Кафедра Автоматизации технологических процессов и

Кафедра Автоматизации технологических процессов и

Производств

 

«ИНТЕГРИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ»

Учебно-методический комплекс

 

Для студентов специальности 220301

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

УДК 681.9.62.503.55(075)

Интегрированные системы проектирования и управления: учебно-методический комплекс/ Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». Сост.: О.К. Мансурова, А.А. Кульчицкий. СПб, 2012, 150 с.

Учебно-методический комплекс разработан в соответствии с требованиями государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования. Изложен порядок и объем дисциплины «Интегрированные системы проектирования и управления» для студентов очной, очно-заочной, заочной, форм обучения специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств», специализации «Машиностроение», «Компьютерные системы управления в производстве и бизнесе»

В УМК рассмотрены основные программно-технические комплексы для систем автоматизации проектирования технологических процессов и производств, функции и возможности современных информационных SCADA технологий для разработки систем управления, сбора, обработки, хранения и отображения информации о производственных процессах в реальном времени.

Табл.13. Ил.28. Библиогр. 12.

Научный редактор проф. В.В.Григорьев.

 

© Национальный минерально-сырьевой университет, «Горный» 2012.

1. Информация о дисциплине

Предисловие

 

Дисциплина «Интегрированные системы проектирования и управления» изучается студентами специальности 220301.65. всех форм обучения в одном семестре. Дисциплина включает в себя разделы: основные понятия и определения, принципы управления большими иерархическими системами, описание структурных схем уровней управления и их элементов, программные и информационные продукты систем слежения за ходом производственных процессов производств.

Целью изучения дисциплины является изучение принципов построения комплексных программно-технологических систем и методов автоматизированного управления сложными динамическими системами.

Задачи изучения дисциплины

– изучение основных технологий построения современных систем автоматизации технологических процессов и производств на базе промышленных компьютеров, контроллеров и коммуникационных средств.

В результате изучения дисциплины студент должен обладать основами знаний-умений и начальными навыками для работы в области промышленной автоматизации.

Иметь представление:

− о современном состоянии систем и средств автоматизации;

− о высокой степени интеграции, системном сервисе управления и оптимизации процессов в реальном времени.

Знать:

− основной спектр функциональных возможностей прикладного программного обеспечения при автоматизации технологических процессов и производств;

− современные программные продукты класса SCADA при управлении и автоматизации функционирования технологических процессов и производств.

У меть:

− разрабатывать архитектуру комплексной распределенной системы автоматизации и управления производством;

− составлять прикладные программы отображения событий и процессов систем управления производством.

− составлять по графическим алгоритмам программы управления.

Владеть:

− методами сокращения сроков разработки проектов автоматизации производств;

− методами включения локальных систем, независимо от функциональных особенностей, в единый производственный цикл и конФИГУРИрования комплексной системы автоматизации производства.

Место дисциплины в учебном процессе.

Теоретической и практической основами дисциплины являются курсы «Автоматизация технологических процессов и производств», «Микропроцессорные средства систем», «Вычислительные машины, системы и сети», «Технические средства автоматизации». Приобретенные знания студентами будут непосредственно использованы при изучении дисциплин «Программное обеспечение систем управления» и «Проектирование систем управления», а также в курсовом и дипломном проектировании, при выполнении НИРС, производственной практики и самостоятельной работе в области автоматизации производственных процессов.

 

1.2. Содержание дисциплины и виды учебной работы

1.2.1. Содержание дисциплины по ГОС

Интегрированные системы проектирования и управления производствами отрасли: основные понятия интегрированной системы, функции и структуры интегрированных систем, взаимосвязь процессов проектирования, подготовки производства и управления производством, математическое, методическое и организационное обеспечение, программно-технические средства для построения интегрированных систем проектирования и управления; SCADA системы, их функции и использование для проектирования автоматизированных систем управления, документирования, контроля и управления сложными производствами отрасли; примеры применяемых в отрасли SCADA систем.

