Разработка методов структурно-параметрического описания информационного обеспечения КИС производства изделий электроники

Общая характеристика работы.

Основная цель разработки методов структурно-параметрического описания (СПО) сложных вложенных систем (СВС) на примере предприятий и технологий электроники — создание пакета документов по построению структурированного и интегрированного информационного обеспечения (ИО) корпоративной информационной системы (КИС), поддерживающей планирование, обеспечение и контроль деятельности персонала на всех стадиях жизненного цикла (ЖЦ) изделий электронной техники (ИЭТ). Главные проблемы на пути к цели — трудности формального описания предприятий и технологий, неупорядоченность и разнообразие регламентирующей документации (РД), недостатки организации проектирования и применения ИС.

В настоящей работе технология рассматривается как деятельность персонала, управляемая документацией, а документация — как основной источник данных о технологиях и предприятии для спецификации их кортежами и параметрическими портретами (ПП). Однако документация сама слабо формализована, разрознена, часто избыточна и/или недостаточна для извлечения из нее необходимых данных. Отсюда возникла необходимость разработки комплекса методов, моделей, алгоритмов и программ предварительного сбора и структуризации исходных данных РД:

• для СПО работ, продукции и ресурсов на уровне рабочего места (РМ), подразделения и предприятия по данным РД;

• для группирования сопоставляемых показателей параметрических портретов РМ и кортежей Т-процессов для мониторинга деятельности подразделений и персонала;

• для оперативного обнаружение видов и причин несоответствий объектов мониторинга требованиям документации;

• для разработки мероприятий по устранению причин несоответствий и учета их эффективности.

Актуальность темы

Борьба за рынки сбыта и требования стандартов заставляют фирмы осваивать новые технологии, улучшать целевое использование ресурсов, применять КИС маркетинга, мониторинга и менеджмента. В основу проектирования КИС, как правило, закладывается исходная база данных (БД), основанная на объектном описании. Этот подход состоит в том, что он удобен для описания простых объектов и практически неприемлем для СВС. Процессный подход к описанию СВС и бизнес-процессов [1] находится в стадии разработки и пока не обеспечивает адекватное отображение, анализ и синтез информационного обеспечения (ИО) СВС. Без устранения этого недостатка применение КИС нерентабельно. ИО на 90% определяет стоимость разработки и эксплуатации КИС. Если ИО неадекватно и неполно отображает структуру, функции, ресурсы и эффективность производства, то никакие программные средства (ПС) не компенсируют недостатки ИО.

В настоящее время применяются два подхода к развитию ИС: 1) охват всех задач ЖЦ (Приложение 1) ИЭТ ведет к созданию громоздких и нерентабельных КИС- 2) создание узкоспециализированных систем под «конкретную задачу» ведет к построению «лоскутного» ИО и несогласованных ИС. Ни один из этих подходов в чистом виде не решает проблемы создания рентабельных КИС. Тупиковый путь экстенсивного развития ИС уже привел к нерентабельности их применения не только на малых, но и на крупных предприятиях [2,3]. Отсюда возникла необходимость поиска новых подходов к решению ключевой проблемы создания необходимого и достаточного ИО предприятия, решение которой открывает новые возможности упрощения, снижения стоимости и повышения эффективности КИС [14].

Так внедрение метода СПО открывает новые возможности решения актуальных задач создания структурированного и интегрированного ИО и КИС, систем мониторинга, менеджмента качества и диагностики несоответствий продукции и технологий, применения математических методов технико-экономического анализа, оптимизации и синтеза кортежей и параметрических портретов (ПП) при проектировании ИЭТ и технологий. Реализуемость и универсальность методов СПО подтверждена экспериментально на примерах трехуровневого описания процессов ЖЦ ИЭТ (на межотраслевом, отраслевом и уровне предприятия), а также описанием сборочных технологий и реального малого предприятия по информационным технологиям [8].

Предмет исследований и разработки диссертации.

• метод СПО РМ, подразделений и предприятия ПП по данным регламентирующей документации;

• метод описания технологий производства, контроля и управления кортежами взаимосвязанных данных о требуемых и фактических показателях процессов, продукции и ресурсов;

• система мониторинга показателей производства, контроля и управления, обеспечивающая оперативное выявление вида, места и причины несоответствия объекта контроля (НОК) требованиям документации;

• система менеджмента качества продукции, процессов и ресурсов по данным мониторинга для оперативного выявления и устранения причин НОК, повышения качества работы персонала;

• организация работ по сбору, обработке и структуризации данных ИО КИС предприятия в соответствии с предложенными в работе принципами и методами создания систем маркетинга, мониторинга и менеджмента.

