Многоуровневая модель среды открытых систем (комитет ieee posix 1003.0.)
Прикладное ПО включает прикладные программы, данные, документацию и средства обучения пользователей.
Прикладная платформа состоит из аппаратной платформы и ПО. Сюда входят: операционная система, СУБД и графические системы.
Внешняя среда – это системные элементы, внешние по отношению к прикладной платформе и прикладному ПО, в т.ч. все периферийные устройства.
Взаимодействие между прикладным ПО и прикладной платформой осуществляется с помощью четырех программных интерфейсов, между прикладной платформой и внешней средой – с помощью трех типов интерфейсов.
Функциональное обслуживание представлено следующими видами услуг:
услуги, реализуемые операционной системой;
услуги интерфейса «человек-ЭВМ»;
услуги административного управления данными;
услуги обмена данными;
услуги программной инженерии;
услуги компьютерной графики;
сетевые услуги.
Кроме перечисленных семи видов услуг существуют две дополнительные, встроенные во все основные услуги – защиты информации и административного управления.
Услуги операционных систем являются корневыми в обеспечении функций прикладной платформы.
Услуги интерфейса «человек-ЭВМ» определяют метод взаимодействия человека с прикладной программой.
Услуги административного управления данными являются центральными для большинства систем и могут быть определены независимо от процессов, создающих и коллективно использующих эти данные.
Услуги обмена данными обеспечивают поддержку обмена информацией, включая формат и семантику элементов данных между прикладными программами одной и той же или различных платформ.
Услуги программной инженерии охватывают стандартные языки программирования и инструменты программной инженерии.
Услуги МГ обеспечивают функции, необходимые для создания выводимых на экран дисплея изображений и манипулирования этими изображениями.
Сетевые услуги создают для распределенных прикладных программ возможности и механизмы доступа к данным и взаимодействия между ними в сетевой среде.
Услуги защиты информации предназначены для обеспечения защищенного распространения информации, ее целостности и защиты вычислительной инфраструктуры от несанкционированного доступа.
Услуги административного управления – неотъемлемая часть любой операции, выполняемой в функциональной среде открытых систем. Они обеспечивают механизмы контроля и управления для операций, осуществляемых отдельными прикладными программами в БД, системах, платформах, сетях, а также средства взаимодействия пользователя с этими компонентами.
Эталонные модели
Эталонные модели определяют структуру множества базовых спецификаций наиболее важных разделов ИТ:
Базовая эталонная модель взаимосвязи открытых систем (Basic Reference Model for Open Systems Interconnection - RM-OSI) .
Руководство по окружению открытых систем POSIX (Portable Operating System Interface for Computer Environments - RM API).
Эталонная модель для открытой распределенной обработки (Reference Model for Open Distributed Processing - RM-ODP).
Эталонная модель управления данными (Reference Model for Data Management - RM DF).
Эталонная модель машинной графики (Reference Model of Computer Graphics - RM CG).
Эталонная модель текстовых и офисных систем (ISO/IEC TROTSM-1)(IEC – международная электротехническая комиссия), а также общая (general) модель распределенных офисных приложений .
Базовые спецификации
Базовые спецификации являются основными строительными блоками, из которых конструируются конкретные открытые технологии:
a) Базовые функции ОС: определяются стандартами по окружению открытых систем POSIX (Portable Operaring System Interface for Computer Environments).
б) Функции управления базами данных: язык баз данных SQL (Structured Query Language); информационно-справочная система IRD (Information Resource Dictionary System); протокол распределенных операций RDA (Remote Data base Access); открытый прикладной интерфейс доступа к базам данных ODBC API (Open Data Base Connectivity) .
в) Функции пользовательского интерфейса, которые включают: ; X Window вместе с GUI (Graphical User Interface) и телекоммуникациями ; стандарты для виртуального терминала (Virtual Terminal - VT), включая процедуры работы VT в символьном режиме через TCP/IP; стандарты машинной графики GKS (Graphical Kernel System), GKS-3D (Graphical Kernel System - 3 Dimentional), PHIGS (Programmers Hierarchical Interactive Graphics System), а также CGI (Computer Graphics Interface).
г) Функции взаимосвязи открытых систем, включающие: спецификации сервиса и протоколов, разработанные в соответствии с моделью OSI (рекомендации серии X.200) ; стандарты для локальных сетей (IEEE 802); спецификации Internet.
д) Функции распределенной обработки, включая следующие базовые спецификации OSI: вызов удаленной процедуры RPC (Remote Procedure Call); протокол надежной передачи (RT); обработка распределенной транзакции DTP (Distributed Transaction Processing); управление файлами, доступ к файлам и передача файлов FTAM (File Transfer, Access and Management); управление открытыми системами (OSI Management); язык спецификации интерфейсов IDL (Interface Definition Language); др.
е) Распределенные приложения: спецификации специальных сервисных элементов прикладного уровня модели OSI, стандартов Internet, др. Как, например: система обработки сообщений MHS (Message Handling System - X.400); служба справочника (The Directory - X.500); спецификации распределенных приложений с архитектурой клиент-сервер; др.
ж) Структуры данных и документов, форматы данных: средства языка ASN.1 (Abstract Syntax Notation One), предназначенного для спецификации прикладных структур данных; форматы метафайла для представления и передачи графической информации CGM (Computer Graphics Metafile); спецификация сообщений и электронных данных для электронного обмена в управлении, коммерции и транспорте EDIFACT (Electronic Data Interchange for Administration, Commerce and Trade); спецификации документов: спецификации структур учрежденческих документов ODA (Open Document Architecture) ; спецификации структур документов для производства, например: SGML (Standard Generalized Markup Language); языки описания документов гипермедиа и мультимедиа, например: SMDL (Standard Music Description Language), SMSL (Standard Multimedia/Hypermedia Scripting Language), SPDS (Standard Page Description Language), DSSSL (Document Style Semantics and Specification Language), HTML (HyperText Markup Language); спецификация форматов графических данных, например: форматов JPEG, JBIG и MPEG.
