2020-06-29
1538
Повышение эффективности процессов, выполняемых в ходе жизненного цикла изделия, достигается за счет информационной интеграции и преемственности информации, порождаемой на всех этапах жизненного цикла. Информационная интеграция заключается в том, что все автоматизированные системы, применяемые на различных стадиях жизненного цикла, оперируют не с традиционными документами и даже не с их электронными отображениями (например, отсканированными чертежами), а с формализованными информационными моделями, описывающими изделие, технологии его производства и использования (Таблица 1). Эти модели существуют в интегрированной информационной среде в специфической форме информационных объектов.
Системы, которым для работы нужны те или иные информационные объекты, по мере необходимости могут извлекать их из интегрированной информационной среды, обрабатывать, создавая новые объекты, и помещать результаты своей работы в ту же интегрированную информационную среду. Чтобы все это было возможно, информационные модели и соответствующие информационные объекты должны быть стандартизованы.
|
|
|
Таблица 1. Классификация информационных моделей
| Стадии жизненного цикла продукта | Информационные модели | ||
| Модель продукта | Модель ЖЦ продукта и выполняемых в его ходе процессов | Модель производственной и эксплуатационной среды | |
| Маркетинг | Маркетинговая (концептуальная) | Модель процесса маркетинга продукта | Модель маркетинговой среды |
| Проектирование и разработка продукта | Конструкторская | Модель процессов проектирования, разработки | Модель проектно- конструкторской среды |
| Производство или предоставление услуг | Технологическая | Модель процессов производства | Модель технологической среды |
| Реализация | Сбытовая (цены, условия продажи и пр.) | Модель процессов продаж | Модель среды, в которой осуществляются продажи |
| Установка и ввод в эксплуатацию, техническая помощь и обслуживание, эксплуатация, утилизация | Эксплуатационная | Модель процессов эксплуатации | Модель эксплуатационной среды |
Интегрированная информационная среда представляет собой совокупность распределенных баз данных, в которой действуют единые, стандартные правила хранения, обновления, поиска и передачи информации, через которую осуществляется безбумажное информационное взаимодействие между всеми участниками жизненного цикла изделия. При этом однажды созданная информация хранится в интегрированной информационной среде, не дублируется, не требует каких-либо перекодировок в процессе обмена, сохраняет актуальность и целостность.
В отличие от интегрированных систем управления производством, концепция CALS охватывает не только производство, но и все остальные этапы жизненного цикла (Рисунок 4).
|
|
|
Рисунок 4 - Концептуальная модель CALS
Но концепция CALS не касается технологий решения прикладных задач. То есть к CALS не относятся:
· технологии моделирования бизнес-процессов;
· технологии форматирования данных;
· технологии документооборота;
· технологии управления потоками работ;
· технологии управления изменениями;
· технологии подготовки данных, поставляемые производителями частных прикладных систем вместе с этими системами (например, PDM, CAD/CAM/CAE и т. д.).
Предметом CALS являются технологии совместного использования и обмена информацией (информационной интеграции) в процессах, выполняемых в ходе жизненного цикла изделия. Основой является использование комплекса единых информационных моделей, стандартизация способов доступа к информации и ее корректной интерпретации, обеспечение безопасности информации, а также юридические вопросы совместного использования информации (в том числе интеллектуальной собственности).
Ключевым звеном CALS является электронное описание изделия (ЭОИ). В отличие от разрозненного представления данных об изделии в конструкторских, технологических автоматизированных системах управления (АСУ), системах планирования ресурсов предприятия (Enterprise Resource Planning, ERP), системах планирования материалов (Material Requirements Planning, MRP) и других системах, решающих частные задачи основной деятельности предприятий, ЭОИ объединяет и систематизирует эти данные. На основе ЭОИ создаются различные частные производные (конструкторско-технологическая спецификация, эксплуатационная документация и т.д.). ЭОИ описывает не только изделие, но и сопряженную с ним среду – инструменты, приспособления, оснастку, технологическое оборудование, системы обеспечения эксплуатации изделия и т.д.
