Концептуальная модель CALS

Содержание

1.Введение

2. Концептуальная модель CALS

3. CALS как концепция

4.  Внедрение и применение CALS-технологий

5.Заключение

6.Литература

Введение

Актуальность темы обусловлена  следующим. Последнее десятилетие ХХ в. характеризовалось широкой компьютеризацией всех видов деятельности человечества: от традиционных интеллектуальных задач научного характера до автоматизации производственной, торговой, коммерческой, банковской и других видов деятельности. В условиях рыночной экономики конкурентную борьбу успешно выдерживают только предприятия, применяющие в своей деятельности современные информационные технологии (ИТ). Именно ИТ, наряду с прогрессивными технологиями материального производства, позволяют существенно повышать производительность труда и качество продукции и в то же время значительно сокращать сроки постановки на производство новых изделий, отвечающих запросам и ожиданиям потребителей. Все сказанное в первую очередь относится к сложной наукоемкой продукции, в том числе к продукции военно-технического назначения.¹

Опыт, накопленный в процессе внедрения  разнообразных автономных информационных систем, позволил осознать необходимость  интеграции различных ИТ в единый комплекс, базирующийся на создании в  рамках предприятия или группы предприятий (виртуального предприятия) интегрированной информационной среды (ИИС), поддерживающей все этапы жизненного цикла (ЖЦ) выпускаемой продукции. 
Идея ИИС и информационной интеграции этапов ЖЦ стала базовой в подходе, получившем в США название CALS (Continuous Acquisition and Life cycle Support - непрерывная информационная поддержка поставок и жизненного цикла). Инициатором этого подхода стало министерство обороны США в связи с необходимостью повышения эффективности управления и сокращения затрат на информационное взаимодействие между государственными учреждениями и коммерческими предприятиями при поставках вооружений и военной техники. В настоящее время идея CALS сформировалась в целое направление в области ИТ и оформилась в виде стандартов ИСО, национальных (государственных) стандартов США и нормативных документов министерства обороны США. Идеологию CALS приняли все наиболее развитые страны: Великобритания, Германия, Франция, Швеция, Норвегия, Канада, Япония, Австралия и др. Русскоязычный аналог понятия CALS может быть сформулирован как информационная поддержка процессов жизненного цикла изделий (ИПИ).

Таким образом, целью  работы будет рассмотрение и изучение CALS и теории управления.

1. Концептуальная модель CALS

Основное содержание концепции CALS, принципиально отличающее ее от других, составляют инвариантные понятия, которые реализуются (полностью или частично) в течение жизненного цикла (ЖЦ) изделия (рис.1).

Рис.1. Концептуальная модель CALS

Эти инвариантные понятия  условно делятся на три группы: ²

базовые принципы CALS;

базовые управленческие технологии;

базовые технологии управления данными.

К числу первых относятся:

системная информационная поддержка ЖЦ изделия на основе использования интегрированной информационной среды (ИИС), обеспечивающая минимизацию затрат в ходе ЖЦ;

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.

Содержание некоторых из перечисленных  принципов и технологий раскрыто ниже.

2. CALS как концепция

CALS (Continuous Acquisition and Life cycle Support) — совокупность базовых принципов, управленческих и информационных технологий, обеспечивающая поддержку жизненного цикла изделий (преимущественно машиностроительных) на всех его стадиях. CALS базируется на использовании интегрированной информационной среды (единого информационного пространства), в которой посредством электронного обмена данными реализуется взаимодействие всех участников жизненного цикла: заказчиков продукции (включая государственные учреждения и ведомства), разработчиков, производителей (поставщиков) продукции, эксплуатантов. Правила указанного взаимодействия регламентированы международными стандартами. ³

Русскоязычный аналог CALS — ИПИ (Информационная Поддержка  жизненного цикла Изделий).

В современных источниках ИПИ определяется, как совместная стратегия государства и бизнеса, направленная на совершенствование существующих процессов в промышленности, путем их преобразования в информационно-интегрированную систему управления жизненным циклом изделий.

В последние годы Федеральными органами исполнительной власти (Минпромнауки, Минпромэнерго, ныне — Минпромторгом РФ) предпринят ряд мер по научно-методическому и нормативному обеспечению разработок в области ИПИ-технологий.

