Prace zakładu produkcyjnego wykorzystującego techniki inżynierii współbieżnej (IW) można określić jako „proces rozproszonego przetwarzania zintegrowanego za pomocą technik łączności”
I choć w określeniu nie ma ani słowa na temat technik informatycznych jako środka przetwarzania czy komunikacji, w praktyce realizacja idei IW możliwa jest dzięki rozwojowi informatyki i techniki komputerowej. Jakość i sprawność infrastruktury informatycznej jawią się zatem jako podstawowy czynnik efektywności IW. Odpowiedź na pytanie, jak dobrać oprogramowanie dla technologa mającego działać w warunkach inżynierii współbieżnej, ma zatem największe znaczenie dla sukcesu wdrażania IW w obszarze działań przede wszystkim technologa oraz zakładu jako całości.
Dobre oprogramowanie
Mówiąc o oprogramowaniu, na ogół dokonujemy pewnego skrótu myślowego: w istocie myślimy o informatyzacji stanowiska pracy, którego oprogramowanie jest elementem wyraźnie dominującym. Należy jednak pamiętać, że warstwa oprogramowania opiera się na warstwie sprzętowej – rodzaj, jakość i możliwości platformy sprzętowej oraz urządzeń peryferyjnych, w jakie wyposażone jest stanowisko pracy, może znacznie wzbogacić lub wyraźnie ograniczyć możliwości oprogramowania, a pośrednio także jakość i efektywność pracy.
Dobierając oprogramowanie do określonych zadań, chcemy, aby było dobre. To określenie jest proste, intuicyjnie zrozumiałe, ale bardzo pojemne. Przed podjęciem wysiłku sformułowania metody (algorytmu, wytycznych) doboru oprogramowania dla technologa IW celowe wydaje się szczegółowe rozpatrzenie cech oprogramowania zawartych w określeniu „dobre”.
Wiele prac z zakresu informatyki i inżynierii oprogramowania specyfikuje jakość oprogramowania. Wymagania te mają cechy uniwersalne – odnoszące się do każdego oprogramowania. Jest to pierwsza grupa wymagań dla oprogramowania dla technologa w warunkach IW, którą można nazwać wymaganiami ogólnotechnicznymi. Druga grupa to zespół cech związanych z zadaniami realizowanymi przez technologa oraz specyfiką jego pracy, jej charakterem i potrzebami, a także szczególne wymagania związane z działalnością technologa w środowisku pracy inżynierii współbieżnej. Można je określić mianem wymagań specyficznych dla technologa IW.
Wymagania ogólnotechniczne
Wymagania tej grupy to podstawa. Często zapomina się o nich, zakładając, że jakiekolwiek oprogramowanie, z którym mamy do czynienia, ma taką jakość, że wymagania te spełnione są niejako z definicji. Niestety, nie jest to prawda. Twórcom oprogramowania przyświecają różne cele, nie zawsze zgodne z interesem przyszłych użytkowników. Brak spełniania wymagań z tej grupy zazwyczaj kładzie się cieniem na całym procesie eksploatacji oprogramowania, możliwościach jego obsługi (maintenance) i rozbudowy. Niektóre cechy tej grupy mają znaczenie na tyle krytyczne, że ich brak może przekreślić sens wykorzystania danego oprogramowania. Można podjąć złą (i bardzo kosztowną w skali zakładu) decyzję.
Wymagania grupy ogólnotechnicznej omawianie są szeroko w wielu pracach z zakresu informatyki, przedstawione więc zostaną w skrócie.
Platforma sprzętowa, urządzenia peryferyjne i system operacyjny
Sprzęt komputerowy psuje się, po 3-4 latach zazwyczaj jest przestarzały. Z nowymi generacjami sprzętu pojawiają się zazwyczaj nowe wersje systemów operacyjnych. Natomiast okres eksploatacji systemów informatycznych w zakładzie trwa kilkanaście lat, przy czym istnieje tendencja do wydłużania tego okresu w miarę poszerzania obszarów działań w zakładzie objętych systemem informatycznym. Nie wolno dopuścić, aby kwestie eksploatacyjne związane ze sprzętem limitowały możliwość wykorzystania systemu informatycznego.
