Что дают CALS-технологии

CALS рассматривается как комплексная системная стратегия повышения эффективности всех процессов ЖЦ промышленной продукции, непосредственно влияющая на ее конкурентоспособность. Применение стратегии CALS является условием выживания предприятий в условиях растущей конкуренции и позволяет:

- расширить области деятельности предприятий (рынки сбыта) за счет кооперации с другими предприятиями, обеспечиваемой стандартизацией представления информации на разных стадиях и этапах жизненного цикла. Благодаря современным телекоммуникациям, уже не принципиально географическое положение и государственная принадлежность партнеров. Новые возможности информационного взаимодействия позволяют строить кооперацию в форме виртуальных предприятий, действующих в течение ЖЦ продукта. Становится возможной кооперация не только на уровне готовых компонентов, но и на уровне отдельных этапов и задач: в процессах проектирования, производства и эксплуатации;

- за счет информационной интеграции и сокращения затрат на бумажный документооборот, повторного ввода и обработки информации обеспечить преемственность результатов работы в комплексных проектах и возможность изменения состава участников без потери уже достигнутых результатов;

- повысить «прозрачность» и управляемость бизнес-процессов путем их реинжиниринга, на основе интегрированных моделей ЖЦ и выполняемых бизнес-процессов, сократить затраты в бизнес-процессах за счет лучшей сбалансированности звеньев;

- повысить привлекательность и конкурентоспособность изделий, спроектированных и произведенных в интегрированной среде с использованием современных компьютерных технологий и имеющих средства информационной поддержки на этапе эксплуатации;

- обеспечить заданное качество продукции в интегрированной системе поддержки ЖЦ путем электронного документирования всех процессов и процедур.

- сократить издержки производства и снизить стоимость продукции;

- сократить время создания изделия, его модернизации и увеличить его реальное время «жизни», функционирования в работоспособном состоянии за счет высокого качества и электронной поддержки во время эксплуатации.

Лекция 2. САПР В КОМПЬЮТЕРНО-ИНТЕГРИРОВАННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Одними из важнейших функций инженера является проектирование изделий и технологических процессов их изготовления. В связи с этим САПР принято делить по крайней мере на два основных вида:

- САПР изделий (САПР И)

- САПР технологических процессов (САПР ТП) их изготовления.

Ввиду того, что на Западе сложилась своя терминология в области автоматизированного проектирования и она часто используется в публикациях, будем рассматривать «западные», и отечественные термины.

САПР изделий. На Западе эти системы называют CAD (Сomputer Aided Design) - Сomputer компьютер, Aided - с помощью, Design - проект, проектировать, т.е. по существу термин «САD» можно перевести как «проектирование с помощью компьютера». Эти системы выполняют объемное и плоское и геометрическое моделирование, инженерные расчеты и анализ, оценку проектных решений, изготовление чертежей.

Научно-исследовательский этап САПР иногда выделяют в самостоятелную автоматизированную систему научных исследований (АСНИ) или, используя западную терминологию, автоматизированную систему инжиниринга CAE (Сomputer Aided Engineering). Пример такой системы в России - «изобретающая машина», поддерживающая процесс принятия человеком новых нестандартных решений, иногда и на уровне изобретений.

САПР технологии изготовления. В России эти системы принято называть САПР ТП или АС ТПП (автоматизированные системы технологической подготовки производства). На Западе их называют САРР (Сomputer Automated Process Planning). Здесь Automated - автоматический, Process - процесс, Planning - планирование, составление плана. С помощью этих систем разрабатывают технологические процессы и оформляют их в виде маршрутных, операционных, маршрутно-операционных карт, проектируют технологическую оснастку, разрабатывают управляющие программы для станков с ЧПУ.

Более конкретное описание технологии обработки на оборудовании с ЧПУ (в виде кадров управляющей программы) вводится в автоматизированную систему управления производственным оборудованием (АСУПР), которую на Западе принято называть САМ (Сomputer Aided Manufacturing). Здесь Manufacturing - производство, изготовление. Техническими средствами, реализующими данную систему, могут быть системы ЧПУ станков, компьютеры, Управляющие автоматизированными станочными системами.

