Zastosowanie UML do modelowania procesów technologicznych to nowatorskie podejście do projektowania systemów produkcji. Język ten umożliwia przedstawienie kolejnych operacji montażu za pomocą czytelnych diagramów.
Rysunek 1. Struktura procesu montażu frezarki wspornikowej FWR 40 przedstawiona za pomocą diagramu przypadków użycia
Język UML może być efektywnym połączeniem informatyki i mechaniki. Dobrze zastosowany usprawnia, a przede wszystkim ujednolica tak istotne zagadnienie w procesie produkcji, jakim jest projektowanie etapów montażu. Jest to możliwe między innymi dzięki uniwersalności stosowanych diagramów: przypadków użycia, stanu, aktywności. Dzięki zastosowaniu UML systemy stają się czytelne i zrozumiałe przez wszystkich pracowników zarówno wyższego, jak i niższego szczebla, nie zaś tylko informatyków. UML równie dobrze sprawdza się w systemach biznesowych, liniach produkcyjnych i procesach technologicznych. Jak w takim razie wykorzystać to narzędzie do analizy procesów montażu? Przyjrzyjmy się temu na przykładzie frezarki wspornikowej FWR 40.
Rozpoczynając prace nad projektowaniem procesu montażu maszyny należy wstępnie określić potrzeby modelowanego systemu.
Na diagramie przypadków użycia (patrz rysunek 1.) widać, w jakich procesach uczestniczy określony użytkownik odpowiadający za wskazany element produkcji. Każdy użytkownik może szybko odnaleźć swoje miejsce w procesie, określić czynności do wykonania i zakres prac, za które jest odpowiedzialny. Zastosowanie zaproponowanego diagramu pozwala na określenie podstawowego oraz alternatywnego ciągu zdarzeń. Z jego pomocą określamy także: maksymalny i minimalny czas realizacji, częstotliwość wykonywania operacji, przewidywane sprzężenia, a także wartości uzyskiwane przez użytkowników po zakończeniu działań. Podział ilustrowanego procesu na etapy pozwoli na możliwie szybkie zastąpienie jednego pracownika innym.
Kolejnym atutem proponowanego sposobu jest możliwość połączenia w spójną całość tych etapów montażu, które są projektowane oddzielnie i za pomocą różnych narzędzi programowych. Diagram przypadków użycia pozwala na jednoczesne określenie wymagań stawianych podczas montażu i generowanie rozwiązań testowych dla systemu. Zastosowanie UML pozwala niejako na swobodne ?żonglowanie? etapami montażu i kolejnością działań. Dzięki temu łatwo można przeprowadzić analizę porównawczą proponowanych rozwiązań (rys. 2.). Analiza wariantów ma bezpośrednie przełożenie na działalność firmy, wypracowywany zysk, konkurencyjność produktu oraz optymalizację nakładów pracy. Taki sposób projektowania pozwala na uniknięcie wielu niepotrzebnych oznaczeń, co zapewnia czytelność tworzonych diagramów. Efektywne modelowanie produkcji pozwala maksymalnie wykorzystać urządzenia znajdujące się w parku maszynowym firmy, zwiększyć ich żywotność, a także zoptymalizować zagospodarowanie powierzchni roboczej.
Rysunek 2. Warianty montażu frezarki wspornikowej FWR 40 za pomocą diagramu aktywności
Przegląd wyszczególnionych powyżej elementów i ich analizę umożliwia diagram aktywności, który ukazuje podstawowe etapy procesu, określa składowe elementy montażu i czynności konieczne do wykonania. Moment rozpoczęcia działań wykonywanych równolegle z innymi przedstawiony jest dość przejrzyście. Jednocześnie w schematycznym zapisie informacji jasno określone zostały punkty, w których dokonywana jest analiza różnych wariantów montażu frezarki. Diagram aktywności nie przedstawia wszystkich szczegółów przetwarzanego procesu, lecz jego główne aspekty (bez określenia, kto jest odpowiedzialny za poszczególne czynności).
