ЛК 4. Применение методологии функционального моделирования процессов
Швейного производства
План:
Концепция CALS. Современный подход к моделированию процессов сложных систем.
2 Сущность методологии функционального моделирования IDEF0
3 Функциональная модель процесса изготовления швейного изделия
4 Понятие функционально-стоимостного анализа моделируемых процессов.
1 Концепция CALS. Современный подход к моделированию процессов сложных систем
Как известно, процессы производства продукции (в т.ч. швейных изделий) являются весьма сложными, плохо формализуемыми, протекающими в условиях неопределенности и изменчивости внешней среды. При этом выбор решений осуществляется при большом количестве варьируемых факторов. Использование компьютерных технологий позволяет получать оптимальные решения в наиболее короткие сроки, и современные информационные технологии (ИТ) являются сегодня основным инструментальным средством, используемым при моделировании, проектировании и в процессе функционирования производственных систем.
Автоматизация решения локальных задач, возникающих в ходе проектирования и функционирования сложных систем, в настоящее время теряет свою актуальность – будущее за интегрированными системами, позволяющими осуществлять непрерывную информационную поддержку объекта на всех стадиях его жизненного цикла (ЖЦ). Это возможно при создании интегрированной информационной среды (ИИС).
Идея создания ИИС для информационной интеграции этапов ЖЦ стала базовой в концепции CALS (Computer-Aided Acquisition and Lifecycle Support – непрерывная поддержка жизненного цикла продукции), которая рассматривается как стратегия систематического повышения эффективности, производительности и рентабельности процессов хозяйственной деятельности предприятий за счет внедрения современных методов информационного взаимодействия участников жизненного цикла продукта.
В настоящее время CALS – это глобальная стратегия повышения эффективности бизнес-процессов, выполняемых в ходе ЖЦ продукта за счет информационной интеграции и преемственности информации, порождаемой на всех этапах ЖЦ. Под бизнес-процессом понимается любой процесс, протекающий на предприятии, а не только процессы, связанные с финансовой деятельностью.
В ИИС действует единая система правил представления, хранения и обмена информацией. Реализуется главный принцип CALS – информация, однажды возникшая на каком-либо этапе ЖЦ, сохраняется в ИИС и остается доступной всем участникам ЖЦ. Это позволяет избежать дублирования данных и ошибок, а также сократить затраты труда, времени и финансовых ресурсов.
Средствами реализации стратегии CALS являются CALS-технологии.
CALS-технологии смещают акцент с решения локальных задач в традиционном понимании на процесс проектирования, изучения, анализа организационной деятельности в рамках ЖЦ конкретного продукта. При этом осуществляется определение элементов ЖЦ продукта, рассматриваемого в качестве системы, и определение связей между элементами ЖЦ этого продукта.
В настоящее время в мире и в РФ существует нормативная база, регламентирующая использование принципов CALS-технологий. По области применения все нормативные документы делятся на пять больших групп, особый интерес для швейной отрасли представляют первые три – рисунок 1
Рисунок 1 - Нормативная база стандартов CALS-технологий
Для моделирования протекающих на предприятии процессов предназначены стандарты серии IDEF (Integrated DEFinition). Для моделирования объектов (продукта) предназначены стандарты серии STEP. (о последних речь пойдет на следующей лекции)
Взаимная совокупность методик и моделей концептуального проектирования IDEF разработана в США по программе (ICAM) Integrated Computer-Aided Manufacturing. Для моделирования адекватного представления сложной системы, характеризуемой структурой, выполняемыми процессами (функциями), поведением системы во времени применяют функциональные, информационные и поведенческие модели, взаимосвязанные друг с другом.
На рисунке 2 представлена структура методологии моделирования процессов IDEF, а также их взаимосвязь с методологией информационного моделирования объектов.
 |
Рисунок 2 - Структура методологии моделирования процессов IDEF и
моделирования объектов STEP
2 Сущность методологии функционального моделирования IDEF0
Первым и наиболее значимым этапом моделирования процессов является функциональное моделирование (ФМ).
Под ФМ понимается моделирование функций объекта путем создания описательной графической модели, представляющей собой структурированное изображение функций производственной системы или среды, информации и объектов, связывающих эти функции.
