Моделі та методи формування і контролю вимог в управлінні якістю і змістом проектів створення складної техніки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського

“Харківський авіаційний інститут”

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

05.13.22 - управління проектами та програмами

МОДЕЛІ ТА МЕТОДИ ФОРМУВАННЯ І КОНТРОЛЮ ВИМОГ В УПРАВЛІННІ ЯКІСТЮ І ЗМІСТОМ ПРОЕКТІВ СТВОРЕННЯ СКЛАДНОЇ ТЕХНІКИ

Погудіна Ольга Костянтинівна

Харків - 2007

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми досліджень. Створення складних технічних систем (СТС) є багатоетапним процесом, починаючи з маркетингових досліджень і закінчуючи промисловими випробуваннями, що потребує великих обсягів витрат і термінів реалізації проектів. Необхідно також підкреслити, що комерційна привабливість результатів проекту потребує наявності сертифіката, що засвідчує необхідний рівень якості й безпеки експлуатації. Розробка зразків складної техніки (авіаційної, автомобільної та ін.) виконується з орієнтацією на конкретного замовника з урахуванням зростаючих вимог споживачів. Це обумовлює появу нових типів зразків техніки для задоволення потреб ринку та зростання кількості фірм й організацій, що займаються розробкою та виробництвом такої техніки. У зв'язку з цим виникає ряд задач управління проектами - вибір й обґрунтування вимог до проекту, встановлення чітких і досяжних цілей, зрівноважування суперечних вимог до якості, корекція характеристик відповідно до думки і очікувань учасників проекту. Одним з основних напрямків зниження витрат на розробку й термінів реалізації проекту є максимальне використання досвіду створення такої техніки при обов'язковому гарантуванні умов безпеки. Це дає змогу забезпечити повноту і достатність обсягів робіт щодо створення нових зразків техніки для досягнення необхідного рівня якості результату. В той же час необхідно гармонізувати вимоги замовників і споживачів та вимоги нормативної бази на всіх стадіях і етапах розробки СТС. Існуючі підходи до такої проблеми не дозволяють вирішити її в повному обсязі, оскільки вона потребує обробку великого обсягу різнорідної інформації щодо систем-аналогів з урахуванням нормативної бази для визначення вимог до результатів і до процесів проектування. Крім того, формування та контроль вимог на всіх стадіях і етапах розробки СТС є необхідним для управління якістю й створення доказової бази, яка є основою для отримання сертифіката.

Розв'язання цих задач лежить у сфері управління змістом та якістю проектів розробки СТС. У роботі основну увагу приділено проектам створення авіаційної техніки (АТ). Актуальність вирішення поставлених задач обумовлена, зокрема, тим, що в цей час тільки обмежена кількість країн мають повний цикл розробки та виробництва АТ. Однак існує ряд країн, які мають високий економічний потенціал, прагнуть самостійно створювати АТ, особливо це стосується типів легких літальних апаратів. Крім того, в Україні відкриваються підприємства, що займаються розробкою нових зразків легких типів АТ, однак здебільшого не виконують усіх робіт щодо підтвердження сертифікаційного базису. Це робить неможливим одержання сертифіката на безпечну експлуатацію даної техніки, і найчастіше розроблена цими підприємствами АТ не відповідає повною мірою вимогам нормативної бази, в першу чергу нормам льотної придатності (НЛП).

Аналіз методів формування й контролю технічних вимог до якості в проектах розробки СТС, викладених у роботах Шапіро В.Д., Гіссіна В.І., Демінга У. Е., Фейгенбаума А. та інших, а також міжнародних стандартах, показав, що дані процеси мають свої специфічні особливості й потребують вдосконалення науково-методичної бази для їх реалізації. У задачах формування вимог важливим є урегулювання бажань замовника відповідно до вимог нормативних документів. Неузгодженості вимог на початкових етапах можуть призвести до збільшення термінів реалізації проекту і, крім того, до його подорожчання. Процеси супроводу проекту створення СТС сертифікаційним центром як основні процеси контролю вимог до результатів проекту необхідно описати з урахуванням особливостей життєвого циклу проектів створення АТ і моделі сертифікації, прийнятої в Україні для даного виду техніки.

