривали фактически отраслевые вопросы управления.

Если рассматривать зарубежные средства автоматизации управления ДЦ, то по ряду параметров они не подходят для непосредственного использования, так как не учитывают отечественной специфики развития, очень дороги и их внедрение не будет способствовать обеспечению отечественной доктрине национальной независимости нашей экономике.

В силу того, что микроэлектроника наиболее наукоемкая отрасль, в ней, как ни в одной другой, цена даже одной ошибки чрезвычайно высока. И предприятие может разориться в течение считанных месяцев только по причине неоптимального управления.

Поэтому в рамках работы поставлена задача создания единой информационной системы управления ДЦ микроэлектроники, функционирующей на базе интегрированной информационной среды, которая всесторонне и комплексно рассматривает вопросы формирования планов совокупности проектов с различными сроками начала и окончания, с учетом перспективности их совокупности, возможности учесть результаты одной совокупности проектов в рамках других и их реализацию в современных условиях рыночной экономики с неопределенностью финансирования и реализации. При этом ДЦ микроэлектроники рассматривается, как социально-экономическая система, в которой для повышения эффективности управления предложены экономические и социальные аспекты.

Диссертация выполнена по планам НИР кафедры вычислительной техники и информационных систем «Математическое моделирование в области управления», гранта РФФИ «Развитие средств проектирования изделий микроэлектроники в части моделирования радиационных эффектов и создание на их основе микроконтроллера 1874ВЕ36 с высоким уровнем радиационной стойкости», а также в соответствии с межвузовской научно-технической программой И.Т.601 «Перспективные информационные технологии в высшей школе» и научным направлением Воронежской государственной лесотехнической академии (ВГЛТА) -«Разработка средств автоматизации управления и проектирования (в промышленности)».

Объект исследования. Унифицированная система управления формированием и реализацией проектов ДЦ микроэлектроники.

Предмет исследования. Модели, алгоритмы управления и программная реализация для создания системы управления формированием и реализацией проектов ДЦ микроэлектроники.

Цель и задачи исследования

Целью диссертационной работы является создание унифицированной системы управления формированием и реализацией проектов ДЦ микроэлектроники, а также внедрение и оценка эффективности средств автоматизации управления.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

— проанализировать состояние электронной промышленности, средств автоматизации управления и определить перспективы повышения эффективности управления формированием и реализацией проектов ДЦ микроэлектроники на основе информационных технологий;

— определить целевые задачи, обосновать архитектуру системы управления и структуру унифицированных средств автоматизации управления формированием и реализацией проектов ДЦ микроэлектроники;

— создать модель и алгоритм оценки достаточности и реализуемости совокупности технических требований для поддержки принятия решений о включении проектов в план реализацииразработать модель и алгоритм стратегического выбора рационального варианта групп проектов для обеспечения развития перспективной элементной базы, отвечающей современным мировым тенденциям;

— разработать модель и алгоритм управления рисками при выполнении проектов;

— выработать управленческие процедуры формирования и реализации проектов, разработать методическое обеспечение, внедрить разработанную систему управления и провести оценку их эффективности по результатам внедрения.

Методы исследования основываются на теории систем управления, оптимизацииаппарате вычислительной математикитеории построения программметодах модульного, структурного и объектно-ориентированного программированияструктурном и параметрическом моделированииэкспертных оценкахна вычислительных экспериментах.

Научная новизна:

— архитектура системы управления формированием и реализацией проектов и соответствующая ей структура программного обеспечения, отличающаяся учетом отраслевых особенностей, комплексным подходом, единым методом построения средств, соответствием действующим стандартам, небольшими расходами на создание, высокой эффективностью решения задач управления и их оптимизации;

— модель и алгоритм поддержки принятия решений о включении проектов в план реализации, отличающиеся комплексной оценкой достаточности и реализуемости совокупности технических требований с учетом современных мировых тенденций развития электронной компонентной базы;

— математическая модель и алгоритм стратегического планирования и выбора наиболее перспективных групп проектов, отличающихся учетом отраслевой специфики создания электронной компонентной базы, особенностями реализации совместного выполнения групп проектов и повторного использования полученных интеллектуальных результатов для сокращения времени выполнения последующих групп проектов;

— модель и алгоритм управления рисками при выполнении проектов, отличающиеся комплексным выбором рационального варианта выполнения проекта в условиях неопределенности финансирования и изменения технических требований к электронной компонентной базе в ходе реализации проектов, вызванных современными мировыми тенденциями.

Практическая значимость и результаты внедрения. Основным практическим результатом работы является разработка информационной системы управления и типовых средств управления ДЦ микроэлектроники на основе созданного программного комплекса. Внедрение разработанных средств подтвердило высокую эффективность предложенных решений.

