1. Определение CALS-технологий

CALS-технологии (англ. Continuous Acquisition and Lifecycle Support) - концепция, объединяющая принципы и технологии информационной поддержки жизненного цикла продукции на всех его стадиях, основанная на использовании единой информационной среды (единого информационного пространства), обеспечивающая единообразные способы управления процессами и взаимодействие всех участников этого цикла: заказчиков продукции (включая гос.учреждения и ведомства), поставщиков продукции, а также необходимого персонала в соответствии с требованиями системы международных стандартов, регламентирующих правила указанного взаимодействия посредством электронного обмена данными. Более коротко и понятно - CALS – непрерывная информационная поддержка жизненного цикла продукции.

ИПИ (информационная поддержка процессов жизненного цикла изделий) — русскоязычный аналог понятия CALS.

Изначально была применена в 1980 – х годах в оборонном комплексе США как компьютерная поддержка поставок (Computer Aided Logistic Support). В дальнейшем распространилась на другие сферы экономики и на весь жизненный цикл продукта (от маркетинга до утилизации).

Разработка концепции CALS обусловлена развитием таких новых направлений науки и техники, как автоматизированное проектирование, управление производством, использование компьютеров для хранения и обработки информации, новые средства связи и другое. Каждое из этих направлений в отдельности внесло революционные изменения во все виды человеческой деятельности, однако их значительные возможности использовались недостаточно. Причиной стало то, что разработчики современных средств автоматизации формировали свои собственные модели, которые нередко оказывались несовместимыми у партнеров по производству и эксплуатации техники. Отчасти эта проблема решалась увязкой различных систем автоматизированного проектирования (САПР) в интегрированные системы путем физического объединения баз данных, однако логическая увязка при этом отсутствовала, что приводило к фрагментации информации, многократному дублированию данных, невозможности интеграции различных интегрированных автоматизированных систем управления (ИАСУ).

Решение проблемы следовало искать на пути информационных представлений и процессов, организации активного обмена согласованной информацией такого рода между партнерами. Так появилась концепция CALS. В отличие от автоматизированной системы управления производством АСУП и от ИАСУ  CALS-технологии охватывают все стадии жизненного цикла продукции.

Предмет CALS – технологии совместного использования и обмена информацией в процессах, выполняемых в течение жизненного цикла продукта. Базовыми принципами CALS являются:

1.    Безбумажный обмен информацией.

2.    Анализ и реинжиниринг бизнес-процессов.

3.    Параллельный инжиниринг.

4.    Системная организация постпроизводственных процессов жизненного цикла изделия.

Нормативную базу применения CALS технологий составляют различные международные стандарты (например ИСО 10303 – Система автоматизации производства и их интеграция).

Преимущества использования CALS технологий:

1.    Расширяются области деятельности предприятий за счет кооперации с другими предприятиями, обеспечиваемой стандартизации предоставления информации на разных стадиях и этапах жизненного цикла.

2.    Повышается эффективность бизнес-процессов.

3.    Повышается конкурентоспособность продукции.

4.    Сокращаются затраты и трудоемкость процессов технической подготовки и освоения производства новых изделий.

5.    Сокращаются календарные сроки вывода новых видов продукции на рынок.

6.    Сокращается доля брака и затрат, связанных с внесением изменений в конструкцию.

7.    Сокращаются затраты на эксплуатацию, обслуживание и ремонты изделий.

Для определения организационного механизма функционирования при создании глобальной информационной индустриальной инфраструктуры организовано международное CALS-сообщество, в котором Россия принимает участие. Госстандартом России разработана программа стандартизации в области CALS-технологий.

2. Информационные технологии, составляющие CALS

Информационное обеспечение CALS составляют базы данных, содер­жащие сведения о промышленных изделиях. Эти данные используются различ­ными системами в процессе проектирования, производства, эксплуа­тации и утилизации изделий. В состав информационного обеспечения входят также серии международных и национальных CALS-стандартов и спецификаций.

На рисунке представлены виды программного обеспечения информационных систем и их место в жизненном цикле изделия.

