Лекции

ИНФОРМАЦИОННАЯ СРЕДА ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ИЗДЕЛИЙ

Процессы и этапы жизненного цикла изделий

Одним из направлений повышения эффективности промышленного сектора экономики является применение современных информационных технологий для обеспечения процессов, протекающих в ходе всего ЖЦ продукции и ее компонентов.

Продукция представляет собой результат производственной деятельности или выполненных процессов (единицей промышленной продукции является изделие). Можно выделить четыре общие категории продукции:

•технические средства, включающие в себя отдельные изделия определенной формы;

•обработанные материалы (изделия, которые получены в результате преобразования сырья в желаемое состояние);

•услуги, являющиеся результатом непосредственного взаимодействия поставщика и потребителя;

•средства информационного обеспечения при изготовлении продукции.

Понятие ЖЦ изделий для CALS/ИПИ-концепции является фундаментальным. Жизненный цикл изделия — это совокупность взаимосвязанных процессов (этапов) создания и последовательного изменения состояния изделия, обеспечивающего потребности заказчика. Эти процессы осуществляются от момента выявления потребностей общества в определенных изделиях до удовлетворения этих потребностей

иутилизации изделий.

Вобщем виде ЖЦ изделия можно разбить на следующие этапы.

1.Маркетинг, изучение спроса, поиск перспективных направлений.

2.Разработка технических требований и/или проектирование создаваемой продукции.

3.Материально-техническое снабжение.

4.Разработка и подготовка технологических процессов.

5.Производство.

6.Контроль, проведение обследований и испытаний.

7.Упаковка и хранение.

8.Реализация и/или распределение продукции.

1

9.Монтаж, эксплуатация.

10.Техническая помощь в обслуживании.

11.Утилизация после завершения использования продукции. Рассмотрим в самом общем виде взаимодействие основных участников

рынка, связанных с производством продукции (изделий). Цепочка продвижения изделия на рынке в упрощенном виде включает в себя кроме его производителя множество поставщиков комплектующих деталей, а также конечного потребителя (рис. 3.1). Связи между ними носят двунаправленный характер: с одной стороны движется изделие, с другой — предъявляемые к нему требования. Связи от потребителя к производителю отражают условия сервисного обслуживания, от производителя к поставщику — так называемые входные параметры: согласование технических характеристик изделия, комплектацию и пр. Поэтому все многообразие указанных процессов ЖЦ изделий можно представить в виде прямых и обратных связей поставщика с субпоставщиком и потребителем. Под основным (конечным) изделием понимают комбинацию материалов, предметов, программных и иных компонентов, готовых к использованию по назначению. Компоненты основного изделия, в свою очередь, являются комплектующими изделиями. Поэтому в общем случае ЖЦ основного изделия необходимо рассматривать как взаимосвязь ЖЦ входящих в него компонентов в результате деятельности субпоставщиков. С этой точки зрения ЖЦ представляет собой древовидную структуру (рис.

3.2).

Жизненный цикл сложного наукоемкого изделия (авиационной и ракетной техники) обычно составляет десяток лет, причем довольно большую часть этого времени занимают периоды разработки и изготовления.

Рис. 3.1. Жизненный цикл изделия и его компонентов Информационный поток и обратные

Рис. Жизненный цикл основного продукта и его компонентов

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

•данные о продукции (изделии);

•данные о выполняемых процессах;

•данные о ресурсах, требуемых для выполнения процессов. 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 (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;

2

•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.

Приведенный перечень информационных сведений об изделии в некоторых случаях может быть расширен.

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

Важную часть объема информации в ИИС ЖЦ изделий составляют данные о ресурсах.

Ресурсы — 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 на рис. 3.3.

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, образующими иерархические структуры. Структуры данных, описывающих

Рис. Классификационные характеристики ресурсов

ресурсы различного типа, регламентируются стандартом ISO 15551. Исторически сложилось так, что на предприятиях формировались

специальные информационные службы, обеспечивавшие выполнение требуемых функций на каждом из этапов ЖЦ изделий. На разных отрезках времени и в разной степени это было характерно как для отечественной, так и зарубежной промышленности. Каждое предприятие ориентировалось на свои конкретные условия, на свои изделия. Информационное обеспечение и управление в целом строилось по «остаточному» принципу: сначала выпуск изделия, т.е. обеспечение любыми средствами дееспособности предприятия по выпуску изделия, а затем уже информационное обеспечение. Поэтому на предприятии возникала громоздкая матрица узкопрофильных информационных служб и систем. На рис. 3.4 (в левой его части) условно показана матрица

информационных ресурсов в виде наборов взаимодействующих отдельных решений, охватывающая потребности предприятия по всем изделиям на отдельных этапах ЖЦ изделий. Видно, что сложность управления в данной схеме организации информационной поддержки существенно возрастает по мере увеличения количества видов изделий. Эта схема становится неприемлемой при частых модификациях или периодической смене выпускаемых изделий. В такой схеме при смене изделий требуется фактически новая матрица информационных ресурсов, что означает остановку производства на длительный срок, так как быстро изменить и воссоздать матрицу взаимосвязанных информационных ресурсов невозможно из-за высокой информационной сложности.

