Об
организации информационного взаимодействия в системах разработки конкурентоспособных
изделий
В.С. Лебедев с.н.с., к.т.н., В.И.
Борзенко с.н.с., к.т.н.,
Н.Г. Денисенко инж. прогр. 1к., Г.Л. Кузнецова
инж. прогр. 1к.,
ИПУ РАН, Москва
Исследование проблем организации информационного
взаимодействия (ИВ) в сложных организационно-технических и организационно-
технологических системах таких, как комплексная САПР, интегрированные
производственные системы, гибкие производственные системы и др., представляет
практический интерес, поскольку от правильной, рациональной организации ИВ
зависит эффективность создаваемых сложных организационных систем (СОС), а,
следовательно, и конкурентоспособность производимой с их помощью продукции.
ИВ определено в работе [1] как "взаимодействие
объектов, приводящее к изменению знаний хотя бы в одном из них". В
работе [2] введено понятие "антропоцентрического информационного
взаимодействия": если одним из объектов, находящихся в процессе
информационного взаимодействия, "является компьютер, а другим, знания
которого изменяются, - человек, то такой вид информационного взаимодействия
может быть назван антропоцентрическим информационным взаимодействием
(АИВ)".
В работе [3] введено
понятие "внутрисистемного информационного взаимодействия (ВСИВ)":
предлагается называть процессы информационного взаимодействия, протекающие
внутри какой-либо программно-технической системы или программно-технического
комплекса (ПТК) без участия человека, внутрисистемным информационным
взаимодействием.
Правильно организованные и научно обоснованные процессы ИВ
обеспечат применение при реорганизации и реинжиниринге предприятий
перспективных информационных и коммуникационных технологий по всем этапам
жизненного цикла изделий (ЖЦИ), что особенно важно для информационных
технологий (ИТ) проектирования и производства [4, 5], а также создадут
возможность интеграции ИТ этих этапов с информационными технологиями соседних
этапов ЖЦИ. Всё это способствует успехам в конкурентной борьбе предприятий.
Эффективная
интеграция ИТ предусматривает применение правильных принципов использования
компонентов организации ИВ, особенно на этапах ЖЦИ "разработка -
производство". Исследование процессов ИВ как составной части
информационных технологий этапов "разработка - производство" для конкретных
машиностроительных предприятий позволило определить следующие основные
компоненты организации ИВ с целью интеграции ИТ этапов ЖЦИ "разработка -
производство".
-
Приобретение и использование средств реализации ИВ в информационных технологиях
(программных средств, технических средств, нормативно-технической
документации).
- Выявление и
четкое определение пользовательских и стыковочных требований к техническим и
программным средствам, программно-техническим и программно-методическим
комплексам, участвующим в процессах обмена знаниями через соответствующие
создаваемые согласно этим требованиям интерфейсы.
- Отладка
необходимого использования базы знаний и распределенной базы данных (РБД) в
создаваемых информационной системе (ИС) и интегрированной автоматизированной
системе (ИАС). Например, следующее формализованное описание АИВ может
соответствовать некоторым процессам отладки обращений пользователей к
создаваемой ИС (или подсистеме) в режиме обучения пользователей интегрированной
системы:
If [(Mi 
,
(1)
где i=1,2,…,n, причем n - число пользователей, взаимодействующих с информационной
системой (базой знаний) при рассматриваемом процессе отладки. Мi обозначает знания
пользователя, взаимодействующего с информационной системой, о некоторой
рассматриваемой конкретной предметной области:
, (2)
где
m -
число гранул знания [2] Gj о рассматриваемой конкретной предметной области у i-го пользователя, взаимодействующего с ИС.
В (1) символ
БЗ, как и в [3] , обозначая
базу знаний c наполняющей ее в
рассматриваемый момент системой знаний, интерпретируется с учетом того факта, что
знание - это обоснованное истинное убеждение [6] и база знаний заполняется
отдельными такого рода убеждениями Pq:
БЗ=
, (3)
где t - число таких убеждений в базе
знаний в конкретный рассматриваемый момент времени.