з) спецификации инструментальных окружений (в частности, языков реализации и их библиотек) и CASE-окружений (Computer Aided Software Engineering) .
Информационная поддержка процессов жизненного цикла изделий в рамках ЕИП
ЭТАПЫ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ПРОМЫШЛЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ: проектирование, подготовка производства, производство и реализация, эксплуатация, утилизация.
Современное производство сложной техники требует согласованной работы многих предприятий, на которых процессы проектирования и управления производством выполняются с помощью АС. Отсюда - успешная производственная деятельность требует информационного взаимодействия таких систем. А так как цель производства - создание изделий требуемого качества, то информационное взаимодействие необходимо также между изготовителями и потребителями продукции.
Для обеспечения согласованной работы всех предприятий, участвующих в проектировании, производстве, реализации и эксплуатации сложной техники используется информационная поддержка этапов жизненного цикла промышленных изделий, получившая название СALS - (Computer Aided Logistics Support - компьютерная поддержка логистических процессов) (Логистика — теория планирования, управления и контроля процессов движения материальных, трудовых, энергетических и информационных потоков в человеко-машинных системах). В настоящее время эту аббревиатуру расшифровывают как Continuous Acquisition and Lifecycle Support, по русски - КСПИ (компьютерное сопровождение и поддержка жизненного цикла изделий).
Назначение САLS-технологий - обеспечивать предоставление необходимой информации в нужное время, в нужном виде, в конкретном месте любому из участников жизненного цикла промышленных изделий. Для этого создаются корпоративные комплексные системы проектирования и управления, системы электронного бизнеса (Е- commerce), системы интегрированной логистической поддержки и т.п.
Совокупность предприятий, взаимодействующих через процедуры E – commerce (взаимодействие в заказах материалов и услуг, в цепочках поставок комплектующих или готовых изделий и т.п.), принято называть виртуальным предприятием.
Основные задачи CALS-систем:
• структурирование и моделирование данных об изделиях и процессах;
• обеспечение эффективного управления и обмена данными между всеми участниками жизненного цикла изделий;
• создание и сопровождение документации, необходимой для поддержки всех этапов жизненного цикла изделий.
Эффективность управления данными подразумевает прежде всего представление информации в форме, обеспечивающей легкость ее восприятия и однозначное ее понимание всеми участниками жизненного цикла изделий. Это требование распространяется на любую документацию, используемую в разных процедурах этапов жизненного цикла. В частности, важное значение в CALS-системах придается задаче обучения персонала, обслуживающего сложную технику, и, следовательно, задаче разработки и эффективного использования технических руководств и учебных пособий по обслуживанию изделий.
CALS-технологии призваны служить средством, интегрирующим промышленные автоматизированные системы в единую многофункциональную систему. Цель интеграции - повышение эффективности создания и использования сложной техники.
Преимущества CALS-технологий
Улучшается 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 на этом этапе есть оперативный доступ не только к базе данных АСУП, но и к базам данных других АС - системы автоматизированного проектирования (САПР), автоматизированной системы технологической подготовки производства (АСТПП) и автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУТП), что позволяет оптимизировать планы работ, содержание заявок, распределение исполнителей, выделение финансов и т.п.
При этом под оперативным доступом понимают не просто возможность считывания данных из баз данных, но и легкость их правильной интерпретации, т.е. согласованность по синтаксису и семантике с протоколами, принятыми в АСУП.
То же относится и к др. системам, например, технологические подсистемы должны воспринимать и правильно интерпретировать данные, поступающие от подсистем автоматизированного конструирования. Последнего не так легко добиться, если основное предприятие и организации-смежники работают с разными автоматизированными системами.
2. Сокращаются материальные и временные затраты на проектирование и изготовление изделий. Применение CALS-технологий позволяет сократить объемы проектных работ, так как описания ранее выполненных удачных разработок хранятся в базах данных сетевых серверов, доступных любому пользователю CALS-технологиями.
Доступность 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.
3. 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.
CALS-технология - это технология комплексной информатизации сфер промышленного производства, комплексность обеспечивается унификацией и стандартизацией спецификаций промышленных изделий на всех этапах их жизненного цикла.
Основные спецификации представлены проектной, технологической, производственной, маркетинговой, эксплуатационной документацией.
В CALS-системах предусмотрены хранение, обработка и передача информации в компьютерных средах, оперативный доступ к данным в нужное время и в нужном месте.
История появления CALS-технологий
CALS-технологии зародились в 1980-е годы в недрах ВПК США в связи с планами в области СОИ (стратегической оборонной инициативы). Поэтому среди имеющихся CALS-стандартов фигурирует большое число стандартов DoD (Министерства обороны США). Для реализации СОИ требовались совместные усилия многих промышленных компаний и предприятий в проектировании, производстве и логистической поддержке сложных изделий, а это означало необходимость унификации представления данных об изделиях, не только формы, но и содержания (семантики) проектной, технологической, эксплуатационной и другой информации о совместно производимой продукции. Др. словами, требовалось создание единой информационной среды взаимодействия всех крупнейших фирм американского ВПК.
Далее выяснилось, что создание единой информационной среды требуется не только для СОИ, но и для производства любых сложных систем, в первую очередь военной техники, если их производство основано на взаимодействии многих предприятий.
В связи с этим в рамках международных организаций были начаты работы по созданию ИТ взаимодействия предприятий и выражающих их стандартов. В частности, эти работы ведутся в международной организации стандартизации (International Standard Organization - ISO). В настоящее время в ведущих индустриальных странах созданы национальные органы, координирующие работу в области CALS-технологий. В международном масштабе CALS помимо ISO занимаются и такие организации, как ICC (International CALS-congress), EIA (Electronics Industry Association), IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) и др. В России в рамках Госстандарта создан технический комитет № 431 «CALS-технологии».
