4.9. Методология представления и обмена данными в ипи-технологиях

Технологии CALS/ИПИ разработаны на основе международных стандартов ISO, главным из которых является ISO 10303 (STEP). Этот стандарт определяет единые формы компьютерного представления, накопления и обмена данными об изделиях на всех этапах ЖЦ независимо от вида изделий и компьютерных платформ. Стандарт ISO10303 включает в себя объектно-ориентированный язык EXPRESS для составления моделей изделий и правила работы с библиотеками моделей изделий.

Как было показано выше, уже давно возникла необходимость создания единого стандарта представления данных об изделии, который должен использоваться в течение всего ЖЦ изделия и применяться для всей информации, поддерживаемой автоматизированными системами производства и управления.

Информация о продукции, создаваемая на отдельных стадиях ее ЖЦ (маркетинг, проектирование, производство, эксплуатация и утилизация), широко используется на протяжении всего ЖЦ. Использование информации производится с помощью различных компьютерных систем, в том числе расположенных в различных организациях. Для создания единого информационного пространства для всех участников ЖЦ изделия, обеспечивающего подобное использование информации об изделии, в CALS/ИПИ-технологиях предлагается применение ИИМИ, содержащей в себе полную информацию об изделии. Таким образом, возникает потребность в создании единой, стандартизованной, понятной для компьютеров форме представления информации об изделии, которая к тому же должна обеспечивать организацию информационного обмена между различными компьютерными системами. При этом структурные элементы ИИМИ (см. рис. 4.5) должны содержать метаданные, отражающие следующую информацию: трехмерные характеристики, граничное представление, конструктивную стереометрию, допуски, конструкторско-технологические элементы, список материалов, технические требования процесса идентификации изделия, состав изделия, методы конечного моделирования элемента, способы компьютерной обработки данных и обеспечения качества и др.

Стандарт ISO 10303, имеющий неофициальное название «STEP» (стандарт для обмена данными об изделии), задает полную ИИМИ для всего ЖЦ, а также способы реализации обмена данными, представленными согласно его полной модели. Стандарт базируется на методологии который базиру­ется на методологии IDEF0, которая рассмотрена в подразделе 5.1. Как полная модель изделия, так и способы обмена данными предложены в компьютерном виде, причем они не зависят от программных и аппаратных средств, применяемых участниками ЖЦ изделия. Преимущество единого стандарта состоит в простоте организации информационного обмена между всеми компьютерными системами, которые используются в течение ЖЦ изделия [4] (рис. 4.15).

Рис. 4.15. Организация обмена данными об изделии на стадиях жизненного цикла по традиционному принципу (а) и на основе стандарта STEP (б)

5. Проектирование ипс с интегрированной информационной средой

5.1. Методики функционального моделирования

5.1.1. Структура методологии функционального моделирования и решаемые задачи

Генеральная цель внедрения CALS/ИПИ-технологий состоит в повышении эффективности и конкурентоспособности предпри­ятия за счет существенного сокращения сроков освоения произ­водства новых изделий, улучшения качества этих изделий и тех­нической докумен­тации, представляемой в электронном виде, обеспечения высоко­го уровня сервиса и логистической поддержки на постпроизводственных стадиях ЖЦ. Решению этой цели способствует проведе­ние функционального моделирования деятельности предприятия. Методология функционального моделирования, рекомендации по применению типовых средств моделирования процессов и операций производственных систем изложены в нормативном документе Р 50.1.028 [10].

Методология моделирования IDEF (ICAM Definition), разработана для информационной поддержки Программы интегрированной компьютеризации производства ICAM (Integrated Computer Aided Manufacturing). Методология моделирования IDEF и средства ее реализации позволяют исследовать структуру, параметры и характеристики производственных систем. Общая методология IDEF состоит из трех частных методологий моделирования, основанных на графическом представлении систем:

IDEF0 используется для создания функциональной модели, отображающей структуру, функции системы, а также материальные и информационные потоки объектов, преобразуемых этими функциями (функциональное моделирование, структурно-функциональное), т.е. позволяет создавать функциональные модели, отображающие процессы и функции системы. Эти модели используются для проведения детального функционального анализа в целях улучшения структуры функций объекта (реинжиниринга). На методе IDEF0 базируется функционально-стоимостный анализ (ФСА) или его аналог ABC (Activity Based Costing).