Суть концепции CALS (ИПИ) состоит в применении принципов и технологий информационной поддержки на всех стадиях ЖЦ продукции, основанного на использовании ИИС, обеспечивающей единообразные способы управления процессами и взаимодействия всех участников этого цикла: заказчиков продукции (включая государственные учреждения и ведомства), поставщиков (производителей) продукции, эксплуатационного и ремонтного персонала. Эти принципы и технологии реализуются в соответствии с требованиями международных стандартов, регламентирующих правила управления и взаимодействия преимущественно посредством электронного обмена данными.⁴

ИИС - основа, ядро CALS - представляет собой распределенное хранилище  данных, существующее в сетевой компьютерной системе, охватывающей (в идеале) все  службы и подразделения предприятия, связанные с процессами ЖЦ изделий. В ИИС действует единая система правил представления, хранения и обмена информацией. В соответствии с этими правилами в ИИС протекают информационные процессы, сопровождающие и поддерживающие ЖЦ изделия на всех его этапах. Здесь реализуется главный принцип CALS: информация, однажды возникшая на каком-либо этапе ЖЦ, сохраняется в ИИС и становится доступной всем участникам этого и других этапов (в соответствии с имеющимися у них правами пользования этой информацией). Это позволяет избежать дублирования, перекодировки и несанкционированных изменений данных, а также ошибок, связанных с этими процедурами, и сократить затраты труда, времени и финансовых ресурсов.

Основное содержание CALS, принципиально отличающее эту  концепцию от других, составляют базовые принципы и технологии, которые реализуются (полностью или частично) в течение ЖЦ любого изделия, независимо от его назначения и физического воплощения.

Базовыми принципами CALS являются:

 безбумажный обмен  данными с использованием электронной  цифровой подписи;

 анализ и реинжиниринг  бизнес-процессов;

 параллельный инжиниринг;

 системная организация  постпроизводственных процессов  ЖЦ изделия - интегрированная  логистическая поддержка.

К базовым технологиям  можно отнести управление: проектами; конфигурацией изделия; интегрированной информационной средой; качеством; потоками работ; изменениями производственных и организационных структур.⁵

CALS-технологии реализуются  силами многопрофильных рабочих  групп, объединяющих в своем  составе экспертов различных  специальностей. Нормативную базу разработок составляют международные и национальные стандарты, регламентирующие различные аспекты CALS-технологий. 
В ИИС информация создается, преобразуется, хранится и передается от одного участника ЖЦ к другому при помощи прикладных программных средств, к которым относятся системы CAE/CAD/CAM, PDM, MRP/ERP, SCM и др. На современном уровне развития промышленной кооперации отсутствие единого комплекса стандартов "электронного описания" различных этапов ЖЦ, обеспечивающих информационное взаимодействие электронных технологий (в рамках одного предприятия или "виртуального" объединения предприятий), приводит к значительным дополнительным издержкам в процессах проектирования, подготовки производства, изготовления и эксплуатации продукции. Эти издержки западными аналитиками оцениваются, например, в масштабах промышленности США, в десятки миллиардов долларов в год.

Ситуация на мировом  рынке наукоемкой продукции развивается  в сторону полного перехода на безбумажную электронную технологию проектирования, изготовления и сбыта наукоемкой продукции. По прогнозам зарубежных специалистов, после 2005 г. невозможно будет продать на внешнем рынке машинотехническую продукцию без соответствующей международным стандартам безбумажной электронной документации. Таким образом, применение CALS-технологий является чрезвычайно актуальной задачей для повышения конкурентоспособности отечественных товаропроизводителей.

Для того чтобы понять, насколько актуальна проблема применения CALS-технологий уже сегодня, можно привести данные из сферы экспорта военной техники.

Таким образом, если российским предприятиям в ближайшее время  не удастся решить проблему эффективного применения CALS как средства повышения  качества и конкурентоспособности  наукоемкой продукции, то очень скоро произойдет значительное сокращение ее экспорта. Это будет иметь негативные последствия для экономической и оборонной безопасности страны. На эффективность деятельности предприятий, применяющих СALS, непосредственно влияют следующие факторы:⁶

  сокращение затрат и трудоемкости процессов технической подготовки и освоения производства новых изделий;

  сокращение календарных  сроков вывода новых конкурентоспособных  изделий на рынок;

  сокращение доли  брака и затрат, связанных с  внесением изменений в конструкцию;

  увеличение объемов  продаж изделий, снабженных электронной  технической документацией (в  частности, эксплуатационной), в  соответствии с требованиями  международных стандартов;

  сокращение затрат на эксплуатацию, обслуживание и ремонты изделий  ("затрат на владение").

Ниже приведены некоторые количественные оценки эффективности внедрения CALS в промышленности США:⁷

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

  сокращение времени разработки  изделий - от 40 до 60%;

  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%.

