2008

УДК 621.384 Д64

Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине «Компьютерные технологии в приборостроении» подготовлен в рамках инновационной образовательной программы «Информатизация и автоматизированные системы управления», реализованной в ФГОУ ВПО СФУ в 2007 г.

Рецензенты:

Красноярский краевой фонд науки; Экспертная комиссия СФУ по подготовке учебно-методических комплексов дисциплин

Долгих, Э. А.

А. В. Сарафанов). – 1 электрон. опт. диск ( DVD). – Систем. требования : Intel Pentium (или аналогичный процессор других производителей) 1 ГГц ; 512 Мб оперативной памяти ; 4 Мб свободного дискового пространства ; привод DVD ; операционная система Microsoft Windows 2000 SP 4 / XP SP 2 / Vista (32 бит) ; Adobe Reader 7.0 (или аналогичный продукт для чтения файлов формата pdf).

ISBN 978-5-7638-0866-7 (комплекса)

ISBN 978-5-7638-1349-4 (пособия)

Номер гос. регистрации в ФГУП НТЦ «Информрегистр» 0320802720 от 19.12.2008 г. (комплекса)

Настоящее издание является частью электронного учебно-методического комплекса по дисциплине «Компьютерные технологии в приборостроении», включающего учебную программу, учебное пособие «Компьютерные технологии в приборостроении. Основы математического и методического обеспечения», учебное пособие «Автоматизация проектирования РЭС. Топологическое проектирование печатных плат», учебное пособие «Основы проектирования электронных средств: Техническое задание. Формирование и анализ», лабораторный практикум, приложение к лабораторному практикуму (демоверсия системы OrCAD, файлы проектов для системы OrCAD, варианты заданий к ряду лабораторных работ, интерактивное электронное техническое руководство к АПК УД «Тракт усиления звуковой частоты», интерактивное электронное техническое руководство к АПК УД «Электроника», демоверсия программного комплекса ТРиАНА, справочник «Интенсивности отказов ЭРЭ»), методические указания по курсовому проектированию, методические указания по самостоятельной работе, контроль- но-измерительные материалы (банк тестовых заданий и перечень вопросов, выносимых на экзамен) и презентационные материалы, приложение к комплексу (программа оптимизации размещения элементов на монтажном пространстве методом попарных перестановок по критерию минимума суммарной длины сигнальных связей, программа оптимизации разбиения схемы электрической на части, выполняемые на отдельных конструктивах, видеофрагмент «Резонансные явления в электронной аппарату-

ре»).

Рассмотрены организационные и методологические вопросы применения компьютерных технологий в процессе разработки приборов и систем, основы системного подхода при разработке приборов и систем средствами компьютерных технологий, вопросы унификации расчетных моделей, математические аспекты теории чувствительности, особенности моделирования электрических, тепловых

и механических процессов в приборах и системах, разработки и применения типовых методик анализа и обеспечения различных характеристик приборов и систем.

Предназначено для студентов направления подготовки бакалавров 200100.62 «Приборостроение» укрупненной группы 200000 «Приборостроение и оптотехника».

© Сибирский федеральный университет, 2008

Рекомендовано Инновационно-методическим управлением СФУ в качестве учебного пособия

Редактор Л. И. Вейсова

Разработка и оформление электронного образовательного ресурса: Центр технологий электронного обучения ин- формационно-аналитического департамента СФУ; лаборатория по разработке мультимедийных электронных образовательных ресурсов при КрЦНИТ

Содержимое ресурса охраняется законом об авторском праве. Несанкционированное копирование и использование данного продукта запрещается. Встречающиеся названия программного обеспечения, изделий, устройств или систем могут являться зарегистрированными товарными знаками тех или иных фирм.

Подп. к использованию 01.09.2008 Объем 4 Мб

Красноярск: СФУ, 660041, Красноярск, пр. Свободный, 79

ВВЕДЕНИЕ

обслуживании и ремонте изделия. Интерактивные электронные технические руководства (ИЭТР) предоставляют в интерактивном режиме справочную и описательную информацию об эксплуатационных и ремонтных процедурах, относящихся к конкретному изделию, непосредственно во время их проведения.

Целью CALS является ускорение вывода на рынок новых образцов продукции, сокращение затрат на разработку, проектирование и производство, сокращение «стоимости владения» (т. е. совокупности затрат на поддержание в работоспособном состоянии) и улучшение качества на всех стадиях ЖЦ.

Внедрение CALS-технологий позволяет получить значительные технический и экономический эффекты на основных стадиях жизненного цикла изделий, которые дают возможность повышения конкурентоспособности создаваемой продукции (рис. В1) [2].

Методические основы CALS-идеологии:

•международные стандарты

•интегрированная логическая поддержка

•электронный обмен данными

•многопользовательская (интегрированная) база данных

Таким образом, речь идет о полном, централизованном и постоянном автоматизированном контроле за всей совокупностью данных, описывающих

1

ВВЕДЕНИЕ

как само изделие, так и процессы его конструирования, производства, эксплуатации и утилизации.

Учитывая вышеизложенное актуальной задачей является внедрение в учебный процесс основных методических аспектов применения CALS- идеологии, которым посвящено данное учебное пособие.

В 1-й главе пособия излагаются базовые аспекты CALS-идеологии, включая методические вопросы внедрения CALS-технологий на промышленных предприятиях.

Во 2-й главе данного пособия приведен лабораторный практикум, построенный на основе системы PDM STEP Suite и программного комплекса Technical Guide Builder, разработанные в НИЦ CALS-технологий «Прикладная логистика». В ходе выполнения лабораторного практикума студент приобретает навыки работы с электронными документами, учится использовать программные средства промышленного уровня, применяемые для систематизации полученных в процессе разработки изделия документов. В процессе работы с программными средствами студент получает сведения о безопасном хранении электронной документации, моделировании бизнес-процессов и о методах создания ИЭТР.

В приложениях приведены основные термины, используемые в CALS- технологиях и варианты индивидуальных заданий для лабораторного практикума.

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.1.Единое информационное пространство

Базовые CALS-принципы

Линейка CALS-стандартов

Линейка CALS-стандартов

Базовые технологии управления данными

Базовые технологии управления процессами

Рис. 1.1. Концептуальная модель CALS

Так как стратегия CALS предполагает создание ЕИП для всех участников ЖЦИ (в том числе эксплуатирующих организаций), то ЕИП должно обладать следующими свойствами [3]:

•вся информация представлена в электронном виде;

•ЕИП охватывает всю информацию, созданную об изделии;

•ЕИП является единственным источником данных об изделии (прямой обмен данными между участниками ЖЦ исключен);

•ЕИП строится только на основе международных, государственных и отраслевых информационных стандартов;

•для создания ЕИП используются программно-аппаратные средства, уже имеющиеся у участников ЖЦ.

Стратегия CALS предусматривает двухэтапный план создания ЕИП:

•автоматизация отдельных процессов (или этапов) ЖЦИ и представление данных на них в электронном виде;

•интеграция автоматизированных процессов и относящихся к ним данных, уже представленных в электронном виде, в рамках ЕИП.

Основными преимуществами ЕИП являются:

•обеспечение целостности данных;

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.1.Единое информационное пространство

•возможность организации доступа к данным географически удаленных участников ЖЦИ;

•отсутствие потерь данных при переходе между этапами ЖЦИ;

•изменения данных доступны сразу всем участникам ЖЦИ;

•повышение скорости поиска данных и доступа к ним по сравнению с бумажной документацией;

•возможность использования различных компьютерных систем для работы с данными.

ЕИП может быть создано для организационных структур разного уровня: от отдельного подразделения до виртуального предприятия или корпорации. Информацию, используемую в ходе жизненного цикла, можно условно разделить на три класса: о продукции, о выполняемых процессах, о среде, в которой эти процессы выполняются. На каждой стадии создается набор данных, который используется на последующих стадиях (табл. 1.1). При этом различается и эффект, получаемый от создания ЕИП (табл. 1.2).

Таблица 1.1

Классификация данных в связи со стадиями жизненного цикла продукции

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.1.Единое информационное пространство

Таблица 1.2

Эффект, получаемый от создания ЕИП

При реализации стратегии CALS должны использоваться три группы методов, называемых CALS-технологиями [4]:

•технологии анализа и реинжиниринга бизнес-процессов – набор организационных методов реструктуризации способа функционирования предприятия с целью повышения его эффективности. Эти технологии нужны для того, чтобы корректно перейти от бумажного к электронному документообороту и внедрить новые методы разработки изделия;

•технологии представления данных об изделии в электронном виде – набор методов для представления в электронном виде данных об изделии, относящихся к отдельным процессам ЖЦИ. Эти технологии предназначены для автоматизации отдельных процессов ЖЦ (первый этап создания ЕИП);

•технологии интеграции данных об изделии – набор методов для интеграции автоматизированных процессов ЖЦ и относящихся к ним данных, представленных в электронном виде, в рамках ЕИП. Эти технологии относятся ко второму этапу создания ЕИП.

Основными компонентами CALS-технологий являются [5] (рис. 1.2):

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

•системы автоматизации технологической подготовки производства

(CAM – Computer Aided Manufacturing);

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

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

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

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.1.Единое информационное пространство

•системы визуализации всего процесса разработки документации

(Project Management);

•мощные средства хранения и управления данными о проекте (PDM– Product Data Management);

•системы управления производством (MRP – Manufacturing Requirement Planning);

•системы планирования и управления предприятием (ERP – Enterprise Resource Planning);

•системы управления цепочками поставок (SCM – Supply Chain Management);

•системы совместного электронного бизнеса (CPC – Collaborative Product Commerce);

•системы управления продажами и обслуживанием (S&SM – Sales and Service Management);

•программно-технологические средства, реализующие технологию создания и сопровождения информационных систем (CASE – Computer Aided Software Engineering);

•SCADA; CNC; CRM; MES (см. прил. 1).

Перечисленные автоматизированные системы могут работать автономно, но создание ЕИП диктует, чтобы данные, генерируемые в одной системе, были доступны в других системах для повышения эффективности автоматизации. Единое информационное пространство обеспечивается благодаря унификации как формы, так и содержания информации о конкретных изделиях на различных этапах ЖЦ.

Унификация формы достигается использованием стандартных форматов и языков представления информации в межпрограммных обменах и при документировании.

Рис. 1.2. Этапы жизненного цикла промышленных изделий и системы их автоматизации

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.1.Единое информационное пространство

Унификация содержания как однозначно правильная интерпретация данных о конкретном изделии на всех этапах его ЖЦ обеспечивается разработкой онтологий приложений, закрепляемых в прикладных CALS- протоколах.

