Методи і моделі управління якістю проектів створення автоматизованих систем безпеки в атомній енергетиці

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

МЕТОДИ І МОДЕЛІ УПРАВЛІННЯ ЯКІСТЮ ПРОЕКТІВ СТВОРЕННЯ АВТОМАТИЗОВАНИХ СИСТЕМ БЕЗПЕКИ В АТОМНІЙ ЕНЕРГЕТИЦІ

Спеціальність: Радіоелектронні і комп'ютерні системи

Сіора Олександр Андрійович

Харків, 2004 рік

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В умовах сильної залежності України від закордонних постачальників енергоносіїв для теплових електростанцій, невеликих обсягів електроенергії, виробленої гідроелектростанціями, атомна енергетика є галуззю, здатною задовольнити значні потреби країни в електроенергії. В даний час блоки атомних електростанцій (АЕС) України в основному виробили встановлений ресурс (30 років). Тому однією з найважливіших стратегічних задач енергетики України є модернізація та продовження ресурсу існуючих АЕС. Важливим напрямком для вирішення цієї задачі є розробка і виробництво автоматизованих систем (АС) управління і контролю, що являють собою складні розподілені програмно-апаратні комплекси (ПАК), що забезпечують підвищення надійності, гарантування радіаційної й екологічної безпеки АЕС та інших об'єктів ядерної енергетики (ОЯЕ).

Для масової заміни застарілого устаткування на ОЯЕ підприємству необхідно істотно розширити номенклатуру й асортимент продукції, що випускається, при жорсткості вимог до його якості, що регламентуються положеннями МАГАТЕ, міжнародними (ISO), вітчизняними (ДСТУ) і галузевими стандартами, положеннями Державного комітету ядерного регулювання України (ДКЯРУ).

При цьому необхідно враховувати, що виробники АС працюють в умовах суттєвого впливу ускладнюючих факторів: складності АС, швидкого морального та фізичного старіння АС, що експлуатуються, високого рівня унікальності конструкції реакторів, бурхливого розвитку елементної бази і програмних засобів, стислих терміни монтажу нового обладнання, що пов'язано з режимами експлуатації АЕС, ризику застосування штрафних санкцій при помилкових зупинках роботи реакторів, постійного зростання вимог до радіаційної й екологічної безпеки. Все це вимагає необхідності приділення особливої уваги питанням забезпечення високого рівня якості таких систем і, як наслідок, ефективності системи якості підприємства. Однією з актуальних задач для підприємств України є перехід та адаптація існуючої системи якості до вимог нової редакції стандартів серії ISO 9000/2000, що істотно відрізняються від раніше прийнятих. Перехід на ці стандарти у найближчому майбутньому є обов'язковим при ліцензуванні проектної діяльності й сертифікації продукції, а отже, це буде суттєво впливати на конкурентоспроможність підприємств.

В основному зміни стосуються обов'язковості забезпечення стійкості систем якості й необхідності розгляду проектної діяльності підприємства як мережі взаємозв'язаних основних, допоміжних і бізнес-процесів. Стійке управління пов'язується із забезпеченням моніторингу, аналізом, формуванням і реалізацією коригувальних дій щодо поліпшення процесів і процедур проектування, виробництва, контролю та випробувань, а також удосконалювання системи якості підприємства. Проведений аналіз літературних джерел показав, що ці вимоги в основному викладені в декларативній формі і не містять конкретних науково обґрунтованих методик і рекомендацій з організації і впровадження цих стандартів.

Тому актуальною є науково-прикладна задача розробки науково-методичного забезпечення для управління проектами створення автоматизованих систем безпеки для об'єктів ядерної енергетики із гарантуванням необхідного рівня якості.

Зв'язок робіт 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 виконувались у 2003-2004 рр. відповідно до планів держбюджетних і госпрозрахункових НДР: Міністерства освіти і науки України “Системні й інформаційні технології формування і управління великомасштабними проектами і програмами” (ДР №0102U004181), Міністерства палива й енергетики України “Розробка науково-методичного забезпечення якості проектів модернізації систем управління об'єктів ядерної енергетики” №Д1/2002 (ДР №0104U003501), планів Національної атомної енергогенеруючої компанії (НАЕК) України і тематики робіт ЗАТ “Радій” щодо створення автоматизованих систем для гарантування безпеки АЕС.

