Диссертация: Разработка метода планирования работ по подготовке производства к выпуску новых образцов авиационной техники.

Актуальность и степень разработанности темы исследования. Научнотехнический прогресс является важным условием развития экономики, общества и обеспечения обороноспособности страны. В настоящее время усилия предприятий наукоемкой, высокотехнологичной отрасли направлены на повышение конкурентоспособности на международном уровне. Создание новых образцов авиационной техники является одним из направлений этого развития и оказывает значительное влияние на развитие многих смежных областей. Процесс подготовки производства к выпуску новой авиационной техники состоит из множества этапов, каждый из которых обладает собственной спецификой, и образует сложные производственные цепочки. Как правило, помимо подразделений основного предприятия, каждое из которых имеет узкую специализацию, в подобных производственных отношениях участвуют смежные организации. Это приводит к необходимости решения задачи рационального сочетания этих производственных процессов во времени и синхронизации совместной деятельности исполнителей. В настоящее время одним из способов достижения конкурентных преимуществ промышленных предприятий является внедрение и развитие специализированных информационных систем. Они применяются в проектировании, производстве, управлении и многих других областях. В частности, для решения указанной задачи применяется программное обеспечение (ПО), предназначенное для производственного планирования, управления проектами и организации цикла материально-технического обеспечения (МТО). При вводе подобных информационных систем в эксплуатацию, а также при их последующем развитии, важно учитывать специфику предприятия, выпускаемой продукции и производственных процессов. Практика показывает, что классическое программное обеспечение, используемое в производственном планировании и управлении проектами, успешно применяется в условиях, когда множество работ и их взаимосвязей определено заранее и эти работы повторяются многократно. В основном, такой характер имеют процессы серийного и массового производства. Однако, указанное программное обеспечение не учитывает особенности производственного планирования, имеющие место в области создания новых образцов авиационной техники. Это приводит к возникновению ряда негативных эффектов. Например, замедленной реакции системы планирования на изменение производственной ситуации, возникновению потерь, связанных с простоем производства и др. Таким образом, разработка методов и средств календарного планирования, учитывающих специфику подготовки производства к выпуску новых образцов авиационной техники и позволяющих сократить указанные негативные эффекты, является актуальной задачей, значимость которой повышается на фоне обострения международной конкуренции в области вооружений и, в частности, разработки и производства военной авиационной техники. Исследования в области организации производства, календарного планирования наукоёмкого производства, управления проектами по созданию сложных технических систем и оптимизации построения расписаний проводились О.Г. Туровцом, Ю.С. Клочковым, В.Н. Козловским, А.В. Цырковым, А.В. Лопотой, И.Н. Омельченко, Е.С. Постниковой, В.И. Галкиным, М.А. Всяким, Р.Р. Загидуллиным, Д.В. Щербаковым, А.В. Черненко, О.И. Митяковой, Е.М. Клеймёновой, Р.А. Чурсиным, В.В. Великановым и другими. Задачи планирования с точки зрения классических методов математического программирования, теории графов и теории расписаний рассматриваются в работах Л.В. Канторовича, С.А. Ашманова, Е.С. Вентцеля, Дж. Б. Данцига, Д.А. Новикова, М.В. Белова, В.Н. Буркова, В.И. Воропаева и других. Исследования, связанные с выбором метода автоматизации проектирования календарного плана проекта, проводились А.Б. Клименко, О.А. Сергеенковой, M. Kataoka, H. Kim, M. Konig, A. Mrkela, E. Tauscher и другими. Вопросы, связанные с теорией программных агентов и многоагентных систем (МАС), рассмотрены в работах В.А. Виттиха, В.Б. Тарасова, В.И. Городецкого, Н.В. Гладкова, М.К. Валиева, М.И. Дехтяря, А.Я. Диковского, P. R. Cohen, H. J. Levesque и других учёных. Практические исследования в области промышленного применения МАС отражены в работах Е.М. Клеймёновой, Е.В. Симоновой, О.И. Лахина, И.В. Майорова, Г.А. Ржевского и П.О. Скобелева. Отдельный интерес представляют работы Д.А. Ризванова, Е.С. Чернышева, Н.И. Юсуповой и С.А. Громова, описывающие применение систем программных агентов в задачах календарного планирования и управления ресурсами. Вопросы безопасности и горизонтального масштабирования МАС рассмотрены в исследованиях С.А. Хованскова и В.А. Литвиненко.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка метода календарного планирования, обеспечивающего согласованную деятельность исполнителей и позволяющего сократить время простоя при выполнении работ по подготовке производства к выпуску новых образцов авиационной техники. Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи: 1. Исследовать особенности производственного планирования и управления проектами, имеющие место в процессе создания новых видов авиационной техники. 2. Провести анализ существующих методов и средств, применяемых в области календарного планирования и управления проектами. 3. Разработать метод оценки времени реакции системы производственного планирования авиастроительного предприятия на изменение производственной ситуации. 4. Разработать средства календарного планирования, удовлетворяющие требованиям и условиям цели настоящего исследования, и выполненные в виде комплекта ПО. 5. Разработать алгоритм поэтапного внедрения предлагаемого метода планирования на предприятиях, выполняющих работы по созданию новых образцов авиационной техники. 6. Провести внедрение и апробацию предложенного метода в реальных производственных условиях авиастроительного предприятия.
Объект исследования: система производственного планирования авиастроительного предприятия.
Предмет исследования: методы и средства календарного планирования работ по созданию новых образцов авиационной техники и материальнотехнического обеспечения этих работ.
