11 - 2004

Автоматизация планирования проектов с помощью параметрического моделирования в системе T-FLEX CAD

Борис Рутенберг

При производстве технологического оборудования на Волжском автомобильном заводе (ПТО АО «АВТОВАЗ») разрабатываются и реализуются проекты агрегатных станков, автоматических линий для механической обработки, сварки и других операций, связанных с производством автомобилей. Как правило, каждый проект уникален, а его разработка и изготовление оборудования осуществляются за довольно продолжительный период времени силами многих специалистов из различных подразделений завода.

Огромную важность при безусловном обеспечении качества оборудования, изготавливаемого по разовым заказам, сегодня приобретает соблюдение сроков, которые определяются программами развития автомобильного производства. Для этого необходимы современные системы планирования, позволяющие на ранних стадиях оценивать приемлемые варианты реализации проектов в заданные сроки с учетом имеющихся ресурсов. Мы должны иметь возможность даже на стадии подготовки технико-коммерческих предложений достоверно оценивать ожидаемые временные и затратные параметры, а также стратегически планировать весь комплекс проектов на основе анализа календарного использования всех имеющихся и необходимых ресурсов.

Следует также иметь в виду, что для производства по разовым заказам необходимо мобильное планирование, которое может учитывать складывающуюся производственную ситуацию и риски. В этом случае главная роль отводится не поиску оптимального решения, а способам получения различных вариантов ожидаемых изменений производства в результате управленческих воздействий с возможностью наглядной динамической оценки временн ы х и экономических показателей.

Управление проектами должно проводиться с помощью средств, обеспечивающих прозрачность учета по времени и адресности использования всех ресурсов. Важнейшим условием повышения экономической эффективности вследствие внедрения автоматизации управления производством является внедрение структурных и организационных решений, которые должны предшествовать созданию или модернизации автоматизированных систем. Необходимо проводить анализ общего технологического процесса каждого заказа, выявление составляющих его частей, которые могут выполняться параллельно, определение взаимозависимости сроков начала и окончания процессов по технологическим ограничениям, а также по ограничениям, которые связаны с использованием общих ресурсов.

Исходя из этих требований нами была сформулирована концепция принятого к разработке проекта системы автоматизированного планирования заказов на изготовление технологического оборудования. Главными критериями системы планирования являются сроки выполнения заказа, определяемые контрактами, а также сроки выполнения отдельных фиксируемых этапов, взаимоувязанных по требованиям общего технологического процесса, обеспечение параллельного проектирования и изготовления составляющих частей заказа в строго определенной последовательности, вытекающей из технологии общей сборки.

Началом проекта является момент заключения контракта или согласования технико-коммерческого предложения. Сроком сдачи проекта в эксплуатацию является срок, определенный контрактом или графиком подготовки производства новой модели автомобиля. Процесс общей сборки, монтажа, отладки и испытания изготавливаемого оборудования должен быть минимизирован по продолжительности и стать объектом пристального внимания при анализе выполнения проектов, так как он является доминирующим. Невыполнение сроков по этому процессу приводит не только к срыву завершения проекта, но и к срыву других проектов вследствие занятости производственной площади и оборудования участка общей сборки. Аномальное состояние любых работ в составе проекта, связанное с необеспеченностью их ресурсами, должно быть выявлено на любом этапе изменения общего плана, и с этого момента должны стать объектами управленческого воздействия.

Логическое связывание составляющих частей и работ в проектах по срокам должно предшествовать разработке календарных планов и осуществляться на основе проектов-прототипов, для которых разработаны типовые модели сетевых графиков работ. Отображение динамического состояния параметров загрузки ресурсов в пространстве и времени является главным инструментальным средством оценки текущего состояния общего плана предприятия и его подразделений.

