Управление жизненным циклом вновь создаваемого изделия

АННОТАЦИЯ

В этой статье рассмотрим управление жизненным циклом, PLM-технологии, PDM-технологии, аналогично IDEF0-диаграммы следующих этапов ЖЦИ, спиральную модель ЖЦ изделия.

ABSTRACT

In this article, we will consider life cycle management, PLM technologies, PDM technologies, Similarly to IDEF0 diagrams of the next stages of the life cycle, Spiral model of the life cycle of a product.

Ключевые слова: PLM-технологии, ЖЦ изделия, PDM-технологии, ЖЦ, спиральная модель, CALS-технологии, IDEF0-диаграммы.

Keywords: PLM technologies, product life cycle, PDM technologies, life cycle, spiral model, CALS technologies, IDEF0 diagrams.

Основная часть

 Введение. Одной из первых публикаций по применению системных методов программирования жизненных циклов (ЖЦ) объектов новой техники, вероятно, является [1]. Уже в [4] проф. К.Д. Жуком обобщались теория ЖЦ и логико-динамических систем с точки зрения современных САПР с учетом уровня развития информационных технологий того периода. Поток публикаций в массовой печати по управлению ЖЦ (PLM) начался на рубеже веков и постоянно растет. Роль PLM-технологии − координация CAD/CAM/CAE и PDM технологий, которых в современном понимании не было в 1980-х годах. Возникли IGES-, CALS-технологии, стандарт STЕP, затем более современные PDM-технологии, соответственно, понятие ЖЦ от простого «философского» понятия в проектировании трансформировалось в PLM-систему − координатора этих технологий и стандартов [3].

PLM − организационно технические системы, поддерживающие технологию управления ЖЦИ. Они обеспечивают управление всей информацией об изменении и связанных с ним процессами на протяжении всего ЖЦ.

Для построения функциональной модели ЖЦИ применяется методологии IDEF0. Модель создания изделия типа «черный ящик» может быть декомпозирована на этапы: 1) проектирование; 2) производство; 3) эксплуатация; 4) утилизация. На рис. 1. представлена декомпозиция этапа проектирование ЖЦИ. На IDEF0-диаграмме первый функциональный блок «маркетинг», на выходе блока – «техническое задание (ТЗ)» – «совершенствование товара».

Отметим, что для реализации ТЗ используются программные средства CAE и CAD М1, а для совершенствования производства – САПР и CAM М1. Аналогично можно привести IDEF0-диаграммы следующих этапов ЖЦИ.

Рисунок 1. Декомпозиция этапа «проектирование»

Системы управления данными PDM

PDM-технология (Product Data Management-technology) управления данными об изделии и информационными процессами ЖЦИ. Функции PDM-систем: управление, хранение данных и документов; управление процессами; управление составом изделия; классификация. Основными преимуществами использования PDM-технологии являются: сокращение времени разработки изделия; автоматизация работы; значительное увеличение доли заимствованных или слегка измененных компонентов изделия (до 80 %) за счет поиска. При необходимости PDM используются другие системы обработки данных (например, САПР-САD).

Дальнейшим развитием PDM-технологии являются системы PLM (Product Lifecycle Management) управления ЖЦИ. С технической точки зрения система PLM обеспечивает интеграцию всей информации об изделии в единой структуре на протяжении всего его ЖЦ вплоть до утилизации изделия. Однако системы PLM не ограничиваются только технологическим объединением данных из систем автоматизации разных этапов системы ЖЦИ: подход и решения систем PLМ направлены на упорядочение бизнес-процессов дискретного производства, объединение всех разрозненных подразделений предприятия, а также его поставщиков и клиентов.

Основные выгоды от использования PLM: повышение производительности труда, прибыли; общее снижение материальных затрат, достигаемое за счет детального учета требований к изделию на ранних этапах ЖЦ и отслеживания их выполнимости в последующем, это позволяет выявить большинство ошибочных решений в виртуальном прототипе изделия, а не в физическом его воплощении. При этом значительно повышается число заимствованных и типовых решений.

