Облик, архитектура и этапы создания электронной базы знаний по производственным технологиям предприятий ракетно-космической промышленности

УДК 629.7:004

Облик, архитектура и этапы создания электронной базы знаний по производственным технологиям предприятий ракетно-космической промышленности

Appearance, architecture, and stages on the development of an digital knowledge base on production technologies of aerospace industry enterprises

Задачи управления научно-технологическим заделом (НТЗ) по промышленным технологиям изготовления перспективных изделий ракетно-космической техники (РКТ) должны решаться на основе массивов информации о базовых и критических технологиях, которые составляют основу производства. Исходя из таких задач, возникает потребность в создании и сопровождении информационно-аналитической системы (ИАС) на основе электронной базы знаний (БЗ), которая должна стать основой информационной поддержки в принятии решений по управлению НТЗ.

В исследовании проведен анализ основных направлений автоматизации информационно-аналитического обеспечения (ИАО) мониторинга технологий предприятий ракетно-космической промышленности (РКП), на основе которого выработаны требования, методология и дорожная карта создания БЗ по базовым и критическим технологиям изготовления изделий РКТ.

Настоящая работа актуальна, поскольку является одним из направлений системного подхода в организации современной технологии информационной поддержки управления НТЗ в отрасли.

Объектом исследования являются нормативная база и массивы знаний мероприятий ИАО управления по созданию опережающего НТЗ в области базовых и критических технологий производства изделий РКТ предприятий ракетно-космической промышленности (РКП) Госкорпорации «Роскосмос» (далее – управление технологиями), мероприятий мониторинга обеспеченности предприятий РКП промышленными технологиями производства космических средств на период до 2030 года (мероприятий мониторинга технологий).

Аспекты исследования включают: создание и применение общеотраслевой БЗ для всех видов промышленных технологий производства изделий РКТ, мониторинг и анализ информации о развитии промышленных технологий производства изделий РКТ от предприятий РКП, разработку и применение регламентов информационного взаимодействия в системе управления опережающим развитием промышленных технологий производства изделий РКТ, обеспечение интерфейсов передачи данных в системы БЗ и внешние системы, верификацию каталогизированных данных об уровне готовности промышленных технологий и производства изделий РКТ (рис. 1).

Рис. 1. Основные структурные элементы объекта исследования

Цель исследования – разработка и обоснование облика, архитектуры и этапов создания электронной отраслевой БЗ по базовым и критическим технологиям производства изделий РКТ. Модель отраслевой БЗ должна быть адаптивна и позволять гибко подстраиваться под меняющиеся потребности субъектов управления технологиями.

Отраслевая БЗ рассматривается как подсистема отраслевой ИАС управления промышленными технологиями и должна быть сформирована на основе единого методического, организационного и программно-математического обеспечения.

В соответствии с поставленными целями сформированы группы задач БЗ в системе технологического развития РКП: информационные, аналитические, расчетно-прогностические, управления системой.

Для достижения целей исследования разработаны Программная архитектура и функционал БЗ (рис. 2).

Рис.2. Программная архитектура и функционал

Архитектура БЗ включает служебную БД, БД моделей, БД объектов (рис. 3) [1].

Рис.3. Архитектурная модель базы знаний

В служебной БД хранится вся необходимая служебная информация как о самой системе и ее модулях, так и о пользователях-субъектах управления технологиями.

БД моделей включает следующие группы моделей представления данных:

• модели структур (базовых категорий, сущностей), отношений вхождения, отношений наследования (основные модели);
• модели предметных областей;
• временные модели (выборки из основных моделей);
• модели представления знаний (онтологическая, фреймовая, продукционная (порождения), исчисления предикатов, исчисления высказываний).

В структуре БЗ два уровня – стратегический и тактический. Каждому соответствуют функциональные группы знаний (рис. 4.).

Рис. 4. Структура БЗ

В основе методологии исследования лежит систематизация технологий создания перспективных изделий РКТ. В исследовании сформулированы методологические требования к БЗ и разработана концептуальная схема предметной области ИАС, включающая уровень данных и уровень знаний (рис. 5).

Рис.5. Методология и планируемые результаты

Уровень данных включает в себя исходные данные, полученные от предприятий.

Уровень знаний – модели поисковых, аналитических и синтетических правил, модели расчета формирования и расчета показателей технологий, методологии синтеза выводов об обеспеченности предприятий промышленными технологиями.

В результате создания макета ИАС планируется получить автоматизированную отраслевую систему обеспечения управления НТЗ в области базовых и критических технологий предприятий РКП.

В рамках практической части исследований ФГУП «НПО «Техномаш» совместно с партнерами разработано программное и методическое обеспечение решения проблемы по управлению предприятиями ракетно-космической отрасли на основе методологии проектно-операционного управления (ПОУ) [2, 3]. Базовой идеей методологии (рис. 6) является объединение механизмов управления, традиционно используемых в PLM-комплексах (work flow) и ERP-системах (MRP-II/APS).

