Базовые принципы CALS/ИПИ

Применение CALS/ИПИ имеет ряд специфических аспектов, обусловленных видом его обеспечения. Существуют следующие виды обеспечения: лингвистическое, информационное, программное, математическое, методическое, техническое и организационное.

К лингвистическому обеспечению относятся языки и форматы данных о промышленных изделиях и процессах, используемые для представления и обмена информацией на этапах ЖЦ изделий.

Информационное обеспечение составляют базы данных, в которых имеются сведения о промышленных изделиях, используемые разными системами в процессе проектирования, производства, эксплуатации и утилизации продукции. В состав информационного обеспечения входят также серии международных и национальных CALS-стандартов и спецификаций.

Программное обеспечение CALS/ИПИ представлено программными комплексами, предназначенными для поддержки единого информационного пространства этапов ЖЦ изделий. Прежде всего, это системы управления документами и документооборотом, управления проектными данными (PDM), взаимодействия предприятий в совместном электронном бизнесе (СРС), подготовки интерактивных электронных технических руководств и др.

Математическое обеспечение CALS/ИПИ включает в себя методы и алгоритмы создания и использования моделей взаимодействия различных систем в CALS/ИПИ-технологиях. Среди этих методов следует назвать методы имитационного моделирования сложных систем, методы планирования процессов и распределения ресурсов.

Методическое обеспечение CALS/ИПИ представлено методиками выполнения таких процессов, как параллельное (совмещенное) проектирование и производство, структурирование сложных объектов, их функциональное и информационное моделирование, объектно-ориентированное проектирование.

К техническому обеспечению CALS/ИПИ относят аппаратные средства получения, хранения, обработки и визуализации данных при информационном сопровождении изделий.

Взаимодействие частей виртуальных предприятий и систем, поддерживающих разные этапы ЖЦ изделий, происходит через линии передачи данных и сетевое коммутирующее оборудование.

Организационное обеспечение CALS/ИПИ состоит из различного рода документов, совокупности соглашений и инструкций, регламентирующих роли и обязанности участников ЖЦ изделий.

Концептуальная модель CALS/ИПИ включает в себя инвариантные понятия, которые применяют (полностью или частично) в течение ЖЦ изделия (рис. 4.7). Эти инвариантные понятия условно можно разделить на три группы:

• - базовые принципы CALS/ИПИ;
• - базовые управленческие технологии;
• - базовые технологии управления данными.

К числу базовых принципов относят:

• - системную информационную поддержку ЖЦ изделия на основе использования интегрированной информационной среды, обеспечивающую минимизацию затрат в ходе ЖЦ;
• - информационную интеграцию, выполняемую с помощью стандартизации информационного описания объектов управления;
• - разделение программ и данных на основе стандартизации структур данных и интерфейсов доступа к ним, ориентацию на готовые коммерческие программно-технические решения, соответствующие требованиям стандартов;
• - безбумажное представление информации, использование электронноцифровой подписи;
• - применение многопользовательской базы данных;
• - параллельный инжиниринг бизнес-процессов;
• - непрерывное совершенствование предпринимательской деятельности (реинжиниринг бизнес-процессов).

Базовые CALS-принципы

, поставки

Базовые технологии управления данными

Базовые технологии управления процессами

Рис. 4.7. Концептуальная модель CALS/ИПИ

Интегрированная информационная среда

| Эксплуатация |

Во вторую группу входят технологии управления процессами, инвариантные по отношению к объекту (продукции):

• - управление проектами и заданиями;
• - управление ресурсами;
• - управление качеством;
• - интегрированная логистическая поддержка.

К третьей группе относят технологии управления данными об изделии, процессах и среде. Рассмотрим содержание некоторых принципов CALS/ИПИ.

Как уже было отмечено, системная информационная поддержка ЖЦ изделия осуществляется в интегрированной информационной среде, которая представляет собой совокупность распределенных баз данных, содержащих сведения об изделиях, производственной среде, ресурсах и процессах предприятия, обеспечивающих корректность, актуальность, сохранность и доступность данных субъектам производственно-хозяйственной деятельности, участвующим в осуществлении ЖЦ изделия в едином информационном пространстве. Все сведения (данные) в ИИС хранятся в виде информационных объектов.

Интегрированная информационная среда в соответствии с концепцией CALS/ИПИ представляет собой модульную систему, в которой реализуются следующие принципы:

• - прикладные программные средства отделены от данных;
• - структуры данных и интерфейс доступа к ним стандартизованы;
• - данные об изделии, процессах и ресурсах не дублируются, число ошибок в них минимизируется, обеспечивается полнота и целостность информации;
• - прикладные средства работы с данными представляют собой, как правило, типовые коммерческие решения различных производителей, что обеспечивает возможность дальнейшего развития ИИС.

