Учебное пособие 800628

УДК 004:681.516

БЕСШОВНАЯ ИНТЕГРАЦИЯ КРУПНЫХ ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ В ИНТЕГРИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ

В.В. Сафронов Воронежский государственный технический университет

В статье описывается модель интеграции крупных программных комплексов в интегрированных системах управления и предлагается концепция бесшовной интеграции таких комплексов. Рассмотрена актуальность применения отечественных программных систем. Приведена обобщенная структура интегрированной информационной системы предприятия.

SEAMLESS INTEGRATION OF LARGE SOFTWARE COMPLEXES IN INTEGRATED

SYSTEMS OF MANAGEMENT

V.V. Safronov

Voronezh State Technical University

Тhe article describes the integration model of large software complexes in integrated control systems and suggests the concept of seamless integration of such complexes. The relevance of the application of domestic software systems is considered. The generalized structure of the integrated information system of the enterprise is given.

Использование распределённых вычислительных систем, ориентированных на локальную автоматизацию отдельных участков работы, в настоящее время не позволяет достичь требуемого уровня управления и высокого экономического эффекта на предприятиях, занимающихся проектированием и разработкой высокотехнологичной продукции. Наилучшего результата можно достичь интеграцией вычислительных систем в единое информационное пространство с целью создания систем поддержки жизненного цикла изделия.

Комплексная автоматизация предназначена для создания интегрированной системы управления предприятием (программные и технические средства обеспечивающие адекватное управление всем объемом разнородных данных на основе централизованной и достоверной информации о деятельности предприятия).

Понятие «интегрированные системы управления» в начале десятилетия предложила к использованию компания IDC вместо использовавшегося ранее понятия ERP (Enterprise Resource Planning — планирование ресурсов предприятия). В основе любой интегрированной системы управления используется принцип «единого хранилища данных» (репозитория), содержащего всю информацию, накопленную организацией. Репозиторий обеспечивает одновременную доступность данных для всех работников (в соответствии с их правами).

Целью формирования концепции бесшовной интеграции крупных программных комплексов в интегрированных системах управления является разработка информационных, методических, программных средств обеспечения высокоэффективного взаимодействия набора отечественных программных продуктов в составе единой информационной системы поддержки жизненного цикла для достижения следующих целей [1,2]:

повышение качественного уровня информационной структуры предприятия;

©Сафронов В.В., 2018

241

интеграция всех компонентов информационной структуры предприятия в единое информационное пространство;

обеспечение централизованного хранения, обработки и управления данными, полученными из разнообразных элементов информационной структуры предприятия в единой (централизованной) базе данных;

обеспечение информационного обмена данными между всеми элементами информационной структуры предприятия;

повышения качества проектной документации за счет использования средств автоматического поиска и корректировки типовых ошибок проектных данных;

сокращения сроков выпуска изделий и издержек снижения на доводку изделий за счет организации возможности параллельного выполнения этапов проектирования изделия;

осуществления проектирования в единой информационной среде и комплексной поддержки жизненного цикла изделия.

Актуальность интеграции отечественных программных комплексов в интегрированных системах управления

В настоящее время проблема импортозамещения на рынке программной продукции в целом и систем поддержки жизненного цикла (PLM-систем) в частности, приобрела очень высокую актуальность. Это обусловлено следующим набором факторов:

рост спроса со стороны отечественных машиностроительных предприятий на системы поддержки жизненного цикла изделий;

необоснованно высокая стоимость покупки/внедрения/сопровождения импортных PLM-систем;

несоответствие функционала импортных PLM-систем перечню требований отечественных машиностроительных предприятий;

существование отдельных отечественных высокоэффективных программных средств, необходимых для создания комплекса поддержки жизненного цикла изделия для машиностроительного предприятия;

высокая ориентированность отечественных PLM-систем на использование CAD/CAM/CAE систем от одного производителя (разработчика PLM-системы);

отсутствие на рынке решений по интеграции отечественных программных средств в PLM-системы.