У перерахованих НДР автор брав участь при розробці моделей для двоконтурних систем управління якістю проектів створення автоматизованих систем безпеки для ОЯЕ, методів обґрунтування вибору напрямків удосконалювання систем якості підприємств.

Мета і задачі дослідження.

Метою дисертаційної роботи є підвищення якості проектів створення автоматизованих систем, що забезпечують безпеку об'єктів ядерної енергетики, шляхом реалізації циклу постійного удосконалювання системи якості підприємства.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

- провести аналіз існуючих підходів, методів, нормативної бази й інформаційних технологій управління якістю проектів створення автоматизованих систем;

- сформувати системне, теоретико-множинне уявлення процесів створення, контролю та випробувань АС для ОЯЕ і системи якості підприємства;

- створити алгоритмічні моделі для опису процесів проектування і виробництва АС для ОЯЕ;

- сформувати структурну двоконтурну модель системи управління якістю проектів АС для ОЯЕ;

- розробити методи формування коригувальних дій для усунення невідповідностей (конструктивних, технологічних і виробничих) і удосконалювання системи якості підприємства;

- розробити структуру автоматизованої системи моніторингу і управління якістю створення АС для ОЯЕ;

- впровадити розроблені методи, моделі й інформаційні технології управління якістю проектів створення АС на підприємствах і в організаціях.

Об'єктом дослідження є система якості підприємств, що випускають АС для ОЯЕ.

Предметом дослідження є методи, моделі й інформаційні технології управління якістю проектів створення АС для ОЯЕ.

Методи дослідження.

Методи дослідження основані на системному аналізі сучасних тенденцій, міжнародних, державних і галузевих нормативних документів в області управління якістю проектів і програм розвитку систем якості підприємств: розроблювачів і виробників АС для ОЯЕ. При проведенні досліджень використано системний аналіз і теоретико-множинний підхід для формування моделей системи якості підприємства. Для опису двоконтурної моделі системи управління якістю і формалізації моделей процесів створення, контролю, випробувань та управління якістю проектів створення АС, застосовано математичний апарат мови регулярних схем системних моделей (РССМ). Для побудови системи підтримки прийняття рішень, при формуванні коригувальних дій і удосконалювання системи якості підприємств використано моделі знань. При розробці програмного забезпечення управління якістю застосовано знанняорієнтовані постреляційні інформаційні технології.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в такому:

1) вперше розроблено нову модель системи управління якістю, що на відміну від традиційної має додатковий контур, за допомогою якого забезпечується реалізація циклу постійного удосконалювання системи якості підприємства, шляхом формування коригувальних дій;

2) удосконалено методи аналізу причин виникнення невідповідностей при створенні АС на основі знанняорієнтованих моделей, які застосовано для опису і аналізу об'єкта досліджень;

3) набули подальшого розвитку методи формалізації процесів управління якістю за допомогою теоретико-множинного уявлення і алгоритмічних моделей.

Усі перераховані результати з урахуванням досягнутого рівня новизни є теоретичною основою для вирішення важливої й актуальної науково-прикладної задачі. В основі розроблених методів і моделей використані сучасні уявлення організаційних структур і схем управління якістю виробництва складних програмно-апаратних комплексів, що застосовуються в практиці організації і управління проектами розвитку виробництва АС для ОЯЕ. Запропоновані методи, моделі та прикладна інформаційна технологія дають можливість: науково обґрунтовано аналізувати організаційну структуру і процеси управління якістю проектів АС, виявляти виниклі невідповідності, забезпечити інформаційну підтримку прийняття рішень при визначенні напрямків удосконалювання системи якості (СЯ) підприємств, і доповнюють наукові знання в області управління якістю проектів створення складної наукоємної продукції та розвитку виробництва.

Практичне значення отриманих результатів полягає в такому.