Путь реализации идей CALS содержится в стратегии, предполагающей создание единого информационного пространства (ЕИП) (Рисунок 5) для всех участников жизненного цикла изделия. ЕИП должно обладать следующими свойствами:
· вся информация представлена в электронном виде;
· ЕИП охватывает всю созданную информацию об изделии;
· ЕИП является единственным источником данных об изделии (прямой обмен данными между участниками жизненного цикла исключен);
· ЕИП строится только на основе международных, государственных и отраслевых информационных стандартов;
· для создания ЕИП используются программно-аппаратные средства, уже имеющиеся у участников жизненного цикла;
· ЕИП постоянно развивается.
Рисунок 5 - Проектирование в едином информационном пространстве
Стратегия CALS предусматривает двухэтапный план создания ЕИП:
1) Автоматизация отдельных процессов (или этапов) жизненного цикла изделия и представление данных на них в электронном виде.
2) Интеграция автоматизированных процессов и относящихся к ним данных, уже представленных в электронном виде, в рамках ЕИП.
Таблица 2. Эффективность создания ЕИП для различных организационных структур
| Организационная структура | Повышение эффективности управления процессами | Повышение эффективности управления данными | Повышение эффективности обмена данными внутри структуры |
| Подразделение предприятия | Среднее | Высокое | Низкое |
| Отдельное предприятие | Высокое | Высокое | Среднее |
| Виртуальное предприятие (корпорация) | Высокое | Высокое | Высокое |
| Эксплуатирующая организация | Среднее | Высокое | Среднее |
Основными преимуществами ЕИП являются:
· обеспечение целостности данных;
· возможность организации доступа к данным географически удаленных участников жизненного цикла изделия;
|
|
|
· отсутствие потерь данных при переходе между этапами жизненного цикла изделия;
· изменения данных доступны сразу всем участникам жизненного цикла изделия;
· повышение скорости поиска данных и доступа к ним по сравнению с бумажной документацией;
· возможность использования различных компьютерных систем для работы с данными.
Единое информационное пространство может быть создано для организационных структур разного уровня: от отдельного подразделения до виртуального предприятия или корпорации. При этом различается и эффект, получаемый от его создания (Таблица 2).
ИПИ - технологии – это общее название организационных, информационных и прикладных формализованных технологий, обеспечивающих создание и управление ИПИ - системой. Можно выделить следующие ИПИ – технологии:
1) Технология описания процессов на различных этапах жизненного цикла изделия. Наибольший интерес представляют этапы проектирования, создания, модернизации наукоемких изделий в силу их высочайшей сложности и огромного потенциала для оптимизации.
2) Технология сквозной обработки прикладных данных в информационной системе – создание и выбор стандартов представления ЭОИ, способов и программно-технических средств описания, подготовки, обработки, передачи и управления данными, разработка прикладных протоколов взаимодействия программных компонентов ИПИ.
3) Технология создания ЭОИ – описание процессов создания виртуальных изделий, процессов, среды.
4) Технология информационного взаимодействия функциональных групп пользователей – реализация технологии в заданной программно-технической среде с учетом технологий сквозной обработки прикладных данных и создания ЭОИ.
5) Технология управления целевыми и ИПИ - проектами. Многократно возросшая за последние десятилетия сложность целевых проектов, плюс создание изделия через его электронное описание требует обязательного перехода на автоматизированную систему формализованного управления целевыми и ИПИ - проектами.
|
|
|
Данные технологии реализуются с помощью специального инструментария, т.е. специального программного обеспечения, которые будут рассмотрены далее.
Под ИПИ - системой понимают автоматизированную систему управления, которая интегрирует информационные процессы в едином информационном пространстве и управляет интегрированным информационным обеспечением участников жизненного цикла изделия.
