CALS-технологии и стандарты

Рис. 1. Структура жизненного цикла продукта (изделия)

Рис. 2. Структура данных об изделии в процессе жизненного цикла

Рис. 3. Применение CALS-технологий

Особую роль в решении этой задачи играют информационные CALS-технологии

Развитие современной мировой экономики характеризуется усилением конкуренции на мировых рынках и ставит перед промышленниками и предпринимателями в качестве основной задачи экономию ресурсов (материальных, интеллектуальных, информационных и временных), привлекаемых для реализации конкретного проекта или программы на всех стадиях жизненного цикла изделий, от разработки и производства до модернизации и утилизации. Это предполагает также ускорение действий и создание условий для более тесной кооперации производителей.

Особую роль в решении этой группы проблем сыграли и продолжают играть информационные технологии, развитие которых в 90-х годах определялось стремлением к объединению информационных ресурсов и кооперации при создании информационных систем и предприятий, к совместному использованию информации, обеспечению создания и работы виртуальных предприятий. Итогом этого процесса стало то, что в современных условиях информация стала основным товаром.

Производство сложных машинотехнических изделий сегодня немыслимо без обеспечения их информационной поддержки на всех стадиях жизненного цикла. Информационная поддержка — это целый комплекс вопросов, включающий автоматизацию процессов проектирования, обеспечение технологических процессов производства, автоматизацию управленческой деятельности предприятий, создание электронной эксплуатационной документации, внедрение автоматизированных систем заказа запасных частей и т. д.

Области применения CALS-технологий и их идеология

Областями применения CALS-технологий принято считать: совершенствование деятельности в области разнородных процессов, происходящих на всех этапах жизненного цикла (ЖЦ) продукции; управление цепочками поставок в течение всего ЖЦ продукции (от создания концепции изделия до его утилизации); электронная интеграция организаций (предприятий), участвующих в этих процессах на различных этапах ЖЦ; управление поддержкой ЖЦ продукции.

Несмотря на специфику производственных процессов разных предприятий, их значительная доля работает по следующей циклической экономико-технологической схеме:

• анализ спроса на продукцию, формирование портфеля договоров, заказов и пр.;
• планирование производства и его ресурсов;
• подготовка производства, разработка новых или модификация текущих изделий;
• снабженческая деятельность, обеспечение процесса основного производства;
• собственно производство изделий и услуг;
• реализация продукции и расчеты с заказчиками;
• государственная отчетность;
• анализ производственного цикла, определение реальной себестоимости;
• управление сервисным обслуживанием;
• распределение прибыли, возврат кредитов и займов;
• вложение средств в следующий производственный цикл.

Обеспечение этих основных бизнес-процессов — главная задача интегрированного информационного пространства, в основе которого лежит использование открытых архитектур, международных стандартов, совместных хранилищ данных и апробированных программно-технических средств.

Процессы, протекающие в ходе жизненного цикла продукта, можно представить как совокупность процессов поставщика, субпоставщика и потребителя, объединенных посредством прямых и обратных связей. Жизненный цикл конечного продукта необходимо рассматривать с учетом жизненного цикла входящих в него компонентов, результатов деятельности субпоставщиков.

В рамках жизненного цикла происходит информационное взаимодействие. Существо концепции CALS составляют технологии и методы представления данных о продукте, процессах и среде, разработанные таким образом, чтобы сделать возможным использование однажды созданной информации на последующих стадиях жизненного цикла.

Возможность совместного использования информации обеспечивается ключевым элементом CALS — международными стандартами, регламентирующими представление данных и технологию доступа к данным, их правильную интерпретацию, а также использованием компьютерных сетей (прежде всего Internet) и апробированных программно-технических решений.

Таким образом, коротко можно сказать идеология CALS — это безбумажные информационные технологии поддержки процессов в ходе жизненного цикла продукции.

