13. Понятие cals-технологий, основное назначение. Математическое и информационное обеспечение cals-технологий.

CALS-технология - это технология комплексной компьютеризации 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.

Соответствующие системы автоматизации получили сначала название автоматизированных логистических систем (Computer Aided Logistic Systems).

Поскольку под логистикой обычно понимают дисциплину, занимающуюся вопросами снабжения и управления запасами, а функции CALS-технологии шире и связаны со всеми этапами ЖЦЦ, то применяют более совершенную аббревиатуру:

Life Cycle Support (Life Cycle Systems);

CALS – Computer Aided Lifecycle Support.

CALS-технологии зародились в 1980-е годы в недрах военно-промышленного комплекса США в связи с планами США в области СОИ (стратегической оборонной инициативы). Поэтому не удивительно, что среди имеющихся CALS-стандартов фигурирует большое число стандартов и рекомендаций DoD (Министерства обороны США).

Назначение CALS-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 (E-commerce), системы интегрированной логистической поддержки и т.п.

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.

Главная задача создания и внедрения CALS-технологий - обеспечение единообразных описания и интерпретации данных независимо от места и времени их получения в общей системе, имеющей масштабы вплоть до глобальных. Структура проектной, технологической и эксплуатационной документации, языки ее представления должны быть стандартизованными. Тогда становится реальной успешная работа над общим проектом разных коллективов, разделенных во времени и в пространстве и применяющих разные системы CAE/CAD/CAM. Одна и та же конструкторская документация может быть использована многократно в разных проектах, а одна и та же технологическая документация - адаптирована к разным производственным условиям, что позволяет существенно сократить и удешевить общий цикл проектирования и производства. Кроме того, упрощается эксплуатация систем.

Применение CALS позволяет существенно сократить объём проектных работ, т.к. описание многих составных частей оборудования, машин и систем, проектировавшихся ранее, хранятся в БД сетевых серверов, доступных любому пользователю технологии CALS.

Развитие CALS-технологии должно привести к появлению т.н. виртуальных производств, при которых процесс создания спецификации с информацией для программно-управляемого технологического оборудования, достаточной для изготовления изделия, может быть распределён во времени и пространстве между многими проектными стадиями (см. ЖЦ).

Среди несомненных достижений CALS-технологии следует отметить «лёгкость» распространения передовых проектных решений, возможность многократного воспроизведения частей проектов в новых разработках.

CALS-технологии не отвергают существующие автоматизированные системы проектирования и управления, а являются средством их эффективного взаимодействия. Поэтому интеграция автоматизированных систем на современных предприятиях должна быть основана на CALS-технологиях. Внедрение их требует освоения имеющихся технологий и CALS-стандартов, развития моделей, методов и программ автоматизированного проектирования и управления. Важные проблемы, требующие решения при создании CALS-систем, - управление сложностью проектов и интеграция программного обеспечения, включая вопросы декомпозиции проектов, распараллеливания проектных работ, целост¬ности данных, межпрограммных интерфейсов и др.

Проблематика CALS имеет ряд аспектов. По аналогии с аспектами автоматизированного проектирования целесообразно эти аспекты называть видами обеспечения CALS и выделять лингвистическое, информационное, программное, математическое, методическое, техническое и организационное обеспечения CALS.

К лингвистическому обеспечению относятся языки и форматы данных о промышленных изделиях и процессах, используемые для представления и обмена информацией на этапах жизненного цикла изделий.

Информационное обеспечение составляют базы данных, в которых имеются сведения о промышленных изделиях, используемые разными системами в процессе проектирования, производства, эксплуатации и утилизации продукции. В состав информационного обеспечения входят также серии международных и национальных CALS-стандартов и спецификаций.

Программное обеспечение CALS представлено программными комплексами, предназначенными для поддержки единого информационного пространства этапов жизненного цикла изделий. Это прежде всего системы управления документами и документооборотом, управления проектными данными (PDM), взаимодействия предприятий в совместном электронном бизнесе (СРС), подготовки интерактивных электронных технических руководств и некоторые другие.

Математическое обеспечение CALS включает методы и алгоритмы создания и использования моделей взаимодействия различных систем в CALS-технологиях. Среди этих методов в первую очередь следует назвать методы имитационного моделирования сложных систем, методы планирования процессов и распределения ресурсов.

Методическое обеспечение CALS представлено методиками выполнения таких процессов, как параллельное (совмещенное) проектирование и производство, структурирование сложных объектов, их функциональное и информационное моделирование, объектно-ориентированное проектирование, создание онтологии приложений.