Bezpieczeństwo danych
Utrata danych czy samego oprogramowania to często straty większe niż utrata dóbr materialnych. Zazwyczaj trudniej je odtworzyć, zaś ukryty w bitach nakład pracy podczas próby odtworzenia danych okazuje się znacznie większy, niż się wydawało. W warunkach IW utrata danych czy zaburzenia w funkcjonowaniu struktury informatycznej mają znaczące i długotrwałe reperkusje. Korzystanie z oprogramowania, w którym zagadnieniom szeroko pojętego bezpieczeństwa danych nie poświęcono wystarczającej uwagi, to poważne kłopoty i ryzyko, na które stać niewielu.
Możliwości w zakresie wymiany danych i komunikacji
Inżynieria współbieżna wymaga dużej sprawności w zakresie wymiany danych (o różnorodnym charakterze, wymienianych w różnorodny sposób) oraz sprawnych mechanizmów komunikacji między użytkownikami systemu informatycznego przedsiębiorstwa. Niespełnienie tych wymagań ogranicza znacząco korzyści ze stosowania technik IW lub uniemożliwia realizację idei IW. Obecnie brakuje sprawdzonych, uniwersalnych standardów zapisu danych, obejmujących szeroki zakres działalności prowadzonej w przedsiębiorstwie (finanse, konstrukcja, technologia, organizacja produkcji, dokumentacja, planowanie itd.). Istotne zatem jest rozważenie możliwości wymiany danych (z ewentualną ich konwersją) w ramach systemu informatycznego przedsiębiorstwa oraz zapewnienie elastyczności w tym zakresie w miarę pojawiających się przyszłych rozwiązań. W warunkach IW system informatyczny jest medium nie tylko do wymiany danych, ale i komunikacji między użytkownikami. Wykorzystywane oprogramowanie powinno być zatem wyposażone także w mechanizmy ułatwiające sprawną realizację takiej komunikacji.
Ergonomia
Oprogramowanie powinno być wygodne (nie tylko pod względem ergonomii związanej z fizjologią człowieka). Powinno być dopasowane do nawyków i sposobu myślenia osób wykonujących daną pracę, kolejności rozwiązywania problemów, źródeł informacji wykorzystanych na danych etapie pracy itp. Oprogramowanie niewygodne – niedostosowane do fizjologii człowieka oraz oprogramowanie wykorzystujące w pracy tok postępowania niezgodny z intuicyjnym odczuciem pracownika oraz pozbawione jasności realizowanych czynności i braku pełnej potrzebnej informacji – jest źródłem uciążliwości, zmniejszonej efektywności pracy i gorszej jakości związanej z dyskomfortem psychicznym i nieświadomie popełnianymi (często trudnymi do wyłapania) błędami.
Zakres automatyzacji pracy
Sens stosowania nowych technik pracy (komputeryzacji) polega na tym, że dzięki nowym środkom pracy uzyskujemy nową jakość. Jeśli na skutek wprowadzenia komputera na stanowisko pracy nowa jakość się nie pojawia, nie zyskujemy nic (poza kłopotem związanym z pojawieniem się na stanowisku pracy nowego złożonego, kosztownego urządzenia). Prawdziwa korzyść z komputeryzacji to „nowa jakość”. Najłatwiej ją odnaleźć, odpowiadając na pytanie: Czy i jakie czynności w przypadku skomputeryzowanego stanowiska pracy wykonywane są lepiej niż poprzednio lub wcześniej w ogóle nie były możliwe? Dobre oprogramowanie wprowadza ową „nową jakość” w szerokim zakresie. Zazwyczaj objawia się to nowymi możliwościami uzyskiwanymi dzięki oprogramowaniu (np. symulacja komputerowa) oraz odciążeniem pracownika z zadań typowo manualnych i czynności mechanicznych na korzyść procesów podejmowania decyzji.
Sprawność oprogramowania
Oprogramowanie musi być odpowiednio wydajne i pewne w działaniu. Wymóg ten jest oczywisty, aczkolwiek trudno określić go ilościowo. Szybkość pracy komputera czy czas realizacji określonego zadania mogą być zwodnicze. Zazwyczaj jest dobrze, jeśli komputer czeka na człowieka, a nie odwrotnie.
Obsługa oprogramowania w okresie użytkowania
Podczas eksploatacji każdego oprogramowania zachodzi potrzeba usprawnień, zmian, korekt i innych modyfikacji. Istotne jest, aby można było je przeprowadzić w czasie użytkowania oprogramowania bez dezorganizacji pracy.
