1.2. Информационные технологии поддержки жизненного цикла изделия

Современный период характеризуется широкой компьютеризацией всех видов деятельности человечества: от традиционных интеллектуальных задач научного характера до автоматизации конструкторской, производственной, торго­вой, банковской и других видов деятельности.

Этой тенденции способствовало появление и массовое применение персональных компьютеров, средств телеком­муникаций и вычислительных сетей, в том числе Интернета. Одновременно возникла актуальная проблема развития и эффективного использования информационных ресурсов. Уже в конце прошлого века было осознано, что информационные ресурсы любой страны по стоимости соизмеримы и, быть может, превосходят стоимость природных, в том числе энергетических ресурсов. Недаром XXIвек стали называть "веком информатизации". Стало ясно, что устоять в конкурентной борьбе смогут только те машиностроительные предприятия, которые будут применять в своей деятельности современные информационные технологии. Именно информационные технологии, совместно с прогрессивными технологиями производства машиностроительной продукции, позволяют существенно повысить производительность труда и качество выпускаемой продукции одновременно со значительным сокращением сроков постановки на производство изделий, отвечающих запросам и ожиданиям потребителей.

В настоящее время общепризнано, что фрагментарная компьютеризация отдельных видов производственной деятельности, является крайне дорогостоящим мероприятием, и в значительном числе случаев не оправдывает возлагающихся на нее надежд. Это связано с тем, что первые реализации информационных технологий представляли собой попытки внедре­ния качественно новых средств в традиционную технологическую среду. Эти попытки либо полностью отторгались, либо адаптировались к этой среде таким образом, что эффект от их использования был невелик [16].

Примерами таких попыток могут служить:

- многочисленные автоматизированные системы управления (АСУ), роль которых сводилась к автоматизации простейших учетных и отчетных функций;

- конструкторские системы автоматизированного проектирования (САПР, или в англоязычной терминологии – CAD/Computer Aided Design), заме­нявшие чертежную доску и кульман экраном дисплея компьютера;

- технологические САПР (САМ/Computer Aided Manufacturing), облегчавшие подготовку технологической документации и управляющих программ для станков с числовым программным управления;

- автоматизированные системы инженерных расчетов (САЕ/Computer Aided Engineering) и т.д.

Все эти средства создавались на различных вычислительных платформах, в различных языковых средах и, как правило, были несовместимы между собой, что предопределяло их автономное использование с необходимостью многократной перекодировки подчас одной и той же информации для ввода ее в ту или иную систему. Помимо резкого возрастания объемов рутинного труда, это приводило к многочисленным ошибкам и, как следствие, к снижению эффективности систем.

Вместе с тем, опыт, накапливавшийся в процессе создания и разработки автономных систем, оказался крайне полезным. В первую очередь, он позволил осознать необходимость интеграции систем, реализующих различные информационные технологии, в единый комплекс, который в отечественной технической литературе получил название ИАСУ (Интегрированная Автоматизированная Система Управления), а в англоязычной литературе – CIM/Computer Integrated Manufacturing.

Первоначально появление и внедрение ИАСУ (CIM) однозначно связывалось с высокоавтоматизированными производственными комплексами типа гибких автоматизированных производств и даже полностью автоматизированных предприятий. Однако дальнейшее развитие показало целесообразность внедрения ИАСУ также на предприятиях с умеренным уровнем автоматизации технологических процессов. Существенным оказалось создание в рамках предприятия единого информационного пространства (ЕИП) или интегриро­ванной информационной среды (ИИС), охватывающей все этапы жизненно­го цикла выпускаемой этим предприятием продукции.

Именно идея ИИС и информационной интеграции стадий ЖЦ стала базовой при выработке подхода, получившего в США название непрерывная информационная поддержка поставок и жизненного цикла – CALS/Continuous Acquisition and Life cycle Support. Инициатором этого подхода и доведения его до уровня международных стандартов стало министерство обороны США в связи с необходимостью повышения эффективности управления и сокраще­ния затрат на информационное взаимодействие между государственными учреждениями и коммерческими предприятиями при поставках вооружения и военной техники и в ходе их по­следующей эксплуатации.

Следом за США идеологию CALSприняли все наиболее развитые страны Запада: Великобритания, Германия, Швеция, Норвегия, Канада, Япония, Австралия и др.