1.2.2. Объем дисциплины и виды учебной работы

Таблица 1

Вид учебной работы	Всего часов
форма обучения
очная	очно-заочная	Заочная
Общая трудоемкость дисциплины (ОТД)
Работа под руководством преподавателя
В т.ч. аудиторные занятия: Лекции Практические занятия (ПЗ) Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа студента (СР)
Промежуточный контроль, количество
В т. ч.: Контрольная работа
Промежуточные тесты
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)
Экзамен

 

Виды практических занятий и контроля:

- одна контрольная работа (для вечерней и заочной форм обучения);

- лабораторные работы: 34 часа (для очной формы), 16 часов (для вечерней формы, 8 часов (для заочной формы обучения);

- тесты (тренировочные и контрольные);

- зачет, экзамен.

Рабочие учебные материалы

2.1. Рабочая программа (150 часов)

Введение (6 часов)

[5, с. 25-31]

 

Концепция интегрированных автоматизированных систем (ИАС) проектирования и управления производствами машиностроительной отрасли. Информационное обеспечение процессов производства изделий машиностроения: процессов проектирования, подготовки, изготовления и эксплуатации. Особенности компьютерной автоматизации и интеграции отдельных процессов. Понятие единого информационного пространства. Международные стандарты создания интегрированной информационной среды. Экономическая эффективность производства, применяющего концепцию ИАС.

 

1. Основы построения интегрированных автоматизированных систем (18часов)

[1, с. 14-36; 5, с. 8-17; 32-48 ]

 

1.1. Функциональное моделирование компонентов автоматизированного производства (10 часов)

 

Основные функции и задачи машиностроительных производств. Их базовая система показателей. Моделирование производственных процессов. Основные объекты деятельности предприятий.

Структурный анализ и проектирование бизнес-процессов машиностроительного производства. Стандарт IDEF0 (Integrated DEFinition). Концептуальный принцип идеологии IDEF0 и его основные понятия: функциональный блок, интерфейсные дуги, декомпо­зиция, глос­сарий. Методология функционального моделирования. Средства IDEF0. Создание типовых моделей.

 

1.2. Основные принципы управления интегрированными автоматизированными системами (8 часов)

 

Использование методологии системного подхода при создании ИАС. Принципы управления большими системами: целеобусловленности, относительности (иерархичности), управляемости, наблюдаемости (измеримости), связанности, моделируемости, симбиозности, оперативности, модульности, открытости. Их формулировки и следствия.

 

2. Структура и функции интегрированных автоматизированных систем (18 часов)

[1, с. 14-36; 6, с.25-42]

 

2.1 Типовая архитектура интегрированной автоматизированной системы (8 часов)

 

Основные понятия интегрированных автоматизированных систем (ИАС).

Состав ИАС, взаимосвязь процессов проектирования, подготовки производства и управления производством. Системы автоматизации этапов циклов производства. Автоматизированные системы проектирования – CAD/CAE/SCM системы. Автоматизированные системы подготовки производства – CAM системы. Автоматизированные системы управления производством – SCADA, CNC, ERP, MRP-II, MEC системы. Автоматизированные системы обслуживания и эксплуатации производства – CRM, CSM, CPC системы. Взаимосвязь процессов проектирования, подготовки производства и управления производством

 

2.2. Типовые функции уровней управления интегрированной системы (10 часов)

Функции объектного уровня, типы сигналов аналогового и дискретного ввода и вывода объектного уровня. Интерфейсы для подключения сигналов. Устройство связи с объектом, датчики, исполнительные устройства, устройства удаленного сбора данных и управления. Функции уровня управления вводом/выводом. Функции диспетчерского контроля, управления и сбора данных (Supervisory Control and Data Acquisition – SCADA). Функции управления системами автоматизации, планирования ресурсов предприятия, управленческой и финансово-хозяйственной деятельности предприятия. Примеры структурных схем интегрированных систем автоматизации.

