Формирование виртуального пространства в виде промышленного портала для машиностроительных предприятий сельскохозяйственной и других отраслей

Журнал: «Сельскохозяйственная техника: обслуживание и ремонт», №7, 2017 16:21:00г.

Mobilitate viget viresque acquirit eundo… —
«В движении она растет и набирает силы…»

Введение

Динамика функционирования машиностроительных предприятий современного рынка сталкивается с группой информационных проблем — таких как:

1. недостаток комплексной полноты информации «все обо всем»:

• о выпущенной продукции, выполненных работах, находившихся ранее в статусе проблемных или неосуществимых в силу недостатка технологий и др. влияющих факторов;

• недостаток информации о проблемных задачах проектов и тематических направлениях по профильным предприятиям промышленности;

• сложность принятия новых технологических решений предприятиями;

• отсутствие информации о готовности проведении того или иного типа работ со стороны предприятий, с целью исключения факта перенастраивания техпроцесса по освоению нового, непрофильного и чаще убыточного на первой стадии производства, вместо интеграции со сторонними предприятиями;

• и др. факторы, приведенные в работе [4].

Учитывая, что финансовые потери проектного периода промышленных отраслей в год сопоставимы с бюджетами малых стран (рис. 1), необходим мощный технологический инструмент, обеспечивающий координацию действий при решении различных промышленных задач и проблем, с возможностью управления многоэтапными научно-ориентированными проектами различных типов таких крупных отраслей, как авиационная, машиностроительная, сельскохозяйственная, а также других смежных отраслей, где применимы полученные технологические решения [2].

Внедрение новых технологий обеспечивает снижение рисковых и теневых угроз как на стадии проектирования, так и в процессе эксплуатации систем, что сводит на нет штрафы предприятий. Предлагаемый подход также позволяет обеспечить более гибкую, функциональную и интеллектуальную автоматизацию процессов, с требуемыми функциями контроля, путем внедрения систем диспетчеризации на уровне PDM (CAD-CAE) — SCADA- CALS технологий в промышленном направлении [7, 8].

Актуальность направления темы подтверждается фактами внедрений высокотехнологичными и интегрированными методами управления проектных решений от момента проектирования до стадии сборки авиационных комплексов зарубежными производителями, таких как Boeing, Lockhid Martin, AirBus и др., к примеру, эксплуатация системы Jidis проходит уже вторую итерацию развития [8]. Данный технологический опыт хорошо импортировали такие производители СХ-техники, как: CASE IH, JOHN DEERE, NEW GOLLAND, обеспечив развитие процесса обучения кадров и дистанционной техподдержки комплексов. Выработанная концепция и сформированная технология логистических функций дает решения как нефтегазовым, так и другим отраслевым производителям оборудования поддержки в работоспособном состоянии. Достижение функциональной миграции отраслевых технологических решений обеспечивается специализированными методами управления проектами различного уровня и направлений [3].

Рис. 1. Пример бюджета некоторых стран на 2011 г. (в млрд $) [www.yestravel.ru / world / rating / economy / budget]

Существующие научно-исследовательские центры (НИЦ) различных отраслевых направлений включают развитие проектов кроме профильных отраслей многие смежные, такие как сельское хозяйство, медицина и др., состоящие из следующих стадий:

• разработка и изготовление технических средств и оборудования;

• интеллектуализация и информатизация систем;

• внедрение (с полным циклом испытаний);

• обучение техперсонала эксплуатации комплексов и технических средств;

• техподдержка в процессе эксплуатации;

• модернизация технических средств.

Учитывая значительный объем наукоемкости авиационной промышленности, нельзя не использовать наработанные технологические решения в развитии других отраслей, таких как АПК, включая обратный эффект обратной связи [1].

Генераторами технологии и управления проектами являются научно-исследовательские центры.

