CALS-технологии

ВВЕДЕНИЕ 

            Современные условия  характеризуются все более жесткой  конкуренцией на международном рынке, повышением сложности и наукоемкости продукции, что ставит перед промышленниками  и предпринимателями страны новые  проблемы. К их числу относятся:

• критичность времени, требующегося для создания изделия и организации его продажи;
• снижение всех видов затрат, связанных с созданием и сопровождением изделия;
• повышение качества процессов проектирования и производства;
• обеспечение гибкого и надежного эксплуатационного обслуживания.

            Действенным средством  решения этих проблем в последнее  десятилетие выступают новые  информационные CALS-технологии сквозной поддержки сложной наукоемкой продукции  на всех этапах ее жизненного цикла (ЖЦ) от маркетинга до утилизации. Базирующиеся на стандартизованном едином электронном представлении данных и коллективном доступе к ним, эти технологии позволяют существенно упростить выполнение этапов ЖЦ продукта и повысить производительность труда, согласно западному опыту, примерно на 30%, автоматически обеспечить заданное качество продукции. 

            За рубежом работы по созданию и внедрению CALS-технологий ведутся более 25 лет. В этом направлении  достигнуты существенные результаты. CALS-технологии в настоящее время  рассматриваются как выгодная глобальная экономическая стратегия во всех отраслях промышленности. Работы ведутся во всех ведущих индустриальных странах, создаются международные кооперации производителей сходных видов продукции, так называемые «виртуальные» предприятия, объединяющие поставщиков, производителей и потребителей продукции.

            Впервые элементы CALS-технологий начали применяться в середине 80-х  годов при взаимодействии Министерства обороны США со своими поставщиками, когда была поставлена задача перевести  все операции с ними в электронный вид. Впоследствии сфера применения CALS-технологий расширилась до всего жизненного цикла изделия и вышла за пределы военных ведомств. Несмотря на это, наиболее передовыми пользователями CALS-технологии все же являются военные разработчики.   Например,  с помощью CALS-технологий были созданы истребитель F-22 (США), подводная лодка Viking (Дания, Норвегия и Швеция), самоходная гаубица Crusader (США). Во всех этих проектах делалась попытка организовать полномасштабное единое информационное пространство для всех участников жизненного цикла изделия. В области гражданского внедрения CALS-технологий в мире и в России лидируют аэрокосмическая и атомная промышленности, автомобиле- и судостроение.

            В России подобные работы начались в середине 90-х годов, на рубеже столетий при Госстандарте был создан комитет № 431, координирующий работы по CALS-технологиям; создан  НИЦ CALS-технологий «Прикладная логистика»; разработана программа стандартизации в сфере CALS-технологий в 2000 - 2003 годах; в авиастроении, судостроении, оборонной промышленности реализуются пилотные проекты по внедрению CALS-технологий. В нашей стране среди пионеров внедрения CALS — АВПК «Сухой», ОАО «Туполев», Конструкторское бюро приборостроения (Тула), Воронежский механический завод. Эти проекты поддерживаются Минпромнауки РФ, Минатомом РФ. Тем не менее, для нормального внедрения CALS в России необходимы переподготовка специалистов предприятий, подготовка специалистов в вузах и т. п.

            В настоящее время CALS-технологии в России рассматриваются как средство интеграции  в мировую экономику, как важный инструмент реструктуризации оборонной промышленности, судостроения, авиастроения и других отраслей, коренным образом упрощающий внутреннюю и международную промышленную кооперацию, повышающий привлекательность и конкурентоспособность промышленных изделий, обеспечивающий качество продукции, ускорение взаиморасчетов поставщиков и потребителей, совершенствование организации управления на конверсируемых и реформируемых предприятиях. Примерная цена внедрения CALS-технологий на отечественных предприятиях — от 50 до 900 тыс. долл. При этом реализация уже начального этапа дает существенный эффект за счет сокращения времени выхода изделия на рынок, повышения качества изделия, удовлетворения требований заказчика.

            Отставание с внедрением CALS-технологий сделает для предприятий  невозможным участие в международной  кооперации, негативно отразится  на конкурентоспособности и привлекательности  производимой продукции, послужит причиной потери определенных сегментов рынка.