Основные задачи работы диссертации создание электронного архива (ЭА) документов предприятия, регламентирующих деятельность персонала на каждом РМразработка типовых форм и шаблонов спецификации кортежей технологий в связке с ПП подразделений предприятия, удобных для составления, анализа и синтеза конкурентоспособных технологий ИЭТреализация алгоритмов систем мониторинга и менеджмента качества работы персонала подразделений, основанных на диагностике вида, места и причины НОК, а также на разработке и реализации мер по их устранениюразработка общей схемы информационного поля и потоков данных от источников к приемникам информации корпоративного ИО, поддерживающего реализацию алгоритмов оценки качества, экономической эффективности и конкурентоспособности продукции и технологий предприятия, а также алгоритма технико-экономического проектирования продукции и технологий.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы теории множеств, теории графов, теории вероятностей, исследования операций, информационного моделирования, принципы классификации, кодирования и идентификации иерархических и вложенных систем и др.

Научная новизна работы.

1) Впервые разработана и исследована универсальная концептуальная модель формального отображения РМ предприятия как «атомарной» вложенной системы нижнего уровня, обладающей всеми свойствами вышестоящих систем и характеризуемой структурой, функциями, взаимосвязями и эффективностью [10,11]. Модель сочетает в себе два подхода к описанию сложных систем: традиционное отображение объекта реляционными таблицами БД и матрицами СУБДпроцессный подход, развиваемый в стандартах CALS, описывает бизнес-процесс моделью «черный ящик», последовательно раскрываемый «сверху вниз». [16,34,44].

2) Предложенная модель отображает структуру, функции и результаты деятельности вложенных систем «снизу вверх» по данным документации и специально разработанному методу СПО, который последовательно описывает вложенные системыРМ, подразделения и предприятие — их структурно-параметрическими портретами (СПП). Документированные функции замкнутого цикла работа, контроль, управление описываются взаимосвязанным комплексом (кортежем) требований к процессам, ресурсам и результатам на каждом РМ. Тем самым метод СПО позволяет обрабатывать результаты описания как традиционными БД и СУБД, так и иерархической системой показателей ПП и кортежей.

3) Разработаны и исследованы математические модели описания вложенных систем — РМ, подразделения и предприятия — их СПП и кортежами.

4) Предложена унифицированная модель ресурсно-экономического описания ПП РМ, подразделения и предприятия, обеспечивающая сопоставимость требуемых и фактических портретов по 4-м группам компонентов: информационные, организационные, материально-технические и экономические Группирование данных по принадлежности к группе компонентов, к виду деятельности и к РМ значительно упрощает диагностику вида, места и причины НОК требованиям, а также облегчает сбор и структуризацию исходных данных ИО каждой вложенной системы.

5) Предложена оригинальная модель компоновки из РМ структурных подразделений и предприятия, удобная для применения разработанных математических моделей к описанию всего предприятия, в том числе для описания ИО РМ, подразделения и предприятия, а также схема формирования распределенного архива данных ИО предприятия.

6) Разработан обобщенный алгоритм структурного анализа и технико-экономического проектирования продукции и технологий предприятия с использованием данных их портретов и кортежей, а также с использованием информации об отечественных и зарубежных аналогах.

7) Предложен алгоритм анализа и диагностики НОК требованиям РД, а также алгоритм оценки экономической значимости каждого НОК.

Основные положения СПО.

1. Концепция и комплекс методов формального описания, декомпозиции, моделирования и синтеза ПП производственных систем и кортежей описания технологий согласуется с требованиями действующей документации.

2. Оригинальные модели и методы компактного ресурсно-экономического описания РМ, подразделений и предприятия, технологий и ИО используют унифицированные формы и шаблоны спецификации кортежей и ПП.

3. Унифицированные формы и шаблоны спецификации кортежей и ПП автоматически формируют ИО для решения задач мониторинга, маркетинга и менеджмента.

4. Структурированное и интегрированное ИО приспособлено для применения эвристических алгоритмов и программ решения задач анализа и синтеза данных ПП предприятия и кортежей технологий, а также для решения интеллектуальных задач технико-экономического проектирования ИЭТ и технологий.

Практическая значимость работы состоит в разработке и апробации ^ программно-методического комплекса структуризации и интеграции исходных данных ИО предприятия для оценки качества и конкурентоспособности технологии, продукции и ресурсов на всех стадиях ЖЦ ИЭТ- ^ унифицированных форм и шаблонов спецификации ПП предприятия и кортежей технологийадекватного, структурированного и интегрированного ИО для создания экономичных и рентабельных КИС, поддерживающих решение задач маркетинга, мониторинга и менеджмента качества.

