Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського
„Харківський авіаційний інститут”

ТОПАЛ Олександра Миколаївна

УДК 004.891 : 629.735.33.002.72

МОДЕЛЬ ТА МЕТОД АВТОМАТИЗОВАНОЇ ПІДТРИМКИ ПРИЙНЯТТЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ РІШЕНЬ В АГРЕГАТНО-СКЛАДАЛЬНОМУ ВИРОБНИЦТВІ АВІАБУДІВНОГО ПІДПРИЄМСТВА

05.13.06 – автоматизовані системи управління
та прогресивні інформаційні технології

Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук

Харків – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського „Харківський авіаційний інститут”, Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник: | кандидат технічних наук

Шостак Ігор Володимирович,

Національний аерокосмічний університет

ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”, доцент кафедри програмного забезпечення комп’ютерних систем.

Офіційні опоненти:– 

доктор технічних наук, професор Федорович Олег Євгенович, Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”, завідувач кафедри інформаційних управляючих систем;– 

кандидат технічних наук Євланов Максим Вікторович, доцент кафедри інформаційних управляючих систем Харківського національного університету радіоелектроніки.

Захист відбудеться “ 19 ” жовтня 2007 р. о 1200 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.062.01 у Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського „Харківський авіаційний інститут” за адресою: 61070, м. Харків, вул. Чкалова, 17, радіотехнічний корпус, ауд. 232.

З дисертацією можна ознайомитися у науково-технічній бібліотеці Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського „ХАІ” за адресою: 61070, м. Харків, вул. Чкалова, 17.

Автореферат розіслано “ 14 ” вересня 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Латкін М.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Серед задач управління авіабудівним підприємством однією з найважливіших є раціональна організація агрегатного складання, що не може бути вирішена без своєчасно отриманої та достовірної інформації про поточний стан виробництва на всіх рівнях виробничої ієрархії. Ця задача може бути вирішена шляхом використання технології експертних систем, зокрема динамічних експертних систем (ДЕС). Однак сучасні ДЕС, які базуються переважно на продукційних моделях подання знань, не надають змоги адекватно відображати фактор часу, який виступає на передній план при вирішенні задач організації агрегатно-складального виробництва. Подання часових залежностей дозволить чітко прогнозувати виникнення подій (позаштатних ситуацій) і розвиток процесів агрегатного складання, що допоможе виробленню раціональних рішень для ефективного усунення наслідків відхилень від виробничої програми у разі їх виникнення.

Різним аспектам проблем подання часових залежностей і конструювання ДЕС присвячено ряд праць вітчизняних і зарубіжних вчених, таких, як Д.О. Поспєлов, Е.В. Попов, В.Н. Вагін, А.П. Єремєєв, Г.С. Плесневич (Росія), Е.Г. Петров, І.Б. Сіроджа (Україна), J. Allen, P. van Beek, L. Vila, E. Schwalb, P.D. McDermott, Y. Shoham, G. Ferguson. У працях цих авторів обговорюються загальнотеоретичні питання створення моделей часу, проектування ДЕС, а також досліджуються деякі конкретні задачі (наприклад, інтеграція модуля моніторингу поточного стану парку обладнання в систему підтримки прийняття рішень щодо технологічної підготовки виробництва).

Однак до теперішнього часу не було вирішено задачу автоматизації підтримки прийняття рішень з організації агрегатного складання на машинобудівних підприєм-ствах, в тому числі в авіабудуванні, де її вирішення ускладнено такими характерними рисами авіаційного виробництва: великою часткою складальних операцій, значним відсотком ручної праці, багатотисячною номенклатурою складальних одиниць, наявністю великої кількості варіантів складання виробу, існуванням робочої технології складання фюзеляжу, яка описує один із можливих варіантів складання, прийнятий на підприємстві. Зазначені особливості потребують відображення часових залежностей безпосередньо в системі знань виробничої ДЕС для урахування в рішеннях, що формуються, поточного стану виготовлення складальних одиниць агрегатів.

Таким чином, можна зробити висновок, що наукова задача, яка по-лягає у розробці моделей і методів автоматизованої підтримки прийняття техноло-гічних рішень в агрегатно-складальному виробництві авіабуді-вного підприємства є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконувалася відповідно до плану наукових досліджень у Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського “ХАІ” у рамках держбюджетних науково-дослідних робіт Д /2000 “Створення методології штучного інтелекту для управління складними системами аерокосмічного призначення” (ДР № U003442), Д 603-11/2003 “Теорія створення квантових систем штучного інтелекту для прийняття технологічних рішень у виробництві аерокосмічної техніки” (ДР № 0103U004081) і Д /2004 “Створення системної методології виробництва авіаційно-космічної техніки за допомогою сучасних CALS-технологій” (ДР№ U002421), в яких автор особисто брав участь.