Различают два вида ИПИ - систем:
1) ИПИ - система предприятия. Обеспечивает создание единой интегрированной системы управления унифицированным созданием и использованием конструкторской, технологической, производственной информации по всем видам изделий, а также интеграцию с внешними информационными системами.
2) ИПИ - система виртуального предприятия. Обеспечивает интеграцию и управление информационными процессами при решении задач корпоративного, отраслевого, межотраслевого, межгосударственного сотрудничества. К таким системам относятся средства категории PLM (Product Life-cycle Management – управление жизненным циклом изделия), или системы для проектов совместной разработки и создания изделия.
Несмотря на общность CALS-идеологии, задачи для этих видов ИПИ -систем весьма различны, поэтому подходы, проектные решения и модели управления также будут разными.
Важно отметить, что с точки зрения управления производством ИПИ -система является системой управления данными об изделии, причем не в узком смысле, а так, как это определено в ГОСТ 34.003-90, – автоматизированной системой, включающей все необходимые виды обеспечения. Эффективность применения ИПИ-технологий и ИПИ - систем предполагает неукоснительное соблюдение всеми участниками определенных и жестко регламентированных стандартов, процедур, правил и технических решений.
В настоящее время не существует общепринятой и утвержденной методики проектирования информационных систем, основанной на ГОСТах. Поэтому приведенная ниже методика основана на доступных материалах.
Противоречивые требования модели данных, а также недостаток средств, времени и опыта работы сотрудников предприятия в информационной системе определяют двухфазную методику внедрения:
· Предварительное обследование процессов жизненного цикла изделия и разработка архитектуры информационной системы и стратегии внедрения ИПИ-технологий.
· Последовательная автоматизация и интеграция отдельных этапов или комплексов задач в ЕИП.
Методика внедрения представлена на рисунке 6.
Рисунок 6 - Методика внедрения ИПИ-технологий
3 Архитектура системы информационной поддержки жизненного цикла изделия
Для управления бизнес-процессами необходимо следующее программное обеспечение:
· система управления ресурсами предприятия (ERP-система);
· система управления потоками работ (WF-система);
· система логистической поддержки изделия (ILS-система);
· система распределения материалов (MRP-система).
Для решения технических задач в процессе создания изделия используется следующее программное обеспечение:
· программное обеспечение для автоматизации проектирования (CAE-системы).
· программное обеспечение для автоматизации конструирования (CAD-система);
· программное обеспечение для автоматизации различных технологических процессов, контроля качества, сборки и юстировки (CAM-системы).
Подробнее все перечисленные программные системы будут рассмотрены в третьей главе данного учебного пособия. Обобщенная программная архитектура системы информационной поддержки жизненного цикла изделия представлена на рисунке 7.
Рисунок 7 - Обобщенная программная архитектура системы
Перечисленное программное обеспечение должно быть интегрировано в единую программную систему, которая и составит систему информационной поддержки жизненного цикла изделия. Настройка и адаптация такой системы к использованию на конкретном предприятии позволяет создавать систему информационной поддержки жизненного цикла изделия (например, оптического прибора). Ядром такой системы является единая модель изделия с возможностью его представления, как объекта бизнеса, так и технического объекта.
Для обеспечения единства и целостности информации модель оптического прибора должна храниться в едином хранилище. Управление таким хранилищем, а также передача данных об изделии с одного этапа жизненного цикла на другой осуществляется с использованием универсальной программы управления данными об изделии (PDM- системы). Интегрированная информационная среда, созданная с использованием PDM-системы, представляет собой совокупность распределенных баз данных, в которой действуют единые, стандартные правила хранения, обновления, поиска и передачи информации, через которую осуществляется безбумажное информационное взаимодействие между всеми участниками жизненного цикла изделия. При этом однажды созданная информация хранится в интегрированной информационной среде, не дублируется, не требует каких-либо перекодировок в процессе обмена, сохраняет актуальность и целостность.