В Канаде существует хорошо развитая и постоянно совершенствующаяся многокомпонентная инфраструктура государственной поддержки инновационной деятельности. Консультационное обслуживание традиционно осуществлялось государственными организациями, однако в последнее время количество участников организации и финансирования консультационных услуг расширяется. Участники пользуются услугами консультантов при решении тактических и стратегических задач. Подавляющее большинство фермеров Канады обращаются к консультантам службы министерств промышленности, сельского, рыбного хозяйства и продовольствия, фирм-поставщиков технических средств и производства, бухгалтерских служб [9, 11].

Аналогом служб «Экстеншен» можно назвать информационно-консультационную службу (ИКС) в АПК РФ. Главной целью информационно-консультационной службы является повышение эффективности и устойчивости агро- и промышленного производства на основе освоения достижений научно-технического прогресса, передового производственного опыта и доведения до хозяйствующих субъектов научной, технологической, рыночной и правовой информации. Это предполагает: оказание содействия производителям СХ-продукции в освоении инновационных разработок, передового опыта и методов хозяйствования в условиях рыночной экономики; сбор, обработку и доведение до сельхоз-товаропроизводителей востребованной ими информации; участие, совместно с органами управления АПК, в реализации государственной агропродовольственной политики; подготовка предложений для органов управления АПК на разработку прикладных научно-исследовательских работ; консультирование производителей СХ-техники по вопросам организации и управления производством, эффективных технологий, бизнес-планирования, бухгалтерского учета, законодательства и др.; участие в реструктуризации и восстановлении экономики неплатежеспособных хозяйств; разработка и реализация мероприятий по устойчивому развитию отрасли и внедрению решений на местности [9, 11].

Французский авиационно-космический исследовательский центр ONERA — ведет все направления исследований, связанные с разработкой летательных аппаратов (ЛА): от самолетов и вертолетов до ракет и космических аппаратов. ONERA находится в подчинении министерства обороны и получает государственное финансирование в размере более 50 % от фактически необходимого.

Главными задачами ONERA являются:

• формирование основных направлений научных исследований в масштабах страны, организация их проведения при сохранении собственной лидирующей роли в аэрокосмической области;

• оказание помощи государственным учреждениям, занимающимся разработкой и координацией гражданской и военной аэрокосмической политики;

• коммерциализация результатов своей деятельности, передача их внедренческим компаниям, поощрение использования этих результатов промышленностью, включая неаэрокосмический сектор экономики (АПК, НГК и др);

• поддержка образовательной политики государства;

• участие в европейских исследовательских программах [9, 11].

Немецкий аэрокосмический центр DLR — проводит исследовательские работы и выполняет функции немецкого космического агентства, управляет космической деятельностью Германии от имени правительства страны. Кроме космической тематики, центр работает в сфере аэронавтики, энергетики, транспорта, высокотехнологичных инноваций и трансфера технологий, обладает научно-техническим советом [9, 11].

Национальный авиационный исследовательский центр Великобритании QinetiQ — ставит своей целью:

• оставаться ведущей научно-исследовательской организацией, выполняющей работы в интересах министерства обороны;

• разрабатывать востребованные на рынке технологии в области транспорта, здравоохранения, энергетики, телекоммуникаций;

• создавать совместные предприятия, в том числе с зарубежными компаниями, для продвижения своих технологий на глобальные рынки [9, 11].

Голландский национальный исследовательский центр NLR — специализируется в области аэрокосмических исследований и разработок. Первый в Европе частный национальный научный центр. Около 75 % средств на свое существование NLR зарабатывает за счет исследовательских контрактов, 25 % составляют государственные субсидии как на поддержание и разработку уникальной исследовательской базы, так и на проведение фундаментальных исследований.

Спектр исследований центра:

• динамика жидкости, прикладная и вычислительная аэродинамика, аэроупругость, аэроакустика;

• вибрации, динамика полета, моделирование и тренажеростроение;

• человеческий фактор в динамике полета, разнообразные вопросы развития воздушного транспорта, летные испытания и безопасность, аэропорты и управление воздушным движением, влияние авиации на окружающую среду;

• информационные и коммуникационные технологии, авионика, прочность и материалы, исследования космоса.