Унификация перечней и наименований сущностей, атрибутов и отношений в определённых предметных областях является основой для единого электронного описания изделия в CALS-пространстве [6].

1.2. Виртуальноепредприятие

Развитие CALS обусловило появление новой организационной формы выполнения масштабных наукоемких проектов, связанных с разработкой, производством и эксплуатацией сложной продукции так называемого «вир-

туального предприятия» – IVE (Industrial Virtual Enterprise). Упрощенно функционирование виртуального предприятия можно представить в виде схемы, представленной на рис. 1.3. Виртуальное предприятие создается посредством объединения на контрактной основе предприятий и организаций, участвующих в жизненном цикле продукции и связанных общими бизнеспроцессами. Информационное взаимодействие участников виртуального предприятия осуществляется на основе общих хранилищ данных через общую корпоративную или глобальную сеть [7]. Срок жизни виртуального предприятия определяется длительностью проекта или жизненного цикла продукции. Задача информационного взаимодействия особенно актуальна для временно создаваемых виртуальных предприятий, состоящих из географически удаленных друг от друга подрядчиков, субподрядчиков, поставщиков с разнородными компьютерными платформами и программными решениями.

Виртуальное предприятие создается путем отбора требующихся человеческих, организационно-методических и технологических ресурсов предприятий участников с их сетевой компьютерной интеграцией. Для его эффективной работы необходимо наладить интенсивное взаимодействие реально имеющихся специалистов и подразделений различных предприятий в виртуальном пространстве с помощью новейших информационных и коммуникационных технологий. Это взаимодействие призвано повысить уровень кооперации и координации партнеров, а в конечном итоге, конкурентоспособность производимой ими продукции и, соответственно, прибыль.

Виртуальное предприятие должно обеспечивать реализацию всего жизненного цикла изделия. При этом портфель заказов может изменяться в короткие сроки, так же как и состав участвующих в его выполнении организаций. Поэтому организация производства виртуального предприятия требует наличия специальной инфраструктуры. Типичная инфраструктура виртуального предприятия, получившая широкое распространение в зарубежной практике, включает в себя следующие основные составляющие: cеть Internet/Intranet, международный стандарт STEP

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.2.Виртуальное предприятие

(Standard for the Exchange of Product model data) для обмена данными по мо-

делям продукции и стандарты на взаимодействие прикладных программ

(Common Object Request Broker Architecture). При этом прикладные програм-

мы, представленные в стандарте CORBA, могут использовать данные, получаемые через Internet в формате STEP. При создании общей инфраструктуры язык IDL, применяемый в CORBA, объединяется с языком описания данных EXPRESS, используемым в стандарте STEP. Здесь IDL описывает интерфейсы работы с прикладными программами, а объектно-ориентированный язык EXPRESS служит для получения нормализованных моделей данных. Для реальной работы используются интерфейсы EXPRESS-G на C++, Java или XML

(Extensible Markup Language) [1].

Рис. 1.3. Упрощенная схема функционирования виртуального предприятия

Таким образом, основой инфраструктуры является World Wide Web Server, содержащий протоколы коммуникации для организации данных и обеспечения доступа к ним через Internet. Стандарт STEP позволяет осуществлять обмен данными по различным моделям продукции, что дает возможность другим приложениям понимать семантику производственной информации. С его помощью строятся нормализованные объектные модели, называемые «информационными моделями» и служащие для производственных приложений. В свою очередь, открытая спецификация CORBA обеспечивает применение совместных ресурсов путем поддержки обмена сообщениями между объектами или агентами сети (например многократно используемыми программами, составляющими приложение «клиент-сервер» в распределенной среде). СORBA-совместимые брокеры объектных запросов не зависят от вида платформы и могут использоваться с различными операционными системами.

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.2.Виртуальное предприятие

Эффективность компьютерной автоматизации предприятий определяется значительными успехами информационных технологий, базирующихся на разрабатываемых в последние годы технологиях обработки и передачи информационных потоков: CALS, CASE, WEB. Для полной или частичной автоматизации бизнес-процесса виртуального предприятия рекомендуется применять программные средства информационной технологии workflow (поток работ или данных), что позволит передавать документы, информацию или задания для выполнения необходимых действий от одного участника к другому в соответствии с набором процедурных правил.

Создание виртуальных предприятий требует проработки общей схемы совместного функционирования и взаимодействия составных частей. Это выводит на первый план вопросы проектирования, анализа и при необходимости реинжиниринга внутренних и совместных бизнес-процессов, юридического взаимодействия и интеллектуальной собственности.

1.3. Нормативнаябаза

Совместное многократное использование однажды созданной информации обеспечивается стандартизацией. Стандарты CALS определяют набор правил и регламентов, в соответствии с которыми строится взаимодействие участников процессов ЖЦИ. Существующие стандарты CALS можно структурировать по этапам жизненного цикла и по объекту описания [8, 19], табл. 1.3.

Таблица 1.3

CALS-стандарты

Основной стандарт электронного описания продукции ISO 10303 STEP определяет структуру базы данных об изделии, в том числе данных о составе изделия, вариантах конфигурации, свойствах и технических характеристиках, геометрических моделях и чертежах, иллюстрациях, данные о контрактах, изменениях и т. д. На основе стандартов семейства STEP:

• создание структурированного электронного хранилища конструкторских данных об изделии, интегрирующего процессы разработки и получаемые результаты в единое целое;

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3.Нормативная база

•подготовка лицензионной документации при продаже лицензии и передаче ее в электронном виде;

•обмен данными между предприятиями, применяющими разнородные системы автоматизированного проектирования.

Стандарт ISO 8879 (SGML) предназначен для создания электронных документов «страничного» типа. На основе стандартов семейства SGML решаются следующие задачи:

•подготовка электронной эксплуатационной и ремонтной документа-

ции;

•организация обмена электронными документами между предприятиями или с заказчиком.

Следующий блок стандартов и технологий – стандарты описания процессов. Наличие формализованного описания процессов необходимо для оптимизации всего их комплекса, от разработки до эксплуатации и утилизации. Для решения этой задачи применяется фактический международный стандарт IDEF/0 (FIPS 183). Электронное описание процессов представляет собой базу данных о материальных и информационных потоках, ресурсах. На

ееоснове решаются следующие задачи:

•анализ и реинжиниринг бизнес-процессов;

•проектирование информационной инфраструктуры, процедур и регламентов информационного взаимодействия;

•разработка регламентов и процедур обеспечения качества продукции и создания систем для обработки данных о качестве;

•разработка систем документооборота, должностных инструкций и др.

1.3.1. СтандартISO 10303 STEP

Стандарт ISO 10303 STEP (STandard for the Exchange of Product data) [www.iso.ch, www.prostep.org, www.pdes.de, www.steptools.com] – один из первых в семействе специализированных CALS-стандартов, является характерным примером информационного стандарта нового поколения, по образу

иподобию которого строятся последующие CALS-стандарты.

Всоответствии с названием STEP определяет «нейтральный» формат представления данных об изделии в виде информационной модели. Для обеспечения возможности единообразного описания изделий в различных прикладных областях предполагается, что создаваемые интегрированные информационные модели (в терминах стандарта «прикладные протоколы») создаются на базе типовых блоков («интегрированных ресурсов»), причем для описания схем данных используется специально введенный язык

Express [19].

Всоответствии с этим международным стандартом конструкторское электронное описание изделия (рис. 1.4) [2, 3] должно содержать структуру и вариант конфигурации изделия (изделие может иметь различные версии), геометрические модели и чертежи, свойства и характеристики составных частей и др.

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3.Нормативная база

Рис. 1.4. Логическая структура базы данных на изделие в соответствии с идеологией стандарта ISO 10303 STEP

Стандарт ISO 10303 включает в себя 8 разделов, тесно связанных друг с другом, каждый из которых, в свою очередь, состоит из томов. Перечень разделов включает в себя:

•методы описания;

•стандартные решения (методы реализации);

•структура и методология проверки на совместимость;

•общие интегрированные ресурсы;

•прикладные интегрированные ресурсы;

•прикладные протоколы;

•набор абстрактных тестов;

•элементы для конкретных приложений.

Данные о конструкции объекта, представленные в соответствии со стандартом STEP, могут быть использованы для технической подготовки производства, планирования потребностей, управления производством, создания интерактивных электронных технических руководств (ИЭТР). Ряд причин потребовал внедрения STEP в реальное производство. Первая – недостаток высококвалифицированных кадров. Многие компании хотели бы иметь специализированное программное обеспечение, оптимально настроенное на решение их задач, и упростить производство, но понимают, что неиз-

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3.Нормативная база

бежный переход к другой системе сделает их усилия тщетными, а данные устаревшими. За 20 лет развития систем компьютерного проектирования исчезли многие САПР, а их пользователи понесли значительные финансовые потери. Стандарт STEP позволяет избежать таких негативных последствий – он обеспечивает долговременный формат хранения данных, который позволит специализированным CAE-, CAD-, CAM-системам взаимодействовать с другими инструментальными средствами проектирования и производства как сегодня, так и в будущем. Технологии совместного использования данных упрощают создание виртуальных (электронных) предприятий и цепочек поставок. Использование STEP ускоряет разработку, улучшает кооперацию, повышает качество представления информации и эффективность управления проектными данными, облегчает обмен данными с заказчиками и поставщиками во всем мире.

Стандарт STEP планируется долговременно поддерживать различными системами. Это подтверждается постоянным ростом использования стандарта во всем мире.

ISO 10303 STEP описывает представление, функциональные характеристики, форматы хранения и обмена электронными моделями изделий. Электронное описание изделия должно содержать информацию, достаточную для описания полного жизненного цикла продукта: от разработки и анализа, производства, проверки качества, эксплуатации и ремонта до списания и утилизации. STEP описывает (см. рис. 1.4) геометрию, топологию, точность изготовления, взаимные связи компонентов, механические и другие физические свойства, структуру сборок, конфигурации изделий и многое другое. Некоторые части стандарта используются в качестве готовой модели данных для систем PDM (например ISO 10303-208), а другие описывают конкретную технологию представления данных для информационного обмена между предприятиями (например ISO 10303-21).

Для достижения указанных выше целей стандарт разделен на множество частей. Основные части стандарта завершены, и опубликованы документы со статусом IS – International Standard. Другие части стандарта разрабатываются и совершенствуются. Наиболее важной особенностью стандарта является его способность к расширению. STEP построен на объектноориентированном языке, который формально описывает структуру изделия и ориентирован на правильность и единственность представления любой технической информации, которой необходимо обмениваться. Эксперты используют язык под названием EXPRESS, чтобы детально представить информацию об изделии из определенной отрасли промышленности. Кроме этого язык EXPRESS может документировать взаимные связи документов и работать с базами данных. Эти связи являются точным стандартом для электронного описания изделия.