Особенности CALS

Для CALS характерно следующее:

• решаются задачи интеграции всех процессов в ходе жизненного цикла (в отличие от компьютерной автоматизации и интеграции отдельных процессов);
• рамки решаемых задач выходят за границы отдельного предприятия;
• участники информационного взаимодействия могут быть территориально удалены друг от друга и располагаться в разных городах и странах;
• совместно используемая информация очень разнородна: это маркетинговые, конструкторско-технологические, производственные данные, коммерческая и юридическая информация и т. д. Для обеспечения возможности ее совместного использования способы и технологии представления и корректной интерпретации данных должны быть стандартизованы;
• основной средой передачи данных является глобальная сеть Internet.

Единое информационное пространство обеспечивает возможность взаимодействия проектных организаций, производственных предприятий, поставщиков, организаций сервиса и конечного потребителя на всех стадиях жизненного цикла.

Совместно используемое хранилище конструкторских данных об изделии позволяет нескольким проектным организациям наладить процесс кооперативного проектирования. Данные о конструкции изделия используются для технологической подготовки производства, планирования потребностей в материальных ресурсах, закупок, производственного планирования, процессов изготовления, испытаний, продаж, поддержки процессов эксплуатации и т. д.

На каждой стадии жизненного цикла создается свой набор данных, который используется на последующих стадиях.

О CALS-технологиях и стандартах

Совместно используемую информацию условно можно разделить на следующие виды:

• информация о продукте;
• информация о выполняемых процессах;
• информация о среде, в которой процессы выполняются, в формате, определенном международными стандартами.

Базовыми международными стандартами являются:

• при проектировании изделия — стандарты ISO серии STEP, предназначенные для возможности единообразного описания изделий в различных прикладных областях на базе типовых блоков, в которых для описания данных используется специальный язык EXPRESS, включающие методы описания, стандартные решения, структуру и методологию проверки на совместимость, интегрированные ресурсы, интегрированные прикладные ресурсы, прикладные протоколы;
• при производстве, логистической поддержке изделий и взаимодействии с поставщиками — стандарты ISO серии PLIB, MANDATE, а также нормативные документы МО США, предназначенные для представления и обмена доступными для компьютерной интерпретации данными о поставляемых компонентах и комплектующих изделиях (узлах, деталях и т. д.), технологии изготовления, форматах представления и методах использования информации о производстве и используемых производственных ресурсах, их характеристиках и ограничениях с точки зрения управления производством;
• при проектировании бизнес-процессов — стандарты IDEF, предназначенные для функционального моделирования жизненного цикла и выполняемых бизнес-процессов, в том числе правил и методики структурированного графического представления системы или организации, создания информационной модели со структурированной информацией, необходимой для поддержки функций производственной системы или среды;
• при эксплуатации, техническом обслуживании и ремонте — стандарты SGML, DSSSL, JPEG, MPEG, HyTime и др. нормативные документы МО США, предназначенные для языка описания правил и формата отображения документов при выводе на экран, печать или иное устройство отображения, использования мультимедийной информации, хранения планарных векторных и векторно-растровых изображений, представления растровой графики в цифровом формате, движущихся картинок в цифровом формате и т. д.;
• при организации «электронной коммерции» — стандарты EDIFACT.

Применение и эффективность

Использование CALS-технологий позволяет предприятию-производителю наукоемкой продукции усовершенствовать процессы в ходе жизненного цикла, снизить сроки выпуска продукции на рынок; заказчику — сократить стоимость заказа и дальнейшей его эксплуатации, учитывая, что стоимость поддержки наукоемкого изделия в работоспособном состоянии равна или превышает стоимость его приобретения.

В настоящее время поставка готового изделия (особенно на экспорт) с большим объемом традиционной бумажной документации существенно снижает его конкурентоспособность, поскольку делает невозможным взаимодействие с автоматизированными системами материально-технического снабжения для проведения профилактических и ремонтных работ.

Во всем мире де-факто (для обеспечения конкурентоспособности изделий) и де-юре (наличие нормативных документов по стандартизации, имеющих статус рекомендуемых) техническая документация на изделие должна быть представлена в форме интерактивных электронных технических руководств (ИЭТР). ИЭТР — это электронный документ, формируемый в значительной степени автоматически на основе конструкторского описания, представляющий собой базу данных и средств визуализации, использующих возможности мультимедиа (текст, графика, видео, аудио).