Сложность изменения матрицы прогрессивно растет в зависимости от ее размера. Предприятие становится практически нечувствительным к развивающимся на

3

Рис. Информационные преимущества перехода к CALS/ИПИтехнологиям

никновения плохо управляемых матриц разнородных информационных ресурсов. Вместо применения громоздкой и разрозненной матрицы возникает стройная упорядоченная интегрированная информационная модель, которая ориентирована на компьютерную поддержку каждого этапа ЖЦ изделий. Таким образом, обеспечивается единство сквозной информационной технологической цепочки для групп изделий, имеющих общую информационную модель, и открываются возможности для отказа от матрицы информационных подпространств с громоздкими, трудносовместимыми между собой информационными службами и системами.

Информационное взаимодействие субъектов, участвующих в поддержке ЖЦ, должно осуществляться в едином информационном пространстве, являющемся основой концепции CALS/ИПИ. Для «стыковки» различных информационных источников в основе CALS/ИПИ-технологий лежит использование открытых архитектур, международных стандартов, проверенных коммерческих программных продуктов обмена данными и

Рис. Позиционирование АСУП, ИАСУ и CALS-систем внутри жизненного цикла изделия

способы доступа к информации.

Расширяя концепцию интегрированной автоматизированной системы управления производством (ИАСУ), CALS/ИПИ-систе-ма охватывает все стадии ЖЦ изделия (рис. 3.5).

Выполнение основной цели концепции CALS/ИПИ связано с комплексным информационно-компьютерным обеспечением всех этапов ЖЦ изделий.

3.2. Информационное моделирование жизненного цикла изделий

Основой CALS/ИПИ-технологий и создаваемых на этой основе автоматизированных систем является ИИС.

Представление об ИИС было введено в научный обиход задолго до появления CALS/ИПИ-технологий. Еще в 1983 г. японский ученый Н. Окино высказал суждение о том, что производство материальных объектов и сопутствующие ему процессы проектирования, технологической подготовки и управления очень сильно отличаются от других видов деятельности человека, и поэтому им должна соответствовать особая архитектура программно-методического, математического и информационного обеспечения. По мнению Н. Окино, принципиальная разница между обработкой информации в производственной сфере и в других областях применения вычислительной техники заключается в следующем.

	Производство и все сопутствующие ему
	процессы	происходят		в	физическом
	пространстве, а процессы, протекающие в
	компьютере,	—	в	информационном
	пространстве. Поэтому в целях ис
	пользования	компьютерных			технологий
	необходимо	преобразовать		производственные
	проблемы в информационные проблемы, а также
	иметь возможность обрат-
	................ного преобразования данных из
	инфор-
	Q Прикладной интерфейс )				мационного в
Рис. Схема матема-	физическое пространство.
	Такое преобразование можно			рассматривать		как
тического моделирова-	проблему адекватного		моделирования,			т.е.
ния	установления	соответствия		(по	возможности

взаимно однозначного) между физическим и информационным пространствами.

Обычно в процессе традиционного математического моделирования для решения прикладных вычислительных задач основой разработки становится единственная математическая модель проблемы, которая через прикладной интерфейс адаптируется к различным областям практических приложений

(рис. 3.6).

Однако такой подход к решению производственных проблем практически не реализуем, так как ввиду сложности и многообразия этих проблем единую модель создать невозможно. Если в добавление к производственным задачам включить в рассмотрение также проблемы поставок, эксплуатации, обслуживания и ремонта изделий, т.е. все стадии ЖЦ, то ситуация становится практически неразрешимой.

В связи с отмеченными недостатками традиционного подхода Н.Окино предложил отбросить стратегию единственной модели и перейти к другой стратегии, сущность которой показана на рис. 3.7. В этом случае основой системы становится не одна модель в какой-то предметной области, а общая (интегрированная) база данных (ОВД), к которой могут обращаться различные проблемно-ориентированные модели.

4

Предполагается, что в ОВД хранятся информационные объекты (ИО), адекватно отображающие в информационное пространство любые сущности физического мира: предметы, материалы, изделия, процессы и технологии, разнообразные документы, финансовые ресурсы, персонал и оборудование предприятия-изготовителя, информационные, эксплуатационные, сервисные, ремонтные службы и т.д.