Основные результаты работы отражены в научных трудах автора [1−14], а также в комплексе научно-методических, справочных и практических руководствах, регламентирующих: подготовку исходных данных и оптимизацию состава показателей кортежей технологий и ПП подразделений предприятия для составления сопоставительных таблиц показателей качества и конкурентоспособности отечественных и зарубежных аналогов ИЭТ и технологиймониторинг качества и эффективности работы функциональных, контрольно-аналитических и административных отделов предприятия в сравнении с отечественными и зарубежными аналогамиформирование, систематизацию и уточнение видов и причин НОК требованиям, оценку значимости НОК по технико-экономическим критериямподдержку эвристических алгоритмов БЗ при анализе эффективности выпускаемой продукции и используемых технологий по различным критериям и показателям.

Реализация научно-технических результатов работы. Проверка реализуемости новой концепции и оригинальных методов СПО ИО предприятий и технологий электроники проводилась на примерах формального описания реальных объектов и технологий на трех уровнях: межотраслевом, отраслевом и предприятия.

На межотраслевом уровне рассматривались такие абстрактные объекты описания, как концептуальная модель РМПП РМ, подразделений и предприятияинформационные, организационные, материальные и экономические компоненты ПП и кортежейалгоритмы компоновки из РМ подразделений и предприятия, а также алгоритмы декомпозиции и синтеза ПП.

На отраслевом уровне применимость исходных моделей и алгоритмов описания, анализа и синтеза кортежей технологий подтверждена примерами применения методов СПО к описанию различных задач, стадий и этапов ЖЦ ИЭТ, а также параметрическим описанием наиболее распространенных в электронике сборочных операции. Например, описана технология поверхностного монтажа печатных плат [].

Комплексное СПО, ресурсно-экономическое и организационное описание ИО предприятия проведено на примере описания ПП малого предприятия по информационным технологиям ООО «Интех». Эта фирма непосредственно разрабатывает методические и практические пособия по созданию структурированного и интегрированного ИО предприятий и технологий электроники.

Апробация работы. Концепция СПО сложных наукоемких предприятий и технологий электроники апробирована на IV международной научно-технической конференции «Электроника и информатика — XXI век» (г. Зеленоград, 2002 г.) [8].

Публикации. По методам СПО опубликовано 14 печатных работы.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, заключения, списка литературы из 111 наименований и приложения. Материал изложен на 120 страницах, включая рисунки, графики и таблицы.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Современная методология проектирования ИС к основным компонентам ИС относит техническое обеспечение (стоимость около 1% от общей стоимости ИС), программное обеспечение (около 10%) и информационное обеспечение (около 90%). ИО, являясь ядром любой ИС, определяет их актуальность, стоимость, трудоемкость и эффективность. Тем не менее, до настоящего времени нет стандартных методов проектирования, анализа и синтеза ИО, из-за чего описание ИС часто носит поверхностный и отрывочный характер. Так в числе основных компонентов ИС не рассматривается организационное обеспечение, без которого анализ ИС теряет смысл. Кроме того, недостатки, изначально заложенные в ИО, невозможно компенсировать ПС на последующих этапах ЖЦ ИС. Поэтому проблема создания необходимого и достаточного ИО ИС является ключевой — её решение открывает новые возможности повышения эффективности разноаспектных ИС, а практическая значимость возрастает по мере усложнения и интеграции задач в КИС.

2. Исследования проблем описания СВС — иерархичных предприятиймногоуровневых и многосвязных технологиймногоступенчатых и многокомпонентных алгоритмов анализа и синтеза ИО — показали необходимость введения новых понятий. Предложенные понятия «структурно-параметрический портрет», «кортеж функций», «кортеж данных» позволяют перейти от детального рассмотрения таблиц традиционных БД к агрегированным матрицам «портретов» и «кортежей» ИО на уровнях РМ, подразделения и предприятия. На этой основе впервые разработаны унифицированные формы спецификации кортежей и портретов СВС, позволяющие автоматически структурировать и индексировать исходные данные ИО по принадлежности к стадиям ЖЦ, уровню иерархии, компонентам, элементам и т. д. В то же время эти формы интегрируют и агрегируют отдельные показатели технологии, ресурсов и продукции в иерархические кортежи и портреты СВС, что значительно снижает трудозатраты на структуризацию и интеграцию ИО предприятия и его подразделений, а также упрощает поиск и извлечение нужных данных для решения проектных, производственных и управленческих задач.