Мета і задачі досліджень. Метою дисертаційної роботи є зниження витрат авіабудівного підприємства в агрегатно-складальному виробництві шляхом знанняорієнтованої підтримки прийняття рішень під час агрегатного складання. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

1. Провести аналіз існуючих моделей, методів та інформаційних технологій автоматизованого управління агрегатно-складальним виробництвом в авіабудуванні та сформулювати задачі дисертаційної роботи.

2. Створити модель, що базуватиметься на знаннях спеціалістів, для підтримки
прийняття рішень під час агрегатного складання на авіабудівному підприємстві з урахуванням поточного стану виробництва.

3. Розробити знанняорієнтований метод підтримки прийняття рішень в ході агрегатно-складального виробництва на авіабудівному підприємстві.

4. Виконати алгоритмічну і програмну реалізацію експериментального зразка системи підтримки прийняття рішень з урахуванням часових залежностей, що мають місце в процесах агрегатного складання на авіабудівному підприємстві.

5. Результати дослідження впровадити в практику організації складального виробництва на підприємствах авіаційного профілю.

Об'єкт дослідження – агрегатно-складальне виробництво в авіабудуванні.

Предмет дослідження – моделі та методи підтримки прийняття рішень в агрегатно-складальному виробництві авіабудівного підприємства.

Методи дослідження. Для побудови моделі часу використовувалися методи дискретної математики та математичної логіки. Для розробки методу підтримки прийняття рішень при організації агрегатно-складального виробництва використовувалися методи теорії множин. Для побудови загальної структури системи підтримки прийняття рішень (СППР) використовувалися методи теорії складних систем. Для формування бази знань і розробки ядра експертної системи використовувалися методи інженерії знань та штучного інтелекту. Для програмної реалізації СППР щодо реалізації робочої технології агрегатного складання в авіабудуванні використано мультиагентний підхід.

Наукова новизна отриманих результатів. У процесі вирішення поставлених задач автором отримано такі результати:

1) вперше одержано метод підтримки прийняття технологічних рішень, що оснований на знанняорієнтованих моделях, в якому, на відміну від існуючих, для визначення відхилень від плану та усунення наслідків таких відхилень використовується логічний вивід на каузально-темпоральних правилах і продукційній логіці, що дає можливість автоматизувати обробку даних моніторингу виробничих процесів і управління агрегатним складанням в авіабудуванні;

2) удосконалено мережеву модель подання знань шляхом розширення мережі Петрі за рахунок відображення часу в явному вигляді, що дозволяє використовувати інформацію, яка змінюється з часом, в процесі виводу на знаннях для підтримки прийняття рішень під час агрегатного складання на авіабудівному підприємстві;

3) дістав подальшого розвитку метод побудови експертної системи для автоматизації авіаційного виробництва, який дозволяє відображати каузально-темпоральні залежності між фактами та подіями в продукційній базі знань і виконувати логічний вивід з урахуванням поточного стану складальних одиниць в агрегатно-складальному виробництві, таким чином знижуючи витрати підприємства в разі відхилень від ви-робничої програми.

Практичне значення отриманих результатів. Практична цінність роботи полягає в доведенні здобувачем отриманих наукових результатів до конкретних інженерних методик, алгоритмів і програмних засобів для підтримки прийняття рішень щодо реалізації робочої технології агрегатного складання на авіабудівному підприємстві.

На підставі проведених досліджень і запропонованих моделі та методу одержано такі практичні результати: розроблено процедури, алгоритми і ядро СППР щодо організації агрегатно-складального виробництва на авіабудівному підприємстві. Розроблений метод забезпечить своєчасне виявлення відхилень від виробничого плану, а також дозволить враховувати поточний стан вузлів, секцій та агрегатів в процесі підтримки прийняття управлінських рішень щодо організації агрегатно-складального виробництва в авіабудуванні.

Одержані в роботі наукові результати знайшли практичне впровадження при організації складального виробництва ПФ „Спейс”, що спеціалізується на виготовленні самохідних пасажирських трапів (акт впровадження № Н-16/01/3 від 06.03.2007 р.), а також під час викладання дисципліни “Проектування виробничих експертних систем” в Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського “ХАІ” (акт впровадження від 01.03.2007 р.).

Особистий внесок здобувача. Всі результати отримано автором самостійно. В наукових працях, опублікованих в співавторстві, з питань, що стосуються даного дослідження, автору належать: відображення поточного стану складного об’єкта управління в базі знань експертної системи [1]; визначення функцій системи моніторингу поточного стану авіаційного виробництва у складі ДЕС [5]; набір продукційних правил для підтримки прийняття рішень щодо організації механообробки з урахуванням поточного стану парку обладнання [6, 8]; архітектура системи моніторингу поточного стану цехового рівня авіаційного виробництва для використання у складі ДЕС [7, 11]; постановка задачі побудови виробничих систем управління з урахуванням поточного стану об’єкта [4, 10]; структура класів і фрагмент онтології нижнього рівня виробництва (цех, дільниця) авіаційного підприємства [2, 15]; структура типового блока нижнього рівня СППР щодо формування виробничих рішень в авіабудуванні [3, 9]; агентний підхід до актуалізації поточного стану виробництва в базах знань СППР [12]; фрагмент моделі подання знань на основі модальної логіки з урахуванням фактора часу [16]; мережева модель подання знань для моніторингу поточного стану авіабудівного виробництва [14]; модель підтримки прийняття рішень, яка основана на знаннях спеціалістів в авіабудівній галузі, у вигляді мережі [17].

