Столярчук В.А. “CAD/CAE - системы”. Материалы к лекциям. Лекции №1-2

Лекции № 1-2

1. CALS-технологии.

«Нужно бежать со всех ног, чтобы только оставаться на месте,

а чтобы куда-то попасть, надо бежать как минимум вдвое быстрее»

Льюис Кэрролл, «Алиса в Стране чудес. Алиса в Зазеркалье»

Оглавление

1.1.Современные информационные технологии в задачах сквозного проектирования, изготовления и эксплуатации ракетно-космической техники. 1

1.2. История развития CALS-технологий. 5

1.3. Концепция CALS 9

1.3.1. Основные определения 9

1.3.2. Задачи, решаемые при помощи CALS-технологий 17

1.3.3. Что дают CALS-технологии 19

1.4. Основные компоненты CALS 21

1.5. Системы реализации технологии CALS 23

1.6. Взаимодействие систем. 30

1.7. Особенности внедрения и проблемы реализации ERP и PDM-систем. 33

1.1.Современные информационные технологии в задачах сквозного проектирования, изготовления и эксплуатации ракетно-космической техники.

Кэрролловское правило, приведенное в эпиграфе, вполне применимо и к  созданию и эксплуатации современных сложных технических систем. Еще  недавно предприятия, использовавшие информационные технологии, были «на коне» - автоматизация отдельных процессов давала им значительные преимущества. Но  сегодня информационные технологии перестали быть фактором победы, став жизненной необходимостью. Внедрение современных IT-систем на отдельных этапах проектирования или  производства позволяет «только оставаться на  месте». «А  чтобы куда-то попасть», то есть успешно конкурировать (создавать уникальное и высокоэффективное) в условиях глобальной экономики, уже недостаточно единичных программных продуктов - необходимы сквозные системы автоматизации предприятия и жизненного цикла изделий.

Под жизненным циклом (ЖЦИ) понимают все этапы существования изделия, начиная с возникновения замысла о нём, затем процесса разработки проекта, подготовки производства,  непосредственно самого производства, эксплуатации и, наконец, утилизации изделия.

Информация, попадая однажды в информационное пространство предприятия, проходит единым потоком через все этапы ЖЦИ. Это позволяет не вводить раз за разом одни и те же данные на разных этапах (что ведет к  потерям качества и времени), а выстраивать высокоэффективную систему управления.

В течение жизненного цикла только одного изделия организации, участвующие в его разработке, рабочие процессы (например, технологические), условия эксплуатации, информационные технологии могут быть подвержены многократному изменению.

И наиболее ценным аспектом для существования системы является набор информации, который необходимо поддерживать в актуальном состоянии в течении всего ЖЦИ.

Информация об изделии является ключевым элементом всех этапов ЖЦИ, ибо тот же процесс проектирования изделия можно рассматривать как процесс получения и накопления информации.

Перемены в течение ЖЦИ касаются не только собственно технологий, но и людей, процессов, а также информации, которая с ними связана и приходится учитывать влияние этого фактора (изменение технологий и окружающего мира) на процедуры разработки и поддержки сложных технических систем в течение всего ЖЦИ.

По мере развития технологий также возрастает частота появления новых технических систем и их значимость для общества. В связи с этим управление информацией становится делом исключительной важности. Информация об изделии остается важным компонентом и с изменением технологий и процессов. Профессиональный подход к управлению информацией укрепляет деловую среду и способствует прогрессу. Поэтому информации присваивается статус важного элемента ЖЦИ.

Целенаправленные получение и обработка информации (управление информацией) не только имеет смысл с точки зрения ЖЦИ, но и позволяет сэкономить время и деньги, способствуя более эффективной реализации решений.

Ключом к успеху является наличие нужного инструмента, и умение его

правильно использовать. Этого можно достигнуть, если придать информации более высокий приоритет для решения повседневных задач и применять соответствующую технологию для её использования.