Rozwój oprogramowania
W okresie eksploatacji systemu informatycznego pojawiają się nowe standardy, rozwiązania i narzędzia programistyczne. Ważne, aby istniała możliwość ich adaptacji i włączenia do istniejącego systemu informatycznego. Oprogramowanie powinno być rozbudowywalne – a rozbudowa będzie się odbywać podczas eksploatacji oprogramowania.
Specyficzne wymagania
Cechy ogólnotechniczne oprogramowania, choć istotne dla użytkownika, nie dają wskazówek co do konkretnych wymagań związanych z wykorzystaniem go przez inżyniera technologa pracującego w warunkach inżynierii współbieżnej. Wskazówek i wytycznych doboru oprogramowania do tych konkretnych zadań należy szukać w pracy technologa, w realizowanych przez niego zadaniach oraz rozwiązywanych problemach. Trudno jednak bezpośrednio z zadań technologa określić cechy, na podstawie których należy dobierać oprogramowanie. Celowa wydaje się droga pośrednia:
a. analiza zadań technologa IW na różnych etapach opracowywania wyrobu w kategoriach: zadanie technologa, źródła informacji, klienci wypracowanych przez niego informacji,
b. funkcjonalne określenie narzędzi, którymi powinien dysponować technolog IW. Narzędzia te określimy roboczo jako funkcyjne, podkreślając, że są konstrukcją logiczną – jeden program bądź pakiet oprogramowania może spełniać rolę jednego lub kilku narzędzi funkcyjnych i odwrotnie: kilka programów może składać się na jedno narzędzie funkcyjne,
c. kategoryzacja narzędzi funkcyjnych: przypisanie im atrybutów „konieczne” i „pożądane”, aby stworzyć podstawę do oceny oprogramowania.
Należy zwrócić uwagę, że dobór oprogramowania to w gruncie rzeczy odpowiedź na dwa pytania: – Jakie cechy powinno mieć oprogramowanie warsztatu pracy technologa IW oraz – Czy cechy prezentowane przez dane oprogramowanie są odpowiednie dla technologa IW i w jakim stopniu? Pierwsze pytanie jest typowe, gdy chcemy zlecić wykonanie oprogramowania lub stworzyć kompilację różnych produktów software’owych dostępnych na rynku. Drugie – gdy musimy ocenić przydatność dla technologa IW prezentowanego nam oprogramowania.
Specyfikacja obecności (lub braku) określonych narzędzi funkcyjnych oraz jakości realizacji zadań objętych danym narzędziem funkcyjnym wydaje się podstawą ilościowej metody oceny oprogramowania.
Warto zwrócić uwagę, że ocena ta nie jest absolutna ani uniwersalna. Wspomniana specyfikacja oceny narzędzi funkcyjnych nakłada się bowiem na konkretne warunki zakładu, które zazwyczaj modyfikują znaczenie cech poszczególnych narzędzi funkcyjnych. Jeśli określona funkcja jest realizowana, znaczenie jej implementacji w ocenianym oprogramowaniu maleje, natomiast nabiera znaczenia możliwość integracji ocenianego oprogramowania ze stosowanym w zakładzie.
Udział technologa w cyklu życia wyrobu
Cykl życia wyrobu można przedstawić w etapach:
– koncepcja wyrobu,
– projekt wstępny,
– projekt zasadniczy (opracowanie konstrukcyjne),
– opracowanie technologii wyrobu,
– technologiczne przygotowanie produkcji,
– uruchomienie produkcji,
– ocena wyrobu na rynku (doświadczeń eksploatacyjnych).
Ścieżkę tę pokonuje się prosto (od koncepcji wyrobu do oceny jego eksploatacji na rynku) tylko w przypadku uruchamiania produkcji wyrobu. Dla już produkowanych można wielokrotnie wracać na tę ścieżkę w różnych jej punktach podczas działań, takich jak:
– wprowadzanie modyfikacji do produkowanego wyrobu (zmiany konstrukcyjne),
– wprowadzanie zmian związanych z produkcją wyrobu, np. zmian technologii
– narzędzi, oprzyrządowania, materiałów, zmian wynikających z organizacji pracy (obciążenie stanowisk roboczych, zasoby ludzkie itp.),
– wprowadzanie zmian technologicznych związanych np. z jakością produkcji, odpadami.
Na każdym etapie życia wyrobu rola inżyniera-technologa jest inna. Różne są zadania i zakres, różne źródła informacji, z których korzysta, a jego wyniki stanowią podstawę pracy dla różnych ludzi. Prześledźmy zatem zadania technologa IW na poszczególnych etapach życia produktu, wskazując funkcje oprogramowania, z których korzysta.