В сложившихся условиях, при повышении спроса отечественных проектных предприятий на выполнение интеграционных мероприятий по созданию единого информационного пространства, часто возникают обстоятельства, приводящие к невозможности достижения поставленной цели по одной из следующих причин [3]:

выполнение интеграционных мероприятий с использованием импортных программных продуктов не представляется возможным в виду их необоснованно высокой стоимости;

выполнение интеграционных мероприятий с использованием отечественных программных продуктов является весьма затруднительным в связи с отсутствием методик и механизмов интеграции программных продуктов от различных производителей.

В связи с этим, разработки и исследования, направленные на создание методик, программных средств и инструментов, предназначенных для создания интегрированной информационной системы поддержки жизненного цикла технического изделия, ориентированной на использование отечественных программных продуктов, являются сегодня чрезвычайно актуальными.

Об актуальности темы свидетельствует также принятие Федерального закона № 188-ФЗ от 29 июня 2015 г. «О внесении изменений в Федеральный закон «Об информации, информационных технологиях и о защите информации» и статью 14 Федерального закона

242

«О контрактной системе в сфере закупок товаром, работ, услуг для обеспечения государственных и муниципальных служб»», связанного с принятием комплекса мер по импортозамещению программного обеспечения.

Компоненты интегрированной информационной системы поддержки жизненного цикла Основной задачей при создании ИИС ПЖЦ является обеспечение полного

информационного взаимодействия систем, используемых на предприятии и обеспечивающих локальную автоматизацию отдельных этапов ПЖЦ.

К моменту принятия решения о необходимости создания единого информационного пространства на машиностроительном предприятии, как правило, используется ряд информационных систем, между которыми практически отсутствует информационное взаимодействие. Эти системы можно разделить на два класса: проектирующие и корпоративные.

Интеграция корпоративных и проектирующих систем позволяет организовать параллельную работу не только конструкторов и технологов, но и службы снабжения, производственных подразделений, что ведет к сокращению стоков разработки и внедрения новых изделий, позволяет обеспечить высокую скорость проведения и внедрения конструкторских и технологических изменений выпускаемых изделий [4].

Для осуществления интеграции вышеперечисленных групп информационных систем в систему управления жизненным циклом изделия (PLM - product lifecycle management) и создания единого информационного пространства (ЕИП) принято использовать системы класса PDM (Product Data Management — система управления данными об изделии). Такие системы предназначены для организации единого информационного пространства, осуществления централизованного хранения данных для всех информационных систем предприятия, администрирования прав доступа к наборам данных, управления структурой изделия, управления бизнес-процессами, ведения электронного архива предприятия.

Обобщенная структура интегрированной информационной системы предприятия приведена на рисунке 1.

Подходы к бесшовной интеграции крупных программных комплексов в интегрированных системах управления

Часто интеграция систем с целью создания ЕИП завершается на этапе создания единого хранилища данных, функциями которого является обеспечение хранения, персонификации и разделения доступа, а также резервирования данных [5]. При этом в сфере информационного взаимодействия отдельных подсистем изменений практически не происходит.

Влучшем случае результатом такой интеграции является то, что различные подразделения получают возможность совместного использования файлов графической документации. Механизмы обмена данными при этом сохраняются на исходном уровне, что не позволяет полностью избежать возникновения и тиражирования ошибок.

Вболее совершенной интеграционной модели для каждой сущности в каждой из интегрируемых систем создаются однозначно связанные объекты-представления. При этом связность объектов должна обеспечивать отражение изменений, внесенных в любой из подсистем, на всех объектах определенной сущности.

Совместно используемые данные/документы должны предоставляться каждому пользователю в удобном для него виде (открываться в соответствующем представлении/приложении).

Бесшовная интеграция предполагает возможность оперативного получения пользователем информации о выбранном объекте производства в любом допустимом для него разрезе, вне зависимости от того, в какой из интегрируемых систем эти данные формируются.

243

Так, руководитель предприятия, должен иметь возможность из своего персонального интерфейса программы получить данные о конструкции изделия, технологии его изготовления, наличии на предприятии запасов сырья и материалов для производства изделия, наличии на складах готовых изделий, производственных затратах на изготовление изделия, объемах продаж изделия за определенный период и т.п.

Решение интеграционной задачи на вышеозначенном уровне требует выполнения обширного комплекса организационно-технических мероприятий и в конечном этапе должно оказать положительное влияние на процесс трудовой деятельности каждого пользователя информационной системы предприятия.