Тому актуальною науково-прикладною задачею є розробка моделей і методів управління якістю проектних робіт відповідно до вимог і рекомендацій нормативної документації для зразків складної техніки.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота над дисертацією проводилася автором на кафедрі інформаційних управляючих систем Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського "ХАІ" у рамках НДР, що виконувалися в 2002-2005 рр. згідно з планами держбюджетних і госпрозрахункових НДР: Міністерства освіти і науки України №Г302-46/2002 "Системні й інформаційні технології формування і управління великомасштабними проектами і програмами" (ДР № 0102U004181), №Д302-46/2004 "Системна методологія й інформаційні технології управління якістю проектів створення наукоємних зразків нової техніки" (ДР № 0104U000835), № Д302-7/2004 "Управління проектами розробки нової техніки" (ДР № 0104U005897), №Д302-6/2005 "Системний підхід і знанняорієнтовані методи в управлінні проектами створення безпілотних авіаційних комплексів" (ДР № 0105U004286); Міністерства палива й енергетики України №Д1/2002 "Розробка науково-методичного забезпечення якості проектів модернізації систем управління об'єктів ядерної енергетики" (ДР № 0104U003501), № 302-10/2003 "Моделі й методи управління проектами розвитку підприємства вуглевидобувної галузі" (ДР № 0104U002113);

Особистий внесок автора в зазначених НДР як співвиконавця полягає в розробці математичних моделей управління вимогами в проектах розробки складної техніки й інформаційних технологій вирішення задачі управління процесами призначення і контролю вимог проекту.

У рамках НДР №Д302-6/2005 (ДР№ 0105U004286) автором як відповідальним виконавцем проведено дослідження впливу урахування норм льотної придатності при розробці літального апарата на терміни проекту створення нового зразка складної техніки, розроблено метод аналізу альтернатив і систему підтримки прийняття рішень з розробки технічного завдання разом із проектом сертифікаційного базису.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є скорочення термінів і підвищення якості проектів створення складної техніки на основі моделей і методів формування і контролю технічних вимог з урахуванням нормативної бази. Для цього необхідно виконати задачі:

1.Проаналізувати моделі й методи управління змістом і якістю проектів створення складної техніки.

2.Розробити метод формування технічних вимог до якості проектів створення складної техніки з урахуванням нормативної бази.

3.Розробити метод обґрунтування вимог і вибору належності зразка, що створюється, до відповідного класу виду техніки з урахуванням неповноти початкових технічних вимог проекту.

4.Розробити метод аналізу множини альтернатив проектних рішень при створенні складної техніки.

5.Розробити модель контролю технічних вимог для сертифікації зразків складної техніки.

6.Розробити комп'ютерну систему формування й контролю технічних вимог у проектах створення складної техніки.

7.Впровадити одержані результати в практику управління проектами та програмами створення складної техніки.

Об'єктом дослідження є процеси управління якістю і змістом проектів створення складної техніки.

Предметом дослідження є моделі і методи формування та контролю технічних вимог для забезпечення якості проектів створення складної техніки.

Методи дослідження. При проведенні досліджень використано системний аналіз і теоретико-множинний підхід для створення моделей процесів формування та контролю вимог. Для моделювання впливу вимог замовника на вибір нормативних документів використано методи теорії ймовірності й теорії графів. Для аналізу альтернатив в умовах заданої множини нормативних документів використано методи морфологічного аналізу та методи побудови альтернативних AND-OR дерев. Для формалізованого опису процесів контролю виконання вимог проекту застосовано алгоритмічну мову регулярних схем системних моделей. Для розробки архітектури комп'ютерної системи формування й контролю вимог використано методи об'єктно-орієнтованого моделювання і проектування.

Наукова новизна одержаних результатів.

Вперше одержано метод формалізації процесу формування технічних вимог до проекту створення складної техніки, оснований на системній структуризації раніше накопичених знань, що на відміну від існуючих гармонізує вимоги замовника і нормативної технічної бази до проектних рішень за даним видом техніки, що дозволяє підвищити якість і скоротити витрати на створення складної техніки.

Удосконалено модель супроводу робіт проекту створення нової техніки в напрямку побудови логіко-алгоритмічної моделі робіт, виконуваних сертифікаційним центром на всіх етапах життєвого циклу створення даного виду техніки, що дозволяє скоротити терміни проектування і забезпечити необхідний рівень якості розроблюваних зразків техніки.

