В статье приводятся основные принципы информационной технологии параллельного проектирования, позволяющей в результате одновременного согласованного рассмотрения вопросов проектирования, изготовления, сборки и сервисного обслуживания изделий улучшить прибыльность предприятий. Обосновывается необходимость использования в промышленности России этой новой информационной технологии. Рассматриваются проблемы внедрения технологии в России, обусловленные спецификой экономической ситуации и инженерными традициями. Предполагается наиболее эффективный путь внедрения технологии в современных экономических условиях - на стадии концептуального проектирования производственных систем при реинжиниринге предприятий.
Введение
В сложившейся в России экономической ситуации рассчитывать на капиталоемкие способы подъема конкурентоспособности предприятий не приходится, да и это, как показывает мировой опыт, не всегда так необходимо, как кажется на первый взгляд. Известно, например, что наибольшую отдачу дают так называемые "мягкие" методы увеличения производительности и повышения качества, ориентированные на усовершенствование организации (инжиниринга) Жизненного Цикла Изделия (ЖЦИ). К числу "мягких" методов относятся прежде всего новые информационные технологии, предназначенные для обеспечения следующих принципиально новых возможностей производственных систем: информационный менеджмент инжиниринга Жизненного Цикла, поддержка творческого инжиниринга, информационный менеджмент управляемых изменений, кооперация вместо конкуренции (внешняя и внутренняя кооперация), деловая интеграция c поставщиками и потребителями, поддержка коммуникаций в децентрализованном и глобальном производстве, динамическое размещение производственных мощностей, быстрое прототипирование продукции, увеличение количества и значимости инновационных стратегий.
В этих условиях традиционный, последовательный подход к разработке новых изделий стал уступать место другому. Этот подход получил название "параллельное проектирование" (сoncurrent engineering, simultaneous engineering) [1, 2]. В настоящее время он широко и с успехом развивается ведущими американскими и западноевропейскими фирмами. В частности, в США исследовательские проекты в рамках этой технологии (С-технологии) разрабатываются по заказу Управления перспективных военных проектов Пентагона (DARPA), известного в качестве координатора разработок наиболее перспективных и экономичных технологий. Известны исследовательские системы - CERnet [3] и DAISIE [4], имеются и коммерческие, например, ICEM (CDC), CATIA (DASSAULT), Pro/ ENGINEER (Parametric Technology Corporation), UNIGRAPHICS (Electronics Data Systems) и другие. В Западной Европе аналогичные работы проводятся в рамках программы ESPRIT, в частности, в рамках проектов KADS (Knowledge Acquisition and Design Support) и KADS-II, IKADE (Intelligent Knowledge Assisted Design Environment), MCOES (Manufacturing Cell Operators Expert System).
В России подобные работы практически не проводятся, хотя необходимость внедрения С-технологии очевидна.
Концепция параллельного проектирования
С-технология - это принципиально новый, интегрированный подход к разработке изделий. В основе технологии лежит идея совмещенного проектирования изделия, а также процессов его изготовления и сопровождения, координируемая с помощью специально создаваемой для этой цели распределенной информационной среды. Подобная технология позволяет использовать проектные данные, начиная с самых ранних стадий проектирования, одновременно различными группами специалистов. Например, в трех главных конструкторских бюро компании Boeing действует 220 групп "проектирования - производства", которые координируют параллельные разработки и состоят из специалистов таких разнообразных областей, как проектирование, технология материалов, производство и взаимодействие с клиентами. Фактически при использовании С-технологии удается достичь "перекрытия" всех стадий ЖЦИ (рис. 1) [1].
Рисунок 1.
Организация ЖЦИ в зависимости от используемой технологии:
а) П-технология; б) С-технология.