Область исследования. Основные положения диссертации соответствуют паспорту специальности научных работников 2.5.22 – «Управление качеством продукции. Стандартизация. Организация производства» и охватывает следующие области исследования, предусмотренные паспортом: П.23 Разработка и совершенствование методов и средств планирования и управления производственными процессами и их результатами. П.22 Разработка методов и средств организации производства в условиях организационно-управленческих, технологических и технических рисков. П.17 Разработка и научно-практическое развитие инструментов бережливого производства, синхронизации в производственных системах, оптимизации процессов и рабочих мест. П.15 Научно-практическое развитие инженерных инструментов управления, организации производственных систем, а также баз знаний.
Методы исследования. В процессе исследования применялись общенаучные методы, методы математической статистики, корреляционного анализа, системного анализа и абстрактно-логический метод. В основе решения задачи планирования лежат методы адаптивного планирования и сопряжённых взаимодействий в сетях потребностей и возможностей (ПВ-сетях). Эффективность предложенных методов и средств планирования подтверждается экспериментальным методом в реальных производственных условиях. Средства производственного планирования, предложенные автором, являются реализацией метода имитационного моделирования производственной деятельности предприятия.
Научная новизна и положения, выносимые на защиту. Наиболее значимые результаты, составляющие научную новизну диссертационного исследования и выносимые на защиту, сформулированы в следующих положениях. 1. Разработан метод календарного производственного планирования, основанный на использовании усовершенствованной системы программных агентов, предложенной и разработанной автором. Данный метод разработан с учётом особенностей процесса создания новых видов авиационной техники и предусматривает отдельные режимы планирования для тактического и оперативного уровней планирования. 2. Разработан метод оценки времени реакции систем календарного производственного планирования, управления проектами и МТО на изменение производственной ситуации. Данный метод отличается тем, что учитывает хронологию событий в указанных системах и позволяет на практике оценить влияние выбранного метода и средств календарного планирования на потери, связанные с простоем производства. 3. Разработаны методы: определения потенциальных последовательностей работ и определения требований к квалификации и специализации потенциальных исполнителей работ. Эти методы основаны на применении инструментов машинного обучения и предназначены для выявления потенциальных связей типа работа-исполнитель и работа-работа (предшественник-последователь) через контекстный анализ наименований работ, и статистический анализ нормативов и номенклатурных позиций, применяемых на работах. Предложено использование указанных методов в качестве замены онтологическому подходу, который является классическим для многоагентных систем. 4. Разработан алгоритм поэтапного ввода предлагаемой многоагентной системы в эксплуатацию в производственную систему авиастроительного предприятия. Данный алгоритм учитывает специфику систем производственного планирования, применяемых на современных предприятиях, участвующих в выполнении НИОКР по созданию новых видов авиационной техники.
Практическая значимость работы. Предложенные в диссертационной работе метод и средства производственного планирования основаны на применении многоагентной системы и ориентированы на применение на авиастроительных предприятиях, выполняющих работы по созданию новых образцов авиационной техники. Модифицированный метод адаптивного планирования позволяет: • сократить время реакции системы производственного планирования на изменения производственной ситуации; • снизить потери, связанные с простоем производства; • повысить согласованность совместной деятельности исполнителей; • решить проблему позднего формирования материальных заявок; • сократить время формирования и корректировки производственного плана (ПП). Многоагентная система, предлагаемая в качестве основного средства производственного планирования, соответствует требованиям, предъявляемым в рамках программы импортозамещения, а также требованиям к безопасности программного обеспечения, соответствует требованиям основных стандартов FIPA и IEEE, и предусматривает горизонтальное масштабирование многоагентной системы, что позволяет расширять область её применения. Результаты исследования показали, что на начальных этапах внедрения применение модифицированного метода адаптивного планирования позволяет сократить время реакции системы планирования при корректировке ПП на 71%, при планировании работ по подготовке производства к выпуску новых видов авиационной техники. Применение многоагентной системы позволило сократить время, затрачиваемое на проверку заявок на выдачу материалов в производство, в среднем на 8% в случае закупки материалов, и на 40% в случае выдачи материалов со склада, а также снизить количество отмен с 57% до 11%. Предложенные в диссертационном исследовании методы и ПО могут быть адаптированы для решения аналогичных задач и в других областях, связанных с производством новых видов наукоёмкой продукции.
Степень достоверности и апробация результатов. Результаты диссертационного исследования внедрены в ОКБ Сухого и используются в учебном процессе Московского авиационного института (национального исследовательского университета) (МАИ), что подтверждается соответствующими актами. Эффективность предложенных методов и средств планирования подтверждается экспериментальным методом в реальных производственных условиях. Основные результаты работы были доложены и положительно отмечены на заседаниях кафедры «Управление качеством и сертификация» МАИ. Основные положения работы представлены на следующих научных конференциях: Всероссийская конференция с международным участием «Современное состояние, проблемы и перспективы развития отраслевой науки», Москва, 2017; Девятый международный аэрокосмический конгресс, Москва, 2018; Международная научно-практическая конференция «Управление качеством»: XVI, Москва, 2018; XVIII, Москва, 2019; XIX, Москва, 2020; Международная конференция «Авиация и космонавтика»: XVIII, Москва, 2019; XIX, Москва, 2020; Международная конференция «Quality Management, Transport and Information Security, Information Technologies» (IEEE): Сочи, 2019; Ярославль, 2020; Международная научно-практическая конференция «IOP Conference Series: Materials Science and Engineering», Санкт-Петербург, 2019.
Публикации по теме диссертации По теме диссертации автором опубликовано 17 работ. Из них 3 публикации в журналах, рекомендованных ВАК, 3 публикации в журналах, индексируемых Scopus и 1 публикация в журнале, индексируемом в Web of Science. По результатам исследования автором получено 3 свидетельства о государственной регистрации программного обеспечения для ЭВМ и опубликовано учебное пособие. Список публикаций приведён в конце автореферата.