Применение CALS-технологий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

Доклад

на тему: «Применение CALS-технологий»

Выполнил: Григорьев Е.А.

Омск 2016



1. CALS-методология поддержки жизненного цикла информационных систем

CALS-технологии (англ. Continuous Acquisition and Lifecycle Support -- непрерывная информационная поддержка поставок и жизненного цикла изделий), или ИПИ (информационная поддержка процессов жизненного цикла изделий) -- подход к проектированию и производству высокотехнологичной и наукоёмкой продукции, заключающийся в использовании компьютерной техники и информационных технологий на всех стадиях жизненного цикла изделия. [1]

Актуальной задачей на сегодняшний день для крупных современных предприятий в информационном плане является обеспечение надежного управления всем объемом разнородных данных, которые порождаются, хранятся и используются в различных информационных системах, существующих на предприятии и связанных с информационной поддержкой продукции в течение ее жизненного цикла (далее - ЖЦ). Радикальным средством решения информационной интеграции процессов, протекающих в ходе ЖЦ продукции, являются информационные технологии, получившие название CALS, реализованные позже в виде соответствующих CALS-технологий.

2. Жизненный цикл информационных систем

В основе деятельности по созданию и использованию информационных технологий (далее - ИТ) лежит понятие ЖЦ, которое является одним из базовых понятий методологии проектирования САПР (система автоматизированного проектирования) и многих других информационных систем (далее - ИС). В настоящее время существует ряд общих методологий разработки ИС. Главное в них - единая дисциплина работы на всех этапах жизненного цикла системы, учет критических задач и контроль их решения, применение развитых инструментальных средств поддержки процессов анализа, проектирования и реализации ИС. [2]

В общем случае под термином жизненный цикл системы ( System Life Cycle ) понимается определенная эволюция, период времени и совокупность работ, меняющих состояние системы от появления замысла и начала ее разработки до окончания эксплуатации. Обычно разбивается на отдельные стадии - анализ требований, проектирование, реализация (конструирование), верификация и эксплуатация. Стадии ЖЦ системы могут повторяться итерационным образом в связи с постепенным уточнением требований к системе и/или с необходимостью ее адаптации к тем изменениям, которые возникают в предметной области системы.

Понятие ЖЦ системы позволяет определить понятие жизненный цикл ИС (ЖЦ ИС) - это модель создания и использования (эволюция) ИС, отражающая ее различные состояния, начиная с момента возникновения необходимости в данном комплексе средств создания и обмена информацией, и заканчивая моментом ее полного выхода из употребления у пользователей.

ЖЦ ИС - это период времени и совокупность работ, от момента возникновения и обоснования необходимости создания до момента нецелесообразности дальнейшей ее эксплуатации, т.е. это совокупность взаимосвязанных процессов создания и последовательного изменения состояния ИС, меняющих состояние системы, от формирования исходных требований к ней до окончания эксплуатации и утилизации комплекса средств автоматизации ИС. Обычно разбивается на отдельные стадии - анализ требований, проектирование, реализация (конструирование), верификация и эксплуатация. Стадии жизненного цикла системы могут повторяться итерационным образом в связи с постепенным уточнением требований к системе и/или с необходимостью ее адаптации к тем изменениям, которые возникают в предметной области системы. Такой цикл проходят все технические, технологические и иные информационные системы и в каждом случае они должны быть экономически обоснованы и привязаны к конкретным условиям производства.

Целью применения CALS-технологий, как инструмента организации и информационной поддержки всех участников создания, производства и пользования продуктом, является:

- повышение эффективности их деятельности за счет ускорения процессов исследования и разработки продукции

- придания изделию новых свойств

- сокращения издержек в процессах производства и эксплуатации продукции повышения уровня сервиса в процессах ее эксплуатации и технического обслуживания

Во многих промышленно развитых странах CALS рассматривается как стратегия выживания в рыночной среде, позволяющая:

- расширить области деятельности предприятий (рынки сбыта) за счет кооперации с другими предприятиями, обеспечиваемой стандартизацией представления информации на разных стадиях и этапах ЖЦ. Новые возможности информационного взаимодействия позволяют строить кооперацию в форме виртуальных предприятий, действующих в течение ЖЦ продукта;

- повысить эффективность бизнес-процессов, выполняемых в течение ЖЦ продукта; за счет информационной интеграции и сокращения затрат на бумажный документооборот, повторного ввода и обработки информации обеспечить преемственность результатов работы в комплексных проектах и возможность изменения состава участников без потери уже достигнутых результатов;

- повысить “прозрачность” и управляемость бизнес-процессов путем их реинжиниринга, на основе интегрированных моделей ЖЦ и выполняемых бизнес-процессов;

- повысить привлекательность и конкурентоспособность изделий, спроектированных и произведенных в интегрированной среде с использованием современных компьютерных технологий и имеющих средства информационной поддержки на этапе эксплуатации;

- обеспечить заданное качество продукции в интегрированной системе поддержки ЖЦ путем электронного документирования всех процессов и процедур.

