CALS-технологии в автоматизированном производстве

Размещено на http://www.allbest.ru

Минобрнауки России

федеральное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)»

УГС (код, наименование) 220000 Автоматика и управление

Направление 220100 Системный анализ и управление

Квалификация Магистр

Факультет Информационных технологий и управления

Кафедра Системного анализа

Дисциплина Современные компьютерные технологии в науке

CALS-технологии в автоматизированном производстве

Студент

Симанова А.П.

Руководитель

Ананченко И.В.

СПб

2013

Содержание

1. Перспективы применения CALS-технологий

2. Этапы жизненного цикла изделий и промышленные автоматизированные системы

3. Возникновение концепции CALS и ее эволюци

4. Концептуальная модель CALS

5. Базовые принципы CALS

6. Базовые управленческие технологии

6.1 Управление проектами и заданиями

6.2 Управление ресурсами

6.3 Управление качеством

6.4 Интегрированная логистическая поддержка (ИЛП)

7. Базовые технологии управления данными и информационные модели

Литература

1. Перспективы применения CALS-технологий

автоматизированный жизненный изделие

CALS-технологии призваны служить средством, интегрирующим промышленные автоматизированные системы в единую многофункциональную систему. Целью интеграции автоматизированных систем проектирования и управления является повышение эффективности создания и использования сложной техники.

В чем выражается повышение эффективности?

Во-первых, повышается качество изделий за счет более полного учета имеющейся информации при проектировании и принятии управленческих решений. Так, обоснованность решений, принимаемых в автоматизированной системе управления предприятием (АСУП), будет выше, если ЛПР (лицо, принимающее решение) и соответствующие программы АСУП имеют оперативный доступ не только к базе данных АСУП, но и к базам данных других автоматизированных систем (САПР, АСТПП и АСУТП) и, следовательно, могут оптимизировать планы работ, содержание заявок, распределение исполнителей, выделение финансов и т.п. При этом под оперативным доступом следует понимать не просто возможность считывания данных из БД, но и легкость их правильной интерпретации, т.е. согласованность по синтаксису и семантике с протоколами, принятыми в АСУП. То же относится и к другим системам, например, технологические подсистемы должны с необходимостью воспринимать и правильно интерпретировать данные, поступающие от подсистем автоматизированного конструирования. Этого не так легко добиться, если основное предприятие и организации-смежники работают с разными автоматизированными системами.

Во-вторых, сокращаются материальные и временные затраты на проектирование и изготовление продукции. Применение CALS-технологий позволяет существенно сократить объемы проектных работ, так как описания ранее выполненных удачных разработок компонентов и устройств, многих составных частей оборудования, машин и систем, проектировавшихся ранее, хранятся в базах данных сетевых серверов, доступных любому пользователю CALS-технологии. Доступность опять же обеспечивается согласованностью форматов, способов, руководств в разных частях общей интегрированной системы. Кроме того, появляются более широкие возможности для специализации предприятий, вплоть до создания виртуальных предприятий, что также способствует снижению затрат.

В-третьих, существенно снижаются затраты на эксплуатацию, благодаря реализации функций интегрированной логистической поддержки. Существенно облегчается решение проблем ремонтопригодности, интеграции продукции в различного рода системы и среды, адаптации к меняющимся условиям эксплуатации и т.п.[2].

Эти преимущества интеграции данных достигаются применением современных CALS-технологий.

Промышленные автоматизированные системы могут работать автономно, и в настоящее время так обычно и происходит. Однако эффективность автоматизации будет заметно выше, если данные, генерируемые в одной из систем, будут доступны в других системах, поскольку принимаемые в них решения станут более обоснованными.

Чтобы достичь должного уровня взаимодействия промышленных автоматизированных систем требуется создание единого информационного пространства в рамках как отдельных предприятий, так и, что более важно, в рамках объединения предприятий. Единое информационное пространство обеспечивается благодаря унификации как формы, так и содержания информации о конкретных изделиях на различных этапах их жизненного цикла.

Унификация формы достигается использованием стандартных форматов и языков представления информации в межпрограммных обменах и при документировании.

Унификация содержания, понимаемая как однозначная правильная интерпретация данных о конкретном изделии на всех этапах его жизненного цикла, обеспечивается разработкой онтологий (метаописаний) приложений, закрепляемых в прикладных протоколах CALS.

Унификация перечней и наименований сущностей, атрибутов и отношений в определенных предметных областях является основой для единого электронного описания изделия в CALS-пространстве [2, 6].

2 Этапы жизненного цикла изделий и промышленные автоматизированные системы

Жизненный цикл изделий (ЖЦИ) включает ряд этапов, начиная от зарождения идеи нового продукта до его утилизации по окончании срока использования. К ним относятся этапы маркетинговых исследований, проектирования, технологической подготовки производства (ТПП), собственно производства, послепродажного обслуживания и эксплуатации продукции, утилизации.