Развитие С-технологии связано прежде всего с повышением значимости для потребителя таких неценовых факторов конкурентоспособности продукции как качество, способность к быстрому выполнению индивидуального заказа. Использование подобной организации проектирования изделий, ориентированной на применение новых информационных технологий и интеграцию знаний из различных проблемных областей ЖЦИ "маркетинг-проектирование-производство", позволяет экономить не только время (время от идеи до рынка сокращается на 25-50%), но и средства за счет повышения качества изделий, сокращения изменений (в 2-3 раза), вносимых в конструкцию на стадии изготовления, и упрощения сервисного обслуживания [1, 3].
С-технология обеспечивает устранение известных недостатков последовательного проектирования, в частности, когда ошибки проекта изделия неожиданно обнаруживаются на последних его стадиях. Как показывает отечественный опыт, 50-70% имеющихся дефектов в готовой машиностроительной продукции вызваны ошибками в конструкторских решениях, 20-30% - недостатками технологии изготовления, 5-15% - возникают по вине рабочих. Устранение первой группы дефектов осуществляется, в основном, за счет совмещенного проектирования составляющих технологической системы - "изделие-технология-оборудование" и "раннего" учета возникающих при этом ограничений.
C-технология является особым видом нововведения, специфические особенности которого влияют на разработку методологического подхода к анализу проблем ее внедрения:
Эффективность С-технологии по сравнению с технологией последовательного проектирования объясняется следующими соображениями.
Все проектные работы имеют три общих составляющих: спецификация требований (начальное состояние), информационная модель изделия (цель, конечное состояние), средства, обеспечивающие достижение цели. Первая составляющая определяет все доступные для выполнения проектной работы ресурсы и существующие в настоящий момент времени ограничения (внутренние и внешние). Вторая составляющая - это "мишень", определение которой требует максимального учета знаний о факторах, которые на нее влияют и формируют. Чем "четче" (точнее) она поставлена, тем меньше риск, что она не будет достигнута. Третья составляющая - это средства, обеспечивающие максимальную эффективность достижения цели (наиболее точное попадание в "мишень" при минимальном риске "промаха") и допускающие пересмотр и изменение сценария достижения цели в процессе его реализации.
Пользователи С-технологии по сравнению с традиционной, образно говоря, имеют более "четкую" цель и более "управляемые" средства ее достижения. Качественное сопоставление технологий, относительно стоимости реализации стадий ЖЦИ и стоимости риска при достижении требуемых характеристик изделия, приведены на рис. 2.
Рисунок 2.
Сравнительные характеристики технологии.
Основные положения параллельного проектирования
С-технология предполагает согласованное проектирование системы "изделие - технологический процесс - производственная система (оборудование-люди)". Соответственно информационной основой технологии является единая информационная модель "изделие-технология-оборудование".
С-технология основывается на использовании технологии поддержки принятия решений и распадается на три стадии (рис. 3): формирование спецификации требований (A), концептуальное проектирование (B) и детализированное проектирование (C) [5]. На первой стадии осуществляется анализ исходных требований и ограничений, дается оценка возможности нахождения проектного решения, на второй - выбор допустимых (в смысле последующего комплексирования) типов проектных решений (концепций реализации элементов модели предметной области), на третьей - выбор технических решений.
Рисунок 3.
Основные стадии С-технологий.
Основными составными частями методологии параллельного проектирования объекта являются [1, 3]:
Основными составляющими С-технологии являются [1, 4, 6, 7]:
Проблемы внедрения С-технологии
При внедрении С-технологии возникает большой комплекс проблем, которые могут быть структурированы в следующие три группы.
Первая связана с обоснованностью экономической эффективности С-технологии. В настоящее время эффективность внедрения С-технологии не вписывается в нормативы эффективности нововведений, так как она оценивается единственно с позиций получаемого на предприятии эффекта от капитальных вложений без адекватного соизмерения с государственными интересами.
Вторая - это организация и управление всем комплексом деятельности, связанной с внедрением С-технологии. Внедряемая технология не является просто заменой старой техники, так как имеет принципиально другие характеристики. Отсюда вытекает требование о проведении потребителем организационных и технических мероприятий, таких как, например, изменение технологического процесса или модификации организационной структуры. Другими словами, необходимо обеспечить создание организации производства, которая была бы наиболее адекватной специфике С-технологии, в противном случае достижение ощутимых экономических результатов будет невозможно.
