ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы:
Упрочнение рыночной экономики в нашей стране постоянно обостряет конкурентную борьбу, выдвигая в качестве приоритетной задачи менеджмента обеспечение конкурентоспособности компании [1].
Уменьшение издержек по-прежнему рассматривается многими руководителями компаний как главный путь повышения конкурентоспособности [2].
Однако, во-первых, на себестоимость продукции влияют и трансакционные издержки, т.е. затраты связанные со взаимодействием подразделений компании в ходе осуществления производственно-коммерческой деятельности.
Во-вторых, сегодня конкурируют между собой уже не товары и даже не компа-нии, а группы компаний, нацеленные на полное и качественное удовлетворение потребностей заказчика за счет интеграции совместных усилий.
В-третьих, в настоящее время конкуренция все больше становится борьбой идей, а не борьбой ресурсов. На рынке побеждают компании, постоянно предлагающие новые инновационные решения. Результаты такого подхода к ведению бизнеса российскими участниками рынка неоднократно освещались в научных трудах российских ученых [3]. При этом чрезвычайное значение приобретает скорость практического воплощения идей в конкретные продукты и услуги [4].
Обеспечить радикальное повышение эффективности бизнеса возможно только за счёт реорганизации управления предприятием на основе пересмотра базовых постулатов организации управления под воздействием технологических прорывов [5], в том числе, в области информационных технологий.
Различные аспекты реорганизации управления подробно рассмотрены в трудах российских учёных, таких как В.А. Виттих, В.Ф. Горнев, В.В. Емельянов, С.Д. Коровкин, Е.Г. Ойхман, Э.В. Попов, А.В. Смирнов, В.Б, Тарасов, С.А. Яковлев, СИ. Ясиновский и др.
Среди зарубежных ученых вопросам реорганизации управления посвящены работы Г. Буча, М. Робсона, Ф. Уллаха, М. Хаммера, Дж.Чампи, А. Шеера и др.
Традиционно реализуется следующий подход [8J: выполняется обследование существующей структуры подразделений предприятия и соответствующих процес-
-6-
сов. В результате формируется модель фактических процессов «как есть». На основе этой модели, методами реинжиниринга, формируется модель-эталон «как надо» — структуры подразделений и их процессов. После одобрения модели-эталона руководством предприятия, разрабатывается план мероприятий перехода на работу в соответствии с эталонной моделью.
Таким образом, целью первого этапа реорганизации АСУП является разработка образа будущей компании (предпроектное обследование), т.е. получение и систематизация сведений о клиентах, конкурентах, партнерах, поставщиках, текущих трудностях и фазе жизненного цикла компании [9] для определения её стратегических целей и выработки спецификации целей реорганизации.
Существует более 20 технологий проектирования [10], позволяющих моделировать деятельность предприятия на уровне бизнес-процессов и несколько сотен инструментов, предназначенных для автоматизации этого процесса.
Большинство из них предоставляют богатый набор исходных данных и формализмов в виде набора заготовленных правил и системы интеллектуальных шаблонов. Однако в подобных системах уделяется недостаточное внимание анализу имеющихся информационных ресурсов, объективно описывающих моделируемую ПрО. Большинство систем моделирования деятельности предприятия позволяют анализировать модели, непосредственно построенные инженером-аналитиком на основе собственных знаний о предметной области. Поэтому возникает проблема устранения зависимости результатов исследования предприятия от привлечения человека-эксперта.
Следует отметить» что деятельность любой организации тесно связана с потоками информационных ресурсов [11], которые являются неотъемлемой частью системы информационного обеспечения ЛСУП и представляются на практике в виде различных документов. Кроме того, структурный анализ сложных процессов на практике выполняется с помощью схем информационных потоков.
Реорганизация управления предприятием неизбежно повлечёт за собой и перестроение существующих систем информационного обеспечения либо внедрение другой КИС, в большей степени соответствующей новой организационной структуре предприятия.
Во многих организациях процесс доработки существующей КИС либо внедрения новой по-прежнему осуществляется традиционными методами на интуитивном
-7-
уровне с применением неформализованных методов, основанных на искусстве и практическом опыте людей-экспертов, экспертных оценках и дорогостоящих экспериментальных проверках качества их функционирования.