Koncepcja wyrobu
W etapie opracowania koncepcji nowego wyrobu technolog praktycznie nie uczestniczy.
Projekt wstępny
Zaangażowanie technologa na tym etapie jest niewielkie; sprowadza się do pełnienia roli doradcy w zakresie rozwiązań technologicznych i to na dość ogólnym poziomie. Technolog musi mieć jednak możliwości: 1. zapoznania się z projektem (wykonanym zazwyczaj za pomocą narzędzi o charakterze typowym dla prac plastycznych, a nie technicznych), 2. naniesienia ewentualnych poprawek oraz 3. komunikowania się z innymi osobami pracującymi nad projektem wstępnym.
Projekt zasadniczy (opracowanie konstrukcyjne)
Na tym etapie rola technologa polega na zaplanowaniu technologii wytwarzania. Głównym współpracownikiem technologa jest konstruktor, a do podejmowaniu decyzji wykorzystują: informacje o kosztach, plan produkcyjny zakładu, wiedzę o sytuacji na rynku dostawców, możliwościach outsourcingu itp. Zatem oprócz funkcji komunikacyjnych (3) używane przez technologa oprogramowanie umożliwia: przeglądanie, modyfikowanie projektu konstrukcyjnego (4), zasięganie informacji z innych komórek wewnętrznych (5) – plany, FK, zaopatrzenie itp. oraz sięganie do zewnętrznych źródeł informacji (6).
Opracowanie technologii wyrobu
To zasadniczy etap pracy technologa, składa się z kilku podetapów:
– opracowanie procesów technologicznych wyrobu i jego części składowych,
– przygotowanie danych dla dostawców zewnętrznych,
– dobór obrabiarek, narzędzi, parametrów obróbkowych, oprzyrządowania i opracowanie dokumentacji technologicznej,
– opracowanie konstrukcji oprzyrządowania technologicznego,
– weryfikacja dostępności materiałów kupowanych oraz dostępności środków produkcji w zakładzie.
Oprócz narzędzi do komunikacji (3) potrzebne jest dedykowane oprogramowanie realizujące funkcje projektowania procesów technologicznych: projektowania operacji NC (CAM) (7), tworzenia, przeglądania dokumentacji technologicznej (8), doboru parametrów skrawania, obrabiarek, narzędzi i oprzyrządowania (9), konstrukcji oprzyrządowania (CAD) (10), wspomagania obliczeń inżynierskich (11), a także narzędzia zapewniające współpracę z działami planowania, FK, zaopatrzeniem, działem KT itp. (12).
Technologiczne przygotowanie produkcji
Etap ten oznacza dla technologa nadzór nad wyposażeniem stanowisk, wykonaniem (zakupem) narzędzi i oprzyrządowania, ustalaniem planów związanych z zaopatrzeniem i obciążeniem stanowisk roboczych. Działania te opierają się na podobnym zbiorze narzędzi funkcyjnych jak w przypadku etapu opracowywania technologii: 3, 7, 8, 10, 12.
Uruchomienie produkcji
Etap weryfikacji rezultatów wcześniejszych prac: sprawdzania i wprowadzania korekt. Podstawowe znaczenie mają tu narzędzia komunikacji (3), przeglądania, modyfikacji dokumentacji technologicznej (8). Inne narzędzia funkcyjne typowe dla dwóch wcześniejszych etapów są wykorzystywane sporadycznie.
Ocena wyrobu na rynku
Uczestnictwo technologa w tym etapie życia produktu ma charakter doradczy, pod względem wykorzystywanych narzędzi funkcyjnych zbliżony do etapu projektu zasadniczego. Doświadczenia z eksploatacją wyrobu są oceniane i uwzględniane w procesie jego modernizacji. Podstawową rolę odgrywają na tym etapie narzędzia 3, 8 i 12.