 

 

3. Средства сетевой поддержки интегрированных автоматизированных систем (24 часов)

[1, с. 15.-20; 44-4; 3,с. 21-48;

7с. 5-15]

3.1. Промышленные сети ИАС (12 часов)

 

Основные характеристики, принцип работы промышленных сетей. Информационные и управляющие промышленные сети. Особенности комплекса технических средств интегрированной системы и их учёт при разработке сетевой архитектуры. Критерии открытости сетей, их классификация. Международный стандарт взаимодействия для обмена данными одной или разных сетей - ISO IS-7498. Протоколы для организации информационного обмена между уровнями интегрированной системы. Сравнительные характеристики сетей ИАС (Ethernet, Profibus, FIPIO, Modbus, Bitbus, Interbus, Remote I\O, ControlNet, Lonworks, DeviceNet, ASI,SDS, HART, Genius).

 

3.2.Физические среды передачи информации в ИАС (12 часов)

 

Виды физических сред передачи информации. Основные характеристики четырёх типов средств передачи информации (витая пара, коаксиальный и оптоволоконный кабели, окружающее пространство): пропускная способность, максимальная протяжённость, помехоустойчивость, маркировка, исполнение, максимальное число узлов, применение в сетях топологий.

4 Средства коммуникации в интегрированной системе (12 часов)

[3, с. 15-20; 44-64; 4, с. 25-42; 25-65 ]

4.1. Интерфейсы (6 часов)

Основные виды коммуникационных средств интегрированных автоматизированных систем: стандартные последовательные и параллельные интерфейсы, преобразователи интерфейсов, коммуникационные процессоры, человеко-машинные интерфейсы HMI (Human Machine Interface), сетевые адаптеры, мосты, шлюзы, роутеры для подключения сети беспроводных датчиков. Модули передачи данных по протоколам сотовой связи. Модули спутниковой синхронизации. Преобразователи интерфейсов для подключения панелей операторов, приборов учета, систем удаленного сбора данных, программируемых логических контроллеров и других устройств для включения их в общую сеть. Преобразователи интерфейсов для увеличения расстояния передаваемых данных.

4.2 Преобразователи интерфейсов (6 часов)

Преобразователи интерфейсов для подключения панелей операторов, приборов учета, систем удаленного сбора данных, программируемых логических контроллеров и других устройств и для включения их в общую сеть. Преобразователи интерфейсов для увеличения расстояния передаваемых данных.

5. Программно-технические средства интегрированных автоматизированных систем (20 часов)

[1, с. 43-64; 4 с. 25-40]

Модули ввода/ вывода, коммуникационные контроллеры и процессоры, программируемые логические контроллеры, серверы ввода/вывода, панели операторов, промышленные индустриальные компьютеры, системы и средства связи общего назначения. Сравнительный анализ технических характеристик контроллеров ведущих производителей GE Fanuc, Allen Bradley, Siemens, Текон, Honeywell, Beckhoff, Omron.

 

5.1. Применение контроллеров в ИАС (12 часов)

 

Основные характеристики контроллеров для проектирования ИАС. Программное обеспечение контроллеров, языки программирования контроллеров для инженеров по автоматизации – стандарт IEC61131-3. Модульный принцип построения контроллеров (на примере Bechoff CX1000).

 

5.2. Технические средства отображения информации (8 часов)

Назначение и основные виды операторских панелей. Возможности многофункциональных операторских панелей. Типовые схемы их подключения и работы в промышленных сетях.

Панельные промышленные компьютеры. Типовая конфигурация и особенности применения.

6. Обеспечение структурной надёжности ИАС (12 часов)

[1, с. 115-122; 4, с. 5-15; 12];

 

Балльно-рейтинговая система

 

Изучение курса осуществляется в течение одного семестра завершается сдачей зачета. После изучения каждого раздела студентам всех форм обучения необходимо пройти тесты (тренировочные и контрольные).