По данным зарубежных источников, потери, связанные с несовершенством  информационного взаимодействия с  поставщиками, только в автомобильной  промышленности США оцениваются  в сумме порядка 1 млрд долл. в  год. Аналогичные потери отмечены и  в других отраслях промышленности. В тех же источниках указывается, что затраты на разработку реактивного двигателя GE 90 для самолета "Боинг-777" составили 2 млрд долл., а разработка новой модели автомобиля компании Форд стоит от 3 до 6 млрд долл. Это означает, что экономия от снижения прямых затрат на проектирование только по этим двум объектам может составить от 500 млн до 2,2 млрд долл.

Отсюда следует, что внедрение CALS приводит к существенной экономии и  получению дополнительной прибыли.

Поэтому отдельные компоненты этих технологий широко применяются в промышленности развитых стран.

Опыт зарубежных стран показывает, что путь от осознания необходимости  применения CALS-технологий до получения  реальных результатов внедрения  таких технологий в промышленность, занимает пять-семь лет. Это позволяет предположить, что и в России процесс квалифицированного применения CALS потребует значительного времени. Чрезмерная задержка с внедрением CALS-технологий в промышленности России может привести к потере внешнего рынка наукоемкой продукции и трудностям участия в рынке промышленной кооперации. Важнейшими государственными задачами в развитии национальной технологической базы, определяющей в ближайшие годы уровень экономической и национальной безопасности страны, являются:⁸

 организация широкого комплекса НИОКР по разработке и внедрению CALS-технологий и стандартов;

 создание рынка продуктов  и услуг в области CALS-технологий, обеспечивающего их эффективное  применение в различных отраслях  промышленности.

Для исключения зависимости отечественных разработчиков и производителей военной техники от западных фирм необходимо использовать не только предлагаемые на международном рынке программно-технические средства, но и создавать аналогичные собственные решения, насыщая ими отечественный рынок. Разумеется, отечественные программно-технические средства должны соответствовать международным стандартам, для чего необходима система их соответствующей сертификации. 
Работы должны иметь межведомственный характер, поскольку ведомственный подход к решению указанных проблем приведет к дублированию результатов и неоправданному расходованию средств. 
В рамках федеральной целевой программы реструктуризации и конверсии оборонной промышленности Минпромнауки России определило комплекс первоочередных исследований и создало инфраструктуру для разработки и внедрения современных интегрированных ИТ в различных отраслях промышленности: Научно-исследовательский центр (НИЦ) CALS-технологий "Прикладная логистика" - головная организация оборонной промышленности в области CALS-технологий, Государственный межведомственный научно-исследовательский и образовательный центр CALS-технологий, Ассоциация разработчиков и пользователей ИПИ-технологий.

В результате этой деятельности получен ряд практически значимых результатов. Как уже отмечалось выше, обязательным условием поставки на экспорт военной техники является представление в электронном виде эксплуатационной технической документации в соответствии с CALS-стандартами. Благодаря поддержке Минпромнауки России, НИЦ CALS-технологий "Прикладная логистика" сумел разработать отечественные технологии перевода технической эксплуатационной документации в электронный вид, соответствующий требованиям CALS-стандартов (программный комплекс Technical Guide Builder). В настоящее время ряд ведущих предприятий-экспортеров, используя разработки НИЦ CALS-технологий, успешно решает проблему перевода технической эксплуатационной документации на экспортируемую продукцию в электронный вид. К таким предприятиям относятся Комсомольское-на-Амуре авиационное производственное объединение и его поставщики, Иркутское авиационное производственное объединение, Тульское КБ приборостроения и другие предприятия.

Важнейшей проблемой, которую  предстоит решать в ближайшее время в области ИТ, является электронное описание изделий в процессах конструирования, технологической подготовки производства и производства продукции. Эта проблема исключительно актуальна для предприятий, поставляющих лицензии по технологии производства наукоемких изделий, в первую очередь, изделий военной техники. НИЦ CALS-технологий разработал программный комплекс PDM STEP Suite, который сегодня используется в Уфимском моторостроительном производственном объединении, Таганрогский авиационный научно-технический комплекс (ТАНТК) им. Г.М. Бериева и других предприятиях.

В рамках проблемы CALS исключительно  актуальна задача реального перехода предприятий к действительно  безбумажным технологиям проектирования, производства и эксплуатации продукции. Для такого перехода необходима соответствующая нормативно-правовая база, определяющая порядок использования электронных документов и электронно-цифровой подписи. Для решения этой проблемы Минпромнауки России организован пилотный проект по разработке нормативно-правовой, научно-методической и программно-технической базы для внедрения электронной документации и электронно-цифровой подписи на промышленном предприятии, который реализуется на Воронежском механическом заводе.