Все процессы информационного обмена посредством ИИС направлены на максимально возможное исключение из производственной практики традиционных бумажных документов и переход к прямому безбумажному обмену данными. Преимущества и технико-экономическая эффективность такого перехода очевидны. Тем не менее, в переходном периоде нужно обеспечить сосуществование и совместное использование как бумажной, так и электронной форм представления информации и оптимизировать их применение. Возможные формы представления конструкторской информации представлены на рис. 4.8 и в табл. 4.2.

Конструкторская информация

В форме базы данных (внутреннее представление информации в компьютерной системе)

В форме электронного конструкторского документа

В форме, пригодной для восприятия человеком

Экранное представление

Бумажный конструкторский документ ьдьь

Рис. 4.8. Формы представления конструкторской информации

Как показано на рис. 4.8, информация может быть представлена в форме базы данных, в форме электронного конструкторского документа (ЭКД) или в форме, пригодной для восприятия человеком: бумажной или экранной.

Таблица 4.2

Формы представления конструкторской информации

Представление информации в форме базы данных используется при необходимости логического структурирования больших объемов информации. При этом данные определенным образом распределяются между таблицами базы данных, записями в таблицах, полями в записях (при использовании реляционной СУБД) и / или отдельными файлами и таблицами (при использовании объектно-ориентированной СУБД). Используемые структуры данных ориентированы на специфику решаемых задач.

Другой формой представления информации является электронный документ — структурированный набор данных, включающий в себя заголовок, содержательную часть и электронную подпись (ЭП). Электронный документ используется в качестве формы представления результатов работы, предназначенной для передачи из одной автоматизированной системы в другую или последующей визуализации.

Обе формы представления информации (в форме базы данных для внутреннего представления информации в компьютерной системе или в форме электронного документа) не пригодны для восприятия человеком и требуют специальных программных средств визуализации, т. е. преобразования данных в бумажный документ или в экранную форму.

Следует отметить, что база данных об изделии и ЭОИ являются ключевыми звеньями концепции CALS/ИПИ. В отличие от разрозненного представления данных об изделии в конструкторских, технологических (АСУ, ERP, MRP) и других системах, решающих частные задачи основной деятельности предприятий, ЭОИ объединяет и систематизирует эти данные. На основе ЭОИ создаются различные частные производственные документы (конструкторско-технологическая спецификация, эксплуатационная документация и др.).

В ЭОИ отражена информация не только об изделии, но и о сопряженной с ним среде (инструменты, приспособления, оснастка, технологическое оборудование, системы обеспечения эксплуатации изделия и т. д.).

Для снижения затрат на проектирование, сокращение времени разработки изделий, уменьшение доли брака, снижение затрат на разработку документации требуется не только организация безбумажного документооборота, но и максимальное использование компьютерных возможностей в организационных и технологических преобразованиях процессов, определяющих в совокупности деятельность предприятия. В этом случае необходимо использовать нормативную базу (стандарты, методические рекомендации) на основе отдельных элементов международных стандартов ISO 10000 и 140000, позволяющих осуществлять:

• - определение ключевых этапов принятия решений по ЖЦ;
• - определение конфигурации продукта с учетом требований сертификации;
• - управление рисками;
• - управление стоимостью;
• - управление графиком работ.

Система менеджмента качества ISO 9000-2011 (Р ИСО 9000-2015) должна быть дополнена системой обеспечения надежности продукции по типу системы RAMS (надежность, готовность, сопровождаемое, безопасность) ISO 14000. Это связано с тем, что в отличие от характеристик качества параметры надежности не могут быть полностью определены при испытаниях, поэтому обеспечение надежности должно базироваться на анализах, обоснованных испытаниями, и оцениваться по степени снижения риска.

Компьютерные и метрологические средства, используемые в концепции CALS/ИПИ, должны опираться на такие методы, как функциональный анализ, предварительный анализ риска, анализ режимов отказов, исследование границ (запасов), анализ наихудших случаев, анализ человеческой надежности, анализ и использование прошлого опыта. Система управления рисками позволяет использовать одно из основных преимуществ компьютерного сопровождения CALS/ИПИ: анализировать основные риски, исключать ошибки при проектировании и разработке изделия, в его производстве, сборке, при вводе изделия в эксплуатацию.

Мировой опыт свидетельствует, что внедрению на предприятии информационных систем должно предшествовать серьезное функциональноинформационное обследование предприятия в целях определения оптимальности процессов, распределения ресурсов между функциями и т. д. В результате проведения этого исследования должна быть разработана функциональная модель предприятия «как должно быть», описывающая более совершенную технологию выполнения процессов, а также доступная для анализа база данных о процессах, материальных и информационных потоках, ресурсах и др.

