«Управление и Оптимизация Производственного Предприятия»
АННОТАЦИЯ
Учебное пособие предназначено для изучения основ ИПИ технологий – методов информационной поддержки процессов жизненного цикла изделий (ЖЦИ). Даны основные понятия и определения ИПИ, рассмотрена роль ИПИ-технологий в современном наукоемком промышленном производстве. Приведены основные характеристики PLM-решений, используемых на этапах проектирования и подготовки производства новых изделий; характеристики средств класса MRP II / ERP, используемых в сфере управления производством и предприятием; характеристики средств интегрированной логистической поддержки изделий, используемые на
постпроизводственных стадиях ЖЦИ.
Данное пособие предназначено для магистров, обучающихся по направлению подготовки 230100 – Информатика и вычислительная техника по магистерской программе «Интегрированные системы в проектировании и производстве».
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. ИПИ-технологии в современной промышленности
1.1. Основные понятия и определения ИПИ
1.2. Роль ИПИ-технологий в современной промышленности
1.3. ИПИ-технологии и реинжиниринг бизнес-процессов
1.4 ИПИ-технологии в процессе проектирования изделий
2. Функции и возможности PLM-решений в подготовке производства
2.1. CAD/CAM/CAE-система CATIA V5
2.2. Автоматизация проектирования оборудования с ЧПУ
2.3. Система ENOVIA-VPLM
2.4. Система DELMIA
2.5. CAE-системы инженерного анализа
2.6. Организация коллективной работы в онлайновой трехмерной среде при помощи инструмента 3DLive
3. Управление производственными заданиями с использованием ИПИ-технологий
3.1. Функции систем класса MRP II
3.2. Функции систем класса ERP
3.3. Интеграция систем управления производством и АСТПП
4. Использование ИПИ-технологий на постпроизводственных этапах ЖЦИ
4.1. Интегрированная логистическая поддержка постпроизводственных этапов ЖЦИ
4.2. Информационная поддержка обеспечения надежности изделий
4.3. Обеспечение информационной безопасности при внедрении интегрированных информационных систем
Введение
Термин ИПИ – аббревиатура от слов «Информационная Поддержка процессов жизненного цикла Изделий» – является русскоязычным аналогом термина CALS, который также представляет собой некоторую аббревиатуру. Для этой аббревиатуры существуют разные расшифровки.
Исторически методология информационной поддержки процессов жизненного цикла изделий CALS родилась в США в середине 80-х годов.
Эта аббревиатура расшифровывалась как Компьютеризированная Поддержка Логистических Систем (Computer-Aided Acquisition and Logistics Support). В 1988 году в смысловом содержании с CALS были сняты военные ограничения и она стала называться «Компьютеризированные Поставки и Поддержка» (Computer-Aided Acquisition and Support). В этом варианте названия была усилена организационная направленность CALS. В 1993 году CALS стала называться: «Поддержка Непрерывных Поставок и Жизненного Цикла» (Computer-Aided Acquisition and Lifecycle Support). Новое название акцентировало внимание на методологии параллельного проектирования, интегрированной логистической поддержке, управлении конфигурацией и управлении документооборотом. Это позволило интегрировать процессы на всем протяжении жизненного цикла изделий от выражения потребности в изделии (фазы анализа) до его утилизации. Позднее, под влиянием американского военно-промышленного комплекса, CALS иногда
стали называть «Бизнесом в Высоком Темпе» (Commerce At Light Speed).
В отечественной литературе при употреблении термина CALS обычно имеется в виду расшифровка Computer-Aided Acquisition and Lifecycle Support. Как отмечено выше, русскоязычным аналогом CALS является равнозначный термин ИПИ (Информационная Поддержка процессов жизненного цикла Изделий).