В 1990-х годах разработан и к настоящему времени принят ряд серий международных стандартов, представляющих CALS-технологии, среди которых наиболее значимы стандарты ISO 10303 STEP (Standard for Exchange of Product data).
В контрактах, заключаемых на поставку зарубежным заказчикам военной техники, требования к изделиям и документации на них формулируются с позиций международных CALS-стандартов и стандартов DoD.
Развитие CALS-технологий стимулирует образование виртуальных производств, при которых процесс создания спецификаций с информацией для программно управляемого технологического оборудования, достаточной для изготовления изделия, может быть распределен во времени и пространстве между многими автономными проектными организациями.
Сегодня успех на рынках сложной технической продукции немыслим вне CALS-технологий. Так, фирмы, предлагающие военную технику без электронной документации, выполненной в соответствии с CALS-стандартами, не имеют шансов на успех в конкурентной борьбе.
Виды обеспечения CALS: лингвистическое, информационное, программное, математическое, методическое, техническое и организационное.
Лингвистическое обеспечение: языки и форматы данных об изделиях и процессах, используемые для представления и обмена информацией на этапах их жизненного цикла.
Информационное обеспечение: БД об изделиях, используемые разными системами в процессе проектирования, производства, эксплуатации и утилизации продукции. Сюда входят также серии международных и национальных CALS-стандартов и спецификаций.
ПО CALS: программные комплексы, предназначенные для поддержки ЕИП этапов жизненного цикла изделий. Это - системы управления документами и документооборотом, управления проектными данными (PDM), взаимодействия предприятий в совместном электронном бизнесе (СРС), подготовки интерактивных электронных технических руководств, др.
МО CALS: методы и алгоритмы создания и использования моделей взаимодействия различных систем. Это - методы имитационного моделирования сложных систем, методы планирования процессов и распределения ресурсов, др.
Методическое обеспечение: методики выполнения параллельного (совмещенного) проектирования и производства, структурирование сложных объектов, их функциональное и информационное моделирование, объектно-ориентированное проектирование, др.
Техническое обеспечение: аппаратные средства получения, хранения, обработки и визуализации данных. Взаимодействие частей виртуальных предприятий, систем, поддерживающих разные этапы жизненного цикла изделий, происходит через линии передачи данных и сетевое коммутирующее оборудование.
Организационное обеспечение: документы, совокупность соглашений и инструкций, регламентирующих роли и обязанности участников жизненного цикла изделий.
Чтобы достичь должного уровня взаимодействия промышленных АС, требуется создание ЕИП не только на отдельных предприятиях, но и в рамках объединения предприятий. ЕИП 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 онтологии (метаописаний) приложений, закрепляемых в прикладных CALS-протоколах.
Унификация перечней и наименований сущностей, атрибутов и отношений в определенных предметных областях является основой для единого электронного описания изделия.
ОБЗОР CALS-СТАНДАРТОВ
Центральное место в системе CALS-стандартов занимают стандарты ISO, получившие название STEP и номер 10303. Стандарты ISO 10303 определяют средства описания (моделирования) промышленных изделий на всех этапах их жизненного цикла.
Единообразная форма описаний данных о промышленной продукции обеспечивается введением в STEP языка Express, инвариантного к приложениям. В стандартах STEP использован ряд идей, ранее воплощенных в методиках информационного (IDEFIX) и функционального (IDEFO) проектирования. В рамках STEP предпринята попытка создания единых информационных моделей (онтологии) целого ряда приложений. Эти модели получили название прикладных протоколов.
Стандарт ISO 10303 состоит из документов, в которых описаны основные принципы STEP, правила языка Express, даны методы его реализации, модели, ресурсы как общие для приложений, так и некоторые специальные (например, геометрические и топологические модели, описание материалов, процедуры черчения, метод конечно-элементного анализа и т.п.), прикладные протоколы, отражающие специфику моделей в конкретных предметных областях, методы тестирования моделей и объектов.
Удовлетворению требований создания открытых систем в STEP уделяется основное внимание - специальный раздел посвящен правилам написания файлов обмена данными между разными системами, созданными в рамках STEP-технологии.
Развитие CALS-технологий находит выражение в разработке серий стандартов ISO 13584 Parts Library (сокращенно P-Lib), ISO 14959 Parametrics, ISO 15531 Manufacturing management data (Mandate), ISO 18876 Integration of industrial data for exchange, access, and sharing (DDEAS), ISO 8879 Standard Generalized Markup Language (SGML).
Стандарты P-Lib содержат обзор и основные принципы представления данных о стандартных компонентах промышленных изделий. В них представлены в виде библиотек данные о семействах таких компонентов изделий, как болты, подшипники, электронные компоненты и т.п., с целью использования этих данных в различных системах автоматизированного проектирования. В P-Lib содержатся также правила использования, интерфейса и модификации библиотечных описаний. Цель стандарта - обеспечить инвариантный для приложений механизм оперирования частями библиотеки.
Благодаря ISO 13584 прикладные САПР могут разделять данные из обобщенных баз, беспрепятственно обмениваться данными о типовых компонентах. Стандарты P-Lib состоят из частей. Часть 1 содержит обзор и основные принципы серии стандартов. Часть 10 посвящена концептуальной модели, а часть 24 - логической модели построения библиотек. Библиотеки могут компоноваться из данных от разных поставщиков. В части 26 определяются поставщики библиотек, в части 31 описан программный интерфейс. Описание методологии структуризации семейств содержится в части 42. Протоколам обмена посвящены части, начинающиеся с номера 101. Часть под номером 101 содержит протокол обмена геометрической параметризованной информацией; часть под номером 102 - протокол обмена согласованными со STEP данными.
