Введение к работе
Актуальность. В последние года особую актуальность приобрела проблема выбора эффективных стратегий развития отечественна предприятий в связи с необходимостью интеграции России в международную рыночную систему и процессом конверсии большинства из них. Решение этой проблеми является наукоемким и капиталоемким процессом, требующим учета большого комплекса взаимосвязанных факторов и всестороннего исследования принимаемых решений.
Известно, что наибольшую отдачу дают методы, ориентированные на усовершенствование организации объекта исследования на начальной стадии его жизненного цикла. В рассматриваемом случае на стадии предпроектного исследования осуществляется формирование рациональных вариантов построения современных производственных систем (в частности, автоматизированных систем типа гибких производств) на концептуальном уровне, определяющем структурно-компоновочные схемы их построения и включающем первичную оценку эффективности использования возможных типовых решении.
Высокая значимость принимаемых на данной стадии решений требует использования современных компьютерных технологий и ориентированных на них методов описания и исследования объекта. Благодаря вкладу отечественных и зарубежных научных школ, в решении указанной проблемы к настоящему времени достигнуты значительные успехи. Однако, традиционно используете при проектировании производственных систем метода и модели не позволяют получить эффективное решение при многоаспектном рассмотрении проблемы. Это объясняется, частности, тем, что оптимизационные модели удается построить, как правило, только для достаточно ограниченных, хорошо формализованных классов задач, а широко используемое при исследовании решений аналитико-имитационное моделирование требует проведения значительного количества экспериментов и адекватной информации, получить которую в каждом конкретном случае достаточно сложно, а иногда просто невозможно.
В связи с этим представляется весьма актуальной разработка компьютерной технологии концептуального проектирования автоматизированных производственных систем, основанной на интеграции формальных методов решения проектных задач а накопленных экспертами знаний проблемной области и позволяиаей осуществлять поиск решений
при задании как количественных, так и качественных требований к создаваемым системам.
Цель диссертации. Разработка моделей и средств информационной и программной поддержки концептуального проектирования автоматизированных производственных систем, основанных на использовании знаний о проблемной области и обеспечивакдих формирование структурно-компоновочных схем их построения.
Методи исследования. В работе используются методы системного анализа, исследования операций, математической теории систем, математической логики, логического и объектно-ориентированного программирования.
Научная новизна В диссертации разработана методология, модели и средства концептуального проектирования автоматизированных производственных систем, основанные на интеграции .технологических знаний и аналитако-имитационшх методов и моделей и позволякщие элективно решать важные научно-технические задачи, в том числе:
-
Разработана компьютерная технология, предназначенная для концептуального проектирования автоматизированных производственных систем, на основе интеграции знаний о проблемной области и методов комбинаторной и многокритериальной оптимизации в ромках много-агентно-ориентированной системы поддержки принятия решений с динамической областью общей памяти типа "классная доска".
-
Разработана методология использования реализуемых в классе систем поддержки принятия решений автоматизированных рабочих мест руководителя проекта, эксперта и аналитика для решения локальных, делегируемых и разделяемых задач: формирования целей исследования, функционального развертывания и взвешивания показателей решений, задания многоаспектных ограничений, синтеза и выбора рациональных структурно-компоновочных схем построения автоматизированных производственных систем и исследования их динамических свойств.
3. Разработана модель проблемной области "Концептуальное
проектирование автоматизированных производственных систем" в
классе аспектно-ориенигровашшх. динамических сетей ограничений,
специфицируемых в виде динамических графов зависимостей и
учитывающих многовариантность, иерархичность и взаимосвязь
проектных решений, огшсьгеаешх. с помощьв Фреймов.
-1. Разработан метод синтеза структурно-компоновочных схем построения автоматизировании производственных систем на уровне типов проектных решений и прототипов взаимозаменяемого оборудования, основанный на интеграции моделей комбинаторной оптимизации и дедуктивного вывода с вычисляемыми и выводимыми переменными сети ограничений и позволяющий повысить качество процессе проектирования за счет сокращения пространства допустимых решений и повышения эффективности поиска рациональных решений.
5. Разработан метод внбора согласованных решений, относящийся к классу методов коллективного выбора с обратной связью, изменяющей индивидуальные предпочтения экспертов в зависимости от степени соответствия частник решений требованиям к иерархическому объекту в целом, и позволяющий использовать количественные и качественные показатели при выборе согласованных решений.
Положения, выносимые на' защиту^
Разработанные в диссертационной работе модели и средства позволяют решить научно-техническую проблему, имеющую важное народно-хозяйственное значение. На основе полученных результатов могут быть сформулированы следующие основные положения:
1. Системы концептуального проектирования автоматизированных производственных систем целесообразно строить как многоагентные системы групповой поддержки принятия решений для локальных, делегируемых и разделяемых задач: формирования целей исследования, функционального развертывания и взвешивания показателей решений, задания многоаспектных ограничений, синтеза и выбора рациональных структурно-компоновочных схем построения автоматизированных производственных систем и исследования их динамических свойств.