Компьютерная поддержка этапов ЖЦИ получила свое оформление в
методологии и стандартах ИПИ/CALS. Согласно концептуальным положениям ИПИ/CALS, реальные бизнес-процессы отображаются на виртуальную информационную среду, в которой определение продукта представлено в виде полного электронного описания изделия, а среда его создания и среда эксплуатации – в виде систем моделирования процессов и их реализации. Все три составляющие (определение продукта, среды его создания и среды эксплуатации) не только взаимосвязаны, но и непрерывно развиваются на всем протяжении жизненного цикла продукта.
Электронная версия книги: Скачать.
О CALS. Часть 1
Википедия услужливо подсказывает нам, что это всесторонние и всеобъемлющие технологии по поддержке жизненного цикла изделий. Цель внедрения CALS — минимизация затрат в ходе жизненного цикла изделия, повышение его качества и конкурентоспособности. А что это такое и вообще с чего все началось?
История, во всяком случае, ее официальная часть говорит нам о том, что вначале человек жил на деревьях и ни о чем кроме себя любимого не беспокоился. Кушал фрукты и овощи, иногда закусывал соседями. Спустя некоторое время мы наблюдаем его бегающим по лесам и полям, охотившимся на диких мамонтов, воюющим с соседями, которые не хотят, чтобы он ими закусывал.
Затем люди заметили, что некоторые из них умеют производить некоторые вещи лучше, чем остальные. И типичным стал диалог:
— Петрович, сделай мне, пожалуйста, плуг или копье как ты умеешь, а я тебе посуды налеплю из глины по старинному семейному рецепту или лаптей навяжу.
— Нехай, Иваныч, сделаю.
Этих Петровичей и Иванычей стали называть ремесленниками. Они специализировались на чем-то. Ездили на «конференции» для обмена опытом, выведывали чужие секреты и следили за своими. Так стало развиваться кустарное производство.
Прошло еще немного времени, и мы видим, вначале мануфактуры, затем фабрики и заводы, занимающиеся производством всякой разной продукции. Используются все более сложные станки и системы. Это – промышленное производство. В зависимости от объемов оно бывает: мелкосерийным, среднесерийным и крупносерийным.
Чем дальше производим, тем все более сложные вещи мы производим и все в большем количестве. Производство становится не только трудоемким, но и наукоемким.
В конце концов, мы начинаем приходить к парадоксу – наукоемкость становится слишком трудоемкой (каламбур, но мне нравится). И, чем дальше, тем хуже. Где-то в этом месте появляется идея использовать автоматизацию, в том числе и компьютерную.
Как решить проблему трудоемкости у наукоемкости.
Начиная с середины 60-х годов XX века разрабатываются и внедряются первые САПР, АСУП, АСУ ТП АСУ ТП и т.д. Это были автономные программные модули, которые, по возможности автоматизировали тяжкий труд инженеров.
В конце 70-х годов XX века стали появляться гибкие производственные системы, главная особенность которых – наличие компьютерной системы, объединяющей отдельные процессы внутри предприятия.
В конце 80-х годов XX-века появились компьютеризированные интегрированные производства, в которых использовалась уже единая информационная среда, единые базы данных и стандарты производства.
В середине 80-годов XX-века появилось понимание того, что жизнь изделия за пределами предприятия не заканчивается, а только начинается. Появляются системы, поддерживающие жизненный цикл изделия.
Первыми это поняли американские вояки. Они надеялись, что благодаря использованию таких систем они очень прилично сэкономят на производстве вооружения (именно поэтому я говорил в предыстории и копьях и соседях, которыми закусывают). В принципе так оно и получилось, и технология получила жизнь. Появились интегрированные информационные среды (не путать с интеллектуальными информационными средами).