Разработка образа будущей компании в рамках предпроектного обследования является необходимым условием для своевременного внедрения либо доработки существующей КИС, но представляет собой достаточно длительный и трудоёмкий процесс, связанный с привлечением большого количества материальных и человеческих ресурсов. Сложность обследования заключается в необходимости изучения разнообразных форм документации, а также в интервьюировании большого количества персонала из числа специалистов по тем или иным разделам ПрО.
Первичное исследование необходимо при создания обобщённой схемы функционирования предприятия в целом, для того, чтобы можно было приблизительно оцепить объёмы циркулирующих данных, мощность документопотоков, сопутствующих различным процессам на производстве, структуру и функции хранилищ данных [16], перечень требуемых аппаратных средств для поддержания работы основной программной системы, количество обслуживающего персонала и состав инженерно-технических работников, выполняющих функции поддержания системы в работоспособном состоянии и некоторые другие параметры. Значительно облегчить труд проектировщиков может наглядная графо-аналитическая схема взаимосвязей объектов и субъектов производственной деятельности [17].
В настоящей работе предложен ряд методов и моделей, позволяющих выполнять автоматизированное построение концептуальной модели машиностроительного предприятия, путём семантического анализа документальных информационных ресурсов. Метод автоматизированного построения тезауруса реализован в виде прикладной программной системы. Применение разработанных в диссертации методов и моделей позволяет сократить привлечение людей-экспертов при построении КМ машиностроительного предприятия.
Объектом исследования (ОИ) является множество информационных ресурсов, описывающих производственно-коммерческую деятельность машиностроительного предприятия, выступающих в документированном виде.
-8-
Предметом исследования являются основные вопросы автоматизации анализа информационных ресурсов и построения концептуальной модели машиностроительного предприятия в ходе реорганизации системы управления предприятием.
Цель работы заключается в повышении эффективности анализа информационных ресурсов предприятия на этапе проведения предпроектноп стадии реорганизации системы управления предприятием. Задачи, решаемые в работе.
1. Разработка структурно-синтаксической модели обобщённого производственного документа.
2. Построение модели информационных ресурсов управления машиностроительным предприятием.
3. Разработка метода автоматизированного построения отраслевого словаря предметной области (технического тезауруса).
4. Разработка метода построения концептуальной модели машиностроительного предприятия на основе неоднородной семантической сети.
5. Разработка критериев оценки адекватности построения концептуальной модели машиностроительного предприятия.
6. Алгоритмизация разработанных методов, моделей и критериев. Методы исследования.
В работе используются элементы теории систем управления и теории статистического анализа, методы синтаксического перевода и компиляции. Применяется теория графов и матричного исчисления. Используются теоретические основы математического аппарата неоднородных семантических сетей Г.С. Осипова. Научная новизна работы.
Научная новизна исследования заключается в разработке и создании:
1. Структурно-синтаксической модели обобщённого производственного документа, отличающейся учётом составного характера документов, обеспечивающей эффективное проведение структурного анализа производственных документов и возможность выполнения сложных интеллектуальных запросов.
2. Модели информационных ресурсов предприятия, учитывающей многократное появление однотипных терминов в документах и позволяющей исследовать спе-
-9-
цифические свойства информационных ресурсов при решении задачи реорганизации АСУП.
3. Метода автоматизированного построения отраслевого словаря ПрО (техническо-го тезауруса) отличающегося использованием частотных свойств терминов в со-четании с разбивкой на непересекающиеся семантические классы, позволяющего снизить трудоёмкость создания модульных структур систем сбора и обработки данных в АСУП.
4. Метода построения концептуальной модели машиностроительного предприятия на основе неоднородной семантической сети и технического тезауруса, позволяющего строить модель в разрезах заданных семантических классов, что повышает наглядность и структурированность модели.
Практическая значимость работы.
Л Структурно-синтаксическая модель производственного документа обеспечива-
ет проведение глубокого структурного анализа содержимого документов, даёт возможность группирования, классификации и определения принадлежности документов к соответствующему типу по составу реквизитов. Гибкость применяемых методов синтаксического перевода, трансляции и компиляции позволяет выполнять интеллектуальные структурные запросы значительной сложности. Благодаря использованию алгоритмов структурного разбора документа достигается повышение уровня техники заполнения документов пользователями при работе на клиентских местах, оперативный контроль правильности составления документов, возможность быстрой провер-^ ки соответствия ряда документов заданной эталонной модели.