Розроблений комплекс методів і моделей є науково-методичною основою для розвитку системи якості підприємств, що виконують складні проекти створення АС для ОЯЕ.

Отримані результати подані у вигляді інженерних методик і можуть використовуватися в задачах планування, управління та контролю системи якості підприємства.

Розроблені методи описані формально за допомогою математичних моделей, подані у вигляді алгоритмів і оформлені у вигляді комп'ютерних програм аналізу і управління якістю проектів створення складної техніки й розвитку виробництва.

Запропоновані методи, моделі та прикладна інформаційна технологія можуть бути використані менеджерами різних рівнів для аналізу й удосконалювання систем якості підприємств щодо забезпечення технічних, експлуатаційних і сертифікаційних вимог до продукції, що випускається.

Результати дисертаційної роботи впроваджені на підприємствах і організаціях України у формі методик, комп'ютерних програм аналізу і управління якістю виробництва складної техніки із загальним економічним ефектом 340 тис. грн. Практичне значення результатів підтверджується актами впровадження на підприємствах:

- ЗАТ “Радій”, м. Кіровоград (акт впровадження від 12.08.04);

- Сертифікаційний центр АСУ Держцентрякості Держатомрегулювання України, м. Харків (акт впровадження від 19.08.04);

- Налагоджувально-монтажне підприємство “Електропівденмонтаж” м. Енергодар Запорізької обл. (акт впровадження від 30.03.04).

Особистий внесок автора. Всі основні наукові положення, результати, висновки і рекомендації дисертаційної роботи отримані автором самостійно. У публікаціях, що написані в співавторстві, автору належать: підхід до формування моделі процесу створення виробу складної техніки як логічне об'єднання процесів розробки, виробництва, випробувань, контролю і управління якістю з використанням мови РССМ, система декомпозиції організаційної структури системи якості підприємства, модель розподілу повноважень у рамках системи якості підприємства, структура системи підтримки прийняття рішень для удосконалювання системи якості підприємства, структура розподіленої автоматизованої системи моніторингу і управління якістю, методи управління якістю на основних етапах життєвого циклу складної техніки, структура АС аналізу вібраційної стійкості трубопроводів блоків АЕС з урахуванням вимог якості, структура двоконтурної моделі системи управління якістю, обґрунтування переваг використання постреляційних інформаційних технологій при розробці автоматизованих систем управління якістю підприємств, структура просторово-часової моделі процесу створення АС, модель управління вимогами при розробці складних розподілених систем.

Апробація результатів дисертації. Результати дослідження доповідалися й обговорювалися на міжнародних науково-технічних конференціях (МНТК): “Сучасні технології в менеджменті” (Харків - Алушта, ХАІ, 2003 р.), “Наука 2004” (Дніпропетровськ, 2004 р.), “Людина і Космос” (Дніпропетровськ, НЦАОМУ, 2004 р.), “Інтегровані комп'ютерні технології в машинобудуванні” (Харків, ХАІ, 2003 р.), на науково-технічних конференціях факультету систем управління літальних апаратів і на наукових семінарах кафедри інформаційних управляючих систем Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”.

Публікації. Результати досліджень опубліковані в 13 друкованих працях, з них 6 статей - у науково-технічних журналах, 2 - у збірках наукових праць, 5 - у матеріалах конференцій.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, 4 розділів, висновків, додатка, викладена на 190 сторінках, у тому числі 51 рисунок і 9 таблиць на 38 окремих сторінках, список використаних літературних джерел з 131 найменувань на 13 сторінках, додаток на 3 сторінках.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі описано: актуальність теми і наукової задачі, зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами, мета і задачі дослідження, об'єкт, предмет і методи дослідження, наукова новизна і практичне значення отриманих результатів, особистий внесок здобувача, інформація про впровадження, апробацію і публікацію результатів.