Небольшое отступление. Признавайтесь, сколько пачек бумаги в день вы скармливаете принтеру, ксероксу и шредеру? А потом мы говорим, что какие-то нехорошие люди вырубают целые леса. В свое время Пентагон рассматривал возможность отопления зимой своего помещения за счет сжигания ненужной документации, сделанной за день. Еще один пример. Объем документации на 1 (!) корабль занимает 9 (!) железнодорожных вагонов! В общем, объем бумажной документации превышает все допустимые пределы. Раньше для решения этих проблем были целые «НИИ», которые занимались «перекладыванием бумажек». А ведь эксплуатировать как-то надо. Помимо этого, очень сложно переделывать ошибки в документации, на устранение которых тратится очень много времени и сил.
Например, Вы занимаетесь производством шестеренок, к Вам приходит заказчик и говорит, что ему нужно другое количество зубцов на шестеренке, другой материал, другой профиль зубца. В обычном случае, нужно делать новый чертеж, перенастраивать станки и прочее. Имея такую модель, Вы просто задаете нужные параметры, а дальше все происходит в более или менее автоматизированном виде.
Реальный пример: заказ опций для автомобилей в достаточно широком спектре. В некоторых проектах доходит до того, производство «темное», то есть на заводе банально отсутствует освещение – людей там нет, а если и есть, то только для обслуживания сломавшейся техники. То есть получается экономия практически на всем.
Основные понятия и определения ИПИ/CALS
Термин ИПИ – аббревиатура от слов «Информационная Поддержка процессов жизненного цикла Изделий» – является русскоязычным анало-гом термина CALS, который также представляет собой некоторую аббре-виатуру. Для этой аббревиатуры существуют разные расшифровки.
Исторически методология информационной поддержки процессов жизненного цикла изделий CALS родилась в США в середине 80-х годов. Эта аббревиатура расшифровывалась как Компьютеризированная Под-держка Логистических Систем (Computer-Aided Acquisition and Logistics Support). В 1988 году в смысловом содержании с CALS были сняты воен-ные ограничения и она стала называться «Компьютеризированные Постав-ки и Поддержка» (Computer-Aided Acquisition and Support). В этом вариан-те названия была усилена организационная направленность CALS. В 1993 году CALS стала называться: «Поддержка Непрерывных Поставок и Жиз-ненного Цикла» (Computer-Aided Acquisition and Lifecycle Support). Новое название акцентировало внимание на методологии параллельного проек-тирования, интегрированной логистической поддержке, управлении кон-фигурацией и управлении документооборотом. Это позволило интегриро-вать процессы на всем протяжении жизненного цикла изделий от выраже-ния потребности в изделии (фазы анализа) до его утилизации. Позднее, под влиянием американского военно-промышленного комплекса, CALS иногда стали называть «Бизнесом в Высоком Темпе» (Commerce At Light Speed).
В отечественной литературе при употреблении термина CALS обыч-но имеется в виду расшифровка Computer-Aided Acquisition and Lifecycle Support. Как отмечено выше, русскоязычным аналогом CALS является рав-нозначный термин ИПИ (Информационная Поддержка процессов жизнен-ного цикла Изделий).
Понятие «Жизненный Цикл Изделия» (ЖЦИ) включает в себя все стадии жизни изделия – от изучения рынка перед проектированием до ути-лизации изделия после использования. Компьютерная поддержка этапов ЖЦИ становится возможной благодаря созданию и поддержке единой базы данных о продукте (изделии) (рис. 1.1).
Специалисты по развитию промышленности уже давно предвидели, что процессы разработки, подготовки производства, изготовления, марке-тинга и продажи, эксплуатации и поддержки подчиняются одним естест-венным законам и могут быть формализованы в явном виде. То есть, они
Когда ситуация на рынке заставила их реформировать свой бизнес, потребовались новые технологии ведения бизнеса на более высоком уровне.
Рис. 1.1. Информационная поддержка этапов ЖЦИ
Компьютерная поддержка этапов ЖЦИ получила свое оформление в методологии и стандартах ИПИ/CALS. Согласно концептуальным положе-ниям ИПИ/CALS, реальные бизнес-процессы отображаются на виртуаль-ную информационную среду, в которой определение продукта представле-но в виде полного электронного описания изделия, а среда его создания и среда эксплуатации – в виде систем моделирования процессов и их реали-зации. Все три составляющие (определение продукта, среды его создания и среды эксплуатации) не только взаимосвязаны, но и непрерывно развива-ются на всем протяжении жизненного цикла продукта.