Третья - разработка стратегии планирования развития и внедрения С-технологии, требующая для своего решения комплексного рассмотрения задач исследования производства, проектирования, доставки, монтажа и пуска в эксплуатацию ее составляющих, подготовки кадров и обслуживания. В рамках решения этой проблемы необходимо определить желаемый уровень эффективности ЖЦИ и наметить пути ее достижения, ориентируясь на стратегию поэтапного развития С-технологии.
Решение этих проблем в существенной мере опирается на использование следующих системных атрибутов организации и внедрения С-технологии (см. таблицу).
|
|
|
|
|
2. Модернизация 3. Новая система для новых потребностей |
|
|
2. Типовая система и собственная доработка 3. Система "под ключ" |
|
|
2. Сверху вниз |
|
|
2. Частично модульная 3. Полностью модульная |
|
|
2. Частное решение 3. Интегрированное решение |
|
|
2. Ограниченная 3. Неограниченная |
|
|
2. Последовательный 3. Однократный |
|
|
2. Средний (2 - 5 лет) 3. Длинный (более 5 лет) |
|
|
2. Параллельно с внедрением |
Основные пути внедрения С-технологии в России
Мировой опыт показывает, что С-технология дает максимальный эффект в наукоемких отраслях, которым свойственны высокие капитало- и трудоемкости. Уровень высококвалифицированных работников в них достигает 50%. Развитие таких производств требует создания скоординированной национальной стратегии научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, предполагающей долгосрочное планирование, стабильные источники финансирования и возможность использования зарубежного научно-технического опыта.
В России исторически наукоемкие производства были сосредоточены в военно-промышленном комплексе (ВПК), где фондовооруженность рабочего места в 4 раза выше, чем в других отраслях, а концентрация высококвалифицированных работников достигает 40%. На наш взгляд, внедрение С-технологии наиболее эффективно может быть осуществлено на предприятиях ВПК, так как эти предприятия в рамках конверсии и военно-гражданской интеграции должны решать вопросы структурного перепрофилирования производства и высвобождения рабочих мест. Использование этими предприятиями С-технологии может способствовать предохранению экономики от конверсионного спада производства, а также сохранению инновационного потенциала ВПК на случай осложнения международной обстановки.
Использование С-технологии объединит разнообразные научно-технические знания, полученные при проведении военных и гражданских исследований, что в итоге позволит снизить издержки производства как гражданской продукции, так и современных вооружений. Для российской военной промышленности С-технология особенно важна, так как в настоящий момент эта промышленность характеризуется четким организационным разделением разработчиков и производителей вооружений.
В зависимости от целей внедрения и объема инвестирования возможны следующие пути внедрения С-технологии. Первый - закупка и установка системы "под ключ". Второй - закупка существующей типовой системы поддержки этой технологии за рубежом и адаптация ее к местным условиям (в частности, с целью привязки к действующим стандартам - обозначения, классификаторы и т.п.). Третий - разработка и внедрение С-технологии не на всех стадиях ЖЦИ, а только там, где имеются для этого предпосылки как технические (наличие соответствующих систем автоматизации), так и экономические. В сложившейся в России экономической ситуации наиболее реалистичным является, на наш взгляд, третий путь.
Известно, что наибольшую отдачу дают методы, ориентированные на усовершенствование организации ЖЦИ на начальной стадии С-технологии - стадии концептуального проектирования (рис. 4). По оценкам специалистов, затраты на концептуальное проектирование составляют до 3% от общих затрат в течение Жизненного Цикла, а правильность принятых на этой стадии решений во многом определяет эффективность проекта в целом, так как на этой стадии закладывается до 75% стоимости изделия (рис. 5) [1].
Рисунок 4.