Стандарты Parametrics введены в 1996 г. в связи с тем, что стандарты STEP в недостаточной мере учитывали особенности САПР, в которых используются параметризованные модели изделий и обмен параметризованными данными. Их назначение: удовлетворение потребностей геометрического проектирования и машинной графики в САПР, в которых используются параметризованные модели; распространение идей параметризации на более ранние этапы проектирования, а также на модели и процедуры проектирования, имеющие не только геометрический характер.
Стандарты Mandate посвящены представлению данных, относящихся к функционированию предприятий, управлению территориально распределенными производственными системами, обмену данными о производстве с внешней для предприятия средой.
В настоящее время разрабатывается стандарт ISO 18876 «Integration of industrial data for Exchange, Access, and Sharing». Его назначение - обеспечение информационного согласования приложений и взаимодействия организаций, использующих разные стандарты, интеграция данных и моделей, получаемых из различных источников, разрабатываемых в разных САПР. Предусматриваются возможности согласования моделей, выраженных с помощью разных языков моделирования, таких, как SGML, XML, Express, др.
Предполагается, что развитие данных работ приведет к появлению языка EXIST (Expression of Information based on Set Theory), более совершенного, чем Express, учитывающего свойства таких языков, как Unified Modelling Language (UML), Knowledge Interchange Format (KIF), XML и др. Язык EXIST позволит описывать интеграционные модели, которые будут выполнять роль метамоделей для прикладных моделей.
Оформление технической документации на создаваемые изделия в CALS-технологиях должно выполняться на основе языка разметки SGML (Standard Generalized Markup Language). Этот язык описан в семействе стандартов ISO 8879 и предназначен для унификации представления текстовой информации в автоматизированных системах.
Стандарт SGML устанавливает такие множества символов и правил для представления информации, которые позволяют различным системам правильно распознавать и идентифицировать эту информацию. Названные множества описывают в отдельной части документа, называемой таблицей определения типов DTD (Document Type Definition), которую передают вместе с основным SGML-документом.
SGML можно назвать метаязыком для семейства конкретных языков разметки. В частности, подмножеством SGML можно считать язык разметки XML. При этом XML более удобен, чем SGML: легче воспринимается, приспособлен для использования в WWW (современных браузерах), сохраняет возможности SGML. Для конкретных приложений создаются свои варианты XML. Известны варианты для математики, химии, медицины. Для CALS интерес представляет вариант Product Definition eXchange (PDX), посвященный обмену данными.
Для передачи и представления в технических руководствах 2D графики (схем, рисунков) можно использовать формат JPEG. Для 2D-чертежей в соответствии с американским стандартом MIL-PRF-28003 рекомендуется использовать формат CGM (Computer Graphics Metafile), ранее введенный в ISO/IEC 8632. Стандартный растровый формат - TIFF.
Для презентаций проектов и обучения персонала, занимающегося обслуживанием и эксплуатацией изделий, создаются технические руководства (IETM - Interactive Electronic Technical Manual - интерактивные электронные технические руководства или IЕТР - Interactive Electronic Technical Publication) и учебные пособия (ICW - Interactive Courseware). В них содержатся описания изделий, технологии эксплуатации, поясняются приемы обслуживания, методы диагностики и ремонта. В частности, в технических руководствах должны быть сведения о планировании регламентных работ, типовых отказах, способах обнаружения неисправностей и замены неисправных компонентов, об испытательном оборудовании, о способах заказа материалов и запасных частей и т.п.
В CALS-технологиях к эксплуатационной документации IEТМ предъявляются повышенные требования: представление документов в электронном виде, открытость пособий и руководств, т.е. их приспособленность к внесению изменений и конвертированию форматов, интерактивность и управление данными, адаптация учебного материала к конкретным запросам пользователей, малые затраты на создание документов для новых версий изделий.
Для унификации структуры документов и правил деловой переписки ООН приняла в 1986 г. спецификации EDIFACT (Electronic Data Interchange For Administration, Commerce and Transport). Это международный стандарт для представления и обмена электронными данными.
Особенности проектирования радиоэлектронной аппаратуры находят отражение в форматах обмена данными. Основные методики функционального и логического проектирования электронных устройств основаны на использовании языка VHDL (Very high-speed integrated circuits Hardware Design Language), получившего в 1987 г. статус международного стандарта IEЕЕ 1076. При конструкторском проектировании для описания топологии СБИС и печатных плат широко применяются форматы EDIF (Electronic Design Interchange Format) и CIF (Caltech Intermediate Format).
Развитие методологии моделирования на базе языка VHDL привело в 1999г. к принятию стандарта IEЕЕ 1076.1, посвященного смешанному моделированию (mixed mode)( аналого-цифровое моделирование, в которых используются как непрерывные, так и дискретные величины). Объединение стандартов IEЕЕ 1076 и 1076.1 в одном документе VHDL-AMS (VHDL - Analog and Mixed Signal) позволило унифицировать описание моделей не только систем электрической природы, но и систем механических, гидравлических, тепловых, а также систем с физически разнородными компонентами.
К стандартам и спецификациям CALS-технологий отнесен ряд стандартов, таких, как стандарты шифрования данных и электронной подписи, кодирования аудио- и видеоданных, спецификации MIME электронной почты и т.п.
В CALS-технологиях представлены также стандарты моделирования приложений. Это - методики объектного моделирования на базе языка UML (Unified Modeling Language), функционального моделирования систем IDEFO, информационного моделирования IDEF1X.
STEP-технологии
Основу STEP составляет язык Express. Это язык унифицированного представления данных и обмена данными в компьютерных средах. Язык инвариантен к приложениям. Хотя он разрабатывался с ориентацией прежде всего на описание жизненных циклов промышленных изделий, области его применения значительно шире.