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на міжнародній міждисциплінарній науково-практичній конференції “Сучасні проблеми гуманізації та гармонізації управління” ( Харків, 2002 ), міжнародній науково-технічній конференції "Інтегровані комп'ютерні технології в машинобудуванні", ІКТМ (Харків, 2002 – 2005), міжнародній науково-технічній конференції “Штучний інтелект. Інтелектуальні й багатопроцесорні системи” (Таганрог, 2004), науково-практичній конференції „Пріоритетні напрямки розвитку телекомунікаційних систем спеціального призначення” ( Київ – 2005), міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні інформаційні технології в економіці та управлінні підприємствами, програмами і проектами (Харків, 2005).

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи викладено в 17 друкованих працях, у тому числі 3 статті в наукових журналах і 3 статті у збірках наукових праць відповідно до списку ВАК України, 1 навчальний посібник, а також 10 тез доповідей у збірках праць наукових конференцій.

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота має у своєму складі вступ, чотири розділи, висновки і додаток, викладена на 163 сторінках, у тому числі: 23 рисунка по тексту, 6 рисунків на 6 окремих сторінках, 4 таблиці по тексту, 2 таблиці на 2 окремих сторінках, список літературних джерел із 132 найменувань на 11 сторінках, додаток на 4 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі відзначено актуальність дисертаційної роботи, сформульовано основну мету і задачі дослідження, наведено відомості про зв’язки вибраного напрямку досліджень із планами організації, де виконано роботу. Дано стислу анотацію отриманих у дисертації рішень, відзначено їх практичну цінність, обґрунтованість і достовірність. Наведено дані про реалізацію, апробацію, публікації результатів досліджень.

У першому розділі проведено огляд сучасного стану автоматизації управління виробництвом на авіабудівних підприємствах, розглянуто структуру й основні функції апарату управління авіабудівним підприємством, а також особливості застосування знанняорієнтованих методів і засобів для вирішення задачі організації агрегатно-складального виробництва. Було проведено також аналіз існуючих систем управління (таких, як ФОБОС, ActivPlant, Factelligence та ін.) і виявлено недоліки цих систем щодо ефективної організації агрегатно-складального виробництва на авіабудівному підприємстві з його характерними рисами, які впливають на методи організації експертної системи щодо реалізації робочої технології агрегатного складання.

В розділі проаналізовано особливості розробки СППР у вигляді ДЕС з реалізації робочої технології агрегатного складання на авіабудівному підприємстві з урахуванням його особливостей. Наведено узагальнену архітектуру ДЕС управління виробничим об’єктом. Здійснено критичний аналіз існуючих моделей подання знань, який показав їхню недостатню адекватність для відображення динаміки і особливостей функціонування агрегатно-складального виробництва в авіабудуванні. Зроблено висновок про необхідність удосконалення мережевої та логічної моделей з метою адекватного відображення часу. Проаналізовано існуючі інструментальні засоби для розробки ДЕС та обґрунтовано неможливість їхнього використання для створення експертної системи щодо реалізації робочої технології агрегатного складання на авіабудівному підприємстві. Згідно з отриманими під час аналізу результатами автором були сформульовані основні задачі дослідження, які наведено вище.

Другий розділ присвячено розробці моделі подання знань, яка враховує специфіку агрегатного складання на авіабудівному підприємстві з урахуванням часових залежностей, що мають місце при функціонуванні виробництва.

Виходячи з дискретної природи агрегатного складання, доцільно подати цей процес с позицій підходу на основі подій, який передбачає подання процесу у вигляді впорядкованої послідовності подій, які пов’язані між собою відповідними умовами.

Визначення 2.1. Подіями в авіабудівному виробництві вважаються такі зміни стану об’єктів виробництва: початок виконання виробничого завдання, закінчення виконання завдання, виконання завдання в агрегатно-складальному цеху.

Визначення 2.2. Умовами реалізації подій є такі факти: завдання не видано, завдання, що виконується, завдання здано, складальне завдання виконано (агрегатно-складальний цех), необхідність виконання альтернативного варіанта складальної технології в разі виникнення відхилень від виробничого плану.