При изучении курса студентам очной формы обучения необходимо посетить 17 лекций, по 2 часа каждая, выполнить 7 лабораторных работ.

За каждый вид самостоятельных работ начисляется следующее число баллов:

- посещение каждой лекции – 34 балла

(17х2= 34)

- за правильно выполненные лабораторные работы - 38 баллов, в том числе (3х6=18 4х5=20)

- за каждый правильный ответ контрольного теста №1÷8-0,5 баллов (8х7х0,5=28)

Для подготовки к сдаче контрольных тестов студентам предоставляются тренировочные тесты.

Студентам очно-заочной формы обучения необходимо посетить 5 лекции по 4часа, выполнить три лабораторные работы и одну контрольную работу.

За каждый вид самостоятельных работ начисляется следующее число баллов:

- посещение лекций – 50 баллов (5х10=50);

- за правильно выполненные лабораторные работы - 12 баллов (3х4=12);

- за правильно выполненную контрольную работу -10баллов;

- за каждый правильный ответ контрольного теста №1÷8-0,5 баллов (8х7х0,5=28);

Студентам заочной формы обучения необходимо посетить 3 лекции, выполнить 2 лабораторные работы и 1 контрольную работу….

- за каждый вид самостоятельных работ начисляется следующее число баллов:

- посещение лекции – 30 баллов (3х10=30);

- за правильно выполненную лабораторную работу - 15 баллов

(2х15=30);

- за правильно выполненную контрольную работу – 12 баллов;

 

- за каждый правильный ответ контрольного теста №1÷8-0,5 баллов (8х7х0,5=28).

При успешной работе с материалами студент может набрать 100 баллов и получить зачет автоматом.

Для получения допуска к зачету нужно набрать не менее 90 баллов.

 

3. Информационные ресурсы дисциплины

Библиографический список

 

1. Андреев Е., Куцевич Н., Синенко О. SCADA-системы: взгляд изнутри. М.:РТСофт, 2004, - 176с.
2. Бельфор В.М., Суриков В.Н. Информационные технологии в вычислительных и телекоммуникационных сетях: учебное пособие / ГОУ ВПО СПбГТУРП. Спб., 2006. – 106 с.
3. Данилушкин И.Л.; Аппаратные средства и программное обеспечение систем промышлен­ной автоматизации: Учеб. пособ. / Самар. гос. техн. ун-т. Са­мара, 2005.
4. Иванов Ю.И., Югай В.Я. Интерфейсы средств автоматизации: Учебное пособие. – Таганрог: Изд-во ТРТУ. 2005.

 

1. Ковцов А.Н., Назаров Ю.Ф., Ибрагимов И.М., Никифоров А.Д. – М.: Информационная поддержка жизненного цикла изделий машиностроения: принципы, системы и технологии CALS[1]/ИПИ[2]: Учебное пособие для студентов высших учебных заведений. / Издательский центр «Академия», 2007. – 304 с.
2. Основы построения автоматизированных информационных систем: учебник – М.: Изд-во «Форум»; ИНФРА-М, 2007. – 320 с.
3. Федоров Ю.Н. Справочник инженера по АСУ ТП. Проектирование и разработка. Учеб.-практ. пособие. – М.: Инженерия, 2008.

 

Средства обеспечения освоения дисциплины (ресурсы Internet)

8.www.pa.ru

9. www.oven.ru

10.Ресурс сети Интернет «Средства и системы компьютерной автоматизации» www.asutp.ru

11.Ресурс сети Интернет «Журнал. Современные технологии автоматизации» www.cta.ru

12.Ресурс сети Интернет «Журнал. Мир компьютерной автоматизации» www.mka.ru

 

Опорный конспект

 

Введение

 

Во введении даётся определение изучаемой дисциплины, отмечается объект, предмет и цель изучения «Интегрированные системы проектирования и управления», указывается место дисциплины в системе подготовки дипломированных инженеров, специализирующихся в области автоматизации технологических процессов и производств машиностроения. Приводится краткий исторический обзор развития средств и систем интегрированной автоматизации. Полученные сведения закрепляются ответами на вопросы контрольных тестов.