В области проектирования и технологической подготовки производ-ства (ТПП) изделий принципы ИПИ/CALS нашли свое отражение в созда-нии ведущими западными разработчиками ряда программных систем, обеспечивающих комплексную поддержку этапов ЖЦИ на основе концеп-
ции PLM (Product Life-cycle Management – управление жизненным циклом продукта). В соответствии с определением CIMdata, известного в мире не-зависимого эксперта по проблемам PLM, “PLM – это стратегический под-ход к ведению бизнеса, который использует набор совместимых решений для поддержки общего (collaborative) представления информации о про-дукте в процессе его создания, реализации и эксплуатации, в среде расши-ренного (extended) предприятия, начиная от концепции создания продукта до его утилизации – при интеграции людских ресурсов, процессов и ин-формации” [20].
На основании этого определения можно выделить три основных тре-бования к PLM-решениям:
• возможность универсального, безопасного и управляемого способа дос-тупа и использования информации, определяющей изделия;
• поддержание целостности информации, определяющей изделие, на про-тяжении всего жизненного цикла изделия;
• управление и поддержка бизнес-процессов, используемых при созда-нии, распределении и использовании информации.
Первой в мире концепцию PLM взяла на вооружение компания IBM/Dassault Systemes – один из лидеров в области разработки PLM-решений. В основу технических требований к системе поддержки жизнен-ного цикла были положены следующие.
Интеграция промышленного бизнеса. Все виды деятельности и дис-циплины, представляющие компоненты жизненного цикла изделия, долж-ны обрести универсальное ядро, обеспечивающее единое представление промышленного бизнеса как систему продуктов, процессов и ресурсов. Все эти три компонента должны основываться на единой схеме описания (спе-цифицирования).
Ассоциативность. Между всеми компонентами жизненного цикла изделия должны поддерживаться устойчивые и управляемые причинно-следственные связи. Любой элемент описания продукта, процесса или ре-сурса должен хранить при себе свое происхождение и условия существо-вания. Это основная радикальная мера для сокращения затрат на выпуск новых, конкурентоспособных товаров.
Сертифицируемость. Электронная модель изделия должна обладать свойствами контролепригодности. Инструкция контроля – это вид процес-са, специфицируемый по тем же законам, что и продукт, и являющийся не-отъемлемой частью виртуального проекта изделия. Она должна существо-вать и действовать на всех этапах жизненного цикла. Данные об изделии должны существовать и развиваться вместе с приложенными к ним проце-дурами контроля.
Условная инвариантность. Большинство изделий машиностроения (приборостроения) имеют множество версий, модификаций, вариантов ис-полнения, зависимых от определенных условий. Например, прибор может иметь различную комплектацию для работы в различных климатических условиях. Это делает проект многовариантным, добавляя такую категорию как конфигурация. При этом каждая из конфигураций должна обладать всеми свойствами целого проекта.
У всех видов конечного продукта есть общее свойство – они опира-ются на определенное условие, то есть, «если». Это условие является «включателем» для множества логических правил, которые должны быть исполнены во всех дисциплинах, относящихся к производству продукта. Для этого требуется мощное средство, обладающее возможностью созда-вать, контролировать и исполнять правила.
Многообразие способов представления данных проекта. Так как со-держательная часть проекта изделия в электронном виде растет и покрыва-ет все больше отраслей знаний, то и представление его должно быть селек-тивным, то есть выборочным по определенному критерию. Соответствен-но, структура данных должна иметь признаки (атрибуты) роли, задачи и уровня допуска пользователя. Например, если к проекту обращается пред-ставитель эксплуатирующей организации, то откликаться должны только те объекты и элементы их спецификаций, которые относятся к процессу обслуживания. При этом инженерные расчеты, сборочную оснастку и зо-ны, не доступные для обслуживания, должны оставаться недоступными до тех пор, пока они не попадут в критерий запроса.