Приводимые в работе теоретические положения построения модели информационных ресурсов позволяют исследовать специфические частотные характеристики профиля информационного потока, выявить наиболее значимые термины информационных сообщений, сформировать основные словарные статьи отраслевого искусственного языка ПрО (технического тезауруса). Анализ данной модели позволяет вычислить приблизительный объём информационного потока в терминах. В качестве дополнительной возможности, модель позволяет сформировать множество докумен-
^ тов, подобных заданному, по установленному набору терминов, на основе вычисления меры релевантности для документа-образца и искомого документа.
-10-
Метод трансляции НСС в концептуальную модель предприятия позволяет строить схему организации в виде множества фрейм-концептов и концептуальных отношений в разрезах заданных семантических классов, что повышает наглядность и структурированность модели. Гибкость метода трансляции обеспечивает формирование модели по различным критериям.
Разработанные модели и методы построения концептуальной модели предприятия, позволят повысить эффективность решения задачи первичного обследования организационной структуры предприятия на предпроектном этапе подготовки технического задания и общих требований на разработку КИС. Использование разработанных подходов, методов и алгоритмов позволяет получить автоматизированным способом обобщённую информационную картину в виде наглядной графо-аналитической схемы взаимосвязей объектов и субъектов производственной деятельности, с мини- мальными затратами материально-технических ресурсов и привлечением интеллектуального труда людей-экспертов. Реализация результатов работы.
Модели и методы, полученные в работе, нашли применение в виде программно-алгоритмического комплекса для анализа информационных ресурсов предприятия.
Разработана система автоматизированного построения технического тезауруса, внедрение которой выполнено на машиностроительном предприятии ОАО "ЭЛЕКТРОТЕХМАШ" г.Вологда. Исполнимые модули и библиотеки программы оформлены в виде составной части системы информационного обеспечения завода.
В качестве результатов внедрения программно-алгоритмического комплекса можно выделить следующие:
- методика анализа документации на машиностроительном предприятии;
- программно-алгоритмический комплекс автоматизированного построения словаря производственных терминов (тезауруса);
"- результаты построения технического тезауруса на основе применения разработанной методики;
- рекомендации по практическому применению программно-алгоритмического комплекса для решения задач автоматизации документооборота предприятия.
Результаты работы позволили повысить эффективность труда разработчиков КИС, снизить затраты на обработку информации и сократить избыточность произ-
-11-
водственной документации. Программно-алгоритмические средства были использованы при разработке концептуальной модели предприятия в процессе подготовки стратегического плана комплексной автоматизации.
Внедрение результатов диссертации подтверждается соответствующими актами. Апробация работы.
Основные научные и практические результаты работы докладывались на первой областной межвузовской научно-практической конференции «Вузовская наука региону» (Россия, Вологда, 2000 г.), второй региональной межвузовской научно-технической конференции «Вузовская наука региону» (Вологда, 2001 г.), международной научно-технической конференции «Моделирование, оптимизация и интепси- фикация производственных процессов и систем» (Вологда, 2001 г.), III региональной межвузовской научно-технической конференции «Вузовская наука региону» (Воло- гда, 2002 г.), международной научно-технической конференции «Информатизация процессов формирования открытых систем на основе СУБД, САПР, АСНИ и искусственного интеллекта» (Вологда, 2001 г.), IX Международной научно-технической конференции «Информационная среда ВУЗА» (Иваново, ЦНИТ, ИГАСА, 2002 г.),
VIII Санкт-Петербургской международной конференции «Региональная информати-ка-2002» («РИ-2002») (Санкт-Петербург, 2002 г.), первой общероссийской научно-технической конференции «Вузовская наука региону» (Вологда, 2003 г.), десятой международной конференции «МАТЕМАТИКА, КОМПЬЮТЕР, ОБРАЗОВАНИЕ» (г. Пущиио, 2003 г.), Всероссийской научной конференции «Управление и информаци- оипые технологии УИТ-2003» (Санкт-Петербург, 2003 г.), 5-й международной научно-практической конференции «Пилотируемые полёты в космос», (Москва, 2003 г.),
IX Международной конференции «Современные технологии обучения (СТО-2003)» (Санкт-Петербург, 2003 г.), VI международной конференции по мягким вычислениям и измерениям SCM*2003 (Санкт-Петербург, 2003 г.), научно-технической конференции «Тренажёрные технологии и симуляторы» (Санкт-Петербург, 2003 г.), первой общероссийской научно-технической конференции "Вузовская наука региону" (Вологда, 2003 г.).