Система управления, построенная на принципах ПОУ, обеспечивает:

• снижение цикла разработки новых изделий на 10…25% за счет  параллельного, скоординированного моделирования процессов конструкторского и технологического проектирования, логистического сопровождения и изготовления;
• балансировку и рациональное использование ресурсов за счет применения методов APS (advanced planning and scheduling) при планировании процессов;
• консолидированное управление процессами создания новых изделий и изготовления серийной (мелкосерийной) продукции.

Рис. 6. Интерпретация базовой идеи методологии ПОУ

Средства сопровождения (проектирования и анализа) элементов информационного обеспечения системы обладают высокой степенью автоматизации на основе использования баз знаний.

Система выполняет задачу «координатора» над действующими на предприятии функционалами PLM и ERP без изменения структуры существующих бизнес-процессов и программно-инструментальных средств обеспечения работы инженерных и планово-экономических подразделений. За счет этого данная разработка существенно повышает уровень гибкости и мобильности предприятия при формировании решений на всех уровнях управления (предприятие, отдел/цех, конечный исполнитель) на любой стадии жизненного цикла изделия (ЖЦИ).  

Предлагаемая система становится инструментом типизации цифровых двойников изделий, технологий, процессов и производств в отрасли.

В соответствии с концепцией «Индустрия 4.0» цифровые двойники (Digital Twin – DT) – это комплекс динамических информационных моделей представления данных о физическом объекте и процессах его создания. Построение DT как массивов данных изделий, технологий, процессов и производств определяется общей концепцией «Big Data». При этом в условиях перехода от стадий проектирования к производству изделия информационные модели могут трансформироваться не только по содержанию, но и по структуре. Система на основе ПОУ обеспечивает структуризацию и сопровождение массивов данных и БЗ путем формирования цифровых двойников:

• DT-1 – изделия;
• DT-2 – процессов разработки и производства изделия, обеспечивающего идентификацию формируемых характеристик изделия;
• DT-3 – производственной системы, обеспечивающей решение следующих задач:

контроль и регулирование параметров технологий, оборудования и средств технологического оснащения;

управление материально-техническими и трудовыми ресурсами (оборудование, здания, объекты инфраструктуры, персонал);

сопровождение информационного паспорта предприятия;

структуризация и сопровождение БЗ по производственно-технологическим решениям;

сопровождение материалов по анализу проектно-производственной деятельности предприятия.

Применение DT-3 для предиктивного моделирования состояния проектно-производственной среды предприятий позволит существенно повысить их эффективность.

При этом необходимо отметить, что использование DT-3 представляется особенно актуальным для предприятий РКП, характеризующихся мелкосерийным и единичным типом производства.

Во ФГУП «НПО «Техномаш» разработан и апробирован прототип одного из разделов DT-3 – паспорт предприятия.

Вывод

По результатам исследований ФГУП «НПО «Техномаш» может обеспечить:

1. Систематизацию общих требований к ИАО стратегического и программно-целевого планирования мероприятий по созданию опережающего НТЗ в области базовых и критических технологий предприятий РКП.
2. Создание системы корпоративных программно-информационных сервисов поддержки управления НТЗ в области базовых и критических технологий предприятий РКП.

Библиографический список

1. Нечаев В.В., Кошкарёв М.И. Интеллектуальные решатели задач: сравнительный анализ и архитектурная модель // Информационные и телекоммуникационные технологии. – 2014. – № 21. – С. 51–61.
2. Лопота А.В., Цырков А.В. Построение системы проектно-операционного управления научно-производственным машиностроительным комплексом // Оборонный комплекс – научно-техническому прогрессу России: Науч.-техн. журн. – 2016. – № 2. – С. 52–60.
3. Семенов В.В., Цырков А.В., Юрцев Е.С. «Индустрия 4.0». Новое в управлении жизненным циклом продукции // Вестник «НПО «Техномаш». – 2018. –№6. – С. 73–76.

Пантелеев Константин Дмитриевич – канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник ФГУП «НПО «Техномаш» им. С.А. Афанасьева. Тел.: 8(495) 689-95-26. E-mail: K.Panteleev@tm.fsa / Panteleev Konstantin Dmitrievich – Ph.D. in Engineering Sciences, Leading Research Officer of FSUE «NPO «Technomac» named after S.A. Afanasev. Tel.: 8(495) 689-95-26. E-mail: K.Panteleev@tm.fsa

Цырков Александр Владимирович – д-р техн. наук, профессор, главный научный сотрудник ФГУП «НПО «Техномаш» им. С.А. Афанасьева. Тел.: 8(495) 689-74-34. E-mail: A.Tsyrkov@tmnpo.ru / Tsyrkov Aleksandr Vladimirovich – Doktor Nauk in Engineering, prof., Principal Research Officer of FSUE «NPO «Technomac» named after S.A. Afanasev. Tel.: 8(495) 689-74-34. E-mail: A.Tsyrkov@tmnpo.ru

Чернодед Игорь Иванович – руководитель проекта ФГУП «НПО «Техномаш» им. С.А. Афанасьева. Тел.: 8(495) 689-31-73. E-mail: I.Chernoded@tmnpo.ru / Chernoded Igor Ivanovich – Project Manager of FSUE «NPO «Technomac» named after S.A. Afanasev. Tel.: 8(495) 689-31-73. E-mail: I.Chernoded@tmnpo.ru