Методология IDEF0 служит графическим представлением (нотацией) функционального моделирования. Данная методология располагает определенным набором функций для описания процессов, обеспечивает реализацию процессного подхода, позволяет идентифицировать этапы моделируемого процесса с заданной степенью детализации и установить существующие информационные потоки необходимых данных.
Понятийный аппарат методологии функционального моделирования IDEF0 полностью основан на реализации в ходе моделирования процессного подхода.
В терминах IDEF0 процесс (бизнес-процесс) - это совокупность операций и взаимодействий между ними, результатом (выходом) которой является продукция и/или услуги, поставляемые потребителям, а исходными данными (входами) – материальные, информационные, трудовые ресурсы, поставляемые внешними поставщиками.
В основе методологии графического представления функциональной модели IDEF0 лежат четыре основных понятия.
1 Функциональный блок (ФБ). ФБ графически изображается в виде прямоугольника (рисунок 3) и олицетворяет собой некоторую конкретную функцию в рамках рассматриваемой системы. Каждая из четырех сторон ФБ имеет своё определенное значение (роль):
Левая сторона имеет значение «Вход»; правая сторона – «Выход»; верхняя сторона - «Управление»; нижняя сторона – «Механизм».
2 Интерфейсная дуга (поток, стрелка). Интерфейсная дуга отображает элемент системы, который обрабатывается ФБ или оказывает иное влияние на функцию, отображенную данным ФБ. Графическим отображением интерфейсной дуги является однонаправленная стрелка. В зависимости от того, к какой из сторон подходит данная интерфейсная дуга, она носит название «входящей», «исходящей» или «управляющей».
«Источником» (началом) и «приемником» (концом) каждой функциональной дуги могут быть только функциональные блоки, при этом «источником» может быть только выходная сторона блока, а «приемником» любая из трех оставшихся.
3 Декомпозиция. Принцип декомпозиции применяется при разбиении сложного процесса на составляющие его функции. При этом уровень детализации процесса определяется непосредственно разработчиком модели. Декомпозиция позволяет постепенно и структурировано представлять модель системы в виде иерархической структуры отдельных диаграмм, что делает ее менее перегруженной и легко усваиваемой.
Модель IDEF0 всегда начинается с представления системы как единого целого – одного ФБ с интерфейсными дугами, простирающимися за пределы рассматриваемой области. Такая диаграмма с одним ФБ называется контекстной диаграммой, и обозначается идентификатором «А0».
В процессе декомпозиции, ФБ, который в контекстной диаграмме отображает систему как единое целое, подвергается детализации на другой диаграмме. (рисунок 4).
Получившаяся диаграмма второго уровня содержит ФБ, отображающие главные подфункции ФБ контекстной диаграммы и называется дочерней по отношению к нему (каждый из ФБ, принадлежащих дочерней ФБ - предок называется родительским блоком по отношению к дочерней диаграмме, а диаграмма, к которой он принадлежит – родительской диаграммой.
Каждая из подфункций дочерней диаграммы может быть далее детализирована путем аналогичной декомпозиции соответствующего ей ФБ. Важно отметить, что в каждом случае декомпозиции ФБ все интерфейсные дуги, входящие в данный блок, или исходящие из него фиксируются на дочерней диаграмме. Этим достигается структурная целостность IDEF0 – модели
5 Глоссарий. Для каждого из элементов IDEF0: диаграмм, функциональных блоков, интерфейсных дуг существующий стандарт подразумевает создание и поддержание набора соответствующих определений, ключевых слов, повествовательных изложений и т.д., которые характеризуют объект, отображенный данным элементом.
Этот набор называется глоссарием и является описанием сущности данного элемента. Глоссарий гармонично дополняет наглядный графический язык, снабжая диаграммы необходимой дополнительной информацией.
Отличительной особенностью описанных методологий является наличие проработанного и зафиксированного в стандартах графического языка представления объектов, что делает возможным использование для проектирования сложных систем информационных технологий и программных средств поддержки системного проектирования - CASE-технологий и средств. В основе CASE-технологий лежат соответствующие методы и методики, описывающие различные свойства систем (методологии IDEF) и позволяющие количественно оценить параметры проектов. Для проектирования функциональных моделей с использованием методологии IDEF0 может использоваться программный продукт BPWin V4.0 компании Computer Associates (США).