В табл. 1.4 приведена детальная структура стандарта STEP. Как видно из таблицы, в данном стандарте инфраструктурные части (интегрированные ресурсы и прикладные решения) отделены от специфичных отраслевых частей (прикладных протоколов AP 203, AP 214, AP 212, AP 220 и т. д.). Большая

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3.Нормативная база

часть инфраструктуры стандарта завершена и неизменна, но отраслевые протоколы, как было отмечено выше, допускают постоянные изменения и доработки.

Рассмотрим подробней некоторые разделы стандарта STEP [1].

Методы описания

Группа документов, включенных в тома с номерами 11, 12, предназначена для описания диалектов языка EXPRESS.

Том 11: Express language reference manual – основное руководство по языку EXPRESS. Содержит также описания расширения Express-C и графического варианта Express-G языка EXPRESS. Базовый язык приспособлен для описания и передачи статических свойств объектов приложений, т. е. параметров структур и ограничений. Поэтому Express-C включает средства описания динамических свойств объектов (добавлено описание событий и транзакций). Для наглядности представления языковых конструкций в EXPRESS предусмотрены графические средства изображения моделей, в качестве которых может использоваться специальное дополнение EXPRESS – язык диаграмм.

Таблица 1.4

Разделы и основные тома стандарта ISO 10303

Part 11 (IS): EXPRESS language reference Справочное руководство по языку EXPRESS manual

Part 21 (IS): Clear text encoding of the exСтруктура текстового обменного файла change structure

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3.Нормативная база

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3.Нормативная база

Part 213 (DIS): Numerical control process Программы ЧПУ для обработки деталей plans for machined parts

Part 230 (WD): Building structural frame: Строительные каркасы: стальные конструкции

Steelwork

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3.Нормативная база

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3.Нормативная база

Продолжение табл. 1.4

Part 324 (IS): Mechanical product definition Описание механических изделий в технолоfor process plans using machining features гических процессах с использованием ста-

ночного оборудования

Part 513 (IS): Elementary boundary representaЭлементарное граничное представление tion

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3.Нормативная база

Примечание: Обозначения статуса документов: IS – International Standard; DIS –

Draft International Standar; CD – Committee Draft; CDC – Committee Draft for Comments only – проект только для комментариев; In DV – в разработке.

Том 12: Express-I. Language Reference Manual. Express-I – расширение языка, предназначенное для описания отдельных экземпляров данных.

В настоящее время разрабатываются дополнения, относящиеся к следующим диалектам языка:

1.Express-M: Mapping definition language – язык описания отображений. Данный язык применяется для описания соответствий между сущностями и атрибутами некоторых моделей, представленных в виде схем на языке Express. Например, этими схемами могут быть два разных прикладных протокола, имеющих частично общие данные, или две схемы одного приложения, но созданные разными лицами (при отсутствии соответствующего АР). Одна схема есть схема-источник, другая – схема-цель. Схем-целей может быть несколько при одной схеме-источнике. Предложения Express-М транслируются на язык С. При этом результирующая программа представляет собой совокупность обращений к функциям базы данных SDAI

вSTEP-среде. Другими словами, транслятор относится к системе SDAI (см. том 22), a Express-M можно рассматривать как язык 4GL (4 Generation Language – язык 4-го поколения для структурированных запросов SQL) для обращений к функциям базы данных SDAI.

2.Express-X. Промежуточный язык, аналогичный Express-M и используемый для описания соответствий между типами данных в заданной исходной Express-схеме и создаваемыми новыми ее вариантами (views). В качестве views могут использоваться форматы с описанием того же множества сущностей, что и в Express-схеме, например формат IGES. Описанию языка

Express-X посвящен стандарт ISO 10303-14.

3.Express-P. Язык диаграмм для представления процессов, методов и коммуникационных структур.

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3.Нормативная база

4.Express-V. Язык, предназначенный для получения ARM-представлений из AIM-моделей (ARM-модель, переведенная в STEP), другими словами, для описания процедур поиска экземпляров Express-объектов, отвечающих заданным условиям, и доступа к ним, например, при создании новых ARM (модель представления данных с точки зрения пользователя). Cоздаваемые ARM-представления обычно не требуют столь всестороннего описания приложения, как в AIM, и потому могут быть существенно проще. В Express-V имеются:

•схема-источник (AIM), обычно это прикладной протокол, например

АР203;

•схема-цель, задающая сущности, которые должны быть в создаваемой частной модели;

•схема отображения нужных сущностей из источника в цель.

На языке Express-V описываются условия (в виде клозов WHEN) такого отображения. Для этого берется подходящая уже существующая AIM как источник, все совпадающие объекты переводятся в ARM, а затем описываются оригинальные объекты. Дополнительной возможностью реализаций Express-V является обратное отображение специфики создаваемой ARM в исходную AIM в целях развития прикладных протоколов.

Для возможности применения языка Express должны быть разработаны методы реализации, которые могут быть представлены средствами файлового взаимодействия, построением баз данных, интерфейсом с языками программирования.

Методыреализации

Группа документов, включенных в тома с номерами 21–29, называемая «Методы реализации», служит для реализации межпрограммного информационного обмена между прикладными системами в STЕР-среде.

В них предусмотрены межпрограммные связи с помощью обменного файла и доступа к базе данных.

Том 21: Clear Text Encoding of the Exchange Structure (physical transfer file. format) – однозначное шифрование структуры файла обмена. Том устанавливает правила оформления обменного файла. Обменный файл играет в STEP важную роль. Если собственно на языке Express определены сущности, то именно в обменном файле задаются экземпляры этих сущностей. Прикладные программы для связи со STЕР-средой должны читать и генерировать обменные файлы.

Том 22: Standard Data Access Interface Specification – спецификация ин-

терфейса стандартного доступа к данным. Том содержит описание SDAI системы представления данных и доступа к данным конкретных прикладных систем (чаще всего это системы CAD/САМ). Данные, участвующие в межпрограммных связях, образуют SDAI-модели. В системе SDAI предусматривается компилятор кода, конвертирующего эти модели в базу данных SDAI,

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3.Нормативная база

атакже функции обращения к этой базе данных. Возможно непосредственное построение прикладных систем, работающих с базой данных SDAI.

Тома с номерами 23–29 устанавливают правила обращения к данным в базе данных SDAI на языках программирования C++, С, Java на языке передачи данных в системах распределенных вычислений OE (оптический Интернет), языке разметки XML (расширение языка SGML).

Прикладныепротоколы

Прикладные протоколы создаются для однозначного понимания спецификаций приложений разными пользователями информационных моделей.

Прикладным протоколом в STEP называют информационную модель определенного приложения, которая описывает множество сущностей, имеющихся в приложении вместе с их атрибутами, и выражена средствами языка Express. Предполагается, что такая модель содержит в себе описание данных любой конкретной задачи соответствующего приложения, т. е. прак-

тические информационные модели прикладных задач оказываются частными случаями прикладных протоколов. Другими словами, прикладной прото-

кол выражает онтологию приложения, поскольку под онтологией понимают совокупность концепций, объектов, отношений и ограничений, выражающих семантику определенной предметной области.

Прикладные протоколы в стандарте ISO 10303 содержатся в томах, начиная с 201-го. Прикладные протоколы принято обозначать аббревиатурой АР (Application Protocols) с указанием номера, например, АР203, АР214. Для связи прикладной системы со STEP используемые ею данные должны быть описаны в соответствующем АР.

Как правило, прикладной протокол включает большое число сущностей и их атрибутов, описания АР составляют десятки страниц на языке Express или десятки рисунков на языке Express-G. Поэтому целесообразно использовать приемы группирования тесно взаимосвязанных сущностей для более лаконичной характеристики АР. Такими группами являются единицы функциональности (UoF – Units of Functionality). Используют также понятие классов соответствия (СС – Confomiance Classes) для классификации моделей.

Дадим краткую характеристику ряду основных прикладных протоко-

лов.

АР201: Explicit draughting – явное черчение. При использовании данного протокола оперируют такими понятиями, как структура чертежа, аннотация, геометрическая форма детали, группирование. В число сущностей входят спецификация, утверждение, номер листа, организация-исполнитель, слой, вид и т. п.

АР202: Associative draughting – ассоциативное черчение. Протокол относится к описанию конструкторской документации. В протоколе фигурируют данные, в значительной мере пересекающиеся с данными протокола АР201 и сгруппированные по UoF следующим образом:

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3.Нормативная база

1.Структура документации (иерархия, заголовки, утверждающие под-

писи).

2.Связь с изделием (версия, изготовитель).

3.Аннотация формы изделия (2D или 3D CAD-модель).

4.Связь модели с ее визуализацией (масштаб).

5.Форма аннотации (месторасположение аннотации, символы, заполняемые позиции).

7.Оформление документов (шрифты, цвета), размеры (допуски).

8.Группирование деталей по тем или иным признакам.

АР203: Configuration controlled design – проектирование с управляемой конфигурацией. Это один из важнейших прикладных протоколов. В нем унифицированы геометрические модели, атрибуты и спецификации: сборки; 3D- поверхности, разделенные на несколько классов; параметры управления версиями и внесением изменений в документацию и др. Описание протокола АР203 на языке Express представляет собой схему, в которой можно выделить следующие части:

1.Ссылки на заимствованные из стандартов ISO 10303-41, -42, -44 интегрированные ресурсы. Это ссылки на такие сущности, как контексты приложения и продукции, свойства изделий, массогабаритные характеристики, расположение координатных осей, типы кривых и поверхностей, указатели статуса контракта, предприятия, исполнители, даты и т. п.

2.Описания некоторых обобщенных типов, объединенных с помощью оператора SELEC ряд частных типов.

3.Описания сущностей, выражающих конструкции изделий.

В АР203 представлены шесть классов геометрических моделей. Класс 1 предназначен для задания состава изделий без описания геометрических форм. Класс 2 включает каркасные модели с явным описанием границ, например, в виде координат точек и определяемых с их помощью линий. В классе 3 каркасные модели дополнены топологической информацией, т. е. данными о том, как поверхности, линии или точки связаны друг с другом. Класс 4 служит для описания поверхностей произвольной формы. Классы 5 и 6 включают твердотельные модели, так называемые BREP (Boundary Representation). К классу 5 относятся тела, границы которых аппроксимированы полигональными (фасеточными) поверхностями, состоящими из плоских участков. В классе 6 поверхности, ограничивающие тела, могут быть как элементарными (плоскими, квадратичными, тороидальными), так и представленными моделями в форме Безье B-spline и др. [1].