1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ  CALS-технологий 

      Впервые концепция CALS возникла в середине 70-х годов в оборонном комплексе США в связи с необходимостью повышения эффективности управления и сокращения затрат на информационное взаимодействие в процессах заказа, поставок и эксплуатации средств вооружения и военной техники. Движущей силой явилась естественная потребность в организации «единого информационного пространства», обеспечивающего оперативный обмен данными между заказчиком  (федеральными органами), производителями и потребителями военной техники. Данная концепция изначально базировалась на идеологии ЖЦ продукта и охватывала фазы производства и эксплуатации. На первоначальном этапе аббревиатура CALS расшифровывалась как Computer Aided Logistic Support - компьютерная поддержка поставок. Предметом CALS являлась безбумажная технология взаимодействия между организациями, заказывающими, производящими и эксплуатирующими военную технику, а также формат представления соответствующих данных. 

            CALS базировалась на результатах реализации программы Integrated Computer-Aided Manufacturing (ICAM) – программы интегрированной компьютеризации производства, реализованной в Министерстве обороны США. Цель этой программы состояла в повышении эффективности производства посредством применения компьютерных информационных технологий. Комплексное применение этих технологий в рамках программы ICAM потребовало унификации и стандартизации методов описания и анализа организационных и производственных систем. На основе уже имевшихся технологий структурированного анализа и проектирования систем SADT (Structural Analisis and Design Technology)  было разработано семейство (более десяти) методов IDEF (Integrated DEFinition), ряд из которых был принят в качестве федеральных стандартов, а метод функционального моделирования IDEF0 принят в качестве стандарта CALS. 

            CALS-технологии, доказав  свою эффективность, перестали  быть прерогативой военного ведомства  и начали активно применяться  в промышленности, строительстве,  транспорте и других отраслях экономики, расширяясь и охватывая все этапы жизненного цикла продукта. Новая концепция сохранила аббревиатуру CALS, но получила более широкую трактовку Continuous Acquisition and Life Cycle Support – непрерывная поддержка ЖЦ продукта (изделия). Таким образом, возникшая в Министерстве обороны США идея, связанная с единой информационной поддержкой логистических систем, быстро превратилась в глобальную бизнес-стратегию перехода на безбумажную электронную технологию работы, повышения эффективности бизнес-процессов, выполняемых в ходе ЖЦ продукта, за счет информационной интеграции и совместного использования информации на всех его этапах.

            В 1987 году по инициативе 1100 ведущих представителей промышленности США был создан Американский Промышленный Управляющий Комитет в области CALS для координации работы различных организаций США в области CALS.

            Работы по внедрению CALS-технологий велись в 2 этапа. На первом этапе (рубеж 90-х годов) основное внимание уделялось представлению в электронном виде технической документации. На этом же этапе была определена технология представления технической и конструкторско - технологической документации в так называемом «нейтральном» электронном формате. На втором этапе (начало 90-х годов), в рамках всемирного консорциума 25 ведущих технических организаций США, было достигнуто соглашение об использовании нового «нейтрального» стандарта описания данных ISO 10303 (STEP- Standart for the Exchange of Product Model Data). Сразу же после разработки стандарта STEP была начата разработка  стандартов ISO 13584 (PLIB), ISO 15531 (MANDATЕ), предназначенных для описания и представления информации о компонентах и комплектующих изделия, производственно-эксплуатационной среды и обмена данными, которые имеют общую со STEP структуру и технологию построения. Эти стандарты заложили основу CALS-технологий.

            В 1995 году в США  был заключен меморандум по общему пониманию и кооперации в использовании  стандарта нового поколения ISO 10303 (STEP). В меморандуме отмечено, что новый  стандарт является ключевой технологией описания данных об изделии для мирового рынка. Этот стандарт обеспечивает описание физических и функциональных параметров изделия на протяжении всего его жизненного цикла. Меморандум, подписанный руководителями главных аэрокосмических компаний США, содержит обязательство участников использовать STEP в реализации CALS. Он подталкивает поставщиков, других участников аэрокосмической отрасли и продавцов ее технических систем к участию в разработке и внедрении STEP-технологии. В меморандуме указывается, что в настоящее время различные компании нуждаются в эффективном обмене информацией с их партнерами, заказчиками и поставщиками во всем мире. Для того, чтобы сохранить конкурентоспособность на мировом рынке, эти компании должны быть уверены, что обмен является совместимым, точным и своевременным. Используя эти международные стандарты, компании устраняют существовавшие при обмене информацией барьеры, что позволяет обеспечить максимальную гибкость при конструировании, производстве и логистической поддержке (поддержке поставок) продукции. Использование международных стандартов STEP дает возможность этим аэрокосмическим компаниям (и компаниям других отраслей) достигнуть новых, более высоких показателей качества и производительности, снижения стоимости продукции и сокращения времени выхода ее на рынок. Характерно, что рассматриваемый меморандум, заключенный главными аэрокосмическими компаниями, аналогичен с международным меморандумом автомобилестроительных компаний.