У першому розділі проведено огляд напрямків розвитку і підходів до управління якістю. Досліджено математичні методи і моделі оцінки якості проектів. Проведено огляд показників якості з позицій кваліметричного підходу. Досліджено міжнародні стандарти по управлінню якістю (ISO 9000/2000) і сформульовано задачі, що повинні бути вирішені на підприємстві з урахуванням їх вимог. Проаналізовано нормативну базу діяльності підприємств щодо забезпечення вимог ядерної безпеки при створенні АС для ОЯЕ. Показано, що, оскільки ОЯЕ відносяться до категорії об'єктів підвищеної небезпеки, підприємства, які забезпечують розробку і виробництво АС контролю і управління, працюють в умовах постійного підвищення вимог до надійності і безпеки. Це створює додаткові складності при формуванні ефективної системи управління якістю. Зроблено висновок про необхідність розробки науково-методичного забезпечення для вирішення задачі формування стійкої системи якості для створення АС. Стійкість системи якості забезпечується створенням замкнутих контурів управління (моніторинг - аналіз - формування і реалізація коригувальних дій). Ефективність такої системи може бути забезпечена шляхом автоматизації задач моніторингу, аналізу всіх процесів і підтримки прийняття рішень, спрямованих на усунення невідповідностей і удосконалювання СЯ підприємства. Для розв'язання цієї задачі, в першу чергу, необхідно сформувати системне уявлення процесів розробки, виробництва, контролю та випробувань АС і структури системи якості підприємства.

Проаналізовано можливість використання моделей знань для ідентифікації та визначення причин виникнення невідповідностей (помилкових конструктивних рішень, технологічних і виробничих дефектів). Зроблено висновок про доцільність використання систем правил логічного висновку, побудованих у вигляді І-ІЛІ дерев, при формуванні контурів зворотних зв'язків управління якістю і для визначення коригувальних дій у випадку виявлення невідповідностей, для формування заходів щодо удосконалювання елементів системи якості при систематичному виявленні невідповідностей. Проведено аналіз напрямків удосконалювання системи якості підприємства.

Проаналізовано відомі програмні засоби управління якістю. Аналіз показав, що за допомогою більшості програмних засобів в основному вирішуються задачі оперативного управління виробництвом чи автоматизується супровід процесів ліцензування та сертифікації продукції, але в них немає достатнього інструментарію для управління якістю відповідно до вимог нової редакції стандартів ISO.

Зроблено висновок про необхідність розробки програмних засобів, що враховують ці особливості.

Як програмну платформу для розробки автоматизованої системи управління якістю найдоцільніше використовувати знанняорієнтовану постреляційну технологію Cache' (InterSistems Corp.), що має цілу множину суттєвих переваг.

В другому розділі сформовано системне уявлення системи якості як основної складової виробничої системи підприємства.

На основі принципів декомпозиції і стратифікації ув'язано моделі: системи цілей, функціональних задач, процесів контролю, випробувань і управління якістю, організаційної структури, інформаційної моделі та комплексу технічних засобів СЯ підприємства, з методами формалізованого опису, експертного оцінювання і системного моделювання для автоматизації процесів моніторингу і управління якістю.

Обґрунтовано вибір математичного апарату мови регулярних схем системних моделей (РССМ) для опису структурних і подійних моделей СЯ підприємства.

Побудовано множину бінарних відносин, що системно ув'язують структуру АС з технологіями розробки, виробництва, контролю та випробувань і з елементами виробничої системи підприємства.

При ліцензуванні проектної діяльності підприємства елементи виробничої системи (у тому числі системи якості) повинні бути атестовані на право розробки та виробництва.

Готову продукцію підприємства (АС для ОЯЕ) перевіряють на відповідність вимогам: функціональним, безпеки, сейсмостійкості, радіаційної стійкості, електричної сумісності і стійкості по множині видів впливів.

З позицій системного підходу і теоретико-множинного уявлення проведено структуризацію і формалізацію дій щодо контролю та випробувань АС та їхнє закріплення за елементами організаційної структури системи якості підприємства (табл. 1).

Таблиця 1. - Рівні контролю якості створення АС для ОЯЕ:

Знання орієнтоване уявлення у формі предиката готовності РМ до виконання робіт.