3 Функциональная модель процесса изготовления швейного изделия
Впервые методология функционального моделирования процессов швейного производства применительно к гибким швейным потокам была использована в НТИ МГУДТ проф. Мокеевой Н. С.
Поскольку одним из основных принципов разработки ФМ является принцип декомпозиции, то построение модели целесообразно вести от общему к частному.
На первом этапе устанавливается цель моделирования и точка зрения проектировщика, а также источники информации. От правильной формулировки цели и точки зрения зависит качество полученной модели и ее назначение. В качестве источника информации могут служить нормативные и справочные документы, бизнес-план предприятия, а также результаты наблюдения за протекающими на предприятии процессами.
Затем формулируется функция моделируемого процесса, которая соответствует главному функциональному блоку, размещаемому на контекстной диаграмме А0 (рисунок 5)
После этого определяют вход и выход процесса, механизмы и управляющие воздействия (т.е. проектируют интерфейсные дуги). (студенты дополняют рисунок раздаточного материала)
Далее осуществляется декомпозиция функционального блока. По требованиям методологии IDEF0 количество ФБ на одной диаграмме должно составлять 3-7. Поэтому целесообразно сразу определить требуемую степень детализации и сформулировать перечень основных этапов процесса, не формируя дочерние диаграммы.
Например, с заданной степенью декомпозиции выделим следующие этапы моделируемого процесса:
1
|
2 Изучение направлений моды, посещение выставок, ярмарок, семинаров
3 
Формирование задания на изготовление моделей изделий,
4 Разработка эскизов;
5 Разработка конструкции;
6
|
7 Разработка технологической документации на модель;
8 Изготовление лекал;
9 
Нормирование расхода материалов;
10 Приемка и распаковка материалов;
11
|
12 Конфекционирование материалов;
13 Настилание материалов;
14
|
Раскрой материалов;
15 Пошив изделий;
Очевидно, что все 15 этапов не могут быть отражены на одной дочерней диаграмме, поэтому их необходимо сгруппировать. Таким образом, построение ФМ осуществляется снизу вверх. Группировка осуществляется с учетом цели и точки зрения проектирования. Необязательна равномерная разбивка на группы – следует руководствоваться принятым на предприятии логическим объединением функций.
(Можно пояснить, что означает ФБ А – AS-IS в отличие от TO-BE ).
Таким образом, получили, что на первом уровне декомпозиции можно сформировать 4 основных функциональных блока, т.е. декомпозировать ФБ А0 на четыре дочерних ФБ
Принцип туннелирования дуг. Если на каждой диаграмме показывать все без исключения дуги, принадлежащие родительским диаграммам (и наоборот), ФМ будет перегружена. Поэтому введен принцип туннелирования: если на одной диаграмме дугу вводят в туннель, то на дочерней диаграмме она не отображается в отличие от обязательного переноса всех остальных дуг. Туннель условно показывают на родительской диаграмме квадратными скобками у стрелки. Справедливо и обратное – если на дочерней диаграмме ввести стрелку в туннель, на родительской она не будет отражена.
Например, в соответствии с поставленной целью можно отказаться от демонстрации на каждой диаграмме механизма «средства труда», т.к. нет цели идентифицировать оборудование, на котором выполняются операции, поэтому на контекстной диаграмме дуга средства труда заведена в туннель (отметить студентам на рис.5) и тогда дочерняя диаграмма будет выглядеть так (рисунок 6).
Теперь определим основные дуги, которые мы можем сформировать на этой стадии (голубым цветом) – студенты записывают наименования блоков и дополняют диаграммы голубыми стрелками черным цветом.
Так получается дочерняя диаграмма. Далее осуществляется декомпозиция каждого блока в соответствии с поставленной целью. Рассмотрим на примере ФБ А2.
Обратите внимание на стрелки, заведенные в тоннель, если бы была необходимость отразить эти сведения на родительской диаграмме А2, то туннелирование бы не применяли.
Задание – выполнить декомпозицию процесса подготовительно-раскройного производства (ФБ А3)
Функциональная модель часто применяется для описания процессов на реконструируемом предприятии. В этом случае строятся две модели: «КАК ЕСТЬ» (AS-IS) и «КАК ДОЛЖНО БЫТЬ» (TO-BE). В этом случае функциональные блоки и диаграммы модели «КАК ЕСТЬ» маркируются префиксами «А» - А1, А11, А12 и т.д., а модели «КАК ДОЛЖНО БЫТЬ» - «B» В1, В11, В12.