Так как существуют устойчивые (стандартные) роли пользователей, то должны быть предусмотрены соответствующие стандартные формы представления проекта: инженерное – для разработчиков; презентацион-ное – для посетителей; эксплуатационное – для операторов; маркетинговое – для публикаций и продаж и другие. Программные приложения, рабо-тающие над электронным проектом, должны быть чувствительны к роли, в которой находится пользователь.
В относительно устоявшейся классификации систем, обеспечиваю-щих информационную поддержку различных этапов ЖЦИ, можно выде-лить системы классов CAD/CAM, CAE, PDM, MRP I, MRP-II, ERP, SCM, CRM и CPC. Следует отметить, что этот перечень и терминология имеют определенную тенденцию к изменению. Так, наряду с термином PDM рас-пространение получают термины cPDM (collaborative Product Data Management) и cPDm (collaborative Product Definition management).
Базовыми системами, обеспечивающими реализацию стратегии PLM, являются системы классов CAD/CAM (Computer Aided Design / Computer Aided Manufacturing – компьютерное проектирование и изготов-
анализ) и PDM (Product Data Management – управление данными о продук-те). В соответствии с концепцией IBM/Dassault Systemes, системы классов MRP I (Material requirements planning – Планирование потребности в мате-риалах), MRP II (Manufacturing Resource Planning – планирование произ-водственных ресурсов), ERP (Enterprise Resource Planning – планирование ресурсов предприятия), SCM (Supply Chain Management – управление це-почками поставок) и CRM (Customer Relationship Management – управле-ние взаимоотношениями с заказчиками) не относятся к средствам под-держки PLM-решений.
На других этапах ЖЦИ (т.е. помимо проектирования и подготовки производства) информационная поддержка обеспечивается как перечис-ленными выше системами (ERP, SCM и др.), так и некоторыми другими. Например, на этапе обслуживания и ремонта изделий применяются систе-мы класса ILS (Integrated Logistic Support – интегрированная логистическая поддержка). Краткая характеристика ряда перечисленных выше систем приводится в последующих разделах данного пособия.
Стандарты в области ИПИ.Эффективность применения ИПИ-технологий предполагает обязательное соблюдение всеми участниками определенных и жестко регламентированных стандартов, принципов, про-цедур, правил, технических решений. Стандарты и методические материа-лы в области ИПИ определяют общий подход, способ представления и ин-терфейсы доступа к данным различного типа, вопросы защиты информа-ции и ее электронной авторизации (цифровой подписи). В свою очередь, стандарты и методические материалы можно классифицировать по не-скольким признакам: целевой аудитории, объекту описания, привязке к той или иной стадии ЖЦИ.
В первом приближении можно выделить следующие основные груп-пы международных стандартов в области ИПИ-технологий:
• стандарты в области системной и программной инженерии;
• функциональные стандарты, определяющие процессы и методы форма-лизации данных об изделии и процессах;
• информационные стандарты по описанию данных об изделиях и про-цессах;
• стандарты информационного обмена, контролирующие носители ин-формации и процессы обмена данными между системами;
• стандарты в области защиты информации;
• стандарты электронной цифровой подписи;
• стандарты в области менеджмента качества (ИСО 9000) и экологиче-ского менеджмента (ИСО 14000).
На сегодняшний день действуют более 230 международных стандар-тов в области ИПИ, 150 из которых утверждено в 2004 году. Это характе-ризует динамику развития международной нормативной базы в области ИПИ-технологий и доказывает востребованность этих стандартов.
В международном масштабе работы по стандартизации в области ИПИ проводятся в рамках деятельности международной организации по стандартизации в технических комитетах ИСО.
