CALS-технологии в автоматизированном производстве

Технологии комплексной компьютеризации сфер промышленного производства, цель которых — унификация и стандартизация спецификаций промышленной продукции на всех этапах ее жизненного цикла, называют CALS-технологиями. Основные спецификации представлены проектной, технологической, производственной, маркетинговой, эксплуатационной документациями.

В основу CALS-технологии положен ряд стандартов (рис. 15.1).

В CALS-системах предусмотрены хранение, обработка и передача информации в компьютерных средах, оперативный доступ к данным в нужное время и в нужном месте. Терминология в области CALS еще окончательно не установилась. Так, первоначально аббревиатура "CALS" расшифровывалась как "Computer Aided Logistics Systems", т. е. "автоматизированная логистическая поддержка". Поскольку под логистикой обычно понимают дисциплину, посвященную вопросам снабжения и управления запасами, а функции CALS намного шире и связаны со всеми этапами жизненного цикла промышленных изделий, применяют и более соответствующую предмету расшифровку аббревиатуры "CALS" — Continuous Acquisition and Lifecycle Support. В русском языке понятию CALS соответствует ИПИ (информационная поддержка изделий) или КСПИ (Компьютерное Сопровождение и Поддержка Изделий).

Применение CALS-технологий позволяет существенно сократить объемы проектных работ, так как описания многих составных частей оборудования, машин и систем, проектировавшихся ранее, хранятся в унифицированных форматах данных сетевых серверов, доступных различного рода системы и среды, адаптации к меняющимся условиям эксплуатации, специализации проектных организаций и т. д.

Рис. 15.1. Структурная схема проблематики CALS-технологий

Предполагается, что успех на рынке сложной технической продукции будет немыслим вне технологий CALS.

Развитие CALS-технологий должно привести к появлению так называемых виртуальных производств, в которых процесс создания спецификаций с информацией для программно управляемого технологического оборудования, достаточной для изготовления изделия, может быть распределен во времени и пространстве между многими организационно автономными проектными студиями. Среди несомненных достижений CALS-технологий следует отметить легкость распространения передовых проектных решений, возможность многократного воспроизведения частей проекта в новых разработках и др.

Построение открытых распределенных автоматизированных систем осуществляется для обеспечения единообразного описания и интерпретации данных, независимо от места и времени их получения в общей системе, имеющей масштабы вплоть до глобальных. Структура проектной, технологической и проектирования и управления составляющих в промышленности является основой современных CALS-технологий. Главная проблема их построения — эксплуатационная документация: языки ее представления должны быть стандартизованными. Тогда становится реальной успешная работа над общим проектом разных коллективов, разделенных во времени и пространстве и использующих разные CAE/CAD/CAM-системы.

Одна и та же конструкторская документация может быть применена многократно в разных проектах, а одна и та же технологическая документация — адаптирована к разным производственным условиям, что позволяет существенно сократить и удешевить общий цикл проектирования и производства. Кроме того, упрощается эксплуатация систем.

Таким образом, информационная интеграция является неотъемлемым свойством CALS-систем. Поэтому в основу CALS-технологий положен ряд стандартов, обеспечивающих такую интеграцию.

Важные проблемы, требующие решения при создании комплексных САПР, — управление сложностью проектов и интеграция ПО. Эти проблемы включают вопросы декомпозиции проектов, распараллеливания проектных работ, целостности данных, межпрограммных интерфейсов и др.

В настоящее время CALS-технологии рассматриваются как бизнес с высокими темпами роста и ключ к обеспечению успеха предприятий на внутреннем и внешнем рынках. Использование CALS-систем и логистики означает переход к новому образу и стилю ведения бизнеса в условиях рыночных отношений [1, 2].

CALS-технологии стали интенсивно развиваться в последнем десятилетии. В основе этого лежали следующие направления научно-технического прогресса:

• TQM (Total Quality Management) — всеобщее управление качеством;
• системный подход и системный анализ;
• "островковая" или "лоскутная" автоматизация бизнес-процессов;
• информационные (компьютерные) технологии, удовлетворяющие мировым стандартам и требованиям открытых систем;
• системы углубленных знаний в конкретных областях.

Сама аббревиатура "CALS" используется около 20 лет, но смысловое содержание термина претерпело значительную эволюцию, в частности:

1985 г., Computer Aided of Logistics Support — компьютерная поддержка логических систем;

1988 г., Computer Aided Acquisition and Lifecycle — компьютерные поставки и поддержка жизненного цикла;

1993 г., Continual Aided Acquisition and Lifecycle — поддержка непрерывных поставок и жизненного цикла;

1995 г., Commerce at Light Speed — бизнес в высоком темпе;

1997 г., Continuous Acquisition and Lifecycle Support — непрерывная поддержка ЖЦ продукта.

Процесс построения четких определений в области CALS-технологий пока не завершен, терминологический словарь только готовится к выпуску, поэтому приводимые в настоящем учебнике формулировки нельзя считать стандартными.

Определение 1. CALS (Continuous Acquisition and Lifecycle Support — непрерывная поддержка жизненного цикла (ЖЦ) продукта) следует рассматривать как стратегию систематического повышения эффективности, производительности и рентабельности процессов хозяйственной деятельности предприятия. Это возможно за счет внедрения современных методов информационного взаимодействия участников ЖЦ продукта.