Центр часто выступает в качестве научного брокера, организуя контакты заинтересованных сторон и зарабатывая на предоставлении своей структуры для проведения международных исследовательских программ.

Научно-исследовательские центры ONERA, DLR, QinetiQ и NLR проводят хорошо согласованную научную политику в рамках европейских научно-исследовательских программ.

Западные государства, являясь важным заказчиком авиационной и космической техники, влияют на развитие отрасли посредством финансирования НИОКР. При этом администрации играют важную роль в передаче технологий и стимулируют конкурентоспособность авиатехники на рынках, а также тем самым обеспечивают внедрение технологий и развитие других наукоемких отраслей, таких как нефтегазовая (НГК) и (АПК) [9, 11].

Есть и отечественные научно-исследовательские и аэрокосмические центры по реализации различных проектов, в данной статье их рассматривать не будем.

Перечень зарубежной практики управления некоторыми смежно-отраслевыми научно-исследовательскими проектами

Региональная консультационная служба в США существует при университетах, где сосредоточена исследовательская и учебная (образовательная) деятельность. Преподаватели университетов специализируются по нескольким направлениям работы: преподавательская, научно-исследовательская или научно-исследовательская и консультационная. Финансирование исследовательских и консультационных программ осуществляется как из федерального бюджета, так и правительствами штатов. В региональных штатах в службе внедрения и пропаганды работает более 2 млн человек!

Цель

Достижение экономического эффекта в научно-промышленном секторе экономики через интегрированный подход к формированию единого виртуально-информационного пространства (ЕВИП), включая функциональность промышленного портала, в целях своевременного распределения тематических проектов, синергетического эффекта. Результат — экономия бюджета с высвобождением средств на другие задачи [1, 2].

Задачи

Определение основной концепции функционирования промышленного портала (ПП), с развитием его технологических инструментов в едином виртуально-информационном пространстве (ЕВИП);

Формирование отраслевых знаний в эксплуатации применяемых технических средств и объектов управления;

Возможность решения проблемных проектных задач наукоемких отраслей в плотной интеграции с промышленными ресурсами;

Формализация базовой архитектуры и математической модели виртуально-образовательного комплекса (ВОК: НГК, АПК, авиационная отрасль);

Выявление недостающих элементов функционального исполнения промышленности или ее «пробуксовки».

Исходные данные

Как правило, одним из важных требований к эксплуатации оборудования является необходимость в невысоком уровне квалификации персонала — это одно из достаточно важных пунктов требований к разработчикам. Целью данного требования есть достижение оперативной подготовки кадров эксплуатации систем: управления объектами и их ремонта. Управление многими техпроцессами (SCADA-системы), различными транспортными средствами (ЛА, танкеры, ТС и т. д.) требует высокого уровня подготовки и специализированного образования, что влечет за собой разработку серьезных систем обучения стендово-имитационного типа (в зависимости от сложности применяемой техники), с учетом минимального периода адаптации подготовленных кадров к реальным условиям.

Формирование отраслевых знаний управления объектами, обеспечивается через:

1. Применение стендовых и тренажерно-имитационных систем для обучения летного, водительского и технического персонала на применяемых аппаратах (рис. 2.1–2.3.), с конструкционным свойством адаптации систем обучения управления комплексами в рассматриваемых отраслях, с целью унификации программно-аппаратных инструментов настройки систем на различные имитационные комплексы, а также с возможностью регистрации знаний в процессе обучающей эксплуатации.