Специфіка авіабудування обумовлює асинхронне і паралельне виникнення подій, тому, в разі припущення, що агрегатно-складальний цех не виробляє складальних одиниць для власних потреб, модель формування рішень при реалізації робочої технології агрегатного складання може бути подана в узагальненому вигляді мережею

, (1)

де P – скінченна непуста множина елементів (позицій) мережі, яка, в свою чергу, складається з таких множин: – множина умов, які мають місце при реалізації технологічного процесу складання в штатному режимі, тобто складальне завдання виконано (агрегатно-складальний цех); – множина умов, що визначають потрібність реалізації альтернативних рішень, породжених відхиленнями (запізненнями) при виконанні технологічного процесу складання, при цьому ;

, – множина умов, що відповідають стану завдань в механоскладальних і агрегатних цехах, причому , де – завдання, що не видано, – завдання, які виконуються та – завдання, що були здані, ;

R – множина вирішальних позицій, які являють собою знання, які подані у вигляді продукційних правил, що дозволяють залежно від проблемної ситуації в певний момент часу (запізнення складальних одиниць на термін, що викликає конфлікт) вибирати можливі варіанти її вирішення, графічно вони зображуються шестикутниками;

S – множина елементів (переходів) мережі, які модулюють події, що відбуваються в процесі функціонування авіабудівного виробництва, де GS – множина переходів мережі Петрі, що спрацьовують без урахування часу (виконання завдання); ES – множина переходів, що містять моменти часу планових () і фактичних () змін стану об’єктів виробництва (початок виконання, закінчення виконання) і характеризуються функцією обчислювання запізнення складальних одиниць на етапи подальшого складання; FS – множина переходів, які мають суміжні за входом вирішальні позиції та відповідають подіям виконання завдання в агрегатно-складальному цеху, інтерпретуються як процеси формування рішень щодо розв’язання колізій, які виникли під час виробничого процесу. При цьому S = { G E F }, G E F ;

– вхідна функція – відображення з переходів на множину позицій;

– вихідна функція – відображення з переходів на множину позицій;

V = {A, L} – множина змінних, де A інтерпретується як множина запізнень виробничих завдань порівняно з планом, а L - множина місць виконання завдань (номери агрегатних або механоскладальних цехів та ділянки агрегатно-складального цеху - достапельна, стапельна, позастапельна);

Q – множина процедур, що обчислюють величину запізнення виробничих завдань, загальне прогнозне запізнення агрегата за запізненнями комплектуючих (формують множину змінних V). Процедури, які пов’язані з переходами з множини Е, виконують формування фактів запізнень складальних одиниць на основі каузально-темпоральних правил. Множина Q може бути розширена за необхідності іншими процедурами відповідно до інтерпретації позицій та переходів;

M0 – вектор початкового маркування мережі AT, задається як , де .

При такому визначенні дуги в мережі будуть подані парами значень та , тобто складатися з суміжних позицій та переходів, причому , тобто в мережі немає позицій і переходів без дуг.

Твердження 2.1. Для адекватного подання процесу моніторингу поточного стану будь-якого з механоскладальних і агрегатних цехів авіабудівного підприємства необхідно і достатньо мережевої моделі такого вигляду:

, (2)

Твердження 2.2. Для адекватного подання процесів формування рішень в агрегатно-складальному цеху необхідно і достатньо мережевої моделі такого вигляду:

, (3)

Доказ тверджень 2.1 і 2.2 безпосередньо випливає з інтерпретації елементів мережевої моделі. Ці твердження дозволяють зробити висновок, що узагальнена мережа АТ може бути побудована шляхом поєднання окремих мереж типів MN і DN.

Елементи (позиції та переходи) мережі MN (рис.1, а) мають таку інтерпретацію: – завдання не видано, – завдання в роботі, – завдання завершено і здано, еj –початок виконання завдання, еj+1 – кінець виконання завдання, де .

Рис.1. Фрагменти мережі моніторингу (а) і мережі формування рішень (б)

Мережа DN відображає робочу технологію складання агрегатів і забезпечує формування рішень за результатами моніторингу на основі даних про затримки складальних одиниць і знань про можливі варіанти робочого технологічного процесу складання. На рис. 1, (б) позиції мають таку інтерпретацію: {,…,, } - умови завершеності складальних завдань, – альтернативні умови реалізації варіантів виконання складальної технології в разі виникнення відхилень від плану.

Інтерпретація елементів мережі дозволяє стверджувати, що для кожної мережі МN завжди існує така позиція , яка не має вихідних дуг. Разом з тим для мережі типу DN завжди існує така позиція , що не має вхідних дуг.

Виходячи зі специфіки авіабудівного виробництва для мережі типу DN існує хоча б одна мережа типу MN, для якої справедливо: , разом з тим , де , - множина індексів узагальненої мережі АТ.

Визначення 2.3. Узагальнена мережа АТ є композицією всіх мереж типу MN і мережі типу DN, шляхом поєднання відповідних вихідних позицій і вхідних позицій .

Така композиція мереж відображає переміщення готових агрегатів з механоскладальних або агрегатних цехів в агрегатно-складальний цех.

