Применение системно-объектного имитационного моделирования в системе менеджмента качества

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Применение системно-объектного имитационного моделирования в системе менеджмента качества

П.А. Бузов

В данной статье авторы рассматривают оригинальный метод имитационного моделирования, основанный на системно-объектном подходе «Узел-Функция-Объект». Обосновывают его выбор для решения задачи повышения эффективности функционирования системы менеджмента качества. Описывают возможные пути внедрения системно-объектного имитационного моделирования в СМК.

Ключевые слова: системно-объектный подход «Узел-Функция-Объект», имитационное моделирование, система менеджмента качества.

In this article, the authors consider the original method of simulation based on the system-object approach "Unit-Function-Object". He substantiates his choice for solving the problem of improving the efficiency of the quality management system. Describe possible ways of introducing system-object simulation in the QMS.

Keywords: system-object approach "Unit-Function-Object", simulation modeling, quality management system.

имитационный моделирование объектный качество

Успехи имитационного моделирования давно привели к его признанию как перспективного научного направления и широкому использованию его инструментальных средств для решения различных практических задач. К числу таких задач относится задача управления качеством производственной и, в принципе, любой человеческой деятельности[1 - 4].

Однако, естественные в любой развивающейся сфере науки и техники проблемы стимулируют продолжение исследований и разработок, в том числе, и в области имитационного моделирования. В настоящее время не существует общепризнанного определения понятия «имитационное моделирование». Поэтому необходимо для конкретизации предлагаемых в данной статье результатов уточнить авторское понимание сути данного научно-практического направления. Оно в целом соответствует определениям, изложенным в интервью Президента Национального общества имитационного моделирования России, члена-корреспондента РАН, директора СПИИРАН Р.М. Юсупова [5]. При этом наиболее адекватным направлению деятельности авторов является упомянутое в данном интервью, а также в соответствующей статье Википедии (https://ru.wikipedia.org/wiki/Имитационное_моделирование), понимание имитационного моделирования как «метода исследования, при котором изучаемая система заменяется моделью, с достаточной точностью описывающей реальную систему, и с ней проводятся эксперименты с целью получения информации об этой системе». Опора на данное определение свидетельствует о том, что исследования и разработки авторов, очевидно, находятся в рамках дискретно-событийного подхода к имитационному моделированию.

Необходимость замены изучаемой системы моделью, с достаточной точностью описывающей эту систему, естественным образом вынуждает использовать системный подход для создания такой модели. Авторы для моделирования систем применяют оригинальный системно-объектный подход «Узел-Функция-Объект» (УФО-подход) [6]. Данные подход позволяет описывать любую систему как элемент «Узел-Функция-Объект» (УФО-элемент) целостно и при этом одновременно с трех точек зрения:

как структурного элемента надсистемы в виде перекрестка связей с другими системами -- узла;

как динамического элемента, выполняющего определенную роль с точки зрения поддержания надсистемы путем балансирования данного узла -- функции;

как субстанциального элемента, реализующего данную функцию в виде некоторого материального образования, обладающего конструктивными, эксплуатационными и т. д. характеристиками -- объекта.

Разбиение системы на подсистемы, представляющие собой трехэлементные конструкции «Узел-Функция-Объект» (УФО-элементы), обеспечивает единство функциональной и объектной декомпозиций, так как является наиболее адекватным реальной действительности способом представления структуры, состава и функциональности системы, с учетом ее взаимодействия со средой. При этом УФО-подход позволяет рассматривать любую систему или предметную область как совокупность взаимодействующих УФО-элементов (как УФО-конфигурацию), так как любое явление действительности представляет собой структурную часть еще более целого (взаимодействует с другими явлениями); функционирует определенным образом и при этом является каким-то материальным образованием. В процессе моделирования систем в терминах УФО-подхода модельные УФО-элементы, собранные в различные конфигурации, образуют диаграммы взаимодействия элементов, которые позволяют визуализировать функциональность элементов системы более высоких уровней. Таким образом, моделируемая система представляется в виде иерархии УФО-элементов.