Изложенная идея использования единого информационного пространства и управления информацией для поддержки ЖЦИ возникла достаточно давно и носит название CALS-технологии.

Следует учитывать, что современные условия характеризуются все более жесткой конкуренцией на междуна­родном рынке, повышением сложности и наукоемкости продукции, что ставит перед промышленностью новые проблемы. К их числу относятся:

- критичность времени, требующе­гося для создания изделия и организации его про­дажи;

- снижение всех видов затрат, связанных с созданием и сопровождением изделия;

- повышение качества процессов проектирования и производства;

- обеспечение гибкого и надежного эксплуатационного обслуживания.

Действенным средством решения этих проблем в настоящее время выступают новые информационные CALS-технологии сквозной поддержки сложной наукоемкой продукции на всех этапах ее жизненного цикла от маркетинга до утилизации. Базирующиеся на стандартизованном едином электронном представлении данных и коллективном доступе к ним, эти технологии позволяют существенно упростить выполнение этапов жизненного цикла продукта и повысить производительность труда, согласно западному опыту, примерно на 30%, автоматически обеспечить заданное качество продукции.

CALS-технологии в настоящее время рассматриваются как выгодная глобальная экономическая стратегия во всех отраслях промышленности.

За рубежом работы по созданию и внедрению CALS-технологий ведутся более 30 лет. В этом направлении достигнуты существенные результаты. Работы ведутся во всех ведущих индустриальных странах, создаются международные кооперации производителей сходных видов продукции, так называемые «виртуальные» предприятия, объединяющие поставщиков, производителей и потребителей продукции.

Впервые элементы CALS-технологий начали применяться в середине 80-х годов при взаимодействии Министерства обороны США со своими поставщиками, когда была поставлена задача перевести все операции с ними в электронный вид. Впоследствии сфера применения CALS-технологий расширилась до всего жизненного цикла изделия и вышла за пределы военных ведомств. Несмотря на это, наиболее передовыми пользователями CALS-технологии все же являются военные разработчики. Например, с помощью CALS-технологий были созданы истребитель F-22 (США), подводная лодка Viking (Дания, Норвегия и Швеция), самоходная гаубица Crusader (США). Во всех этих проектах делалась попытка организовать полномасштабное единое информационное пространство для всех участников жизненного цикла изделия. В области гражданского внедрения CALS-технологий в мире и в России лидируют аэрокосмическая и атомная промышленности, автомобиле- и судостроение.

В России подобные работы начались в середине 90-х годов, на рубеже столетий при Госстандарте был создан комитет № 431, координирующий работы по CALS-технологиям; создан НИЦ CALS-технологий «Прикладная логистика»; разработана программа стандартизации в сфере CALS-технологий в 2000 - 2003 годах; в авиастроении, судостроении, оборонной промышленности реализуются пилотные проекты по внедрению CALS-технологий. В нашей стране среди пионеров внедрения CALS - АВПК «Сухой», ОАО «Туполев», Конструкторское бюро приборостроения (Тула), Воронежский механический завод. Эти проекты поддерживаются Минпромнауки РФ, Минатомом РФ.

Для внедрения CALS необходимы переподготовка специалистов предприятий, подготовка специалистов в вузах и т. п.

В настоящее время CALS-технологии в России рассматриваются как средство интеграции в мировую экономику, как важный инструмент реструктуризации промышленности, судостроения, авиастроения и других отраслей, коренным образом упрощающий внутреннюю и международную промышленную кооперацию, повышающий привлекательность и конкурентоспособность промышленных изделий, обеспечивающий качество продукции, ускорение взаиморасчетов поставщиков и потребителей, совершенствование организации управления на конверсируемых и реформируемых предприятиях.

Примерная цена внедрения CALS-технологий на отечественных предприятиях — от 50 до 900 тыс. долл. При этом реализация уже начального этапа дает существенный эффект за счет сокращения времени выхода изделия на рынок, повышения качества изделия, удовлетворения требований заказчика.