Помимо этого различают: систему производственного планирования и управления PPS (Productions Plaungs system), что соответствует отечественному термину АСУП (автоматизированная система управления производством), а также систему управления качеством САQ (Сomputer Aided Quality Control). Здесь Quality ячество, Control - управление. В России используется термин АСУК (автоматизированная система управления качеством).

Самостоятельное использование систем САD, САМ дает экономический эффект. Но он не может быть существенно увеличен их интеграцией посредством CAPP. Такая интегрированная система САD/САМ на информационном уровне поддерживается единой базой данных (рис. 40), в которой хранится информация о структуре и геометрии изделия (как результат проектирования в системе САD), о технологии изготовления (как результат работы системы САРР) и управляющие программы для оборудования с ЧПУ (как исходная информация для обработки в системе САМ на оборудовании с ЧПУ).

Основные системы компьютерно - интегрированного производства (КИП) показаны на рис. 41. Этапы создания изделий могут перекрываться во времени, т.е. частично или полностью выполняться параллельно. На рис. 41 показаны лишь некоторые связи этапов жизненного цикла изделий и автоматизированных систем. Так, например, автоматизированная система управления качеством взаимосвязана практически со всеми этапами ЖЦИ.

В настоящее время основной тенденцией в достижении высокой конкурентоспособности западных и российских предприятий является переход от отдельных замкнутых САПР и их частичного объединения к полной интеграции технической и организационной сфер производства. Такая интеграция связывается с внедрением модели компьютерно-интегрированного производства (КИП) или в западной версии СIМ (Сomputer Integreated Manufacturing),

Информационная структура компьютерно - интегрированного производства показана на рис. 42.

Рис. 40. Элементы интегрированной системы

Рис. 41. Основные системы компьютерно - интегрированного производства

В структуре компьютерно - интегрированного производства выделяются три основных иерархических уровня.

1. Верхний уровень (уровень планирования), включающий в себя подсистемы, выполняющие задачи планирования производства.

2. Средний уровень (уровень проектирования), включающий в себя подсистемы проектирования изделий, технологических процессов, разработки управляющих программ для станков с ЧПУ.

3. Нижний уровень (уровень управления) включает в себя подсистемы управления производственным оборудованием,

Построение компьютерно- интегрированного производства включает в себя решение следующих проблем:

- информационного обеспечения (отход от принципа централизации и переход к координированной децентрализации на каждом из рассмотренных уровней как путем сбора и накопления информации внутри отдельных подсистем, так и в центральной базе данных);

- обработки информации (стыковка и адаптация программного обеспечения различных подсистем);

- физической связи подсистем (создание интерфейсов, т. е. стыковка аппаратных средств ЭВМ, включая использование вычислительных систем).

Внедрение компьютерно- интегрированного производства значительно сокращает общее время прохождения заказов за счет:

- уменьшения времени передачи заказов с одного участка на другой и уменьшения времени простоя при ожидании заказов;

- перехода от последовательной к параллельной обработке;

- устранения или существенного ограничения повторяемых ручных операций подготовки и передачи данных (например, машинное изображение геометрических данных можно использовать во всех отделах, связанных с конструированием изделий).

Рис. 42. Информационная структура компьютерно- интегрированного производства

PDM системы – системы управления данными.

Самым революционным преобразованием в промышленности за последние десятилетия явилось то, что чертежно-конструкторская документация перестала быть единственным языком техники. Сама жизнь потребовала разработки языка, в состав которого входили бы не только графические, но и другие данные, необходимые для полного описания изделия или продукта. Среди этих актуальных в настоящее время данных – электронные модели, тексты, таблицы, результаты расчетов, различные изображения, анимация, медиа-данные и т.д. Язык из чертежно-ориентированного должен был стать объектно-ориентированным или, если воспользоваться модным термином – продуктно-ориентированным. Для реализации продуктно-ориентированного подхода к описанию изделия потребовались новые информационные системы производственного характера – системы управления производственными данными – Product Data Management (PDM).