К техническому обеспечению CALS относят аппаратные средства получения, хранения, обработки и визуализации данных при информационном сопровождении изделий. Взаимодействие частей виртуальных предприятий, систем, поддерживающих разные этапы жизненного цикла изделий, происходит через линии передачи данных и сетевое коммутирующее оборудование. Однако используемые технические средства не являются специфическими для CALS, и потому далее в этой книге вопросы технического обеспечения не рассматриваются.

Наконец, организационное обеспечение CALS представлено различного рода документами, совокупностью соглашений и ин¬струкций, регламентирующих роли и обязанности участников жиз-ненного цикла промышленных изделий.

Математическое обеспечение CALS-технологий

В широком смысле к математическому обеспечению CALS-технологий можно отнести математические методы и алгоритмы, используемые в автоматизированных системах проектирования, производства и логистике на разных этапах жизненного цикла изделий.

К основным разделам математического обеспечения CALS-технологий относятся методы имитационного моделирования сложных систем и оптимизация логистических процессов, включая планирование процессов и распределение ресурсов.

Имитационное моделирование сложных систем в большинстве случаев базируется на теории массового обслуживания. Исследование сложных систем, в том числе их имитационное моделирование, выполняется с помощью аппарата сетей Петри. К перспективным методам оптимизации сложных объектов относятся несколько методов, среди которых выделяют генетические алгоритмы.

Объектами исследования в теории массового обслуживания (ТМО) являются сложные системы, в которых анализ процесса функционирования связан с исследованием прохождения через систему потока заявок (требований, транзакций).

Поэтому анализ функционирования сложных систем как правило носит статистический характер, в качестве математического аппарата использует ТМО, а в качестве модели систем – систему массового обслуживания.

Типичными выходными параметрами в СМО являются числовые характеристики времени обслуживания заявок, длины очередей на входах, время ожидания обслуживания, загрузка устройств системы, вероятность обслуживания в заданные сроки и т.д.

В простейшем случае СМО представляет собой некоторое устройство – обслуживающий аппарат (ОА), более сложные СМО – много взаимосвязанных ОА.

Обслуживающие аппараты в СМО в совокупности образуют статические объекты СМО (ресурсы СМО).

Заявки в СМО называют динамическими объектами.

Состояние СМО характеризуется состояниями составляющих её компонентов, например, состояние ОА характеризуется булевыми величинами; и длинами очередей на входах ОА, принимающих неотрицательные целочисленные значения.

Правило, согласно которому заявки выбирают из очередей на обслуживание, называют дисциплиной обслуживания, а величину, выражающую преимущественное право на обслуживание – приоритетом. В бесприоритетных дисциплинах все транзакции имеют одинаковый приоритет. Среди бесприоритетных дисциплин наиболее популярны FIFO, LIFO и случайный выбор заявок из очереди.

В приоритетных дисциплинах для заявок каждого приоритета на входе выделяется своя очередь (заявка из очереди с низким приоритетом поступает в случае, если путы очереди с более высоким приоритетом).

Приоритеты:

• абсолютные;

• относительные;

• динамические.

Заявка из очереди с более высоким абсолютным приоритетом, поступая на вход занятого ОА, прерывает уже начатое обслуживание заявки с более низким приоритетом.

В случае относительного приоритета прерывания не происходит. Более высокоприоритетная заявка ждёт окончания начатого обслуживания.

Динамические приоритеты могут изменяться во времени прохождения заявки в СМО.

Исследование поведения СМО, т.е. определение временных зависимостей переменных, характеризующих состояние СМО при подаче любых, требуемых в соответствии с заданием на эксперимент, потоков заявок, называется имитационным моделированием СМО.

ИМ проводят путём воспроизведения в СМО событий, происходящих в моделируемом времени.

При этом под событием понимают факт изменения значения любой переменной, характеризующий состояние системы.

Подход, альтернативный ИМ называют аналитическим исследованием СМО.

АИ заключается в получении формул для расчёта выходных параметров СМО с последующей подстановкой аргументов в эти формулы в каждом из экспериментов.

Модели СМО, использованные в ИМ, АИ называются имитационными и аналитическими соответственно.

Аналитические модели удобны в использовании, поскольку для АМ не требуется значительных затрат вычислительных ресурсов, т.е. часто можно без сложных вычислительных экспериментов оценить влияние аргументов на выходе СМО.

Но, к сожалению, АИ удаётся реализовать только для частных случаев сравнительно несложных СМО.