2. Регистрацию данных эксплуатирующихся комплексов, с выявлением сбоев, поломок, износа узлов и ошибок различных типов, в том числе с формированием БД-событий (рис. 2.4);

3. Требования и пожелания потенциальных покупателей комплексов, участвующих в эксплуатации ранних систем, или отраслевых экспертов техпроцессов;

4. Профильные рекомендации конструкторов и технологов смежных отраслевых направлений при эксплуатации типизированного оборудования и систем [ИИ подводного оборудования, IT&НГК / 2013 / 2 (12), Колосов С. П.].

Рис. 2.1. Тренажер для имитационного обучения полетам пилотов на ЛА ПС-10М «ЦАГИ» [Inet-ресурс]

Рис. 2.2. Тренажер для имитационного обучения вождению и выполнению работ СХ-операций [Inet-ресурс]

Функциональное назначение составляющих элементов проекта Виртуально-образовательный комплекс (ВОК) включает три основных технологических решения:

1. «Промышленный портал» — интегрированно-виртуальная «доска объявления» проектов и задач (рис. 3), с наличием необходимого функционала по координированию и диспетчеризации проектов и работ, выполняемых со стороны участвующих предприятий и вузов по профильным темам инженерных и научных проектов, включая проблемные;

2. «Виртуализация процессов» — вывод управленческих и технологических процессов на виртуальный уровень, с возможностью построения многоуровневых организаций и этапов проектных работ, с контролем, нормированием времени проектных работ;

3. «Межотраслевая миграция» — экспериментальная платформа сформированных технологических решений для экспорта их из одной отрасли в другую, с целью адаптации функций объектов управления, с достижением синергетического эффекта, как межотраслевой миграции технологических решений, с входящими математическими, логическими, комбинированными и модернизированными ИАД-методами [1, 2].

Рис. 2.3. Тренажер для обучения персонала управлению экскаватором-трубопрокладчиком CAT, НГК [Inet-ресурс]

Рис. 2.4. Бульдозер Б10М2 Челябинского ТЗ [Inet-ресурс]

Элементы функционирования

Эксплуатация комплексной системы виртуальной научной организации требует интеллектуализации всего применяемого спектра систем в большинстве функций — таких как средства поддержки принятия решений (СППР):

• построение требуемой архитектуры объектов управления процессами;

• мониторинг информационных потоков, взаимодействующих объектов и их реакций на события;

• формирование свойств объектов по их классификации и типизации;

• интеграция с другими программно-аппаратными системам и комплексами.

Функциональное назначение системы направлено на:

1. Сбор информационной базы задач различных составляющих научно-инженерного направления от КБ, НИИ и различных предприятий (и не только инженерного), с целью их распределения по профильным и перспективным направлениям;

2. Формирование «доски объявления» проектных задач, включая проблемные, с учетом типизации и профильного направления деятельности предприятий;

3. Координирование деятельности предприятий и других участвующих единиц в проектных работах и НИР;

4. Управление процессами в проблемных проектных работах разно-отраслевого направления, развитие и модернизация фундаментальных решений;

5. Формирование промышленно-технологических карт выпускаемой продукции, с целью сохранения знаний и развития технологического процесса.

Рис. 3. Общая схема функционирования «Промышленного портала» при «виртуализации» процессов обучения, исследования и управления проблемными научными проектами

Рис. 4. Модель взаимодействия ИП в пирамидальной структуре управлении объектами организации образовательно-исследовательского типа (3D / 2D)

Режимы функционирования системы

Реализация функционирования системы в 2 режимах:

• сетевом (двух- или более уровневом типе, с применением ЭЦП);

• локальном с экспортом данных и загрузкой БД ВОК.

Виртуализация процессов, модель, сформированная архитектура

Разработка системы формируется на базе математической модели как недетерминированных, так и детерминированных конечных автоматов (НКА / ДКА) и сформированной пирамидальной архитектуры любой рассматриваемой системы (рис. 2), с взаимодействующими ИП, представленными в виде графа (рис. 4), в интеграции с другими функциональными элементами математических и логических функций, что часто предлагается с дополнением в виде выстроенных на базе ИАД и их модернизированных методов к приведенной работе Шемякиной Е. В. [14]. Архитектура предложенной модели виртуальной организации применима по группе направлений:

• управление проектами;

• базовое обучение персонала;

• контроль знаний и повышение квалификации;

• накопление знаний в процессе эксплуатации и решения задач;

• формирование базовых правил и их мутация в стендовом и реальном применении.