Публикации.
Основные положения и научные результаты диссертации опубликованы в 14 печатных работах.
-12-
1. Современное состояние проблемы автоматизированного анализа информационных ресурсов управления машиностроительным предприятием
В условиях постоянного роста конкуренции, когда руководители предприятий сталкиваются с большими сложностями, пытаясь оптимизировать затраты, сделать продукцию и прибыльной, и конкурентоспособной, четко обозначилась необходимость иметь модель деятельности предприятия, отражающую все механизмы и принципы взаимосвязи различных подсистем в рамках одного бизнеса.
Потребность в моделировании деятельности предприятий послужила причиной активного появления на рынке сложных программных продуктов, предназначенных для комплексной автоматизации управления предприятием [18]. Внедрение подобных систем всегда подразумевает проведение глубокого предпроектного исследования деятельности компании. Результатом такого исследования становится экспертное заключение, где отдельно даются рекомендации по устранению «узких мест» в управлении деятельностью организации, на основании которого, непосредственно перед началом проекта, проводится реорганизация системы управления, часто достаточно серьезная и болезненная для компании.
Несмотря на обилие предлагаемых на рынке систем комплексной автоматизации, все операции по подготовке исходной информации, предпроектное обследование организации, подготовка технического задания, и собственно внедрение самой системы, включая её доработку под нужды предприятия, выполняются по-прежнему за счёт интеллектуального труда людей-специалистов. Квалификация персонала, выполняющего подготовительную работу, как правило, должна быть достаточно высока, а имеющиеся автоматизированные средства анализа документации позволяют лишь частично облегчить труд человека.
В основном усилия направленные на реализацию смысловой оценки информации, чаще всего применяются для исследования всевозможной документации, что приводит в свою очередь к осознанию необходимости поиска и разработки механизмов логико-семантического анализа, позволяющих создавать аргументно-предикатную структуру высказываний [19] или какой-либо другой вид семантического представления текстов [20], [21].
-13-
1.1. Подходы и методы реорганизации системы управления производством и задача анализа информационных ресурсов машиностроительного предприятия
Одним из первых этапов при реорганизации системы управления любого предприятия является детальный анализ работы организации [22]. К анализу будем относить изучение существующей организационной структуры предприятия, описание действующих бизнес-процессов и выделение участков, подлежащих автоматизации. Важной задачей предпроектного обследования является разработка образа будущей компании. Не сделав корректного описания существующей системы управления, бессмысленно переходить к следующим стадиям анализа деятельности предприятия и тем более к его автоматизации.
Существует более 20 технологий проектирования (IDEF, Petri-net (CPN), Yourdon (DFD), UML, Booch, SSADM, Bachman, Gantt, Object Oriented, Soft Systems, Meta Modelling, Flow Chart, ABC, Workflow, Simulation и др.), позволяющих моделировать деятельность предприятия на уровне бизнес-процессов и несколько сотен инструментов (AllFusion Data Modelling, AHFusion Process Modelling, Class Designer, Process Flow, System Architect, Power Designer, ARIS, Designer2000, IBS Workflow Manager), предназначенных для автоматизации этого процесса, поэтому сравнительный анализ был ограничен продуктами, наиболее популярными на российском рынке. Общая информация о системах.