В приложении 1 приведен перечень существующих на данный мо-мент отечественных (национальных) стандартов в области ИПИ-технологий.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
CALS-технологии
CALS-технологии (англ. Continuous Acquisition and Life cycle Support — непрерывная информационная поддержка поставок и жизненного цикла) — современный подход к проектированию и производству высокотехнологичной и наукоёмкой продукции, заключающийся в использовании компьютерной техники и современных информационных технологий на всех стадиях жизненного цикла изделия. За счет непрерывной информационной поддержки обеспечиваются единообразные способы управления процессами и взаимодействия всех участников этого цикла: заказчиков продукции, поставщиков/производителей продукции, эксплуатационного и ремонтного персонала. Информационная поддержка реализуется в соответствии с требованиями системы международных стандартов, регламентирующих правила указанного взаимодействия преимущественно посредством электронного обмена данными.
ИПИ (информационная поддержка процессов жизненного цикла изделий) — русскоязычный аналог понятия CALS.
Применение CALS-технологий позволяет существенно сократить объёмы проектных работ, так как описания многих составных частей оборудования, машин и систем, проектировавшихся ранее, хранятся в унифицированных форматах данных сетевых серверов, доступных любому пользователю технологий CALS. Существенно облегчается решение проблем ремонтопригодности, интеграции продукции в различного рода системы и среды, адаптации к меняющимся условиям эксплуатации, специализации проектных организаций и т. п. Предполагается, что успех на рынке сложной технической продукции будет немыслим вне технологий CALS.
Развитие CALS-технологий должно привести к появлению так называемых виртуальных производств, в которых процесс создания спецификаций с информацией для программно управляемого технологического оборудования, достаточной для изготовления изделия, может быть распределён во времени и пространстве между многими организационно-автономными проектными студиями. Среди несомненных достижений CALS-технологий следует отметить лёгкость распространения передовых проектных решений, возможность многократного воспроизведения частей проекта в новых разработках и др.
Построение открытых распределённых автоматизированных систем для проектирования и управления в промышленности составляет основу современных CALS-технологий. Главная проблема их построения — обеспечение единообразного описания и интерпретации данных, независимо от места и времени их получения в общей системе, имеющей масштабы вплоть до глобальных. Структура проектной, технологической и эксплуатационной документации, языки её представления должны быть стандартизированными. Тогда становится реальной успешная работа над общим проектом разных коллективов, разделённых во времени и пространстве и использующих разные CAD/CAM/CAE-системы. Одна и та же конструкторская документация может быть использована многократно в разных проектах, а одна и та же технологическая документация — адаптирована к разным производственным условиям, что позволяет существенно сократить и удешевить общий цикл проектирования и производства. Кроме того, упрощается эксплуатация систем.
Для обеспечения информационной интеграции CALS использует стандарты IGES и STEP в качестве форматов данных. В CALS входят также стандарты электронного обмена данными, электронной технической документации и руководства для усовершенствования процессов. В последние годы работа по созданию национальных CALS-стандартов проводится в России под эгидой ФСТЭК РФ. С этой целью создан Технический Комитет ТК431 «CALS-технологии», силами которого разработан ряд стандартов серии ГОСТ Р ИСО 10303, являющихся аутентичными переводами соответствующих международных стандартов (STEP).
В ряде источников данную аббревиатуру представляют, как Computer Aided Acquisition and Logistic Support. В 1985 году Министерство обороны США объявило планы создания глобальной автоматизированной системы электронного описания всех этапов проектирования, производства и эксплуатации продуктов военного назначения. За прошедшие годы CALS-технология получила широкое развитие в оборонной промышленности и военно-технической инфраструктуре Министерства обороны США. По имеющимся данным это позволило ускорить выполнение НИОКР на 30—40%, уменьшить затраты на закупку военной продукции на 30%, сократить сроки закупки ЗИП на 22%, а также в 9 раз сократить время на корректировку проектов.