В процессе освоения дисциплины предстоит изучить 8 тем.

Выполнить семь лабораторных работ студентам очной формы обучения. Студентам очно-заочной и заочной форм обучения выполнить одну контрольную работу. Ответить на вопросы тренировочных контрольных тестов.

Интегрированные автоматизированные системы (ИАС) управления машиностроительным производством – это новая концепция 21 века, ведущая к созданию и организации производства, сочетающая в себе современные технологии внедрения эффективных систем промышленной автоматизации, надежное управление и минимальные затраты на их содержание. Сущность новой концепции состоит в том, что она позволяет интегрировать, т.е. объединять в единую производственную систему составные автономные автоматизированные комплексы для технологических процессов, охватывающие все основные стадии и этапы производства изделия – от задания и проекта до выпуска готового изделия, или как говориться «под ключ».

Интеграция производства отличается от комплексной автоматизации тем, что при последней автоматизируются отдельные производственные процессы проектирования, материально-технического снабжения и учета, маркетинговые функции, оперативного управления производством, эксплуатация и сервиса оборудования и технических средств, другие вспомогательные и обслуживающие функции, но при этом стыковки и увязки автономных подсистем в единую систему управления производством затруднены и сталкиваются порой с неразрешимыми проблемами в виду отсутствия на момент их разработки достойной стандартизации в области совместного использования данных, генерируемых в автономных подсистемах информационного взаимодействия между собой и следовательно коммуникационными барьерами.

В настоящее время развитие производственной деятельности в отрасли машиностроения происходит под эгидой частичной или полной интеграции, определяемой уровнем интеграции. Уровень интеграции – показатель количества производственных автоматизированных функций и процессов с возможностью их реализации в едином информационном пространстве.

Единое информационное пространство (ЕИП) – совокупность информационных средств и ресурсов, объединяемых в единую систему [5]. Информационные ресурсы – это автономные информационные вычислительные службы, включающие в себя программные компоненты, базы данных, файлы данных и компоненты существующих информационных систем. К информационным средствам относится системно организованная совокупность аппаратных, программных и транспортных средств и вычислительных ресурсов, включая организационную, методическую и правовую формы обеспечения.

В основе ЕИП лежит использования открытых архитектур, международных стандартов.

Наиболее распространенные международные и российские стандарты создания интегрированной информационной среды приведены ниже с отнесением их к шести группам:функциональные стандарты, информационные стандарты, стандарты технического обмена, стандарты по защите информации, стандарты по электронной цифровой подписи, стандарты общего назначения.

Функциональные стандарты регламентируют процессы и методы формализации данных об изделии и руководство по применению автоматизированных технологий в предметных областях деятельности: описания информационного содержания процессов и формулировки требований, необходимой для реализации этих процессов.

1. ГОСТ Р ИСО 10303-1 – 99 «Системы автоматизации производства и их интеграция. Представление данных об изделии и обмен этими данными. Часть 1. Общие представления и основополагающие принципы».

2. ГОСТ Р ИСО 10303-21 – 99 «Системы автоматизации производства и их интеграция. Представление данных об изделии и обмен этими данными. Часть 21. Методы реализации. Кодирование открытым текстом структуры обмена».

3. ГОСТ Р ИСО 10303-41 – 99 «Системы автоматизации производства и их интеграция. Представление данных об изделии и обмен этими данными. Часть 41. Интегрированные обобщенные ресурсы. Основы описания и поддержки изделий».

4. ГОСТ Р ИСО 10303-11 – 2000 «Системы автоматизации производства и их интеграция. Представление данных об изделии и обмен этими данными. Часть 11. Методы описания. Справочное руководство по языку EXPRESS».