Динаміку процесу в моделі АТ задано таким чином. Маркування позицій мереж MN відбувається внаслідок роботи підсистеми моніторингу, і поява маркерів в визначених позиціях є результатом активізації відповідних переходів у певні моменти часу. Таким чином, функціонування мережі пов’язано з реальним перебігом часу виробництва, і маркування позицій та активізація вирішальних позицій в мережі DN здійснюється за допомогою процедур з множини , що обчислюють запізнення складальних одиниць шляхом порівняння планових і фактичних змін стану виробничих завдань. Перехід fmF мережі DN активується і здійснюється за загальними правилами мережевого виводу в разі наявності маркерів у всіх вхідних позиціях. Залежно від наявності запізнень складальних одиниць, що поступають в агрегатно-складальний цех, і відсутності маркера в деяких вхідних позиціях , активується вирішальна позиція rqR та дозволяє виконання переходу fm , який здійснює вибір позиції для передачі маркера за допомогою відповідних процедур і логічних правил (наведено нижче), пов’язаних з rq.

В роботі досліджено деякі властивості мережі та показано, що наведена мережева модель безпечна (дозволяє мати лише один маркер в кожній позиції) і кожний її перехід має активність першого рівню та більше, оскільки, в протилежному випадку, складальна технологія, що відображається такою мережею, не може бути завершена.

Існування еквівалентності між мережевою моделлю АТ і продукційною моделлю дає можливість її застосування для побудови продукційної бази знань СППР з організації агрегатно-складального виробництва. Оскільки в класичних продукційних моделях знань відсутній механізм подання часових залежностей у явному вигляді, що необхідно для адекватного відображення динаміки авіабудівного виробництва, в роботі запропоновано доповнити мережеву модель засобами темпоральної логіки.

Для логічної моделі часу, що є формальною системою, в розділі було визначено алфавіт, семантику, синтаксис і правила виводу для створення правильно побудованих формул. Було обґрунтовано використання моментів, інтервалів і тривалостей як базових примітивів часу, задано 3 сорти часових змінних, базові відносини між примітивами (на основі логіки Алена), вибрано дискретність часу, яка відповідає характерним особливостям авіабудування і наведено аксіоми, що задають властивості примітивів часу. Таким чином, було синтезовано модель подання знань з часом, що враховує специфіку агрегатно-складального виробництва, шляхом введення предикатів часових стверджень і нових сортів змінних безпосередньо в структуру продукційних правил, що дозволяє використовувати дані та знання, які змінюються з часом, в процесі виводу на знаннях у СППР.

Використовуючи предикати часових тверджень ВнІ(f, i) – властивість fВластивості має місце (істинна) на інтервалі часу Інтервали і ПнМІ(e, p) – подія eПодії має місце (істинна) в момент або на інтервалі часу Моменти Інтервали, було побудовано правила для синтезу процедур обчислення відхилень виробничих завдань від плану. Деякі основні правила наведено нижче.

Факт запізнення здачі завдання: zmЗавдання,i,j,kІнтервали, tМоменти

ПнМІ ( Планове_закінчення_виконання(zm), t) ВнІ ( Статус(zm, в_роботі), i)
ВнІ ( Своєчасність(zm,своєчасно), j)end(j)=t ВнІ ( Своєчасність(zm, запізню-ється),k) meets( j,k).

Обчислення запізнення завдання:zmЗавдання,i,j,kІнтервали,tМоменти

ПнМІ (Перевірка_запізнення(zm), t) ВнІ (Своєчасність(zm, запізню-ється),i) ВнІ (Статус(zm, в_роботі), j) t=end(i) ВнІ (Своєчасність (zm, запізню-ється),k) Запізнення (zm, d) d=duration(k) start(k,i).

Таким чином, шляхом модифікації етапу подання знань стало можливим враховувати часові залежності між подіями протягом виробничого процесу, що дозволить автоматизувати процес підтримки прийняття рішень на основі моніторингу поточного стану і визначення відхилень від виробничого плану виготовлення вузлів, секцій і агрегатів, що надходять в агрегатно-складальний цех.

У третьому розділі розроблено метод виводу на знаннях, що подані моделлю АТ, для створення ядра СППР з реалізації робочої технології агрегатного складання в авіабудівному виробництві. Цей метод складається з двох етапів, перший з яких оснований на логічному виводі на множині каузально-темпоральних правил і використанні процедур мереж моніторингу для виявлення відхилень завдань від плану, другий – на логічному виводі на множині класичних продукційних правил мережі формування рішень для усунення наслідків таких відхилень. Таким чином, шляхом модифікації процесу маніпулювання знаннями стало можливим враховувати в рішеннях, що формуються СППР, поточний стан виробництва і за рахунок цього знизити рівень невизначеності, яка виникає внаслідок дефіциту своєчасної інформації про стан виконання виробничого плану.