Распределение стоимости изделия (совокупный процент, связанный со стоимостью
изделия в Жизненном Цикле) по фазам ЖЦИ.
Рисунок 5.
Содержание концептуального проектирования.
Заключение
Успешность внедрения C-технологии, как и любой новой информационной технологии, определяется уровнем технических средств (10%), качеством программного и информационного обеспечения (40%), человеческим фактором (50%). В наибольшей степени местные конструкторские, технологические и производственные традиции и стандарты проявляются в сфере информационного и кадрового обеспечения, поэтому внедрение C-технологии требует привлечения при ее адаптации к условиям конкретного предприятия его специалистов.
На основе приведенных принципов С-технологии в Санкт-Петербургском институте информатики и автоматизации РАН создана программная среда, позволяющая решать основные задачи концептуального проектирования предприятий при их реинжиниринге [8 - 11]. Дальнейшее развитие данной среды будет осуществляться с целью обеспечения доступа к ней пользователей сети INTERNET [12].
ЛИТЕРАТУРА
1. Nevins J.L., Whithey D.E. Concurrent Design of Products and Processes. - McGraw-Hill, New York, 1989. - 268 p.
2. Eversheim W. et.al. Simultaneous Engineering. Erfahrungen aus der Industrie fuer die Industrie. - Springer-Verlag, 1995. - 264 p.
3. Ishi K., Goel A., Adler R.E. A Мodel of Simultaneous Engineering Design - Artificial Intelligence in Design / Ed. by J.S.Gero. - N.-Y.: Springer, 1989. - 483-501 p.
4. Reddy Y.V., Wood R.T., Cleetus Y.J. The DARPA Initiative in Concurrent Engineering - Concurrent Engineering Research in Review. - 1991/1992. - V.1. - 2-10 p.
5. Leskin A.A. and Smirno, A.V. A Technological knowledge model in FMS design system - Industrial Applications of Artificial Intelligence / Ed by J.L.Alty, L.I.Mikulich. - Amsterdam, North-Holland, 1991. - 378-381 p.
6. Смирнов А.В., Юсупов Р.М. Совмещенное проектирование: необходимость, проблемы внедрения, перспективы. - С.-Пб.: СПИИРАН, 1992. - 38 с.
7. Smirnov A.V., Yusupov R.M. Concurrent Design - A New Information Technology of Manufacturing Development - ITAP'93: Proceedings of the International Conference on Information Technology and People. - Moscow, 1993. - Part II. - 164-170 p.
8. Smirnov A.V. Conceptual design for manufacture in concurrent engineering: Proceedings of the Conference "Concurrent Engineering: Research and Applications". - Pittsburg, Pennsylvania, 1994. - 461-466 p.
9. Рахманова И.О., Смирнов А.В., Турбин П.А., Шереметов Л.Б., Шпаков В.М. Методы и средства групповой поддержки принятия решений в динамических проблемных областях - Труды 4-й С.-Петербургской международной конференции "Региональная информатика". - СПб., 1995. - 131-141 с.
10. Koulinich A.S., Smirnov A.V., Sheremetov L.B., Turbin P.A., Romanov G.V. DESO: A Constraint Based Environment Prototype for Cooperative Design of FMS - Proceedins of the III IASTED International Conference. - Cancun, Mexico; Anaheim-Calgary - Zurich: IASTED/ACTA Press, 1995. - 384-387 p.
11. Smirnov A.V., Sheremetov L.B., Rakhmanova I.O., Turbin P.A. GDSS for Re-eggineering of Production Systems - Information Procesing and Management of Uncertainty in Knowledge-Based Systems: Proceedings of the Sixth International Conference (IPMU'96). - Granada, Espania, 1996. - 313-318 p.
12. Smirnov A.V., Pashkin M.P., Rakhmanova I.O. Multiexpert: an Inthernet-based Support Environment for Solutions Evaluation -Proceedings of the Special Day on Pan-European Co-operation and Technology Transfer. - Zakopane, Poland, 1996. - 73-80 p.