Интегрированная информационная система управления жизненным циклом изделия

CAD-системы	Единое информационное пространство		DRP-Система
КОМПАС-3D			(маркетинг)
			Планирование производства
T-FLEX CAD
			Договора
Autodesk Inventor
Solid Works
другие	Средства интеграции	PDM-система
3D-Модель			FRP-cистема
Чертежи, спецификации	Графические интерфейсы	1C:PDM	Расчет себестоимости
Конструкторская документация	Конвертеры данных		Расчет затрат
	Средства запросов	T-FLEX DOCs	Ведение бюджета предприятия
		Лоцман:PLM
	Серверная часть системы
		другие
	другое
CAE-системы		Администрирование прав доступа	ERP-система
ANSYS	3D-Модель	Централизованное хранение данных	1С:ERP
	Чертежи, спецификации	Управление структурой изделия
NASTRAN	Конструкторская документация	Управление бизнес-процессами	АйТи-БОСС
COSMOS		Ведение архива документации	Парус
T-FLEX Анализ			SAP
другие			другие
Проектировочные расчеты			Складской учет
		СУБД	Бухгалтерский учет
Поверочные расчеты
			Управление финансами
Пояснительная записка
			Управление сбытом
			Управление
CAM-системы		MySQL	персоналом
Вертикаль	PostgreSQL		Учет кадров
		MsProject	Начисление 3/платы
GeMMa 3D
SprutCAM		Oracle
TimeLine		другие
другие			Экономический анализ
Технологическая документация			Прогнозирование
			Анализ затрат
Материальные и трудовые нормы			Анализ оптимальности
Программы ЧПУ			производства
	LMS-система

WebTutor

Moodle

BlackBoard СДО «Прометей»

Подготовка и переподготовка персонала

Рисунок 1 –Варианты реализации ИИС ПЖЦ

Предлагаемая интеграционная модель предусматривает не только, формирование централизованных баз знаний, унифицированных механизмов логического вывода, подсистем оперативных и аналитических расчетов, «свертку» информации (применяется при оценке хозяйственно-экономической деятельности), но и реализацию модели «горизонтального» управления предприятием (управление интерпретируется, как управление бизнес-процессами) и «вертикального» принципа автоматизации (учитывающего реальные управленческие коммуникаций организации).

Интеграционная модель базируется на исходном анализе информационной структуры системы управления конкретного предприятия и ставит задачи, решаемые с помощью создаваемых централизованных баз знаний. Централизованные базы знаний, являются подсистемами верхнего иерархического уровня в составе информационной модели системы управления, и базируются на: информационных массивах (ввод данных о бизнес-процессах); базах данных и графических базах данных (данные используемые в процессе выработки и

244

принятия управленческих решений); типовых функциях (формирование запросов, преобразование и анализ данных, по различным бизнес-процессам предприятия, формирование и применение комплексных оценок и логических заключений).

Такая структура базы знаний обусловлена необходимостью обеспечения процесса выработки и принятия управленческих решений (использование экспертных заключений, учет многокритериальных оценок).

Предлагаемая интеграционная модель и модель бесшовной интеграции крупных программных комплексов в интегрированных системах управления разрабатывается на основании концепции бесшовной интеграции с системами поддержки, планирования и сопровождения жизненного цикла и ориентацией на сохранение функциональной целостности клиент-серверной модели развертывания данных решений. Программное обеспечение реализуется в виде серии, специализированных платформо-независимых программных межмодульных интерфейсов. Предлагаемые средства, направлены на обеспечение взаимодействия как систем планирования, сопровождения, поддержки, так и решений управления жизненного цикла продукции в интегрированных системах управления.

Библиографический список

1.Модульное построение распределённой информационной системы машиностроительного предприятия /В.В. Сафронов, А.В. Барабанов, А.М. Нужный, С.Л. Подвальный //Вестник Воронежского государственного технического университета. 2015. Т.

11.№ 4. С. 44-51.

2.Концепция бесшовной интеграции управленческих систем /В.В. Сафронов, В.Ф.

Барабанов, А.Д. Поваляев, А.В. Гаганов //Вестник Воронежского государственного технического университета. 2013. Т. 9. № 6.1. С. 34-40.

