Технология управления данными об изделии

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Уфимский государственный авиационный технический университет

Кафедра Автоматизации Технологических Процессов

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Автоматизация управления жизненным циклом»

на тему:

Технология управления данными об изделии

Уфа, 2014 
Содержание

Введение

Системы автоматизированного проектирования относятся к числу наиболее сложных и наукоемких автоматизированных систем. Наряду с выполнением собственно проектных процедур необходимо автоматизировать также управление проектированием, поскольку сам процесс проектирования становится все более сложным и зачастую приобретает распределенный характер. На крупных и средних предприятиях заметна тенденция к интеграции САПР с АСУП и системами документооборота. Для управления столь сложными интегрированными системами в их составе имеется специальное ПО — системная среда САПР или АС, называемая в настоящее время системой управления проектными данными или системой PDM (Product Data management).

Одной из ключевых CALS-технологий является PDM-технология управления данными об изделии, которая позволяет решить две проблемы, возникающие при разработке и поддержке жизненного цикла (ЖЦ) наукоемкой промышленной продукции: управление данными об изделии и управление информационными процессами ЖЦ изделия, создающими и использующими эти данные.

Данные об изделии представляют собой всю информацию, созданную в течение ЖЦ. Они включают в себя состав и структуру изделия, геометрические параметры, чертежи, планы проектирования и производства, спецификации, нормативные документы, программы для станков с ЧПУ, результаты анализа, эксплуатационные данные и многое другое.

Все информационные процессы, связанные с проектированием изделия, технологией его производства, а также информация о конструкции, деталях, структуре, геометрических данных и других параметрах изделия находится под управлением PDM-системы

Создаются и изменяются такие данные в результате выполнения определенных информационных процессов ЖЦ изделия, например процедуры внесения изменений. Информационные процессы могут быть достаточно сложными, охватывающими десятки сотрудников предприятия и при этом взаимосвязанными между собой. Например, проектирование сборки включает проектирование каждой входящей в нее детали, а изменение одной из них может повлечь за собой изменение множества других (а если эта деталь используется в нескольких изделиях, то изменения затронут несколько проектов). Таким образом, в проектах по разработке изделий необходимо не только планировать все входящие в них процессы, но и управлять их выполнением, распределяя задачи между исполнителями, определяя данные, которые им при этом необходимы, и обеспечивая их совместный доступ к этим данным.

История систем управления  данными.

Сам термин «управление жизненным циклом изделия» появился как результат почти двадцатилетней эволюции соответствующих рынков и технологий. Для середины начала 1990-х гг. единого мнения относительно того, что именно следует относить к категории информация об изделии, (особенно в смысле инженерных данных) попросту не существовало. Постепенно эти данные стали конкретизироваться, как данные об изделии. Именно в это время появился термин «управление данными об изделии» (PDM).

История систем управления проектными данными непосредственно связана с развитием систем автоматизированного проектирования. Появление системных сред в САПР ознаменовало переход от использования отдельных не связанных друг с другом программ, решающих частные проектные задачи, к применению интегрированной совокупности таких программ. Интегрирующим компонентом в 70-е гг. стала единая БД САПР. Однако попытки использовать имевшиеся в то время СУБД не приводили к удовлетворительным результатам в силу разнообразия типов проектных данных, распределенного и параллельного характера процессов проектирования, с одной стороны, и недостаточной развитости баз данных, с другой стороны. Специализированные СУБД, ориентированные на САПР, были созданы в 80-е годы. Однако они не учитывали или в недостаточной степени удовлетворяли требованиям обеспечения целостности данных, управления потоками проектных работ, многоаспектного доступа пользователей к данным. И лишь на рубеже 80-90 гг. появились системы управления проектными данными, названные в то время Framework или системными средами, сначала в САПР электронной промышленности, а позднее и в САПР машиностроения, где они и получили наименование PDM. На протяжении 90-х годов роль системных сред неуклонно повышалась. Во-первых, из-за роста сложности проектируемых объектов и необходимости сокращать сроки проектирования. Во-вторых, из-за необходимости интеграции систем проектирования с системами управления предприятием и технологическими процессами. Благодаря развитию Internet, Web- и CALS-технологий такая интеграция стала возможной в глобальном масштабе.