При выборе программного обеспечения, позволяющего комплексно решать эти вопросы, мы столкнулись с проблемой обеспечения простого и понятного для всех специалистов логического представления структуры работ по реализации проекта в последовательности, определяемой технологическими требованиями. В существующих системах управления проектами, например в широко известном пакете MS Project, оказалось затруднительно реализовать в соответствии с названными требованиями наглядное представление проекта на стадии технико-коммерческого предложения. Поэтому в настоящей статье мы хотим поделиться своим опытом решения изложенной выше задачи с помощью системы графического параметрического моделирования T-FLEX CAD от российской компании «Топ Системы».

Одной из форм представления проекта на самой ранней его стадии (техническое предложение) является структурная схема проекта (рис. 1), которая создается для каждого типа оборудования в соответствии с логикой реализации объектов, входящих в состав проекта.

Рис. 1. Структурная схема проекта

Рис. 1. Структурная схема проекта

Под объектами понимаются составные части проекта, которые могут быть спроектированы и изготовлены независимо, но должны поступать на общий монтаж в составе оборудования в технологической последовательности, определяемой их конструктивными особенностями. Эти типовые схемы не зависят ни от продолжительности общего цикла разработки, изготовления и испытаний проекта, ни от количества требуемых ресурсов, а зависят лишь от типа оборудования, который определяется конструктивными особенностями, влияющими на технологию общего монтажа. Схема охватывает все объекты проекта на протяжении его жизненного цикла, включающего разработку, технологическую подготовку, обеспечение комплектующими и материалами, изготовление деталей и узлов, общую сборку, монтаж, отладку и испытания, консервацию и упаковку, а также работы по авторскому надзору и сопровождению в производстве и эксплуатации.

Для реализации гибкой модели разработки подобных схем в T-FLEX CAD были подготовлены простые и удобные параметрические элементы «Объект» и «Этап», оснащенные необходимыми внешними параметрами, которые с помощью имеющегося в T-FLEX CAD инструментального обеспечения могут быть заданы при нанесении их на схему и редактироваться после нанесения.

«Объект» — это составляющая часть проекта, обусловленная технологической или конструктивной целостностью, понятной для участников проекта. Модель объекта (рис. 2) представляет собой графический элемент, выполненный в виде расположенного по дуге текста. Наименование объекта, величина прогиба дуги, а также ее цвет определяются внешними параметрами, которые задаются в диалоговом окне редактора переменных, вызываемого при нанесении на структурную схему или при корректировке объекта. Положение концевых узлов и соответственно длина дуги устанавливаются закреплением объекта на сетевом графике с помощью манипулятора типа «мышь». При этом T-FLEX CAD обеспечивает возможность отображения ассоциативно связанных с дугами текстов, что позволяет легко модифицировать положение и размеры объектов без потери наглядности в представлении общей структуры.

Рис. 2. Модель объекта

Рис. 2. Модель объекта

«Этап» — это событие, предусмотренное процессом управления проектом и подлежащее контролю, который считается завершенным при условии реализации какого-либо объекта. Модель этапа (рис. 3) представляет собой графический элемент, состоящий из вертикальной линии и информационного элемента с условным обозначением. В этой модели также устанавливаются необходимые параметры и зависимости для визуального отображения состояния реализуемых объектов на данном этапе.

Рис. 3. Модель этапа

Рис. 3. Модель этапа

При разработке структурной схемы необходимый элемент выбирается из библиотеки и переносится в пространстве листа с помощью мыши, а параметры каждого элемента задаются в диалоговой панели, как показано на рис. 4. Такая модель проста для реализации и модификации и наглядно показывает логику структуры проекта, что делает возможным ее быстрое создание для демонстрации на технических советах и последующее использование в качестве основы для типовых параметрических моделей сетевых графиков проектов.

Рис. 4. Нанесение объектов на структурную схему

Рис. 4. Нанесение объектов на структурную схему

На стадии технико-коммерческого предложения необходимо более детальное представление проекта в виде сетевого графика, в процессе реализации которого должны быть определены его сроки и исполнители. Разработка типового сетевого графика проекта заключается в выборе структурной схемы соответствующего типа и в детальном раскрытии состава объектов (то есть в определении перечня и последовательности работ для его реализации) с привязкой сроков их выполнения к календарной шкале и с указанием исполнителей и ресурсов.