Дістало подальший розвиток метод морфологічного аналізу в частині застосування альтернативних (AND-OR ) графів і урахування обмежень, пов'язаних з використанням нормативних документів проектування, що дає можливість скоротити множину альтернативних варіантів проектних рішень.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено інженерну методику формування технічних вимог замовника літальних апаратів, що гармонізуються з нормами льотної придатності, що дозволяє приймати науково обґрунтовані рішення при формуванні технічного завдання на проектування зразків нової техніки. Інформаційну підтримку процесів контролю проектів створення СТС реалізовано у вигляді системи документообігу сертифікаційних центрів, що дає можливість проводити моніторинг якості на всіх етапах життєвого циклу проектів створення авіаційної техніки. Користувачами систем можуть бути керівники проектів створення СТС різних рівнів.

Результати роботи впроваджені на підприємствах і в організаціях:

1) на харківському державному авіаційному виробничому підприємстві "ХДАВП", м. Харків (акт впровадження від 11.05.2006);

2) у Міжгалузевому науково-дослідному інституті проблем фізичного моделювання режимів польоту літаків, м. Харків (акт впровадження від 28.04.2005);

3) в харківському відділенні "Сертифікаційний центр АСУ" державного підприємства "Державний центр регулювання якості постачань і послуг", м. Харків (акт впровадження від 19.08.2004);

4) у ЗАТ "Радій", м. Кіровоград (акт впровадження від 18.08.2004);

5) на державному підприємстві, спеціальному конструкторському бюро "Вер-статоборот", м. Павлоград (акт впровадження від 31.05.2004);

6) на державному підприємстві “Шахта “Піонер””, м. Добропілля (акт впровадження від 12.05.2004 р.).

Науково-технічний ефект дисертаційної роботи полягає в підвищенні обґрунтованості рішень щодо управління вимогами до якості проектів створення СТС; економічний ефект - в зниженні незапланованих витрат ресурсів, пов'язаних з ітераціями при невиконанні нормативних вимог; соціальний ефект - в поліпшенні умов роботи керівників проектів при використанні автоматизованих засобів управління якістю в проектах створення наукоємної техніки.

Особистий внесок здобувача. Всі основні наукові положення, висновки і рекомендації дисертаційної роботи отримані автором особисто.

У публікаціях, написаних у співавторстві, автору дисертації належать: аналіз статей собівартості проектів створення складних технічних систем [1]; системний аналіз моделі мережі процесів стадії технічного проектування на основі мови регулярних схем системних моделей [2]; модель взаємодії учасників проекту розробки і контролю складної техніки на основі теоретико-множинного підходу [3]; метод управління вимогами в умовах заданої множини нормативних документів [4, 10]; формалізована модель організаційної структури управління якістю проекту [5]; метод аналізу альтернатив з використанням морфологічного аналізу [7, 17]; архітектура системи підтримки прийняття рішень щодо розробки тактико-технічного завдання (ТТЗ) і проекту сертифікаційного базису [6]; часова модель процесів виробництва СТС й аналіз ітерацій, що виникають при проведенні сертифікаційних робіт [8]; метод формування вимог в умовах невизначеності інформації про систему, що проектується [11, 18]; формулювання задачі аналізу витрат на якість при розробці СТС [19]. Роботи [9, 12-16] написані без співавторів.

Апробація результатів дисертації. Результати дослідження доповідалися і обговорювалися на міжнародних науково-технічних конференціях: "Нові технології в машинобудуванні" (Харків - Рибаче, 2005 р.); "Сучасні інформаційні технології в економіці й управлінні підприємствами, програмами і проектами" (Харків, ХАІ, 2004-2005 рр.); "Людина і Космос" (Дніпропетровськ, НЦАОМУ, 2004 р.); "Молода наука Харківщини - 2004" (Харків, ХАІ, 2004 р.); "Інформаційно-керуючі системи і комплекси" (Миколаїв, НУК, 2004 р.), "Системний аналіз й інформаційні технології" (Київ, НТУУ "КПІ", 2003 р.) і на наукових семінарах кафедри інформаційних управляючих систем Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського "ХАІ".

Публікації.. За результатами досліджень опубліковано 19 друкованих праць, з них: 5 статей - у науково-технічних журналах і 1 стаття - в збірнику наукових праць, що включені в перелік ВАК України, 12 - у матеріалах конференцій, 1 навчальний посібник.