Современные системы управления проектными данными называют PDM. Основной компонент систем PDM — банк данных (БнД). Он состоит из системы управления базами данных и баз данных (БД). Межпрограммный интерфейс в значительной мере реализуется через информационный обмен с помощью банка данных.

PDM отличает легкость  доступа к иерархически организованным  данным, обслуживание запросов, выдача  ответов не только в текстовой, но и в графической форме, привязанной  к конструкции изделия.

 Поскольку взаимодействие  внутри группы проектировщиков  в основном осуществляется через  обмен данными, то в системе PDM часто совмещают функции управления  данными и управления параллельным  проектированием. К важнейшим функциям PDM относятся управление проектами  и управление конфигураций изделий.

Назначение Product Data Management (PDM)  технологии  и системы

PDM-технология предназначена для управления всеми данными об изделии и информационными процессами ЖЦ изделия, создающими и использующими эти данные. Данные об изделии состоят из идентификационных данных (например, данных о составе или конфигурации изделия) и данных или документов, которые используются для описания изделия или процессов его проектирования, производства или эксплуатации (при этом все данные обязательно представлены в электронном виде).

Управление информационными процессами ЖЦ представляет собой поддержку различных процедур, создающих и использующих данные об изделии (например, процедуры изменения изделия), т.е. фактически поддержку электронного документооборота, например, конструкторского документооборота.

Основной идеей PDM-технологии является повышение эффективности управления информацией за счет повышения доступности данных об изделии, требующихся для информационных процессов ЖЦ.

Повышение доступности данных об изделии достигается за счет интеграции всех данных об изделии в логически единую модель. Существует много задач, которые можно решить за счет применения PDM-технологии, среди которых можно выделить наиболее распространенные:

      -  Создание ЕИП для всех участников ЖЦ изделия;

      - Автоматизация управления конфигурацией изделия;

        - Построение системы качества продукции согласно международным стандартам качества серии ISO 9000 (здесь PDM-технология играет роль вспомогательного средства);

      - Создание электронного архива чертежей и прочей технической документации (наиболее простой способ применения PDM-технологии).

PDM - системой принято считать организационно-техническую систему, которая обеспечивает управление всей информацией об изделии. В качестве изделий могут выступать самые разнообразные товары и объекты: от микрочипов до автомобилей и от мостов до компьютерных сетей. PDM-системы являются неотъемлемой частью PLM-систем.

Последние несколько лет внесли окончательную ясность: отрасль сформировалась и постоянно расширяется как по степени охвата, так и по мощности предлагаемых решений, благодаря чему, собственно, и был принят термин PLM.    

Product Lifecycle Management (PLM) — жизненный цикл продукта, изделия. Подразумевается совокупность процессов, выполняемые от момента выявления потребностей общества в определенном продукте до утилизации изделия после его использования. Понятие применимо для любого изделия сферы информационных технологий и не только. При современном подходе можно выделить 11 этапов ЖЦ изделия.

Применение концепции PLM (Product Lifecycle Management - технологии управления жизненным циклом (ЖЦ) изделия) в сложном многооперационном производстве, характерном для предприятий машиностроения, «де факто» - необходимое условие повышения конкурентоспособности каждого предприятия, за счет повышения качества выпускаемой продукции и степени удовлетворенности заказчика. Именно эта концепция позволяет отслеживать каждую партию (и даже каждый экземпляр) продукции на всех этапах ЖЦ – выявление потребности у заказчика, учитывая его разнообразные требования к изделию, все этапы производства, отгрузки и эксплуатации, а также утилизации в конце полезного срока службы и архивирование всей информации.

Для популяризации и дальнейшего распространения PDM-систем среди пользователей и разработчиков создано две организации: International Product Data Management User Group (IPDMUG) и Plant/Product Information Management Association (PPIMA). Несмотря на то, что главная задача, которую ставят перед собой создатели этих организаций — просвещение по методам интеграции PDM-систем, они отличаются своими подходами к работе.