Specyfikacja funkcji realizowanych przez oprogramowanie
W praktyce pewne funkcje mogą okazać się mniej istotne niż inne, np. im bardziej złożony i zaawansowany technologicznie jest wyrób, tym większe są oczekiwania w stosunku do takich funkcji, jak: 7, 8, 10 czy 11. Zbliżenie stopnia ważności poszczególnych narzędzi funkcyjnych do konkretnych wymagań danego zakładu można uzyskać, przypisując im atrybuty „bardzo ważny”, „ważny”, „pożądany, lecz niekonieczny” itp. Tak rozbudowana specyfikacja cech (narzędzi) funkcjonalnych dla technologa IW może stanowić podstawę ilościowej oceny konkretnego oprogramowania. Złożenie tej specyfikacji z przedstawionymi wcześniej wymaganiami ogólnotechnicznymi oraz wynikami rozważań nad funkcjami realizowanymi przez istniejące w zakładzie oprogramowanie tworzy listę kryteriów oceny oprogramowania dla technologa IW. Przy takim podejściu algorytm doboru oprogramowania dla technologa IW opiera się na weryfikacji cech przedstawianego oprogramowania z listą specyfikującą własności oprogramowania w warunkach konkretnego zakładu.
Algorytm doboru oprogramowania
Wcześniejsze rozwiązania pozwalają sformułować tok postępowania (algorytm) w doborze, ocenie oprogramowania dla technologa w warunkach IW. Składa się on z kroków – analiz elementarnych – ujętych w trzy grupy. Każda analiza powinna zostać dokonana w ujęciu:
– perspektywy czasu (stan obecny, spodziewany),
– perspektywy niezbędności (konieczne, przydatne, możliwe do zastąpienia istniejącym mechanizmem itp.),
– warunków lokalnych zakładu, w którym oprogramowanie ma być stosowane.
Łączne wyniki poszczególnych analiz (w kategorii „akceptowalne – nieakceptowalne”) składają się na ocenę końcową, przesądzającą o przydatności danego oprogramowania dla technologa IW.
Krok 1: środowisko zakładu
• istniejące systemy informatyczne,
• istniejące sposoby i standardy (formaty) wymiany danych,
• istniejące mechanizmy komunikacji,
• zadania o znaczeniu kluczowym i znaczeniu marginalnym.
Krok 2: cechy ogólnotechniczne oprogramowania
– platforma sprzętowa,
– urządzenia peryferyjne,
– system operacyjny,
– zabezpieczenie oprogramowania,
– możliwości wymiany danych,
– możliwości komunikacyjne,
– ergonomia oprogramowania,
– zakres automatyzacji pracy,
– sprawność oprogramowania,
– serwis, obsługa oprogramowania,
– możliwości i warunki rozbudowy, modernizacji oprogramowania.
Krok 3: cechy oprogramowania specyficzne dla technologa IW
– narzędzia do pracy z projektami wstępnymi (1), (2),
– narzędzia do komunikacji (3),
– narzędzia do zasięgania, wymiany informacji z innymi komórkami wewnątrz zakładu (4),
– narzędzia do zasięgania, wymiany informacji z jednostkami zewnętrznymi współpracującymi z zakładem (5), (6),
– narzędzia CAM (7),
– narzędzia edycyjne dokumentacji technologicznej (8),
– narzędzia doboru danych dla procesów technologicznych (9),
– narzędzia CAD (10),
– narzędzia CAE (11),
– narzędzia współpracy z innymi działami zakładu (12).
Wyniki analizy w kroku 3 są podstawą do przyjęcia oprogramowania, jego odrzucenia, wskazania obszarów braków czy niewłaściwych implementacji.
Uwagi końcowe
Przedstawiony algorytm doboru (oceny) oprogramowania pod kątem potrzeb technologa działającego w warunkach inżynierii współbieżnej na pewno nie jest rozwiązaniem idealnym. Ocena wyników poszczególnych analiz może być subiektywna – dyktowana preferencjami i poglądami oceniającego. Stanowi jednak podstawę do porównywania oprogramowania, uwzględniając aktualny stan zakładu, jego perspektywy oraz potrzeby technologa IW w konkretnych warunkach. Ocena jest nie tylko jakościowa, ale charakterem zbliżona do ilościowej; umożliwia wybranie z kilku dobrych propozycji najlepszej w danych warunkach. Może także wskazywać luki i braki oprogramowania, wymagające uzupełnień czy udoskonaleń.
Proponowany algorytm nie stanowi jedynie kryterium oceny oprogramowania na etapie zakupu (projektowania). Może okazać się bardzo użyteczny jako narzędzie ujawniające zmiany i nowe tendencje w informatycznej kondycji wykorzystującego inżynierię współbieżną zakładu, jeśli byłby wykorzystywany do okresowej (np. corocznej) weryfikacji i oceny aktualnie używanego oprogramowania.
dr inż. Maciej Horczyczak
Instytut Technologii Maszyn
Politechniki Warszawskiej