Рассмотрим подробнее часть системы для автоматизации управления жизненным циклом оптических систем на этапах проектирования, конструирования и производства (Рисунок 8). Для ее создания используется многослойная архитектура, в которой каждый слой является основой для функционирования выше лежащего слой. Выбор многослойной архитектуры определяется достоинствами, которые заключаются в следующем:
· система является гибкой и легко расширяемой на любом уровне;
· система предполагает повторное использование объектов и функций.
Рисунок 8 - Программная структура системы
PDM-система позволяет представить оптическую систему как технический объект и с помощью экспортно-импортных операций сформировать это представление в требуемом формате. Модель оптической системы является единой для систем автоматизации проектирования, конструирования и производства.
Функциональный слой составляют библиотеки объектов и функций для решения задач автоматизации основных этапов жизненного цикла оптической системы. Далее следует слой интерфейса программирования. Такой слой в системах обычно называется API (Application Programming Interface). Интерфейс программирования позволяет выполнить любую функцию системы или создать новую на основе уже существующих функций. Так же как ядро системы, функциональный и программный интерфейсы являются объектно-ориентированными. Благодаря интерфейсу программирования слой пользовательских интерфейсов может быть разнообразным и легко расширяемым. К системе может быть реализован не только графической пользовательский интерфейс для различных операционных систем, а к некоторым компонентам системы – web - интерфейс.
Пользователи должны иметь возможность создавать макросы на стандартных языках программирования (Python, TCL и других). Это позволит пользователям наиболее полно использовать возможности системы и самим расширять набор функций. Неотъемлемой и важной частью системы является учебно-образовательный слой, который составляют справочники и руководства пользователя, электронные учебники и обучающие программы. В архитектуру системы также входят экспертные системы для принятия технических и бизнес -решений на различных этапах жизненного цикла, нормативные материалы, базы данных и знаний, всевозможные справочные материалы.
Аппаратная архитектура многопользовательских информационных систем обычно реализуется в виде трехзвенной распределенной архитектуры хранения и доступа к информации. Преимущество трехзвенной архитектуры по сравнению с другими технологиями состоит в оптимальной организации процессов обмена, обработки и хранения инженерных данных с точки зрения защищенности и сохранности информации. Трехуровневая система состоит из следующих основных частей (Рисунок 9):
· сервера распределенной базы данных, являющиеся единым хранилищем всей информации об изделии;
· сервера приложений, при помощи которого информация об изделии обрабатывается и представляется во всевозможных видах;
· рабочие места, с которых пользователи получают доступ к требуемой информации.
Рисунок 9 - Аппаратная архитектура системы
Такая организация процессов обработки и хранения информации значительно снижает требования к производительности компьютеров, устанавливаемых на рабочих местах, распределяя вычислительную нагрузку между разными компонентами. Описанная архитектура дает возможность при эксплуатации выбирать различные варианты установки системы на имеющемся на предприятии компьютерном оборудовании.
4 Структура системы информационной поддержки жизненного цикла изделия
Модели изделия реализуются в базе данных, которая является ядром единого информационного пространства изделия. Вся информация об изделии на протяжении всего жизненного цикла хранится в базе данных. Все прикладные программы, участвующие в обеспечении информационной поддержки жизненного цикла изделия, должны реализовывать обмен данными с центральной базой данных.
Для создания и управления базами данных используются системы управления базами данных. Наиболее известными и активно используемыми СУБД на сегодняшний день являются Oracle, Microsoft SQL Server, Borland Interbase.
Создание единого информационного пространства всех участников жизненного цикла и модели конкретного изделия в базе данных осуществляется с использованием системы управления данными об изделии (PDM-системы).
Выбор системы управления данными об изделии часто определяет выбор системы автоматизированного конструирования (CAD-системы) и наоборот. Это объясняется более тесной интеграцией продуктов “родственников”.