4.Описание других используемых сущностей, относящихся к конфигурации изделия, например, таких, как вносимое в проект изменение с соответствующими атрибутами.

АР204: Mechanical design using boundary representations – конструиро-

вание механических деталей на основе твердотельных моделей. В протоколе введены такие сущности, как имя изделия, шифр, версия, сборочный узел, модель (элементарная, фасеточная или универсальная BREP-модель), цвет, ширина линий представления и т. п.

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3.Нормативная база

АР205: Mechanical design using surface representation –конструирование механических деталей на основе поверхностных моделей. Ряд понятий, используемых в этом протоколе, аналогичен понятиям протокола АР204, но используются поверхностные модели с границами, представленными геометрически или топологически.

АР207: Sheet metal die planning and design – проектирование штампов для листовой штамповки.

АР208: Life cycle management change process – управление процессами изменений в жизненном цикле (управление конфигурацией). Включает идентификацию фактов (недостатков), требующих внесения изменений, их причин, определяет действия по устранению недостатков и лиц, вносящих изменения.

АР209: Composite and metallic structural analysis and related design –

анализ композитных и металлических конструкций; комбинирование данных геометрии и управления конфигурацией с данными для анализа, например, с помощью метода конечных элементов. Поддерживаются статический и частотный анализ, 3D-сеточные модели для анализа с помощью метода конечных элементов; вводятся определения свойств сборок, средства для представления свойств композитных и однородных материалов.

АР210: Electronic assembly, interconnect and packaging design – ком-

поновка и проектирование межсоединений в электронной аппаратуре, управление конфигурацией, представление данных о печатных платах и сборках при их проектировании и передаче данных на производственную стадию. В протоколе используются данные о форме и материале изделия, размещении компонентов и имеющихся ограничениях, проводящих и изолирующих слоях, вносимых изменениях в проект и т. д.

АР211: PC A Integrated Diagnostics and test – тестирование и диагности-

ка электронной аппаратуры.

АР212: Electrotechnical design and installation – проектирование и мон-

таж электротехнических изделий. В протоколе описываются электротехнические системы на стадиях проектирования, монтажа, поставки. Имеются средства для представления функциональной декомпозиции систем, физического размещения оборудования и кабельных соединений, информационного обмена между частями систем, документирования, управления конфигурацией и др. При этом в протоколе не рассматриваются вопросы изготовления и моделирования аппаратуры. Примеры используемых в протоколе объектов: электротехнические системы и приборы, место размещения (installation_location), сигнал, терминал, проект, контракт, интерфейс, цепь соединения (connectivity), порт. Отдельную группу составляют объекты, представляемые графически. В протоколе описывается ряд опций, которые могут быть использованы в моделях. Состав этих опций зависит от класса соответствия. Всего в протоколе четыре класса (СС): СС1 – проектные данные (классификация, конфигурация, документация с двумерными схемами, структура) без функциональных аспектов и инсталляции; СС2 – класс 1 с добавлением функциональной информации (распределение функций между

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3.Нормативная база

частями системы, информационные потоки и др.); СС3 – класс 1 с информацией об инсталляции (двумерные чертежи с геометрической и пространственной информацией, схемы размещения оборудования); СС4 – полная совокупность данных – единиц функциональности протокола АР212, т. е. объединение СС1, СС2 и СС3.

AP2I3: Numerical control process plans for machined parts – проектиро-

вание технологических процессов для станков с ЧПУ. В протоколе введены средства для описания производственных операций, технологического оборудования и инструментов, материалов, геометрических форм и допусков изделий, рабочих мест, сопроводительных административных данных.

АР214: Core Data for Automotive Mechanical Design Processes –

основные данные для проектирования механических частей автомобилей.

Впротоколе имеются средства для представления данных о структуре

игеометрии изделий, презентации проектов, моделировании, производственных процессах (числовое управление, допуски, материалы) и др. В протоколе введено 19 классов соответствия моделей. Классы различаются видом модели (поверхностная, твердотельная, каркасная) и наличием данных по кинематике, допускам, управлению конфигурацией. Геометрические группы родственных понятий (сущностей, атрибутов), фигурирующих в приложении, сведены в АР214 в несколько UoF, имеющих непустые пересечения. Среди UoF выделяют следующие:

•G1: wireframe_model_2d (двухмерная каркасная модель), включает такие сущности, как геометрическая модель, точка, линия, кривая, гипербола, B-spline, 2D-каркасная модель и др.;

•G2: wireframe_model_3d (каркасная модель) с аналогичными сущностями, но в 3D-пространстве;

•G3: connected_surface_model (модель, состоящая из поверхностей соединенных по границам) предназначена для представления топологически ограниченных поверхностных моделей, включает ряд сущностей из G2 и G8,

атакже такие сущности, как кривая или точка на поверхности, цилиндрическая и тороидальная поверхности, конструктивная геометрия и др.;

•G4: faceted b rep model (модель, состоящая из набора плоских граней /фасеток/, аппроксимирующих криволинейные участки поверхностей), относится к ВRЕР-моделям с деталями, имеющими планарные поверхности и внутренние пустоты. Понятия точки, линии, плоскости взяты из G3 и G5, другие сущности – замкнутая фасеточная оболочка, твердотельное

BREP-многообразие (manifold solid В-rер (Boundary representation) – одно-

связное граничное представление твердого тела) и пр.;

•G5: b rep model (модель, представленная в виде граничного представления твердого тела поверхностями) – представление одного или более тел, каждое из которых состоит из замкнутых внешней и внутренних оболочек. Геометрия поверхностей выражена кривыми. Большинство понятий аналогично используемым в G3;

•G6: compound model (составная гибридная модель, состоящая из

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3.Нормативная база

твердотельных, поверхностных и каркасных элементов) – модели поверхностные, твердотельные, каркасные с топологически представленными соединениями. Примеры использования: выделение в телах зон с различными свойствами, выделение отдельных зон в сварной конструкции и т. п.;

•G7: csgj model (более полное название solid model using Constructive Solid Geometry) – получение модели с помощью булевых операций над заданными телами. Наряду с понятиями из предыдущих UoF здесь фигурируют понятия блок, примитив, результат булевой операции и др.;

•G8: geometrically_boundedjsurface_model UoF – геометрически огра-

ниченная поверхностная модель.

Среди других UoF можно отметить следующие:

S2: element structure – элементы структуры и аннотаций структуры, например: слой, образец, аспект формы, 2D- или 3D-преобразование, точность, расположение осей и т. п.;

S3: workingmanagement (рабочее управление) включает такие сущности, как операция, метод операции, контракт, порядок работ, изменение;

S6: classification (классификация) включает понятия классификации атрибутов и систем, иерархии и пунктов классификаций.

S7: specification control (управление спецификациями) включает описания свойств продуктов, имеющих большое число вариантов. Описываются классы продуктов, категории характеристик, способы декомпозиции продукции, ее функции. Вводятся сущности конфигурации, проектное ограничение, проектное решение, пункт решения, вариант размещения, спецификация и т. п.

АР215: Ship arrangement – расположение частей судна. В протоколе затрагиваются такие аспекты, как декомпозиция на пространственно выделенные части (например, грузовые отсеки, машинное отделение, каюты, переборки), форма корпуса, водоизмещение и т. п.

АР216: Ship moulded form – форма судна. Описываются общие характеристики, размеры, гидростатика, протяженные внутренние поверхности, геометрия надстроек.

АР217: Ship piping – система судовых трубопроводов. Протокол описывает геометрию трубопроводов, их прочность, материалы, анализ потоков, управление конфигурацией при проектировании.

АР218: Ship structures – конструкция судна. В данном приложении рассматриваются характеристики внутреннего устройства судна.

АР220: Process planning, manufacture and assembly of layered electronic product – производство печатных плат и сборок. В протоколе вводятся средства для представления 2D-геометрии размещения электронных компонентов на печатных платах, допусков, операций изготовления печатных плат и сборок, измерений и т. п.

АР221: Functional data and their schematic representation for process plant – функциональная модель и ее схемное представление для производственных процессов. Протокол предназначен для описания иерархического по-

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3.Нормативная база

строения предприятий химического, нефтеперерабатывающего производства, ядерной энергетики. В протоколе рассматриваются состав оборудования, система трубопроводов, характеристики потоков в них.

АР223: Exchange of design and manufacturing product information for casting parts – обмен проектными и технологическими данными для литейного производства. В протоколе предусмотрены следующие аспекты приложения: литье в песчаные формы, моделирование процессов литья, литейное оборудование и материалы, процессы плавления, заливки, охлаждения, экстракции, контроль и тестирование.

АР224: Mechanical product definition for process plans using machining features – описание механических деталей в виде примитивов для станочной обработки. В протоколе имеются средства для описания особенностей конструкции деталей (например, отверстий, бобышек, буртов), требований

ккачеству обработки, свойств материалов, геометрической формы и др.

Впротоколе выделены следующие основные единицы функциональности: особенности объекта обработки и свойства обрабатываемых заготовок (UoF включает такие сущности, как выступы, фаски, отверстия, путь обработки, параметры материала, обрабатываемой поверхности и др.), характеристики обработки (сущности, задающие форму и размеры материала, удаляемого при обработке), допуски на контролируемые параметры, характеристики профиля (сущности, позволяющие по 2D-профилям получать 3D-формы), управляющая документация (например, требования заказчика, порядок использования ресурсов), внесение исправлений в документацию, административные данные (автор, организация, утверждение), реквизиты (описание заказа на необходимые производственные ресурсы).

АР225: Building elements using explicit shape representation – элементы строительных конструкций с явным представлением их формы.

АР226: Ship mechanical systems – корабельное механическое оборудование. С помощью определений этого протокола описываются силовые установки, электрогенераторы, насосы, компрессоры, соединения компонентов, их функции, параметры шума, вибраций и т. п.

АР227: Plant spatial configuration – пространственная конфигурация предприятий.

АР228: Building services – heating, ventilation, and air conditioning – ин-

женерные службы в строительстве, теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха.

АР231: Process design and process specifications of majorequipment –

проектирование и описание основного оборудования. Протокол относится к концептуальному проектированию, контролю, моделированию, материалам оборудования предприятий химической и нефтегазовой промышленности.

АР232: Technical data packaging core information and exchange – пред-

ставление и обмен техническими данными. Протокол посвящен взаимодействию систем управления данными разных проектирующих систем. Объектами описания служат проектные данные как выраженные средствами прикладных протоколов, так и не соответствующие стандартам STEP. Это чертежи,

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3.Нормативная база

программы для оборудования с ЧПУ, модели проектируемых объектов, спецификации, бизнес-документация и др.