5. ГОСТ Р ИСО 10303-12 – 2000 «Системы автоматизации производ­ства и их интеграция. Представление данных об изделии и обмен этими данными. Часть 12. Методы описания. Справочное руководство по языку EXPRESS-I».

6. ГОСТ Р ИСО 10303-45 – 2000 «Системы автоматизации производ­ства и их интеграция. Представление данных об изделии и обмен этими данными. Часть 45. Интегрированные обобщенные ресурсы. Материалы».

7. Р 50.1.027 – 2001. «Информационные технологии поддержки ЖЦ про­дукции. Автоматизированный обмен технической информацией. Основные положения и общие требования».

8. Р 50.1.028 – 2001 «Информационные технологии поддержки ЖЦ продукции. Методология функционального моделирования».

9. Р 50.1.029 – 2001 «Информационные технологии поддержки ЖЦ про­дукции. Интерактивные электронные технические руководства. Общие требования к содержанию, стилю и оформлению».

10. Р 50.1.030 – 2001 «Информационные технологии поддержки ЖЦ продукции. Интерактивные электронные технические руководства. Требования к логической структуре базы данных».

Информационные стандарты описывают данные об изделии и процессах: представляют общие определения информационных элементов, отношений, защиты данных и доступности данных. Эти стандарты направлены на обеспечение единого представления текста, графики, информационных структур. STEP – стандарт общего описания элементов данных об изделиях и доступа к ним; РLВ – формирование библиотек данных о комплектующих изделиях; MANDATE – представление производственных данных; SGML – общее описание текстовой информации; CGM – стандарт представления графики и др. ISO 10303 STEP, ISO 10303-11 Express, ISO 8879 SGML, ISO 18876 – стандарты информационного описания объектов управления.

Стандартизация представление информации в процессах проектирования обеспечения производства, изготовление продуктов производства является основой создание единого информационного пространства.

Стандарты технического обмена контролируют хранение информации и процессы обмена между источником приемников данных, определяют общий набор правил для обмена информацией в цифровой форме. Стандарты технического обмена – это общие правила цифрового обмена информацией.

Стандарты по защите информации содержатобщие требования к программным и аппаратным средствам защиты информации (в том числе путем применения электронной цифровой подписи, включая алгоритмы шифрования и управления ключами) в государственном масштабе, в корпоративном применении или в рамках предприятия. Закон РФ «Об информации, информатизации и защите информации» требует обязательной сертификации информационных систем государственных органов и организаций.

Стандарты по электронной цифровой подписи обеспечивают информационную безопасность на основе методов и средств защиты информации, в том числе путем обязательного подтверждения целостности электронного документа и аутентификации подписи с использованием различных алгоритмов для юридического решения вопросов совместного использования информации.

Стандарты общего назначения, в частности стандарт спецификации и стандартизации элементов данных ISO 11179. Этот стандарт определяет правила и руководящие указания по формулировке определений данных, принципы присвоения имен и идентификацию элементов данных, регистрацию элементов данных.

Единое информационное пространство (ЕИП) должно обладать следующими свойствами:

1) содержать информацию в электронном виде;

2) использовать стандарты электронного обмена данными;

3) содержать интегрированную модель бизнес процессов и распределенную базу данных.

Рассмотрим первое свойство ЕИП на примере механообрабатывающего производства, где системы с числовым программным управлением (СЧПУ) на производстве объединяются в цеховую производственную сеть, по которой в цех на СЧПУ передаются следующие производственно-технологические данные:

1) производственное задание;

2) технологические карты;

3) управляющие программы для станков с ЧПУ;

4) изображение эталонов деталей.

Чертежи поступают в цех не в бумажном виде, а в электронном и отображаются на мониторе оператора.