 Деятельность IPDMUG сосредоточена в области информационного обеспечения пользователей данными по совместному использованию PDM-систем с САПР и MRP-системами. PPIMA, занимаясь тем же кругом вопросов, распространяет свою деятельность на всех заинтересованных в вопросе лиц. В сферу своей деятельности PPIMA включает как технические вопросы, так и занимается чисто организационными проблемами.

САПР (CAD или CADD) — система автоматизированного проектирования. Программный пакет, который призван создавать конструкторскую и технологическую документацию, 3D модели и чертежи.

Одна из ключевых тем развития САПР - "облачные" вычисления: удаленная проектах излишнюю секретность. Поэтому скорее всего именно частные облака станут в ближайшее время основным драйвером рынка. Облака — это не только новые технологии, но еще и возможность экспериментировать с новыми бизнес-моделями. 

PDM-система. 

Для реализации PDM-технологии существуют специализированные программные средства, называемые PDM-системами (т.е. системами управления данными об изделии; другое название – системы управления проектами).

PDM-система должна контролировать все связанные с изделием информационные процессы (в первую очередь, проектирование изделия) и всю информацию об изделии, включая: состав и структуру изделия, геометрические данные, чертежи, планы проектирования и производства, нормативные документы, программы для станков с ЧПУ, результаты анализа, корреспонденцию, данные о партиях изделия и отдельных экземплярах изделия и многое другое.

При создании ЕИП для всех участников ЖЦ изделия, PDM-система выступает в качестве средства интеграции всего множества используемых прикладных компьютерных систем (САПР, АСУП и т.п.) путем аккумулирования поступающих от них данных в логически единую модель на основе стандартных интерфейсов взаимодействия.

PDM-система может выступать в  двух основных ролях:

- как рабочая среда сотрудника  предприятия;

- как средство интеграции данных  на протяжении всего ЖЦ изделия.

Управление потоками работ в системе iMAN 

 Рабочая среда сотрудника. PDM-система должна стать рабочей средой для любого сотрудника предприятия, которому необходимы данные о выпускаемых изделиях.

 В эту категорию  входят не только конструкторы, технологи и работники технического  архива, но и работники из других  областей - сбыта, маркетинга, снабжения, финансов, сервиса, эксплуатации и  т. п. Таким образом, сотрудник предприятия  в процессе своей работы должен  постоянно находиться в PDM-системе, а система в свою очередь  обеспечивать все его информационные  потребности, начиная от просмотра  спецификации узла и заканчивая  изменением твердотельной модели  детали или ее утверждением  у начальника. При необходимости  она обращается к помощи других  систем обработки данных (например, САПР), самостоятельно определяя, какое  именно внешнее приложение необходимо  применить для обработки той  или иной информации.

 
 
 
Рис.1. Создание ЕИП на основе PDM-системы

Пользователями PDM-системы выступают все сотрудники всех предприятий-участников ЖЦ изделия: конструкторы, технологи, работники технического архива, а также сотрудники, работающие в других предметных областях: сбыт, маркетинг, снабжение, финансы, сервис, эксплуатация и т.п.

Главной задачей PDM-системы является предоставление соответствующему сотруднику нужной ему информации в нужное время в удобной форме (в соответствии с правами доступа).

Цели

При переводе работы предприятия под контроль PDM-систем, достигаются следующие цели:

- Сокращение сроков разработки и внедрения изделия;

- Уменьшение стоимости обработки информации;

- Помогает контролировать информацию о поставщиках.

Все информационные процессы, связанные с проектированием изделия, технологией его производства, а также информация о конструкции, деталях, структуре, геометрических данных и других параметрах изделия находится под управлением PDM-системы. Кроме того, в PDM собраны все чертежи изделия, программы для станков с ЧПУ, планы проектирования и производства, результаты технических испытаний, данные о партиях и отдельных экземплярах изделия, нормативные и законодательные акты, вся корреспонденция, относящаяся к изделию, а также некоторые другие документы.

 
 
Функции PDM-системы.

Одна из главных функций PDM — взаимодействие между пользователями. Имея доступ в систему можно обращаться к любой информации на всех стадиях разработки и реализации изделия. А поскольку все данные, относящиеся к объекту, включая чертежи, диаграммы, списки и приложения, хранятся ныне в электронном виде, то при проектировании любой документ всегда находится под рукой.