Концептуальные положения УФО-подхода частично формализованы с помощью алгебраического аппарата исчисления объектов Абади-Кардели [7]. В соответствии с правилами данного исчисления система s как УФО-элемент может быть представлена в виде специального объекта данной теории (называемого намиузловым объектом), состоящего из полей и методов: s = [U,f, O], где:

U представляет собой поле узлового объекта для описания объектов еще одного специального вида (называемых нами потоковыми объектами), соответствующих множеству функциональных связей данной системы; U = L? L!, где L? представляет собой множество входящих интерфейсных потоковых объектов, соответствующих входящим связям системы s,L!представляет собой множество исходящих интерфейсных потоковых объектов, соответствующих выходящим связям системы s, причем L? L и L! L, т.е. относятся к множеству всех связей L (потоковых объектов). При этом L = {l1, l2, ... li, … ln}, где n -- количество потоковых объектов (связей системы); li= [r1, r2, … , rk], где liL; k -- количество полей потокового объекта li; r1, r2, ..., rm -- поля потокового объекта, представляющие собой пару «идентификатор-значение»;li = [rj = bj], где:rj = bj - поле потокового объекта с некоторыми значениями bj;

F представляет собой метод узлового объекта, описывающий функцию системы s, т.е. процесс преобразования входящих интерфейсных потоковых объектов (входящих связей системы) L? в выходящиеL!. Далее, в соответствии с принятой в теории объектов манерой обозначений, метод узлового объекта будем представлять в следующем виде: f(L?)L!, где f -- метод узлового объекта (функция/процесс системы s) с областью определения L?и областью значений L!, соответственно;

О представляет собой множество полей узлового объекта для описания объектных (субстанциальных) характеристик системы s. Множество полей для описания объектных характеристик системы состоит из трех подмножеств: O = O? O! Of, где O? -- множество полей, содержащее интерфейсные входные характеристики узлового объекта (системы s), O! -- множество полей, содержащее интерфейсные выходные характеристики узлового объекта (системы s), Of -- множество полей, содержащее передаточные характеристики узлового объекта (системы s).

Таким образом, систему s (УФО-элемент) как узловой объект можно представить в виде следующего выражения: s = [(L?,L!); f(L?)L!; (O?, O!, Of)].

Подчеркнем, что данное формальное определение полностью соответствует принятому в УФО-подходе пониманию системы как функционального объекта, функция которого обусловлена функцией объекта более высокого яруса. Кроме того, упомянутое в определении системы явление обуславливания функции системы функцией надсистемы рассматривается как функциональный запрос надсистемы на систему с определенной функцией (внешняя детерминанта системы). Эта детерминанта формально описывается полем U узлового объекта, соответствующего данной системе, т.е. множеством потоковых объектов, соответствующих функциональным связям системы (L? иL!) Внешняя детерминанта системы есть причина ее возникновения, цель ее существования и главный определитель ее структурных, функциональных и субстанциальных свойств. Таким образом, онарассматривается в качестве универсального системообразующего фактора. Функционирование же системы под влиянием внешней детерминанты является ее внутренней детерминантой, так как непосредственно определяет ее внутренние свойства (структурные, функциональные и субстанциальные свойства подсистем). Эта детерминанта формально описывается методом f узлового объекта, соответствующего данной системе, т.е. в следующем виде: f(L?)L!. Кроме того, функционирование системы в соответствии с внешней детерминантой устанавливает между системой и надсистемой отношение поддержания функциональной способности более целого.

Вычисление в исчислении объектов представляет собой последовательность вызовов и переопределения методов, для чего определены правила редукции.Внашем случае формальные преобразования будут выполняться в соответствии саналогичным исчислению объектовправилом вызова метода узлового объекта следующего вида: s.fu!j{u?i|s}, как показано ниже(с учетом введенного нами потокового объектаli = [rj = bj],где:rj = bj - поле потокового объекта с некоторыми значениями bj):

li=[rm=bm]: li= l?i = r?isk.rnr!j{r?i|sk} |li+1=[rm+1=bm+1]: li+1 =

l?i+1 = r?i+1|sk+1.rn+1r!j+1{r?i+1|sk+1} li+2=[rm+2=bm+2]: li+2 =

l?i+2 =r?i+2 |sk+2.rn+2r!j+2{r?i+2|sk+2} li+3=[rm+3=bm+3]: ...