ФМ «КАК ЕСТЬ» является отправной точкой для анализа потребностей предприятия, выявления проблем и «узких» мест и разработки проекта совершенствования процессов.
ФМ «КАК ДОЛЖНО БЫТЬ» позволяет уже на стадии проектирования будущей информационной системы определить изменения условий выполнения отдельных операций, структуры производственных процессов и предприятия в целом.
4 Понятие функционально-стоимостного анализа моделируемых процессов.
Функционально-стоимостной анализ (ФСА, Activity Based Costing, АВС) - метод определения стоимости и других характеристик изделий, услуг и потребителей, использующих в качестве основы функции и ресурсы, задействованные в производстве, маркетинге, продаже, доставке, технической поддержке, оказании услуг, обслуживании клиентов, а также обеспечении качества
Функционально-стоимостной анализ позволяет выполнить следующие виды работ:
1 определение и проведение общего анализа себестоимости процессов на предприятии;
2 проведение анализа, связанного с установлением и обоснованием выполняемых структурными подразделениями предприятий функций с целью обеспечения высокого качества продукции;
3 определение и анализ основных, дополнительных и ненужных функциональных затрат;
4 сравнительный анализ альтернативных вариантов снижения затрат в производстве, сбыте и управлении за счет упорядочения функций структурных подразделений предприятия;
5 анализ интегрированного улучшения результатов деятельности предприятия.
Концепция ФСА позволяет представить управленческую информацию (технологическая последовательность действий исполнителей) в виде финансовых показателей. ФСА-метод отображает уровень потребления ресурсов функциями, а также причины, по которым эти ресурсы используются.
Информацию из ФСА-модели можно использовать для формирования рекомендаций по снижению стоимости и увеличению производительности (тактический уровень). На стратегическом - помощь в принятии решений относительно реорганизации предприятия, изменения ассортимента изделий. ФСА-информация отражает возможные варианты перераспределения ресурсов с максимальной выгодой, помогает выявить возможности факторов (снижение стоимости, уменьшение трудоемкости), которые имеют наибольшее значение.
С помощью ФСА-метода можно так реорганизовать деятельность, чтобы было обеспечено снижение стоимости, трудоемкости и времени. Для этого необходимо:
1 сократить время, необходимое для выполнения функций;
2 устранить ненужные функции;
3 сформировать ранжированный перечень функций по стоимости, трудоемкости или времени;
4 выбрать функции с низкой стоимостью, трудоемкостью и временем;
5 организовать совместное использование всех возможных функций;
6 перераспределить ресурсы, высвободившиеся в результате усовершенствований.
Очевидна методологическая и технологическая взаимосвязь между IDEF0-моделью и методом ФСА. На уровне функционального блока ФСА базируется на трех принципах:
1 Функция характеризуется числом, которое представляет собой стоимость или время выполнения этой функции.
2 Стоимость или время функции, которая не имеет декомпозиции, определяется разработчиком модели процесса.
3 Стоимость или время функции, которая имеет декомпозицию, определяется, как сумма стоимостей (времен) всех подфункций на данном уровне декомпозиции.
ФСА может проводиться только тогда, когда модель работы последовательная, корректная (отражает процесс), полная (охватывает всю рассматриваемую область) и стабильная (проходит цикл без изменений), когда создание модели работы закончено.
При проведении стоимостного анализа сначала задаются единицы измерения времени и денег. Затем описываются центры затрат (cost centers). Общие затраты по работе рассчитываются как сумма по всем центрам затрат. При вычислении затрат вышестоящей (родительской) работы сначала вычисляется произведение затрат дочерней работы на частоту работы (число раз, которое работа выполняется в рамках проведения родительской работы), затем результаты складываются.
Этот достаточно упрощенный принцип подсчета справедлив, если работы выполняются последовательно.
Определение стоимости производится в два этапа: определение затрат на выполнение функций на основе необходимых для этого ресурсов, включающих прямые затраты материалов и труда, косвенные затраты труда и накладные расходы; определение затрат на стоимостные объекты (товары) на основе используемых ими функций.
Разработанные IDEF0 – модели могут служить для последующей разработки на их основе других моделей семейства IDEF (информационных, онтологических и т.д.)