3.Интеграционные решения при построение корпоративных информационных систем /Сафронов В.В., С.Л. Подвальный, В.Ф. Барабанов, А.М. Нужный //«Известия Самарского научного центра РАН», №4(3), т.18, 2016 год, с. 646-654

4.Создание электронного архива средствами PDMсистем /А.М. Нужный, В.В. Сафронов, А.В. Барабанов //Вестник Воронежского государственного технического университета. 2013. Т. 9. № 6.1. С. 23-27.

5.Интеграция системы 1С:PDM и APPIUS-технология /A.В. Барабанов, А.М. Нужный, Э.Е. Прудников, С.А. Коваленко //Вестник Воронежского государственного технического университета. 2015. Т. 11. № 4. С. 12-15.

245

УДК 004:629.7

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПОСТРОЕНИЕМ РАСПИСАНИЙ ПОДГОТОВКИ КОСМОНАВТОВ

Н.Ф. Хуснуллин Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН

В работе рассмотрена задача создания системы автоматизированного рабочего место оператора для построения расписаний подготовки космонавтов. На основе ранее разработанных моделей и алгоритмов их решения предложен прототип, учитывающий основные функциональные требования.

ASTRONAUT SCHOOLING SCHEDULE SYSTEM 1

Khusnullin N.F.

V. A. Trapeznikov Institute of Control Sciences of Russian Academy of Sciences

Тhe task of creating an automated workplace for the operator for scheduling cosmonaut training is considered. Based on previously developed models and algorithms for their solutions, a prototype is proposed that takes into account the basic functional requirements.

Введение

Существует множество сфер человеческой деятельности, в которых стоимость организационной ошибки очень высока. Одной из таких является планирование подготовки экипажа для безопасной и корректной работы на Международной космической станции (МКС). В настоящее время в Центре подготовки космонавтов имени Юрия Гагарина планирование подготовки к космическим полетам выполняется вручную без использования каких-либо систем управления, кроме Excel. Требуются большие трудозатраты для построения плана графика подготовки на 3 года и плана подготовки на предстоящую неделю. Актуализация расписаний при изменении внешних условий (например, недоступность тренажера), - ресурсоемкая операция. В целях уменьшения затрат на составление календарного плана подготовки экипажей, даты отправления которых известны, а также для ускорения процесса внесения в него изменений разрабатывается Автоматизированное рабочее место (АРМ).

Описание системы

С математической точки зрения планирование подготовки экипажа можно рассматривать как обобщение задачи управления проектом с ограниченными ресурсами. Эта проблема NP-трудна в сильном смысле [1]. В работе [2] предлагается математическая модель, основанная на целочисленном линейном программировании [4]. Однако этот подход для данной задачи оказался неэффективным. В работе [3] было представлено сравнение двух подходов к проблеме подготовки космонавтов среднего размера. Первый подход был основан на целочисленном линейном программировании, а второй был основан на программировании ограничений (CP) [5]. Было показано очевидное преимущество СР для решения рассматриваемой проблемы. Применение второго подхода позволило решить задачу с горизонтом планирования 3 года.

© Хуснуллин Н.Ф., 2018

246

Всостав программного комплекса входят следующие составные части:

система работы с данными: сбор, обработка и хранение;

система планирования и прогнозирования – математическое ядро системы;

система визуализации и контроля исполнения.

Диаграмма, описываемых ниже процессов, представлена на рис.1. Система работы с данными включает в себя плагин для Excel, который реализован на языке C# и веб-сервер, реализованный на языке Python. Основная цель плагина — предоставление пользователям (операторам) привычного интерфейса по формированию учебного плана, который включает в себя:

наименования занятий, их продолжительность и отношения предшествования между ними;

требования к количеству космонавтов на каждом из занятий;

количество тренажеров, технических средств и помещений, необходимых для проведения занятий, и их количество.

После того как учебный план сформирован, плагин позволяет отправить данные на вебсервер, который в свою очередь сохранит их в базе данных PostrgresSQL. Кроме работы с текущим учебным планом, веб сервер предназначен для работы со справочной информацией, которая включает в себя:

временные интервалы доступности ресурсов на всем горизонте планирования;

информацию о преподавателях, сотрудниках, конструкторах, космонавтах;

информацию о принятых в организации нормативах проведения тех или иных занятий, количестве рабочих часов и т.д.