Реализация проекта возможна с применением «облачных» технологий [6, 7].

Любое событие системы Sbi в рамках объекта комплекса или структуры организации можно выразить группой принадлежащих параметров в виде:

(1)

 

 

где: Sb — событие в системе объекта ;

 

Yi — узел системы объекта ;

Eri — уровень критичности проблемы, с учетом износа, сбоя или отказа в рамках рассматриваемой системы.

Образ элемента математической модели — объекта взаимодействия (2) ИП между другими элементами структуры (рис.) организации и принадлежащими свойствами , с учетом критериев выбора и распределения данных [14]:

(2)

где:  — объект взаимодействия;

 — уровень пирамидальной иерархии;

 — кластер принадлежности объекта ;

 — признак назначенного значения свойства;

 — присваиваемая функция для обработки данных;

 — тип ИП участвующего объекта ;

 — тип рассматриваемого объекта ;

 — массив идентификаторов взаимодействующих объектов-документов;

 — массив составляющих документов [11];

 — калькуляция статических данных;

 — тип рассматриваемого объекта ;

 — признак объекта наследия;

 — факт-информация порожденных объектов от базового;

… — любой другой соответствующий параметр или свойство признака объекта.

Предложенная модель объекта может быть модернизирована наличием функции наследования свойств порождаемых объектов от базового объекта:

(3)

где:   — наследуемые (порождаемые) объекты со своей группой свойств, в графе.

ИП бизнес-процессов задействованных предприятий и вузов (НИИ) в данном случае не влияют на процессы промышленного портала и обратно, но способствуют структурированию и более прозрачному контролю в рамках организации, что определяет идентификацию проблемных участков решения задач и информирует о необходимости принятия решений и привлечения дополнительных ресурсов, вплоть до функционального моделирования разрабатываемых систем — то, от чего предприятия достаточно часто стараются уйти, сводя все к разовым и частным решениям текущих задач, что влечет за собой потерю в унификации выпускаемых конечных комплексов [4, 6]. Зеркалом ИП функциональной модели является документооборот, как описание движения модели системы, применяемых функций [11].

Управление научными проектами требует высокой степени интеграции многих решений между различными промышленными предприятиями, научными организациями (ВОС / ВОК) и объектами, включая стендовое взаимодействие (рис. 2.1-2.4), а это предполагает значительное количество сложностей в рамках как одной отрасли, так и смежных [12]. Авиапромышленная отрасль также не исключение, она включает в себя пересечение продукции многих отраслей, это подтверждает наукоемкость направления и требует отдельного унифицированного инструмента управления и координирования работ, что применимо в научно-ориентированных проектах авиационной, автомобильной и др. отраслей [7, 10].

Для обеспечения стабильной работы и развития группы отраслей, таких как авиационная и машиностроительная — как технологического генератора, — требуется применение функционального механизма по координированию и управлению проектами, как инженерными, так и научными, включая проблемные [7, 8, 11]. Управление научно-техническими проблемно-ориентированными проектами рассматривается как эффективное решение в виде «Промышленного портала» в соответствии с ЕВИП, на базе группы сформированных методических решений, математического моделирования комплексных систем и концептуального решения «Виртуализация внутренних процессов предприятий» по управлению объектами, с внедрением интеллектуализации процессов на базе применяемых ИАД-методов и других программно-аппаратных элементов [6, 7].