Рис. Этапы жизненного цикла промышленных изделий и системы их автоматизации

Ниже представлена расшифровка названий автоматизированных систем:

• CAE - Computer Aided Engineering (автоматизированные рас­четы и анализ);

• CAD - Computer Aided Design (автоматизированное проекти­рование);

• САМ - Computer Aided Manufacturing (автоматизированная технологическая подготовка производства);

• CAPP — система проектирования технологических процессов (ТП), которая позволяет с различной степенью автоматизации проектировать единичные, групповые и типовые технологические процессы по многим направлениям: механообработка, гальваника, сварка, сборка, термообработка и т.д.;

• PDM - Product Data Management (управление проектными данными);

• ERP - Enterprise Resource Planning (планирование и управле­ние предприятием);

• MRP-2 - Manufacturing (Material) Requirement Planning (планирование производства);

• MES - Manufacturing Execution System (производственная ис­полнительная система);

• SCM - Supply Chain Management (управление цепочками по­ставок);

• CRM - Customer Relationship Management (управление взаи­моотношениями с заказчиками);

• SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition (диспет­черское управление производственными процессами);

• CNC - Computer Numerical Control (компьютерное числовое управление);

• SFA — это Sales Force Automation (Автоматизация деятель­ности по продажам);

• IETM - Interactive Electronic Technical Manuals (интерактивные электронные технические руководства)

• CHC - Collaborative Product Commerce (Сотрудничество для осущетвления коммерции продукта)

• PLM - Product Lifecycle Management (Управление данными жизненного цикла изделий). 

Данные автоматизированные системы включают все стадии жизненного цикла продукции, к основным же компонентам CALS относят следующие:

• CAD (Computer Aided Design) — инструментальный комплекс технических и программных средств автоматизированного проектирования изделий;

• CAM (Computer Aided Manufacturing) — системы автоматизации технологической подготовки производства;

• CAE (Computer Aided Engineering) — системы инженерного анализа;

• Concurrent Engineering — средства реализации технологии параллельного тотального проектирования в режиме группового использования данных;

• EDM (Enterprise Data Management) — система управления проектными и инженерными данными;

• системы визуализации всего процесса разработки документации;

• средства обмена данными;

• средства разработки прикладного программного обеспечения;

• методики анализа процессов проектно-технологической, производственной и управленческой деятельности.

Для полноценной работы CALS-технологий требуется широкая программная поддержка. Все программные продукты, применяемые для функционирования CALS, можно разделить на две большие группы:

• программы, необходимые для создания и преобразования информации об изделиях, производственной среде и производственных процессах, применение которых не зависит от реализации CALS-технологий;

• программы, 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:

• офисные программы для подготовки текстовой и табличной документации различного назначения (текстовые редакторы, электронные таблицы и т. д.);

• САЕ-системы для автоматизации инженерных расчетов и эскизного проектирования;

• CAD-системы для автоматизации конструирования и изготовления рабочей конструкторской документации;

• САМ-системы для автоматизации технологической подготовки производства;

• системы MRP и ERP для автоматизации планирования производства и управления процессами изготовления изделий, запасами, производственными ресурсами, транспортом и т. д.;

• средства ЭЦП для идентификации и аутентификации информации .

Ко второй группе принадлежат программы:

• PDM для управления данными об изделии и его конфигурации ;

• управления проектами;

• WF (Work Flow) для управления потоками заданий при создании и изменении технической документации;

• обеспечения ИЛП изделий на постпроизводственных стадиях ЖЦ;

• функционального моделирования, анализа и реинжиниринга бизнес-процессов.

На мировом рынке уже сегодня, а скоро и в России продукция, не снабженная электронной документацией и не обладающая средствами интегрированной логистической поддержки постпроизводственных стадий жизненного цикла, будет полностью вытеснена. К любому высокотехнологичному изделию предъявляется ряд жёстких требований, удовлетворение которых невозможно без внедрения CALS-технологий. Среди этих требований можно выделить:

• представление конструкторской и технологической документации в электронной форме;

• представление эксплуатационной и ремонтной документации в форме интерактивных электронных технических руководств, снабженных иллюстрированными электронными каталогами запасных частей и вспомогательных материалов и средствами дистанционного заказа запчастей и материалов;

• организация интегрированной логистической поддержки изделий на постпроизводственных стадиях их жизненного цикла;

• наличие и функционирование электронной системы каталогизации продукции;

• наличие на предприятиях соответствующих требованиям стандартов ИСО 9000:2000 систем менеджмента качества и т. д.

3. Отличие BIM от CALS

BIM (Building Information Modeling или Building Information Model) — информационное моделирование здания или информационная модель здания (cооружения).

Информационное моделирование здания - это подход к возведению, оснащению, обеспечению эксплуатации и ремонту здания (к управлению жизненным циклом объекта), который предполагает сбор и комплексную обработку в процессе проектирования всей архитектурно-конструкторской, технологической, экономической и иной информации о здании со всеми ее взаимосвязями и зависимостями, когда здание и все, что имеет к нему отношение, рассматриваются как единый объект.

