31 Марта 2020

MATEC Web of Conferences

333.png

23 марта на портале MATEC Web of Conferences опубликованы труды IХ Чарновских чтений на английском языке.

Наш коллега - Денис Ваннусов, ведущий инженер отдела систем связи компании "Метрополис", выступил соавтором статьи «Организационные особенности внедрения инновационных САПР в существующие производственные системы».


Денис Ваннусов,ведущий инженер отдела систем связи компании "Метрополис"

Владимир Дадонов, доцент, к.т.н. МГТУ им. Н.Э.Баумана

Мария Терещенко, студентка МГТУ им. Н.Э.Баумана


Развитие цивилизации всегда базируется на каких-то конкретных изменениях, воплощаемых в материальный мир. XX век стал временем повсеместной компьютеризации производственных процессов. Традиционные способы создания производственной продукции, основанные на ручном или механизированном труде, стали уступать первенство всеобщей автоматизации процессов на предприятиях в самых разных отраслях экономики. Это стало возможно благодаря стремительному развитию таких научно-технических дисциплин, как системный анализ, математическое и имитационного моделирование, теория автоматического управления, исследование операции и других. И хотя активное развитие технологий комплексной автоматизации производственных процессов пришлось на вторую половину XX века, сегодня возможности оптимизации, усовершенствования методов и приемов создания продукции продолжают бурно развиваться. Все чаще руководством нашей страны озвучивается необходимость перехода к «цифровой экономике». В утвержденной в России «Стратегии развития информационного общества РФ на 2017-2030 годы» дано следующее определение цифровой экономики: «Цифровая экономика – это хозяйственная деятельность, в которой ключевым фактором производства являются данные в цифровом виде, обработка больших объемов и использование результатов анализа которых по сравнению с традиционными формами хозяйствования позволяют существенно повысить эффективность различных видов производства, технологий, оборудования, хранения, продажи, доставки товаров и услуг». Очевидно, что данное толкование содержит целый ряд оценочных суждений, в том числе «традиционные формы хозяйствования…» или «существенно повысить эффективность…». То же замечание можно применить к фразам, вроде «большие объемы данных», однако в сфере информационных технологий действительно существует вполне устоявшийся термин «Big datа» (с англ. «большие данные»)

Несмотря на возможные противоречия в толковании некоторых понятий «Цифровой экономики», как явления, не все из них являются эфемерными. Многие понятия могут быть конкретизированы, когда их употребляют в сугубо прикладном значении. В частности, говоря об эффективности, следует применять этот термин к какому-то конкретному объекту. Например: эффективность методики преподавания русского языка, эффективность лекарственного препарата, эффективность разработки влажного грунта при помощи электроосмотического способа осушения и т.д.

Применительно к системам человеко-машинного взаимодействия (далее ЧМВ) также понятие «эффективность» является регламентированным. Человеко-машинное (или человеко-компьютерное) взаимодействие – это полидисциплинарное научное направление, существующее и развивающееся в целях совершенствования методов разработки, оценки и внедрения интерактивных компьютерных систем, предназначенных для использования человеком, а также в целях исследования различных аспектов этого использования. Опираясь на данное определение, делаем вывод о том, что ЧМВ неразрывно связано с особенностями функционирования компьютерных систем, к которым относятся, например, автоматизированные системы. Автоматизированной называется система, состоящая из персонала и комплекса средств автоматизации его деятельности, реализующая информационную технологию выполнения установленных функций. Эффективность автоматизированным систем (далее АС) регламентируется ГОСТ 34.003-90 и означает свойство АС, характеризуемое степенью достижения целей, поставленных при ее создании. Для оценки степени достижения целей, заказчиком формируются показатели эффективности, на основе которых и производится оценивание. Таких показателей может быть один или несколько. Среди них: снижение вероятности ошибок, увеличение скорости производства продукции, повышение качества готового изделия и др. Очевидно, что все эти показатели, в той или иной степени, влияют на финансово-экономическую составляющую производства и являются объектом прямой заинтересованности со стороны руководства предприятия.