АР233: Systems engineering data representation – представление данных для «системной инженерии». Имеются в виду данные (единицы функциональности), характеризующие состояния системы и ее параметры (например, цена, производительность, надежность, технологичность, контролепригодность и т. п.), связанные с требованиями к продукту, его функциональной архитектурой, поведением, управлением конфигурацией. Рассматриваются как количественные, так и лингвистические (в том числе нечеткие) переменные вместе с единицами измерения.

Типовыефрагментыинформационныхмоделей

В прикладных протоколах широко используются типовые фрагменты информационных моделей, встречающиеся более чем в одном приложении. Эти фрагменты называют интегрированными общими и прикладными ресурсами.

Группа стандартов STEP (тома с номерами 41–50), называемая «Интегрированные общие ресурсы», предназначена для описания общих для приложений ресурсов (частей моделей).

Тома с номерами 101–199 отведены для документов, относящихся к более специальным средствам, называемым интегрированными прикладными ресурсами.

Группа документов, включенных в тома с номерами, начинающимися с тома 501, служит для описания данных о геометрических элементах и моделях некоторых конкретных типовых объектов и конструкций, часто используемых в ряде интегрированных ресурсов и прикладных протоколов. Например, описание геометрических объектов в виде поверхностей Безье или B- spline могут использоваться во многих прикладных протоколах. Поэтому подобные общие описания вынесены в группу прикладных компонентов.

Ниже приведены краткие сведения об основных протоколах STEP, описывающих интегрированные ресурсы и прикладные компоненты.

Том 41: Fundamentals of product description and support – основы описа-

ния и поддержки изделий. В томе определяются такие понятия и группы сущностей, как продукт, представление формы (shape_representation), опера-

ция (action), контекст-аспект описания (application and product context), ста-

тус утверждения (approval), контракт, дата, типы документов, исполнители (организации и персоналии), единицы измерения длины, площади, массы, температуры и др.

Том 42: Geometric and topological representation – представление гео-

метрии и топологии. В томе определен ряд сущностей, их набор близок к набору, используемому в таком стандарте, как IGES. В частности, используются следующие понятия: положение координатной оси (axis placement), моде-

ли кривых в форме B-spline (b_spline_curve) и Безье (bezier_curve), модели поверхности в форме B-spline (b_spline_surface), рационального

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3.Нормативная база

B-spline (rational b_spline_surface) и Безье (bezier_surface), точка в декарто-

вых координатах (cartesian point), преобразование декартовых координат

(cartesian_transformation operator_3d), геометрический аспект (geometric_representation_context), полигональная поверхность (offset_surface), поверхность вращения (surface_of_revolution) и др.

Том 43: Representation structures – представление структур. Том содержит средства описания аспектов документации, ее атрибутов, составных частей и т. п.

Том 44: Product structure configuration – конфигурация структуры изде-

лия.

Том 45: Materials. В томе представлены способы описания свойств материалов.

Том 46: Visual Presentation – визуализация. Том построен на базе положений, ранее принятых в стандартах GKS (Graphic Kernel System – системное графическое ядро) и PHIGS (Programmers Hierarchical Interactive Graphic System – программируемая иерархическая интерактивная графическая система). Вводятся группы терминов, относящихся к представлению (presentation), визуализации (visualization), цвету и др.

Том 49: Process structure and properties – структура процессов и свой-

ства.

Том 101: Draughting. В томе определяются сущности, относящиеся к процедурам черчения.

Том 104: Finite element analysis – анализ с помощью метода конечных элементов. Описание стандарта на языке Express состоит из нескольких схем. В одной из них задаются геометрические аспекты модели. В стандарте описываются следующие типы данных: система координат (декартова, цилиндрическая, сферическая); виды конечных элементов (объемный, поверхностный 2D или 3D, участок 2D- или 3D-кривой), форма элемента (линейный, квадратичный, кубический); степень свободы; параметры и дескрипторы элементов, позиция элемента, свойства элементов (например, масса, момент инерции, жесткость), материал и его свойства (плотность, эластичность, тепловое расширение), группа элементов и др.

В другой схеме основное внимание уделено математическим представлениям. Например, здесь фигурируют такие сущности и типы данных, как тензоры; переменные, характеризующие напряжения; приложенные нагрузки; погрешности; шаги анализа и т. п.

Том 105: Kinematics – кинематика.

Том 107: Engineering analysis core ARM – ядро инженерного анализа.

Том 501: Edge-based wireframe – каркасная модель на основе граней. Том 502: Shell-based wireframe – каркасная модель на основе оболочек.

Том 503: (CD): Geometrically bounded 2D wireframe – 2D каркасная мо-

дель с геометрически заданными границами.

Том 512: Faceted boundare representation – полигональное представле-

ние поверхностей деталей.

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3.Нормативная база

Российскиестандарты

Ряд томов стандарта STEP 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 И-99 – справочное руководство по языку EXPRESS, ГОСТ Р ИСО 10303-21-99 – то же по обменному файлу, ГОСТ Р ИСО 10303-41-99 – описание интегрированных родовых ресурсов. Перечисленные документы соответ-

ствуют стандартам ISO 10303-1, ISO 10303-11, ISO 10303-21, ISO 10303-41.

В 1999–2003 годах Госстандартом РФ выпущена серия ГОСТ Р ИСО 10303, представляющая собой аутентичный перевод некоторых стандартов ISO 10303, который поддерживается большинством современных зарубежных и отечественных систем CAD/САМ и PDM. К указанной серии ГОСт относятся: ГОСТ Р ИСО 10303-31-2002, ГОСТ Р ИСО 10303-21-99, ГОСТ Р ИСО 10303-41-99, ГОСТ Р ИСО 10303-1-99.

За 15 лет существования EXPRESS и STEP сформировали целую от-

расль с ведущими фирмами Steptool, EuroSTEP, PDT Solutions, PDTAG, PDES

и др. Но, несмотря на успехи, методология и технология STEP/EXPRESS требуют дальнейшего совершенствования. Так, в частности, необходимо выйти за рамки описания «продукция и технологии» и, включив вопросы бизнеса, согласовать работу с другими организациями: CSMF (Conceрtual Schema Modelling Facilities – обеспечение моделирования концептуальных схем) и

CDIF (CASE Data Interchange Format – обмен средствами разработки CASE) в

рамках объединенного технического комитета ISO и Международной электротехнической комиссии (ISO/IEC JTC1), с консорциумом WWW (Word Wide Web Consorcium (W3C) – разрабатывает технологии обмена информацией по Интернет), базовыми подгруппами OMG (Object Management Group – группа управления объектами), группой KIF (Knowledge Interchange Format – язык обмена знаниями), ANSI ASC X3T2, а также OAG (Open Application Group –

группа открытых приложений).

1.3.2. МетодологияфункциональногомоделированияIDEF

Общая методология IDEF, согласно стандарту IDEF0-2000, состоит из трех частных методологий моделирования, основанных на графическом представлении систем:

•IDEF0 используется для создания функциональной модели, отображающей структуру и функции системы, а также потоки информации и материальных объектов, связывающие эти функции;

•IDEF1 применяется для построения информационной модели, отображающей структуру и содержание информационных потоков, необходимых для поддержки функций системы;

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3.Нормативная база

•IDEF2 позволяет построить динамическую модель меняющихся во времени поведения функций, информации и ресурсов системы.

Кнастоящему времени наибольшее распространение и применение имеют методологии IDEF0 и IDEF1 (IDEF1X), получившие в США статус федеральных стандартов.

В связи с расширяющимся применением информационных технологий и, в частности, CALS-технологий в народном хозяйстве Российской Федерации был принят руководящий документ по применению стандарта IDEF/0, где приводятся основные сведения о методологии IDEF0 и графическом языке описания моделей, а также некоторые практические рекомендации по разработке таких моделей.

Основной концептуальный принцип методологии IDEF – представление любой изучаемой системы в виде набора взаимодействующих и взаимосвязанных блоков, отображающих процессы, операции, действия, происходящие в изучаемой системе. 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 (рис. 1.5).

Ограничительная Предписывающая информация информация

Рис.1.5. Бизнес-процесс в виде, регламентированном стандартом IDEF/0

Для эффективного моделирования и получения результатов в соответствии со сроками и сметами управление проектом должно представлять собой процесс, в ходе которого координируется работа авторов, экспертов и

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3.Нормативная база

тех, кто принимает окончательную версию модели системы или ее части. Процесс моделирования иллюстрируется рис. 1.6. Диаграмма отражает тот факт, что этот процесс – итеративная процедура, приводящая к точному описанию системы.

IDEF0-методология представляет собой четко формализованный подход к созданию функциональных моделей – структурных схем изучаемой системы. Схемы строятся по иерархическому принципу с необходимой степенью подробности и помогают разобраться в том, что происходит в изучаемой системе, какие функции в ней выполняются и в какие отношения вступают между собой и с окружающей средой ее функциональные блоки. Совокупность схем (IDEF0-диаграмм) образует модель системы. Эта модель носит качественный, описательный, декларативный характер. Она принципиально не может ответить на вопросы о том, как протекают процессы в системе во времени и в пространстве, каковы их характеристики и в какой мере удовлетворяются (или не удовлетворяются) требования, предъявляемые к системе. В этом случае рекомендуется переходить к другим моделям – математическим, имитационным моделям, описывающим процессы в функциональных блоках IDEF0-модели.

Рис. 1.6. Функциональная модель проектирования печатного узла: ЭХ – электрические характеристики схемы, ЭРЭ – электрорадиоэлементы, ПУ – печатный узел, ПП – печатная плата

По терминологии, принятой в исследовании операций, IDEF0-модели относятся к классу концептуальных. Именно концептуальные модели являются основой построения математических моделей. Пытаться «нагрузить» концептуальную модель количественными соотношениями не следует

– это разные уровни абстракции. Этим объясняется существование

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3.Нормативная база

специальной методологии IDEF2, предназначенной для моделирования динамических процессов в функциональных моделях (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Описание динамических процессов в функциональных моделях

Сущность –А/1

Рис. 1.8. Модель данных в виде, регламентированном стандартом IDEF/1

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3.Нормативная база

Рис. 1.9. EXPRESS-G диаграмма идентификации изделия

IDEF1 разработана с учетом таких требований, как простота изучения и возможность автоматизации. IDEF1-диаграммы используются рядом распространенных CASE-средств (в частности ERwin, Design/IDEF), рис. 1.8. Сущность в методологии IDEF1 является независимой от идентификаторов или просто независимой, если каждый экземпляр сущности может быть

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3.Нормативная база

однозначно идентифицирован без определения его отношений с другими сущностями.