В (1) 
и 
- знания i-го
пользователя о данной конкретной предметной области до и после рассматриваемого
его взаимодействия с ИС (базой знаний); 
- символ,
обозначающий антропоцентрическое информационное взаимодействие при
использовании i-м пользователем базы знаний в ИС.
Операции,
обозначаемые в (1) традиционным символом теории множеств 
, технически реализуются в рассматриваемых ИВ через средства
компьютера и интерфейсы.
Заметим, что
использование базы знаний, интеллектуализация ИТ этапов ЖЦИ
“разработка-производство” способствуют более успешному достижению основных целей автоматизации
разработки [7] и производства изделий и объектов новой техники и, в конечном
счете, повышению конкурентоспособности
создаваемой продукции.
Нужно
упомянуть также и следующие основные компоненты организации ИВ с целью
интеграции ИТ этапов ЖЦИ
"разработка-производство":
- выбор лингвистического обеспечения
создаваемой ИАС, в которой организуются процессы ИВ. Тут учитываются два важных
требования: необходимо по возможности ограничить количество применяемых
языковых средств программного обеспечения ИАС. Следует унифицировать используемую
в ИВ терминологию, что способствует
повышению четкости и эффективности ИВ с использованием естественного
языка между всеми участниками организуемых процессов ИВ в создаваемой СОС
предприятия.
- Реализация и
отработка специализированных функций
организуемых процессов ИВ, составляющих важную часть интегрируемых ИТ и
способствующих получению проблемно, объектно или предметно ориентированных
информационных результатов на разных этапах ЖЦИ. Так, например, специфично по
используемым терминальным устройствам и получаемым информационным результатам
АИВ при контроле ряда характерных
файлов с проектными знаниями на этапе ЖЦИ “разработка”, которое может быть
представлено следующим выражением:
(4)
где i=1,2,…,n, причем n- число пользователей ИАС,
контролирующих содержание некоторых файлов
на этапе
“разработка”; 
=1,2,…,
, причем 
-число файлов 
которые могут
быть проконтролированы пользователями ИАС на этапе “разработка”; 
Mi -
определяется выражением (2); 
- очередной (согласно
индексу
) контролируемый пользователями системы файл, содержащий
некоторые проектные знания и формируемый соответствующими подсистемами ИАС,
например, подсистемами логического вывода, принятия решений, геометрического
моделирования (графического мониторинга) и другими. Это может быть и один из
рассматриваемых в работе [3] файлов,
формируемых комплексной системой автоматизированного проектирования (КСАПР) и
хранящихся в библиотеках 1-го, 2-го или 3-го уровней (файлов входных описаний,
предтерминальных или терминальных). Mi1 , Mi2 - имеют тот же смысл, что
и в выражении (1); 
- символ, обозначающий АИВ информационное взаимодействие
любого i-го пользователя ИАС с любым
файлом 
(а не с базой
знаний). Такого рода ИВ различны для разных
уже на этапе ЖЦИ “разработка” и специфичны на разных этапах
ЖЦИ. Поэтому такие АИВ 
практически
реализуются различными специализированными функциями на этапах ЖЦИ.
- Реализация и
отработка унифицированных функций организуемых процессов ИВ с целью
интеграции ИТ этапов ЖЦИ
"разработка-производство". Возможность унификации средств реализации
таких функций способствует удешевлению ИТ. Это один из путей, позволяющих получать
преимущества унификации, нормализации и стандартизации при создании
интегрированных ИТ.
Примером могут служить унифицированные функции, образующие
процессы ВСИВ в КСАПР, обеспечивающие взаимодействие файлов библиотеки 1-го
уровня (файлов входных описаний - ФВО) с файлами библиотеки 2-го уровня
(предтерминальными файлами - ПТФ), а также взаимодействие ПТФ с файлами
библиотеки 3-го уровня (терминальными файлами - ТФ) в ходе автоматизированного
проектирования (АП) какого-либо изделия или объекта. Такие процессы ВСИВ могут
быть идентифицированы следующим выражением:
If
, (5)
где κ=1,2,…,m, причем m - число ФВО, информация из которых поступает на 2-й уровень
в ПТФ в рассматриваемый период процесса
АП (либо число ПТФ, взаимодействующих с ТФ);
=1,2,…,r, причем r - число файлов 2-го (или 3-го) уровня, которые могут
взаимодействовать с файлами предыдущего уровня в рассматриваемый период
процесса АП;
- очередной файл с проектными знаниями в данном примере из
библиотеки 1-го уровня (ФВО), либо файл библиотеки 2-го уровня (ПТФ),
взаимодействующий с каким-либо файлом
последующего уровня в рассматриваемый период процесса АП.