Доказав свою эффективность, концепция и идеология CALSперестала быть прерогативой военных ведомств и начала активно применяться в промыш­ленности, строительстве, на транспорте и в других отраслях экономики. В настоящее время идеяCALSсформировалась в самостоятельное направление в области информационных технологий и оформилась в виде международных стандартовISOи нормативных документов ряда международных организаций.

При этом термин CALSможет трактоваться как расширенно (в качестве концепции поведения), так и в узком смысле слова (в качестве технологии).

Основное содержание CALSсоставляют инвариантные понятия, которые реализуются в процессе жизненного цикла изделия.

Эти инвариантные понятия принято ус­ловно подразделять на две группы: основные принципы CALSи базовые технологииCALS.

К числу первых, характеризующих CALSкак концепцию, относятся:

- анализ и реинжиниринг бизнес-процессов (Business-processes analysis and re-engineering);

- параллельный инжиниринг бизнес-процессов (Concurrent Engineering), означающий выполнение процессов разработки (проектирования) одновременно с моделированием процессов изготовления и эксплуатации. Сюда же можно отнести одновременное проектирование различных компонентов сложного изделия. При параллельном инжиниринге выявляются заблаговременно многие проблемы, которые при последовательном проектировании могли бы проявиться только на заключительных стадиях. Это позволяет существенно повысить качество изделия, сократить затраты на его отработку и время вывода изделия на рынок;

- безбумажный обмен данными (Paperless data interchange) с использованием электронной цифровой подписи;

- системная организация постпроизводственных процессов жизненного цикла изделия (интегрированная логистическая поддержка (ИЛП) – ILS/Integrated Logistic Support).

К числу вторых, представляющих CALSв качестве информационной технологии, относятся:

- управление проектом (Project Management);

- управление данными об изделии (Product Data Management);

- управление конфигурацией изделия (Configuration Management);

- управление информационными потоками (Information Management);

- управление качеством (Quality Management);

- управление потоками (последовательностью) работ (Workflow Management);

- управление изменениями производственных и организацион­ных структур (Change Management).

Под управлением проектом (Project Management) вCALSпонимается любой замысел, направленный на достижение сформулированной цели. Определение этой цели представляет собой ключевой момент во всем процессе управления (рис. 1.10).

По мере реализации проекта генерируется разнообразная информация, на основании которой руководитель проекта вырабатывает корректирующие воздействия. В рамках концепции CALSвся деятельность по управлению проектом протекает в интегрированной информационной среде и сопровождается созданием и обменом электронными документами.

Управление данными об изделии (Product Data Management) является системообразующим действием, поскольку снабжает все стадии жизненного цикла изделия информацией. Цель управления данными заключается в обеспечении полноты, целостности и актуальности информации об изделии, а также в обеспечении доступности этой информации для всех участников жизненного цикла (рис. 1.11).

База данных управления данными об изделии служит ядром интегрированной информационной среды, в которой хранятся:

- данные о проектах;

- идентификационные и классификационные данные об изделии и его составных частях;

- структура и состав изделия (в форме древовидного графа);

- версии и варианты состава и структуры изделия;

- геометрические модели, чертежи и другие конструкторские документы в различных форматах;

- характеристики изделия и его составных частей;

- данные о материалах, стандартных деталях, комплектующих изделиях и т.д.;

- данные о технологии изготовления изделия и его составных частей, об оснастке, инструменте и др.

- сведения об организационной структуре и функциях участников жизненного цикла изделий.

Управление конфигурацией изделия (Configuration Management) является относительно новым понятием для отечественной практики создания изделий. Понятие "конфигурация изделия" допускает две основные трактовки:

- в узком смысле: структура и состав изделия, а управление конфигурацией предусматривает внесение изменений в конструкцию и их документирование;

- в широком смысле: структура и состав изделия, компоненты которого обладают определенными атрибутами, что обеспечивает соответствие технических характеристик заданным требованиям. Процесс управления конфигурацией предполагает идентификацию конфигурации (то есть присвоение ее текущей версии уникального имени – кода), проверку конфигурации (получения подтверждение того, что текущая версия соответствует техническим требованиям), анализ причин несоответствия текущей версии установленным требованиям и документирование начала внесения изменений в конструкторскую документацию, контроль внесения изменений и т.д.