На всех этапах жизненного цикла имеются свои целевые установки. При этом участники жизненного цикла стремятся достичь поставленных целей с максимальной эффективностью. На этапах проектирования, ТПП и производства нужно обеспечить выполнение требований, предъявляемых к производимому продукту, при заданной степени надежности изделия и минимизации материальных и временных затрат, что необходимо для достижения успеха в конкурентной борьбе в условиях рыночной экономики.

Достижение поставленных целей на современных предприятиях, выпускающих сложные технические изделия, оказывается невозможным без широкого использования автоматизированных систем (АС), основанных на применении компьютеров и предназначенных для создания, переработки и использования всей необходимой информации о свойствах изделий и сопровождающих процессов. Специфика задач, решаемых на различных этапах жизненного цикла изделий, обусловливает разнообразие применяемых АС.

Рассмотрим содержание основных этапов ЖЦИ для изделий машиностроения.

На этапе проектирования выполняются проектные процедуры -- формирование принципиального решения, разработка геометрических моделей и чертежей, расчеты, моделирование процессов, оптимизация и т.п. Этап проектирования включает все необходимые стадии, начиная с внешнего проектирования, выработки концепции (облика) изделия и кончая испытаниями пробного образца или партии изделий. Внешнее проектирование обычно включает разработку технического и коммерческого предложений и формирование технического задания (ТЗ) на основе результатов маркетинговых исследований и/или требований, предъявленных заказчиком.

На этапе подготовки производства разрабатываются маршрутная и операционная технологии изготовления деталей, реализуемые в программах для станков ЧПУ; технология сборки и монтажа изделий; технология контроля и испытаний.

На этапе производства осуществляются: календарное и оперативное планирование; приобретение материалов и комплектующих с их входным контролем; механообработки и другие требуемые виды обработки; контроль результатов обработки; сборка; испытания и итоговый контроль.

На постпроизводственных этапах выполняются консервация, упаковка, транспортировка; монтаж у потребителя; эксплуатация, обслуживание, ремонт; утилизация.

Автоматизация проектирования осуществляется САПР. В САПР машиностроительных отраслей промышленности принято выделять системы функционального, конструкторского и технологического проектирования. Первые из них называют системами расчетов и инженерного анализа или системами CAE (Computer Aided Engineering). Системы конструкторского проектирования называют системами CAD (Computer Aided Design). Проектирование технологических процессов выполняется в автоматизированных системах технологической подготовки производства (АСТПП), входящих как составная часть в системы CAM (Computer Aided Manufacturing) [3].

Для решения проблем совместного функционирования компонентов САПР различного назначения, координации работы систем CAE/CAD/CAM, управления проектными данными и проектированием разрабатываются системы, получившие название систем управления проектными данными PDM(Product Data Management). Системы PDM либо входят в состав модулей конкретной САПР, либо имеют самостоятельное значение и могут работать совместно с разными САПР.

На большинстве этапов жизненного цикла, начиная с определения предприятий-поставщиков исходных материалов и компонентов и кончая реализацией продукции, требуются услуги системы управления цепочками поставок -- Supply Chain Management (SCM). Цепь поставок обычно определяют как совокупность стадий увеличения добавленной стоимости продукции при ее движении от компаний-поставщиков к компаниям-потребителям. Управление цепью поставок подразумавает продвижение материального потока с минимальными издержками. При планировании производства система SCM управляет стратегией позиционирования продукции. Если время производственного цикла меньше времени ожидания заказчика на получение готовой продукции, то можно применять стратегию "изготовление на заказ". Иначе приходится использовать стратегию "изготовление на склад". При этом во время производственного цикла должно входить время на размещение и исполнение заказов на необходимые материалы и комплектующие на предприятиях-поставщиках.

В последнее время усилия многих компаний, производящих программно-аппаратные средства автоматизированных систем, направлены на создание систем электронного бизнеса (E-commerce). Задачи, решаемые системами E-commerce, сводятся не только к организации на сайтах Internet витрин товаров и услуг. Они объединяют в едином информационном пространстве запросы заказчиков и данные о возможностях множества организаций, специализирующихся на предоставлении различных услуг и выполнении тех или иных процедур и операций по проектированию, изготовлению, поставкам заказанных изделий. Проектирование непосредственно под заказ позволяет добиться наилучших параметров создаваемой продукции, а оптимальный выбор исполнителей и цепочек поставок ведет к минимизации времени и стоимости выполнения заказа. Координация работы многих предприятий-партнеров с использованием технологий Internet возлагается на системы E-commerce, называемые системами управления данными в интегрированном информационном пространстве CPC (Collaborative Product Commerce) [7].

Управление в промышленности, как и в любых сложных системах, имеет иерархическую структуру. В общей структуре управления выделяют несколько иерархических уровней, в соответствии с рисунком 1.

Рисунок 1 - Общая структура управления

Автоматизация управления на различных уровнях реализуется с помощью автоматизированных систем управления (АСУ).