STEP - это совокупность стандартов, состоящая из многих томов. Тома имеют свои номера N и обозначаются как «часть N» или ISO 10303-N. К настоящему времени разработано более сотни томов.
Том 1 (ISO 10303-1) - вводный стандарт, выполняющий роль аннотации всей совокупности томов. В этом стандарте вводится ряд терминов, используемых в других стандартах, например, таких, как продукт (product), приложение (application), проектные данные (product data), модель (model), интегрированный ресурс (integrated resource), др.
Ряд томов переведен на русский язык и представлен в виде национальных стандартов России. Это, например, ГОСТ Р ИСО 10303-1-99, посвященный обзору и основополагающим принципам STEP, ГОСТ Р ИСО 10303-11-99 - справочное руководство по языку Express, ГОСТ Р ИСО 10303-21-99 – справочное руководство по обменному файлу, ГОСТ Р ИСО 10303-41-99 - описание интегрированных ресурсов.
МЕТОДИКИ КОНЦЕПТУАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Среди языков, используемых на стадии проектирования сложных систем, господствующее положение занял язык Unified Modeling Language (UML), поддерживаемый международным консорциумом OMG (Object Management Group). UML предназначен для описания, визуализации и документирования объектно-ориентированных систем в процессе их разработки, в первую очередь их программного обеспечения.
Широко используются также методики IDEF - семейство стандартов обследования организаций и проектирования информационных систем. Первым в 1981 году был разработан стандарт IDEF0 в рамках программы автоматизации промышленных предприятий ICAM (Integrated Computer Aided Manufacturing). (IDEF=ICAM DEFinition). В процессе работы участники программы столкнулись с необходимостью разработки новых методов анализа процессов взаимодействия в промышленных системах, которые должны обеспечить групповую работу над созданием модели, с непосредственным участием всех аналитиков и специалистов, занятых в проекте.
Последняя редакция IDEF0 была выпущена в декабре 1993 года Национальным Институтом По Стандартам и Технологиям США (NIST).
Системы комплексной автоматизации управления предприятием требуют проведения глубокого предпроектного обследования деятельности компании. Результат этого обследования - экспертное заключение, в котором формулируются рекомендации по устранению "узких мест" в управлении деятельностью. На основании этого заключения проводится так называемая реорганизация бизнес-процессов, иногда очень болезненная для компании. Для решения подобных задач моделирования сложных систем и относятся методологии семейства UML и IDEF.
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ
К МО CALS-технологий можно отнести математические методы и алгоритмы, используемые в автоматизированных системах проектирования, производства и логистики на разных этапах жизненного цикла изделий. Так, для понимания моделей, выраженных средствами STEP, требуются определенные знания в области математического обеспечения соответствующих приложений. В первую очередь среди приложений следует назвать конструкторское проектирование в машиностроении, а основу его математического обеспечения составляют модели и методы геометрического моделирования, включая методы визуализации и преобразования 3D и 2D моделей. Кроме того, в приложениях используются разнообразные методы анализа и оптимизации проектных и управленческих решений.
К МО CALS-технологий относятся методы имитационного моделирования сложных систем и оптимизации логистических процессов, включая планирование процессов и распределение ресурсов.
Имитационное моделирование сложных систем в большинстве случаев базируется на теории массового обслуживания. В некоторых случаях исследование сложных систем (в том числе их имитационное моделирование) выполняют с помощью аппарата сетей Петри. К перспективным методам оптимизации сложных объектов относят генетические методы.
ЛИНГВИСТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ И СОВМЕЩЕННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ.
Совмещенное проектирование (параллельное - concurrent design), имеет целью сокращение временных затрат на проектирование изделий и заключается в совмещении во времени операций, процедур или этапов, которые в соответствии с традиционными методиками выполняются последовательно. Пример: частичное совмещение во времени процедур конструкторского проектирования и технологической подготовки производства, проектирования аппаратных и программных частей вычислительной системы и т.п. Совмещенное проектирование основано на CALS-технологиях.
К лингвистическому обеспечению совмещенного проектирования и СALS-технологий относят ряд языков и форматов данных. Основным языком является Express из стандартов STEP, но наряду с ним находит применение ряд других форматов данных, которые часто также относят к лингвистическому обеспечению CALS-технологий. Это: языки разметки SGML и XML; рассмотренный выше язык UML, который используют на начальных стадиях проектирования; широко распространенный формат IGES(Международный стандарт обмена графическими данными - Graphics Exchange Standard); языки EDIF (Electronic Design Interchange Format), VHDL, применяемые в электронике для сквозного и совмещенного функционально-логического проектирования, и др.
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ
1. Средства управления данными, разделяемыми разными автоматизированными системами и подсистемами на этапах жизненного цикла изделий. Эти функции в настоящее время выполняют системы управления проектными данными PDM (Product Data Management);
2. Средства управления данными и программами в распределенной сетевой среде. Эти функции реализуются в технологиях распределенных вычислений, таких, как удаленный вызов процедур RPC, архитектура на основе посредников объектных запросов CORBA (Common Object Request Broker Architecture — общая архитектура брокера) , объектная модель COM/DCOM и др.
На базе COM/DCOM (Component Object Model /Distributed COM) фирма Microsoft развивает совокупность средств под названием DNA-архитектура (Distributed interNet Application). Эти средства включают ActiveX, HTML, SQL Server, OLE (Object Linking and Embedding - связывание и внедрение объекта)и др. Применительно к промышленным приложениям эта архитектура получила название DNA for Manufacturing (DNA-M). Особенно важную роль DNA-M играет в интеграции нижних уровней управления производством с системами ERP (Enterprise Resource Planning - планирование и управление ресурсами предприятия).