            Аналогичные комитеты и, соответственно, проекты в области CALS были созданы и развернуты в других странах. Так, например, в Великобритании CALS стала известна с 1988 года. В 1991 году был сформирован Промышленный Совет Великобритании в области CALS. С 1993 года департамент торговли и промышленности Великобритании начал содействовать развитию CALS. В том же году было выпущено руководство по внедрению CALS. Свою задачу Промышленный Совет видит в продвижении и поддержке наилучших методов реорганизации предпринимательской деятельности так, чтобы компании Великобритании могли пользоваться преимуществами электронного обмена информацией. Самыми первыми предприятиями, начавшими применение CALS, являются: аэрокосмический комплекс, военно-промышленный комплекс, крупные нефтяные и нефтеперерабатывающие компании. Самыми первыми проектами в области CALS в Великобритании были проекты, связанные с организацией цепных поставок между «первопроходцами» в области CALS.

            В Европе CALS также нашла  достаточно широкое  распространение. Cоздана Европейская Промышленная Группа в области CALS, созданы и создаются национальные программы по CALS, а также отдельные проекты по CALS, например такие, как PROSTEP, PISTEP.

            НАТО  уделяет значительное внимание вопросам CALS. Ведомство по вопросам CALS в структуре НАТО создано в 1994 году. В рамках данного ведомства осуществляются исследования, охватывающие: технические стандарты, функциональные мета модели, сетевую инфраструктуру, анализ рентабельности, принципы электронной коммерции, правовые вопросы и контрактное право.

            Внедрение CALS набирает темпы и в Тихоокеанском регионе. Так, например, Промышленный Форум по CALS в Японии был создан в мае 1995 года. В рамках Промышленного Форума осуществляются различные проекты в области CALS. Два из них оцениваются особенно высокой вероятностью их реализации:

- национальный  проект N-CALS (ассигнования 35.3 млн. долларов  за три года);

- международный  проект МАТ1С (ассигнования 17.7 млн. долларов за три года).

В международном  проекте МАТ1С участвуют Сингапур, Малайзия, Индонезия, Таиланд, Китай и Япония.

            В настоящее время  в мире действует более 25 национальных организаций, координирующих вопросы  развития CALS-технологий, в том числе  в США, Канаде, Японии, Великобритании, Германии, Швеции, Норвегии, Австралии, а также в рамках НАТО.

            В России, хотя и с некоторым отставанием во времени от передовых индустриальных стран, начиная с середины 90-х годов, на CALS начинают обращать свое внимание специалисты различных отраслей промышленности.  Создан Межведомственный Промышленный Совет по вопросам CALS при Миноборонпроме РФ. Его основными целями являются:

    - развитие российской индустриальной инфраструктуры по поддержке эффективных связей и взаимного обмена между предприятиями при реализации стратегии CALS ;

    - поддержка согласованных работ  в области CALS по интеграции предприятий в целях повышения их эффективности и производительности;

    - устранение возможных барьеров  в процессе интеграции CALS-стандартов и технологий.

            Одной из причин отставания в области CALS - технологий является отсутствие отечественной нормативной базы, регламентирующей основные принципы электронного ведения работ при проектировании, производстве, поставке и сервисном обслуживании изделия. Для организации и осуществления работ по стандартизации в области CALS-технологий (в соответствии с решением коллегии министерства экономики России) в рамках Госстандарта России в 1999 году создан Технический Комитет № 431 «CALS - технологии».  В рамках ТК № 431 действует подкомитет № 2 «Представление данных и обмен данными об изделиях и процессах», организованный на базе НИЦ CALS – технологий «Прикладная логистика» и объединяющий специалистов ведущих отечественных предприятий. Работы по подготовке нормативных документов ведутся в соответствии с «Программой стандартизации в области CALS-технологий в 2000 – 2003 г.г.», утвержденной Госстандартом России и рядом заинтересованных министерств и ведомств.

