УМК - Проектирование ИС 2011 / Лекции Проектирование ИС / Л.16 2- CALS-технологии информационной поддержки ЖЦ ИС

Лекция 16- CALS – методология информационной поддержки

жизненного цикла РИС

CALS – методология информационной поддержки жизненного цикла РИС

CALS (Continuous Acquisition and Life cycle Support) переводится как «непрерывное развитие и поддержка ЖЦ» и символизирует две основные идеи, реализующие задачу CALS. Первая часть термина «CALS» (Continuous Acquisition) означает постоянное повышение эффективности (развитие) как самого изделия, так и процессов взаимодействия между поставщиком и потребителем изделия в течение его ЖЦ. Вторая часть термина «CALS» (Life cycle Support) обозначает путь такого развития: внедрение новых организационных методик разработки информационных систем, например, распределенного проектирования или виртуальных рабочих групп. Это приведет к увеличению инвестиций на этапах создания и модернизации изделия, но позволит более полно учесть потребности заказчика и условия эксплуатации, что, в свою очередь, приведет к снижению затрат на этапах эксплуатации и обслуживания изделия и, в конечном итоге, к сокращению затрат на весь ЖЦ изделия [2.17].

Первые шаги в организации единого информационного пространства были предприняты еще в 80-х годах в оборонном комплексе США. Возникла необходимость в обеспечении оперативного обмена данными между заказчиком, производителем и потребителем вооружений и военной техники, а также в повышении управляемости, сокращении бумажного документопотока и связанных с ним затрат.

Данная концепция изначально базировалась на понятия ЖЦ средств вооружения и военной техники и охватывала в основном фазы производства и эксплуатации. На первоначальном этапе инициатива получила обозначение CALS (Computer Aided Logistic Support — компьютерная поддержка поставок).

Доказав свою эффективность, концепция CALS начала активно применяться в промышленности, строительстве, транспорте и других отраслях экономики, расширяясь и охватывая все этапы ЖЦ продукта — от маркетинга до утилизации.

Новая концепция сохранила существующую аббревиатуру (CALS), но получила более широкую трактовку — непрерывная информационная поддержка жизненного цикла продукта. Таким образом, идея, возникшая в МО США и связанная только с поддержкой логистических систем, быстро превратилась в глобальную бизнес-стратегию перехода на безбумажную электронную технологию и повышения эффективности бизнес-процессов, выполняемых в ходе ЖЦ продукта за счет информационной интеграции и совместного использования информации на всех этапах ЖЦ. В настоящее время в мире действует более 25 национальных организаций, координирующих вопросы развития CALS-технологий, в том числе в США, Канаде, Японии, Великобритании, Германии и др.

Основной целью концепции CALS является повышение эффективности процессов ЖЦ ИС за счет управления информацией об объекте. Основным направлением реализации замысла CALS является преобразование ЖЦ ИС путем реструктуризации входящих в него этапов и процедур. Инструментами реализации являются (рис. 7):

• компьютеризация, позволяющая повысить производительность основных процессов и операций преобразования информации;

• информационная интеграция процессов, обеспечивающая совместное использование данных;

• применение новых моделей организации процессов проектирования, в частности распределенного.

Сегодня основной формой представления результатов интеллектуальной деятельности является бумажный документ, который в таком виде разрабатывается, контролируется, согласовывается и утверждается. Очень часто, даже при использовании компьютерных систем, конечный результат интеллектуальной деятельности формируется в виде бумажного документа, а на последующих стадиях снова преобразовывается в электронный вид. Количество циклов преобразования и трудоемкость достаточно велики. Поэтому переход от бумажного документооборота к электронному позволяет многократно ускорить доставку документов нужным лицам, обеспечить параллелизм обсуждения, контроля и утверждения результатов работы, существенно сократить длительность процессов.

1. Инструменты реализации CALS-методологии

Из этих аспектов можно выделить конкретные факторы, непосредственно влияющие на экономические показатели процесса проектирования РИС, применяющего CALS-технологии:

• сокращение затрат и трудоемкости процессов проектирования отдельных видов обеспечения ИС;

• сокращение календарных сроков ввода проектируемых ИС и отдельных компонент ИС в эксплуатацию;

• сокращение затрат, связанных с внесением изменений в документацию;

• увеличение поставок ПО, снабженных электронной технической документацией (в частности, эксплуатационной), в соответствии с требованиями международных стандартов;

• сокращение затрат на эксплуатацию, обслуживание и восстановление ИС ("затрат на владение"), которые для сложной наукоемкой продукции, которой являются корпоративные ИС, подчас равны или превышают затраты на ее закупку.