Каждой сущности физического мира на основе дуализма «объект — операция» соответствует ИО, представляющий собой некоторый набор

Рис.. Схема объектно-ориентированного моделирования

данных.

Любой вид использования физической сущности, ее преобразование в другую сущность (или в ту же сущность, но с иными значениями параметров), включающее в себя различные процес сы (обработка, изготовление, измерение, проектирование и т.д.), в

информационном мире отображается операцией (командой, программой и т.д.). Между объектом и операцией существует отношение А1 - Ор( А) , которое означает, что объект А* получен посредством выполнения операции Ор над объектом А. Символы А, А' и Ор могут означать не только единичные объекты и операции, но и наборы (множества) объектов и операций.

В моделях, относящихся к конкретным предметным областям, через специализированные приложения осуществляется обращение в ОВД, поиск в ней необходимых ИО, их обработка и размещение в ОВД результатов этой обработки для дальнейшего использования.

Объектно-ориентированное моделирование позволяет адекватно перевести многие процессы, протекающие на производственном предприятии, в виртуальное информационное пространство, что и сделало актуальной всю проблематику, связанную с использованием CALS/ИПИтехнологий. Сказанное относится, в частности, к процессам конструкторской и технологической подготовки производства, в ходе которых создается техническая документация различных видов и назначения, а также к процессам управления на всех уровнях, в которых приходится иметь дело с большими объемами разнообразной информации. В настоящее время эти процессы в значительной мере состоят из операций создания, преобразования, транспортирования и хранения информационных объектов в рамках интегрированной информационной среды.

Интегрированная информационная среда представляет собой хранилище данных, содержащее все сведения, создаваемые и используемые всеми подразделениями и службами предприятий,

5

являющимися участниками ЖЦ изделия в процессе их производственной деятельности. Это хранилище имеет сложную структуру и многообразные внешние и внутренние связи. Интегрированная информационная среда должна включать в свой состав две базы данных: общую базу данных об изделиях (ОБДИ) и общую базу данных о технологической среде предприятия (ОБДП).

На рис. 3.8 представлено схематическое изображение структуры ИИС во взаимодействии с процессами ЖЦ продукции предприятия. Из схемы видно, что в этих процессах используется информация, содержащаяся в ИИС, а ИО, порождаемые в ходе процессов, возвращаются в ИИС для хранения и последующего использования в других процессах (это отображено на схеме двухсторонними стрелками). С ОБДИ связаны процессы на всех стадиях ЖЦ, в то время как ОБДП информационно связана с технологической и организационно-экономической подготовкой производства и собственно производством (включая процессы отгрузки и транспортирования готовой продукции).

При создании любого нового изделия и технологической подготовке его производства средствами конструкторских и технологических САПР (CAE/CAD/CAM) в ИИС создаются соответствующие ИО, описывающие структуру изделия, его состав и все входящие компоненты: детали, узлы, агрегаты, комплектующие, материалы и т.д. Каждый ИО обладает атрибутами, описывающими свойства физического объекта: технические требования и условия, геометрические (размерные) параметры, массогабаритные показатели, характеристики прочности, надежности, ресурса, а также другие свойства изделия и его компонентов.

Информационные объекты в составе ОБДИ содержат в произвольном формате информацию, требуемую для выпуска и поддержки технической документации, необходимой на всех стадиях ЖЦ для всех изделий, выпускаемых предприятием. Каждый ИО идентифицируется уникальным кодом и может быть извлечен из ОБДИ для выполнения действий с ним. Общая база данных об изделии обеспечивает информационное обслуживание и поддержку деятельности заказчиков (владельцев) изделия, разработчиков (конструкторов) и технологов, управленческого и производственного персонала предприятия, изготовителя изделия, эксплуатационного и ремонтного персонала заказчика и специализированных служб и др.

В составе ОБДИ (рис. 1.9) можно выделить три раздела: нормативносправочный, долговременный и актуальный.

7

Рис. 1.9. Укрупненная структура и состав общей базы данных об изделии

8

Внормативно-справочном разделе хранятся ИО, содержащие следующие данные: конструкционные материалы; нормализованные детали (нормали); стандартные (покупные) комплектующие изделия; стандартные детали собственного изготовления; стандартные расчетные методы; государственные, международные и внутренние стандарты; прочие нормативные документы.

Содержание нормативно-справочного раздела ОБДИ обновляется по мере поступления новых и отмены действующих нормативных документов.

