Информационно-вычислительные системы в машиностроении CALS-технологии (Соломенцев, 2003)

200 Глава 3. Опыт применения CALS-технологий

странах мира разработаны долговременные проекты и активно ведут­ ся работы по созданию компьютерных баз знаний и корпоративных информационных систем для реализации товаров и услуг на притпхипах «Бизнеса в высоком темпе» (Commerce At Light Speed - является одной из возможных расшифровок аббревиатуры CALS).

Суть «Бизнеса в высоком темпе» связана с переходом от техноло­ гий, основанных на интенсивном индивидуальном труде по созданию изделий, удовлетворяющих специфическим требованиям одного кон­ кретного применения, к технологиям, основанным на планируемых капиталовложениях в разработку повторно - используемых агрега­ тов и компонентов. Эти технологии во многом базируются на дости­ жениях средств ВТ и телекоммуникации по созданию распределен­ ных баз данных и знаний и внедрению компьютерного моделирова­ ния изделия. Особенно эффективны эти технологии при организации производства серий функционально-подобных продуктов, составляе­ мых из компонентов и агрегатов и максимально учитывающих теку­ щие запросы пользователя.

Особенности наблюдаемого технологического перехода кратко можно сформулировать следующим образом:

•целью деятельности промышленного предприятия является постоянное совершенствование качества продуктов и услуг

(в отличие от традиционного повышения производительности «любой ценой»); критерии качества на продукты и услуги задает конечный потребитель) в центр внимания ставится не числовой показатель результата той или иной производствен­ ной функции или деятельности, а качество процесса ее выпол­ нения;

•внедрение принципа «один раз создать и многократно исполь­ зовать^ за счет создания и накапливания баз данных и знаний в компьютерной форме; эта же основа призвана обеспечить со­ вмещенное проектирование основного изделия и компьютер­ ной подготовки его производства.

•повышение роли решений и инициативы каждого исполните­ ля; деление на производственные подразделения носит услов­ ный характер, так как поощряется бригадная работа для достижения конечных результатов;

•организация работ предприятия долж7га динамично транс­ формироваться и усоверитенствоваться для достижения по­ ставленных целей деятельности; для этого исследуются и фик­ сируются деловые процессы (бизнес-процессы), на основе ко­ торых устраняются недостатки производственной системы, а не отдельных работников;

•гибкость и живучесть производственной системы во многом обеспечивается накоплением компьютерной базы знаний по техническим процессам и их интеграцией на основе информа­ ционной технологии в ходе всего жизненного цикла создания и

производства продуктов и услуг.

Как побочный, а не главный результат всего этого технологиче­ ского перехода является снижение затрат на производство. Именно поэтому CALS-технологии рассматриваются как стратегия промыш­ ленности и правительства, направленная на эффективное создание, обмен, управление и использование электронных данных, поддержи­ вающих Жизненный Цикл Изделия с помощью международных стандартов, реорганизации предпринимательской деятельности и пе­ редовых технологий.

3.1.1. Новое понимание реалыюсти и существования в условиях информационных технологий

Внешнее влияние парадигмы при КТПП можно проанализиро­ вать через взаимосвязанную систему форм представления знаний (ФПЗ) об окружающем мире, способах познания (ФП31), накопле­ ния знаний (ФПЗЗ, ФП36) и обучения подрастающего поколения (ФП34), способах воздействия на окружающий мир (ФП32, ФПЗЗ). На основе этих взаимосвязей можно сделать попытку опре­ деления роли и места человека и информатики в этом мире (рис.3.5) и в первую очередь в технологической среде.

Далее более подробно остановимся на изменении форм представ­ ления знаний при переходе к индустриальному обществу и насыще­ нию производственной среды средствами вычислительной техники.

Замечено, что сложность решения задач существенно зависит от формы представления знаний. Продемонстрировать этот факт можно на примере следующих записей:

1)2 + 9 = 1 1 - арабская система счисления; 2) П+1Х=Х1 - римская система счисления.