IDEF1 применяется для построения информационной модели, отображающей структуру и содержание информационных потоков, необходимых для поддержки функций системы (информационное моделирование, моделирование поддержки). Это метод моделирования информационных потоков внутри системы, позволяющий отображать структуру системы, т.е. ее элементы (сущности), их свойства (атрибуты) и взаимосвязи (отношения) между ними. Полученная в процессе моделирования детальная информация позволяет выявить узкие места в анализируемом объекте и является основой для принятия решений об улучшении структуры системы и информационных потоков, осуществления рациональной программы управления информацией.

IDEF2 - метод динамического моделирования систем, позволяющий построить динамическую модель изменения состояния системы во времени по поведению функций, изменению информации и ресурсов системы (поведенческое моделирование). Подобный подход широко использу­ется при динамическом моделировании технических систем, опи­сываемых дифференциальными уравнениями различного типа. Имеющиеся в настоящее время алгоритмы и их компьютерные реализации, позволяют превратить набор статических диаграмм IDEF0 в динамические модели, построенные на базе раскрашен­ных сетей Петри CPN (Color Petri Nets).

К настоящему времени наибольшее распространение и применение имеют методологии IDEF0 и IDEF1 (IDEF1X).

Примеры применения функциональных моделей IDEF0:

• анализ технологий реализации бизнес-процессов по показа­телям эффективности;

• вычисление стоимости затрат производства продукции;

• расчет эффективности применения средств автоматизации в структурных подразделениях предприятия;

• анализ и оценку интенсивности информационных потоков и документооборота;

Эффективность бизнес-процессов оценивают по следующим ос­новным показателям:

• количество производимой продукции заданного качества, оплаченное за определенный интервал времени;

• число потребителей продукции;

• количество типовых операций, которые необходимо выпол­нить при производстве продукции за определенный интервал вре­мени;

• стоимость издержек производства продукции;

• длительность выполнения процессов и отдельных операций;

• капиталовложения в производство.

Как правило, моделирование средствами IDEF0 является начальным этапом изучения любой системы.

Модель IDEF0 состоит из следующих частей:

• диаграмм IDEF0 (рис. 5.1);

• страниц FEO:

• текста пояснений;

• глоссария;

• рисунка.

Рис. 5.1. Диаграмма IDEF0

Развитием методологии IDEF являются следующие методы:

IDEF3 — метод описания функционирования и моделирова­ния системы как причинно-следственных связей внутри одного бизнес-процесса, так и между различными процессами. Он пре­доставляет пользователю два типа диаграмм: PFD (Process Flow Description) — описание процесса, являющееся внутренним опи­санием, и OSTD (Object State Transition Description) — описание переходов из одного состояния в другое, являющееся внешним описанием, когда дополнительно рассматривается вход и выход объекта. Эти два способа моделирования дополняют друг друга и позволяют описать любой процесс функционирования системы.

IDEF4 — метод объектно-ориентированного проектирования. Средства этого метода дают возможность наглядно отображать структуру объектов и принципы их взаимодействия, позволяя ана­лизировать, оптимизировать и создавать сложные системы. В отли­чие от других методов, кроме констатации взаимодействия, здесь учитывается его принцип (в частности, физический). Поэтому IDEF4, как и IDEF1X, является методом проектирования.

IDEF5 — метод получения онтологического описания и ис­следования сложных систем.

Основной чертой онтологического анализа является разделение реальной системы на классы, опреде­ление совокупности их фундаментальных свойств и прогнозиро­вание на этой основе поведения объектов данного класса. Это метод сбора фактов и получения знаний. Типичный пример он­тологического исследования — научное. С помощью данного ме­тода онтология системы может быть описана при помощи опре­деленного словаря терминов и правил, на основании которых могут быть сформированы достоверные суждения о состоянии рассматриваемой системы в некоторый момент времени. На ос­новании этих утверждений формируются выводы о дальнейшем развитии системы, проводится возможная ее реорганизация, что полезно при управлении сложными интеллектуальными систе­мами, имеющими искусственный характер. На основе онтологи­ческого описания строятся системы получения новых знаний — экспертные системы. Возникает возможность создать разнооб­разные схемы и диаграммы с помощью языка схем SL (Schematic Language) и комментировать их содержание с помощью языка

