Бионическая технология, связь с cals-технологией проектирования

CALS-технологии (англ. Continuous Acquisition and Life cycle Support — непрерывная информационная поддержка поставок и жизненного цикла) призваны служить средством, интегрирующим промышленные автоматизированные системы в единую многофункциональную систему. Целью интеграции автоматизированных систем проектирования и управления является повышение эффективности создания и использования сложной техники.

В чем выражается повышение эффективности?

Во-первых, повышается качество изделий за счет более полного учета имеющейся информации при проектировании и принятии управленческих решений. Так, обоснованность решений, принимаемых в автоматизированной системе управления предприятием (АСУП), будет выше, если ЛПР (лицо, принимающее решение) и соответствующие программы АСУП имеют оперативный доступ не только к базе данных АСУП, но и к базам данных других автоматизированных систем (САПР, АСТПП и АСУТП) и, следовательно, могут оптимизировать планы работ, содержание заявок, распределение исполнителей, выделение финансов и т.п. При этом под оперативным доступом следует понимать не просто возможность считывания данных из БД, но и легкость их правильной интерпретации, т.е. согласованность по синтаксису и семантике с протоколами, принятыми в АСУП. То же относится и к другим системам, например, технологические подсистемы должны с необходимостью воспринимать и правильно интерпретировать данные, поступающие от подсистем автоматизированного конструирования. Этого не так легко добиться, если основное предприятие и организации-смежники работают с разными автоматизированными системами.

Во-вторых, сокращаются материальные и временные затраты на проектирование и изготовление продукции. Применение CALS-технологий позволяет существенно сократить объемы проектных работ, так как описания ранее выполненных удачных разработок компонентов и устройств, многих составных частей оборудования, машин и систем, проектировавшихся ранее, хранятся в базах данных сетевых серверов, доступных любому пользователю CALS-технологии. Доступность опять же обеспечивается согласованностью форматов, способов, руководств в разных частях общей интегрированной системы. Кроме того, появляются более широкие возможности для специализации предприятий, вплоть до создания виртуальных предприятий, что также способствует снижению затрат.

В-третьих, существенно снижаются затраты на эксплуатацию, благодаря реализации функций интегрированной логистической поддержки. Существенно облегчается решение проблем ремонтопригодности, интеграции продукции в различного рода системы и среды, адаптации к меняющимся условиям эксплуатации и т.п.

Эти преимущества интеграции данных достигаются применением современных CALS-технологий.

Промышленные автоматизированные системы могут работать автономно, и в настоящее время так обычно и происходит. Однако эффективность автоматизации будет заметно выше, если данные, генерируемые в одной из систем, будут доступны в других системах, поскольку принимаемые в них решения станут более обоснованными.

Чтобы достичь должного уровня взаимодействия промышленных автоматизированных систем требуется создание единого информационного пространства в рамках как отдельных предприятий, так и, что более важно, в рамках объединения предприятий. Единое информационное пространство обеспечивается благодаря унификации как формы, так и содержания информации о конкретных изделиях на различных этапах их жизненного цикла.

Унификация формы достигается использованием стандартных форматов и языков представления информации в межпрограммных обменах и при документировании.

Унификация содержания, понимаемая как однозначная правильная интерпретация данных о конкретном изделии на всех этапах его жизненного цикла, обеспечивается разработкой онтологий (метаописаний) приложений, закрепляемых в прикладных протоколах CALS.

Унификация перечней и наименований сущностей, атрибутов и отношений в определенных предметных областях является основой для единого электронного описания изделия в CALS-пространстве.

Одно из центральных мест в системе CALS-стандартов занимают стандарты, разработанные под эгидой Международной организации стандартизации ISO и получившие название STEP (Standard for Exchange of Product data) и номер 10303. Стандарты ISO 10303 определяют средства описания (моделирования) промышленных изделий на всех стадиях жизненного цикла. Проект STEP развивается с середины 80-х годов прошлого века.

Существующие стандарты таковы:

1. Стандарт ISO/IEC 15288

2. Стандарты Mandate

3. Стандарты Parts Library

4. Стандарт DEF STAN 00-60

5. Стандарт AECMA S2000M

6. Стандарт AECMA S1000D

7. Стандарты для CAPP и CAM систем

Теперь перейдём к рассмотрению бионической технологии моделирования. Существуют два уровня рассмотрения:

1. Уровень особи (онтогенез)

2. Уровень популяции (филогенез)

Совокупность фаз от момента зарождения до гибели – определяется как жизненный цикл системы, и, следовательно, можно говорить, что существуют фазы жизненного цикла системы (цикл состоит из фаз). Следовательно, онтогенетическое развитие идёт по фазам, а совокупность фаз – жизненный цикл.

Фазы жизненного цикла модели:

И – исследование

П – проектирование

К – конструирование

Р – реализация

Э – эксплуатация

D_i – процесс старения, деградации ()

M_i – процесс совершенствования, модернизации ()

А_ПМ, A_ПD – анализ процессов модернизации/деградации соответственно

При анализе определяется, годятся ли методы моделирования для решения проблемы. Определяются замысел модели, затем проходят стадии эскизного проектирования, основная стадия проектирования и заключительная стадия.

Каждая фаза жизненного цикла модели (ЖЦМ) расчленяется на 3 подфазы-стадии развития:

• Предварительная

• Основная

• Заключительная

Каждая из стадий в свою очередь делится на компоненты. Эти компоненты одинаковы для всех подстадий независимо от фазы жизненного цикла, поэтому рассмотрим одну из них:

Итак, компонентами предварительной стадии (ПС) являются:

• Цели

• Задачи

• Принципы

• Методы

• План программы

Компонентами основной стадии (ОС) являются:

• Начальный процесс (НП)

• Необходимое количество промежуточных процессов (ПП)

• Конечный процесс (КП), который завершается некоторым результатом выполнения

Компонентами заключительной стадии (ЗС) являются:

• Анализ результата (АР)

• Оценка результата (ОР)

• Выбор результата (ВР)

• Подготовка решения (ПР)

• Принятие решения (ПрР)

Каждая из стадий завершается соответствующим документированием:

• Документирования предварительной стадии (ДПС)

• Документирование основной стадии (ДОС)

• Документирование заключительной стадии (ДЗС)

Весь процесс также завершается документированием, которое называется итоговым документированием.

Кроме того, мы уже упоминали процессы деградации и модернизации. Можно выделить их основные факторы:

Основные факторы деградации:

1. сбой в функционировании;

2. повышение эффективности отказов;

3. физическое старение, износ;

4. моральное старение;

5. техническое старение;

6. функциональное старение;

7. расширение спектра требований;

8. возрастание уровня потребностей.

Основные факторы модернизации (она возможна на любом этапе и фазе жизненного цикла модели):

1. анализ результатов эксплуатации;

2. определение и формирование задач модернизации;

3. определение новых требований к модели;

4. определение способов и методов реализации этих требований;

5. реализация задач модернизации;

6. оценка и анализ результатов модернизации;

7. фиксация результатов модернизации.

Можно заключить, что CALS-технологии являются современным подходом к проектированию и производству высокотехнологичной и наукоёмкой продукции. 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.

Что касается анализа данной технологии относительно методов моделирования, то мне кажется, что логические методы сложно применять с бионической технологией моделирования, так как при логических методах сложно реализовать в явном виде компоненты основной и заключительной стадий. Поэтому наиболее вероятными методами, применимыми в рамках данной технологии будут математический и физический, причём для анализа результатов в заключительной стадии можно опять же применять критерии, которые были описаны при рассмотрении классической технологии моделирования.