Существует условная классификация АС по видам деятельности:

- Система управления предприятием (АСУП)

- Система управления технологическим производством (АСУ ТП)

- Системы электронного документооборота (АСЭД)

- Система автоматизированного проектирования (САПР)

- Другие системы.


Все перечисленные классификации АС, в том или иной мере, внедрены в производственные механизмы мировой и отечественной экономики и являются самостоятельными объектами анализа и разработки. Однако, если брать во внимание принципы ЧМВ, то безусловно, ключевую роль здесь выполняют именно САПР.

САПР — организационно-техническая система, входящая в структуру проектной организации и осуществляющая проектирование при помощи комплекса средств автоматизированного проектирования. В большинстве стран мира для таких АС используется аббревиатура CAD (Computer Aided Design), которую можно перевести как «проектирование с применением компьютера».

Наибольшей популярностью сегодня обладает Autodesk AutoCAD, завоевавший доверие проектировщиков по всему миру и наша страна тут не является исключением. Тем не менее, тенденция к переходу на использование информационного моделирования, рождает необходимость внедрения в существующий производственный процесс новейших САПР, позволяющих успешно реализовывать такое моделирование. Процесс внедрения является одним из пяти фаз жизненного цикла АС (рисунок 1). При этом каждой такой фазе соответствует конкретное (так называемое фазовое) состояние системы, предопределенное периодом жизни АС и целями, стоящими перед заказчиком и разработчиком.

4444.png

Рисунок 1. Жизненный цикл АС

Очевидно, что в случае уже существующих САПР, фазы «обоснование» и «создание» теряют актуальность. Фаза «упадок» так не рассматривается, так как на данном этапе мы рассматриваем только такие системы, которые позволят повысить эффективность производственного процесса, в условиях заданных параметров эффективности (наиболее инновационные АС). В действительности, взаимодействие человека (оператора) и САПР начинает происходить на стадии «внедрение» и «эксплуатация». Стоит отметить, что на практике эти две фазы могут быть совмещены. В этом случае, оператор приступает к работе над поставленными перед ним производственными задачами, при этом уже используя внедряемую САПР. Совмещение фаз призвано ускорить процесс выпуска продукции, не затрачивая времени на тщательную подготовку системы к эксплуатации. Именно в таких случаях возникает наибольшее количество трудностей и коллизий в среде ЧМВ. 

Внедрение новых САПР в существующую практику производства, по сути, является аспектом инновационной деятельности на данном предприятии. Известно, что существует четыре группы факторов, препятствующих инновационной деятельности:

- Технико-экономические;

- Юридические;

- Организационно-управленческие;

- Социально-психологические;

Особый интерес в этом перечне представляют социально-психологические факторы. Сюда, как правило, относят следующие обстоятельства: возможность изменения статуса работника в организации, возможность потери работы из-за внедрения нововведения, перестройка устоявшихся способов деятельности, нарушение стереотипов поведения, боязнь неопределенности, опасения наказания за неудачу и др. При этом чем более масштабно новшество, чем большее количество людей вовлечено в инновационный процесс, тем чаще возникают, так называемые, инновационные конфликты. Радикальность нововведения повышает вероятность и остроту таких конфликтов. Кроме того, чем более быстротечен процесс инновации, тем он более конфликтогенен.

Говоря о внедрении инновационных САПР в проектные организации, стоит упомянуть об опыте компании «Метрополис», в которой весьма успешно был осуществлен переход от традиционного 2D-проектирования к наиболее продвинутым инструментам трехмерного, интеллектуального проектирования – BIM (англ. «Building Information Modeling»). Компания образована в 2005 году и практически всю свою историю использует те или иные инструменты BIM-моделирования. Начиная с 2015 года, главной платформой для проектирования стал Autodesk Revit.

В сущности, BIM-моделирование представляет собой процесс, основанный на использовании интеллектуальных 3D-моделей. Переход от двухмерного проектирования к трехмерному решает целый ряд типичных трудностей, возникающих в процессе разработки технической документации для того или иного объекта (здания, сооружения). Речь идет о возможности намного более эффективной координации различных инженерных коммуникаций между собой (рисунок 2), возможности рассматривать объект в целом, как информационную модель. Кроме того, BIM-моделирование позволяет задавать элементам черчения некие типовые свойства и проецировать их на всю модель объекта единовременно. Также, информационное моделирование объектов позволяет более эффективно осуществлять управление вносимыми изменениями.