Изделие как технический объект создается на этапе автоматизированного проектирования. Для автоматизации непосредственно производства в области оптического приборостроения используются системы для управления изготовлением оптических деталей (программы управления станками для формообразования стеклянных оптических деталей, программы управления установками для нанесения оптических покрытий и т.п.), системы для контроля качества оптических деталей и систем (программы для обработки интерферограмм, гартманограмм, результатов других оптических измерений), системы для автоматизации юстировки оптических систем (программы для оптимизации взаимного расположения реальных оптических деталей в оптическом приборе, программы для комплектации оптических систем из реально изготовленных серий деталей и др.).
Разнообразие изделий, методов организации их производства и управления предприятиями не позволяет создать полностью готовые программные продукты для управления ресурсами предприятия и потоками работ, распределением материалов и послепроизводственными процессами. В настоящее время поставляются базовые системы, которые требуют адаптации к условиям конкретного предприятия и существенной доработки.
Для обеспечения работы аппаратной части комплекса не обойтись без системного программного обеспечения (операционные системы на серверах и на клиентах, драйвера для оборудования, система резервного копирования и архивирования, средства для обеспечения безопасности, система электронной почты и т.п.) Выбор системного программного обеспечения определяется как объективными, так и субъективными факторами (состав аппаратного обеспечения, сетевая инфраструктура, финансовые возможности, предпочтения сотрудников и т.п.) и часто заканчивается волевым административным решением.
Аппаратная структура системы управления жизненным циклом изделия определяется многими факторами. Во-первых, структуру и состав аппаратного обеспечения определяет количество пользователей системы. Каждого пользователя системы необходимо обеспечить персональным рабочим местом, которое должно быть подключено к сети. Во-вторых, программное обеспечение диктует свои требования к аппаратному (объем оперативной и дисковой памяти, быстродействие процессора, графические возможности, скорости обмена данными и другие параметры).
Аппаратная структура зависит так же от физического размещения участников жизненного цикла изделия (сосредоточены в одном здании, находятся в разных зданиях, разных городах и даже странах). Изделия перестают быть “локальными”, их производство может быть организовано во многих точках мира. Появились новые формы кооперации в виде распределенных (виртуальных) предприятий, когда каждый этап создания изделия выполняется в том месте, где это наиболее выгодно: проектирование поручается одному исполнителю, конструирование другому, производство третьему. Эти факторы определяют выбор технологий и аппаратуры для обеспечения сетевого соединения (локальная сеть, интернет-соединение по телефонным линиям, выделенное интернет- соединение).
Примерная аппаратная структура информационной системы информационной поддержки жизненного цикла изделия приведена на рисунке 10.
Ядро системы реализуется отделом информационных технологий (ИТ). Этот отдел обеспечивает реализацию моделей изделия в базах данных, установленных на сервере БД, работу приложений по управлению данными об изделии, а также по управлению ресурсами предприятия. Отдел ИТ обеспечивает создание и обслуживание сетевой инфраструктуры предприятия.
Конструкторский отдел работает с изделием на этапах проектирования и конструирования. Рабочие станции инженеров- конструкторов должны удовлетворять требованиям, которые предъявляют современные CAD/CAE-системы. Для обеспечения работы с бумажной конструкторской документацией необходимо дополнительное аппаратное обеспечение (сканер, плоттер, принтер).
В производственном отделе работают с программным и аппаратным обеспечением, которое прилагается обычно к производственному, измерительному и другому оборудованию. Отдел информационных технологий должен обеспечить интеграцию этой аппаратуры в единое информационное пространство предприятия.
Отдел послепроизводственного обслуживания работает с системой логистической поддержки изделия. Для обеспечения технической поддержки изделий в этом отделе необходимо дополнительное телекоммуникационное оборудование (телефон, факс, пейджер и др.) для связи с заказчиками.
Отдел управления работает с различными офисными системами, системой управления ресурсами предприятия, потоками работ и распределения материалов.
Связь с другими участниками жизненного цикла изделия (соисполнители, поставщики, заказчики и др.) осуществляется посредством интернет-технологий.
Рисунок 10 - Аппаратная структура системы информационной поддержки жизненного цикла изделия