Трёхмерная модель здания, либо другого строительного объекта, связанная с информационной базой данных, в которой каждому элементу модели можно присвоить дополнительные атрибуты. Особенность такого подхода заключается в том, что строительный объект проектируется фактически как единое целое. И изменение какого-либо одного из его параметров влечёт за собой автоматическое изменение остальных связанных с ним параметров и объектов, вплоть до чертежей, визуализаций, спецификаций и календарного графика.

Преимущества bim технологий

1. Модели и объекты управления BIM — это не просто графические объекты, это информация, позволяющая автоматически создавать чертежи и отчёты, выполнять анализ проекта, моделировать график выполнения работ, эксплуатацию объектов и т. д. — предоставляющая коллективу строителей неограниченные возможности для принятия наилучшего решения с учётом всех имеющихся данных.

2. BIM поддерживает распределённые группы, поэтому люди, инструменты и задачи могут эффективно и совместно использовать эту информацию на протяжении всего жизненного цикла здания, что исключает избыточность, повторный ввод и потерю данных, ошибки при их передаче и преобразовании.

В настоящее время до сих пор некоторые компании делают попытки или переходят с CAD на BIM технологии. Во многих странах этот процесс прошел значительно раньше, чем объясняется популярность BIM программ во всем мире. В России владение BIM технологиями по состоянию на 2013 год мало и только начинает набирать обороты. Тем не менее существуют программы, которые получили признание уже у многих проектных компаний, такие как разработки компании Autodesk (Revit), Tekla Structures, ArchiCAD и другие.

Билет №4

Сущность CAD

CAD-системы (сomputer-aided design) — компьютерная поддержка проектирования, предназначенная для решения конструкторских задач и оформления конструкторской документации (более привычно они именуются системами автоматизированного проектирования — САПР).CAD системы, базирующиеся на трехмерной геометрии, сейчас широко применяются при проектировании широкого спектра изделий.

CAD-ориентированый подход

В CAD-ориентированном подходе, рассматривается проектирование, основанное на CAD-системе и интерактивный анализ, который проводится с целью улучшения проектируемого изделия. Данная методика уже получила широкое распространение. Практически во всех современных CAD-системах предусмотрены дополнительные модули анализа и имитации, тесно интегрированные с системой моделирования. Эти модули позволяют решать задачи кинематического моделирования, анализа методом конечных элементов (МКЭ), генерации сетки и последующей обработки непосредственно в системе моделирования. Например, система Pro/Engineer фирмы PTC включает в себя модули Pro/Mechanica, выполняющие структурный, вибрационный, температурный и двигательный анализ. Pro/Mesh и Pro/FEMPOST – это пре- и постпроцессоры анализа по МКЭ соответственно. Таким образом МКЭ становится наиболее популярным методом для анализа. К сожалению, часто модели созданные в CAD непригодны для МКЭ. Как показано на рис. 1 для МКЭ в большинстве случаев требуется некая абстрактная модель, в то время как CAD-система обеспечивает создание детализированной твердотельной модели.

Рисунок 1- Геометрические модели: (a) детализированная CAD-модель; (b) абстрактная модель CAE.

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.

Билет №5

Что такое CAM

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.

Русским аналогом термина является АСТПП — автоматизированная система технологической подготовки производства. Фактически же технологическая подготовка сводится к автоматизации программирования оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ)

• 2-х осевые лазерные станки,

• 3-х и 5-осевые фрезерные станки с ЧПУ;

• токарные станки,

• обрабатывающие центры (в том числе использующие шесть степеней свободы);

• автоматы продольного точения и токарно-фрезерной обработки;

• ювелирная и объёмная гравировка.

Как правило, большинство программно-вычислительных комплексов совмещают в себе решение задач CAD/CAM, CAE/САМ, CAD/CAE/CAM.

Билет №6

PLM-системы.Пример

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.

Примеры PLM-систем

• Aras Corporation (англ.) Aras innovator

• Oracle PLM

• Project Tracking

• PTC Windchill

• SAP PLM

• Siemens A&D UGS PLM Software Teamcenter

• T-FLEX PLM

• ЛОЦМАН:PLM

• Система Alfa

• 1C: PDM 2.0

• TechnologiCS

• DEXMA PLM

PLM сегодня Раньше под PLM (в узком смысле) чаще всего понимали то, что имело отношение к жизненному циклу материальных изделий начиная от запуска в производство, регулирования объемов выпуска, определения времени выпуска новых или обновленных изделий, и, конечно же, сопровождение и сервис. Принципиальные изменения в видении роли и места PLM произошли буквально в последние несколько лет. Теперь под PLM понимают автоматизацию всех видов работ, составляющих основу выпуска любой продукции — от проектирования до сбыта.