Це відповідає вимогам ліцензування, буде мати вигляд:

Відповідності вимогам i-го зразка готової продукції (i) можна подати у вигляді предиката:

У розділі запропоновано узагальнену алгоритмічну модель процесу створення АС у вигляді подійної моделі, описаної мовою РССМ, що логічно пов'язує всі процеси розробки, виробництва, контролю й випробувань в єдину просторово-часову модель.

Рис. 1. - Структурна модель системи управління якістю:

Запропоновано структурну модель двоконтурної системи управління якістю. Перший контур утвориться шляхом організації зворотного зв'язку, що формується в результаті аналізу невідповідностей, для визначення множини процесів і процедур розробки та виробництва, повторення яких необхідно для усунення виниклої невідповідності. Другий контур управління спрямований на аналіз і ліквідацію причин виникнення невідповідностей, що мають тенденцію до повторення, у тому випадку, коли невідповідності мають систематичний характер. У цьому випадку усунення невідповідності досягається шляхом удосконалювання системи якості підприємства. Удосконалювання системи якості підприємства представлені в табл. 2.

Таблиця 2. - Напрямки удосконалювання елементів системи якості:

Для забезпечення ефективності системи управління якістю необхідно вирішити задачі ідентифікації невідповідностей і визначення причин їхнього виникнення. Для вирішення цих задач доцільно використовувати експертів і знання орієнтовані методи підтримки прийняття рішень.

Третій розділ присвячений розробці методів ідентифікації причин виникнення невідповідностей за допомогою моделей знань.

У силу відсутності визначеності й однозначності при вирішенні задач даного класу найбільш доцільним є використання знанняорієнтованих моделей. Використання такого підходу дозволяє створити систему підтримки прийняття рішень (СППР) щодо управління якістю розробки і виробництва АС для ОЯЕ й удосконалювання щодо системи якості підприємства, спрямованої на забезпечення гнучкості й адаптивності до зовнішніх і внутрішніх умов, що постійно змінюються (перехід на випуск нових видів продукції, зміни нормативної бази, застосування нових технологій і т. д.). Для представлення знань і опису основних атрибутів бази знань (БЗ) і бази даних (БД) було прийнято концепцію фреймів у вигляді ієрархічної структури. Ієрархічність досягається тим, що один зі слотів фрейму виділяється для посилання на попередній фрейм. Це забезпечує "вкладеність" фреймів, що дозволяє організувати механізм спадкування властивостей, що приводить до зручності пошуку й обробки інформації. Таким чином, фрейм виробництва АС FR декомпозується в ієрархічне дерево підфреймів fi. Кожен підфрейм (субфрейм) відбиває визначені властивості:

Рис. 2. - Мережа фреймів уявлення складальних і випробувальних робіт АС для ОЯЕ:

Процес виробництва та випробувань АС можна представити графічно у вигляді дерева (рис. 3) чи продукційних моделей. Кожен крок виробничого процесу повинний контролюватися. Якщо перевірка вказує на виникнення невідповідності, то можливі переходи (див. рис. 3, пунктирна лінія) на відповідні точки виробничого процесу.

Четвертий розділ присвячений розробці архітектури комп'ютерної системи моніторингу і управління якістю (КСМУЯ) проектів створення АС для ОЯЕ. КСМУЯ є складною розподіленою системою. Сервер, робочі станції й автоматизовані робочі місця розташовані у відділах конструкторського бюро, основних цехах і ділянках, підрозділах і службах системи якості підприємства, об'єднані в єдину корпоративну мережу.

Рис. 3. - Багаторівнева модель управління процесами створення, контролю і управління якістю АС для ОЯЕ:

Програмною платформою КСМУКЯ є знанняорієнтована постреляційна технологія СУБД Cache' (InterSystems Corp.). Запропоновано ієрархічні структури баз даних системи. Особливу увагу приділено інформаційній технології підтримки прийняття рішень, основу якої складає система правил логічного висновку, для ідентифікації причин виникнення невідповідностей і визначення заходів щодо удосконалювання системи якості підприємства. Дружній інтерфейс користувача забезпечує проведення моніторингу і контролю якості розробки і виробництва, реєстрацію невідповідностей, їхній аналіз і формування заходів щодо ліквідації невідповідностей і удосконалювання системи якості. Наведено приклади, що ілюструють працездатність СППР. Використання СППР із системою правил логічного висновку (СПЛВ) дозволило істотно скоротити час на розробку заходів щодо удосконалювання методик вибору елементної бази, а також технологій контролю й випробувань блоків і модулів автоматизованих систем контролю безпеки енергоблоків АЕС. Використання КСМУЯ на ЗАТ “Радій” дозволило вдвічі скоротити кількість невідповідностей, виявлених на етапах заводських і промислових випробувань АС для ОЯЕ і у два-три рази час на пошук причин виникнення невідповідностей.

Отримані результати у вигляді методів, моделей і КСМУК були впроваджені на промислових підприємствах і в організаціях України, що виконують проекти створення, супровід та експлуатацію АС для ОЯЕ.

ВИСНОВКИ

У роботі вирішено актуальну науково-прикладну задачу розробки науково-методичного забезпечення для управління якістю проектів створення автоматизованих систем безпеки для об'єктів ядерної енергетики. Ця задача має важливе значення для підприємств, що здійснюють формування системи якості відповідно до вимог нової редакції стандартів ISO 9000/2000 (ДСТУ 9000/2001). управління фрейм комп'ютерний

Основні результати дослідження:

1. Двоконтурна система управління якістю проектів створення автоматизованих систем управління і контролю для об'єктів ядерної енергетики;

2. Теоретико-множинне уявлення створення АС, що забезпечуює ув'язування задач (робіт проекту) та дій, спрямованих на контроль якості, з елементами виробничої системи і системи якості підприємства;

3. Системні структурні та подійні моделі системи якості підприємства за допомогою мови регулярних схем системних моделей (РССМ);

4. Просторово-часова алгоритмічна модель процесу створення АС для ОЯЕ як єдиної мережі управління якістю;

5. Метод ідентифікації причин виникнення невідповідностей і формування коригувальних дій, спрямовання на удосконалювання системи якості на основі знання орієнтованих моделей;

6. Системний сценарій прийняття рішень щодо управління якістю;

7. Архітектура комп'ютерної системи моніторингу і управління якістю (КСМУЯ), основана на сучасній знання орієнтованій постреляційній інформаційній технології;

8. Результати досліджень у вигляді методів, моделей та інформаційних технологій управління якістю впроваджені в практику виконання проектів створення автоматизованих систем забезпечення безпеки ОЯЕ й удосконалювання систем якості підприємств.

Результати роботи можуть бути використані фахівцями в області управління якістю проектів створення складних автоматизованих систем.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Дружинин Е.А., Габчак О.К., Сиора А.А. Формализованные модели процессов управления качеством сложной техники // Авиационно-космическая техника и технология. - 2003. - №8(43). - С. 137-142.

2. Дружинин Е.А., Габчак О.К., Сиора А.А. Теоретико-множественное представление организации разработки, производства и управления качеством АСУК для ОЯЭ // Радіоелектронні і комп'ютерні системи. - 2003. - №4(4). - С. 208-213.

3. Дружинин Е.А., Горлов Д.А., Сиора А.А. Построение ролевых протоколов управления в сложных социотехнических системах // Авіаційно-космічна техніка і технологія. -2003. - №2(37). - С. 152-157.

4. Лещенко А.Б., Сиора А.А., Лещенко Ю.А. Разработка знаниеориентированной модели принятия решений в приборостроительном производстве // Радіоелектронні і комп'ютерні системи. - 2004. - №1(5). - С. 69-75.

5. Антонов А.А., Лещенко А.Б., Сиора А.А. Использование системы поддержки принятия решений для повышения качества производства // Радіоелектронні і комп'ютерні системи. - 2004. - №2(6). - С. 47-51.

6. Сиора А.А. Cоздание комплексной системы управления качеством проектов разработки и производства автоматизированных систем управления и контроля для объектов ядерной энергетики // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. - 2004. - Вип. 3. - С. 8-12.

Размещено на Allbest.ru