Отставание с внедрением CALS-технологий сделает для предприятий невозможным участие в международной кооперации, негативно отразится на конкурентоспособности и привлекательности производимой продукции, послужит причиной потери определенных сегментов рынка.

Литературы по CALS-технологиям пока недостаточно, она зачастую носит специализированный, односторонний характер. Настоящий материал имеет целью изложение основных положений CALS-технологий

. Его выпуск следует считать попыткой обобщить и систематизировать достижения в этой области, проанализировать аспекты процесса внедрения CALS.

1.2. История развития CALS-технологий.

Впервые концепция CALS возникла в середине 70-х годов в оборонном комплексе США в связи с необходимостью повышения эффективности управления и сокращения затрат на информационное взаимодействие в процессах заказа, поставок и эксплуатации средств вооружения и военной техники. Движущей силой явилась естественная потребность в организации «единого информационного пространства», обеспечивающего оперативный обмен данными между заказчиком (федеральными органами), производителями и потребителями военной техники. Данная концепция изначально базировалась на идеологии ЖЦ продукта и охватывала фазы производства и эксплуатации. На первоначальном этапе аббревиатура CALS расшифровывалась как Computer Aided Logistic Support - компьютерная поддержка поставок. Предметом CALS являлась безбумажная технология взаимодействия между организациями, заказывающими, производящими и эксплуатирующими военную технику, а также формат представления соответствующих данных.

CALS базировалась на результатах реализации программы Integrated Computer-Aided Manufacturing (ICAM) – программы интегрированной компьютеризации производства, реализованной в Министерстве обороны США. Цель этой программы состояла в повышении эффективности производства посредством применения компьютерных информационных технологий. Комплексное применение этих технологий в рамках программы ICAM потребовало унификации и стандартизации методов описания и анализа организационных и производственных систем. На основе уже имевшихся технологий структурированного анализа и проектирования систем SADT (Structural Analisis and Design Technolody) было разработано семейство (более десяти) методов IDEF (Integrated DEFinition), ряд из которых был принят в качестве федеральных стандартов, а метод функционального моделирования IDEF0 принят в качестве стандарта CALS.

CALS-технологии, доказав свою эффективность, перестали быть прерогативой военного ведомства и начали активно применяться в промышленности, строительстве, транспорте и других отраслях экономики, расширяясь и охватывая все этапы жизненного цикла продукта. Новая концепция сохранила аббревиатуру CALS, но получила более широкую трактовку Continuous Acquisition and Life Cycle Support – непрерывная поддержка ЖЦ продукта (изделия). Таким образом, возникшая в Министерстве обороны США идея, связанная с единой информационной поддержкой логистических систем, быстро превратилась в глобальную бизнес-стратегию перехода на безбумажную электронную технологию работы, повышения эффективности бизнес-процессов, выполняемых в ходе ЖЦ продукта, за счет информационной интеграции и совместного использования информации на всех его этапах.

В 1987 году по инициативе 1100 ведущих представителей промышленности США был создан Американский Про­мышленный Управляющий Комитет в области CALS для координации рабо­ты различных организаций США в области CALS.

Работы по внедрению CALS-технологий велись в 2 этапа. На первом этапе (рубеж 90-х годов) основное внимание уделялось представлению в электронном виде технической документации. На этом же этапе была определена технология представления технической и конструкторско - технологической документации в так называемом «нейтральном» электронном формате. На втором этапе (начало 90-х годов), в рамках всемирного консорциума 25 ве­дущих технических организаций США, было достигнуто согла­шение об использова­нии нового «нейтрального» стандарта описания данных ISO 10303 (STEP- Standart for the Exchange of Product Model Data). Сразу же после разработки стандарта STEP была начата разработка стандартов ISO 13584 (PLIB), ISO 15531 (MANDATЕ), предназначенных для описания и представления информации о компонентах и комплектующих изделия, производственно-эксплуатационной среды и обмена данными, которые имеют общую со STEP структуру и технологию построения. Эти стандарты заложили основу CALS-технологий.