3. CALS-стратегия

Прежде всего, CALS -- бизнес-стратегия интеграции информационных процессов между участниками жизненного цикла изделия (заказчиков, разработчиков, производителей, поставщиков, эксплуатационных, обслуживающих и ремонтных предприятий, предприятий по утилизации) с целью обеспечить их необходимыми для бизнеса данными об изделии и связанными с ним процессами и средой. И для систем интегрированной логистической поддержки жизненного цикла изделий, и для создателей изделий с переходом на электронное проектирование CALS становится неотъемлемой системообразующей частью обеспечения работ.

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.

Данная концепция изначально базировалась на идеологии "ЖЦ" продукта и охватывала фазы производства и эксплуатации. Предметом CALS являлась безбумажная технология взаимодействия между организациями заказывающими, производящими и эксплуатирующими военную технику, а также формат представления соответствующих данных. Современная концепция CALS охватывает не только производство, но и все остальные этапы ЖЦ, но не касается технологии решения прикладных задач (проектирования, планирования и т.д.).

Сегодня CALS является глобальной стратегией повышения эффективности бизнес-процессов, выполняемых в ходе ЖЦ продукта за счет информационной интеграции и преемственности информации, порождаемой на всех этапах ЖЦ. Средствами реализации данной стратегии являются CALS-технологии.

4. CALS-технологии

Это общее название организационных, информационных и прикладных формализованных технологий, обеспечивающих создание и управление CALS-системой. Взаимодействуя с объектами основной деятельности (изделие, бизнес-процессы, управление основной деятельностью, интегрированная логистическая поддержка изделия), CALS-технологии обеспечивают эффективную реализацию бизнес-технологий в едином информационном пространстве за счет интеграции и оптимизации информационного взаимодействия участников жизненного цикла изделия.

К основным CALS -технологиям следует отнести:

- технология описания бизнес-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

- технология комплексной компьютеризации всех сфер промышленного производства, имеющая целью унификацию и стандартизацию спецификаций (проектная, технологическая, производственная, маркетинговая, эксплуатационная документация) промышленной продукции на всех этапах ее ЖЦ

- технология организация процессов разработки, производства, послепродажного сервиса, эксплуатации изделий путем информационной поддержки процессов их ЖЦ на основе стандартизации методов представления данных на каждой стадии ЖЦ и безбумажного электронного обмена данными. технология сквозной обработки прикладных данных в информационной системе - создание и выбор стандартов представления электронного описания изделия (ИЭТР), способов и программно-технических средств описания, подготовки, обработки, передачи и управления данными, разработка прикладных протоколов взаимодействия программных компонентов CALS

- технология информационного взаимодействия функциональных групп пользователей - реализация технологии в заданной программно-технической среде с учетом технологий сквозной обработки прикладных данных и создания ЭОИ

- технология управления целевыми и CALS-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 CALS-проектами.

В основе CALS -технологий лежит набор интегрированных информационных моделей - самого ЖЦ и выполняемых в его ходе бизнес-процессов, продукта (изделия), производственной и эксплуатационной среды и пр. Структура проектной, технологической и эксплуатационной документации, языки ее представления должны быть стандартизованными. Тогда становится реальной успешная работа над общим проектом разных коллективов, разделенных во времени и пространстве и использующих разные CAE/CAD/CAM системы. Одна и та же проектная документация может быть использована многократно в разных проектах, а одна и та же технологическая документация - в разных производственных условиях, что существенно сократит и удешевит общий цикл проектирования и производства. Основными компонентами CALS-технологий производственного предприятия являются:

- CAD - инструментальный комплекс технических и программных средств автоматизированного проектирования изделий

- CAM - системы автоматизации технологической подготовки производства

- CAE - системы инженерного анализа

- средства реализации технологии параллельного проектирования в режиме группового использования данных

- EDM - система управления проектными и инженерными данными:

· системы визуализации всего процесса разработки документации

· мощные средства обмена данными

· мощные средства разработки прикладного ПО

· методики анализа процессов проектно-технологической, производственной и управленческой деятельности.