Информационная поддержка этапа производства продукции осуществляется автоматизированными системами управления предприятием (АСУП) и автоматизированными системами управления технологическими процессами (АСУТП).

К АСУП относятся системы планирования и управления предприятием ERP (Enterprise Resource Planning), планирования производства и требований к материалам MRP-2 (Manufacturing Requirement Planning) и упомянутые выше системы SCM. Наиболее развитые системы ERP выполняют различные бизнес-функции, связанные с планированием производства, закупками, сбытом продукции, анализом перспектив маркетинга, управлением финансами, персоналом, складским хозяйством, учетом основных фондов и т.п. Системы MRP-2 ориентированы, главным образом, на бизнес-функции, непосредственно связанные с производством. В некоторых случаях системы SCM и MRP-2 входят как подсистемы в ERP, в последнее время их чаще рассматривают как самостоятельные системы.

Промежуточное положение между АСУП и АСУТП занимает производственная исполнительная система MES (Manufacturing Execution Systems), предназначенная для решения оперативных задач управления проектированием, производством и маркетингом.

В состав АСУТП входит система SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), выполняющая диспетчерские функции (сбор и обработка данных о состоянии оборудования и технологических процессов) и помогающая разрабатывать ПО для встроенного оборудования. Для непосредственного программного управления технологическим оборудованием используют системы CNC (Computer Numerical Control) на базе контроллеров (специализированных компьютеров, называемых промышленными), которые встроены в технологическое оборудование с числовым программным управлением (ЧПУ). Системы CNC называют также встроенными компьютерными системами.

Система CRM используется на этапах маркетинговых исследований и реализации продукции, с ее помощью выполняются функции управления отношениями с заказчиками и покупателями, проводится анализ рыночной ситуации, определяются перспективы спроса на планируемые изделия.

Функции обучения обслуживающего персонала выполняют интерактивные электронные технические руководства IETM (Interactive Electronic Technical Manuals). С их помощью выполняются диагностические операции, поиск отказавших компонентов, заказ дополнительных запасных деталей и некоторые другие операции на этапе эксплуатации систем.

Управление данными в едином информационном пространстве на протяжении всех этапов жизненного цикла изделий возлагается на систему PLM(Product Lifecycle Management). Под PLM понимают процесс управления информацией об изделии на протяжении всего его жизненного цикла. Отметим, что понятие PLM-система трактуется двояко: либо как интегрированная совокупность автоматизированных систем CAE/CAD/CAM/PDM и ERP/CRM/SCM, либо как совокупность только средств информационной поддержки изделия и интегрирования автоматизированных систем предприятия, что практически совпадает с определением понятия CALS. Характерная особенность PLM -- возможность поддержки взаимодействия различных автоматизированных систем многих предприятий, т.е. технологии PLM являются основой, интегрирующей информационное пространство, в котором функционируют САПР, ERP, PDM, SCM, CRM и другие автоматизированные системы многих предприятий.

3. Возникновение концепции CALS и ее эволюция

Впервые работы по созданию интегрированных систем, поддерживающих жизненный цикл продукции, были начаты в 80-х годах в оборонном комплексе США. Новая концепция была востребована жизнью как инструмент совершенствования управления материально-техническим обеспечением армии США. Предполагалось, что реализации новой концепции, получившей обозначение CALS (Computer Aided Logistic Support - компьютерная поддержка процесса поставок), позволит сократить затраты на организацию информационного взаимодействия государственных учреждений с частными фирмами в процессах формализации требований, заказа, поставок и эксплуатации военной техники (ВТ). Появилась реальная потребность в организации ИИС, обеспечивающей обмен данными между заказчиком, производителями и потребителями ВТ, а также повышение управляемости, сокращение бумажного документооборота и связанных с ним затрат. Доказав свою эффективность, концепция последовательно совершенствовалась, дополнялась и, сохранив существующую аббревиатуру (CALS), получила более широкую трактовку - Continuous Acqusition and Life cycle Support - непрерывные поставки и информационная поддержка жизненного цикла продукции.

Первая часть - Continuous Acqusition (непрерывные поставки) означает непрерывность информационного взаимодействия с заказчиком в ходе формализации его потребностей, формирования заказа, процесса поставки и т.д. Вторая часть - Life Сycle Support (поддержка жизненного цикла изделия) - означает системность подхода к информационной поддержке всех процессов жизненного цикла изделия, в том числе процессов эксплуатации, обслуживания, ремонта и утилизации и т.д. В руководстве по применению CALS в НАТО CALS определяется как "…совместная стратегия государства и промышленности, направленная на совершенствование существующих процессов в промышленности, путем их преобразования в информационно-интегрированную систему управления жизненным циклом изделий". Русскоязычное наименование этой концепции и стратегии - ИПИ (Информационная Поддержка жизненного цикла Изделий).