От СЧПУ передаются производственно-технологические данные:

1) наряды;

2) информация о текущем состоянии диагностики оборудования;

3) наименование обработанных деталей и их количество;

4) заявки на получение оснастки и инструментов;

5) результаты контроля геометрии деталей;

6) информация об использовании оборудования (время для работы промышленных роботов);

7) информация о соблюдении заложенных в технологическом процессе параметров и режимов обработки;

8) опрос состояния оборудования.

Вся эта информация вносится в СЧПУ прямо на рабочем месте без создания промежуточных бумажных документов, т.е. реализуется принцип фиксации информации в электронном виде на рабочем месте в момент ее возникновения (рис.2), а также электронный документооборот (автоматизированные процедуры прохождения документации подразделениями, имеющими отношение к действиям, предписанных в документах).

Рис. 2. Передача данных по цеховой сети

 

Важность этого принципа можно уяснить при анализе 2-х информационных потоков, представленных на рисунках 3 и 4, где приняты следующие обозначения:

1 - источник информации,

2 - потребитель информации,

3 - крупный отдел с численностью до 100 и более человек, которые обеспечивают преобразование информации из бумажного вида в электронный, обработку и передачу ее в бумажном виде потребителю.

На рис. 3 информация из цеха поступает в бумажном виде, затем возникает необходимость из бумажной подачи информации преобразовать в электронную.

Рис. 3. Схема передачи данных

 

Переход к ЕИП требует, чтобы создавались рабочие места в производственных подразделениях для преобразования информации в источниках ее возникновения или потребления, т. е. переход к следующей схеме информационных потоков, представленных на рис. 4.

Рис. 4. Схема передачи данных в электронном виде

 

В рамках ЕИП используется понятие интегрированной модели.

Интегрированная модель – иерархическое организованная модель, содержащая всю информацию об изделии, требуемую на любом из этапов жизненного цикла (ЖЦ) изделия. При построении каждого из фрагментов интегрированной, используют единые средства и метод построение [5]. Для формирования интегрированной модели используется технология Continuous Acquisition And Lifecycle Support/Информационная Поддержка Изделий (CALS/ИПИ) [5], основными задачами которой являются:

1) структурирование и моделирование данных об изделиях и процессах;

2) обеспечение эффективного управления и обмена данными между всеми участниками ЖЦ изделий;

3) создание и сопровождение документации, необходимой для поддержки всех этапов ЖЦ изделий.

Наряду с рассмотренными основными свойствами, ЕИП должно иметь возможность постоянного развития и расширения. К достоинствам использования ЕИП следует отнести:

возможность независимо работать специалистам различных профилей; обеспечение целостности данных, возможность организации доступа с любого рабочего места к данным географически удаленных участков ЖЦ изделия; отсутствие потерь данных при переходе между этапами ЖЦ изделия; изменения данных доступны одновременно всем участникам ЖЦ изделия; преодоление информационных барьеров и недоступности к данным, что в свою очередь ведет к повышению эффективности взаимодействия между участниками производственного процесса, и, следовательно, к снижению материальных и временных затрат.

Стратегия CALS/ИПИ предусматривает двухэтапный переход к ЕИП:

1) Автоматизация отдельных процессов (или этапов) ЖЦ изделия и представление относящихся к ним данных в электронном виде в соответствии с требованиями ЕИП. Предполагается, что на этом этапе обмен данными между исходными системами осуществляется отдельными файлами (электронными документами) либо на внешних носителях, либо по сетям.

2) Интеграция в рамках ЕИП автоматизированных процессов и относящихся к ним данных, представленных в электронном виде. На этом этапе взаимодействие подсистем осуществляется с помощью программных средств в режиме реального времени, с параллельной работой исполнителей через единую сеть посредством стандартных протоколов и средств связи.

В настоящее время используетсятермин «электронный бизнес» (е-business), обозначающий, по сути, распространение концепции CALS на все виды производственной, организационной, управленческой и коммерческой деятельности, осуществляемой в цифровом виде.

Концептуальная модель CALS/ИПИ включает в себя инвариантные понятия, которые применяют (полностью или частично) в течение ЖЦ изделия (рис. 5).