5. Базовые принципы CALS-технологии

CALS-идеологию составляет набор принципов, основанный на достижениях ИТ:

- системную информационную поддержку ЖЦИ на основе использования интегрированной информационной среды. Интеграция и оптимизация информационного взаимодействия всех участников жизненного цикла изделия.;

- безбумажное представление информации - представление, обработка, обмен и управление данными в электронном виде, использование электронно-цифровой подписи;

- параллельный инжиниринг;

- реинжиниринг - непрерывное совершенствование бизнес процессов. информационная интеграция за счет стандартизации формализованных описаний объектов управления. Оптимизация и унификация способов представления, обработки и передачи данных об изделии, процессах, среде;

- разделение программ и данных на основе стандартизации структур данных и интерфейсов доступа к ним. Ориентация на готовые программно-технические решения, удовлетворяющие требованиям стандартов. Многократное использование данных с минимальными изменениями и затратами.

6. Концепция CALS

CALS ( Continuous Acquisition and Lifecycle Support ) -- непрерывное интегрированное информационное обеспечение участников жизненного цикла изделия данными об изделиях, связанными с ними процессами и средой преимущественно в электронном виде (Рисунок 1).

CALS -

- это концепция, суть которой заключается в создании единой интегрированной модели изделия, сопровождающей изделие на всем протяжении его ЖЦ и отражающей все аспекты изделия - и его свойства, и знания об изделии и о производстве изделия.

- это совокупность принципов и технологий информационной поддержки ЖЦ продукции на всех его стадиях.

- это идеология создания единой информационной среды для процессов проектирования, производства, испытаний, поставки и эксплуатации продукции.

Русскоязычный аналог понятия CALS -- информационная поддержка ЖЦ изделий (ИПИ). В последнее время за рубежом наряду с CALS используется также термин PLM ( Product Lifecycle Management ).



Рисунок 1 - Структура концепции CALS

Ключевая идея ИС, разрабатываемых на основе CALS , заключается в создании единой сложной модели разрабатываемого изделия. С этой моделью взаимодействует каждый участник всего ЖЦ изделия, начиная с момента исследования потребности рынка в изделии с конкретными потребительскими свойствами и кончая его утилизацией после окончания срока их эксплуатации. При этом работа каждого отдельного участника исключает помехи действиям других участников, исключается также неоднозначность определения изделия, т.к. имеется только одна актуальная копия данных, представляющих отдельную деталь, подсборку, шага анализа и расчета технических параметров или траекторию режущего инструмента для обработки на станках с ЧПУ.

CALS-идеологию составляет набор принципов, основанный на достижениях ИТ:

- представление, обработка, обмен и управление данными в электронном виде;

- многократное использование данных с минимальными изменениями и затратами;

- оптимизация и унификация способов представления, обработки и передачи данных об изделии, процессах, среде;

- интеграция и оптимизация информационного взаимодействия всех участников жизненного цикла изделия.

7. Системы CALS

Это автоматизированные логистические системы хранения, обработки и передачи информации в компьютерных средах, обеспечивающие оперативный доступ к данным в нужное время и в нужном месте

Под CALS-системой понимают автоматизированную систему управления, которая интегрирует информационные процессы в едином информационном пространстве и управляет интегрированным информационным обеспечением участников жизненного цикла изделия.

В отличие от интегрированных автоматизированных систем управления производством, CALS-система охватывает все стадии ЖЦ (см. рисунок). Единая интегрированная модель продукта и его ЖЦ, описывает объект настолько полно, что выступает в роли единого источника информации для любых выполняемых в ходе ЖЦ процессов.

Весь объем информации об изделии можно распределить по этапам его ЖЦ:

- конструкторские данные об изделии - совокупность информационных объектов, порождаемых в процессе проектирования и разработки изделия, содержащая сведения о составе изделия, о геометрических моделях изделия, его компонентах и их технических характеристиках, об их отношениях в структуре изделия, о результатах расчетов и моделирования, о допусках на изготовление деталей и т.д.

- технологические данные об изделии - совокупность информационных объектов, порождаемых на стадии технологической подготовки производства и ассоциированных с информационными объектами, описывающими изделие и его компоненты. Содержит сведения о способах изготовления и контроля изделия и его компонентов в процессе производства (в том числе входного контроля покупных изделий и материалов).

- Включает описание маршрутных и операционных технологий, нормы времени и расхода материалов, управляющие программы для станков с ЧПУ, а также данные для проектирования приспособлений и специального режущего и мерительного инструмента и т.д.

- производственные данные об изделии - совокупность информационных объектов, порождаемых в процессе производства, ассоциированная с информационными объектами, описывающими изделие и его компоненты, содержащая сведения о статусе конкретных экземпляров изделия и его компонентов в производственном цикле.