В период 1990-2000гг. в мире был выполнен ряд проектов, направленных на апробацию и внедрение принципов CALS в различных отраслях промышленности.

Поскольку термин CALS всегда носил военный оттенок, в гражданской сфере широкое распространение получили термины Product Life Cycle Support (PLCS) или Product Life Management (PLM) - "поддержка жизненного цикла изделия" или "управление жизненным циклом изделия".

Таким образом, идея, связанная только с поддержкой логистических систем, превратилась в глобальную бизнес-стратегию перехода на безбумажную электронную технологию и повышения эффективности бизнес-процессов за счет информационной интеграции и совместного использования информации на всех этапах жизненного цикла продукции. В настоящее время в мире действуют более 25 национальных организаций, координирующих вопросы развития CALS-технологий, в том числе в США, Канаде, Японии, Великобритании, Германии, Швеции, Норвегии, Австралии, а также в НАТО.

Развитие концепций CALS и ЕИП обусловили появление новой организационной формы выполнения масштабных проектов, связанных с разработкой, производством и эксплуатацией сложной продукции - "виртуального предприятия" (ВП) - формы объединения на контрактной основе предприятий и организаций, участвующих в поддержке ЖЦ [6].

4 Концептуальная модель CALS

Основное содержание концепции CALS, принципиально отличающее ее от других, составляют инвариантные понятия, которые реализуются (полностью или частично) в течение жизненного цикла (ЖЦ) изделия, в соответствии с рисунком 2.

Рисунок 2 - Общее содержание концепции CALS

Эти инвариантные понятия условно делятся на три группы:

базовые принципы CALS;

базовые управленческие технологии;

базовые технологии управления данными.

К числу первых относятся:

системная информационная поддержка ЖЦ изделия на основе использования интегрированной информационной среды (ИИС), обеспечивающая минимизацию затрат в ходе ЖЦ;

информационная интеграция за счет стандартизации информационного описания объектов управления;

разделение программ и данных на основе стандартизации структур данных и интерфейсов доступа к ним, ориентация на готовые коммерческие программно-технические решения (Commercial Of The Shelf - COTS), соответствующие требованиям стандартов;

безбумажное представление информации, использование электронно-цифровой подписи;

параллельный инжиниринг (Concurrent Engineering);

непрерывное совершенствование бизнес-процессов (Business Processes Reengineering).

К числу вторых относятся технологии управления процессами, инвариантные по отношению к объекту (продукции):

управление проектами и заданиями (Project Management/Workflow Management);

управление ресурсами (Manufacturing Resource Planning);

управление качеством (Quality Management);

интегрированная логистическая поддержка (Integrated Logistic Support).

К числу третьих относятся технологии управления данными об изделии, процессах, ресурсах и среде [3].

Содержание некоторых из перечисленных принципов и технологий раскрыто ниже.

5. Базовые принципы CALS

Интегрированная информационная среда

Как следует из вышеизложенного, системная информационная поддержка и сопровождение ЖЦ изделия осуществляется в интегрированной информационной среде (ИИС). Терминологический словарь [1] определяет ИИС как "совокупность распределенных баз данных, содержащих сведения об изделиях, производственной среде, ресурсах и процессах предприятия, обеспечивающая корректность, актуальность, сохранность и доступность данных тем субъектам производственно-хозяйственной деятельности, участвующим в осуществлении ЖЦ изделия, кому это необходимо и разрешено. Все сведения (данные) в ИИС хранятся в виде информационных объектов".

ИИС, в соответствии с концепцией CALS, представляет собой модульную систему, в которой реализуются следующие базовые принципы CALS:

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.

Безбумажное представление информации, применение электронно-цифровой подписи

Все процессы информационного обмена посредством ИИС имеют своей конечной целью максимально возможное исключение из деловой практики традиционных бумажных документов и переход к прямому безбумажному обмену данными. Преимущества и технико-экономическая эффективность такого перехода очевидны. Тем не менее, на переходном периоде нужно обеспечить сосуществование и совместное использование как бумажной, так и электронной форм представления информации и гармонизировать применяемые понятия.

Информация может быть представлена в форме базы данных, в форме электронного конструкторского документа, или в форме, пригодной для восприятия человеком - бумажной или экранной.

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 электронно-цифровую подпись. Обобщенная структура электронного документа приведена на рис.3. 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 (внутреннее представление информации в компьютерной системе) и в форме электронного документа - не пригодны для восприятия человеком и требуют для специальных программных средств визуализации, т.е. преобразования данных в бумажный документ или в экранную форму.

Существующие стандарты, регламентирующие конструкторско-технологическую деятельность, такие как ЕСКД, ЕСТД, СРПП и им подобные, касаются только визуальной формы представления информации. Поэтому одной из первоочередных практических задач внедрения CALS является развитие стандартов ЕСКД и выработка новых стандартов и спецификаций, регламентирующих электронную форму представления и обращения данных.