AHFusion Data Modeler (ранее: ERwin) — средство концептуального моделирования БД, поддерживающее нотации проектирования данных IDEFlx, IE и Dimensional. ERwin реализует проектирование схемы БД, генерацию ее описания на языке целевой СУБД (ORACLE, Informix, Ingres, Sybase, DB/2, Microsoft SQL Server, Progress и др.) и реинжиниринг существующей БД. ERwin Data Modeler облегчает управление моделями больших предприятий за счет использования предметных областей (Subject Areas) и хранимых отображений (Stored Displays). Предметные области предоставляют индивидуальным проектировщикам возможность сфокусированного взгляда, разделяя модель на более мелкие и за счет этого легче управляемые подмножества. Хранимые отображения предоставляют множественные графические представления модели или ее предметных областей, тем самым, облегчая обмен ин-
-14-
формацией между специализированными группами пользователей. Для ряда средств разработки приложений (PowerBuilder, SQLWindows, Delphi, Visual Basic и др.) вы-. полняется генерация форм и прототипов приложений. Возможности ERwin Data Modeler дополняет линейка продуктов для поддержки всех стадий разработки ИС -AlIFusion от Computer Associates.
AHFusion Process Modeler (ранее Bpwin) — инструмент визуального моделирования, реализующий методологию IDEFO, IDEF3 и DFD [28]. Методология IDEF может использоваться для моделирования широкого круга систем и определения требований и функций, а затем для разработки системы, которая удовлетворяет этим требованиям и реализует эти функции. Для уже существующих систем IDEF может быть использована для анализа функций, выполняемых системой, а также для указания механизмов, посредством которых они осуществляются. Дает возможность наглядно представить любую деятельность или структуру в виде модели, что позволяет оптимизировать работу организации, проверить ее на соответствие стандартам ISO9000, спроектировать оргструктуру, снизить издержки, исключить ненужные операции, повысить гибкость и эффективность. BPwin тесно интегрируется с рядом известных продуктов других компаний, например инструментом стоимостного анализа EasyABC (ABC Technologies), инструментом моделирования данных ERwin (CA/Logic Works). В BPwin 4.0 стал возможен экспорт модели в систему имитационного моделирования Arena (Systems Modeling Corp.),
Rational Rose - предназначено для автоматизации этапов анализа и проектирования ПО, а также для генерации кодов на различных языках и выпуска проектной документации. Rational Rose использует синтез-методологию объектно-ориентированного анализа и проектирования, основанную на подходах трех ведущих специалистов в данной области: Буча, Рамбо и Джекобсона. Разработанная ими универсальная нотация для моделирования объектов (UML - Unified Modeling Language) претендует на роль стандарта в области объектно-ориентированного анализа и проектирования. Основной вариант - Rational Rose/C++ - позволяет разрабатывать проектную документацию в виде диаграмм и спецификаций, а также генерировать программные коды на C++. Кроме того, Rational Rose содержит средства реинжиниринга программ, обеспечивающие повторное использование программных компонент в новых проектах.
-15-
Методология ARIS рассматривает предприятие как совокупность четырех взглядов: взгляд на организационную структуру, взгляд на структуру функций, взгляд па структуру данных, взгляд на структуру процессов. При этом каждый из этих взглядов разделяется еще на при подуровня: описание требований, описание спецификации, описание внедрения. Таким образом, ARIS предлагает рассматривать организацию с позиции 12 аспектов, отображающих разные взгляды на предприятие, а также разную глубину этих взглядов. Для описания бизнес-процессов предлагается использовать 85 типов моделей, каждая из которых принадлежит тому или иному аспекту. Среди большого количества возможных методов описания можно выделить следующие: ЕРС (event-driven process chain) - метод описания процессов, нашедший применение для описания процессов системы SAP R/3; ERM (Entity Relationship Model) — модель сущностей-связей для описания структуры данных; UML (Unified Modeling Language) - объектно-ориентированный язык моделирования. ARIS Toolset (ARIS Easy Design) — единая среда моделирования, которая представляет собой совокупность четырех основных компонентов — Explorer (Проводник), Designer (средство для графического описания моделей), Таблиц (для ввода различных параметров и атрибутов) и Мастеров (Wizards). ARIS Toolset позволяет создавать скрипты (шаблоны) для отчетов, анализа и семантических проверок.