Центральной проблемой при создании систем нормативно-справочной информации является классификация продукции, которая определяется серией международных стандартов ISO 13584 (РЫВ — интеллектуальная библиотека изделий) для представления и обмена доступными для компьютерной интерпретации данными библиотеки изделий. Целью стандарта является создание механизма, способного передавать данные библиотеки изделий и поддерживать произвольные системы классификации в форме семантических сетей. Этот механизм независим от любого прикладного программного обеспечения, работающего с этими данными.

Серия ISO 13584 обеспечивает представление информации о библиотеке изделий вместе с необходимыми механизмами и определениями. Это позволяет обмениваться данными библиотеки изделий, использовать эти данные и изменять их. Обмен происходит между различными связанными с ЖЦ изделия компьютерными системами и средами, включая проектирование изделий, их производство, использование, поддержку и уничтожение.

Вобласть действия стандарта ISO 13584 входят:

•представление информации в классификаторах изделий, включая классификаторы компонентов и классификаторы сборочных единиц;

•обработка данных библиотеки изделий, включая хранение, передачу, доступ, изменение и архивирование;

•средства, позволяющие поставщику изделий описать поставляемую им деталь. В описании не используют ссылки на какие-либо другие библиотеки или внешние словари;

•определение механизма, который позволяет делать ссылки на стандартизованные словари из библиотеки поставщика (когда они доступны).

Многие из разработанных в стандарте ISO 13584 концепций, применимых для изделий, могут быть также использованы для управления элементами, содержащимися в библиотеке любого типа. Стандарт разделяет представление информации в библиотеке изделий и методы реализации, используемые для обмена данными, а также информацию о структуре библиотеки и информацию о детали или семействе изделий. Он позволяет представлять инфор

9

мацию о детали или о семействе изделий с помощью других стандартов. На эту информацию будет даваться ссылка из информации о структуре библиотеки. Например, документ, описывающий семейство изделий, может быть представлен в формате ISO 8879 SGML, а описание поведения семейства электронных изделий — в формате VHDL.

Таким образом, стандарт ISO 13584 может применяться не только для передачи данных между партнерами, но и в пределах предприятия для описания ресурсов.

Вдолговременном разделе хранятся ИО, содержащие данные, аккумулирующие собственный опыт предприятия, в том числе данные о ранее выполненных готовых проектах (архив), типовых узлах и агрегатах собственного производства, типовых деталях собственного производства, типовых конструктивно-технологических элементах деталей, типовых и групповых технологических процессах, типовой технологической оснастке

иинструменте, готовых и типовых расчетных методиках и математических моделях изделий собственной разработки, прочих готовых и типовых решениях.

Долговременный раздел ОБДИ дополняется и обновляется по мере создания новых технических решений, признанных типовыми и пригодными для дальнейшего использования.

Вактуальном разделе (самом большом по объему и самом сложном по структуре) хранятся ИО, содержащие данные об изделиях, находящихся на различных этапах ЖЦ: о конструкции и версиях «текущих» изделий, технологии изготовления изделий, конкретных экземплярах и партиях изделий в производстве, конкретных экземплярах и партиях изделий, находящихся на постпроизводственных стадиях ЖЦ.

ВИИС кроме ИО, относящихся (прямо или косвенно) к изделиям, содержится информация о предприятии: о производственной и

управленческой структуре, технологическом и вспомогательном

Рис. 1.10. Укрупненная структура и состав базы данных о технологической среде предприятия

оборудовании, персонале, финансах и т.д. Вся совокупность этих данных образует ОБДП, которая, в свою очередь, состоит из нескольких разделов

(рис. 1.10).

В разделе, посвященном экономике и финансам, хранятся ИО, со-

держащие сведения о конъюнктуре рынка изделий предприятия, включая цены и их динамику, состоянии финансовых ресурсов предприятия, ситуации на фондовом и финансовом рынках (курсы акций предприятия, биржевые индексы, процентные ставки, валютные курсы и т.д.), реальном и прогнозируемом портфеле заказов, а также прочие сведения финансовоэкономического и бухгалтерского характера.

В разделе, посвященном внешним связям предприятия, хранятся ИО,

содержащие сведения о фактических и возможных поставщиках и потребителях (заказчиках); раздел формируется и используется в процессе маркетинговых исследований.

Рис. 1.11. Бумажное изображение документов из общих баз данных об изделиях и среде предприятия

В разделе, посвященном производственно-технологической среде предприятия, хранятся ИО, содержащие сведения о производственной структуре предприятия, технологическом, вспомогательном и контрольноизмерительном оборудовании, транспортно-склад-ской системе предприятия, об энерговооруженности предприятия, о кадрах, а также прочие данные о предприятии.

10