3.  Внедрение и применение CALS-технологий

Следующий важнейший блок вопросов применения CALS-технологий - решение задач анализа и реинжиниринга процессов организации и управления производством в соответствии с требованиями МС ИСО серии 9000 версии 2000 г. на системы менеджмента качества. В условиях рыночных отношений проблема создания на предприятии эффективно действующей системы менеджмента качества является вопросом выживания. CALS-технологии позволяют создать на предприятии эффективно действующую компьютерную систему управления качеством продукции, соответствующую международным стандартам ИСО. В настоящее время на ряде промышленных предприятий, в том числе Воронежском механическом заводе, Рязанском СКБ "Спектр", Государственном НИИ авиационных систем, такие системы создаются и апробируются. Результаты апробации позволят в ближайшей перспективе создать и сертифицировать типовую модульную компьютерную систему управления качеством продукции. По нашему мнению, тиражирование таких систем даст предприятиям эффективный инструмент обеспечения качества и конкурентоспособности производимой продукции.

Как уже отмечалось, важным направлением является разработка методических и программных решений в области  ИЛП наукоемкой продукции. Минпромнауки России организована разработка концепции  ИЛП и реализация пилотного проекта по созданию и апробации нормативно-правовой, научно-методической и программно-технической базы для решения задач:⁹

  логистического анализа  изделия на стадии его проектирования  с целью определения требований  к готовности (боеготовности) изделия  и допустимых затрат и ресурсов, необходимых для поддержания изделия в нужном состоянии; создания баз данных для отслеживания перечисленных параметров в ходе жизненного цикла изделия;

  создания электронной  технической документации, необходимой  для процессов закупки, поставки, ввода в действие, эксплуатации, сервисного обслуживания и ремонта изделия;

  создания и ведения  "электронных досье" на эксплуатируемые  изделия с целью использования  данных о ходе эксплуатации  совместно с электронной эксплуатационной  документацией для определения в каждый момент времени фактического объема работ по обслуживанию и потребности в материальных ресурсах (запасные части, материалы, оборудование);

  создания компьютерных  систем информационной поддержки  процессов поставки изделий и средств материально-технического обеспечения этих процессов;

  кодификации изделий  и предметов снабжения;

  создания и применения  компьютерных систем планирования  потребностей в средствах материально-технического  снабжения, формирования заявок  и управления контрактами на поставку таких средств.

Развитие в России CALS-технологий невозможно без создания комплекса соответствующих стандартов. Поэтому Госстандартом России и  Минпромнауки России было принято решение  о совместном финансировании разработки в 1999-2001 гг. ряда первоочередных стандартов, которые открывают путь к внедрению CALS-технологий в отечественной промышленности. В настоящее время разработаны и проходят апробацию первые стандарты и методические рекомендации в области CALS. ¹⁰

Особую актуальность приобретают задачи обучения и аттестации специалистов в этой сфере деятельности. Для их решения Минпромнауки России совместно с Минобразования России создан Государственный межведомственный центр по обучению и аттестации специалистов в области CALS-технологий. Созданы и используются программы обучения, учебные пособия и компьютерные технологии обучения и аттестации специалистов в области CALS на десятках предприятий и организаций. Организована разработка и издание методических рекомендации и учебников по применению CALS-технологий.

При поддержке Минпромнауки России в сети Интернет создан сервер "CALS.RU", на котором имеется постоянно  обновляемая информация по отечественным  и зарубежным стандартам и разработкам  в области CALS-технологий. Для многих предприятий и организаций этот сервер - постоянный источник новой информации в сфере промышленных ИТ. Первый опыт практического применения CALS-технологий в промышленности свидетельствует, что отечественные предприятия могут использовать эти технологии для повышения качества и конкурентоспособности производимой наукоемкой продукции. По данным Минпромнауки России, тематика и направленность НИОКР, финансируемых различными министерствами и ведомствами, часто дублируют разработки, которые уже внедрены на ряде оборонных предприятий. По нашей оценке, объем выполненных научных исследований не превышает 3-5% от потребного объема работ, необходимых для создания полноценной нормативно-правовой, научно-методической и программно-технической базы.

Учитывая межведомственный характер проблемы CALS-технологий, внедрение которых является важной составляющей современной государственной промышленной политики, организацию и координацию работ в этой области Правительство РФ поручило Минпромнауки России. В соответствие с этим поручением Минпромнауки России совместно с Минатомом, Минобороны и Госстандартом России разработан и Правительством РФ утвержден комплекс первоочередных мероприятий по разработке и апробации нормативно-правовой, научно-методической и программно-технической базы, обеспечивающей внедрение CALS-технологий в различных отраслях промышленности.