ARIS Simulation - модуль системы ARIS Toolset, применяемый для динамического (во времени) моделирования бизнес-процессов. Цель имитационного моделирования - определение узких мест, таких как несогласованность параллельно выполняемых подпроцессов, нехватка ресурсов для эффективного их выполнения, информационные разрывы. Средство позволяет задавать различные характеристики бизнес-процессов. Имитационное моделирование позволяет выявлять преимущества и недостатки предлагаемых решений. Анализируя альтернативные варианты реализации бизнес-процессов, определяя их количественные характеристики, например общее время выполнения процесса или коэффициенты использования трудовых ресурсов, можно отобрать вариант, наиболее эффективный с точки зрения выделенных критериев. Основные результаты имитационного моделирования отражаются в характеристиках объектов, участвующих в моделировании: для функций — затраты денег и времени па реализацию, время ожидания освобождения ресурсов; для точек разветвления в
-16-
процессах — время ожидания завершения параллельных подпроцессов; для организационных единиц — коэффициенты использования.
Система имитационного моделирования Arena, разработанная компанией Systems Modeling Corporation, позволяет создавать подвижные компьютерные модели, используя которые можно адекватно представить многие реальные системы.
Основа технологий Arena - язык моделирования SIMAN и анимационная система отображения результатов моделирования — Cinema Animation
В процессе моделирования пользователь шаг за шагом строит модель в визуальном редакторе системы Arena. Затем система генерирует по ней соответствующий код на SIMAN, после чего автоматически запускается Cinema animation.
Имитационное моделирование позволяет проверять гипотезы о причинах воз-никновения тех или иных наблюдаемых феноменов. SIMAN позволяет рассматривать процессы в различных масштабах времени. SIMAN позволяет выделить переменные, наиболее важные для успешного функционирования моделируемой системы, и проанализировать имеющиеся между ними связи. SIMAN позволяет выявлять «узкие места» в материальных, информационных и других потоках. Моделирование помогает изучать объекты, о поведении которых имеется недостаточно информации.
Для моделирования сложных систем существуют хорошо обкатанные методологии и стандарты. К ним относятся, в частности, методологии семейства IDEF, с помощью которых можно эффективно отображать и анализировать модели деятельности широкого спектра сложных систем в различных разрезах. При этом глубина ис- следования процессов в системе определяется самим разработчиком, что позволяет не перегружать создаваемую модель излишними данными. Как известно, Rational Rose не поддерживает ни одну из известных методологий моделирования и анализа бизнес-процессов. Методика построения «бизнес-моделей», содержащаяся в дополнительном наборе рекомендаций RUP, которая сопровождает пакет Rational Rose, предлагает диаграммы «Use Case» и «Activity» для описания бизнес-процессов. Однако с помощью этих диаграмм невозможно описать всю массу сведений, необходимых для моделирования бизнес-процессов. Дуги Use Case и Activity диаграмм не имеют тех смысловых типов, которые указываются для дуг IDEF0. Синтаксические соглашения, диктуемые системой при разработке Use Case и Activity-диаграмм, не объединены в законченную и понятную систему. Используемым диаграммам не дается никакой ин-
-17-
терпретации, объясняющей, как их применять при моделировании. Так, например, соединение двух процессов стрелкой означает лишь их логическую условную взаимосвязь, но не оговаривает последовательность их исполнения, или например, передачу результатов деятельности первого процесса второму. Интерпретация связей «процесс-состояние», «состояние-со стояние» и других также является прерогативой пользователя системы.
Таким образом в системе Rational Rose возможно построение Activity-диаграмм, не имеющих смысла с точки зрения моделируемого объекта, однако полностью корректных с точки зрения синтаксиса. Пример такой диаграммы приведен на рисунке 1.1.
Начало
Конец Рис.1.1. Пример Activity-диаграммы
По этим причинам пользователям Rational Rose при разработке Use Case и Activity-диаграмм приходится придумывать свои оригинальные синтаксические соглашения и давать свою интерпретацию имеющимся, чтобы отразить всю существенную для анализируемого процесса информацию. Например, чтобы имитировать три вида характерных для 1DEF0 входящих в процесс стрелок — input, mechanism, control, - можно каждую из них подкрашивать своим цветом, а чтобы отличить входящие документы от исходящих, можно использовать пунктирные и сплошные стрелки. Пользователь Rational Rose вынужден разрабатывать свои формализмы для получения методики построения моделей и анализа бизнес-процессов. При этом, возможно, придется не только разрабатывать свою методику, но и отклоняться от стандартов UML.
Ещё одним существенным недостатком Rational Rose является отсутствие поддержки и контроля синтаксиса для разработанной пользователем методологии, и, следовательно, возможности проверки корректности разработанной модели.

Получить работу