Концепция cals. Вводная лекция.
CALS-технология (Continuous Acquisition and Life cycle Support) – технология непрерывной информационной поддержки жизненного цикла продукта. 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.(с)
И в принципе это годное определение. Суть подхода в создании единого информационного пространства предприятия, а потом, на его основе, интеграция автоматизированных процессов. Конечно, это невыполнимо без большого количества вычислительной техники и развитой сетевой инфраструктуры.
Цель применения CALS-технологий - повышение эффективности деятельности участников создания, производства и пользования продуктом.
1) Повышается качество изделий за счет более полного учета имеющейся информации при проектировании и принятии управленческих решений. В силу того, что информационная среда целостна и унифицирована, упрощается доступ к любой информации об изделии, а также её использование в различных приложениях и системах. На порядок проще становится оптимизировать весь процесс производства в комплексе. Исключаются рассогласования при переходе от этапа проектирования к этапу производства.
2) 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. Более того, CALS предполагает обширное внедрение различных автоматизированных систем управления и проектирования.
3) Существенно снижаются затраты на эксплуатацию, благодаря реализации функций интегрированной логистической поддержки. Существенно облегчается решение проблем ремонтопригодности, интеграции продукции в различные системы и среды, адаптации к меняющимся условиям эксплуатации и т.п. Сбор статистических данных позволяет грамотнее управлять обеспечением производства и поставками.
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 приложений, закрепляемых в прикладных протоколах CALS.
Все программные продукты, используемые в CALS-технологиях, можно разделить на две большие группы:
программные продукты, используемые для создания и преобразования информации об изделиях, производственной среде и производственных процессах, применение которых не зависит от реализации CALS-технологий;
Программные продукты, применение которых непосредственно связано с CALS-технологиями и требованиями соответствующих стандартов.
К первой группе относятся программные продукты, традиционно применяемые на предприятиях различных отраслей промышленности и предназначенные для автоматизации различных информационных и производственных процессов и процедур. К этой группе принадлежат следующие программные средства и системы:
подготовки текстовой и табличной документации различного назначения (текстовые редакторы, электронные таблицы и т. д. - офисные системы);
автоматизации инженерных расчетов и эскизного проектирования (САЕ-системы);
автоматизации конструирования и изготовления рабочей конструкторской документации (CAD-системы);
автоматизации технологической подготовки производства (САМ-системы);
автоматизации планирования производства и управления процессами изготовления изделий, запасами, производственными ресурсами, транспортом и т. д. (системы MRP/ERP);
идентификации и аутентификации информации (средства ЭЦП).
Ко второй группе принадлежат программные средства и системы:
управления данными об изделии и его конфигурации (системы PDM - Product Data Management);
управления проектами (Project Management);
управления потоками заданий при создании и изменении технической документации (системы WF - Work Flow);
обеспечения информационной поддержки изделий на постпроизводственных стадиях ЖЦ;
функционального моделирования, анализа и реинжиниринга бизнес-процессов.
Взаимодействие этих программных продуктов показано на рис. 1.
Рис.1. Структура взаимодействия программных продуктов на предприятии с точки зрения концепции CALS.
В середине, разумеется, стадии производства изделия. И это всё надо увязать друг с другом взаимочитаемыми форматами и едиными стандартами представления данных.
Рассмотрим подробнее системы, представленные на схеме:
MRP (англ. Material Requirement Planning — планирование потребности в материалах) — система планирования потребностей в материалах, одна из наиболее популярных в мире логистических концепций, на основе которой разработано и функционирует большое число микрологистических систем. На концепции MRP базируется построение логистических систем «толкающего типа». В России, как правило, представлена различными программными продуктами иностранного производства. Появление более развитой концепции MRP II и развитие программ класса ERP, снижение их стоимости, привело к тому, что программные продукты класса MRP можно встретить очень редко, как правило, в составе устаревших информационных систем предприятий.
Система управления цепями поставок (англ. supply chain management, SCM) — организационная стратегия и прикладное программное обеспечение, предназначенные для автоматизации и управления всеми этапами снабжения предприятия и для контроля всего товародвижения. SCM-системы охватывает весь товарный цикл: закупку сырья, производство, распространение товара. Выделяется шесть основных областей, на которых сосредоточено управление цепями поставок: производство, поставки, месторасположение, запасы, транспортировка и информация
Supplier relationship management (англ.) — cистема управления взаимодействием с поставщиками (сокр. от англ. Supplier Relationship Management System, SRM-система) — корпоративная информационная система (или её модуль), предназначенная для автоматизации SRM-стратегии компании, в частности, для повышения уровня управления и оптимизации закупочной деятельности, улучшения обслуживания клиентов компании путём выбора и правильной работы с поставщиками, установления и улучшения бизнес-процессов и последующего анализа результатов.