В "Проекте Руководства по применению CALS в НАТО", выпущенном 1 марта 2000 г., термин "CALS" (Continuous Acquisition and Life Cycle Support) определяется как "...совместная стратегия промышленности и правительства (государства), направленная на реинжиниринг (изменение, преобразование) существующих бизнес-процессов — в единый высокоавтоматизированный и интегрированный процесс управления жизненным циклом систем военного назначения". В данном контексте жизненный цикл (ЖЦ) включает в себя разработку, производство, применение и утилизацию военной системы.

В дословном переводе аббревиатура "CALS" означает "непрерывность поставок продукции и поддержки ее жизненного цикла". "Непрерывность поставок" требует и подразумевает оптимизацию процессов взаимодействия "заказчика и поставщика" в ходе разработки, проектирования и производства сложной продукции, срок жизни которой с учетом различных модернизаций составляет десятки лет. Для обеспечения эффективности, а также сокращения затрат средств и времени процесс взаимодействия заказчика и поставщика должен быть действительно непрерывным.

Вторая часть определения CALS — "поддержка жизненного цикла" — заключается в оптимизации процессов обслуживания, ремонта, снабжения запасными частями и модернизации. Поскольку затраты на поддержку сложного наукоемкого изделия в работоспособном состоянии часто равны или превышают затраты на его приобретение, принципиальное сокращение "стоимости владения" обеспечивается инвестициями в создание системы поддержки жизненного цикла.

Целью применения CALS-технологий как инструмента организации и информационной поддержки всех участников создания производства и пользования продуктом является повышение эффективности их деятельности. Это возможно за счет ускорения процессов исследования и разработки продукции, придания изделию новых свойств, сокращения издержек в процессах производства и эксплуатации продукции, повышения уровня сервиса в процессах ее эксплуатации и технического обслуживания.

Стратегия CALS объединяет в себе:

• применение современных информационных технологий;
• реинжиниринг бизнес-процессов;
• применение методов "параллельной" разработки;
• стандартизацию в области совместного использования данных и электронного обмена данными.

Определение 2. CALS-система представляет собой программно-технический комплекс в виде интегрированных информационных технологий поддержки всех этапов ЖЦ продукции, соответствующих требованиям CALS-стандартов.

Наиболее важными аспектами при рассмотрении научно-методической, программно-технической и нормативно-правовой сторон CALS-технологий являются: функциональное моделирование бизнес-процессов, технологии анализа и реинжиниринга, виртуальные предприятия и многопрофильные коллективы, информационная инфраструктура, нормативная документация.

В большинстве предприятий существуют "островки" автоматизации в виде разобщенных автоматизированных систем САПР, АРМ, АСУТП и др. Дальнейший количественный рост "островковой" автоматизации без интеграции информационных технологий мало перспективен. Вместе с тем замена всех используемых систем требует огромных материальных затрат и обычно нецелесообразна. Разумнее создавать информационную инфраструктуру, в рамках которой существующие автоматизированные системы объединяются и интегрируются, а там, где необходимо, дополняются новыми технологиями.

Построение такой информационной инфраструктуры начинается с инвентаризации и анализа всех существующих автоматизированных систем. При этом определяется, на каком этапе развития в данный момент находятся автоматизированные системы; какие системы надо сохранить, какие заменить и какие — заново разработать.

В ходе анализа надо выяснить текущее состояние информационных технологий, используемых участниками предполагаемого виртуального предприятия, учесть планы партнеров, их подходы к стандартизации.

Обычно выявляется большой объем данных, сохраняемых на бумажных носителях, которые следует перенести в электронную среду. Надо рассмотреть целесообразность такого преобразования и определить, какая информация, в каком объеме, в какой форме и каким способом будет передаваться в рамках единого информационного пространства.

На основе анализа решаются задачи проектирования архитектуры CALS-системы. Проектирование архитектуры предполагает определение аппаратных средств, сетевой инфраструктуры, ПО, необходимого для поддержки усовершенствованных процессов и нового стиля работы.

При этом большое внимание следует уделить:

• созданию корпоративных хранилищ данных с однократным вводом и многократным коллективным использованием данных;
• стандартизации форматов данных и способов доступа к ним;
• эффективности управления информацией.

Разрабатываемая архитектура должна учитывать быстрое развитие ИТ и технологий коммуникаций, которые изменяются в высоком темпе. Примерно за четыре года меняются три поколения ПК и соответствующее ПО. Поэтому надо обеспечить максимальную гибкость архитектуры, например путем применения открытых систем и стандартных промышленных решений за счет отказа от сильно индивидуализированных специальных решений. Надо постоянно отслеживать и пересматривать архитектуру, чтобы учесть новые разработки с максимальной эффективностью.

При создании единого информационного пространства и использовании CALS-технологий большое значение приобретают вопросы защиты информации.

Большинство предприятий совместно используют информацию в электронном виде, обмениваются информацией с заказчиками, поставщиками, партнерами, которые могут быть географически рассеяны. Обмен информацией происходит на всех этапах ЖЦ продукта, в том числе при проектировании, изготовлении и эксплуатации.

Тесные связи с внешними участниками увеличивают риски информационной информации, а также гарантии целостности и надежности используемой информации. Особенно это актуально для виртуальных предприятий.

Часть информации представляет коммерческую, а иногда и государственную тайну и попадает под действие нормативных актов РФ о защите информации. Для многих организаций информация является важным ресурсом, при запросах требуется получать достоверные данные.

Политика информационной безопасности должна учитывать возможность случайных или преднамеренных угроз, которые могут исходить как из внутренних, так и из внешних источников. Затраты для обеспечения информационной безопасности и меры защиты должны быть соразмерны уровню существующих рисков, их возможного воздействия на бизнес.