Модель разрабатывают для понимания, анализа и принятия решений о реконструкции (реинжиниринге) или замене существующей, либо проектировании новой системы. Как было показано в разд.1 система представляет собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих частей, выполняющих некоторые необходимые функции. Частями (элементами) системы могут быть любые комбинации разнообразных сущностей, включающие людей, информацию, программное обеспечение, оборудование, изделия, сырье или энергию (энергоносители). Модель описывает, что происходит в системе, как ею управляют, что она преобразует, какие средства использует для выполнения своих функций и что производит.

Основной концептуальный принцип методологии IDEF - представление любой изучаемой системы в виде набора взаимодействующих и взаимосвязанных блоков, отображающих процессы, операции, действия, происходящие в изучаемой системе.

Элементы модели каждого уровня представляют собой действия по переработке информационных или материальных ресурсов при заданных условиях (ограничениях и управляющих воздействиях) с использованием определенных механизмов.

В IDEF0 все, что происходит в системе и ее элементах, принято называть функциями. Каждой функции ставится в соответствие блок. На IDEF0-диаграмме, - основном документе при анализе и проектировании систем, блок представляет собой прямоугольник. Интерфейсы, посредством которых блок взаимодействует с другими блоками или с внешней по отношению к моделируемой системе средой, представляются стрелками, входящими в блок или выходящими из него. Входящие стрелки показывают, какие условия должны быть одновременно выполнены, чтобы функция, описываемая блоком, осуществилась.

Графический язык позволяет лаконично, однозначно и точно показать все элементы (блоки) системы и все отношения и связи между ними, выявить ошибочные, лишние или дублирующие связи и т.д.

Средства IDEF0 облегчают передачу информации от одного участника разработки модели (отдельного разработчика или рабочей группы) к другому. К числу таких средств относятся:

- диаграммы, основанные на простой графике блоков и стрелок, легко читаемые и понимаемые;

- метки на естественном языке для описания блоков и стрелок, а также глоссарий и сопроводительный текст, уточняющие смысл элементов диаграммы;

- последовательная декомпозиция диаграмм, строящаяся по иерархическому принципу, при котором на верхнем уровне отображаются основные функции, а затем происходит их детализация и уточнение;

- древовидные схемы иерархии диаграмм и блоков, обеспечивающие обозримость модели в целом и входящих в нее деталей, что особенно важно при моделировании больших систем.

Программный продукт Design/IDEF 3.7 (и более поздние версии) фирмы Meta Software Corporation поддерживает автоматическое соблюдение большинства из перечисленных правил.

Разработка модели в IDEF0 представляет собой пошаговую, итеративную процедуру. На каждом шаге итерации разработчик предлагает вариант модели, который подвергают обсуждению, рецензированию и последующему редактированию, после чего цикл повторяется. Такая организация работы способствует оптимальному использованию знаний системного аналитика, владеющего методологией и техникой IDEF0, и знаний специалистов - экспертов в предметной области, к которой относится объект моделирования

Набор структурных компонентов языка, их характеристики и правила, определяющие связи между компонентами, представляют собой синтаксис языка. Компоненты синтаксиса IDEF0 - блоки, стрелки, диаграммы и правила. Блоки представляют функции, определяемые как деятельность, процесс, операция, действие или преобразование. Стрелки обозначают направленное действие информационных данных или материальных объектов, связанное с функциями блока.

5.1.2. Семантика блоков и стрелок

Поскольку IDEF0 есть методология функционального моделирования, имя блока, описывающее функцию, должно быть глаголом или глагольным оборотом. Например, имя блока «Выполнить проверку» означает, что блок с таким именем превращает непроверенные детали в проверенные. После присваивания блоку имени, к соответствующим его сторонам присоединяются входные, выходные и управляющие стрелки, а также стрелки механизма, что и определяет наглядность и выразительность изображения блока IDEF0. Общая структура блока показана на рис. 5.2.

Управление

(на основе чего выполняется данная функция)