3. Средства поддержки моделирования и обмена данными с использованием языка Express, которые можно объединить под названием STEP-средств (STEP Tools). К STEP-средствам относятся редакторы, компиляторы, визуализаторы, анализаторы, конверторы и т.п., связанные с языком Express. Редакторы помогают синтезировать и корректировать Express-модели. Анализаторы служат для синтаксического анализа и выявления ошибок, допущенных при написании модели. Анализатор входит в состав компилятора, который после анализа осуществляет трансляцию Express-моделей в ту или иную требуемую языковую форму. Визуализаторы генерируют графические представления моделей на языке Express-G. Конверторы используются для преобразования Express-моделей на основе языка Express-X. Примерами STEP-средств могут служить продукты компаний STEP Tools, EPM Technology AS, TNO и др.
Например с помощью программ ST-Developer компании STEP Tools реализуют SDAI-интерфейс (Standard Data Access Interface) на языках С, C++, Java, IDL/Corba (Common Object Request Broker Architecture — общая архитектура брокера – архитектура распределенных объектов), интерфейс Express-моделей к SQL базам данных и графическому ядру ACIS машиностроительных CAD-систем, осуществляют тестирование Express-моделей, генерируют модели на языке Express-G.
Ряд STEP-средств предлагает Национальный институт стандартов и технологий США (NIST). Это средства оперирования обменными файлами и Express-моделями, трансляции моделей в C++ и IDL (Interactive Data Language) представления.
Компания Rational Rose предлагает транслятор Express-моделей в UML-представление.
PDM (Product Data Management)
Основные компоненты ПО CALS - системы PDM.
Системы PDM предназначены для информационного обеспечения проектирования - упорядочения информации о проекте, управления соответствующими документами, включая спецификации и другие виды представления данных, обеспечения доступа к данным по различным атрибутам, навигации по иерархической структуре проекта. В ряде систем PDM поддерживаются информационные связи не только внутри САПР, но и с производственной и маркетинговой документацией.
В PDM разнообразие типов проектных данных поддерживается их классификацией и соответствующим выделением групп с множествами атрибутов. Для САПР в машиностроении такими группами являются свойства компонентов и сборок (Bill of Materials - BOM), модели и их документальное выражение (чертежи, 3D модели визуализации, текстовые описания), структура изделий, отражающая взаимосвязи между компонентами и сборками и их описаниями в разных группах.
Системы электронного бизнеса (E-commerce).
Среди систем E-commerce различают системы В2С и В2В.
Система В2С (Business-to-Customer) предназначена для автоматизации процедур взаимоотношений предприятия с конечными потребителями его продукции, чаще всего это взаимоотношения юридического лица с физическими лицами (покупателями товаров).
Цель электронного бизнеса заключается в объединении в ЕИП информации, во-первых, о возможностях множества организаций, специализирующихся на предоставлении различных услуг и на выполнении тех или иных процедур и операций по проектированию и изготовлению изделий, во-вторых, о запросах на использование этих услуг и заказах на поставки изделий и полуфабрикатов. В отличие от В2С такие системы E-commerce называют системами В2В (Business-to-Business). Эти системы автоматизируют процедуры взаимодействия юридических лиц друг с другом, т.е. системы В2В автоматизируют процессы обмена информацией между компаниями-партнерами.
В последнее время в связи с развитием на базе Internet технологий электронного бизнеса (E-Commerce) и концепций виртуальных предприятий появились АСУ, взявшие на себя обеспечение информационного взаимодействия всех участников электронного бизнеса. Такие системы получили название систем управления данными в интегрированном информационном пространстве СРС (Collaborative Product Commerce). Уровень СРС соответствует множеству предприятий, взаимодействующих через цепочки заказов и поставок. Системы СРС аккумулируют многие функции других автоматизированных систем управления и проектирования.
Систему СРС можно рассматривать как интегрирующую систему, управляющую информацией, разделяемой другими автоматизированными системами предприятия, а именно системами ERP, SCM (supply chain management - управление цепочками поставок), CRM (Customer Relationship Management – управление взаимоотношениями с клиентами), PDM и др.
Информационная логистика
Традиционное определение логистики: «Логистика - наука об организации совместной деятельности менеджеров различных подразделений предприятия, а также группы предприятий по эффективному продвижению продукции по цепи «закупки сырья - производство продукции - сбыт - распределение» на основе интеграции и координации операций, процедур и функций, выполненных в рамках данного процесса с целью минимизации общих затрат ресурсов».
На Международном конгрессе по логистике в 1974 г. было предложено определение: логистика - наука о планировании, управлении и контроле за движением материальных, информационных и финансовых ресурсов в различных системах.
В информационных системах управляют информационными ресурсами и используют термин «информационная логистика». Под информационной логистикой понимают организацию и использование систем информационного обеспечения производственно-хозяйственных процессов на предприятии. Т.е. объектом информационной логистики являются информационные потоки, сопровождающие материальные потоки. Информационная логистика базируется на системном подходе, который охватывает все виды деятельности, связанные с планированием и управлением процессами, нацеленными на обеспечение предприятия релевантной информацией.
Стремление повысить эффективность эксплуатации сложной техники привело к появлению концепции интегрированной логистической поддержки (ИЛП) изделий. В настоящее время разработка отечественной системы ИЛП ведется в авиационной промышленности. В рамках Госстандарта России для решения проблем информационной логистики создан технический комитет № 431 «CALS-технологии».
Главными задачами ИЛП являются:
• определение функций и моделей средств поддержки изделий на этапе их эксплуатации;
• разработка этих средств;
• расчет надежности и длительности безотказной работы изделий;
• определение состава и объема запасных частей;
• упаковка и транспортировка изделий;
• документирование;
• расчет затрат;
• обучение персонала.
Уже на этапе проектирования прогнозируются затраты и определяются ресурсы, требуемые для поддержания изделия в нужном состоянии, создаются БД, необходимые для отслеживания нужных параметров в ходе жизненного цикла изделия, разрабатывается электронная техническая документация, используемая при закупке, поставке, вводе в действие, при эксплуатации, сервисном обслуживании и ремонте изделия, планируются потребности в средствах технического обслуживания.