Как в арабской, так и в римской системе счисления использова­ ны одни и те же исходные данные (два и девять), выполнено одно и то же действие (сложение), получен одинаковый результат (одиннад­ цать). Но если, например, ребенок в няти-семилетнем возрасте с успехом может освоить базовые алгоритмы всех действий арифмети­ ки в арабской системе счислении (взять два числа, записать их в стол­ бик и т.д.), то эти же алгоритмы в римской системе счисления зафик­ сировать, а значит и обучить им подрастающее поколение, представ­ ляется весьма затруднительным. В одной из публикаций указывает­ ся, что данный факт мог стать одной из причин упадка и краха Вели­ кой Римской империи. (Невозможность за приемлемое время

В общем случае жизненный цикл изделия от конструкторского замысла до промышлетнюго воплощения и набор операций, его обес­ печивающий, приведен на рис.3.6. Здесь в квадратиках указаны от­ дельные контролируемые состояния, а линии обозначают операции, с помощью которых происходит переход из одного состояния в другое. В рамках данного жизненного цикла центральное место естественно отводится состоянию «Описание изделия, зафиксироватюе в конст­ рукторской документации, Оч», т.е. представлению нового изделия в виде сборочных и деталировочных чертежей, спецификаций, рас- четпо-пояспительных записок и т.д. На практике данный жизненный цикл реализуется в соответствии с рис.3.7. Обычно в рамках конст­ рукторского бюро оформляется чертежно-конструкторская докумен­ тация на изделие, а на заводе происходит собственно реализация по­ следнего. Активными компонентами при такой организации выступа­ ют люди. На рис.3.7 компоненты, определяющие качество конечного изделия, выделены в виде овала.

При традиционной технологии основные операции, с помощью которых реализуется и фиксируется проектируемое изделие, выпол­ няются с помощью средств но созданию двухмерных чертежей. В на­ шей стране создание чертежей должно отвечать требованиям единой системы конструкторской документации (ЕСКД). Набор стандартов ЕСКД направлен на упорядочение деятельности человека, так как

Рис.3.6. Жизненный цикл изделия от конструкторского замысла до воплощения и набор операций, его обеспечивающий.

Здесь: НФО - набор формализованных операций подготовки чертежа (ЕСКД); ОВЗ - операции выбора заготовки; ОПС - операции, реализуемые производственной системой; КСИ - критерии соответствия изделия требованиям чертежа; КСД - критерии соответствия требований чертежа замысл)^ конструктора

Производство

Рис.3.7. Традиционная организация проектирования и изготовления изделия в машиностроении

создание и чтение чертежей выполняется именно им. Основным носи­ телем чертежа выступает бумага. Для простоты и удобства работы че­ ловека с ЕСКД принята серия умолчаний, т.е. на чертеже часть ин­ формации отсутствует и не отображается. Поэтому простое сканиро­ вание чертежей и перевод их в электронную форму вовсе не аналоги­ чен созданию компьютерной модели изделия.

Такая роль чертежно-конструкторской документации вполне по­ нятна, так как до середины 1980-х годов человечество практически не имело в своем распоряжении ни каких других инженерных способов фиксации и передачи сведений о вновь создаваемом изделии кроме чертежей. Только с появлением компьютера и внедрением 3D графи­ ки стало ясно, что чертеж является одной из форм представления зна­ ний о вновь проектируемых изделиях.

Новая схема организации производства при использовании ин­ формационной модели изделия приведена на рис.3.8. Эта схема при­ звана обеспечить совмещенное проектирование основного изделия и компьютерную подготовку его производства. Подробнее совмещен­ ная схема организации производства на примере электродвигателя рассмотрена в параграфе 3.7.

Новый взгляд на место и роль информатики в индустриальном обществе нашел свое отражение и в реорганизации практической дея­ тельности. Наиболее существенные изменения, связанные с

Чертеж

Информационная модель изделия на компьютере с возможностями твердотельного моделирования

Интерпретация^

технологом

Рис.3.8. Организация совмещенного проектирования и изготовления изделия в машиностроении

переосмысливанием места и роли информатики в индустриальном об­ ществе, коснулись также и учебного процесса. Это обусловлено тем, что сложившаяся методология обучения студентов в машиностроении ориентирована на пассивную передачу «готовых» знаний «впрок». Традиционный процесс обучения строится с претензией на то, чтобы передаваемых знаний хватило едва ли не на все возможные случаи будущей учебной или трудовой деятельности. Стержнем этой методо­ логии выступает учебник. (Вот почему изобретение книгопечатания революционизировало образовательный процесс.)