Созданные средства внедрены в ФГУП «Научно-исследовательский институт электронной техники» с годовым экономическим эффектом 1 230 500 рублей. Научные и практические результаты работы положены в основу создания и внедрения обучающих электронных систем в Воронежской государственной лесотехнической академии для проведения лекционных курсов, лабораторных работ, курсового и дипломного проектирования, подготовки аспирантов и докторантов по специальным дисциплинам направления подготовки 230 400 — «Информационные системы и технологии».

Основные положения, выносимые на защиту:

— архитектура системы управления формированием и реализацией проектов и соответствующая ей структура программного обеспечения;

— модель и алгоритм поддержки принятия решений о включении проектов в план реализации на основе оценки достаточности и реализуемости совокупности технических требований;

— математическая модель и алгоритм стратегического планирования и выбора наиболее перспективных групп проектов;

— модель и алгоритм управления рисками при выполнении проектов.

Соответствие паспорту специальности. В соответствии с формулой специальности 05.13.10 — «Управление в социальных и экономических системах», в диссертационном исследовании разработаны и конкретизированы. вопросы математической, организационной и методической основы управления, математические, алгоритмические и программные средства управления с целью повышения эффективности их функционирования, что реализуется во взаимосвязи с человеческими отношениями. При этом используется подход к ДЦ микроэлектроники, как социально-экономической системе.

В соответствии с целью, задачами и полученными научными результатами проведенное исследование соответствует следующим пунктам паспорта специальности: 4. Разработка методов и алгоритмов решения задач управления и принятия решений в социальных и экономических системах- 9. Разработка проблемно-ориентированных систем управления, принятия решений и оптимизации экономических и социальных систем.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на международных научных конференциях: «Перспективы развития информационных технологий» (Новосибирск, 2012), «Современные сложные системы управления X НТС8'2012» (Старый Оскол, 2012), «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (Курск, 2012), «Теория и численные методы решения обратных и некорректных задач» (Воронеж, 2012) — российских конференциях: «Теория конфликта и её приложения» (Воронеж, 2010), «Радиационная стойкость электронных систем» (Лыткарино, 2011), «Всероссийский конкурс научно-исследовательских работ студентов и аспирантов в области информатики и информационных технологий в рамках Всероссийского фестиваля науки» (Белгород, 2011), «Интеллектуальные технологии будущего. Естественный и искусственный интеллект» (Воронеж, 2011), «Информационно-телекоммуникационные системы и управление» (Воронеж, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 28 работ, в том числе 6 статей в журналах, определенных ВАК, и 1 монография. Всего лично автором по всем работам выполнено 138 с.

Личное участие заключается в определении и постановке цели и задач развития предприятий ЭП [21,45,46,50,53,54]- разработке и анализе методов [47,56,59,62], моделей [49,51,52,61], алгоритмов [48,81,84,91] поддержки принятия решений, методике реализации разработанных методов, моделей и алгоритмов [8,11,57,60,63] и выработке управленческих решений [83,86,88,89,96].

В работах, опубликованных в соавторстве, личное участие автора заключается в определении цели и задач работы, в выполнении научно-технических исследований, обосновании архитектуры системы управления, разработке моделей и алгоритмов, анализе их эффективности.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников и приложения. Диссертация изложена на 145 страницах, включая 117 страницы машинописного текста, список используемых источников из 97 наименований и приложение — два акта внедрения на двух страницах.

Выводы четвертой главы.

1. Для создания интегрированной информационной среды управления предприятиями ЭП определена технология ее формированиярешены задачи: определения оптимальной архитектуры распределенной обработки данных, выбора эффективной СУБД, стандартизации средств описания и обмена даннымипроектирования БД.

2. На основе предложенной архитектуры структуры управления разработано программное обеспечение для ДЦ, которое включает ряд модулей соответствующих архитектуре, отличающееся учетом отраслевых особенностей, комплексным подходом, единым методом построения средств, соответствием действующим стандартам, небольшими расходами на создание, высокой эффективностью решения задач управления и их оптимизации.

3. Проведено описание этапов проектирования ИСУ: логического и физического. Изучен процесс внедрения ИСУ и проведены работы по его осуществлению. Проведена оценка сложности внедрения ИСУ и выявлены основные проблемы. Даны рекомендации по внедрению новых ИСУ применительно к сформированной организационной структуре предприятия.

4. Предложен ряд управленческих процедур в рамках стратегического и оперативного управления, направленный на повышение эффективности работы предприятий микроэлектроники.