            В настоящий момент CALS понимается как глобальная стратегия повышения эффективности бизнес-процессов, выполняемых в ходе жизненного цикла продукта за счет информационной интеграции и преемственности информации, порождаемой на всех этапах жизненного цикла. Средствами реализации данной стратегии являются CALS-технологии, в основе которых лежит набор интегрированных информационных моделей: самого жизненного цикла и выполняемых в его ходе бизнес-процессов, продукта,  производственной и эксплуатационной среды. Возможность совместного использования информации обеспечивается применением компьютерных сетей и стандартизацией форматов данных, обеспечивающей корректную интерпретацию информации.

2. КОНЦЕПЦИЯ CALS

2.1. Основные определения

            В условиях постоянного  и значительного усложнения инженерно-технических  проектов, программ разработки новой  продукции и роста наукоемкости изделий конкурентоспособными окажутся предприятия, достигшие совершенства в управлении бизнесом, обладающие отлаженными процессами проектирования, производства, поставки и поддержки продукта, ориентированные на функционирование в условиях быстро меняющейся экономической ситуации и способные мгновенно реагировать на возникающие новые запросы рынка.

            Такая цель не может  быть достигнута частными, постепенными изменениями традиционных методов  работы и точечным внедрением средств  автоматизации. Предприятия должны провести кардинальное реформирование в сфере управления, опираясь на высокотехнологичные, положительно зарекомендовавшие себя стратегии организации современного бизнеса. Такой стратегией, принятой  в  настоящее  время  в  качестве  международного  стандарта, является CALS.

      CALS (Сontinuous Acquisition and Life Cycle Support) - непрерывная информационная поддержка жизненного цикла изделия или продукта. Это стратегия повышения эффективности, производительности и рентабельности процессов хозяйственной деятельности предприятий за счет внедрения современных методов информационного взаимодействия участников ЖЦ продукта.

      Жизненный цикл продукта, как его определяет стандарт ISO 9004-1, — это совокупность процессов, выполняемых от момента выявления потребностей общества в определенной продукции до момента удовлетворения этих потребностей и утилизации продукта. Основные стадии жизненного цикла показаны далее на рисунках.

      Процесс - это структурированный набор функций, охватывающий различные сущности и завершающийся глобальной целью (определение по ISO/CD 15531-1). По определению, приведенному в стандарте ISO 8402:1994, процесс - это совокупность взаимосвязанных ресурсов и деятельности, которая преобразует входящие элементы в выходящие. Ресурсами являются персонал, средства обслуживания, оборудование, технология, методология.

            ЖЦ продукта присуще  большое разнообразие процессов. Наиболее известные: производственный процесс, процесс проектирования, процесс  закупок. Каждый из этих процессов, в  свою очередь, состоит из технологических процессов и организационно-деловых процессов. Под технологическим процессом понимается часть производственного (или другого процесса), содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) последующему определению состояния предмета труда. Под организационно-деловыми процессами понимаются процессы, связанные с взаимодействием людей (подразделений, организаций). Все процессы ЖЦ взаимосвязаны (рис.2.1).

      Для общей характеристики этих процессов  используется понятие «бизнес-процесс».     

      Бизнес-процесс – совокупность технологических и организационно-деловых процессов, выполняемая целенаправленно в рамках заранее заданной организационной структуры.

            Бизнес-процессы могут  быть разного масштаба: масштаба предприятия (в него вовлечены работники нескольких подразделений, например, снабжающих предприятие материалами и комплектующими), внутрицеховые, внутри лабораторные (например, изготовить деталь). Внутри одного бизнес-процесса часть составляющих его технологических и организационно-деловых процессов может быть организована в отдельный вложенный бизнес-процесс меньшего масштаба. Отдельные технологические и организационно-деловые процессы могут раскладываться на операции (законченные части процесса, выполняемые на одном рабочем месте – выписать накладную, составить договор), которые в свою очередь делятся на переходы (законченные части операции, выполняемые одними и теми же средствами – позвонить, записать, фрезеровать).