44441.png

Рисунок 2. 3D-модель координации инженерных коммуникаций в среде Autodesk Revit


Однако, помимо очевидных преимуществ перехода на BIM-моделирование, существует ряд негативных факторов, о которых также стоит упомянуть:

- Затраты на покупку и инсталляцию программного обеспечения;

- Затраты на увеличение мощностей рабочих станций (при необходимости);

- Повышенный риск ошибок со стороны проектировщиков, особенно в случае параллельного прохождения этапов «внедрение» и «эксплуатация» САПР;

- Отсутствие/недостаток нормативной документации, в том числе стандартов проектирования в инновационной среде BIM-моделирования;

- Консерватизм сотрудников компании и неприятие перехода на инновационные методы работы.

По словам заместителя генерального директора компании «Метрополис» Олега Баранова, стоимость перехода на BIM-технологии составила порядка 20 млн. рублей, а процесс перехода занял около одного года [6]. Объем инвестиций при этом зависит от многих факторов, включая количество сотрудников, возраст организации и др.  В процессе внедрения использовался метод, так называемых, «пилотных» проектов. Это означает, что часть проектов разрабатывается с применением новых САПР, а другая часть – традиционными методами. Такой подход позволяет сделать переход на BIM-технологии менее болезненным. Ключевым аспектом процессов внедрения является обучение сотрудников. В компании «Метрополис» для сотрудников были организованы специализированные курсы, на которых работники имеют возможность изучить новое программное обеспечение, выполнять практические задания под руководством инструктора. При этом программа обучения для сотрудников разных структурных подразделений формируется с учетом особенностей работы в данном конкретном подразделении. Таким образом, работник получает знания, которые будут полезны ему лично для трудовой деятельности. Одновременно с этим, на корпоративном портале компании организуется обучающий блок, с которым сотрудник может работать самостоятельно, при необходимости обращаясь за консультациями в подразделение, отвечающее за внедрение САПР и обучение сотрудников. Далее представим общую структуру организации внедрения инновационных САПР в проектных организациях, на примере внедрения BIM-технологий в компании «Метрополис» (рисунок 3).

44442.png

Рисунок 3. Организационные мероприятия по внедрению инновационных САПР (на примере внедрения BIM-технологий в компании «Метрополис»)

Ход реализации организационных мероприятий по внедрению инноваций постоянно подвержен анализу и контролируется. При необходимости, перечень и содержание таких мероприятий дополняется, вносятся корректировки.

Эффективную организацию внедрения инновационных САПР в существующее производство невозможно рассматривать в отрыве от прикладных аспектов адаптации сотрудников компании к предлагаемым нововведениям. Для того, чтобы успешно противостоять возможным негативным тенденциям при внедрении САПР, необходимо иметь комплексное представление об особенностях взаимодействия работника и тех аппаратно-программных средств, при помощи которых осуществляется производство конечной продукции. В этой связи, разумно прибегнуть к разработке обобщенной информационной модели ЧМВ, в условиях нахождения инновационный САПР на стадиях «внедрение» и «эксплуатация» (рисунок 4). В данном случае разумно будет объединить эти две стадии в некий промежуточный этап, во процессе которого адаптация работника к инновационной САПР и выпуск конечной продукции происходят параллельно. Одним из наиболее удобных способов представления информационной модели является триадная инфографическая модель, основанная на взаимодействии трех объектов (монад) – человека, техники и среды (далее ЧТС). В качестве объектов принимаем оператора САПР, рабочую станцию с установленным инновационным ПО и среду, в которой осуществляется рабочий процесс. Информационную модель представим в виде трехточечного цикла с разнонаправленным воздействием (рисунок 4). 

44443.png

Рисунок 4. Триада ЧТС с разнонаправленным воздействием


В (1…6) – воздействия компонентов инфографической модели друг на друга.