В соответствии с триединой задачей "PLM по-новому" можно разделить на три взаимосвязанные составляющие управления жизненным циклом: — жизненный цикл создания изделий (интеллектуальные активы предприятия); — жизненный цикл производства (материальные активы предприятия); — жизненный цикл операционной поддержки.

Билет №7

PDM-системы.Пример

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.В PDM-системах обобщены такие технологии, как:

• управление инженерными данными (engineering data management — EDM)

• управление документами

• управление информацией об изделии (product information management — PIM)

• управление техническими данными (technical data management — TDM)

• управление технической информацией (technical information management — TIM)

• управление изображениями и манипулирование информацией, всесторонне определяющей конкретное изделие.

Базовые функциональные возможности PDM-систем охватывают следующие основные направления:

• управление хранением данных и документами

• управление потоками работ и процессами

• управление структурой продукта

• автоматизация генерации выборок и отчетов

• механизм авторизации

С помощью PDM-систем осуществляется отслеживание больших массивов данных и инженерно-технической информации, необходимых на этапах проектирования, производства или строительства, а также поддержка эксплуатации, сопровождения и утилизации технических изделий. Такие данные, относящиеся к одному изделию и организованные PDM-системой, называются цифровым макетом. PDM-системы интегрируют информацию любых форматов и типов, предоставляя её пользователям уже в структурированном виде (при этом структуризация привязана к особенностям современного промышленного производства). PDM-системы работают не только с текстовыми документами, но и с геометрическими моделями и данными, необходимыми для функционирования автоматических линий, станков с ЧПУ и др, причём доступ к таким данным осуществляется непосредственно из PDM-системы.

С помощью PDM-систем можно создавать отчеты о конфигурации выпускаемых систем, маршрутах прохождения изделий, частях или деталях, а также составлять списки материалов. Все эти документы при необходимости могут отображаться на экране монитора производственной или конструкторской системы из одной и той же БД. Одной из целей PDM-систем и является обеспечение возможности групповой работы над проектом, то есть, просмотра в реальном времени и совместного использования фрагментов общих информационных ресурсов предприятия.

Примеры PDM систем: Зарубежные: PLM Windchill (Parametric Technology Corporation),SWR-PDM (SolidWorks Corp) Российские: T-FLEX DOCs (Топ системы), ^ APPIUS PDM (1С:PDM).

Вопрос №8

ERP-системы. Пример

Система класса ERP (Enterprise Resource Planning - Управление ресурсами предприятия) -  это корпоративная информационная система для автоматизации планирования, учета, контроля и анализа всех основных бизнес-процессов и решения бизнес задач в масштабе предприятия (организации). ERP-система помогает интегрировать все отделы и функции компании в единую систему, при этом все департаменты работают с единой базой данных и им проще обмениваться между собой разного рода информацией.

Обычно ERP система включает в себя различные функциональные модули, например, бухгалтерский и налоговый учет, управление складом, транспортировками, казначейство, кадровый учет, управление взаимоотношениями с клиентами. Различные программные модули единой системы ERP позволяют заменить устаревшие разрозненные информационные системы по управлению логистикой, финансами, складом, проектами. Вся информация хранится в единой базе данных, откуда она может быть в любое время получена по запросу

Внедрение ERP системы – достаточно сложный и длительный процесс. Интеграция ERP системы в бизнес-процессы компании предполагает серьезные изменение логики внутренних процедур в компании, реинжиниринга бизнес-процессов а также значительные изменения в работе ее сотрудников. В связи со сложностью проекта сроки внедрения систем класса ERP достаточно большие (2-3 года). Но внедрение системы класса ERP дает следующие возможности:

• планировать потребности в материалах и комплектующих, сроки и объёмы поставок для выполнения плана производства продукции;

• регулировать наличие продукции (излишки, дефицит) и снижать издержки на ее хранение;

• регулировать процесс производства своевременно реагируя на изменение спроса;

• оптимизировать бизнес-процессы в компании путем сокращения материальных и временных затрат;

• контролировать поставки и качество сервиса для клиентов.

Положительные стороны внедрения ERP системы на предприятии (в организации)

• сокращение уровня страховых запасов;

• своевременность пополнения материально-технических ресурсов;

• повышение оборачиваемости оборотных средств;

• сокращение неликвидных запасов и числа неплановых закупок;

• повышение объемов производства и повышение эффективности

• эффективный контроль расхода материалов;

• повышение эффективности ценообразования;

• снижение трудозатрат на формирование бухгалтерской отчетности.

Преимущества ERP-систем