Кроме того, необходимо собрать всю информацию об изделии в интегрированной базе данных и обеспечить совместное использование этой информации в процессах проектирования, производства и эксплуатации. Для этой цели применяют систему управления инженерными данными, основанную на стандартизованной модели данных и интерфейсе доступа и работы с этими данными.

Таким образом, технологии непрерывной информационной поддержки жизненного цикла продукции (CALS) позволяют:

• решать различные задачи, связанные с обработкой данных об изделии;
• создавать многовариантные документы (например, предназначенные для работы с гаммой или семейством изделий, имеющих отличия);
• обеспечивать доступ к содержимому документа в соответствии с категорией пользователя и уровнем допуска к документам;
• создавать многоязычные документы;
• использовать все стандартизованные способы представления информации (текстовая информация, изображения (растровые, векторные), аудио-, видеоинформация;
• проводить подготовку ИЭТР в универсальном виде, который позволяет различным пользователям использовать их без предварительной специальной обработки или адаптации.

Утвержденные государственные стандарты ГОСТ Р ИСО 10303-1-99, ГОСТ Р ИСО 10303-11-2000, ГОСТ Р ИСО 10303-21-99, ГОСТ Р ИСО 10303-41-99, ГОСТ Р ИСО 10303-12-2000, ГОСТ Р ИСО 10303-45-2000 являются основополагающими документами комплекса стандартов, обеспечивающего введение в России многочастевого международного стандарта ISO 10303 STEP, который определяет:

• логическую структуру корпоративной базы данных, обеспечивающей хранение информации о составе и конфигурации изделий, геометрических моделей, чертежей, данных о проекте, внесенных изменениях, модернизации и т. п.;
• форматы и методы представления данных для обмена между системами CAD/CAE/CAM и другими автоматизированными системами;
• интерфейс доступа к информации базы данных.

Учитывая вышеизложенное, можно сказать, что CALS:

• помогают в реорганизации предпринимательской деятельности;
• дают возможность параллельного проектирования;
• поддерживают электронный обмен данными;
• обеспечивают интегрированную логистическую поддержку;
• включают в себя многопользовательскую базу данных;
• базируются на международных стандартах.

По данным различных зарубежных источников, внедрение CALS в полном объеме позволяет на 25-30 % повысить эффективность производства наукоемкой продукции при одновременном значительном повышении его качества, в том числе сокращения:

• времени планирования — до 70%;
• времени проектирования — до 50%;
• затрат на оценку выполнимости проектов — до 15-40%;
• производственных затрат до 15-60%;
• стоимости технической документации до 10-50 %;
• времени планирования эксплуатационной поддержки — до 70%;
• стоимости информации — до 15-60%;
• количества ошибок при передаче данных — до 90%.

В настоящее время CALS-ориентированный подход внедрен во многих странах. Так, в США CALS-технологии полностью взяты на вооружение министерством обороны США, по заказам которого проводятся разработки и выпуск военной продукции и техники (авиакосмическая и наземная техника, морские суда различного назначения). Кроме того, CALS-технологии стали активно использовать и внедрять гражданские предприятия (в первую очередь для создания наукоемкой продукции в тех же областях).

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.

Более подробную информацию о проблеме CALS-технологий рекомендуем посмотреть на Web-узлах www.cals.ru, www.apl.ru, www.idef.com.

Авторы считают эту статью вводной в проблему CALS-технологий и планируют более подробно осветить вопросы их стандартизации в отдельной статье.

Валерий Васильевич Васютович — начальник отделения, Сергей Сергеевич Самотохин и Георгий Станиславович Никифоров — старшие научные сотрудники ВНИИстандарт Госстандарта РФ. С авторами можно связаться по электронной почте: iakimov@gost.ru

Возникновение и эволюция CALS-технологии