3. Впервые разработана и исследована универсальная модель структурно-функционального описания РМ как минимальной «атомарной» вложенной системы предприятия, обладающей всеми свойствами вышестоящих систем и характеризуемой структурой, функциями, взаимосвязями и эффективностью. По результатам исследования впервые предложена математическая модель описания ИО РМ по данным ПП и кортежей функций управления. Оценка полноты и адекватности модели проводилась по достаточности данных ИО для решения задач мониторинга и менеджмента. Универсальная структурнофункциональная модель и математическая модель РМ положены в основу разработки метода СПО СВС.

4. Впервые разработан и исследован метод СПО СВС на примере иерархичных предприятий и технологий электроники. Метод СПО основан на многоступенчатом отображении СВС информационными и математическими моделями, построенными по данным действующей проектной, производственной, эксплуатационной и организационно-экономической документации. Он поддерживает алгоритм сбора и предварительного преобразования документированной информации в ИО СВС, что делает его универсальным, применимым ко всем видам предприятий и сферам производства. Последующая структуризация и интеграция исходных данных ИО по ПП и кортежам предприятия приводит к адекватному отображению ИО СВС, необходимого для решения задач управления средствами ИС (по определению). В результате исследования эффективности метода СПО СВС разработан комплекс алгоритмов описания, оценки качества, конкурентоспособности и эффективности бизнес-процессов, мониторинга и менеджмента, в том числе с использованием отрывочных данных об отечественных и зарубежных аналогах, прототипах и прецедентах.

5. Разработаны оригинальные схемы и правила построения из РМ отдельных подразделений и всего предприятия. Схемы отличаются удобством декомпозиции, кодирования и идентификации структурных элементов для последующего анализа, оптимизации и синтеза системы.

6. Разработана и исследована типовая модель ресурсно-экономического описания физических и юридических лиц, сводящая все многообразие ресурсов к 4-м группам: информационно-интеллектуальные, организационно-трудовые, материально-технические, финансово-экономические.

Необходимость разработки такой модели вызвана участием в СВС человека в качестве источника, приемника и интерпретатора текстовой, символьной и ассоциативной информации, на основе которой принимаются решения. Общая целевая функция управления СВС реализуется последовательным выполнением вложенных функций РАБОТА —> КОНТРОЛЬ —> УПРАВЛЕНИЕ, которые на уровне РМ выполняются одним человеком на принципах самоуправления. Применение самоуправления на уровне РМ и комбинированного управления на уровне подразделения и предприятия приводит к необходимости создания локальных, распределенных и централизованных архивов, структура и алгоритмы которых ориентированы на чёткое распределение задач и ответственности персонала за качество работы, оцениваемого данными систем мониторинга и менеджмента.

7. Предложенные методы СПО обеспечивают комплексный учет входной, накопленной и выходной информации СВС для решения актуальных задач: создание ИО предприятия, структурированного по функциям подразделений и персонала, по группам ресурсов и по уровням управления. Такая систематизация ИО необходима для спецификации кортежей и портретов, а также для поддержки задач оценки и сопоставительного анализа качества работы подразделений и персоналаклассификация причин дефектов изделий и технологий по данным учета несоответствий на РМ и в подразделениях для решения задач диагностики, нормирования работ по определению и устранению причин НОКпостроение структуры глобальной информационной сети источников и приемников внутренней и внешней информации, используемой в системах маркетинга, мониторинга и менеджмента, а также необходимой для технико-экономического проектирования и оптимизации ИЭТ и СВС по критериям качества, надежности, стоимости и риска.

8. Предложенные методы структуризации и интеграции данных ИО ориентированы на решение задач диагностики и прогнозирования НОК, определения вида несоответствия, места и причины его возникновения, а также оценки потенциальной опасности и экономического ущерба каждого несоответствия. С этой целью предусмотрена специальная структуризация данных ИО и введена дополнительная группировка деятельности персонала по признакам принадлежности к структурным единицам предприятия (РМ, подразделение, предприятие), по признакам функциональной деятельности (исполнительская, контрольная, управленческая) и по типам используемых ресурсов.

9. В работе показано, что применение комплекса методов СПО позволяет реализовать идеи, модели и алгоритмы построения эффективных ИО и КИС: заменять бумажные описания предприятий и технологий на виртуальные портреты и кортежина 1 — 2 порядка сокращать тексты описания систем аннотированными портретами и кортежами без потери исходной информацииускорять обмен даннымисовмещать производственный учет с ведением данных ИО и за счет этого на порядок сокращать затратыдополнять традиционные БД пакетом знаний (моделей, алгоритмов и программ) для сопоставительного анализа предприятий, технологий и ресурсовповышать актуальность и расширять круг внутренних и внешних пользователей КИСреализовать алгоритмы генерации проектов обновления продукции и технологий и за счет этого сокращать стоимость и сроки цикла проектирования в 5−10 раз.