- данные о качестве изделия - совокупность информационных объектов, порождаемых при выполнении всех видов контроля, ассоциированная с информационными объектами, описывающими изделие и его компоненты, содержащая сведения о степени соответствия конкретных экземпляров изделия и его компонентов заданным техническим требованиям, техническим условиям, требованиям стандартов и других нормативно-технических документов.

- логистические данные об изделии - совокупность информационных объектов, порождаемых в процессе проектирования и разработки, ассоциированная с информационными объектами, описывающими изделие и его компоненты, содержащая сведения, необходимые для интегрированной логистической поддержки изделия на постпроизводственных стадиях ЖЦИ.

- эксплуатационные данные об изделии - совокупность информационных объектов, порождаемых в процессе проектирования и разработки, содержащая сведения, необходимые для организации обслуживания, ремонта и других действий, обеспечивающих работоспособность изделия. Включает интерактивное электронное техническое руководство по эксплуатации и ремонту (ИЭТР).

8. Стандарты CALS

Воплощением CALS-идеологии являются CALS-стандарты, регламентирующие правила представления информации и информационного взаимодействия участников жизненного цикла изделия. Стандарты CALS определяют набор правил и регламентов в соответствии с которыми строится взаимодействие участников процессов ЖЦ. Стандарты являются основным строительным блоком CALS .

Стандарты CALS покрывают весь спектр потребностей пользователей, обеспечивая единое представление текста, графики, информационных структур и данных о проекте, сопровождении и производстве, включая звук, видео, мультимедийные средства, передачу данных, хранение данных, документацию и многое другое для всех приложений. Каждый вид информации представляется через соответствующий стандарт.

Стандартизации в области CALS-технологий охватывает все процессы ЖЦ изделий: замысел (заказ), разработка (проектирование), производство (предоставление услуг), поставка (реализация), эксплуатация (техническое обслуживание), сопровождение (совершенствование, модернизация), утилизация. Стандарты и методические материалы в области CALS-технологий в основном определяют общий подход, способ представления и интерфейсы доступа к данным различного типа, вопросы защиты информации и ее электронной авторизации (цифровой подписи).

Фундаментом CALS-технологий является система единых международных стандартов, включающая в себя:

- функциональные - стандарты, определяющие описание данных об изделиях, процессы и методы формализации На сегодня в качестве функциональных стандартов в CALS рассматриваются стандарты, определяющие функциональные требования для ввода изделий в эксплуатацию и их поддержки в течение всего ЖЦ.

- информационные - стандарты по описанию данных о продуктах и процессах;

- технического обмена - стандарты, контролирующие носители информации и процессы обмена данными между передающими и принимающими системами.

Область действия рассматриваемых стандартов включает также информацию, необходимую для работы организаций заказчика и поставщика, а также для обмена данными между ними. К международным стандартам представление информации о продукте относятся : ISO/IEC 10303 Standard for the Exchange of Product Model Data (STEP) и ISO 13584 Industrial Automation -- Parts Library. К стандартам представление текстовой и графической информации относятся: ISO 8879 Information Processing -- Text and Office System - Standard Generalised Markup Language (SGML); ISO/IEC 10179 Document Style Semantics and Specification Language (DSSSL); ISO/IEC IS 10744 Information Technology -- Hypermedia/Time Based Document Structuring Language (HyTime); ISO/IEC 8632 Information Processing Systems -- Computer Graphics - Metafile; ISO/IEC 10918 Coding of Digital Continuous Tone Still Picture Images (JPEG); ISO 11172 MPEG2 Motion Picture Experts Group (MPEG); Coding of Motion Pictures and associated Audio for Digital Storage Media и ISO/IECS 13522 Information Technology -- Coding of Multimedia and Hypermedia Information (MHEG). Третья группу стандартов общего назначения включены : ISO 11179 Information Technology -- Basic Data Element Attributes; ISO 3166 Information Processing -- Country Name Representations; ISO 31 Information Processing Representation of Quantities and Units; ISO 4217 Information Processing -- Currencies and Funds; ISO 639 Information Processing Coded Representation of Names of Languages и ISO 8601 Information Processing -- Date/Time Representations.