 Кроме данных, с помощью PDM-системы  можно управлять всем процессом  разработки высокотехнологичного  объекта. А также получить информацию  о самом изделии, о состоянии  прилагаемых к нему документов  и внесённых в процессе разработки  изменениях. В PDM реализована функция  по авторизации данных, которые  могут повлиять на изменение  данных об изделии.

С этой целью для различных пользователей разработано несколько режимов доступа, предотвращающих как несанкционированный доступ к документам, так и любое внесение в них изменений. То есть, под централизованным управлением PDM-системы с одной стороны находятся все данные, связанные с самим изделием и процессом его конструирования, производства, эксплуатации и утилизации. А с другой, осуществляет административные функции — не допуская несанкционированный вход в систему, или предотвращая несвойственные для пользователя действия.

PDM-система позволяет также  создавать стандартизированные  отчёты о характеристиках изделия, его частях и деталях, использованных  материалах, а также обо всех  этапах прохождения от разработки  до утилизации. Каждый пользователь  системы может вывести все  необходимые документы у себя  на экране независимо от того  где он находится. Это позволяет  собирать в одну команду специалистов  проживающих на больших расстояниях  либо работать дома, а не в бюро.

Возможность групповой и удалённой работы над проектом с возможностью просмотра любого необходимого документа в реальном времени, а также возможность совместного использования общих информационных ресурсов предприятия является одним из главных преимуществ PDM-система по сравнению с традиционными программами по документообороту. При этом в некоторые документы изменения могут вноситься регулярно, другие же оставаться статичными. Все эти возможности существенно сокращают время на обработку заказа, экономя от 40 % до 70 % рабочего времени конструкторов и общей стандартизации цикла внесения изменений в рабочие проекты.

PDM-система позволяет контролировать  большие объёмы инженерно-технических  данных связанных с проектированием, производством, эксплуатацией и  дальнейшей утилизацией высокотехнологичных  изделий.

С помощью PDM-системы можно также отслеживать и вносить изменения во все документы относящиеся к разрабатываемому предмету. Главное отличие от традиционных БД состоит в том, что в PDM можно вносить информацию любых форматов и типов и выдавать её пользователям в структурированном виде.

База данных — объективная форма представления и организации совокупности данных, систематизированных таким образом, чтобы эти данные могли быть найдены и обработаны с помощью ЭВМ. А поскольку PDM-системы могут работать не только с текстовыми документами, имеющими невысокую ценность на современном производстве, а и с геометрическими моделями и данными, которые используются в работе конвейерных линий и компьютеризированных станков, то это выгодно их отличает от традиционных офисных систем документооборота.

Все функции полноценной PDM-системы можно четко разделить на несколько групп:

1) Управление хранением данных и документов. Все данные и документы в PDM-системе хранятся в специальной подсистеме – хранилище данных, которая обеспечивает их целостность, организует доступ к ним в соответствии с правами доступа и позволяет осуществлять поиск данных разными способами. При этом документы, хранящиеся в системе, являются электронными документами, т.е., например, обладают электронной подписью.

2) Управление процессами. PDM-система выступает в качестве рабочей среды пользователей и отслеживает все их действия, в т.ч. следит за версиями создаваемых ими данных. Кроме того, PDM-система управляет потоком работ (например, в процессе проектирования изделия) и занимается протоколированием действий пользователей и изменений данных.

3) Управление составом изделия. PDM-система содержит информацию о составе изделия, его исполнениях и конфигурациях. Важной особенностью является наличие нескольких представлений состава изделия для различных предметных областей (конструкторский состав, технологический состав, маркетинговый состав и т.д.), а также управление применяемостью компонентов изделия.

4) Классификация. PDM-система позволяет производить распределение изделий и документов в соответствии с различными классификаторами. Это может быть использовано при автоматизации поиска изделий с нужными характеристиками с целью их повторного использования или для автоматизации присваивания обозначений компонентов изделия.

5) Календарное планирование. PDM-система содержит функции формирования календарного плана работ, распределения ресурсов по отдельным задачам и контроля выполнения задач со стороны руководства.

6) Вспомогательные функции, обеспечивающие взаимодействие PDM-системы с другими программными средствами, с пользователями, а также взаимодействие пользователей друг с другом.