Приведем некоторые количественные оценки эффективности внедрения CALS в промышленности США [2.2]:

• прямое сокращение затрат на проектирование - от 10% до 30%;

• сокращение времени вывода новых изделий на рынок - от 25% до 75%;

• сокращение доли брака и объема конструктивных изменений - от 23% до 73%.

• сокращение затрат на подготовку технической документации - до 40%;

• сокращение затрат на разработку эксплуатационной документации - до 30%;

• сокращение времени разработки изделий - от 40 до 60% .

Можно выделить две основные проблемы, стоящие на пути повышения эффективности управления информацией.

Во-первых, с увеличением сложности изделий и применением для их разработки современных компьютерных систем, значительно увеличивается объем данных об объекте проектирования. При этом прежние методы работы с данными уже не позволяют обеспечивать их точность, целостность и актуальность при сохранении приемлемых временных и материальных затрат.

Во-вторых, увеличение количества участников проекта по разработке изделия (особенно в случае виртуального предприятия) приводит к возникновению серьезных проблем при обмене информацией между участниками из-за наличия между ними коммуникационных барьеров (например, из-за несовместимости компьютерных систем).

Путь реализации концепции CALS содержится в стратегии CALS, предполагающей создание единого информационного пространства (ЕИП) для всех участников ЖЦ ИС. Своеобразие создания ЕИП для ИС состоит в использовании ресурсов собственно ИС для «вспомогательных» целей ЕИП.

ЕИП должно обладать следующими свойствами:

• 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;

• ЕИП постоянно развивается.

Стратегия CALS предусматривает двухэтапный план создания ЕИП:

• автоматизация отдельных процессов (или этапов) ЖЦ изделия 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;

• возможность организации доступа к данным географически удаленных участников ЖЦ изделия;

• отсутствие потерь данных при переходе между этапами ЖЦ изделия;

• изменения данных доступны сразу всем участникам ЖЦ изделия;

• 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. При этом различается и эффект, получаемый от создания ЕИП (табл. 17).

Таблица 1 – Результаты создания ЕИП

Организационная структура	Повышение эффективности управления процессами	Повышение эффективности управления данными	Повышение эффективности обмена данными внутри структуры
Подразделение предприятия	Среднее	Высокое	Низкое
Отдельное предприятие	Высокое	Высокое	Среднее
Виртуальное предприятие (корпорация)	Высокое	Высокое	Высокое
Эксплуатирующая организация	Среднее	Высокое	Среднее

Основное содержание концепции CALS, принципиально отличающее ее от других, составляют инвариантные понятия, которые реализуются (полностью или частично) в течение жизненного цикла объекта.

Эти инвариантные понятия условно делятся на три группы:

• базовые принципы CALS;

• базовые управленческие технологии;

• базовые технологии управления данными.

К числу первых относятся:

• системная информационная поддержка ЖЦ объекта на основе использования интегрированной информационной среды, обеспечивающая минимизацию затрат;

• информационная интеграция за счет стандартизации информационного описания объектов управления;

• разделение программ и данных на основе стандартизации структур данных и интерфейсов доступа к ним, ориентация на готовые коммерческие программно-технические решения (Commercial Of The Shelf - COTS), соответствующие требованиям стандартов;

• безбумажное представление информации, использование электронно-цифровой подписи;

• параллельный инжиниринг (Concurrent Engineering);

• непрерывное совершенствование бизнес-процессов (Business Processes Reengineering).

К числу вторых относятся технологии управления процессами, инвариантные по отношению к объекту (продукции):

• управление проектами и заданиями (Project Management/Workflow Management);

• управление ресурсами (Manufacturing Resource Planning);

• управление качеством (Quality Management);

• интегрированная логистическая поддержка (Integrated Logistic Support).

К числу третьих относятся технологии управления данными об изделии, процессах, ресурсах и среде.