Совмещение процедур разработки изделия и средств его обслуживания
МЕЖДУНАРОДНЫЕ ОРГАНЫ СТАНДАРТИЗАЦИИ
В решении проблемы стандартизации в области информационно-вычислительных систем и сетей принимают участие международные организации ИСО, МСЭ-Т (МККТТ), МЭК; международные групповые объединения ЕСМА, CEN, CENELEC; профессиональные организации IEEE, EIA; национальные органы по стандартизации ANSI (США), JISC (Япония), AFNOR (Франция), BSI (Великобритания), DIN (ФРГ), Госстандарт (Россия) и др.; отдельные фирмы.
Далее приведены краткие сведения об этих организациях.
Международная организация по стандартизации (International Organization for Standardization - ISO (ИСО))
Организация, ответственная за разработку международных стандартов, координирует деятельность национальных органов стандартизации из 90 стран мира.
Стандарты ИСО разрабатываются в несколько этапов. Исходный документ представляется в виде проекта комитета - ПРК (Committee Draft - CD). В рамках технического комитета (ТК) ИСО проект проходит несколько стадий обсуждения и голосования, после чего документ приобретает статус проекта международного стандарта - ПМС (Draft International Standard - DIS). После обсуждения и голосования ПМС представляется в центральный секретариат ИСО для утверждения в качестве международного стандарта (International Standard).
Задачи стандартизации в области информационной технологии решаются в рамках созданного в 1987 г. на основе ИСО технического комитета -СТК1 «Информационная технология». Направления: «Наборы знаков и кодирование информации», «Передача данных и обмен информацией между системами», «Программная инженерия», «Обработка документов и соответствующие коммуникации», «Взаимосвязь открытых систем, управление данными и открытая распределенная обработка», «Языки программирования, их cреды и системные программные интерфейсы», «Машинная графика и обработка изображений», «Взаимосвязь оборудования информационных технологий», «Кодирование аудио-, видео-, мультимедиа и гипермедиа информации», «Открытый электронный обмен данными».
В общей сложности к 2000 г. в рамках указанных направлений разработано свыше 1000 международных стандартов.
Международная электротехническая комиссия - МЭК (International Electrotechnical Commission - IEC)
Несет ответственность за стандартизацию в области электротехники, включая вопросы взаимосвязи и интерфейсов оборудования определенных видов. Стандарты МЭК издаются под названием «Публикации».
Вопросы стандартизации решаются в рамках нескольких технических комитетов (ТК) МЭК. В частности, ТК83 «Оборудование информационной технологии», созданный в 1985 г., до 1987 г. занимался в МЭК стандартизацией локальных вычислительных сетей (общие характеристики, классификация, руководство по планированию и установке и др.). В 1987 г. ТК83 вошел в состав ИСО/МЭК СТК1.
Международный союз электросвязи - МСЭ (International Telecommunication Union - ITU)
Создан в 1965 г. (вначале как Международный телеграфный союз). Его главная задача - разработка международных стандартов в области радио- и проводных линий связи, телеграфии, телефонии, передачи данных, программ звукового и телевизионного вещания, телематических и мультимедийных служб, практически по всем вопросам электросвязи.
До февраля 1993 г. в состав МСЭ входили три комитета: Международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии (МККТТ), Международный консультативный комитет по радиосвязи (МККР), Международный комитет по распределению частот (МКРЧ).
Рекомендации по службам передачи данных, по телематическим и мультимедийным службам в основном разрабатывались в МККТТ.
В марте 1993 г. произошла реорганизация МККТ, в результате был образован Международный союз электросвязи, состоящий из трех секторов: Сектора электросвязи (ITU-T), Сектора радиосвязи (ITU-R), Сектора развития электросвязи (ITU-D).
Европейская ассоциация производителей вычислительных машин (European Computer Manufacturers Association - ЕСМА)
Была организована в начале 60-х гг. по инициативе ведущих западноевропейских компаний в области средств обработки данных с целью координации их деятельности. Вопросы стандартизации вычислительных сетей возложены в ЕСМА на комитет ТК32 «Передача данных, сети и взаимосвязь систем», главными задачами которого являются:
• разработка стандартов по развитию эталонной модели OSI;
• разработка стандартов по услугам и протоколам всех уровней эталонной модели OSI;
• разработка стандартов по управлению OSI;
• исследование областей применения и возможностей стандартизации локальных сетей передачи данных (локальных вычислительных сетей, сетей частного пользования), разработка необходимых стандартов;
• исследование требований четырех верхних уровней эталонной модели OSI к службам телематики.
Разработка стандартов в ИСО, МККТТ и ЕСМА ведется в тесном взаимодействии и на основе взаимной преемственности результатов работ.
Европейский комитет по стандартизации (CEN), Европейский комитет по стандартизации в области электротехники (CENELEC), Европейский институт стандартов по электросвязи (ITSTC)
Созданы в 1985 г. решением Совета европейских стран. Разработки европейских стандартов возложена на комитеты CEN и CENELEC, работы которых дополняют друг друга.
Члены CEN - национальные организации по стандартизации из 18 стран - участниц Европейского экономического союза, члены CENELEC - национальные комитеты по электротехнике тех же стран. Задача этих организаций -устранить различия между национальными стандартами.
Комитеты CEN и CENELEC тесно взаимодействуют с институтом ETSI (Европейский институт телекоммуникационных стандартов), членами которого являются отдельные компании, операторы сетей, администрации почтовой, телефонной и телеграфной связи, исследовательские группы и пользователи средств связи.