Ключевым вопросом использования и обращения информации в электронной форме является вопрос ее авторизации, решаемый при помощи электронно-цифровой подписи (ЭЦП). Процедура ЭЦП основана на математических принципах так называемых "систем с открытым ключом". В формирования подписи используется индивидуальное число (закрытый ключ) пользователя, которое порождается при помощи генератора случайных чисел и сохраняется пользователем в секрете все время его действия. Для проверки подлинности цифровой подписи применяется другое число, так называемый "открытый ключ проверки цифровой подписи" (или кратко - "открытый ключ"), который по известному алгоритму вычисляется из индивидуального закрытого ключа и предоставляется всем, кому это необходимо для проверки подлинности цифровой подписи.

ЭЦП представляет собой математическую функцию (hash) от содержимого подписываемых данных (data) и секретного ключа автора (secret_кey), вычисляемую по стандартизованному алгоритму [ГОСТ 34.10-2002]:

Sign = h (data, secret_key)

В результате вычисления хэш-функции формируется пара чисел - префикс и суффикс электронно-цифровой подписи [ГОСТ 34.10-2002]. Байтовые представления полученных чисел, записанные друг за другом, объявляются цифровой подписью.

Как уже отмечалось, для проверки подлинности подписей должны использоваться открытые ключи, которыми участники процесса совместной работы с данными должны обменяться друг с другом. Однако при большом числе участников такая процедура может оказаться организационно и технически сложной. Одним из возможных решений является использование сертификатов ключа.

Для этой цели некое доверенное лицо принимает на себя функции центра сертификации ключей. Это означает, что доверенное лицо формирует для каждого открытого ключа пакет данных, содержащий собственно открытый ключ и данные о его владельце (имя, должность и т.д.) и подписывает его собственной ЭЦП. Такой пакет данных называется сертификатом ключа. В свою очередь, открытый ключ центра сертификации может быть заверен центром сертификации более высокого уровня. В результате образуется цепочка сертификатов от ключа проверки подписи конечного пользователя до самого верхнего (главного) центра сертификации (ЦС), в которой авторство подписи на предшествующем сертификате удостоверяется последующим сертификатом. Сертификаты не содержат в себе никакой конфиденциальной информации, могут распространяться в открытом виде по сетям передачи данных или присоединяться к подписываемым данным.

Процедура проверки подлинности подписи включает в себя следующую последовательность шагов. Сначала из ЭЦП подписи выделяются ее префикс и суффикс. Затем с использованием процедуры хэширования и открытого ключа вычисляется значение, которое должно быть префиксом ЭЦП. Затем оба полученных значения сравниваются. Если они совпадают, то данные считаются подлинными. Если полученные значения не совпадают, подпись считается недействительной.

Таким образом, для проверки подписи необходим открытый ключ или его сертификат. Использование сертификата предпочтительнее, поскольку он содержит не только открытый ключ, но и данные об авторе.

Как уже отмечалось выше, ЭЦП может быть вычислена как для файла (формируемого электронного документа), так и для любого фрагмента базы данных. Технологии использования ЭЦП для этих случаев имеют различия.

При использовании в качестве формы представления информации электронного документа в него помимо ЭЦП необходимо включить сертификат, поскольку в противном случае идентификация автора будет затруднена. Соответственно, корректно оформленный электронный документ должен содержать, помимо содержательной части, заголовок, одну или несколько ЭЦП и соответствующее число сертификатов.

В соответствии с Законом Российской Федерации об использовании ЭЦП [REF], последняя обеспечивает целостность и юридически доказательное подтверждение подлинности электронных данных. Она позволяет не только убедиться в достоверности данных, но и доказать это любой третьей стороне, в частности, в суде.

Параллельный инжиниринг

Принцип параллельного инжиниринга (сoncurrent engineering) предполагает выполнение процессов разработки и проектирования одновременно с моделированием процессов изготовления и эксплуатации. Сюда же относится одновременное проектирование 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, сократить затраты.

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

ликвидация традиционных барьеров между функциями отдельных специалистов и организаций путем создания, а при необходимости - последующего преобразования, многопрофильных рабочих групп, в том числе территориально распределенных;

итеративность процесса приближения к необходимому результату.

Многопрофильные рабочие группы (МПГ), как следует из их названия, включают специалистов разного профиля и создаются для решения конкретных задач. Например, представители эксплуатанта, 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.

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

Исходное понимание задачи ведет к первой версии документированных 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".

Эффективная реализация такого подхода невозможна вне ИИС. Возможность применения принципов ПИ возникает благодаря тому, что в ИИС все результаты работы представлены в электронном виде, являются актуальным, доступны всем участникам и легко могут быть скорректированы [1, 4].

Реинжиниринг бизнес-процессов

Концепция CALS предполагает последовательное, непрерывное изменение и совершенствование бизнес-процессов разработки, проектирования, производства и эксплуатации изделия. Для этого используется набор разнообразных методов, в т.ч. реинжиниринг бизнес-процессов (business process reengineering), бенчмаркинг (benchmarking), непрерывное улучшение процессов (continuous process improvement ) и т.д.

