CALS - сопровождение жизненного цикла

Современная промышленность все больше переходит на выпуск продукции индивидуально под конкретную группу потребителей. Стремление к индивидуальному удовлетворению конкретного клиента требует производств, имеющих гибкую структуру бизнес-процессов, что вызывает к жизни новые подходы, концепции и методологии. Одна из таких концепций, CALS (Continuous Acquisition and Life cycle Support), превратилась сегодня в целое направление информационных технологий.

Таблица 1. Классификация данных в связи со стадиями жизненного цикла продукции

Рис. 1. Общая структура КСПИ

Рис. 3. Общий алгоритм применения ЭЦП

Жизненный цикл изделия - совокупность этапов или последовательность бизнес-процессов, через которые проходит это изделие за время своего существования: маркетинговые исследования, составление технического задания, проектирование, технологическая подготовка производства, изготовление, поставка, эксплуатация, утилизация. Идеология CALS (www.cals.ru) состоит в отображении реальных бизнес-процессов на виртуальную информационную среду, где эти процессы реализуются в виде компьютерных систем, а информация существует только в электронном виде.

Комплексное сопровождение процессов

По мнению авторов, настало время ввести русскоязычный термин, адекватно отражающий суть подхода CALS — Компьютерное Сопровождение Процессов жизненного цикла Изделий (КСПИ). Можно выделить три основных аспекта данной концепции:

• компьютерная автоматизация, повышающая производительность основных процессов и операций создания информации;
• информационная интеграция процессов, т.е. совместное и многократное использование одних и тех же данных. Интеграция достигается минимизацией числа и сложности вспомогательных процессов и операций поиска, преобразования и передачи информации. Один из инструментов интеграции — стандартизация способов и технологий представления данных, благодаря которой результаты предшествующего процесса могут быть использованы в последующих процессах с минимальными преобразованиями;
• переход к безбумажной модели организации бизнес-процессов, многократно ускоряющей доставку документов, обеспечивающей параллелизм обсуждения, контроля и утверждения результатов работы, сокращающей длительность бизнес-процессов. В этом случае ключевое значение приобретает электронно-цифровая подпись (ЭЦП).

Применение технологий КСПИ возможно если выполнены следующие условия:

• наличие современной инфраструктуры передачи данных;
• введение понятия электронного документа, как полноценного объекта производственно-хозяйственной деятельности и обеспечение его легитимности;
• наличие средств и технологий ЭЦП и защиты данных;
• реформирование бизнес-процессов с учетом новых возможностей информационных технологий;
• создание системы стандартов, дополняющих или заменяющих традиционные ЕСКД, ЕСТД, ЕСПД, СРПП и т.п.;
• наличие на рынке программных средств и компьютерных систем, соответствующих требованиям стандартов.

В составе КСПИ можно выделить два крупных блока — компьютеризированное интегрированное производство и система логистической поддержки изделия.

К первому относятся:

• системы автоматизированного проектирования (САПР-К), инженерного анализа и расчетов (СИАР) и технологической подготовки производства (САПР-Т); здесь и далее для некоторых терминов даны привычные русские аббревиатуры; в то же время для ряда терминов такие аббревиатуры отсутствуют, поэтому даются только англоязычные варианты;
• системы автоматизированной разработки эксплуатационной документации (Electronic Technical Publication Development — ETPD);
• системы управления данными об изделиях (Product Data Management — PDM);
• системы управления проектами и программами (Project Management - PM);
• автоматизированные системы управления производственно-хозяйственной деятельности предприятия (АСУП) [1].

Система интегрированной логистической поддержки (ИЛП) изделия, предназначенная для информационного сопровождения бизнес-процессов на постпроизводственных стадиях жизненного цикла — относительно новый элемент производственной и управленческой структуры для предприятий России. ИЛП представляет собой совокупность процессов, организационно-технических мероприятий и регламентов, осуществляемых на всех стадиях жизненного цикла изделия от его разработки до утилизации. Цель внедрения ИЛП — сокращение «затрат на владение изделием», которые для сложного наукоемкого изделия равны или превышают затраты на его закупку.

Типовой перечень задач ИЛП включает в себя [3]:

• логистический анализ на стадии проектирования (Logistics Support Analysis), предусматривающий определение требований к готовности изделия; определение затрат и ресурсов, необходимых для поддержания изделия в нужном состоянии; создание баз данных для отслеживания перечисленных параметров в ходе жизненного цикла изделия;
• создание электронной технической документации для закупки, поставки, ввода в действие, эксплуатации, обслуживания и ремонта изделия;
• создание и ведение «электронных досье» на эксплуатируемые изделия, с целью накопления и использования фактических данных для оперативного определения реального объема работ по обслуживанию и потребности в материальных ресурсах;
• применение стандартизованных процессов поставки изделий и средств материально-технического обеспечения, создание компьютерных систем информационной поддержки этих процессов (Integrated Supply Support Procedures);
• применение стандартизованных решений по кодификации изделий и предметов снабжения (Codification). В условиях России эта задача имеет более широкий смысл и трактуется как задача каталогизации — создание федерального реестра предметов снабжения, поставляемых для государственных нужд. Цель создания реестра — оптимизация госзаказа, в том числе исключение дублирования производства функционально и конструктивно эквивалентных предметов снабжения. В ходе каталогизации получают коды, используемые для их идентификации в процессах материально-технического снабжения;
• создание и применение компьютерных систем планирования потребностей в средствах материально-технического обеспечения, формирования заявок (Order Administration) и управления контрактами (Invoicing) на поставку средств материально-технического обеспечения.

Электронная подпись

Рис. 2. Структура электронного технического документа

Практическая организация безбумажных бизнес-процессов возможна только при обеспечении легитимности электронного документа, заверенного ЭЦП. Техническим комитетом 431 «CALS-технологии» Госстандарта РФ в настоящее время разрабатывается проект соответствующего ГОСТа, в котором электронный технический документ трактуется как «оформленная надлежащим образом в установленном порядке и зафиксированная на машинном носителе техническая информация, которая может быть представлена в форме, пригодной для ее восприятия человеком». Электронный технический документ логически состоит из двух частей: содержательной и реквизитной. Первая представляет собой собственно информацию, а вторая содержит аутентификационные и идентификационные данные электронного технического документа, в том числе набор обязательных атрибутов, одну или несколько электронно-цифровых подписей (Рис. 2).

ЭЦП представляет собой набор знаков, генерируемый по алгоритму, определенному ГОСТ Р 34.0-94 [4] и ГОСТ Р 34.-94 [5]. ЭЦП является функцией от содержимого, подписываемого электронного технического документа и секретного ключа. Секретный ключ (код) имеется у каждого субъекта, имеющего право подписи и может храниться на дискете или смарт-карте. Второй ключ (открытый) используется получателями документа для проверки подлинности ЭЦП. При помощи ЭЦП можно подписывать отдельные файлы или фрагменты баз данных. В последнем случае программное обеспечение, реализующее ЭЦП, должно встраиваться в прикладные автоматизированные системы.

Примером базового средства, реализующего основные функции ЭЦП, является система «Верба», сертифицированная ФАПСИ.

Виртуальное предприятие

Развитие КСПИ и обусловило появление новой организационной формы выполнения масштабных наукоемких проектов, связанных с разработкой, производством и эксплуатацией сложной продукции - так называемого «виртуального предприятия». Виртуальное предприятие создается посредством 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 сеть. Срок жизни виртуального предприятия определяется длительностью проекта или жизненного цикла продукции. Задача информационного взаимодействия особенно актуальна для временно создаваемых виртуальных предприятий, состоящих из географически удаленных друг от друга подрядчиков, субподрядчиков, поставщиков с разнородными компьютерными платформами и программными решениями.

Создание виртуальных предприятий требует проработки общей схемы совместного функционирования и взаимодействия составных частей. Это выводит на первый план вопросы проектирования, анализа и, при необходимости, реинжиниринга внутренних и совместных бизнес-процессов, юридического взаимодействия и интеллектуальной собственности.

Информацию, используемую в ходе жизненного цикла, можно условно разделить на три класса: о продукции, о выполняемых процессах и о среде, в которой эти процессы выполняются. На каждой стадии создается набор данных, который используется на последующих стадиях.

Стандарты

Данные об изделии занимают значительную часть общего объема информации, используемой в ходе жизненного цикла. На их основе решаются задачи производства, материально-технического снабжения, сбыта, эксплуатации, ремонта и др. Информационная интеграция этих процессов и совместное использование данных обеспечиваются применением соответствующих стандартов. Представление конструкторско-технологических данных об изделии регламентируется стандартами серии ISO 10303 и ISO 13584 [1]. В 1999-2000 годах Госстандартом РФ выпущена серия ГОСТ Р ИСО 10303, представляющая собой аутентичный перевод некоторых стандартов ISO 10303 [1], который поддерживается большинством современных зарубежных и отечественных систем CAD/CAM и PDM.

В соответствии с ISO 10303 электронная конструкторская модель изделия включает ряд компонентов.

• Геометрические данные (твердотельные поверхности с топологией, фасеточные поверхности, сетчатые поверхности с топологией и без топологии, чертежи и т.п.).
• Информация о конфигурации изделия и административные данные (идентификаторы страны, отрасли, предприятия, проекта, классификационные признаки и т.п.; данные о вариантах состава и структуры изделия; данные об изменениях конструкции и информацию о документировании этих изменений; данные для контроля различных аспектов проекта или решения вопросов, связанных с особенностями и вариантами состава и конфигурации изделия; данные о контрактах, в соответствии с которыми ведется проектирование; сведения о секретности; условия обработки, в том числе финишной, данные о применяемости материалов, указанные проектировщиком для данного изделия; данные для контроля и учета выпущенной версии разработки; идентификаторы поставщиков и их квалификации).
• Инженерные данные в неструктурированной форме, подготовленные с помощью различных программных систем в различных форматах.