Рис.5. Концептуальная модель CALS/ИПИ

 

Эти инвариантные понятия условно можно разделить на три группы [5]:

1) базовые принципы CALS/ИПИ;

2) базовые технологии управления данными;

3) базовые технологии управления процессами.

Для снижения затрат на проектирование, сокращения времени разработки изделий, уменьшения доли брака, снижения затрат на разработку документации требуется не только организация безбумажного документооборота, но и максимальное использование компьютерных возможностей в организационных и технологических преобразованиях процессов, определяющих в совокупности деятельность предприятия. В этом случае необходимо использовать нормативную базу (стандарты, методические рекомендации) на основе отдельных элементов международных стандартов ISO 10000 и 140000, позволяющих осуществлять:

1) определение ключевых этапов принятия решений по ЖЦ;

2) определение конфигурации продукта с учетом требований сертификации;

3) управление рисками;

4) управление стоимостью;

5) управление графиком работ.

Компонентами CALS/ИПИ-систем являются:

1) системы автоматизированного проектирования (CAD/CAM-системы);

2) автоматизированные системы управления производством.

Таким образом, CALS/ИПИ-технологии позволяют обеспечить комплексное использование нормативной базы стандартизации, сертификации, каталогизации продукции, повышения ее качества на всех этапах ЖЦ и, следовательно, избежать неоправданных затрат и повысить эффективность организационных и производственных функций.

Следует отметить, что CALS/ИПИ-технологии не отвергают существующие автоматизированные системы проектирования и управления, а являются средством, обеспечивающим их эффективное взаимодействие. Поэтому интеграция автоматизированных систем на современных предприятиях должна быть основана на CALS/ИПИ-технологиях, внедрение которых требует освоения имеющихся технологий и стандартов, развития моделей, методов и программ автоматизированного проектирования и управления.

Существующие отечественные стандарты, регламентирующие конструкторско-технологическую деятельность, такие как ЕСКД, ЕСТД, СРПП и им подобные, касаются только визуальной формы представления информации. Поэтому одной из первоочередных практических задач внедрения CALS/ИПИ является развитие стандартов ЕСКД и выработка новых стандартов и спецификаций, регламентирующих электронную форму представления и обращения данных.

При автоматизации отдельных процессов ЖЦ изделия обычно используются существующие прикладные программные средства (САПР, АСУП и т.п.) при условии наличия 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.

Одним из первых требования в процессе разработки интегрированной автоматизированной системы (ИАС) является подготовка объектов автоматизации к объединению и интеграции с учетом выше изложенных принципов ЕИП и рекомендаций по стандартизации в области CALS/ИПИ- технологий.

Интегрированным автоматизированным производствам по мнению специалистов присущи следующие показатели:

· прямое уменьшение затрат на проектирование от 10 до 30%;

· уменьшение затрат на обслуживание и эксплуатацию;

· сокращение времени разработки изделий 1,5-2 раза;

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

· уменьшение доли брака и затрат связанных с конструкторскими изменениями от 25 до 75%;

· сокращение затрат на подготовку технической документации до 40%;

· сокращение затрат на разработку эксплуатационной документации до 30%.

· точное соблюдение технологических нормативов и регламента;

· значительное уменьшение процента брака, автоматическое повышение качества;

· анализ использования, загрузки и обслуживания оборудования. предупреждение аварий на производстве;

· комплексный статистический анализ причин, влияющих на качество выпускаемой продукции;

· автоматическая и своевременная генерация отчетов для руководящего персонала.

Полнофункциональные системы мониторинга, управления и сбора данных интегрированных производств позволяют обеспечить:

· визуализацию технологических процессов в графическом режиме;

· управление системой при возникновении аварийных ситуаций;

· отслеживание графиков контролируемых параметров в реальном времени и доступ к архивным графикам;

· подготовку детализированных отчетов;

· статический контроль процесса.