Понятие единого информационного пространства является ключевым понятием CALS-технологий. Потребитель является полноправным участником ЖЦ 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 объекте, в качестве средства доступа к ЕИП он будет использовать не PDM-систему, а интерактивные электронные технические руководства (ИЭТР) - это техническое руководство, предоставляемое заказчику в электронной форме на мобильном носителе, либо при помощи Интернет. ИЭТР предоставляет пользователю возможности отображения информации в удобном для пользователя виде (техническое руководство, каталог деталей, информация для заказа запчастей и т.д.), обновления информации о системе в связи с ремонтом, модификацией, применением особых, новых материалов при обслуживании, использования встроенных в систему документации поисковых и диагностических систем.

С точки 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.

Можно выделить несколько классов ИЭТР, каждый из которых характеризуется определенной функциональностью и стоимостью реализации (табл. 18).

Таблица 2 – Классы ИЭТР

Тип документов	Преимущества	Недостатки
Бумажно-ориентированные электронные документы	большие объемы бумажной документации заменяет компактный электронный носитель.	не добавляет никаких новых функций по сравнению с бумажными руководствами.
Неструктурированные документы	возможность использования аудио- и видеофрагментов, графических изображений и возможность осуществлять поиск по тексту документа.	ограниченные возможности обработки информации.
Структурированные документы	существует возможность стандартизировать структуру, оформление и пользовательский интерфейс руководств, стандартизированный интерфейс пользователя позволяет облегчить работу с ИЭТР	при создании руководств к сложным промышленным изделиям появляются проблемы управления большим объемом информации
Интерактивные базы данных	можно создавать технические руководства большого объема	отсутствие системы диагностики изделия
Интегрированные базы данных	возможность проведения диагностики изделия	высокая стоимость создания

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

• сокращение на 20-25 % сроков освоения новых изделий потребителем;

• в интегрированном ИЭТР организовать обновление информации гораздо проще, чем в бумажных руководств.

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

• 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 ЖЦ изделия. 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, представленным в электронном виде, в рамках ЕИП. Эти технологии относятся ко второму этапу создания ЕИП

При автоматизации отдельных процессов ЖЦ изделия используются существующие прикладные программные средства (САПР, АСУП и т.п.), однако к ним предъявляется важное требование – наличие стандартного интерфейса к представляемым им данным. При интеграции всех данных об изделии в рамках ЕИП применяются специализированные программные средства – системы управления данными об изделии (PDM – Product Data Management). Задачей PDM-системы является аккумулирование всей информации об изделии, создаваемой прикладными системами, в единую логическую модель. Процесс взаимодействия PDM-системы и прикладных систем строится на основе стандартных интерфейсов, которые подробно рассмотрены в главе 4. Стандартные интерфейсы взаимодействия компьютерных систем можно разделить на четыре группы:

• 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;

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

Поскольку потребитель тоже является полноправным участником ЖЦ ИС, необходимо обеспечение для него доступа в ЕИП. Однако использование для этих целей PDM-системы нецелесообразно в силу ее большой стоимости и значительного срока внедрения и освоения. Часто потребитель эксплуатирует ИС, состоящую из компонент от разных поставщиков, ему придется иметь дело с разными ЕИП и, соответственно, разными PDM-системами. Учитывая это, а также то, что потребителю необходимы только эксплуатационные данные, в качестве средства доступа к ЕИП он будет использовать не PDM-систему, а интерактивные электронные технические руководства (ИЭТР).

ИЭТР разрабатывается поставщиком, обеспечивает доступ потребителя к эксплуатационной информации об изделии в ЕИП и имеет стандартный интерфейс пользователя (например, согласно MIL-M-87268), что позволяет сотрудникам эксплуатирующей организации одновременно обслуживать ИС от разных поставщиков. В настоящее время достаточно распространенная технология ASP (Application Service Providing – услуга, состоящая в предоставлении пользователям возможности использования программных средств и вычислительных мощностей провайдера) – успешно развивается благодаря наличию таких стандартов.

На рынке ПО широко представлены программные продукты, для решения перечисленных выше задач. Краткий перечень некоторых из них приведен в Приложении 2 (табл.1).