Управление потоками работ (Workflow Management) одно из базовых понятий в современной практике управления вообще и в областиCALSв частности. Это понятие объединяет подходы к формализации и управлению бизнес-процессами предприятия, а также программные средства, реализующие эти подходы. Поток работ (workflow) – это упорядоченное во времени множество рабочих заданий и функций их исполнителей, регламентированных по определенным правилам. Популярность и многообразие реализаций технологийworkflow привели к созданию в середине 90-х годовXXвека к созданию ассоциацииWorkflow Management Coalition, занимающейся разработкой стандартов, регламентирующих требования к технологииworkflowи средствам их реализации.

Русскоязычным аналогом термина CALSв официальных документах является аббревиатура ИПИ – Информационная Поддержка жизненного цикла Изделий

В качестве наиболее часто применяемого, можно привести следующее определение CALS– концепция, объединяющая принципы и технологии информационной поддержки жизненного цикла продукции на всех его стадиях, основанная на использовании интегрированной информационной среды (единого информационного пространства), обеспечивающая единообразные способы управления процессами и взаимодействием всех участников ЖЦ, реализованная в соответствии с требованиями международных стандартов, регламентирующих правила указанного взаимодействия преимущественно посредством электронного обмена данными.

В соответствии с этим определением интегрированная информационная среда должна содержать доступные (в соответствии с установленными регламентами) всем участникам жизненного цикла данные с необходимой детализацией описывающие изделие, выпускающее его предприятие, а также протекающие в нем организационно-деловые и технологические процессы (бизнес-процессы).

В последние годы методы и идеи концепции CALSи основанные на них информационные технологии (CALS-технологии) находят применение и в России, в первую очередь на предприятиях машиностроительного комплекса, поставляющих наукоемкую продукцию.

Кстати сама идея интегрированного информационного пространства (ИИС) появилась задолго до оформления CALS, как самостоятельной технологии. В начале 80-х годов ХХ века японский ученый Н.Окино указал, что производство материальных объектов и соответствующие им процессы проектирования, технологической подготовки и управления принципиально отличаются от других видов деятельности человека, и что им должна отвечать особая архитектура программно-методического, математического и информационного обеспечения [11].

В качестве критериев, позволяющих отнести конкретную информационную систему к классу CALS, как правило, используются следующие:

- обязательное наличие на предприятии интегрированной информационной среды (ИИС);

- системная реализация инвариантных принципов и технологий CALS;

- применение прикладных программных средств, изначально ориентированных на взаимодействие через ИИС;

- использование методов, правил и способов управления, изначально ориентированных на электронный (безбумажный) обмен данными через ИИС;

- реализация принципов, технологий и процессов информационного взаимодействия в соответствии с требованиями международных и национальных стандартов (например, ГОСТ Р ИСО 10303).

Информационные системы, не удовлетворяющие указанным критериям, не следует относить к классу CALS. Такие системы обеспечивают лишь фрагментарную автоматизацию со всеми присущими такой стратегии недостатками.

За время своего существования и применения расшифровка аббревиатуры CALSпретерпела ряд изменений. В момент возникновения идеи и в первоначальный период ее становления эта расшифровка выглядела так:

Computer Aided Logistic Support– компьютерная поддержка логистики. Акцент здесь делается на применении компьютеров для управления процессами поставок, транспортировки и эксплуатации продукции (в аспекте обеспечения запасными частями и расходными материалами).

С течением времени, когда применение компьютеров стало обыденным делом, понятие трансформировалось и приобрело следующий вид:

Continuous Acquisition and Life cycle Support– непрерывная информационная поддержка поставок и жизненного цикла. Здесь акцент смещен, во-первых, в сторону непрерывности взаимодействия заказчика и предприятия-изготовителя в ходе процессов поставки продукции, а во-вторых, в сторону охвата всего жизненного цикла изделия. По умолчанию обычно предполагается, что речь идет о сложной наукоемкой продукции, которая требует создания, преобразования и передачи между различными участниками жизненного цикла больших объемов технической информации.