Системный анализ проектных действий

Конструирование изделий обеспечивается системами CAE (проектирование), CAD (конструирование) и PDM (управление документооборотом).

Система автоматизированного конструирования описывается формулой: . Объект проектирования, рассматриваемый как «черный ящик», имеет вид:. После получение ТЗ на проектирование ТО информационно-поисковая система ищет в БД аналог ТО, максимально удовлетворяющий поставленной задаче. Интеллектуальные системы проектирования (ИСП) принадлежат к классу систем типового вариантного проектирования. ИСП базируются на знаниях, содержащихся в метасистеме.

 Многокритериальная оптимизация в ЖЦИ

На основе этих параметров проводится расчет свойств проектируемого объекта , связанных с функциональными ограничениями C_l^* < f_l(α) < C_l^**, где  – некоторые функции от параметров, которые задаются в ТЗ, или другие требования. При проектировании изделия ТЗ должно включать заданные его параметры , процесс проектирования, определяются другие параметры или выбираются данные символьной модели, необходимые для расчетов.

При многокритериальной оптимизации строится интегрированная система конструкторско-технологического проектирования. Сформулировать математическую оптимизационную задачу при наличии нескольких критериев качества непросто, критерии часто противоречивые, это отмечалось и ранее, например, Н.Н. Моисеевым в [2].

Положим, что заданные критерии  необходимо уменьшить . (Иногда ограничиваются одним наиболее значимым критерием, такой подход часто себя не оправдывает.)

Каждый их скалярных критериев   называется частным критерием оптимальности, а их совокупность  – векторным критерием оптимальности.

Задачу многокритериальной оптимизации запишем в виде поиска множества Парето Р:где  – критериальный вектор на множестве критериев . Перспективно применение метода ИПП (исследования пространства параметров). Этот метод основан на построении и анализе допустимого множества решений с помощью таблиц испытаний и реализуется программным комплексом MOVI в интерактивном режиме.

Модели представления ЖЦ сложной технической системы

Академиком Н.Р. Юсупбековым отмечалось, что существуют несколько видов представления ЖЦИ [5]:

1. Линейная (традиционная последовательная) модель.

2. Инкрементальная модель, предусматривает несколько инкрементов (версий) с запланированным улучшением. Заказчик может раньше увидеть результаты, изменить требования к разработке, отказаться или предложить более совершенный продукт.

3. Спиральная модель ЖЦ, ориентированная на технологический объект (ТО), состоит из 34 этапов (рис. 2).

Используя PLM-технологии, можно ограничиться 12 этапами: 5; 21, 22, 23; 26÷33. Типовое вариантное проектирование позволяет по эскизной модели изучать технологические процессы и свойства эксплуатации (исключая физическую реализацию объекта). Это позволяют средства CAE, стандарт STEP и PDM-технологии, координируемые PLM-системой.

Вывод. Спиральная модель ЖЦИ и PLM-технологии являются, на наш взгляд, наиболее эффективным сочетанием решения поставленных задач, создания эффективных изделий (образцов новой техники)

Список литературы:

1. Жук К.Д. Системные методы в программировании жизненных циклов объектов новой техники // Автоматизация проектирования сложных систем. – Минск : ИТК АН БССР, 1976. – С. 16–26.
2. Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа. – М. : Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1981. – 488 с.
3. Основы автоматизации технологических процессов и производств : учеб. пособие: в 2 т. / под ред. Г.Б. Евгенева. – М. : Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015.
4. Построение современных систем автоматизированного проектирования / К.Д. Жук [и др.]. – Киев : Наукова думка, 1983. – 248 с.
5. Юсупбеков Н.Р. Интеллектуальные системы управления и принятия решений : лекции. – Ташкент: ТашГТУ, 2019.