ERP (англ. Enterprise Resource Planning, планирование ресурсов предприятия) — организационная стратегия интеграции производства и операций, управления трудовыми ресурсами, финансового менеджмента и управления активами, ориентированная на непрерывную балансировку и оптимизацию ресурсов предприятия посредством специализированного интегрированного пакета прикладного программного обеспечения, обеспечивающего общую модель данных и процессов для всех сфер деятельности[1][2]. ERP-система — конкретный программный пакет, реализующий стратегию ERP.
MRP II (англ. manufacturing resource planning — планирование производственных ресурсов) — стратегия производственного планирования, обеспечивающая как операционное, так и финансовое планирование производства, обеспечивающая более широкий охват ресурсов предприятия, нежели MRP. В отличие от MRP, в системе MRP II производится планирование не только в материальном, но и в денежном выражении[1]. Реализуется внедрением прикладных программных пакетов. Стратегия ERP считается развитием MRP II.
Системы создания ИЭТР (IETM) (IETM — Interactive Electronic Technical Manual, ИЭТР — интерактивные электронные технические руководства) — организационно-технические системы, предназначенные для автоматизированной подготовки сопроводительной документации на сложные технические изделия в электронном виде. Сами ИЭТР могут содержать текстовые, графические, аудио и видео данные.
Product Lifecycle Management (PLM) (жизненный цикл изделия) — технология управления жизненным циклом изделий. Организационно-техническая система, обеспечивающая управление всей информацией об изделии и связанных с ним процессах на протяжении всего его жизненного цикла, начиная с проектирования и производства до снятия с эксплуатации. При этом в качестве изделий могут рассматриваться различные сложные технические объекты (корабли и автомобили, самолёты и ракеты, компьютерные сети и др.). Информация об объекте, содержащаяся в PLM-системе является цифровым макетом этого объекта.
PDM-система (англ. Product Data Management — система управления данными об изделии) — организационно-техническая система, обеспечивающая управление всей информацией об изделии. При этом в качестве изделий могут рассматриваться различные сложные технические объекты (корабли и автомобили, самолёты и ракеты, компьютерные сети и др.). PDM-системы являются неотъемлемой частью PLM-систем.
CAD-системы (сomputer-aided design компьютерная поддержка проектирования) предназначены для решения конструкторских задач и оформления конструкторской документации (более привычно они именуются системами автоматизированного проектирования САПР). Как правило, в современные CAD-системы входят модули моделирования трехмерной объемной конструкции (детали) и оформления чертежей и текстовой конструкторской документации (спецификаций, ведомостей и т.д.). Ведущие трехмерные CAD-системы позволяют реализовать идею сквозного цикла подготовки и производства сложных промышленных изделий.
В свою очередь, CAM-системы (computer-aided manufacturing компьютерная поддержка изготовления) предназначены для проектирования обработки изделий на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) и выдачи программ для этих станков (фрезерных, сверлильных, эрозионных, пробивных, токарных, шлифовальных и др.). CAM-системы еще называют системами технологической подготовки производства. В настоящее время они являются практически единственным способом для изготовления сложнопрофильных деталей и сокращения цикла их производства. В CAM-системах используется трехмерная модель детали, созданная в CAD-системе.
САЕ-системы (computer-aided engineering поддержка инженерных расчетов) представляют собой обширный класс систем, каждая из которых позволяет решать определенную расчетную задачу (группу задач), начиная от расчетов на прочность, анализа и моделирования тепловых процессов до расчетов гидравлических систем и машин, расчетов процессов литья. В CAЕ-системах также используется трехмерная модель изделия, созданная в CAD-системе. CAE-системы еще называют системами инженерного анализа.
MES (от англ. Manufacturing Execution System, производственная исполнительная система) - автоматизированная система управления и оптимизации производственной деятельности, которая в режиме реального времени инициирует, отслеживает, оптимизирует, документирует производственные процессы от начала выполнения заказа до выпуска готовой продукции.
SCADA (аббр. от англ. supervisory control and data acquisition, диспетчерское управление и сбор данных) — программный пакет, предназначенный для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления. SCADA может являться частью АСУ ТП, АСКУЭ, системы экологического мониторинга, научного эксперимента, автоматизации здания и т. д. SCADA-системы используются во всех отраслях хозяйства, где требуется обеспечивать операторский контроль за технологическими процессами в реальном времени.
CNC (англ. Computer Numeric Control, - компьютерное числовое управление, или ЧПУ) — система управления технологическим оборудованием, применяемая при автоматизации промышленного производства.