В современных условиях профессиональная подготовка специа­ листов строится на активизации познавательной деятельности сту­ дентов, чтобы весь учебный процесс был пронизан проблемностью и эвристичностыо. Нужно учить студентов думать. (Важен не только результат, но и метод, с помощью которого он достигается.) Эта

Конструктор

Текущее состояние

Рис.3.9. Компоненты среды проектирования

задача при всей ее сложности, в своей сущности, сугубо информаци­ онной. В машиностроении базисом для такого способа обучения вы­ ступает информатика и ВТ.

За период обучения конструктор досконально изучает важней­ шие компоненты среды проектирования (рис.3.9). Поэтому переход выпускника в сферу высокой науки, производства или бизнеса осу­ ществляется практически безболезненно, во всяком случае, без дли­ тельного и мучительного периода профессиональной адаптации. И уже для многих выпускников МГТУ «Станкии» термин «молодой специалист» не является синонимом «недоучки».

3.2.Возможности компьютерно-технологической среды в ходе промышленного проектирования изделий машиностроения

Применение ПЭВМ позволяет существенно изменить привыч­ ный облик традиционных профессий в машиностроении. Эти измене­ ния связаны с возможностями:

•повышения качества конечных результатов;

•интеграции отдельных видов деятельности в рамках всего жиз­ ненного цикла изделия;

•накопления и применения повторно-используемых компьютер­ ных баз знаний при проектировании и производстве наукоем­ ких изделий;

•сокращения числа ошибок и при необходимости контролируе­ мого их исправления в ходе практической деятельности;

•устранения утомляюще-однообразного характера исполняемой работы;

•предоставления большего времени для творческого труда;

•интенсификации интеллектуальной деятельности.

Как показывает практика и опыт работы в различных графиче­ ских системах пользователю - машиностроителю, использующему компьютерную среду в своей повседневной деятельности, должны быть предоставлены такие условия работы, при которых он всегда может:

•оперировать понятиями и правилами, которые составляют суть его профессиональной деятельности и используются им в ходе выполнения повседневной работы;

•знает ЧТО и КАК ему можно и нужно делать в текущей ситуа­ ции дальше для выполнения производственной цели;

•решить текущую задачу, если не в полностью автоматическом режиме, то в автоматизированном режиме, используя ПЭВМ при выполнении отдельных доработок в ручном варианте;

•вернуться к ранее полученному решению и при необходимости может рассмотреть последовательность развития замысла об изделии в ходе его проектирования во времени.

Сучетом перечисленных условий можно сформировать в обоб­ щенном виде модель взаимосвязи компонентов технологической сре­ ды для реализации процесса проектирования в машиностроении (рис.3.10).

Жизненный цикл создания наукоемкого изделия можно описать как суперпозицию взаимодействий:

«СУБЪЕКТ» - I. Механизмы воздействия на изделие -

«ИЗДЕЛИЕ» - П. Выработка представления о текущем состоянии изделия - «СУБЪЕКТ».

В компьютерно-технологической среде возможности воздействия пользователя во многом определяются восприятием текущего состоя­ ния «СУБЪЕКТА» об «ИЗДЕЛИИ». Это воздействие в последнее время основывается на использовании Windows - ориентированного интерфейса: окна, пиктограммы, меню, указатели и т.д. и обычно на­ прямую зависит от интеллекта, базовых знаний о жизненном цикле изделия и умения и навыков «СУБЪЕКТА» в работе с компьютерной средой. В обобщетнюй модели возможности «СУБЪЕКТА» по воз­ действию на «ИЗДЕЛИЯ» отражены в пункте А. В обобщенной мо­ дели условия выработки представления у «СУБЪЕКТА» о текущем