Построению интегрированной системы информационной поддержки ЖЦ изделия должны предшествовать:

анализ существующей ситуации;

разработка комплекса функциональных моделей бизнес-процессов, описывающих текущее состояние среды, в которой реализуется ЖЦ изделия;

выработка и сопоставление возможных альтернатив совершенствования как отдельных бизнес-процессов, так и системы в целом.

Результатами анализа являются:

функциональные модели бизнес-процессов ЖЦ изделия "как есть сейчас"; автоматизированный жизненный изделие реинжиниринг

функциональные модели альтернативных вариантов усовершенствованных бизнес-процессов ЖЦ "как должно быть";

оценка затрат и рисков для каждого варианта; - выбор предпочтительного варианта на основе взвешенного критерия минимума затрат и рисков;

описание технической архитектуры ИИС для выбранного варианта;

оценка технических характеристик ИИС для выбранного варианта;

план действий по реализации выбранного варианта совершенствования бизнес-процессов ЖЦ и ИИС.

В настоящее время технология моделирования и анализа бизнес-процессов достаточно формализована. Для разработки функциональных моделей рекомендуется использовать методологию и нотацию SADT, регламентированную под названием IDEF0 федеральным стандартом США FIPS 183 и официально принятую в России [2].

Общая методика изменения бизнес-процессов в связи с внедрением CALS-технологий на предприятии включает в себя следующие этапы [4]:

Мотивация необходимости изменений.

Разработка плана изменений и его утверждение руководством. Создание организационной структуры (рабочей группы CALS), которая будет реализовывать разработанный план. На первых этапах эту структуру должен возглавлять руководитель организации.

Обучение членов группы CALS и другого персонала, причастного к проведению изменений.

Определение промежуточных (тактических) целей и способов оценки результатов (определение метрик).

Разработка рабочих планов для всех участников группы CALS.

Создание временных многофункциональных рабочих групп для решения тактических задач.

Реализация планов.

Оценка достигнутых результатов.

6. Базовые управленческие технологии

6.1 Управление проектами и заданиями

В современной литературе и практике проектом принято называть совокупность действий, направленных на достижение поставленной производственной или коммерческой цели и связанных с использованием и расходом ресурсов различного типа. Примером проекта является выполнение контракта на поставку изделия, предполагающего выполнение целого ряда задач. Другим примером проекта может служить решение отдельной сложной задачи, такой как разработка комплекта документации или ввод изделия в эксплуатацию. Технология управления проектами не зависит от содержания проектов, что позволяет рассматривать ее как базовую (инвариантную) технологию.

Термин Project Management (PM) обозначает класс управленческих задач, связанных с планированием, организацией и управлением действиями, направленными на достижение поставленных целей при заданных ограничениях на использование ресурсов.

Типовыми задачами PM являются:

разработка планов выполнения проекта, в том числе разработка структурной декомпозиции работ проекта и сетевых графиков;

расчет и оптимизация календарных планов с учетом ограничений на ресурсы; - разработка графиков потребности проекта в ресурсах;

отслеживание хода выполнения работ и сравнение текущего состояния с исходным планом;

формирование управленческих решений, связанных с воздействием на процесс или с корректировкой планов;

формирование различных отчетных документов.

Действия, приводящие к выполнению проекта и потребность в которых выявляется в ходе его планирования, могут представлять собой типовые бизнес-процессы (закупка комплектующих, разработка документации, производство и т.д.). Такие бизнес-процессы часто выполняются по заранее определенным формальным схемам (моделям) [IDEF/0/3], фактически определяющим технологию их выполнения. В ходе выполнения проекта исполнители (организации или сотрудники), действуя в соответствии с заданной технологий (моделью процесса), получают и выполняют задания, соответствующие структурным элементам бизнес-процесса (операциям).

Автоматизация управления потоком таких заданий есть функция другой базовой технологии управления - технологии "workflow" (поток работ - буквальный перевод английского "workflow").

Управление ресурсами

Понятия MRP II (Manufacturing Resource Planning) и ERP (Enterprise Resource Planning) в настоящее время являются общепринятыми обозначениями комплекса задач управления финансово-хозяйственной деятельностью предприятия. Автоматизированные системы, построенные на этих принципах, широко применяются не только в производстве, но и для управления проектной деятельностью (конструкторские бюро), коммерцией, эксплуатацией сложной техники (авиакомпании). Это позволяет рассматривать принципы и стандарты MRP/ERP как базовую технологию управления ресурсами при решении различных задач.