Необхідними умовами для реалізації методу є наявність у складі системи управління підсистем планування (наприклад MS Project) та САПР ТП (наприклад „КОМПАС-Автопроект”). Система планування містить план виконання виробничих завдань, з якого СППР щодо реалізації робочої технології агрегатного складання отримує планові дати видачі та здачі завдань у поточному цеху і формує відповідні події, що активізують антецеденти правил в базі знань поточного стану виробництва. САПР ТП „КОМПАС-Автопроект” зберігає конструкторські специфікації, які містять відомості про те, в яке складальне завдання входить завдання, що необхідно виконати, таким чином, можна автоматично сформувати факти включення одних завдань в інші.

Інформація про поточний стан завдань, що заплановано до виконання, актуалізується в моделі АТ на підставі даних з планово-диспетчерських бюро (ПДБ) виробничих цехів. Відповідно до регламенту робіт на початку кожної зміни виконується перевірка стану виробничих завдань з метою визначення фактів відхилень і величин запізнень завдань.

Множину всіх планових завдань позначимо Z. Існує відображення ZP: ZP, що задає відповідність стану виробничих завдань позиціям мережі АТ. Стан завдання має ознаку Статус, яка визначає належність до ,або . Своєчасність видачі та здачі завдань характеризується ознакою Своєчасність, що визначає належність завдання до або , де - множина виданих або виконаних завдань без відхилення від плану, а - множина завдань, час виконання або видачі яких було затримано через вплив зовнішніх або параметричних збурень на агрегатно-складальне виробництво як об’єкт керування, причому та існує . Завдання розділяються на комплектуючі та складальні , при цьому , де - завдання з виготовлення комплектуючих, - складальні завдання. Мають місце бієктивні відображення та .

Для активізації моделі АТ множина подій, що є наслідком функціонування ПДБ, відображується елементами множини= всіх подій, де - події фактичного або планового початку/завершення виконання виробничого завдання, при цьому ,- події перевірки стану завдань на початку кожної зміни. Події з множини змінюють ознаки завдань в моменти часу з множини , , де - множина моментів часу перевірок на початку кожної зміни, що мали місце з початку запуску виробу у виробництво, - множина моментів часу перевірок на початку кожної зміни, які матимуть місце до моменту закінчення складання виробу.

Перший етап методу (кроки 1-4) здійснюється паралельно, асинхронно і циклічно в мережах моніторингу на початку кожної робочої зміни в виробничих ланках, це дає можливість в процесі підтримки прийняття рішень щодо реалізації робочої технології агрегатного складання враховувати поточний стан складальних одиниць, які виготовляються в підрозділах авіаційного підприємства.

Другий етап методу (кроки 5-7), в разі виникнення запізнення, дозволяє сформувати рішення, які являють собою скінченну множину і можуть бути описані у вигляді умов і відповідних способів вирішення правилами бази знань.

Виходячи зі сказаного вище, двохетапний метод виводу на знаннях для підтримки прийняття рішень щодо організації агрегатно-складального виробництва може бути поданий такою послідовністю кроків:

Початкова ситуація задається таким чином: , .

1. У разі виникнення подій фактичних змін стану виробничого завдання, де j , – початок виконання завдання, – закінчення виконання завдання:

- якщо – відбувається зміна складу множин і шляхом: , де k – чергова зміна, на початку якої виконується перевірка;

- якщо – відбувається зміна складу множин і шляхом: , де k – чергова виробнича зміна;

- якщо для будь-якого завдання не виникає жодної з цих подій – перехід до кроку 2.

2. У разі виникнення подій планових змін стану завдання, де
j , – початок виконання завдання, – закінчення виконання:

- якщо для – відбувається зміна складу множин та шляхом: ;

- якщо для – відбувається зміна складу множин та шляхом: ;

- якщо для – відбувається зміна складу множин та шляхом: ;

- якщо для будь-якого завдання не виникло жодної з цих подій – перехід до кроку 3.

3. У разі ініціювання подій перевірки виконання завдання, де
- множина індексів, , – перевірка стану завдання, – перевірка своєчасності здачі завдання, - перевірка запізнення видачі завдання:

- якщо для – обчислення поточної тривалості виконання завдання ;

- якщо для – обчислення поточної тривалості запізнення здачі завдання ;

- якщо для – відбувається зміна складу множин та шляхом: .

- якщо для будь-якого завдання не виникає жодної з цих подій – перехід до кроку 4.

4. Для кожного складального завдання , що виконується в цеху, здійснення перевірки запізнень завдань, що в нього входять, визначення запізнення durmax=() та встановлення що durmax й буде запізненням всього складального завдання.

5. Визначення цеху-споживача для завдання шляхом аналізу маршрутного технологічного процесу і передача запізнення durmax (виконується процедура з множини мережі) завдання zi в цех-споживач (що не є поточним цехом). На цьому кроці здійснюється передача інформації про відхилення з мережі моніторингу в мережу формування рішень.