В качестве примера можно привести информационную модель, построенную на основе IDEF1 и описывающую информационные требования и ограничения в структуре базы данных PDM STEP Suite, которая представляется в графической форме на языке EXPRESS-G (рис. 1.9).

1.4. Интерактивныеэлектронныетехническиеруководства

Потребитель является полноправным участником ЖЦИ на этапе эксплуатации изделия и ему необходимо обеспечить доступ в ЕИП. Однако использование для этих целей PDM-системы нецелесообразно в силу ее большой стоимости и значительного срока внедрения и освоения. Учитывая это, а также то, что потребителю необходимы только эксплуатационные данные об изделии, в качестве средства доступа к ЕИП он будет использовать не PDM- систему, а интерактивные электронные технические руководства (ИЭТР). Интерактивное электронное техническое руководство – это техническое руководство, предоставляемое заказчику в электронной форме на мобильном носителе, либо при помощи Internet [1–3].

Интерактивное электронное техническое руководство предоставляет пользователю следующие возможности:

•отображение информации в удобном для пользователя виде (техническое руководство, каталог деталей, информация для заказа запчастей и т. д.);

•возможность обновления информации об изделии в связи с ремонтом, модификацией, применением особых, новых материалов при обслуживании;

•возможность использования встроенных в систему документации поисковых и диагностических систем.

Сточки зрения концепции CALS, предусматривающей преемственность в передаче информации на всех стадиях жизненного цикла, ИЭТР – это документ, формируемый в значительной степени автоматически на основе конструкторского описания изделия. Если в подразделении, в котором создается ИЭТР, используется PDM-система, то все исходные материалы (текстовые, графические, звуковые и т. д.) берутся из нее в готовом виде.

Общие требования к содержанию, стилю и оформлению ИЭТР перечислены в ГОСТ Р 50.1.029–2001, а требования к логической структуре базы

данных ИЭТР в ГОСТ Р 50.1.030–2001.

Информационное наполнение ИЭТР происходит главным образом на стадиях разработки и производства изделия, а применение ИЭТР на стадии эксплуатации и утилизации (рис. 1.10) .

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.4.Интерактивные электронные технические руководства

Информационно-техническое сопровождение изделия

И Э Т Р

ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ ИЗДЕЛИЯ

Рис. 1.10. Место ИЭТР в ЖЦИ

В целом ИЭТР – это структурированный комплекс взаимосвязанных технических данных, призванный предоставить в интерактивном режиме справочную и описательную информацию об эксплуатационных и ремонтных процедурах, связанных с конкретным изделием. Самые сложные ИЭТР дают возможность прямого взаимодействия с модулями диагностики изделий, а также организации автоматизированного заказа запасных частей и материалов. Это руководство включает в себя базу данных (БД), в которой хранится вся информация об изделии, и электронную систему отображения (ЭСО), предназначенную для визуализации данных и обеспечения интерактивного взаимодействия с пользователем. Информация в нем может быть представлена в виде текста, графических изображений, 3D-моделей, анимационных, аудио- и видеороликов, наглядно показывающих отдельные операции по обслуживанию или ремонту изделия. Информационное наполнение ИЭТР осуществляется главным образом на стадиях разработки и производства изделия, а его применение соответствует стадиям эксплуатации и утилизации.

На российском рынке представлено несколько программных продуктов для создания ИЭТР. Из специального ПО можно выделить Technical Guide Builder – разработка отечественного НИЦ CALS-технологий «Прикладная логистика» (параграф 2.3), а также зарубежные программные средства Adobe FrameMaker 6 + SGML фирмы Adobe, PIDOC Suite фирмы PI Associes SA, Change 6, 7 & 8 Authoring Pack for FrameMaker+SGML компании Mekon Ltd, AcquirED и LBSTrain фирмы Logistics Business Systems.

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.4.Интерактивные электронные технические руководства

На практике выделяют несколько классов ИЭТР, каждый из которых характеризуется определенной функциональностью и стоимостью:

Класс 1 – бумажно-ориентированные электронные документы. Отсканированные страницы бумажных руководств. Электронный документ – копия бумажного руководства. Преимущества: большие объемы бумажной документации заменяет компактный электронный носитель. Недостатки: не добавляет никаких новых функций по сравнению с бумажными руководствами.

Класс 2 – неструктурированные документы. Текстовые электронные документы. Преимущества: возможность использования аудио- и видеофрагментов, графических изображений и возможность осуществлять поиск по тексту документа. Недостатки: ограниченные возможности обработки информации.

Класс 3 – структурированные документы. Начиная с класса 3, руководства представляют собой документы, имеющие три компонента: структура, оформление и содержание. Кроме того, начиная с класса 3, ИЭТР имеют стандартизированный интерфейс пользователя. Преимущества: существует возможность стандартизировать структуру, оформление и пользовательский интерфейс руководств (например, в соответствии с отраслевыми стандартами на эксплуатационную документацию), стандартизированный интерфейс пользователя позволяет облегчить работу с ИЭТР. Недостатки: при создании руководств к сложным промышленным изделиям появляются проблемы управления большим объемом информации.

Класс 4 – интерактивные базы данных. Руководства данного класса используют для хранения информации СУБД. Преимущества: можно создавать технические руководства большого объема. Недостатки: отсутствие системы диагностики изделия.

Класс 5 – интегрированные базы данных. Дают возможность прямого взаимодействия с электронными модулями диагностики изделий, что существенно облегчает обслуживание и ремонт изделия. Преимущества: возможность проведения диагностики изделия. Недостатки: очень высокая стоимость создания. Вариант использования конкретного класса ИЭТР зависит от сложности изделия, финансовых и технических возможностей пользователя.

Использование ИЭТР дает следующие преимущества по сравнению с традиционными бумажными техническими руководствами:

•сокращение на 20–25 процентов сроков освоения новых изделий потребителем;

•обновление информации гораздо проще, чем в бумажных руково-

дствах;

•встроенная система диагностики неисправностей.

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.5.Вопросы защиты информации

•нарушение непрерывности работы системы;

•несанкционированный доступ к системам или данным. Сюда же относится и промышленный шпионаж в форме перехвата данных по внутренним или внешним сетям, например по Internet или Intranet;

•несанкционированное изменение данных;

•несанкционированное раскрытие данных. Если предусматривается совместное использование прав на интеллектуальную собственность, нужно быть уверенным, что партнеры одинаково заинтересованы в защите интеллектуальных прав;

•недостаточность ресурсов системы.

Кроме того, при электронном обмене данными существует опасность отказа от совершенного действия как со стороны отправителя, так и со стороны получателя, например, поставщик может отрицать факт получения заказа.

Возможность реализации каждой из перечисленных угроз следует сопоставить со стоимостью защиты от нее и, исходя из этого, определить объем мер защиты. Каждый риск следует оценивать в категориях стоимости уязвимых элементов. Существуют различные сложные количественные методы оценки, но в большинстве случаев можно обойтись простым качественным делением на группы малого, среднего и высокого риска и его последствий. Оценив последствия наступления риска при взломе системы защиты информации, следует рассмотреть все вероятные последствия, в том числе: продолжительность простоя (точки зрения задержки поставки и времени на восстановление); утрату делового доверия; размер судебных издержек; антирекламу и пр. [1-3].

Весьма важно обеспечить должную защиту CALS-системы и одновременно избежать ненужных расходов на излишние меры безопасности. Задача заключается в том, чтобы выбрать наиболее подходящие меры из широкого набора потенциальных решений, таких как:

•физические методы обеспечения безопасности за счет ограничения доступа персонала в помещения;

•процедурная безопасность, начиная от проверки служащих, имеющих дело с закрытой информацией, до контроля их подготовки к процедурам выполнения работ;

•использование сетевых экранов, способных изолировать сети и хранилища данных компании от внешних коммуникационных сетей. При таком методе любая пересылка файлов происходит через промежуточный контрольный пункт, что исключает возможность прямого доступа и позволяет производить проверку данных;

•сетевые экраны весьма действенны при защите локальных информационных сетей, но они ничего не дают для защиты данных в момент их прохождения по внешним сетям;

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.5.Вопросы защиты информации

•внедрение виртуальных частных сетей;

•антивирусная защита;

•введение жесткого контроля за всей пересылкой файлов путем назначения лица, выполняющего роль «контролера данных»;

•введение функции «для чтения» как фактического стандарта на доступ к данным;

•изоляция данных и контроль за доступом к различным частям хранилища данных;

•специальная защита коммерческих и других закрытых данных;

•методы аутентификации по установлению правильности и идентификации инициаторов сообщений, включая применение паролей доступа, смарт-карт, криптографии, различных форм квитирования и т. д.;

•апробированные методы управления электронными записями в сочетании с аудиторским проверками и «аутентификацией» для предотвращения случаев отказа от пересылки или получения пересылаемых данных;

•должное планирование на случай аварийных ситуаций с хорошо документированными и апробированными процедурами резервирования;

•набор методов для обеспечения целостности сообщений, включая проверку транзакций, подтверждения сообщений, шифрование;

•использование паролей, смарт-карт и шифрования для предотвращения раскрытия данных несанкционированным получателям;

•надежные процессы контроля версий и конфигурации.

Практическая организация безбумажных бизнес-процессов возможна только при обеспечении легитимности электронного документа, заверенного ЭЦП. Техническим комитетом 431 «CALS-технологии» Госстандарта РФ в настоящее время разрабатывается проект соответствующего государственного стандарта, в котором электронный технический документ трактуется как «оформленная надлежащим образом в установленном порядке и зафиксированная на машинном носителе техническая информация, которая может быть представлена в форме, пригодной для ее восприятия человеком». Электронный технический документ логически состоит из двух частей: содержательной и реквизитной (рис. 1.12).

Первая представляет собой собственно информацию, а вторая содержит аутентификационные и идентификационные данные электронного технического документа, в том числе набор обязательных атрибутов, одну или несколько электронно-цифровых подписей.

Электронная цифровая подпись представляет собой набор знаков, генерируемый по алгоритму, определенному ГОСТ Р 34.0–94 и ГОСТ Р 34.–94. Электронная цифровая подпись является функцией от содержимого, подписываемого электронного технического документа и секретного ключа. Секретный ключ (код) есть у каждого субъекта, имеющего право подписи, и может храниться на дискете или смарт-карте. Второй ключ

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.5.Вопросы защиты информации

(открытый) используется получателями документа для проверки подлинности ЭЦП. При помощи ЭЦП можно подписывать отдельные файлы или фрагменты баз данных. В последнем случае программное обеспечение, реализующее ЭЦП, должно встраиваться в прикладные автоматизированные системы [43].