Концепция CALS/ИПИ предполагает последовательное, непрерывное изменение и совершенствование бизнес-процессов разработки, проектирования, производства и эксплуатации изделия. Для этого используется набор разнообразных методов: анализ и реинжиниринг бизнес-процессов, параллельный инжиниринг, непрерывное улучшение процессов и т. д.

Принцип параллельного инжиниринга предполагает выполнение процессов разработки и проектирования одновременно с моделированием процессов изготовления и эксплуатации. Такой подход применим также к одновременному проектированию различных компонентов сложного изделия. При параллельном инжиниринге многие проблемы, которые могут возникнуть на более поздних стадиях ЖЦ, выявляются и решаются на стадии проектирования. Такой подход позволяет улучшить качество изделия, сократить время его вывода на рынок, уменьшить затраты.

Параллельный инжиниринг предполагает замену традиционного последовательного подхода комплексом перекрывающихся во времени операций, направленных на систематическое улучшение разрабатываемого решения вплоть до достижения необходимого результата.

Отличиями параллельного инжиниринга от традиционного подхода к организации процессов инженерной деятельности являются:

- ликвидация традиционных барьеров между функциями отдельных специалистов и организаций путем создания многопрофильных рабочих групп (МПГ), в том числе территориально распределенных. В состав МПГ входят специалисты разного профиля для решения конкретных задач. Например, представители эксплуатирующей организации, генерального разработчика и поставщика комплектующих изделий, т. е. специалисты из разных организаций могут быть собраны в одну МПГ для решения проблемы, возникающей в ходе эксплуатации;

- итеративность процесса приближения к необходимому результату. Исходное понимание задачи ведет к первой версии требований, на основе которых разрабатывается первоначальное проектное решение. Оно порождает новые вопросы и позволяет уточнить постановку задачи. Поскольку жесткое требование завершить текущую фазу работы перед началом следующей отсутствует, последовательное проектирование заменяется «работой по спирали».

Возможность применения принципов параллельного инжиниринга возникает благодаря тому, что в ИИС все результаты работы представлены в электронном виде, являются актуальными, доступны всем участникам и легко могут быть скорректированы.

Автоматизация различных процессов, связанных с разработкой, производством и эксплуатацией изделий промышленности, наиболее эффективна в том случае, когда она охватывает все этапы ЖЦ изделия. При этом необходимо решить следующие проблемы:

• - наличие множества различных систем, которые эффективно решают конкретные задачи, относящиеся к отдельному этапу ЖЦ, приводит к затруднению обмена данными между смежными системами;
• - с увеличением сложности изделий и применением для их разработки современных компьютерных систем значительно увеличивается объем данных об изделии. При этом прежние методы работы с данными уже не позволяют обеспечивать их точность, целостность и актуальность при сохранении приемлемых временных и материальных затрат;
• - наличие, как правило, большого количества предприятий, участвующих в поддержке ЖЦ изделия, усложняет эффективный обмен информацией об изделии между партнерами из-за наличия между ними коммуникационных барьеров (например, из-за несовместимости компьютерных систем);
• - сложность изделия и наличие множества его модификаций, необходимость заимствования, стандартизации и унификации обусловливают необходимость создания многоуровневых многовариантных сборочных моделей.

Эти проблемы могут быть разрешены только путем реализации базовых принципов CALS/ИПИ.

Вопросы для самопроверки

• 1. В чем заключается основной смысл концепции CALS/ИПИ?
• 2. Что препятствует широкому распространению CALS/ИПИ-технологий в нашей стране?
• 3. Дайте определение жизненному циклу изделия.

• 4. Назовите основные этапы ЖЦ промышленных изделий и типы автоматизированных систем.
• 5. Дайте определение ЕИП и ИИС.
• 6. Дайте определение концепции CALS/ИПИ.
• 7. Какие основные проблемы решает CALS/ИПИ?
• 8. Каковы основные задачи концепции CALS/ИПИ?
• 9. В чем заключается новизна концепции CALS/ИПИ?
• 10. За счет чего CALS/ИПИ повышает эффективность производственных процессов?
• 11. Какими свойствами должно обладать ЕИП?
• 12. Назовите показатели экономической эффективности производства, применяющего CALS/ИПИ.
• 13. Дайте определение ИЭТР.
• 14. Охарактеризуйте технологию подготовки ИЭТР.
• 15. Какие компоненты включает в себя ИЭТР?
• 16. Назовите области применения ИЭТР.
• 17. Назовите возможности ИЭТР.
• 18. Дайте характеристику ИЭТР 1-5 классов.
• 19. Дайте определение и поясните принцип работы электронной подписи.
• 20. Назовите виды обеспечения CALS/ИПИ и дайте им характеристику.
• 21. Изобразите и поясните концептуальную модель CALS/ИПИ.
• 22. Назовите формы представления конструкторской информации.
• 23. Дайте определение параллельному инжинирингу.