Структура роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків і додатків. Повний обсяг дисертації становить 176 сторінок, у тому числі: 43 рисунки, з них 27 на 18 окремих сторінках; 12 таблиць, з них 7 на 4 окремих сторінках; список використаної літератури зі 130 найменувань на 12 сторінках; чотири додатки на 14 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі описано: актуальність теми і наукової задачі; зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами; мету й задачі дослідження; об'єкт, предмет і методи дослідження; наукову новизну і практичне значення отриманих результатів; особистий внесок здобувача; інформацію про впровадження, апробацію і публікацію результатів.

У першому розділі проведено аналіз об'єкта управління - процесів формування і контролю вимог при створенні СТС.

СТС різноманітного призначення мають загальні властивості: цільність (цілеспрямована робота всіх компонент у єдиній системі для виконання її призначення), емерджентність (неадитивність характеристик системи та нелінійність зв'язків між характеристиками системи і характеристиками її компонент), ієрархічність, кінцевість (кінцевість потрібних ресурсів для створення СТС або принципову реалізовність СТС). Проекти створення СТС містять в собі загальні властивості СТС, але крім цього мають власні: багатоетапність, багатоваріантність проектних рішень, підвищена увага оточення до безпеки процесів і результатів і, як наслідок, ітеративність.

При реалізації окремих етапів проекту створення складної техніки (ПССТ) СТС набуває різноманітного стану від технічного замислу до сертифікованої типової конструкції. Кожен стан СТС має бути проконтрольований на відповідність обов'язковим вимогам (наприклад, нормам безпеки), крім того, зазначені вимоги поширюються на процеси проектів даного класу. В роботі розглянуто життєвий цикл проекту розробки авіаційної техніки, де були виділені роботи, які виконуються контролюючими організаціями (сертифікаційними центрами), і роботи підприємств-розроблювачів. Аналіз робіт проекту показав необхідність спільного вирішення задач формування вимог і контролю за їх виконанням.

Вирішення даного комплексу задач охоплює ряд напрямків стандарту PMBOK, серед яких слід виділити: управління змістом (процеси планування, де формалізують вимоги до продукту й процесів проекту, процеси підтвердження змісту), управління якістю (процеси планування, де визначають, які стандарти відносяться до проекту, процеси контролю якості). У міжнародних стандартах з якості (ІSO 9001/2000, СММ) сформульована структура інжинірингу вимог, який включає в себе розробку та управління вимогами, що мають бути вирішені в ході реалізації проекту, при цьому відсутні конкретні методики, пов'язані з урахуванням вимог до ПССТ.

У роботі було вивчено існуючі моделі сертифікації ПССТ. Виділено основні компоненти, що є у всіх моделях: об'єкти сертифікації, організації - учасники, порядок проведення, використовувані процедури, матеріальне забезпечення. В даний момент відбувається формування нової схеми сертифікації, тому актуальною є задача вибору моделі й системи сертифікації ПССТ. Для вирішення цієї задачі в першу чергу необхідно сформувати системне формалізоване подання мережі процесів контролю й випробувань і структуру системи документообігу, що супроводжує контроль вимог.

Проаналізовано відомі програмні засоби управління вимогами до якості. Аналіз показав, що більшість програмних засобів в основному вирішують задачі управління чи проектування, автоматизують супровід процесів ліцензування і сертифікації продукції. Вони хоч і мають високий ступінь універсальності, але не мають достатніх інструментальних засобів для формування і контролю вимог на всіх етапах ПССТ з урахуванням рекомендацій, зазначених у нормативних документах. Зроблено висновок про необхідність розробки програмних засобів, що враховують ці особливості.

Другий розділ дисертаційної роботи присвячений розробці моделей і методів формування технічних вимог до якості ПССТ на основі аналізу вимог замовника, норм, зазначених у стандартах на даний вид техніки і можливостей підприємств-учасників (розроблювачі, виготовлювачі, контролюючі організації).

Була проведена систематизація вимог, що описують зразки складної техніки. Вимоги до якості ПССТ класифікувалися за трьома ознаками: об'єкти призначення вимог (результати або процеси проекту); суб'єкти, що формують вимоги (зовнішні контролюючі органи, замовник або підприємство-виготовлювач СТС); вплив на реалізовність проекту (обов'язкові, умовно-обов'язкові, бажані).

Вимоги зовнішніх контролюючих органів до процесів як випуску, так і контролю проекту розробляються при атестації виробництва й акредитації випробних лабораторій, до розроблювальної продукції - при сертифікації. Вони містять у собі мінімальний набір вимог для забезпечення відповідності стандартам якості розглянутого проекту {}. Вимоги підприємства-виготовлювача до проектованих процесів і продукції основані на можливостях підприємства {} і вимогах клієнта {}. Вибирають таку множину вимог, складові яких не є суперечливими. Таким чином, будують ТТЗ на продукт і формують документацію на процеси проекту за умови

.