- очередной файл в данном примере из библиотеки 2-го уровня
(ПТФ), либо файл библиотеки 3-го уровня (ТФ), взаимодействующий с каким-то
файлом предыдущего уровня в рассматриваемый период процесса АП. В общем случае Ψк , Ψ
могут быть любыми
файлами с проектными знаниями, взаимодействующими по стабильным правилам внутри
системы без участия пользователя системы.
Ψ
и Ψ
– информация,
содержащаяся в Ψк соответственно до и после рассматриваемого ИВ.
Ψ
и Ψ
– информация,
содержащаяся в Ψ
соответственно до и после рассматриваемого
ИВ.
В
– символ,
обозначающий ВСИВ любого очередного файла Ψк
с любым файлом Ψ
(без участия базы знаний). Такого рода
ИВ реализуются однотипными операциями,
образующими в своей определенной совокупности унифицированные функции,
используемые для реализации процессов ИВ.
Принципы реализации и
отладки компонентов практической организации ИВ в СОС разработки перспективных
конкурентоспособных изделий на предприятиях должны основываться на
необходимости удовлетворения таких основных общих требований к компонентам
организациями ИВ, как обеспечение: экономичности по затратам имеющихся у
предприятия ресурсов; надежности получения результатов по времени и по
качеству; должного качества результатов; надлежащей скорости получения
результатов; комплексности получаемых результатов (особо для ИВ в КСАПР); адаптируемости к изменению условий и
развитию; комфортности, эргономичности, безопасности и эстетичности;
компактности, унифицированности, возможности нормализации и стандартизации
используемых однотипных средств.
В СОС разработки и
производства конкурентоспособных изделий следует учитывать стандарты все шире
используемых в нашей стране CALS–технологий.
Организация ИВ в СОС при реорганизации и реинжиниринге
предприятий, при создании виртуальных предприятий.
Организация
информационного взаимодействия в СОС, проводимая при реорганизации и
реинжиниринге предприятий машиностроения, должна преследовать такие основные
цели, как, во-первых, достижение высокой эффективности используемых ИТ этапа
ЖЦИ “разработка”, во-вторых, обеспечение возможности интеграции этих технологий
с ИТ соседних этапов ЖЦИ. Для обеспечения возможности эффективной интеграции ИТ
этапа ЖЦИ “разработка”, с технологиями последующего этапа – “производство”
важно правильно использовать вышерассмотренные компоненты организации ИВ в СОС
предприятий, подчиняя их указанным выше общим требованиям к этим компонентам.
Способствует, в конечном счете, повышению конкурентоспособности производимых
предприятиями изделий.
Применение комплекса
стандартов CALS–технологий,
соблюдение требований стандартизации при организации ВСИВ и АИВ в системах,
используемых при реорганизации и реинжиниринге предприятий, предопределяют
успешное решение задач интеграции ИТ этапа “разработка” как с ИТ этапа
“производство”, так и с ИТ предпроектных и научных исследований. При этом в
ходе организации ИВ следует активно использовать перспективный
“инструментарий”, предназначенный для проектирования ИАС, и отдавать
предпочтение современным мощным операционным системам. Такая организация ИВ
является необходимым условием построения перспективных высокопроизводительных
интегрированных систем создания объектов новой техники, реализующих
“безбумажные сквозные” технологии с охватом всех этапов ЖЦИ.
Организация ИВ,
обеспечивающая интеграцию ИТ различных этапов жизненного цикла выпускаемого
предприятием изделия, открывает дорогу успешному применению так называемой “параллельной разработке” [8].