Пользовательский интерфейс для работы со справочной информацией реализован на языке JavaScript при помощи AngularJs. Кроме редактирования исходных данных, веб сервер предназначен для формирования индивидуального графа отношения предшествования для каждого космонавта. Это необходимо, так как космонавты приходят на подготовку с разным уровнем подготовки и имеют разную учебную нагрузку, соответственно.

Подсистема планирования и прогнозирования предназначена для расчета плана подготовки космонавтов в составе экипажа. На текущий момент существует несколько реализаций, основанных на следующих математических подходах:

целочисленное линейное программирование (ILP);

программирование в ограничениях (CP);

эвристический алгоритм и его модификация на основе генетического алгоритма. Для решения задачи методами ILP и CP была использована академическая версия пакета

IBM ILOG CPLEX v.12.6.2. Эвристический алгоритм реализован на языке C#. В итоге, система в автоматическом режиме учитывает следующие ограничения:

все занятия из индивидуального плана подготовки каждого космонавта должны быть пройдены до заданного срока;

каждый ресурс, необходимый для проведения того или иного занятия, должен быть свободен во временном интервале, установленном для проведения данного занятия;

последовательность проведения занятий не должна противоречить заданным отношениям предшествования между занятиями;

должны выполняться ограничения на продолжительность занятий, количество занятий того или иного вида в день, в неделю и т.д.;

должны выполняться заранее установленные фиксированные сроки проведения тех или иных занятий, а также ограничения на временные интервалы между

247

проведением некоторых занятий;

в случае невозможности построения расписания при заданных ограничениях, система выдает соответствующее сообщение.

Рис.1 – Диаграмма процессов в системе

В целях уменьшения размерности решаемой задачи и ее декомпозиции, в системе процесс построения плана графика обучения экипажа организован итерационно. Под итерацией понимается запуск математического ядра, которое достраивает ранее построенный план график, на основе вновь поступивших данных. Другими словами, перед каждой итерацией на вход модуля поступает информация о новых, не включенных ранее в расписание занятиях. Вновь поступившие занятия математическое ядро располагает на

248

заданном горизонте планирования. Так, при расчете первой итерации занятия накладываются на пустой план график, на каждой следующей итерации занятия располагаются в еще доступные моменты времени согласно сформированным оператором и системой ограничениям.

Контроль за данными которые входят в каждую итерацию и очередностью их расчета остается на стороне оператора, для чего в системе создан специальный интерфейс. Другими словами, оператор автоматизированного рабочего места, согласно объективным или субъективным причинам, решает какие занятия (на практике, какая часть графа) в какую итерацию войдут. В целях обеспечения большей гибкости системы, часть ограничений, задаваемых на уровне математического ядра, переносятся в пользовательский интерфейс в виде параметров, которые может изменять оператор. Заданные оператором параметры генерируются в ограничения и передаются в математическое ядро. Кроме этого, в системе предусмотрены несколько шаблонов для добавления параметров операторами.

Решение задачи сохраняется в БД в виде матрицы, состоящей из момента времени начала занятия и его уникального идентификатора в системе. Существует возможность сохранения не только финального варианта календарного плана в виде таблицы, но также в формате исходных данных для математического ядра, который является внутренним форматом системы. Сохранение промежуточных результатов в этом формате позволяет анализировать результаты каждой отдельной итерации и более оперативно выявить ошибку в расчетах, если таковые существуют.

Далее сохраненное в БД решение система трансформирует в удобный для чтения человеком вид. Для этого в программном комплексе реализована подсистема визуализации и контроля исполнения, которая позволяет:

отобразить консолидированный план график подготовки;

отобразить план занятий каждого из космонавтов, нагрузки инструкторов и загруженность тренажеров за выбранный период (сутки, неделя, месяц, и т.д.);

изменить визуальное представление расписаний и детализацию в зависимости от выбранных параметров;

просмотреть архивные расписания;

экспортировать отображения плана подготовки в формат .xlsx (Excel).