6. Встановлення наявності критичної ситуації. Процедура у вирішальній позиції з множини R шляхом порівняння тривалості запізнення durmax завдання з критичними запізненнями завдань, що входять в поточне складальне завдання, формує предикат про виникнення критичної ситуації, який може активувати правила у вирішальній позиції.

7. У разі активації правил вирішальної позиції, враховуючи значення пов’язаних змінних і маркування вхідних позицій, що описують певні ситуації, здійснюється вивід за правилами мережі формування рішень і формування технологічних вказівок відповідним спеціалістам агрегатно-складального цеху. Таким чином, здійснюється вибір вихідної позиції з множини, яка отримає маркер і визначить подальші кроки процесу складання, тобто вихід з критичної ситуації.

8. Виконання методу буде закінчено за умов, якщо поточний стан усіх виробничих завдань буде „здано”, тобто складання виробу завершено.

Даний метод реалізовано шляхом розробки відповідних алгоритмів, на базі яких створено експериментальний зразок СППР щодо реалізації робочої технології агрегатно-складального виробництва на авіабудівному підприємстві.

У розділі проведено аналіз типових рішень, що можуть бути прийняті для коригування технології агрегатного складання в авіаційному виробництві в разі виникнення колізій, які не дозволяють дотримуватися прийнятої на підприємстві робочої технології складання. Виділено критерії та розроблено класифікацію рішень з коригування технології складання планера літака на авіабудівному підприємстві (рис. 2)

В розділі наведено фрагмент бази знань, що містить продукційні правила, розроблені на основі запропонованої моделі, які використовуються для реалізації двохетапного методу підтримки прийняття рішень щодо організації агрегатно-складального виробництва. Знання в базі базуються на нормативах авіабудівного підприємства, стандартах і глибоких знаннях експертів з організації агрегатно-складального виробництва.

Четвертий розділ присвячено вибору підходу до реалізації розроблених моделі та методу, та обґрунтуванню застосування агентної технології побудови експериментального зразка СППР щодо реалізації робочої технології агрегатно-складального виробництва. У розділі проаналізовано існуючі стандарти та здійснено вибір платформи для програмної реалізації СППР.

Функції, які виконує СППР на різних рівнях виробництва, є такі: в цехах виробництва, що не є агрегатно-складальними, система виконує моніторинг виробничого процесу шляхом реєстрації диспетчерами видачі та здачі завдань-нарядів, формує факти про поточний стан деталей, вузлів і агрегатів цехам-споживачам; в агрегатно-складальному цеху система забезпечує підтримку прийняття рішень у разі прогнозу запізнень виготовлення вузлів, агрегатів, секцій та інших складальних одиниць агрегатів.

В розділі показано роботу СППР щодо реалізації робочої технології агрегатного складання на реальному прикладі „Затримка поставки в агрегатно-складальний цех відсіку фюзеляжу літака АН-74”.

Наведено порівняльні розрахунки витрат підприємства в разі виникнення відхилень від плану поставок агрегатів в агрегатно-складальний цех з інших цехів і прийняття рішень щодо управління без використання СППР та з урахуванням технологічних вказівок, які сформовані СППР з реалізації робочої технології агрегатного складання. Використання такої системи може зменшити зазначені витрати авіабудівного підприємства в середньому на 42 %. Таким чином, можна зробити висновок, що під-тримка прийняття рішень на основі розроблених програмних засобів значно

Рис.2. Класифікація рішень щодо реалізації робочої технології агрегатного складання

Рис. 3. Архітектура СППР щодо реалізації робочої технології агрегатного складання
на авіабудівному підприємстві

підвищує ефективність організації агрегатного складання в авіабудуванні.

Архітектуру СППР щодо реалізації робочої технології агрегатного складання в авіабудуванні з урахуванням структури виробництва наведено на рис.3.

У додатку наведено акти про впровадження результатів дисертаційного дослідження.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі вирішено актуальну наукову задачу розробки моделі та методу автоматизованої підтримки прийняття техноло-гічних рішень в агрегатно-складальному виробництві на авіабудівному підприємстві.

Основні результати дослідження:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Шостак І.В., Топал О.С., Устінова О.М. Інтелектуальні системи керування складними об’єктами.– Навч. посібник.–Харків: Нац. аерокосм. ун-т “ХАІ”, 2005.–72 с.

2. Шостак И.В., Топал А.С., Устинова А.Н. Проблемы анализа и синтеза холонических систем управления сложными объектами // Радиоэлектроника и информатика. – 2004. – №3(28). – С. 66 – 69.

3. Шостак И.В., Топал А.С., Устинова А.Н., Кузнецов Д.А. Синтез ИСППР по управлению сложными объектами с использованием нечеткой логики и онтологического подхода // Вісті Академії інженерних наук України. – 2004. – №4(24). – С.133 – 138.