“Параллельная разработка” – это современная стратегия развития предприятия,
которую целесообразно использовать при его реорганизации и реинжиниринге. Суть
такой разработки в налаживании параллельного, совмещенного выполнения отдельных
этапов ЖЦИ, для чего необходимо строгое
выполнение всей полноты требований к компонентам организации АИВ, ВСИВ, любых
возможных видов ИВ в интегрированной СОС. В результате запараллеливания
проектных работ и этапов ЖЦИ создается возможность оперативного сквозного
обмена проектной, технологической и эксплутационной информацией, сокращается
время разработки, улучшается учет требований, специфики и динамики спроса на
выпускаемое изделие на рынке.
При реорганизации и
реинжиниринге предприятий
машиностроения с использованием новых ИТ разработки изделий центральными
становятся задачи организации ИВ в таких СОС, как комплексные системы
автоматизированного проектирования, поскольку такие КСАПР, как показывает опыт,
способны обеспечить наиболее высокую эффективность ИТ проектирования, что
непосредственно сказывается на
повышении конкурентоспособности создаваемых изделий.
При создании
комплексных систем, как и при "параллельной разработке", ужесточаются
требования к компонентам практической организации ИВ, особенно в плане
унифицированности и стандартизации используемых средств. Такое ужесточение позволяет обеспечивать необходимое
единообразие языков и методов описания объектов проектирования, форм задания
входной и представления выходной информации
для различных подсистем и
модулей, участвующих в процессах ИВ в создаваемой КСАПР.
При общении, обмене
информацией по производственной тематике, например, представителя администрации
и специалиста по использованию методического обеспечения, их знания в области
этой тематики могут изменяться, т.е.
такое взаимодействие тоже нужно классифицировать как информационное
взаимодействие - согласно определению ИВ [1]. Будем называть такой вид
информационного взаимодействия интеллектуальным информационным взаимодействием,
т.е. если объектами, находящимися в информационном взаимодействии, являются
люди (носители естественного интеллекта), то такой вид информационного
взаимодействия может быть назван
интеллектуальным информационным взаимодействием (ИИВ).
Обозначим через Мa знания о некоторой
рассматриваемой конкретной предметной области человека (специалиста,
разработчика, администратора и т.п.),
обменивающегося информацией из
рассматриваемой области с другим человеком, знания которого в этой области
обозначим через Мb. При этом Мa и Мb определяются через количество гранул знания Gj в соответствии с
выражением (2). Тогда возможное в данном случае ИИВ идентифицируется формализованным выражением:
If [(Мa
Мb)®( Мa
1¹ Мa2) 
( Мb
1¹ Мb2)]®Иa,b , (6)
где a=1,…,,g, причем g- число лиц некоторой группы (специалистов, разработчиков, администраторов
и т.п.), интересующих нас для того или иного исследования либо анализа
процессов интеллектуального информационного взаимодействия и участвующих в
процессах ИИВ (процессах обмена информацией из рассматриваемой предметной
области знаний) с некоторой другой группой лиц, число которых x, т.е. b=1, . . . ,,x.
Мa1 , Мa2 - знания о конкретной предметной области человека из первой
группы лиц, которому соответствует текущее значение символа a, до и после рассматриваемого его взаимодействия с некоторым
другим человеком из второй группы лиц.
Мb1
,
Мb2 - знания о
данной конкретной предметной области человека из второй группы лиц, которому
соответствует текущее значение символа b,
до и после рассматриваемого его взаимодействия с другим человеком из первой
группы лиц.
Иa,b
- символ,
обозначающий ИИВ, возникающее при обмене информацией двух лиц между собой.
Следует
заметить, что выражения (7) и (2) могут быть полезны при исследовании
робототехнических комплексов для идентификации и анализа ИВ между роботами (со
знаниями).
Можно отметить следующие основные
перспективные направления работ по улучшению организации и повышению
эффективности ИВ в комплексных системах разработки конкурентоспособных изделий
машиностроения.