На основі результатів проведеної класифікації автором було запропоновано метод формування технічних вимог до якості складної техніки з урахуванням нормативної бази (рис. 1).

При розробці методу узгодження вимог замовника і рекомендацій, описаних у нормативній документації, автор виходив із таких припущень. По-перше, формування обов'язкових вимог до результатів проекту має відбуватися разом із замовником. По-друге, необхідно, щоб список запитань формує експерт, який ознайомлений з нормативною базою для даного виду техніки. Даний список запитань у наступному має полегшити формування сертифікаційного базису, тому експертом може виступати працівник сертифікаційного центру, що супроводжує розробку СТС. По-третє, необхідно, щоб система підтримки прийняття рішень передбачала можливість нечітких відповідей на поставлені запитання, оскільки замовник при формуванні вимог не зобов'язаний бути ознайомлений з нормативною базою і вимогами, описаними в ній. Крім того, замовник має відповідати не на весь комплекс запитань, а тільки на ті, котрі є істотними при визначенні нормативних документів для бажаного зразка техніки.

Суть методу полягає в такому:

1. Формується множина технічних вимог нормативної бази, що дозволяє однозначно визначити клас складної системи, що створюється.

2. Формується послідовність опитування замовника про наявність технічних вимог нормативної бази в технічній системі, що замовляється. Для побудови послідовності опитування було запропоновано сценарій побудови чітких граф-схем.

3. У випадку, якщо замовник однозначно не може визначити всі технічні вимоги до результату проекту, застосовують метод обґрунтування і вибору класу складної техніки з урахуванням неповноти вихідних технічних вимог проекту.

4. Проводиться опитування замовника, в ході якого визначається значення відповідей, з урахуванням імовірності належності зразка до відповідного класу СТС.

5. Визначається клас СТС, до якого належить зразок, що розробляється на основі значення загальної імовірності, методом розрахунку мережі Байєса.

6. Уточнюються технічні вимоги до СТС з урахуванням визначеного класу. У випадку багатоваріантності - вибір належності до зразка класу техніки виконує розробник разом із замовником.

Для опису відповідей замовника використовують шкалу від -n до +n, де n>1, -n відповідає "Ні", 0 - "Не знаю", а +n - "Так". Для імовірнісного моделювання і наступного використання при проведенні опитування замовника було використано мережу Байєса. Даний метод оснований на теоремі Байєса, котра розглядає множина попарно несумісних подій Н1, Н2,..., Н3 (вибору класу СТС відповідно до нормативних документів), повне у тому розумінні, що одна з подій неодмінно настає, і подій S (вимог, зазначених замовником) з імовірністю P(S)>0:

При цьому події Н_i прийнято називати гіпотезами, - апостеріорними ймовірностями гіпотез, подія S - симптомом, - імовірностями підтвердження чи спростування гіпотез Н_i симптомом S.

Після вибору класу СТС в рамках обмежень до параметрів проектних рішень, зазначених у нормативних документах, виконують аналіз існуючих результатів попередніх проектів. Запропоновано метод аналізу альтернатив зразків виробів при створенні СТС. Для цього було використано метод морфологічного аналізу, модифікований шляхом використання методу альтернативних AND-OR графів і формування морфологічного простору в рамках обмежень, описаних у нормативних документах на даний вид техніки.

Метод морфологічного аналізу полягає в реалізації таких етапів:

1)точне формулювання розв'язуваної задачі (опис бажаних характеристик досліджуваної системи замовником);

2)формування переліку основних характеристик системи, зазначених у нормативних документах;

3) визначення альтернативних способів реалізації кожної з виявлених раніше характеристик і генерування всіх можливих варіантів у заданому класі систем, кожний з яких складається з ланцюжка, що містить по одному способу реалізації кожної окремої характеристики. У результаті виконання даного етапу формується морфологічна таблиця, в якій число способів реалізації функцій системи обмежено нормативними документами (табл.1);

4) визначення ефективності варіантів системи. Для цього використовують метрику морфологічного простору

де x=(x1,..., x), y=(y1,..., y) - морфологічні варіанти; - символ Кронекера:

Таблиця 1. Морфологічна таблиця