Рис. 1.12. Структура электронного технического документа

Первая представляет собой собственно информацию, а вторая содержит аутентификационные и идентификационные данные электронного технического документа, в том числе набор обязательных атрибутов, одну или несколько электронно-цифровых подписей.

Процедура ЭЦП основана на математических принципах так называемых «систем с открытым ключом». В подписи используется индивидуальное число (закрытый ключ) пользователя, которое порождается при помощи генератора случайных чисел и сохраняется пользователем в секрете все время его действия. Для проверки подлинности цифровой подписи применяется другое число, так называемый «открытый ключ проверки цифровой подписи» (или кратко – «открытый ключ»), который по известному алгоритму вычисляется из индивидуального закрытого ключа и предоставляется всем, кому это необходимо, для проверки подлинности цифровой подписи. Общая схема использования ЭЦП изображена на рис. 1.13.

Электронная цифровая подпись представляет собой математическую функцию (hash) от содержимого подписываемых данных (data) и секретного ключа автора (secret_кey), вычисляемую по стандартизованному алгоритму

[ГОСТ 34.10–2002]:

Sign = h (data, secret_key).

В результате вычисления хэш-функции формируется пара чисел – префикс и суффикс электронно-цифровой подписи [ГОСТ 34.10–2002]. Байтовые представления полученных чисел, записанные друг за другом, объявляются цифровой подписью.

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.5.Вопросы защиты информации

Рис. 1.13. Алгоритм применения ЭЦП

Для проверки подлинности подписей должны использоваться открытые ключи, которыми участники процесса совместной работы с данными должны обменяться друг с другом. Однако при большом числе участников такая процедура может оказаться организационно и технически сложной. Одним из возможных решений является использование сертификатов ключа.

Для этой цели некое доверенное лицо принимает на себя функции центра сертификации ключей. Это означает, что доверенное лицо формирует для каждого открытого ключа пакет данных, содержащий собственно открытый ключ и данные о его владельце (имя, должность и т. д.), и подписывает его собственной ЭЦП. Такой пакет данных называется сертификатом ключа. В свою очередь, открытый ключ центра сертификации может быть заверен центром сертификации более высокого уровня. В результате образуется

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.5.Вопросы защиты информации

цепочка сертификатов от ключа проверки подписи конечного пользователя до самого верхнего (главного) центра сертификации (ЦС), в которой авторство подписи на предшествующем сертификате удостоверяется последующим сертификатом. Сертификаты не содержат в себе никакой конфиденциальной информации, могут распространяться в открытом виде по сетям передачи данных или присоединяться к подписываемым данным.

Процедура проверки подлинности подписи включает в себя следующую последовательность шагов. Сначала из ЭЦП подписи выделяются ее префикс и суффикс. Затем с использованием процедуры хэширования и открытого ключа вычисляется значение, которое должно быть префиксом ЭЦП. Затем оба полученных значения сравниваются. Если они совпадают, то данные считаются подлинными. Если полученные значения не совпадают, подпись считается недействительной.

Таким образом, для проверки подписи необходим открытый ключ или его сертификат. Использование сертификата предпочтительнее, поскольку он содержит не только открытый ключ, но и данные об авторе.

Как уже отмечалось выше, ЭЦП может быть вычислена как для файла (формируемого электронного документа), так и для любого фрагмента базы данных. Технологии использования ЭЦП для этих случаев имеют различия.

При использовании в качестве формы представления информации электронного документа в него помимо ЭЦП необходимо включить сертификат, поскольку в противном случае идентификация автора будет затруднена. Соответственно, корректно оформленный электронный документ должен содержать, помимо содержательной части, заголовок, одну или несколько ЭЦП

исоответствующее число сертификатов.

1.6.ВнедрениеCALS-технологий напромышленныхпредприятиях

Для того чтобы интеграция данных стала давать ощутимую отдачу, необходимо разработать продуманную стратегию ее внедрения и четко следовать ей (рис. 1.14):

•формирование рабочей группы;

•анализ существующих бизнес-процессов;

•реинжениринг бизнес-процессов;

•выбор и приобретение PDM-системы;

•разработка стандартов предприятия;

•наполнение PDМ;

•пилотные проекты.

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.6.Внедрение CALS-технологий на промышленных предприятиях

1.Формированиерабочейгруппыиструктуры техническогоинструментариятехнологии

Рабочая группа должна включать как сотрудников производственных отделов предприятия (конструкторов, технологов и т. д.), так и специалистов отдела автоматизации (программистов и системных аналитиков). Все сотрудники рабочей группы должны пройти обучение по соответствующим CALS-технологиям и программным продуктам. Для сохранения преемственности решений необходимо иметь рабочую группу с постоянным составом в течение всего процесса внедрения CALS-технологий.

Технические средства CALS-технологии проектирования изделий на предприятии могут быть представлены следующей иерархической структу-

рой (рис. 1.15).

Рис. 1.14. Этапы внедрения CALS-технологий на предприятии

На нижнем уровне иерархической структуры находятся рабочие места системных аналитиков, конструкторов, программистов, математиков, руководителей проекта и его частей.

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.6.Внедрение CALS-технологий на промышленных предприятиях

Сервер БД

Машрутизатор

3-й уровень

Сервер приложений

1-й уровень

Рис. 1.15. Структура технического инструментария технологии

В качестве рабочих мест разработчиков всех специальностей целесообразно использовать ПЭВМ, что существенно снизит нагрузку на верхние уровни структуры и повысит реактивность системы в ее наиболее ответственном звене.

Использование в качестве рабочих станций мощных ПЭВМ обеспечивает необходимую производительность, требуемую для разработчиков. Объединение рабочих станций с помощью локальной сети позволяет организовать информационное взаимодействие разработчиков одного предприятия между собой.

На втором уровне технических средств должны стоять ЭВМ, обеспечивающие сопровождение конкретного проекта. Возможности этих ЭВМ должны быть выше ПЭВМ, особенно в части объемов памяти. К ЭВМ второго уровня по локальной сети подключаются рабочие места всех участников проекта.

Возможности ЭВМ третьего уровня должны позволять организовать БД для сопровождения всех проектов, ведущихся на предприятии, а также решать задачи, связанные с администрированием проектов, с взаимодействи-

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.6.Внедрение CALS-технологий на промышленных предприятиях

ем проектов и взаимодействием со смежными предприятиями. В большинстве организаций среднего размера многопользовательская БД хранится на специально организованном сервере хранилище (Vault) под управлением СУБД (обычно Oracle, реже DB2 или InterBase). Эта СУБД управляется специализированным программным обеспечением для электронного документооборо-

та PDM.

Наиболее рациональным представляется подход, который позволит постепенно наращивать возможности технологической системы. Внедрение CALS-технологии разработки изделий может быть выполнено по следующим этапам:

•автоматизация задач, выполняемых на этапах жизненного цикла отдельными разработчиками;

•интеграция задач, выполняемых разработчиками на различных этапах жизненного цикла;

•автоматизация процессов управления и разработки проектов путем повышения «интеллектуальности» системы.

В результате реализации первого этапа появится возможность на этапе разработки и внедрения технологии лучше понять и уточнить требования к системе как пользователя, так и самим разработчикам информационной технологии. На этом этапе все рабочие места объединяются с помощью локальной сети.

На втором этапе интегрируются задачи, выполняемые одновременно несколькими разработчиками. Для этого необходимо связать рабочие места

ивысокопроизводительные ЭВМ в единую распределенную вычислительную систему, обеспечивающую решение задач, которые требуют работы в режиме реального времени и/или территориального распределения.

На третьем этапе внедрения технологии выполняется полная интеграция процессов управления и разработки. Это позволит достичь того уровня технологии, при котором многие решения по проектированию будут приниматься либо самой ЭВМ, либо проектировщиком в процессе интеллектуального общения с ЭВМ.

2. Анализиреформирование(реинжиниринг) бизнес-процессов

Технологии анализа и реинжиниринга бизнес-процессов являются средством, которое дает возможность реформировать и усовершенствовать процессы деятельности предприятия. К таким процессам относятся конст- рукторско-проектные разработки, процессы снабжения и материальнотехнического обеспечения, технологические и производственные процессы, процесс сопровождения продукта после его продажи. Любое мероприятие, связанное с внедрением CALS, должно быть обусловлено реальными потребностями предприятия. Это могут быть внутренние потребности, возникшие в ходе реализации общей стратегической задачи по повышению конкурентоспособности бизнеса, либо внешние потребности, возникшие в ответ на тре-

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.6.Внедрение CALS-технологий на промышленных предприятиях

бования важного заказчика. В обоих случаях присутствует наличие желания упростить и оптимизировать процессы.

В зависимости от потребностей предприятия в оптимизации бизнеспроцессов стратегия проведения работ может быть следующей:

•автоматизация существующих процессов;

•замена существующих процессов;

•адаптация существующих процессов к особенностям новых систем, новым возможностям, новой инфраструктуре бизнеса;

•отдельные улучшения.

Для того чтобы оценить, какая из указанных стратегий является наилучшей, необходимо четко разобраться в материальных и информационных потоках информации. Если проводимые реформы продиктованы отношениями с клиентами, то следует сфокусировать все внимание на вопросах обеспечения и поддержки клиента. Вместе с тем можно воспользоваться появившейся возможностью и расширить область реформирования на другие процессы внутри организации. Если организация широко сотрудничает с другими предприятиями и располагает средствами взаимодействия со многими заказчиками и поставщиками, то в число рассматриваемых процессов стоит включить процессы взаимодействия с заказчиками, партнерами и поставщиками. Если основным стимулом реорганизации является желание внедрить методы «наилучшей современной практики», то необходимо провести широкомасштабное совершенствование бизнес-процессов предприятия [37].

Для наглядного представления структуры и взаимодействия бизнеспроцессов используется их функциональная модель в виде, регламентиро-

ванном стандартом IDEF/0 (FIPS PUB 183).

Важнейшей особенностью метода является то, что описание строится вокруг процессов, а не вокруг оргструктуры. Из описания процесса видно кто в него вовлечен, т. е. какие элементы оргструктуры задействованы, виден перечень работ, фактически выполняемых подразделением.

Установив, что и как происходит в существующих процессах, следует перейти к поиску путей совершенствования процессов, экономии времени, усилий и ресурсов. Сущность анализа процессов заключается в изучении их характеристик и составных частей, таких как:

• число и характер взаимосвязей между составными частями процес-

сов;

•затраты и их распределение внутри бизнес-процессов;

•потенциал используемых ресурсов (персонала, оборудования, инфраструктуры);

•фактическая загрузка используемых ресурсов.