Ко второй группе принадлежат программные средства и системы:

• управления данными об изделии и его конфигурации (системы PDM – Product Data Management);

• управления проектами (Project Management);

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

• обеспечения ИЛП изделий на постпроизводственных стадиях ЖЦ (заказ и поставка запчастей и расходных материалов, управление процессами ТОиР, включая интерактивные электронные технические руководства к этим процессам и т.п.);

• функционального моделирования, анализа и реинжиниринга бизнес-процессов.

Краткий перечень имеющихся на рынке программных средств второй группы также приведен в Приложении 2 (табл. 2).

Развитие сетевых распределенных систем поддержки CALS-технологий во всех сферах производственных и деловых процессов идет по Интранет-технологии. Обладая полной совместимостью с глобальной средой Интернет, сетевые технологии Интранет требуют существенно меньших капиталовложений, доступны более широкому кругу программистов, что открывает новые возможности для глобальной компьютеризации всех сфер бизнес-процессов, вовлечения как малых, средних, так и крупных предприятий, создания общедоступного и легко просматриваемого информационного пространства на всех этапах жизненного цикла изделий, включая широкомасштабную электронную коммерцию.

Наряду с функциональной основой, которая формируется на основе объектно-ориентированных технологий и стандартов, активно используется глобальная информационно-компьютерная среда, которая становится носителем информационных потоков, сопровождающих производственные и деловые процессы. Интернет/Интранет/Экстранет – это только начало движения к интеграции деятельности многих сотен миллионов людей в общем информационном пространстве производственных/деловых процессов. Но сегодня уже очевидно, что решения на основе сетевой архитектуры "клиент-сервер", которая продолжает доминировать в решениях Интернет/ Интранет/ Экстранет, недостаточны для полномасштабной интеграции функционально-насыщенных информационных процессов, которые сопровождают производственную и деловую деятельность.

Оценивая современное состояние Интернет, можно констатировать, что интеграция информационного пространства остановилась на уровне большого числа независимых информационных подпространств. В центре таких подпространств, как правило, оказывается команда информационщиков, веб-мастеров и программистов того или иного портала, который становится проводником целей той или иной корпорации.

Как нам представляется, без перехода к массовому использованию сетевых архитектур Peer-to-Peer (P2P), составляющих основу вполне распределённых вычислений в глобальной компьютерной среде, интеграция информационных ресурсов в единое полнофункциональное информационное пространство невозможна. В том числе в интересах CALS-идеологии.

Проблема воплощения распределённых сетевых архитектур P2P – самостоятельная компьютерная проблема. От качества её решения во многом зависит дальнейшее продвижение CALS в массовые сферы. Сложность этой компьютерной проблемы в том, чтобы обеспечить сверхпростое программирование и реализацию глобальных информационно-вычислительных процессов в едином, математически однородном и целостном поле компьютерной информации, носителем которого должна стать вся глобальная компьютерная среда, известная нам как Интернет. Никакие другие решения не смогут обеспечить глобальной интеграции информации, без которой невозможен качественный прогресс Интернет.

Учитывая исключительную актуальность работ по разработке и внедрению средств поддержки CALS-технологий, Минэкономики России организовано выполнение комплекса НИОКР по разработке и апробации этих технологий в различных отраслях промышленности. В рамках действующей федеральной целевой программы реструктуризации и конверсии оборонной промышленности решаются следующие первоочередные задачи:

• разработка и промышленная апробация программно-методических средств, предназначенных для хранения и управления данными о продукции в соответствии с требованиями стандартов CALS;

• разработка и внедрение программных средств подготовки электронной эксплуатационной документации на изделие;

• разработка методики формализованного описания и анализа процессов, протекающих в ходе жизненного цикла изделия и создание на основе данного формализованного описания системы обеспечения качества продукции в соответствии с требованиями стандартов ИСО серии 9000;

• разработка нормативной базы применения CALS-технологий (стандартов, руководящих документов, методических рекомендаций).

Таким образом, подводя итог вышеизложенному: жизненный цикл - непрерывный процесс, который начинается с замысла создания РИС и заканчивается в момент ее утилизации. Модель ЖЦ - структура, определяющая последовательность выполнения и взаимосвязи процессов, действий и задач, выполняемых на протяжении ЖЦ. Для организации информационной поддержки жизненного цикла ИС существуют отечественные и зарубежные программные средства, выбор которых осуществляется исходя из требований к конкретной ИС.