Для решения этой задачи в T-FLEX CAD имеются необходимые инструментальные средства и технологические возможности, с помощью которых были разработаны и внесены в библиотеку системы такие элементы сетевого графика, как «Работа», «Наборы работ» и «Шкала времени».

Рассмотрим эти элементы и процесс создания из них сетевого графика на конкретном примере. Основным элементом сетевого графика является модель работы (рис. 5), которая представляет собой графический элемент, состоящий из дуги с двумя внешними узлами и из информационного элемента с отображаемыми данными.

Рис. 5. Модель работы

Рис. 5. Модель работы

В T-FLEX CAD координаты внешних узлов каждой работы принимают значения по месту их нанесения на сетевой график, при этом соответственно изменяется расстояние между ними. В модели эти координаты задаются с помощью переменных X1, Y1 и X2, Y2 . Модель работы снабжается также другими внешними параметрами, которые могут характеризовать каждый этап работы при включении ее в сборную модель. Все эти параметры вносятся в модель с помощью диалоговой панели редактора переменных, причем для объявления этих параметров внешними в редакторе переменных они отмечаются галочками.

В редакторе переменных с помощью специальных выражений определяются зависимости визуальных эффектов от названных параметров, сопровождающих наглядное представление работ в их характерных состояниях (рис. 6).

Рис. 6. Типы отображения работ в различных состояниях

Рис. 6. Типы отображения работ в различных состояниях

Например, если продолжительность работы не превышает допускаемую величину, то форма ее отображения соответствует виду работы № 1, в противном же случае она выглядит как работа № 2, а при достижении значения объема выполнения, равного плановой трудоемкости, изменяется цвет информационного элемента и она принимает вид как у работы № 3.

Этап представляет собой подлежащее контролю событие, которое предусмотрено процессом управления проектом и считается завершенным после выполнения какого-либо комплекса (набора) работ, обычно характеризующего состояние проекта на макроуровне.

Модель набора работ — это сочетание нескольких работ, обусловленное зависимостями, связанными с порядком их выполнения, например типовой технологический процесс, состоящий из нескольких операций или переходов. На рис. 7 представлен пример такого набора для трех взаимосвязанных работ. Для создания набора модель работы выбирается из библиотеки и затем с помощью манипулятора типа «мышь» переносится на пространство листа графической параметризованной системы в необходимом количестве с привязкой посредством внешних узлов для образования устойчивых связей. Начало и конец набора работ тоже являются внешними узлами, поэтому при нанесении набора работ на сетевой график расстояние между ними устанавливается в зависимости от координат точек привязки на графике, а расстояние между концами каждой работы определяется их зависимостями внутри набора, например коэффициентами пропорциональности.

Различные параметры каждой работы могут устанавливаться непосредственно в модели набора работ, в том числе со ссылкой на общие параметры наборов работ. Подобным образом создаются и другие типы наборов работ, где могут быть применены иные сочетания работ, а в их состав могут быть включены ранее созданные наборы работ, вследствие чего библиотека постоянно пополняется моделями типовых наборов работ.

Рис. 7. Пример набора из трех работ

Рис. 7. Пример набора из трех работ

Рис. 8. Модель шкалы времени

Рис. 8. Модель шкалы времени

 

Модель шкалы времени (рис. 8) представляет собой масштабную линейку, проградуированную в днях, неделях, месяцах и годах. В диалоговой панели шкалы задаются значения общей продолжительности проекта, номер недели и год начала проекта.

Размер одного деления, устанавливаемый переменной shag, определяет общий масштаб координатной системы в днях, на которую наносится данная шкала.