В соответствии с [ISO /IEC 2382-24:1995] системы класса MRP должны выполнять функции:

Управление финансовыми ресурсами (Financial Management) Расчет потребностей в материалах (Materials Requirement Planning)

Управление персоналом (Human Resources) Прогнозирование объема реализации и продаж (Forecasting)

Ведения портфеля заказов (Customer Orders) Оперативно-производственное планирование (Finite Scheduling)

Управление запасами (Inventory Management) Оперативное управление производством (Production Activity Control)

Управление складами (Warehouse Management) Управление техническим обслуживанием оборудования (Equipment Maintenance)

Управление закупками (Purchasing) Расчет себестоимости продукции и затрат (Cost Accounting)

Управление продажами (Sales) Управление транспортировкой готовой продукции (Transportation)

Объемное планирование (Master Production Scheduling) Управление сервисным обслуживанием (Service)

Для выполнения перечисленных в таблице функций MRP/ERP-системы используют информацию, содержащуюся в ИИС, и помещают в нее результаты своей работы для использования данных на последующих стадиях ЖЦ [2].

6.2 Управление качеством

Обеспечение требуемого качества продукции является одной из целей реализации концепции CALS, поэтому управление качеством (в терминах стандартов серии ИСО 9000 система менеджмента качества - СМК) следует отнести к базовым технологиям управления.

Управление качеством в широком смысле необходимо понимать как управление процессами, направленное на обеспечение качества их результатов. Такой подход соответствует идеям всеобщего управления качеством (Total Quality Management), суть которых как раз и заключается в управлении предприятием через управление качеством.

В контексте концепции CALS методы и технологии управления качеством приобретают новое развитие. Применение ИИС обеспечивает информационную поддержку и интеграцию процессов, а соответственно и возможность использования электронных данных, созданных в ходе различных процессов предприятия, для задач управления качеством.

6.3 Интегрированная логистическая поддержка (ИЛП)

Одним из важных потребительских параметров сложного наукоемкого изделия является величина затрат на поддержку его ЖЦ (life cycle cost). Они складываются из затрат на разработку и производство изделия, а также затрат на ввод изделия в действие, эксплуатацию и поддержание его в работоспособном состоянии. Сокращение затрат на поддержку ЖЦ изделия - одна из целей CALS. Комплекс управленческих технологий, направленных на сокращение этих затрат, объединяется понятием ИЛП (Integrated Logistic Support).

Согласно стандарту DEF STAN 0060 ИЛП включает в себя: анализ логистической поддержки, процедуры планирования процессов технического обслуживания и ремонта, интегрированные процедуры материально-технического обеспечения, меры по обеспечению персонала электронной эксплуатационной и ремонтной документацией (Подробнее в разделе "Концепция ИЛП").

6.4 Базовые технологии управления данными и информационные модели

Информацию, циркулирующую в системе информационной поддержки ЖЦ машиностроительного изделия, можно условно разделить на три класса:

данные о продукции (изделии);

данные о выполняемых процессах;

данные о ресурсах, требуемых для выполнения процессов.

Под изделием (конечным) понимается комбинация материалов, предметов, программных и иных компонентов, готовых к использованию по назначению. Компоненты конечного изделия в свою очередь являются изделиями. Данные об изделии составляют основной объем информации в ИИС. На разных стадиях ЖЦ требуются различные подмножества из всей совокупности данных об изделии, отличающиеся составом и объемом информации. В целом информация об изделии включает в себя:

данные о составе и структуре изделия, используемых материалах и комплектующих изделиях, с указанием возможных альтернатив и их взаимозаменяемости;

данные, определяющие состав возможных конфигураций изделия в зависимости от внешних требований и условий, а также данные об отличиях конкретных экземпляров изделий (партий изделий);

данные о технических, физических и других характеристиках изделия;

классификационные и идентификационные данные об изделии и его компонентах, в том числе его наименование, обозначение, классификационные коды, данные о поставщиках, сведения, касающиеся степени конфиденциальности информации об изделии и его компонентах;

геометрические данные, представленные в форме объемных геометрических моделей изделия, сборочных единиц и отдельных деталей, электронных (векторных) и сканированных бумажных (растровых) чертежей;

текстовая документация;

сведения об имеющихся версиях структуры изделия, документов, моделей и чертежей и их статусе;

данные о разработчиках;

указания и требования, касающиеся финишной обработки и качества поверхностей готового изделия;

данные о качестве изделий;

данные об эксплуатации изделия [7].

Приведенный перечень не является полным и может быть расширен.

Многие из перечисленных типов данных требуют для своего представления сложных специфических информационных моделей, учитывающих семантику данных и правила работы с ними. Например, международные стандарты ИСО 10303 и ИСО 15384, регламентируют технологию представления данных об изделии и его компонентах на стадии проектирования и подготовки производства, стандарты ИЛП [DEF STAN 0060] - представление данных об изделии в контексте обеспечения эффективной эксплуатации, стандарты серии ИСО серии 9000 рассматривают данные о качестве изделий.