Таким образом, формально, в терминах нашего исчисления, системно-объектная имитационная УФО-модель представляет собою комбинацию узловых объектов и потоковых объектов, взаимодействие которых определяется упомянутым выше правилом вызова метода, т.е. определяется методами узловых объектов, которые описывают как, входные потоковые объекты трансформируются в выходные потоковые объекты.

В настоящее время авторами разработан программный инструментарий системно-объектного моделирования «UFOModeler» (Свидетельство о регистрации ПО № 2015663240, http://http://ufomodeler.ru/), в котором реализована возможность описания методов узловых объектов с помощью языка описания функциональных узлов УФО-скрипт, синтаксически подобного языку программирования Pascal.

Авторы доклада считают представленный кратко метод имитационного моделирования более перспективным по отношению к существующим методам в связи с эго универсальностью, а также глубоким теоретическим системным и формальным обоснованием. Метод и инструмент прошли успешную апробацию, например, при решении следующих практических задач:

моделирование технологической линии получения модифицированного нанокристалического гидроксилапатита совместно с ЗАО «ООО «Наноапатит», что позволило оптимизировать процесс и выработать рекомендации по увеличению производительности;

моделирование технологической линии по производству пластиковой тары совместно с ООО «Стандарт Пластик Групп», что позволило выработать предложения по экономии электроэнергии за счет временного отключения гранулятора, не снижающего производительность технологической линии, а также по повышению ее производительности за счет перераспределения мощностей печи и термоформовочной машины.

В связи со сказанным выше авторы в настоящее время проводят исследовательскую и практическую работу по применению системно-объектного метода имитационного моделирования для повышения эффективности функционирования системы менеджмента качества (СМК).

По своей сути СМК ориентирована на процессный подход, при котором качественный результат деятельности обеспечивается не контролем результатов, а правильной организацией процессов. Имитационное моделирование является лучшим способом предварительной организации любой человеческой деятельности, так как она (человеческая деятельность) всегда слабо формализуема и не поддается строгому математическому описанию. Кроме того, системный подход по своей природе также предназначен для решения задач в слабо формализованных предметных областях. Это удачное сочетание имитационного моделирования и системного подхода, имеющее место в пакете UFOModeler и планируется использовать в дальнейшем в рамках СМК.

UFOModeler позволяет построить модель любой деятельности с заданной степенью подробности. При этом средствами скриптового языка могут быть заданы любые параметры на любом уровне иерархии модели. Таким образом может быть построена модель функционирования, например, какого-либо подразделения с учетом структуры его деятельности и субстанции (характеристики оборудования и сотрудников). Данная доступная всем модель, имитирующая реальную деятельность в реальном масштабе времени, может использоваться как ориентир для слаженной и своевременной работы сотрудников, как средство контроля со стороны администрации, как средство наглядного обучения новых сотрудников.

Список литературы

1. Клебанов Б.И., Аксёнов К.А.Применение имитационного моделирования в системеуправления качеством металлургической продукции// Фундаментальные исследования. - 2015. - № 9

2. Исаев Р.А.. Методика построения системы менеджмента качества и ее практическое применение // Аналитический журналУправление в кредитной организации. - 2009. - №1.

3. Клебанов Б.И., Аксенов К.А., Лобачев Е.В., Юсупов Р.И. Применение методологии сервис-менеджмента информационных технологий для создания системы управления качеством продукции // Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 3.

4. Лычкина Н.Н. Современные технологии имитационного моделирования и их применение в информационных бизнес-системах // Банковские технологии. - 2000. - № 9.

5. Национальное общество имитационного моделирования России - начало пути. Интервью Р.М. Юсупова, члена-корреспондента РАН, директора СПИИРАН // CAD/CAM/CAE Observer. - 2012. - №2 (70).

6. Жихарев А.Г., Маторин С.И., Зайцева Н.О. Системно-объектный инструментарий для имитационного моделирования технологических процессов и транспортных потоков. // Искусственный интеллект и принятие решений. - 2015. - №4.

7. Маторин С.И., Жихарев А.Г. Формализация системно-объектного подхода. // Прикладная информатика. - 2018. - № 3(75). - Выпуск 13.

Размещено на Allbest.ru