4. Кривцов В.С., Зайцев В.Е., Шостак И.В., Топал А.С., Устинова А.Н. Проблемы создания интеллектуальной системы управления технологической подготовкой производства авиационного предприятия // Авиационно-космическая техника и технология. – 2004. – №5(13). – С. 5 – 12.

5. Шостак І.В., Устінова О.М., Топал О.С. Інтелектуалізація авіаційного виробництва на основі динамічних експертних систем та ГІС-технологій // Авіаційно-космічна техніка і технологія. – Харків: Нац. аерокосм. ун-т „ХАІ”, 2002.– Вип. 30. – С. 164 – 172.

6. Сироджа И.Б., Шостак И.В., Устинова А.Н., Демьяненко В.А. Интеллектуальная поддержка принятия технологических решений при организации механообработки в авиационном производстве // Авиационно-космическая техника и технология. – Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т „ХАИ”, 2002. – Вып. 33. – С. 393 – 402.

7. Шостак И.В., Устинова А.Н., Ульянина С.В., Фуфаев А.В. Динамическая экспертная система как интеллектуальная составляющая ГИС-технологии управления крупномасштабными объектами // Проблемы бионики. – Харьков: ХНУРЭ, . – Вып. 57. – С. 49 – 54.

8. Шостак И.В., Пьянков А.В., Устинова А.Н. Интеллектуальная поддержка принятия технологических решений в CAD/CAM/CAE/PDM-системах // Труды V Международной научно-технической конференции “Физические и компьютерные технологии в народном хозяйстве”. – Харьков: Харьк. гос. эконом. ун-т, 2002 . – С. 246.

9. Сироджа И.Б., Шостак И.В., Устинова А.Н., Демьяненко В.А. Интеллектуальная интегрированная система поддержка принятия технологических решений при планировании и управлении авиационным производством // Труды XI Международной конференции “Новые прогрессивные технологии в машиностроении”. – Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т „ХАИ”, 2002. – С. 58.

10. Шостак И.В., Устинова А.Н., Фуфаев А.В., Полупан А.В., Богомолов В.В., Костяшкин С.И. Вопросы интеграции динамической экспертной системы, ГИС и PALM-технологий для решения задач управления крупномасштабным объектом // Труды Международной междисциплинарной научно-практической конференции “Современные проблемы гуманизации и гармонизации управления”. – Харьков: ХНУ им. В.Н. Каразина, 2002. – С. 278 – 279.

11. Шостак И.В., Устинова А.Н. Мониторинг крупномасштабных объектов производства на основе интеллектуализированных ГИС // Міжнародна науково-технічна конференція „Інформаційні комп’ютерні технології в машинобудуванні”, ІКТМ’2002. – Харків: Нац. аерокосм. ун-т „ХАІ”, 2002. – С. 164 – 165.

12. Шостак И.В., Устинова А.Н., Бастеев Д.А., Лёлин В.В. Проблемы создания интеллектуальной интегрированной системы поддержки принятия технологических решений в авиационном производстве // Міжнародна науково-технічна конференція „Інтегровані комп’ютерні технології в машинобудуванні”, ІКТМ’2003. – Харків: Нац. аерокосм. ун-т „ХАІ”, 2003. – С. 267.

13. Устінова О.М. Моніторинг поточного стану авіаційного виробництва в організації інтелектуальної підтримки прийняття рішень // Міжнародна наукова конференція “Молода наука Харківщини – 2004”. – Харків: ХНУ ім. В.Н. Каразіна, 2004. – С. 12.

14. Шостак И.В., Топал А.С., Устинова А.Н. Мониторинг текущего состояния объекта в производственных системах искусственного интеллекта // Материалы Международной научно-технической конференции “Искусственный интеллект. Интеллектуальные и многопроцессорные системы”. – Таганрог: Таганрог. гос. радиотехн. ун-т, 2004. – Том 1. – С. – 371.

15. Колесніков О.М., Шостак І.В., Топал О.С, Устінова О.М. Холонічний підхід до синтезу інформаційної моделі управління військами // II Науково-практична конференція „Пріоритетні напрямки розвитку телекомунікаційних систем спеціального призначення”. – Київ: НУТУ “КПІ”, 2005. – С. 119.

16. Шостак И.В., Устинова А.Н. Представление знаний о предметной области “Технологическая подготовка самолетостроительного производства” с использованием комбинированной модальной логики // Міжнародна науково-технічна конференція „Інтегровані комп’ютерні технології в машинобудуванні”, ІКТМ’2005. – Харків: Нац. аерокосм. ун-т „ХАІ”, 2005. – С. 416.

17. Топал А.С., Устинова А.Н. Интеллектуальная поддержка принятия решений при создании технологических процессов в АСУ авиастроительного предприятия // Материалы III Международной научно-практической конференции “Современные информационные технологии в экономике и управлении предприятиями, программами и проектами”. – Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т „ХАИ”, 2005. –