3. Модель проблемной области "Концептуальное проектирование автоматизированных производственных систем" целесобразно описывать как аспектно-ориептированную динамическую сеть' ограничений с использованием фреймового представления типових решений.
-
Синтга схем структурно-компоновочного построения автоматизированных производственных систем на уровне типовых решений целесообразно осуществлять на основе интеграции моделей комбинаторной оптимизации и дедуктивного вывода с внчисляемыми и отводимыми переменными сети ограничений.
-
Выбор согласованных решений целесообразно организовывать как коллективный выбор наилучших на момент совершения согласования
решений с использованием механизма обратной связи, изменяющей индивидуальные предпочтения экспертов в зависимости от степени соответствия частных решений количественным и качественным требованиям к иерархическому объекту в целом.
5. Методику и средства концептуального проектирования автоматизированных производственных систем следует строить на основе компьютерной технологии поддержки принятия решений с учетом структуризации и приоритетности ограничений.
Практическая ценность. В основу диссертационной работы положены результаты, полученные автором в ходе исследований, проводимых по планам научно-исследовательских работ Санкт-Петербургского института информатики и автоматизации РАН в период с I985-t993РГ.: по заданиям Отделения информатики, вычислительной техники и автоматизации РАН в рамках научно-исследовательских работ "Исследование и разработка теоретических основ, принципов построения аппаратного, программного и информационного обеспечения автоматизированных систем и интегрировашшх комплексов" (гос.per. N 0)850014464), "Разработка научных основ построения, методов анализа, синтеза, проектирования и испытаний интегрированных производственных комплексов и гибких производственных систем" (гос.per. N 01060093148); в рамках ІГГП 0.(6.10 по задании "Разработать принципы моделирования, метода, средства и программно-математическое обеспечение для анализа и синтеза гибких производственных систем и их подсистем, включая роботизированные комплексы" (гос.рог. И 01860116662); по заданиям Секции прикладных проблем при Президиуме РАЯ "Разработка принципов построения и структуры автоматизированной системы оценки качества научно-технической продукции, изделий и технологий дьойшго назначения" и "Разработка принципов и методов интеллектуальной обработки, хранения и передачи гидрометеорологической информации"; в рамках программы "Информатизация России" по проекту N 80.30 "Разработка информациошой среды параллельного проектирования" и программы ШОКР Марии С.-Петербурга по проекту N 68 "Разработка информациошой среды для параллельного проектирования машиностроительной продукции в С.-Петербурге".
Полученные научные результаты были положены в основу практических работ, в частности:
-
Разработанные в диссертации методы и средства концептуального проектирования автоматизированных производствегшых систем, ориентированные на использование технологий обработки знании и поддержки принятия решений, была использованы для решения задач ефективних стратегия развития предприятии и организаций в условиях i« перепрофилирования и конверсии.
-
На основа предложенных в работа методов и моделей решения задач концептуального проектирования автоматизированных производственных систем была разработана методика проведения пред-проектного обследования и аван-проектирования машиностроительных предприятий, прошедшая апробацию.
-
На основе разработанных методов и моделей концептуального проектирования автоматизированных производственных систем под руководством и при участии автора создана система даддеркки принятия решений при перепрофилировании предприятии, отвечающая современным требованиям к стратегии развития предприятий и допускающая использование ее для решения задач технологической подготовки, плашрования и прогнозирования развития предприятия на основе задаваемых пользователями систем ограничений и типовых решений.
4. На основе разработанной методологии оценки научно-
технического уровня автоматизированных производственных систем как
многоцелевых систем, не имеющих достоверных описаний аналогов, под
руководством и участии автора разработаны информационные модели
технологий и изделий двойного назначения и создана система для
групповой экспертной оценки их качества.
Внедрение результатов. Результати проведенных исследований нашли практическое применение в следующих разработках, в которых автор принимал участив в качества научного руководителя или ответственного исполнителя:
- Методических материалах "Интегрированные производственные
комплексы. Концепция", "Эскизное проектирование ' интегрированных
производственных комплексов", "Гибкие производственные системы.
Типовые Формы документов", рекомендованных в качестве обшеотрзеле-
ьт материалов на предприятиях С.-Петербургского региона Научным
советом по информатике и вычислительной технике Межведомст
венного координационного совета РАН в 0.-Петербурге.
- Разработанная в диссертации концепция ' автоматизированной
системы научных исследований развития машиностроительного произ-
водсїва вошла как составная часть в научно-техническую концепцию "Развитие автоматизации в машиностроении" Бюро по машиностроению Совета Министров СССР.