9. Применение CALS

Целью использования CALS -систем является ускорение вывода на рынок новых образцов продукции, сокращение затрат на разработку, проектирование и производство, сокращение «стоимости владения» (т.е. совокупности затрат на поддержание в работоспособном состоянии) и улучшение качества на всех стадиях ЖЦ. Кроме того CALS технологии обеспечивают легкость распространения передовых проектных решений, возможность многократного воспроизведения частей проекта в новых разработках и др. Сферы применения

К ключевым областям CALS в настоящее время относятся:

- реинжиниринг и управление проектами;

- параллельное проектирование;

- виртуальное предприятие;

- электронный обмен данными;

- распределённые системы поддержки принятия решений;

- интегрированная логистическая поддержка;

- многопользовательские базы данных;

- метаописание систем понятий и их хранение;

- репозитории метаописаний предметных областей;

- международные стандарты.

Преимущества.

Технологии, стандарты и программно-технические средства CALS как инструмента организации и информационной поддержки всех участников создания, производства продукта и пользования им, обеспечивают:

- повышение эффективности деятельности за счет ускорения процессов исследования и разработки продукции

- придание изделию новых свойств

- сокращение издержек в процессах производства и эксплуатации продукции

- повышение уровня сервиса в процессах ее эксплуатации и технического обслуживания.

- эффективный и экономичный обмен электронными данными и безбумажными электронными документами;

- возможность параллельного выполнения сложных проектов несколькими рабочими группами (параллельный инжиниринг), что существенно сокращает время разработок;

- планирование и управление многими предприятиями, участвующими в жизненном цикле продукции, расширение и совершенствование кооперационных связей (электронный бизнес);

- резкое сокращение количества ошибок и переделок, что приводит к сокращению сроков реализации проектов и существенному повышению качества продукции;

- распространение средств и технологий информационной поддержки на послепродажные стадии ЖЦ - интегрированная логистическая поддержка изделий.

Применение CALS -технологий позволяет предприятиям улучшить следующие экономические показатели:

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

- сокращение сроков вывода на рынок новых конкурентоспособных изделий;

- сокращение брака и затрат, связанных с внесением изменений в конструкцию;

- увеличение объемов продаж изделий, снабженных электронной технической документацией (в частности, эксплуатационной), составленной в соответствии с требованиями международных стандартов;

- сокращение затрат на эксплуатацию, обслуживание и ремонт изделий ("затрат на владение"), которые для сложной наукоемкой продукции подчас равны или превышают затраты на ее закупку.

Применение CALS позволит обеспечивать повышение эффективности производства за счет:

- моделирования материальных, информационных и финансовых потоков, характеризующих процессы производства продукции, с целью выбора оптимального комплекса технологических процессов, обеспечивающих достижение заданных технико-экономических параметров продукции, выпуск которой планируется;

- интегрированной информационной системы сопровождения продукции на всех этапах ее ЖЦ, обеспечивающей сведение к минимуму производственных издержек; системы информационного взаимодействия с субподрядчиками, обеспечивающей высокую эффективность процессов материально-технического снабжения;

- интегрированной информационной системы управления качеством продукции на всех этапах ее ЖЦ;

- интегрированной информационной системы взаимодействия с потребителями продукции, обеспечивающей сведение к минимуму затрат на ее техническое обслуживание и ремонт.

- сокращения объемов проектных работ, так как описания многих составных частей оборудования, машин и систем, проектировавшихся ранее, хранятся в базах данных сетевых серверов, доступных любому пользователю технологии CALS

- решения проблем ремонтопригодности, интеграции продукции в различного рода системы и среды, адаптации к меняющимся условиям эксплуатации, специализации проектных организаций и т.п.

10. О CALS-технологиях в России

В России внедрение CALS-технологий находится на начальном этапе и происходит без комплексной проработки вопроса в масштабах страны. Отдельные элементы CALS-технологий успешно внедрены на ВАЗе, АВПК «Сухой», МАПО «МиГ», ММПП «Салют» и других предприятиях и комплексах. Однако работы по внедрению CALS-технологий проводятся бессистемно, разрозненно, а зачастую и с применением «местнической» (локальной) политики.

Для глобального внедрения CALS-технологий в России следует:

- во-первых, преодолеть психологический барьер осознания необходимости решения проблемы в целом и комплексно;

- во-вторых, изыскивать финансовые средства (на начальном этапе, возможно, значительные) как для реструктуризации отдельных физических предприятий, так и для создания общих «виртуальных предприятий»;

- в-третьих, учитывая, что основой CALS-технологий является стандартизованное представление и обмен информацией, оперативно создавать нормативную базу, которая явится фундаментом для решения всех проблем. А для этого следует объединять ресурсы (в первую очередь финансовые) для разработки и внедрения стандартов и других нормативных документов в области CALS-технологий.

жизненный цикл информационный компьютерный



Библиография

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/CALS

2. http://www.itstan.ru/it-i-is/sistemy-cals.html\

Размещено на Allbest.ru

...