Таким образом, выявляется фактическая картина состояния «как есть», что уже само по себе является чрезвычайно важным результатом, необходимым для принятия управленческих решений.

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.6.Внедрение CALS-технологий на промышленных предприятиях

Анализ и моделирование бизнес-процессов являются серьезным инструментом повышения эффективности работы предприятия, поскольку:

•представление о работе предприятия как о выполнении совокупности бизнес-процессов позволяет руководителю по-новому взглянуть на процесс функционирования подчиненной ему структуры, а рядовым сотрудникам осознать свое место и обязанности в ней;

•модель бизнес-процессов предприятия служит источником объективной информации о выполняемых функциях и связях между ними;

•использование количественных характеристик (затрат на выполнение функции, производительности функции и механизма, мощности функции и механизма, коэффициентов загрузки) позволяет оценить оптимальность организации бизнес-процессов и их составляющих, определить источники потерь, контролировать целенаправленно вносимые в систему изменения, обеспечивать оптимальную работу предприятия и взаимодействие его работников при решении различных задач.

Логическая последовательность действий по реформированию процессов должна начинаться с анализа возможности упрощения процесса и сокра-

щения количества операций в нем за счет исключения операций, не приносящих прибавочной стоимости. Уменьшение количества операций может повысить эффективность, производительность, снизить производственные издержки. При рассмотрении возможных усовершенствований процессов особое внимание следует уделить поддержке и обеспечению более тесного информационного взаимодействия всех субъектов, задействованных в проектно-конструкторских работах, в производстве и других этапах жизненного цикла продукта.

Основная мысль – не следует применять информационные технологии для автоматизации существующих сложных процессов. Упрощенные процессы можно перенести в более простую архитектуру и быстро внедрить «стандартные» прикладные программные средства. Вместе с тем применение технологии к существующим сложным процессам может привести к применению сложных архитектурных систем, высоким затратам, к растянутому во времени или бесконечному внедрению.

Результатами анализа и реинжиниринга бизнес-процессов являются:

•совершенствование организационной структуры;

•совершенствование бизнес-процессов;

•построение оптимальной модели информационных потоков, необходимой для настройки интегрированной системы управления.

3. ВыбориприобретениеPDM-системыитехническихсредств

Системы управления данными об изделии в настоящее время достаточно широко реализованы и представлены на российском рынке. Поэтому перед каждым предприятием будет стоять задача, какую систему выбрать и как

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.6.Внедрение CALS-технологий на промышленных предприятиях

ееприменять для решения конкретных задач. В любом случае предприятие должно осознавать, что оно приобретает не просто компьютерную программу, но целый пакет услуг, поэтому необходимо учитывать не только качества самой PDM-системы, но и способность ее производителя (или дилера) обеспечить ее сопровождение, модернизацию и адаптацию к потребностям предприятия. Задача выбора и приобретения технических средств (компьютеров и сетевого оборудования) тесно связана с задачей выбора PDM-системы. Конкретные программные продукты отличаются набором реализуемых ими функций PDM-системы. Ниже приведен перечень систем, наиболее известных на российском PDM-рынке (рис. 1.16) [38].

Рис. 1.16. Перечень систем, наиболее известных на российском PDM-рынке

PDM-технология предназначена для управления всеми данными об изделии и информационными процессами ЖЦИ, создающими и использующими эти данные. Данные об изделии состоят из идентификационных данных (например данных о составе или конфигурации изделия) и данных или документов, которые используются для описания изделия или процессов его проектирования, производства или эксплуатации (при этом все данные обязательно представлены в электронном виде). Управление информационными процессами ЖЦ представляет собой поддержку различных процедур, создающих и использующих данные об изделии (например процедуры изменения изделия), т. е. фактически поддержку электронного документооборота, например конструкторского документооборота. Основной идеей PDM- технологии является повышение эффективности управления информацией за счет повышения доступности данных об изделии, требующихся для информационных процессов ЖЦ. Повышение доступности данных об изделии достигается за счет их интеграции в логически единую модель.

Существует много задач, которые можно решить за счет применения PDM-технологии, среди которых можно выделить наиболее типичные:

•создание ЕИП для всех участников ЖЦ изделия;

•автоматизация управления конфигурацией изделия;

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.6.Внедрение CALS-технологий на промышленных предприятиях

•построение системы качества продукции согласно международным стандартам качества серии ISO 9000 (здесь PDM-технология играет роль вспомогательного средства);

•создание электронного архива чертежей и прочей технической документации (наиболее простой способ применения PDM-технологии).

Для реализации PDM-технологии существуют специализированные программные средства, называемые PDM-системами (т. е. системами управления данными об изделии, другое название – системы управления проектами). PDM-система должна контролировать все связанные с изделием информационные процессы (в первую очередь проектирование изделия) и всю информацию об изделии, включая: состав и структуру изделия, геометрические данные, чертежи, планы проектирования и производства, нормативные документы, программы для станков с ЧПУ, результаты анализа, корреспонденцию, данные о партиях изделия и отдельных экземплярах изделия и многое

другое. При создании ЕИП для всех участников ЖЦИ PDM-система выступает в качестве средства интеграции всего множества используемых прикладных компьютерных систем (САПР, АСУП и т. п.) путем аккумулирования поступающих от них данных в логически единую модель на основе стандартных интерфейсов взаимодействия (рис. 1.17).

Пользователями PDM-системы выступают все сотрудники всех пред- приятий-участников ЖЦИ: конструкторы, технологи, работники технического архива, а также сотрудники, работающие в других предметных областях (сбыт, маркетинг, снабжение, финансы, сервис, эксплуатация и т. п.). Главной задачей PDM-системы является предоставление соответствующему сотруднику нужной ему информации в нужное время в удобной форме (в соответствии с правами доступа), рис. 1.18.

PDM-система

Рис. 1.17. Создание ЕИП на основе PDM-системы

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.6.Внедрение CALS-технологий на промышленных предприятиях

Рис. 1.18. PDM-система интегрирует данные

Процессы, которые контролируют поток информации и рабочие действия, поддерживаются в PDM-системе посредством механизмов маршрутизации (WF). С помощью данного механизма можно осуществлять пересылку информации в электронном виде между разработчиками одного проекта.

Процесс может начинать пользователь или автоматически PDM-система. PDM-система может инициировать процесс на основе события, например пользовательский запрос на сдачу документа руководителю, или на основе действия в другом процессе. После того как процесс начался, для передачи данных и инструкций от пользователя к пользователю используются возможности передачи сообщений (e-mail). Данные и инструкции могут быть упакованы и присоединены к сообщению. Данные задач и рабочие инструкции появляются в почтовом ящике получателя. Уведомление о событиях (об утверждении) могут быть также посланы другим членам группы, которым не нужно выполнять никаких действий. Процессы задаются и отслеживаются графически. Процессы могут задаваться как последовательные, так

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.6.Внедрение CALS-технологий на промышленных предприятиях

ипараллельные или комбинированные пути. В графике может быть указана информация о том, как решения пользователей требуются во время процесса. Пользователи могут утверждать, отклонять утверждение или отказываться от утверждения задания. Утвержденные электронные документы подписываются электронно-цифровой подписью (ЭЦП).

Основной выгодой от использования на предприятии PDM-системы является сокращение времени разработки изделия, т. е. сокращение времени выхода изделия на рынок и повышение качества изделия. Сокращение времени выхода на рынок достигается в первую очередь за счет повышения эффективности процесса проектирования изделия, которое характеризуется четырьмя аспектами:

•избавление конструктора от непроизводительных затрат своего времени, связанных с поиском, копированием и архивированием данных, что при работе с бумажными данными составляет 25–30 % его времени;

•улучшение взаимодействия между конструкторами, технологами и другими участниками ЖЦИ за счет поддержки методики параллельного проектирования, что приводит к сокращению количества изменений изделия;

•значительное сокращение срока проведения изменения конструкции изделия или технологии его производства за счет улучшения контроля за потоком работ в проекте;

•резкое увеличение доли заимствованных или слегка измененных компонентов в изделии (до 80 %) за счет предоставления возможности поиска компонента с необходимыми характеристиками.

4.Разработкастандартовпредприятия

Разработка комплекса нормативной документации, регламентирующей порядок ввода и изменения информации об изделии в PDM-систему на основе международных, государственных и отраслевых стандартов, необходима для организационного обеспечения внедрения PDM-системы. Интеграция PDM-системы выполняется с существующими и внедряемыми системами, кроме этого выполняется ее адаптация к условиям предприятия. Для создания на предприятии ЕИП необходимо интегрировать PDM-систему с уже существующими компьютерными системами. Кроме того, при внедрении понадобится учесть специфические условия функционирования предприятия. Средствами интеграции и адаптации PDM-системы являются:

•прикладные модули АСУП или САПР, оперирующие данными в PDM системе;

•прикладные модули PDM-системы (расширение функций);

•конверторы PDM-АСУП, PDM-САПР и т. д.

Процесс взаимодействия PDM-системы и прикладных систем строится на основе стандартных интерфейсов. Стандартные интерфейсы взаимодействия компьютерных систем можно разделить на четыре группы:

1

1.КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.6.Внедрение CALS-технологий на промышленных предприятиях

•функциональные стандарты. Задают организационную процедуру взаимодействия компьютерных систем; пример: IDEF0;

•стандарты на программную архитектуру. Задают архитектуру программных систем, необходимую для организации их взаимодействия без участия человека; пример: CORBA;

•информационные стандарты. Задают модель данных об изделии, используемую всеми участниками ЖЦ; пример: ISO10303 STEP;

•коммуникационные стандарты. Задают способ физической передачи данных по локальным и глобальным сетям; пример, Internet-стандарты.

5.НаполнениеPDM-информациейоранееразработанныхизделиях

Важно отметить, что пользователи ЕИП могут иметь разнородные средства для выполнения своих задач, различающиеся уровнем автоматизации. Тем не менее, вне зависимости от того каким образом получен результат

– вручную или при помощи автоматизированной системы, он должен быть преобразован в стандартный электронный вид, с тем, чтобы обеспечить преемственность использования информации. Многие поставщики агрегатов и комплектующих таких автоматизированных систем не имеют. Для того чтобы «играть по общим правилам», на первом этапе их необходимо будет оснастить средствами, обеспечивающими преобразование результатов работы, полученных традиционными методами, в стандартизованный электронный вид (например, готовая бумажная спецификация должна быть преобразована в файл соответствующего формата, чертежи – отсканированы и преобразованы в электронный вид и пр.) [1, 34, 37].

1