- Раэработанше в диссертации модели, алгоритмы и программные
средства концептуального проектирования производственных систем
внедрены при определении архитектуры, состава и количества единиц
оборудования системы автоматизации производственного комплекса ПО
"Эскалатор", что позволив сократить сроки выполнения
предпроектного обследования и аван-проекта в 2-3 раза по
сравнению с нормативными и определить рациональный вариант
компьютеризации производства, характеризующийся высокими технико-
экономическими показателями. Годовой экономический эффект в ценах
1989 года составил 229 тыс. руб.
Гакработаїшая на основе предложенных методов и моделей система поддержки принятия решений при перепрофилировании промышленных предприятий (СГШР "Перепрофилирование") внедрена в С.-Петербургском филиале Центрального научно-исследовательского института экономики и конверсии военной промышленности.
Разработанная на основе предложенных методов и информационных моделей система групповой экспертной оценки качества изделий и технологий двойного назначения была использована во Всероссийском научно-исследовательском институте сертификации Госстандарта России при разработке рекомендаций по оценке точности и стабильности технологических процессов и оборудования.
Разработанная в диссертации методология решения задач концептуального проектирования автоматизированных производственных систем и СППР "Перепрофилирование" использовались при обучении студентов в С.-Петербургском государственном техническом университете, С.-Петербургском государственном электротехническом университете. Волгоградском государственном техническом университете и Севастопольском приборостроительном институте.
Материалы диссертации использованы при написании монографий: Проблемы внедрения гибких производствеюшх систем / В.м.Поно-марев, Б.Л.Козловский, А.А.Лескин, А.В.Смирнов и др. / Под общ. ред. В.М.Пономарева - Л.: ЛИМАН., 1988. - 208 с.
Технологическое оборудование ГПС / О.И.Аверьянов, А.И.Дащен-ко, А.А.Лескин, А.В.Смирнов и др. /Под общ. ред.. А.Н.Федотова и О.И.Ыиляева - Л.: Политехника, (991. - 320 с.
Апробация работа. Результати диссертационной работы докладывались более чем на 20 всесоюзных и 12 мевдународных конференциях и семинарах, в частности, на 10-ом научном семинаре "Recluier-gestuetate Fertlgungstechnlk" (Гауссиг, ГЛР. 1985); Всесоюзном совещании "Анализ и оптимизация технико-экономического уровня производства" (Ереван, 1986); Меадународаой научно-технической конференции "Der Beitmg der Wlysenachaften zur automatlslerter bedlenarmen Prodiiktion" (Карл-Маркс-Штадт, ГДР, 1986); X Всесоюзном совещании но прос-лемам управления (Алма-Ата, 1986); ID Всесоюзной конференции по актуальным проблемам информатики и вычислительной технтаси "Информатика-87" (Ереван, 1987); IV Международной конференции по гибким производственным системам 'Ленинград, 1987); ІІ-ом Всесоюзном семинаре "Роботы и гибкие производственные системы" (Челябинск, 1988); IV Всесоюзном координационном совещании по автоматизации проектно-конструктор-ских работ в машиностроении (Минск, 1933); XI Всесоюзном совещании но проблемам управления (Ташкент, 1909); VI Международной кон-фэреннии по гибким производственным системам (Пула, СФГЮ, 19S9); Первом Всесоюзном съезде технологов-мїимностроителей (Москва, 1589); Международном семинаре "Informatics in Industrial automation" (Берлин, Ш\ 1989), Меадународаой конференции "Интеграция систем целевой подготовки специалистов и автоматизированных технических систем различного назначения" (Алушта, 1990); V Всесоюзном совещании по робототехническим системам (Геленджик, 1990); Международной конференции "Artificial intelligence -Industrial application" (Ленинград, 1990); Всесогоной научно-практической конференции "Гибридные интеллектуальные системи" (Терскол, 1991); Всесоюзной школе "Дискретная математика и ее применение при моделировании сложных, систем" (Иркутск, 1991); Всесоюзной научно-технической конференции "Интеллектуальные системы в машиностроении" (Самара, 1991); I - 11-ой С.-Петербургских международных конференциях "Региональная информатика" (С.-Петербург. 1992 - 1900 гг.); Международной конференции "Информационная технология к человек" (Москва, 1993); Международной конференции "Roltotics and Factories of the Future" (C- Пвтеріург, 1993).
ШГШШ\Ш по работе^. По теме диссертации опубликовано 67 печатных работ, в том числе Z монографии.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения.' пяти глав, заключения, списка литературы и пяти приложений. Основная часть работы излагается на 286 страницах, включает 79 рисунков и 10 таблиц. Список литературы содержит 350 наименований.