Ресурс - это совокупность материальных, финансовых, интеллектуальных или иных ценностей, используемых и расходуемых в ходе деятельности, связанной с разработкой, проектированием, производством или эксплуатацией изделия. Ресурсы, используемые в проекте, могут иметь различную природу, свойства и характеристики. Некоторые классификационные характеристики ресурсов приведены в табл. 3.

Между ресурсами могут существовать отношения: заменяемости, когда один ресурс может заменить другой, и взаимозаменяемости, когда ресурсы могут заменять друг друга. Ресурсы могут быть простыми и составными и, соответственно, образовывать иерархические структуры.

Классификационные характеристики ресурсов

По типу физической природы

Материальный

Финансовый

Информационный

Трудовой

Временной

Энергетический

Другие

По характеру расхода и возобновления

Не расходуемый (используемый)

Расходуемый, но возобновляемый

Расходуемый безвозвратно

По профилю доступности

Доступный постоянно

Доступный в соответствии с расписанием

По способу измерения величины

Измеряемый в количественных единицах

Измеряемый в логических единицах (есть/нет)

Структуры данных, описывающих ресурсы различного типа, регламентируются стандартом ИСО 15551 [7].

Процесс (бизнес-процесс) - это совокупность последовательно или/и параллельно выполняемых операций, преобразующая материальный или/и информационный потоки в соответствующие потоки с другими свойствами. Бизнес-процесс протекает в соответствии с управляющими директивами, вырабатываемыми на основе целей деятельности. В ходе процесса потребляются финансовые, энергетические, трудовые и материальные ресурсы и выполняются ограничения со стороны других процессов и внешней среды.

Описание процесса может быть представлено как совокупность составляющих процесс операций, необходимых условий и ресурсов, входных и выходных потоков. Совокупность стандартизованных информационных моделей изделия, процессов и ресурсов образует единую интегрированную модель, обеспечивающую информационную поддержку задач, выполняемых в ходе ЖЦ.

На каждой стадии ЖЦ требуется свой объем данных, определяемый содержанием решаемых. Совокупность этих данных можно трактовать как контекстные информационные модели изделия, процессов и ресурсов, соответствующие стадиям ЖЦ изделия.

Например, на стадии проектирования и разработки используются данные об изделии, о процессе проектирования, о требуемых организационных и иных ресурсах. Информационная модель технологической подготовки производства трактуется как описание процесса, использующее данные об изделии и технологических ресурсах. Модель производства также может быть представлена как описание процесса, связанного с данными об изделии и потребных материальных, финансовых и иных ресурсах.

Кроме того, частные информационные модели могут быть сформированы для специфических точек зрения (view), например "управление качеством" или "обеспечение эффективной эксплуатации".

Каждый класс данных может иметь свой набор "методов" работы, который образует "технологический" слой программного обеспечения - систему (или комплекс систем) управления данными, учитывающую их семантику, особенности организации и обеспечивающую высокоуровневый интерфейс обмена с прикладными системами.

Под технологией управления данными будем понимать комплекс методов, понятий (объектов), информационных моделей, правил использования, интерфейсов доступа к данным, необходимых и достаточных для работы с данным классом данных при решении различных задач в ходе ЖЦ изделия.

Модели данных (или их части) могут быть представлены с использованием различных технологий (ИСО 10303-11 Express, ИСО 8879 SGML и т.д.). При этом они должны быть логически взаимоувязанными. При преобразовании данных из одной форму в другую объекты информационных моделей должны интерпретироваться однозначно (mapping). Один из вариантов такой технологии изложен в стандарте ИСО 18876 [5].

Приведение совместно используемых в ходе ЖЦ данных к единой стандартизованной информационной модели существенно упрощает построение интегрированной информационной системы, поскольку позволяет применять коммерческие (COTS) прикладные решения для различных конкретных задач.

Систематизация принципов и технологий построения интегрированных информационных систем поддержки ЖЦ сложной наукоемкой продукции необходима для формирования общей методической и системотехнической базы для решения данного класса задач.

Литература

Петров П.К. Моделирование / П.К.Петров. - М.: «Протон» - 2002 г.

Норенков И.П. Информационная поддержка наукоемких изделий (CALS-технологии) / И.П. Норенков, П.К. Кузьмик. -- М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002.

Колчин А.Ф.Управление жизненным циклом продукции / Колчин А.Ф., Овсянников М.В., Стрекалов А.Ф., Сумароков С.В. - М.: Анахарсис, 2002.

Имитационное моделирование: ученик для вузов / Ткаченоков С.В.; под ред. Ткаченоков С.В. - М. 2006 г.

Шабов И.К. Моделирование процессов / Шабов И.К. - 2000 г.

Российская энциклопедия CALS. Авиационно-космическое машиностроение / Под ред. А.Г. Братухина. - М.: ОАО НИЦ АСК, 2008.

Судов Е.В. Технологии интегрированной логистической поддержки изделий машиностроения / Судов Е.В., Левин А.И., Петров А.В., Чубарова Е.В. - М.: "Информбюро", 2006.

Размещено на Allbest.ru