Р (1…6) – результаты воздействия компонентов инфографической модели друг на друга.

Проанализируем сущность воздействий элементов модели друг на друга и представим в табличной форме (таблица 1).


Таблица 1. Детализация воздействий элементов триады ЧТС

Порядковый номер

Описание

В1

Обработка информации, вводимой оператором. Выдача ответов на запросы, предложение альтернативы, информирование об ошибках. Хранение информации.

В2

Ввод запросов в систему, анализ полученных данных. Принятие решений, не доступных системе, в том числе в условиях нелинейности.

В3

Создание качественно новой продукции (проектной документации).

В4

Среда накладывает те или иные ограничения на процесс проектирования (сроки, условия труда, нормы, стандарты и регламенты).

В5

Условия проектирования выдвигают определенные требования к используемому программному обеспечению (например, в части требований к наличию соответствующих лицензий на используемое ПО).

В6

Условия формируются с учетом существующих систем проектирования, которые наиболее широко представлены на рынке.

 

Далее проанализируем результаты воздействий элементов модели друг на друга и так же представим в форме таблицы (таблица 2).


Таблица 2. Детализация результатов воздействий элементов триады ЧТС

Порядковый номер

Описание

Р1

Выполнение системой запроса от проектировщика. Средой обмена данными между человеком и техникой является интерфейс САПР. Последовательная цепь из успешно обработанных запросов образует, в конечном итоге, готовый проектный документ (чертеж, узел и т.д.).

Р2

Р3

Разработанные решения, составляющие проектную документацию, становятся исходными данными для следующих этапов производственной цепочки.

Р4

Учитывая ограничения среды, проектировщик планирует свою работу, принимает те или иные организационные и технические решения.  

Р5

Спрос, вызванный многими факторами, выдвигает требования и стандарты, которым должны соответствовать САПР. Под влиянием этих факторов, существующие системы модернизируются и обновляются.

Р6

Особенности тех или иных программных компонентов, которые действительно широко представлены на рынке, становятся существенным фактором для заказчиков. Техническое задание от, как правило, учитывает возможности той программной среды, в которой разрабатывается система


Используемая методика системного анализа может быть рассмотрена более детально. Таким образом, количество процессов, протекающих в процессе взаимодействия работника и САПР, может быть существенно увеличено. Однако, по результатам проведенного исследования, даже в рамках заданной масштабируемости, мы можем сделать некоторые выводы:

1. Сущность взаимодействия оператор-система - обмен информацией. В этом случае пользователь вводит запрос в систему и в качестве обратной связи получает ответ системы на этот запрос.

2. Готовая проектная документация (чертеж, схема, сборка и т. д.) формируется в ходе выполнения многих успешно обработанных системных запросов.

3. Центр связи - это интерфейс автоматизированной системы. Это значит, что эффективное взаимодействие в этом случае прямо пропорционально уровню эргономики пользовательского интерфейса с учетом специфики работы отдельного сотрудника.

4. Организационные факторы экстерьера, такие как условия труда, сроки решения задач, должны учитывать реальные возможности оператора в указанных условиях работы.

5. Необходимо освободить сотрудника от решения рутинных, легко формализуемых задач и перенести эти функции в автоматизированные системы обработки данных. Оператор должен сосредоточить свое внимание на решении нетривиальных, нелинейных задач, в которых решение не может быть подхвачено формализованным алгоритмическим сценарием.

6. Переход на новую проектную платформу лучше осуществлять постепенно, используя метод «пилотных проектов». Это сделает переходный процесс менее болезненным.

Понимание характера взаимодействий проектировщика и САПР является важнейшим элементом выработки эффективных организационных и управленческих решений, при внедрении в производство инновационных технологий в проектировании. Необходимо учитывать все наиболее существенные аспекты внедрения, включая недетерминированные события или «человеческий фактор». Комплексная, системная работа в этом направлении позволит реализовать переход на более продвинутую, инновационную САПР значительно более эффективно. 

Читать статью на сайте MATEC Web of Conferences