В последнее время появилась еще одна расшифровка аббревиатуры CALS:Commerce At Light Speed– коммерция со скоростью света или быстрая коммер­ция. Эта трактовка связана с постоянно расширяющейся сферой применения, так называемого электронного бизнеса (e-business) или электронной коммерции (e-commerce), суть которых состоит в том, что коммерческие сделки заключаются посредством Интернет. В ходе этих сделок стороны обмениваются необходимыми данными (подчас весьма значительного объема) в электронном безбумажном виде, при необходимости скрепляя эти данные электронными цифровыми подписями (ЭЦП), имеющими такой же юридический статус, как и обычная собственноручная подпись. Электронный обмен данными происходит естественно в высоком темпе, невозможном при традиционных способах общения между партнерами. Это и определило появление упомянутой выше трактовки терминаCALS.

Одним из направлений проявления CALSявляются так называемые "виртуальные предприятия", которые стали новой организационной формой выполнения масштабных проектов, связанных с разработкой, производством и эксплуатацией сложной наукоемкой машиностроительной продукции.

Виртуальное предприятие создается путем объединения на контрактной основе предприятий и организаций, участвующих в жизненном цикле продукции и связанных общими бизнес-процессами. Информационное взаимодействие участников виртуального предприятия осуществляется на основе общих хранилищ данных через общую корпоративную или глобальную компьютерную сеть.

При этом срок функционирования виртуального предприятия определяется сроками реализации проекта или продолжительностью жизненного цикла изделия.

Очевидно, что только стандартизация форматов и информационных технологий представления данных позволяет оперативно передавать результаты труда одного участника виртуального предприятия другому, который, в свою очередь, на их основе создает новые свойства продукции. Такая возможность особенно важна при создании сложных наукоемких изделий машиностроения, имеющих длительный жизненный цикл, когда необходима преемственность информационной под­держки продукции.

Анализ состояния внедрения CALSв России, обобщение публикаций в зарубежной прессе позволяет сформулировать следующие аспекты, определяющие эффективность применения этой концепции и технологии при разработке, производстве и эксплуатации сложных наукоемких образцов машиностроительной продукции:

1. Компьютерная автоматизация, позволяющая повысить производительность основных процессов создания информации;

2. Информационная интеграция процессов, обеспечивающих совместное многократное использование одних и тех же данных. Интеграция данных достигается минимизацией числа и сложности вспомогательных операций, связанных с поиском, преобразованием и передачей информации. Поскольку доля подобных вспомогательных процессов крайне велика в общем цикле, то сокращение связанных с ними затрат времени и средств является существенным фактором экономии.

Главным способом интеграции является стандартизация способов и технологий представления данных с тем, чтобы результаты предшествующих процессов могли быть использованы для последующих процессов с минимальными преобразованиями.

3. Переход к безбумажной организации процессови применение новых моделей их организации.

Указанные аспекты позволяют указать на факторы, непосредственно влияющие на экономические показатели производства, применяющего CALS (ИПИ)-технологии:

- сокращение затрат и трудоемкости процессов технологической подготовки и освоения производства новых изделий машиностроения;

- сокращение календарных сроков вывода новых конкурентоспособных изделий на рынок;

- сокращение доли брака и затрат, связанных с устранением последствий брака и внесением изменений в конструкторскую, технологическую и эксплуатационную документацию;

- увеличение объемов продаж изделий, имеющих электронную эксплуатационную и ремонтную документацию;

- наиболее полное соответствие требованиям международных стандартов, что обеспечивает повышение уровня совместимости изделий с одновременно эксплуатируемыми изделиями других производителей;

- сокращение затрат на эксплуатацию, техническое обслуживание и ремонт изделий (затрат на владение).

Согласно оценкам, приведенным в [16] эффект от использования CALS-технологий в промышленности наиболее развитых зарубежных стран может быть охарактеризован следующими показателями для сложных наукоемких изделий машиностроения:

- прямое сокращение затрат на проектирование от 10 до 20 %;

- сокращение времени вывода изделий на рынок на 25-75%;

- сокращение доли брака и объема, связанных с устранением причин брака, изменениями конструкции изделий на 25-75%;

- сокращение затрат на подготовку технологической документации на 40%;

- сокращение затрат на разработку эксплуатационной документации на 30%;

- сокращение времени разработки изделий на 40-60%.