Рис.2.1 Жизненный  цикл продукта как взаимосвязь процессов

      Бизнес-процессы также различаются по типу деятельности:

• основные бизнес-процессы (определяют основное направление деятельности предприятия: производство продукции, сервисное обслуживание, оказание услуг и т. п.);
• вспомогательные бизнес-процессы (процессы, связанные с решением внутренних задач предприятия по обслуживанию основных бизнес-процессов);
• бизнес-процессы управления (планирование деятельности предприятия, организация производства, контроль);
• бизнес-процессы сети (взаимодействие с поставщиками и потребителями).

            Анализ бизнес-процессов позволяет по-новому взглянуть на работу предприятия, уточнить обязанности работников, оценить эффективность использования ресурсов, увидеть недостатки,  скрытые в организационной структуре. С момента введения термина «бизнес-процесс» появилось понятие «реинжиниринг бизнес-процессов» (Business Process Reengineering, BPR), которое подразумевает фундаментальное переосмысление и перепроектирование бизнес-процессов предприятия с целью повышения эффективности его работы.

            В общем случае ЖЦ необходимо рассматривать как совокупность ЖЦ конечного продукта и ЖЦ входящих в него компонентов, результатов деятельности субпоставщиков.

      С этой точки зрения ЖЦ представляет собой древовидную структуру (рис. 2.2).

Рис. 2.2 Жизненный цикл продукта и его компонентов

      Рассмотрим определение CALS детальнее.

            В дословном переводе аббревиатура CALS означает «непрерывность поставок продукции и поддержки  ее жизненного цикла». Первая часть  определения - «непрерывность поставок продукции» 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 ЖЦ.

      Целью применения CALS-технологий, как инструмента организации и информационной поддержки всех участников создания, производства и пользования продуктом, является повышение эффективности их деятельности 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.

      Предметом CALS являются технологии информационной интеграции, то есть совместного использования и обмена информацией об изделии (продукте), среде и процессах, выполняемых в ходе жизненного цикла продукта.

      Основой CALS является использование комплекса единых информационных моделей, стандартизация способов доступа к информации и ее корректной интерпретации, обеспечение безопасности информации, юридические вопросы совместного использования информации (в том числе интеллектуальной собственности), использование на различных этапах ЖЦ автоматизированных программных систем (CAD/CAM/CAE, MRP/ERP, PDM и др.), позволяющих производить и обмениваться информацией в формате CALS.

            Иногда термин CALS, отождествляется с различными Автоматизированными  Системами Управления (АСУ) и компьютерными  технологиями вообще. CALS, в отличие от ИАСУ и АСУП, охватывает все стадии ЖЦ (рис.2.3).

Рис.2.3 Позиционирование АСУП, ИАСУ и CALS-систем

внутри  жизненного цикла  продукта

            Информационное взаимодействие субъектов, участвующих в поддержке  ЖЦ, должно осуществляться в едином информационном пространстве (ЕИП). Для разрушения коммуникационных барьеров и реализации концепции CALS необходимо создать ЕИП для всех участников ЖЦ изделия (в том числе и для эксплуатационников). ЕИП должно:

• накапливать всю информацию об изделии;
• быть единственным источником данных о нем (прямой обмен данными между участниками ЖЦ исключен);
• формироваться на основе международных, государственных и отраслевых стандартов.

    ЕИП создается с помощью программно-аппаратных средств, уже имеющихся у участников ЖЦ. В условиях отечественного производства лучше организовывать ЕИП в два этапа:

    I этап — автоматизация отдельных  процессов ЖЦ изделия и представление  данных на них в электронном  виде;

    II этап — интеграция автоматизированных  процессов и относящихся к ним данных.

    ЕИП может быть создано для структур разного уровня: от отдельного подразделения  до предприятия или корпорации.

    В основе концепции ЕИП лежит использование  открытых архитектур, международных  стандартов и апробированных коммерческих продуктов обмена данными. Стандартизации подлежат форматы представления данных, методы доступа к данным и их корректной интерпретации. Стандарты являются основным строительным блоком CALS.

      Информационная  интеграция базируется на использовании:

    - информационной модели ЖЦ продукта и выполняемых в его ходе бизнес-процессов;

    - информационной модели продукта;

    - информационной производственной и эксплуатационной среды.

            Более подробная  классификация информационных моделей  и их связь со стадиями ЖЦ продукта приведена в табл. 1.

Таблица 1