Интеграция

Выстроенная архитектура и математическая модель виртуализации объекта применима к проекту ПП (автор проекта Колосов С. П.), удачно интегрируется со всеми программными информационными веб-ресурсами: в виде сайтов промышленных предприятий, закупочных страниц, а также с другими виртуально-образовательными системами (ВОС) в соответствии с ЕВИП.

Перспективы развития

• Обеспечение значительной функциональности комплекса в интеграции с системами CALS-технологий при развитии интеллектуальной и технической поддержки на всем жизненном цикле изделия (ЖЦИ) [8];

• виртуализация промышленных процессов, с увеличением функций корректировки и распределения различных проектных задач, включая проблемные направления профильных предприятий;

• виртуализация процессов обучения управления и эксплуатации сложных объектов, с возможностью моделирования процессов различного состава и методик их обслуживания;

• идентификация проблемных секторов промышленности, применение отраслевой миграции технологий для получения требуемых результатов через синергетический эффект [1];

• значительное повышение образовательного процесса в подготовке вузами профильных кадров, с внедрением технологий виртуализации образовательных организация для НГК, АПК, авиа- и др. промышленности, как научно-инженерного, технического, так и персонала управления объектами [8, 11];

• снижение времени и затрат на стадии поиска, сбора и анализа необходимой информации для принятия решений в случае возникновения неисправностей, отказов и других аварийных событий [8, 11];

• снижение сроков по результатам принятия решений на стадии интеграции систем как в период модернизации, так и в процессе эксплуатации, с исключением ошибок;

• развитие «облачных» технологий, с целью повышения количества рабочих мест, допустимых специальностей различного тематического направления (ст. 49, 60 ТК РФ от 05.04.2013) [6, 7];

• интеграция с другими программно-аппаратными комплексами, информационными системами и веб-ресурсами в соответствии с ЕВИП.

Практическая и научная ценность состоит:

• в решении проблем прозрачности и оперативности мониторинга выставляемых проектов и задач, включая проблемные, требующие длительного поиска решений, в связи с отсутствием функциональных механизмов РАН;

• в эффективном решении по виртуализации процессов в организациях и распределению задач, с учетом отсутствующих фактических систем, введенных в эксплуатацию, и достоверной информации, в условиях повышенной динамики событий в рамках предприятий [4];

• в возможности структуризации и анализа недостающих элементов промышленности входящих объектов в функционирующие системы, с отраслевой миграцией технологических решений (3) и достижения синергетического эффекта [1];

• в определении выявленных недостающих функциональных направлений предприятий или секторов промышленности, требующих решения и развития;

• в унификации технологических решений, средств и методов обучения персонала, а также методики формирования и накопления знаний, что наиболее актуально для длительно эксплуатирующихся объектов авиационных, НГК, АПК, с учетом смены поколений разработчиков при повышении количества рабочих мест и эффективности решения задач.

Выводы по целесообразности и эффективности решения

1. Достижение экономического эффекта с оперативным распределением задач и своевременным контролем выстроенных, в анализе и принятии решений (добавление ресурсов и т. д.).

2. Сокращение затрачиваемого времени на факт передачи проблемных задач с подключением научно-исследовательских центров к процессу разработки поставленных задач в ходе производственных действий промышленностью.

3. Увеличение оборотов производств, рабочих мест, с целью поднятия валового продукта.

4. Отсутствие соответствующих организаций по функционально- профильному распределению задач, включая идентификацию проблемных проектов в отраслевых кластерах, с определением приоритетных научных направлений и их распределением (функции бывшего РАН).

5. Возможность сокращения времени на факт передачи и подключения НИЦ к процессу разработки поставленных задач в ходе производственных действий промышленности.

6. Повышение производственных оборотов, снижение простаивающих мощностей, поднятие валового продукта РФ, развитие предприятий.

7. Необходимость применения функций защиты информации (ЗИ) в виде специализированного ПО, с применением ЭЦП при взаимодействии с ВОС, а также внедрения аппаратных технологий («Эверест» и др.) [9 стр.: 32, 53].