10. Методы СПО позволяют создавать и развивать ПМК на основе виртуального отображения деятельности его персонала данными ИО, необходимыми и достаточными для решения типовых задач КИС предприятия (организации) любой формы собственности и сферы деятельности. Унификация форм спецификации портретов и кортежей позволяет применять типовые алгоритмы анализа и синтеза данных ИО, их кодирование и идентификацию. Отмеченные особенности методов СПО позволяют в итоге не только снижать трудоемкость создания ИО и повышать эффективность КИС на всех этапах ЖЦ ИЭТ, но и открывают возможность реализации пакета эвристических алгоритмов автоматического ведения ПМК и его распределенных архивов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Концепция СПО, анализа и синтеза кортежей и ПП бизнес-процессов, технологий производства, контроля и управления базируется на структуризации и интеграции ИО предприятия, поддерживающего решение как оперативных задач, так и стратегических проектов развития конкурентоспособного производства. Стратегия реализации концепции СПО сводится к веерному освоению персоналом простых унифицированных форм сбора исходных данных для структурированного и интегрированного описания сначала РМ, затем подразделений и предприятия. Работа начинается с создания и обучения рабочих групп, подготовки плана описания выбранных РМ и подразделений. Каждая рабочая группа из трех человек — программист, технолог и оператор РМ — проводит инвентаризацию ресурсов РМ и по фактическим результатам заполняет форму спецификации его ПП. Технолог группирует данные портрета по сопоставимым компонентам информационного, организационного, материального и экономического обеспечения, а программист кодирует данные и совместно с оператором составляет перечень задач и программ обработки данных. Поскольку формы портретов РМ и подразделений одинаковы, аналогичная работа проводится и по всем выбранным подразделениям.

С использованием специально разработанного методического пособия составляются графики инвентаризации и спецификации кортежей Т-операций и Т-маршрутов изготовления ИЭТ каждого вида, а также подготовки программ решения типовых задач мониторинга и менеджмента по выбранным РМ и подразделениям. Освоение методических и практических пособий по спецификации портретов и кортежей начинается с простых и нетрудоемких работ по созданию ЭА документации, описанию портретов и кортежей на выбранных РМ участков и цехов завода «Ангстрем», освоению простых систем мониторинга и менеджмента.

Проведение этих работ необходимо для подтверждения реализуемости и эффективности предлагаемых методов, а также для наглядного обучения персонала. Так привязка данных мониторинга и менеджмента к реальной структуре предприятия, предусмотренная унифицированными формами спецификации кортежей процессов, продукции и ресурсов, должна вести к согласованию описаний компонентов технологии, РМ, подразделений и предприятия. Конечные результаты этих работ должны подтвердить согласованность всех форм портретов и кортежей разных уровней, а также алгоритмов их спецификации и применения. К числу последних относятся алгоритмы: структуризации и интеграции исходных данных ИОприменения портретов и кортежей ИО для решения задач мониторинга и менеджмента средствами КИС, построения БЗ. Также применяются эвристические алгоритмы анализа качества работы и продукции по данным портретов и кортежей.

Формы портретов ориентированы на рациональное использование многолетнего опыта и знаний профессионалов, сконцентрированных в действующей документации. Если традиционные БД затушевывают эти знания отрывочными данными таблиц и матриц, то ПП и кортежи, напротив, агрегируют данные документации и выделяют самые главные структурные, функциональные и организационные характеристики, применимые ко всем документированным сферам производства и видам деятельности. Универсальность процессов систематизации данных для ИО обосновывает целесообразность создания БЗ для извлечения из документов и предпроцессорной обработки исходных данных ИО. В то же время одно из главных требований к ИО и КИС — обеспечить их согласование с действующими на предприятии БД и ИС.

Конечными целями освоения и внедрения концепции СПО являются:

1) обучение персонала создателей и пользователей ИО на всех уровнях организационной структуры предприятия методам спецификации портретов и кортежей ИО, а также методам использования данных ИО для решения задач мониторинга, маркетинга и менеджмента;

2) разработка и внедрение ПМК «Создание, применение и развитие структурированного и интегрированного ИО КИС»;

3) разработка и освоение генератора конкурентоспособных проектов развития технологий и инфраструктуры предприятия, основанного на применении аннотированных кортежей и портретов предприятия и внешних отрывочных данных об аналогах, прототипах и прецедентах.