В настоящее время на рынке PDM сложилась ситуация, когда предлагается достаточно большое количество самых разных систем управления данными, начиная от систем корпоративного уровня и заканчивая банальными системами электронного офисного документооборота. Почему же возникло такое разнообразие систем, и чем они отличаются друг от друга? Для того, чтобы представить назначение различных систем PDM в ряду себе подобных, необходима их классификация.

Первые системы PDM появились в конце 80-х — начале 90-х годов. Они предназначались для обеспечения эффективной работы над одним сложным изделием группы разработчиков, то есть конструкторов, проектировщиков, компоновщиков, технологов и т.д. В то время системы PDM представляли собой дополнительное к САПР программное обеспечение, которое отслеживало состав всех сапровских файлов и каталогов, относящихся к разрабатываемому изделию. Это было необходимо для обеспечения целостности, непротиворечивости и актуальности данных.

Системы PDM первого поколения позволяли устранить несогласованность автоматизированной рабочей группы проектировщиков, а их область применения ограничивалась рабочей группой.

Характерной задачей PDM второго поколения стало обеспечение управления всеми проектными данными в соответствии с правилами, устанавливаемыми участников на каждом этапе работ над изделием, таким образом, на повестку дня вышла задача управления жизненным циклом изделия (Lifecycle), которая является актуальной и поныне. Областью применения систем PDM второго поколения стали группы и подразделения предприятий, непосредственно занятые в процессе производства.

В середине 90-х зародилась идея, впоследствии ставшая известной под названием «Полное электронное определение изделия». Ее суть заключалась в тотальном охвате всех информационных потоков, касающихся изделия, независимо от того, где, кем и для чего была произведена информация. В основе лежало предположение, что не конструкторы-проектировщики задают структуру изделия, а структура изделия диктуется, пусть и опосредованно, составом характеристик и существенных параметров изделия. Эта информация, в свою очередь, в ТЗ попадает после анализа «прибыльных» ниш рынка и учета конкретных потребностей заказчиков.

Для появившихся в период 1996-1998 годов систем PDM третьего поколения характерны следующие особенности: полная реализация идеологии «клиент-сервер», реализация СУБД на базе производительных ядер типа Oracle 7.x.x. реализация взаимодействия с системами ERP, а также вызов клиентских модулей через унифицированный пользовательский графический интерфейс. Системы PDM третьего поколения обладают следующими функциональными возможностями:

• контроль структуры изделия;

• контроль жизненного цикла изделия;

• контроль версий и релизов информационных объектов;

• генератор спецификаций.

В качестве дополнительной задачи в этих системах решались вопросы контроля потока работ каждого конкретного исполнителя – Workflow

К концу 90-х годов на рынке систем PDM выявились новые тенденции. Первая из них была связана с взрывным развитием электронной коммерции в сети Internet, получившей название eBusiness, a вторая была обусловлена развивающейся глобализацией промышленного производства. При подобном подходе к построению систем PDM нового, четвертого поколения центр тяжести в структуризации перемещался с категории «изделие» на категорию «процесс изготовления и сопровождения изделия». Именно такое изменение «видения» проблемы позволяет достичь реального скачка в качестве управления и оперативности его применения. Это объясняется тем, что в новых, «интернетовских условиях успех фирмы-изготовителя определяется не просто способностью «выбросить» вовремя на рынок новое изделие или модификацию серийного образца, а тем, как быстро фирма-изготовитель сможет перестроить свой производственный процесс под многочисленные и разнообразные требования заказчиков. Это означает способность гибкой перестройки с массового и серийного производства, с «конвейера», на производство «под заказ», когда учитываются индивидуальные требования по каждому заказу. Ясно, что понятие «изделие» при методике управления производственной информацией перестает быть чем-то раз и навсегда заданной «информационной основой» или «структурной базы» PDM. Здесь на первый план выступают структура производственных отношений, их изменение и упорядочение в ходе выполнения сформированного портфеля заказов. И успех предприятия определяется уже не тем, какие новые продукты и изделия выпустит на рынок, а тем, как в программе готовых изделий оно учтет изменяющиеся и количественно, и качественно требования разнообразных заказчиков.