Сетевой график конкретного проекта может быть получен с помощью такой модели путем уточнения параметров его идентификации (соответственно меняются параметры идентификации входящих в него элементов), а также посредством корректирования сроков выполнения проекта и/или его этапов (с ассоциативным изменением сроков выполнения всех работ по проекту). При этом практически отпадает необходимость ручного ввода календарных дат по каждой работе — эта операция полностью выполняется путем графического редактирования всех элементов сетевого графика, с последующей автоматической передачей их вместе с другими необходимыми параметрами при помощи встроенной в систему T-FLEX CAD спецификации в базу данных системы управления проектами.

Для разработки сетевого графика планирования конкретного проекта в пространстве листа создаются два узла, определяющие расположение сетевого графика. Календарная шкала выбирается из библиотеки (рис. 9) и с помощью манипулятора типа «мышь» переносится на лист с привязкой к этим узлам, причем параметры шкалы настраиваются на отображение в необходимом диапазоне времени и масштабе на диалоговой панели редактора переменных значений.

Затем из библиотеки выбирается этап и посредством манипулятора типа «мышь» в необходимом количестве переносится на лист с привязкой к специально созданным для этого узлам (рис. 10). На этапах создаются узлы привязки к ним работ или наборов работ (рис. 11), которые для наглядности могут располагаться на разных по высоте уровнях.

Рис. 9. Нанесение шкалы времени на сетевой график

Рис. 9. Нанесение шкалы времени на сетевой график

Рис. 10. Нанесение этапов на сетевой график

Рис. 10. Нанесение этапов на сетевой график

Рис. 11. Создание узлов для привязки работ

Рис. 11. Создание узлов для привязки работ

Затем из библиотеки выбирается работа или набор работ и с помощью мыши в необходимом количестве переносится на лист с привязкой к созданным для этого узлам (рис. 12.) В каждой работе при перенесении на график или позже с помощью диалоговой панели могут быть изменены значения переменных, кроме сроков выполнения, которые для каждой работы автоматически принимают значения координат Х их внешних узлов, выраженных в количестве дней от начала проекта. Изменение сроков в случае необходимости осуществляется путем переноса посредством мыши концов работ или наборов работ с привязкой к другим этапам (рис. 13) или переноса узлов расположения этапов на сетевом графике (рис. 14).

Рис. 12. Нанесение работ и их наборов на сетевой график

Рис. 12. Нанесение работ и их наборов на сетевой график

Рис. 13. Изменение продолжительности работ

Рис. 13. Изменение продолжительности работ

Рис. 14. Изменение сроков выполнения этапов

Рис. 14. Изменение сроков выполнения этапов

При изменении параметров работ по мере их выполнения автоматически проявляются визуальные эффекты, обеспечивающие наглядное представление работ в их характерных состояниях (рис. 15).

С помощью еще одного средства T-FLEX CAD — автоматизированной подготовки спецификации — создается база данных в формате MS Access по параметрам всех входящих в сетевой график работ. Эта база динамически связывается с MS Project, что позволяет расширить круг пользователей и возможности основной системы планирования.

Рис. 15. Изменение состояния работ и этапов при изменении сроков

Рис. 15. Изменение состояния работ и этапов при изменении сроков

Таким образом, благодаря уникальным возможностям, подкрепленным инструментальным обеспечением системы графического параметрического моделирования T-FLEX CAD, нам удалось разработать модели структурной логической схемы и сетевого графика, обеспечивающего предварительное планирование на раннем этапе проекта, с возможностью передачи полученного календарного расписания в систему управления проектами на базе MS Project.

Описанный в этой статье метод может быть применен в самых различных проектах как на строительных и машиностроительных предприятиях, так и в научных и исследовательских организациях в случае обоснования бюджетов инвестиционных и инновационных проектов. Реализация данного метода на ранних этапах обеспечивается непосредственно в CAD-системе, без привлечения специализированных программ, предназначенных для управления проектами, и соответствующих специалистов, что позволяет с наименьшими затратами оперативно получать большое число вариантов для принятия решения. На более поздних этапах найденные решения могут быть импортированы в специализированные системы, что будет способствовать снижению затрат по вводу данных в эти системы.

«САПР и графика» 11'2004