Комплекс мероприятий  по внедрению CALS-технологий должен осуществляться путем выполнения ряда согласованных  пилотных проектов, в рамках которых  должны создаваться и апробироваться и нормативная база, и новые технические решения. В качестве первого шага Минпромнауки России совместно с Минэкономпромом Республики Татарстан разработан и реализуется первый региональный пилотный проект по развитию CALS-технологий и технологий менеджмента качества на ведущих предприятиях Татарстана, в том числе в ОАО "Казанский вертолетный завод", ГУП "Казанское авиационное производственное объединение", ОАО "КамАЗ", ОАО "Татнефть", ОАО "Татэнерго" и др.

Концепция развития ИПИ (CALS)-технологий в промышленности и проект межведомственной программы работ по их внедрению были рассмотрены и одобрены коллегией Минпромнауки России и будут представлены в Комиссию по научно-инновационной политике для рассмотрения и утверждения. ¹¹

Реализация межведомственной программы развития ИПИ-технологий, проект которой представлен в таблице, позволит создать нормативно-методическую и программно-техническую базу для применения этих технологий на предприятиях различных отраслей промышленности. 
Оценивая объемы финансирования и работ, выполненных передовыми западными фирмами в области CALS, можно сделать вывод, что перевод предприятий отечественной промышленности на указанные технологии представляет собой чрезвычайно важную национальную проблему. Для ее решения требуется разработка и реализация соответствующих разделов в федеральных целевых программах "Национальная технологическая база" и "Электронная Россия".

Заключение

Применение CALS-технологий позволяет существенно сократить  объёмы проектных работ, так как  описания многих составных частей оборудования, машин и систем, проектировавшихся ранее, хранятся в унифицированных форматах данных сетевых серверов, доступных любому пользователю технологий CALS. Существенно облегчается решение проблем ремонтопригодности, интеграции продукции в различного рода системы и среды, адаптации к меняющимся условиям эксплуатации, специализации проектных организаций и т. п. 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 распределён во времени и пространстве между многими организационно-автономными проектными студиями. Среди несомненных достижений CALS-технологий следует отметить лёгкость распространения передовых проектных решений, возможность многократного воспроизведения частей проекта в новых разработках и др.

Построение открытых распределённых автоматизированных систем для проектирования и управления в промышленности составляет основу современных CALS-технологий. Главная  проблема их построения — обеспечение  единообразного описания и интерпретации  данных, независимо от места и времени их получения в общей системе, имеющей масштабы вплоть до глобальных. Структура проектной, технологической и эксплуатационной документации, языки её представления должны быть стандартизированными. Тогда становится реальной успешная работа над общим проектом разных коллективов, разделённых во времени и пространстве и использующих разные CAD/CAM/CAE-системы. Одна и та же конструкторская документация может быть использована 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.

Литература

1. Зильбербург Л.И., Молочник В.И., Яблочников Е.И. Реинжиниринг и автоматизация технологической подготовки производства в машино- строении. СПб: “Политехника”, 2004. – 152 c.
2. Интеграция данных об изделии на основе ИПИ/CALS-технологий. Часть 1. – М.: “Европейский центр по качеству”, 2002. – 174 c.
3. Концепция развития ИПИ-технологий в промышленности России. ВИМИ, 2012г.
4. Норенков И. П. Основы автоматизированного проектирования: Учеб. для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2010. — 336 с.
5. Норенков И.П., Кузьмик П.К. Информационная поддержка наукоемких изделий. CALS-технологии. М.: Изд-во МВТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. – 320 с.
6. Ойхман Е.Г., Попов Э.В. Реинжиниринг бизнеса: реинжиниринг организаций и информационные технологии // М.: Финансы и статистика, 2007. – 336 с.
7. Рыбников А.И. Теоретические основы информатики. М: МАИ, 2009. – 147 с.
8. CALS (Поддержка жизненного цикла продукции): Руководство по применению. / Министерство экономики РФ; НИЦ CALS-технологий "Прикладная логистика"; ГУП "ВИМИ", 2009. – 44 с.
9. Судов Е.В., Левин А.И. Концепция развития CALS-технологий в промышленности России. М.: НИЦ CALS “Прикладная логистика”, 2012. – 130 c.
10. Яблочников Е.И. , Фомина Ю.Н., Саломатина А.А. Компьютерные технологии в жизненном цикле изделия / Учебное пособие – СПб: СПбГУ ИТМО, 2010. – 188 с.