Работу CEN, CENELEC и ETSI координирует ITSTC, основной задачей которого является планирование и координация работ по созданию стандартов, определению приоритетов, выработке процедур и правил быстрой разработки срочных стандартов в области обработки информации (данных и текста), передачи данных, сетей связи, прогрессивных методов производства. ITSTC ведет также деятельность в Европе по организации аттестационного тестирования изделий на соответствие международным стандартам.
Институт инженеров по электротехнике и электронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers - IEEE)
Профессиональный орган представителей инженеров США и других стран - разрабатывает значительное число рабочих документов в некоторых областях стандартизации, в частности, в области локальных вычислительных сетей.
(Стандарт IEEE 802 в 6 частях)
Американский национальный институт по стандартизации (American National Standard Institute - ANSI)
Разработал ряд стандартов по протоколам, которые легли в основу многих стандартов ИСО. Из последних работ ANSI можно выделить стандартизацию волоконно - оптического распределенного интерфейса передачи данных (FDDI), представляющего собой волоконно-оптическую интерфейсную локальную вычислительную сеть кольцевого типа.
Группа пользователей протокола автоматизации производства (Manufacturing Automation Protocol - MAP)
Протокол MAP (Manufacturing Automation Protocol - Протокол автоматизации производства) разработан по инициативе фирмы General Motors, стал первым протоколом, охватившим все семь уровней эталонной модели OSI. Содействие в разработке MAP оказала Всемирная федерация пользователей MAP/TOP. Европейским представителем этой федерации является EMUG (European MAP Users Group) .
Разработка протокола ТОР (Technical and Office Protocols - технические и учрежденческие протоколы) была инициирована Boeing Corporation для определения требований к учрежденческому и техническому оборудованию. С самого начала протокол ТОР разрабатывался с учетом взаимодействия с протоколом MAP.
MAP/TOP – сетевые протоколы промышленных сетей.
АББРЕВИАТУРЫ, АНГЛОЯЗЫЧНЫЕ ТЕРМИНЫ
ЕИП – единое информационное пространство.
POSIX - Portable Operating System Interface - Переносимый Интерфейс Операционных Систем
Portability - переносимость
Interoperability- интероперабельность
Scalability - масштабируемость
OSE (Open Systems Environment) - Окружение открытых систем
ISP (International Standardized Profile) - Международный стандартизованный профиль
API-профиль - Application Program Interface Profile
Базовая эталонная модель взаимосвязи открытых систем - Basic Reference Model for Open Systems Interconnection - RM-OSI
Эталонная модель для открытой распределенной обработки - Reference Model for Open Distributed Processing - RM-ODP
Эталонная модель управления данными - Reference Model for Data Management - RM DM
Эталонная модель машинной графики (Reference Model of Computer Graphics - RM CG)
Эталонная модель текстовых и офисных систем (ISO/IEC TROTSM-1)
SQL (Structured Query Language) – язык структурированных запросов
IRD (Information Resource Dictionary System) – информационно-справочная система СУБД;
RDA (Remote Data base Access) – протокол удаленного доступа к данным
ODBC API (Open Data Base Connectivity Application Program Interface ) - открытый прикладной интерфейс доступа к базам данных
Graphical User Interface – графический интерфейс пользователя
GKS - Graphical Kernel System
GKS-3D - Graphical Kernel System - 3 Dimentional
PHIGS - Programmers Hierarchical Interactive Graphics System
RPC (Remote Procedure Call) - вызов удаленной процедуры
CGM - Computer Graphics Metafile
EDIFACT - Electronic Data Interchange for Administration, Commerce and Trade
ODA - Open Document Architecture
SGML (Standard Generalized Markup Language)
SMDL -Standard Music Description Language
SMSL - Standard Multimedia/Hypermedia Scripting Language
SPDS- Standard Page Description Language
DSSSL- Document Style Semantics and Specification Language
HTML - HyperText Markup Language
CASE-Computer Aided Software Engineering
СALS - Continuous Acquisition and Lifecycle Support - компьютерное сопровождение и поддержка жизненного цикла изделий
АСУП - автоматизированная система управления предприятием
САПР- система автоматизированного проектирования
АСТПП - автоматизированная система технологической подготовки производства
АСУТП - автоматизированная система управления технологическими процессами
EIA - Electronics Industry Association
STEP - Standard for Exchange of Product data
UML- Unified Modelling Language
MAP - Manufacturing Automation Protocol - Протокол автоматизации производства
ТОР - Technical and Office Protocols - технические и учрежденческие протоколы
MAP/TOP – сетевые протоколы промышленных сетей
IETM - Interactive Electronic Technical Manual - интерактивные электронные технические руководства
IЕТР - Interactive Electronic Technical Publication
ICW - Interactive Courseware - учебные пособия
EDIFACT - Electronic Data Interchange For Administration, Commerce and Transport
VHDL -Very high-speed integrated circuits Hardware Design Language
OMG - Object Management Group
NIST - Национальный Институт По Стандартам и Технологиям США
ICAM - Integrated Computer Aided Manufacturing (IDEF=ICAM DEFinition)
IGES - Международный стандарт обмена графическими данными - Graphics Exchange Standard
PDM - Product Data Management
CORBA - Common Object Request Broker Architecture — общая архитектура брокера - архитектура на основе посредников объектных запросов
COM/DCOM - Component Object Model /Distributed COM
OLE-Object Linking and Embedding - связывание и внедрение объекта
ERP-Enterprise Resource Planning - планирование и управление ресурсами предприятия
В2С - Business-to-Customer
В2В -Business-to-Business
СРС - Collaborative Product Commerce- система управления данными в интегрированном информационном пространстве
SCM - supply chain management - управление цепочками поставок
CRM - Customer Relationship Management – управление взаимоотношениями с клиентами
Национальные органы стандартизации: ANSI (США), JISC (Япония), AFNOR (Франция), BSI (Великобритания), DIN (ФРГ)