- Повышение эффективности ИВ напрямую
связано с работами по дальнейшему развитию технического, программного,
методического, информационного обеспечения КСАПР и ИАС, но при этом необходимо
обеспечить значительное развитие и широкое
использование систем стандартизации: стандарты следует переводить на
уровень интегральных схем. В первую очередь, должны учитываться и активно
применяться наработки и достижения в области CALS
– технологий, перспективные зарубежные разработки в области стандартизации;
важен также учет требований отечественных стандартов.
- Существенное развитие АИВ и ВСИВ в организационных
комплексных системах может быть достигнуто путем использования методов
искусственного интеллекта при конструировании и проектировании. В этом
направлении важно уделять внимание как адаптации зарубежных перспективных
разработок, так и практической реализации весомых отечественных теоретических
разработок в области искусственного интеллекта.
- Для дальнейшего развития и повышения эффективности
антропоцентрического ИВ при решении инженерных проблем, особенно в системах
анализа и синтеза объектов инженерной геометрии, необходимы работы по
дальнейшему развитию средств, обеспечивающих создание и функционирование систем
объемного моделирования, в т.ч. с большой быстротой реакции (реального
времени).
- В плане развития и совершенствования практической организации
ИВ в СОС, создающихся для решения инженерных проблем, следует сосредоточить
усилия на разработке средств организации ИВ в различных экспертных системах,
ориентированных на решение таких задач, как конструирование, компоновка,
деталировка, прочностные расчеты, обработка на станках с ЧПУ и прочих. Особенно
велика потребность в экспертных системах при АП сложных объектов, требующих
взаимной увязки многочисленных часто противоречивых факторов.
Технология
проектирования с использованием так называемых “виртуальных предприятий” резко
(в 2-3 раза) сокращает цикл разработки, изготовления и испытания новых изделий,
существенно повышает их качество, надежность и эффективность в эксплуатации,
способствует росту конкурентоспособности создаваемых изделий.
Особую роль в
обеспечении конкурентоспособности продукции наших предприятий на мировом рынке
в близкой перспективе призваны сыграть CALS
– технологии.
CALS – технологии -
это основа новой перспективной идеологии информационного взаимодействия на всех
этапах ЖЦИ, которая в настоящее время интенсивно развивается и осваивается в
развитых странах мира.
Развитие идей CALS в 90-х годах ХХ века привело к появлению концепции
"Виртуального предприятия" [9].
Виртуальное предприятие (ВП) - это группа предприятий, объединенных на
контрактной основе, не имеющих единой
юридической организационной инфраструктуры, но объединённых единой информационной
инфраструктурой с целью использования компьютерной поддержки жизненного цикла
изделия, являющегося совместной продукцией предприятий данного ВП.
На рис 1 схематично
показан принцип организации ИВ в ВП на основе модели изделия. Единая информационно-вычислительная
сеть позволяют предприятиям ПО, НПО1, НПО2, . . ., НПk,
входящим в некоторое виртуальное предприятие, получать общедоступную информацию
(знания), связанную с моделью изделия, в ходе процессов АИВ и ВСИВ.
Осуществляется эффективная интеграция ИТ этапов ЖЦИ
"наука-разработка-производство" и других этапов ЖЦИ.
При создании ВП возникают следующие наиболее
важные проблемы организации ИВ:
- необходимость создания
распределенной интегрированной компьютерной сети; каждое из предприятий
(компаний), включаемых в ВП, располагает своей собственной сетью, рабочими
станциями и серверами, что порождает проблему логической и технической
интеграции этих сетей, после чего они должны функционировать как единая
локальная для ВП сеть, обеспечивающая должное эффективное ИВ на всех этапах
ЖЦИ.
- Требование разделения информации
(знаний); необходимость выделения информации, относящейся к каждому отдельному
предприятию, входящему в ВП, порождается разделением труда по созданию изделия
и тем, что каждое предприятие располагает чем-то специфическим ценным, что
используется другими в общем ВП. Тут необходимо, прежде всего, применение
комплекса стандартов CALS-технологий при
заполнении интегрированной БД и БЗ, при построении и преобразованиях модели
создаваемого изделия.
-
Обеспечение сопровождения проектной и производственной информации (знаний); у
предприятий (компаний), входящих в
состав