Реально полноценная организация связей с заказчиками — напрямую или чаще всего через сеть дилеров-поставщиков — возможна только через Интернет при помощи Web-технологий. При этом традиционная «клиент-серверная» модель уже перестает работать. Следовательно, необходимо ориентироваться на широкое использование принципов организации среды Web, особенностей применения HTML и XML для формирования страниц взаимодействия с пользователями системы и т.д. Совокупность всех этих требований приводит к появлению принципиально нового поколения систем PDM Web-ориентированных, вернее, базирующихся на Web-технологиях систем PDM. В зарубежной литературе для характеристики таких систем применяется термин Web-centric.

Рассмотрим типичный состав и функциональность современной системы PDM. Прежде всего, система должна быть основана на универсальных принципах сетевого взаимодействия (IP-адресация, независимость от физических характеристик среды передачи сигнала, глобальный охват), а ее пользовательский интерфейс должен быть тесно интегрирован с Web-пакетами для просмотра страниц в Интернете. В состав современной системы PDM должны входить модули генерации и сохранения (Vaulting) объектов, их версий и релизов. Собственно хранение выполняется в системах четвертого поколения независимо от географического расположения самого сервера базы данных, причем на равных правах на нем могут храниться как сами объекты, так и ссылки на их реальное место хранения (URL, NFS-локализация, сетевой адрес файл-сервера и т.д.). При реальной сетевой реализации идеи Vaulting самих серверов может быть несколько, база данных при этом подучается распределенной, а СУБД должна в полной мере выполнять сетевой сервис. Реально СУБД, позволяющие реализовать идею сетевого распределенного хранилища данных — Distributed Vault, представлены в настоящее время только семейством Oracle 8i корпорации Oracle.

Современная система PDM в наиболее полном объеме реализует в первую очередь функции управления составом изделия, структурой всех его составных мастей, деталей, узлов и агрегатов. Кроме того, в управляемую структуру должны входить (и управляться системой) дополнительные структурированные информационные объекты, состав которых отображает все необходимые данные для организации работ по производству самого изделия, — структура оснастки, инструментального парка, операций и переходов, технологических приемов.

Система PDM управляет обменом данными о структуре изделия и вносимых в него изменениях, обеспечивает взаимодействие с любыми корпоративными приложениями в рамках определения и управления действиями по внесению изменений в изделие, за счет чего упрощаются процессы совершенствования и модификации изделия.

Кроме того, современная система PDM должна обеспечивать создание и поддержку множества взаимозависимых и взаимоувязанных спецификаций изделия — классических bill of materials (BOM), конструкторских, технологических, заказных спецификации, спецификации на покупные изделия, спецификаций поставок и т.д. Это позволяет пользователю получать полное представление об изделии на протяжении всего цикла paботы с ним. Современная система PDM должна имен многоуровневый механизм управления реквизитами-атрибутами, настраиваемый на конкретный состав задач по управлению тем или иным узлом, агрегатом или даже изделием в целом. Современная система PDM в обязательном порядке должна иметь встроенный механизм управления жизненным циклом изделия. В этот механизм должны входить средства ролевого управления любым пользователем системы PDM, средства отображения текущего состояния любого бизнес объекта: терминах жизненного цикла, средства протоколирования состояний каждого бизнес объекта и учета всех его состояний, а также средства администрирования. Для решения задач оперативного управления в системах PDM четвертого поколения обязательно наличие полнофункционального модуля Workflow.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время широкое распространение получили глобальные

информационные технологии, называемые CALS -технологиями (Continuous

Acquisition and Life-cycle Support) – это непрерывная информационная под-

держка всего жизненного цикла (ЖЦ) продукции, которая базируется на

стандартизации методов представления данных на каждой стадии жизненно-

го цикла изделия и на безбумажном электронном обмене данными. Кроме

этого концепция CALS определяет набор правил, регламентов и стандартов, в

соответствии с которыми строится электронное взаимодействие участников

процессов проектирования, производства, испытания и т. д. на базе инфор-

мационного, а не территориального пространства, т. е. создаются виртуаль-

ные предприятия и конструкторские бюро.