Некоторые части стандарта ISO 10303 используются в качестве готовой модели данных для системы PDM (например, ISO 10303-203), а другие описывают конкретную технологию представления данных для информационного обмена между предприятиями (ISO 10303-21).

Для представления информации, необходимой при эксплуатации и техническом обслуживании изделия, используются технологии, регламентируемые стандартами ISO 8879 (Standard Generalized Markup Language), ISO 10744 (HyTime), а также спецификациями ассоциаций производителей аэрокосмической техники AECMA-1000D и AECMA-2000M (www.aecma.org).

В соответствии с требованиями стандартов эксплуатационная и ремонтная документация создается в форме интерактивных электронных технических руководств, интегрирующих данные и программные средства поддержки обслуживания, планирования потребностей в материальных ресурсах, контроля и диагностики, накопления данных о ходе эксплуатации.

Средства описания и анализа

Внедрение технологий КСПИ и создание интегрированной информационной системы на промышленном предприятии и, тем более, в условиях виртуального предприятия связано с глубокими исследованиями разнообразных бизнес-процессов, составляющих жизненный цикл изделия, что требует специальных средств их описания и анализа. Для этого применяется методология моделирования IDEF [7], позволяющая исследовать структуру, параметры и характеристики процессов в производственно-технических и организационно-экономических системах. Общая методология IDEF состоит из частных методологий, основанных на графическом представлении систем:

• IDEF0 для создания функциональной модели, отображающей процессы и функции системы, а также потоки информации и материальных объектов, преобразуемые этими функциями;
• IDEF1 для построения информационной модели, отображающей структуру и содержание информационных потоков, необходимых для поддержки функций системы.

Обе методологии получили в США статус федеральных стандартов, а сегодня ведется работа по их стандартизации и в России [6].

Основу методологии IDEF0 составляет графический язык описания (моделирования) процессов. Базовыми элементами языка являются блоки, изображающие функции (операции, действия) в составе моделируемых процессов, и стрелки, изображающие информационные и материальные связи между блоками. С помощью блоков и стрелок составляются диаграммы, описывающие процессы, операции и действия. Каждый блок на любой диаграмме может быть подвергнут декомпозиции с целью более подробного раскрытия его содержания. Результатом декомпозиции является новая, дочерняя, диаграмма. Множество всех диаграмм образует собственно функциональную модель.

Функциональная модель может иметь любую необходимую глубину декомпозиции, вплоть до описания действий, выполняемых отдельными специалистами на конкретных рабочих местах, с указанием условий выполнения и перечня используемых ресурсов.

Описания бизнес-процессов в форме функциональных моделей имеют ряд преимуществ.

• Модель является своеобразной «программой управления» персоналом, поскольку определяет, кто, при каких условиях и с использованием каких ресурсов выполняет те или иные функции.
• Модель определяет материальные потоки и документооборот и позволяет установить регламенты обмена результатами различных процессов.
• Модель служит методической основой для настройки прикладных программных систем.
• Модель является удобным средством анализа, пригодным для поиска путей совершенствования организации и управления процессами.

Кроме данных, относящихся к изделиям и бизнес-процессам, в интегрированной информационной системе должна содержаться информация о производственной и управленческой структуре, технологическом и вспомогательном оборудовании, персонале, финансах и т.д. Номенклатура этих данных хорошо известна специалистам, создающим и эксплуатирующим АСУП. С позиций методического единства можно считать, что в рамках концепции КСПИ эти данные должны быть организованы и управляемы средствами, аналогичными системам PDM.

Итого

Применение концепции КСПИ в процессах разработки, производства и эксплуатации продукции обеспечивает:

• расширение области деятельности предприятий путем кооперации с другими предприятиями. Эффективность взаимодействия достигается стандартизацией способов представления информации на разных стадиях и этапах жизненного цикла и возможности ее последующего использования. Современные ИТ позволяют строить производственную кооперацию в форме «виртуальных предприятий». Становится возможной кооперация не только посредством поставки готовых компонентов, но и посредством выполнения отдельных этапов и задач в процессах проектирования, производства и эксплуатации;
• повышение эффективности деятельности предприятий за счет использования информации, подготовленной партнерами; сокращения затрат на документооборот; преемственности результатов работы в комплексных проектах и возможности изменения состава участников без потери уже достигнутых результатов;
• повышение «прозрачности» и «управляемости» бизнес-процессов, их анализа и реинжиниринга на основе функциональных моделей;
• гарантию качества продукции.

Литература