Заключение

Вработе рассмотрены основные архитектурные решения программного комплекса, предназначенного для автоматизации процесса составления плана графика подготовки экипажа.

Библиографический список

1.Pritsker A.A. B. Watters L.J. Wolfe P.M. Multiproject scheduling with limited resources: A zero-one programming approach // Management Science. — 1969. — № 16.

2.Мусатова Е.Г. Лазарев А.А. Пономарев К.В. Ядренцев Д.А. Бронников С.В. Хуснуллин Н.Ф. A Mathematical Model for the Astronaut Training Scheduling Problem // IFAC-

PapersOnLine. — 2016. — Т. 9, № 12. — С. 221–225

3.Лазарев А.А. Бронников С.В. Герасимов А.Р. Мусатова Е.Г. Петров А.С. Пономарев К.В. Харламов М.М. Хуснуллин Н.Ф. Ядренцев Д.А. Математическое моделирование

планирования подготовки космонавтов // Управление большими системами: сборник трудов.

— 2016. — Т. 1, № 63. — С. 129–154

4.Nemhauser, G.L. and Wolsey, L.A., 1988. Integer programming and combinatorial optimization. Wiley, Chichester. GL Nemhauser, MWP Savelsbergh, GS Sigismondi (1992).

Constraint Classification for Mixed Integer Programming Formulations. COAL Bulletin, 20, pp.8-

5.Dechter, R. and Cohen, D., 2003. Constraint processing. Morgan Kaufmann

249

УДК 004:621.313.8

ВИРТУАЛЬНЫЙ СТЕНД ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПАХ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

А.Г. Шинкарюк, Ю.М. Рассадин Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН

В данной работе рассмотрена задача построения виртуального стенда двигателя постоянного тока на основе веб-интерфейса для различных задач управления. Проведен декомпозиционный синтез обратной связи с помощью блочного подхода, предложен подход к построению дискретной модели. Приведены результаты численного моделирования.

A VIRTUAL STAND OF A DC MOTOR FOR VARIOUS FEEDBACK TYPES

A.G. Shinkaryuk, Yu.M. Rassadin

Institute of Control Sciences RAS

In this paper we consider the problem of constructing a virtual stand of a DC motor for various control problems using a web interface. Decomposition synthesis of feedback has been conducted using the block approach, an approach to constructing a discrete model has been proposed. The results of numerical simulation are presented.

1. Введение

Важной задачей в научно-образовательной деятельности организаций является непрерывное внедрение полученных результатов и разрабатываемых алгоритмов в учебный процесс. В традиционном образовании такое внедрение часто осложняется трудоемкими процедурами подготовки и утверждения учебных планов и материалов. На помощь приходит онлайн-образование и современные платформы обучения, которые позволяют в короткий срок предоставить студентам новые обучающие материалы. Потребность в таких платформах есть и в России, многие вузы внедряют онлайн-обучение как дополнение к традиционным способам и даже как их замену.

Существует общемировая практика создания подобных обучающих платформ, которая доказывает их эффективность и удобство [1]. Имеющиеся на данный момент онлайн-сервисы можно разделить на две категории. К первой категории относятся платформы дистанционного обучения, такие как Coursera, edX, Udacity и многие другие. На данных платформах представлены видеоуроки и презентации, а в качестве проверки знаний предлагаются простейшие тесты. Из-за ограниченных возможностей по тестированию полученных знаний данные платформы слабо подходят для практического обучения в области теории управления, в частности, для выполнения лабораторных работ.

Ко второй категории относятся так называемые «виртуальные лаборатории», которые в удаленном режиме позволяют либо выполнять численное моделирование, либо управлять реальным объектом [2],[3]. Некоторые из таких сервисов предлагают современный дизайн и элементы виртуальной реальности и геймификации [4], но большинство были созданы еще десятилетие назад и хоть и обладают мощной функциональностью, но имеют устаревший интерфейс, написанный на языке Java [3]. Это сильно ограничивает возможность использования таких сервисов, поскольку требует установки плагинов, которые доступны не на всех современных устройствах-клиентах. С другой стороны, проведенные исследования

© Шинкарюк А.Г, Рассадин Ю.М., 2018

250