Одной из основополагающих частей CALS -идеологии является техно-

логия хранения и управления данными о продукте – PDM -технология

(Product Data Management), которая позволяет решить указанные выше про-

блемы путем использования стандартизованного интегрированного описания

изделия, которое, в свою очередь, базируется на стандарте ISO 10303 STEP

(Standard for the Exchange of Product Model Data) /ГОСТ Р ИСО 10303-1–99/.

Стандарт STEP регламентирует логическую структуру базы данных, номенк-

латуру информационных объектов, хранимых в базе данных (для различных

предметных областей: самолетостроения, машиностроения, автомобиле-

строения и т. п.), их связь и атрибуты, которые в данном стандарте называют

«интегрированными ресурсами».

Вторым основополагающим методическим аспектом CALS- идеологии

после PDM -технологии является стандартизованная методология функцио-

нального моделирования IDEF/0 (Integrated Definition for Process Modelling)

/регламентируется федеральными рекомендациями США – FIPS 183 /, кото-

рая используется для функционального моделирования (анализа и реструкту-

ризации) процессов управления (бизнес-процессов). Методология преду-

сматривает идентификацию основных пунктов процесса управления, описа-

ние образования входных элементов каждого пункта процесса под его воз-

действием в выходные элементы, описание элементов управления процессом

(например: график, алгоритм, расписания, рабочая инструкция, стандарт и

т. п.), а также, какие механизмы или ресурсы используются для реализации

этого пункта процесса [1].

На сегодняшний день очевидной становится необходимость перехода

на безбумажные технологии поддержки процессов эксплуатации и сервисно-

го обслуживания. Третьим из важнейших компонентов CALS является обес-

печение персонала эксплуатационной и ремонтной документацией, выпол-

ненной в электронном виде. Интерактивные электронные технические руко-

водства (ИЭТР) представляют собой программный комплекс, содержащий

взаимосвязанные технические данные, необходимые при эксплуатации,__

обслуживании и ремонте изделия. Интерактивные электронные технические

руководства (ИЭТР) предоставляют в интерактивном режиме справочную и

описательную информацию об эксплуатационных и ремонтных процедурах,

относящихся к конкретному изделию, непосредственно во время их проведе-

ния.

Целью CALS является ускорение вывода на рынок новых образцов про-

дукции, сокращение затрат на разработку, проектирование и производство,

сокращение «стоимости владения» (т. е. совокупности затрат на поддержание

в работоспособном состоянии) и улучшение качества на всех стадиях ЖЦ.

Внедрение CALS -технологий позволяет получить значительные техни-

ческий и экономический эффекты на основных стадиях жизненного цикла

изделий, которые дают возможность повышения конкурентоспособности

создаваемой продукции (рис. В1) [2].

повышения конкурентоспособности

создаваемой продукции (рис. В1) [2].

Рис. В1. Технико-экономический эффект от внедрения CALS -технологий

Таким образом, речь идет о полном, централизованном и постоянном

автоматизированном контроле за всей совокупностью данных, описывающих

Сокращение

15–60% 80%

Рост Сокращение

30% 70% 10–50%

Сокращение

98% 40% 70% 15–60%

Методические основы CALS -идеологии:

• международные стандарты

• интегрированная логическая поддержка

• электронный обмен данными

• многопользовательская (интегрированная) база данных

Процесс

производства

Процесс эксплуата-

ционной поддержки

изделия

Процесс организации

поставок комплектующих

элементов и изделий

Процесс

проектирования

Сокращение

50% 30% 15–40%

Время на изучение технической

документации

Затраты на изучение вы-

полняемости проекта

Производственные затраты

Показатели качества

Время планирования эксплуа-

тационной поддержки

Стоимость технической до-

Кументации

Рис. В1. Технико-экономический эффект от внедрения CALS -технологий

Таким образом, речь идет о полном, централизованном и постоянном

автоматизированном контроле за всей совокупностью данных, описывающих

плуатации и утилизации.

1. КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

Дата добавления: 2014-01-20