Rysunek 3. Modelowanie montażu frezarki wspornikowej FWR 40 za pomocą diagramu aktywności
Realizacja modelowanego montażu poprzez diagram aktywności pozwoli na analizę wszystkich operacji niezbędnych do przeprowadzenia montażu poprzez określenie wzajemnych zależności. Możliwa jest również obserwacja interakcji pomiędzy procesami. Porównując rysunek 3. i 4. należy zauważyć, że struktura wybranego fragmentu montażu frezarki została przedstawiona za pomocą dwóch różnych diagramów. Zastosowanie diagramu aktywności oraz diagramu stanów pozwoliło ukazać istotne aspekty konkretnego etapu montażu. Diagram aktywności bardzo dobrze pokazuje: równoległość zachodzących procesów, kolejność ich występowania, poszczególne etapy dostarczania nowych elementów oraz wyniki przeprowadzanych działań. Użytkownicy systemu otrzymują czytelne komunikaty dotyczące przydzielonych zadań. Strzałka określa kierunek przepływu informacji oraz kolejność prac. Jednoznacznie pokazany jest początek i koniec procesu. Realizacja tego etapu za pomocą diagramu stanów (rysunek 4.) przedstawia projektowany fragment systemu bardziej szczegółowo. Określone zostały zadania, które należy wykonać w razie awarii systemu: natychmiastowe przerwanie pracy, usunięcie usterki, a następnie wznowienie montażu. Rozpoczęcie montażu jest możliwe po zatwierdzeniu gotowości systemu i jego użytkowników do pracy. Kolejną zaletą wynikającą z uniwersalności języka UML jest możliwość płynnej modyfikacji systemu w trakcie projektowania procesu technologicznego. Pozwala to na elastyczne projektowanie produkcji w zależności od sytuacji gospodarczej oraz możliwości finansowych przedsiębiorstwa. Przejrzystość schematów pozwala również na podjęcie działań modyfikujących czy usprawniających produkcję przez nową osobę. Jest to szczególnie istotne z punktu widzenia kierownictwa zakładu, które chciałoby wyprzedzić działania konkurencji. Stworzona dokumentacja techniczna umożliwia jednocześnie łatwe pozyskanie i przyswojenie informacji o istniejącym systemie przez nowego projektanta.
Rysunek 4. Modelowanie montażu frezarki wspornikowej FWR 40 za pomocą diagramu stanu
Oczywiście przytoczyliśmy tylko kilka z wielu diagramów oferowanych przez język UML. Niemniej zaproponowane podejście do projektowania technologicznego bezpośrednio wpływa na: zwiększenie efektywności i wydajności produkcji, poprawę jakości wytwarzanych produktów, organizację stanowisk produkcyjnych oraz optymalne wykorzystanie parku maszynowego. Użytkownicy systemu mają możliwość spojrzenia na poszczególne etapy procesu na kilka sposobów, co pozwala wyeliminować ewentualne nieprawidłowości czy przestoje produkcyjne. Atutem zaproponowanego rozwiązania jest też fakt, że ogranicza ono zagrożenia związane z wdrażaniem dużych projektów technologicznych w struktury organizacyjne i produkcyjne przedsiębiorstwa. Zmniejsza się znacząco czas trwania wdrożenia i wielkość zespołu wdrożeniowego, a co z tym się wiąże koszt wdrożenia projektu. Niewątpliwą zaletą zastosowania UML jest zmniejszenie liczby błędów wynikających z niewłaściwej realizacji działań. Udział kosztów wynikających z implementacji produkcji za pomocą tego języka jest niewielki w stosunku do zysków, jakie przyniesie poprawnie funkcjonujący system montażowy.
Agnieszka Lasota
Artykuł powstał w oparciu o ?UML 2.0 w akcji: Przewodnik oparty na projektach?, Graessle P. i inni, Gliwice 2006 oraz ?UML: od analizy biznesowej do analizy systemowej?, Para T., Sun 2006.
Autorka artykułu jest doktorantką
na Wydziale Elektrotechniki,
Informatyki i Telekomunikacji
Uniwersytetu Zielonogórskiego.
Artykuł pod redakcją
dra Krzysztofa Pietrusewicza
z Instytutu Automatyki
Przemysłowej
Politechniki Szczecińskiej