Компоненты и составляющие

Жизненный цикл продукта

В PDM-системах объединены сразу несколько технологий:

EDM (engineering data management) — управление инженерными данными;

PIM (product information management) — управление информацией об изделии;

TDM (technical data management) — управление техническими данными;

TIM (technical information management) — управление технической информацией;

А также нельзя забывать об управлении изображениями и манипулированием информацией, всесторонне определяющей конкретное изделие.

 
Выгоды от использования PDM-системы.

Основной выгодой от использования на предприятии PDM-системы является сокращение времени разработки изделия, т.е. сокращение времени выхода изделия на рынок и повышение качества изделия.

Сокращение времени выхода на рынок достигается в первую очередь за счет повышения эффективности процесса проектирования изделия, которое характеризуется четыре аспекта:

    1) Избавление конструктора от непроизводительных затрат своего времени, связанных с поиском, копированием и архивированием данных, что, при работе с бумажными данными, составляет 25-30% его времени;

2. Улучшение взаимодействия между конструкторами, технологами и другими участниками ЖЦ изделия за счет поддержки методики параллельного проектирования, что приводит к сокращению количества изменений изделия;
3. Значительное сокращение срока проведения изменения конструкции изделия или технологии его производства за счет улучшения контроля за потоком работ в проекте;
4. Резкое увеличение доли заимствованных или слегка измененных компонентов в изделии (до 80%) за счет предоставления возможности поиска компонента с необходимыми характеристиками.

      При использовании систем автоматизированного проектирования и подготовки производства качество изделия зависит не столько от качества проектирования, сколько от состояния данных (т. е. их полноты, корректности, актуальности). PDM-система позволяет значительно улучшить это состояние и соответственно повысить качество самого изделия.

В настоящее время на российском рынке имеется ряд программных продуктов, реализующих PDM-технологию. Их производителей можно разделить на две группы:

1) фирмы - разработчики САПР, которые предлагают еще и PDM-решения,

2) независимые поставщики.

 К первой можно отнести  две “тяжелые” системы: iMAN (UGS, США) и Windchill (PTC, США), а также систему T-FLEX DOCs (“Топ Системы”, РФ). Ко второй  группе относятся PartY PLUS (“Лоция  Софт”, РФ), PDM STEP Suite (НИЦ CALS “Прикладная  логистика”, РФ) и Search (“Интермех”, Белоруссия).

Центры интеграции на предприятии

У любой PDM-системы есть свои достоинства и недостатки, поэтому важно принять правильное решение по выбору продукта. Нужно также учитывать, что их внедрение представляет собой непростую задачу и требует адаптации к нуждам предприятия. 

Заключение

При решении задачи CALS-технологий (повышение эффективности управления информацией об изделии) роль PDM-технологии состоит в том, чтобы сделать информационные процессы максимально прозрачными и управляемыми. Эта задача решается путем повышения доступности данных для всех участников ЖЦ изделия, что требует их интеграции в логически единую информационную модель.

Главное предназначение PDM-систем - управление информацией и облегчение доступа к данным об изделии на протяжении всего его жизненного цикла. Положительный эффект достигается благодаря возможности объединить все данные об изделии в единую логическую систему. В результате такого объединения все, кто принимает участие в разработке изделия, получают распределенный авторизованный доступ к проектной информации и управлению процессами проектирования. Наиболее распространённые задачи, которые можно решить при помощи PDM-систем, следующие:

- Создание электронного архива чертежей и другой технической документации;

- Создание ЕИП для всех сотрудников, принимающих участие в разработке жизненного цикла изделия;

- Автоматизация внесения изменений в конфигурацию изделия;

- Приведение всех данных о  продукте к международным стандартам  качества серии ISO 9000.

Список использованной литературы

1.Левин А.И., Судов Е.В.- Журнал: Директор информационной службы, №11, 2002 год

2. http://www.cals.ru/

3. Левин А.И., Судов Е.В.-Журнал: Технологические системы, №4, 2010 год

4. Алексей Яцкевич, Дмитрий  Страузов-Журнал: САПР и Графика, № 6, 2012 год

5. http://www.pdm.ru