Долгих Э.А. Основы применения CALS-технологий в электронном приборостроении

Подождите немного. Документ загружается.

1. КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.1. Единое информационное пространство



Основы применения CALS-технологий в электронном приборостроении. Электрон. учеб. пособие

-11-

• системы визуализации всего процесса разработки документации

(Project Management);

• мощные средства хранения и управления данными о проекте (PDM–

Product Data Management);

• системы управления производством (MRP – Manufacturing Require-

ment Planning);

• системы планирования и управления предприятием (ERP – Enterprise

Resource Planning);

• системы управления цепочками поставок (SCM – Supply Chain Man-

agement);

• системы совместного электронного бизнеса (CPC – Collaborative

Product Commerce);

• системы управления продажами и обслуживанием (S&SM – Sales and

Service Management);

• программно-технологические средства, реализующие технологию

создания и сопровождения информационных систем (CASE – Computer Aided

Software Engineering);

• SCADA; CNC; CRM; MES (см. прил. 1).

Перечисленные автоматизированные системы могут работать автоном-

но, но создание ЕИП диктует, чтобы данные, генерируемые в одной системе,

были доступны в других системах для повышения эффективности автомати-

зации. Единое информационное пространство обеспечивается благодаря

унификации как формы, так и содержания информации о конкретных изде-

лиях на различных этапах ЖЦ.

Унификация формы достигается использованием стандар

тных форма-

тов и языков представления информации в межпрограммных обменах и при

документировании.

Рис. 1.2. Этапы жизненного цикла промышленных изделий и системы их автоматизации

SCM

PDM/PLM

CAD

MES

CAM

CPC

CRM

S&SM

SCADA

ERP

-2

CAE

Проектирование

Подготовка

производства

Производство и

реализация

Эксплуатация

Утилизация

1. КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.1. Единое информационное пространство



Основы применения CALS-технологий в электронном приборостроении. Электрон. учеб. пособие

-12-

Унификация содержания как однозначно правильная интерпретация

данных о конкретном изделии на всех этапах его ЖЦ обеспечивается разра-

боткой онтологий приложений, закрепляемых в прикладных CALS-

протоколах.

Унификация перечней и наименований сущностей, атрибутов и отно-

шений в определённых предметных областях является основой для единого

электронного описания изделия в CALS-пространстве [6

Развитие CALS обусловило появление новой организационной формы

выполнения масштабных наукоемких проектов, связанных с разработкой,

производством и эксплуатацией сложной продукции так называемого «вир-

туального предприятия» – IVE (Industrial Virtual Enterprise). Упрощенно

функционирование виртуального предприятия можно представить в виде

схемы, представленной на рис. 1.3

. Виртуальное предприятие создается по-

средством объединения на контрактной основе предприятий и организаций,

участвующих в жизненном цикле продукции и связанных общими бизнес-

процессами. Информационное взаимодействие участников виртуального

предприятия осуществляется на основе общих хранилищ данных через об-

щую корпоративную или глобальную сеть [7

]. Срок жизни виртуального

предприятия определяется длительностью проекта или жизненного цикла

продукции. Задача информационного взаимодействия особенно актуальна

для временно создаваемых виртуальных предприятий, состоящих из геогра-

фически удаленных друг от друга подрядчиков, субподрядчиков, поставщи-

ков с разнородными компьютерными платформами и программными реше-

ниями.

Виртуальное предприятие создается путем отбора требующихся чело-

веческих, организационно-методических и технологических ресурсов пред-

приятий участни

ков с их сетевой компьютерной интеграцией. Для его эффек-

тивной работы необходимо наладить интенсивное взаимодействие реально

имеющихся специалистов и подразделений различных предприятий в вирту-

альном пространстве с помощью новейших информационных и коммуника-

ционных технологий. Это взаимодействие призвано повысить уровень коо-

перации и координации партнеров, а в конечном итоге, конкурентоспособ-

ность производимой ими продукции и, соответственно, прибыль.

Виртуальное предприятие должно обеспечив

ать реализацию всего

жизненного цикла изделия. При этом портфель заказов может изменяться в

короткие сроки, так же как и состав участвующих в его выполнении органи-

заций. Поэтому организация производства виртуального предприятия требу-

ет наличия специальной инфраструктуры. Типичная инфраструктура вирту-

ального предприятия, получившая широкое распространение в зарубежной

практике, включает в себя следующие основные

состав

ляющие: cеть Internet/Intranet, международный стандарт STEP

1. КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.2. Виртуальное предприятие



Основы применения CALS-технологий в электронном приборостроении. Электрон. учеб. пособие

-13-

(Standard for the Exchange of Product model data) для обмена данными по мо-

делям продукции и стандарты на взаимодействие прикладных программ

(Common Object Request Broker Architecture). При этом прикладные програм-

мы, представленные в стандарте CORBA, могут использовать данные, полу-

чаемые через Internet в формате STEP. При создании общей инфраструктуры

язык IDL, применяемый в CORBA, объединяется с языком описания данных

EXPRESS, используемым в стандарте S

TEP. Здесь IDL описывает интерфейсы

работы с прикладными программами, а объектно-ориентированный язык

EXPRESS служит для получения нормализованных моделей данных. Для ре-

альной работы используются интерфейсы EXPRESS-G на C++, Java или

XML

(Extensible Markup Language) [1].

Рис. 1.3. Упрощенная схема функционирования виртуального предприятия

Таким образом, основой инфраструктуры является World Wide Web

Server, содержащий протоколы коммуникации для организации данных и

обеспечения доступа к ним через Internet. Стандарт STEP позволяет осущест-

влять обмен данными по различным моделям продукции, что дает возмож-

ность другим приложениям понимать семантику производственной инфор-

мации. С его помощью строятся нормализованные объектные модели, назы-

ваемые «информационными моделя

ми» и служащие для производственных

приложений. В свою очередь, открытая спецификация CORBA обеспечивает

применение совместных ресурсов путем поддержки обмена сообщениями

между объектами или агентами сети (например многократно используемыми

программами, составляющими приложение «клиент-сервер» в распределен-

ной среде). СORBA-совместимые брокеры объектных запросов не зависят от

вида платформы и могут использоваться с различными операционными сис-

темами.

Учебно – научные

организации

Поставщики и смежники

Проектно-

производственная

организация

Посреднические

организации

Ремонтные ор-

ганизации

РЫНОК

Портфель

заказов

ВИРТУАЛЬНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

Готовая

продукция,

услуги

1. КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.2. Виртуальное предприятие



Основы применения CALS-технологий в электронном приборостроении. Электрон. учеб. пособие

-14-

Эффективность компьютерной автоматизации предприятий определя-

ется значительными успехами информационных технологий, базирующихся

на разрабатываемых в последние годы технологиях обработки и передачи

информационных потоков: CALS, CASE, WEB. Для полной или частичной ав-

томатизации бизнес-процесса виртуального предприятия рекомендуется

применять программные средства информационной технологии workflow

(поток работ или данных), что позволит передавать документы, информацию

или задания для выполнения необходимых действий от одного участник

а к

другому в соответствии с набором процедурных правил.

Создание виртуальных предприятий требует проработки общей схемы

совместного функционирования и взаимодействия составных частей. Это вы-

водит на первый план вопросы проектирования, анализа и при необходимо-

сти реинжиниринга внутренних и совместных бизнес-процессов, юридиче-

ского взаимодействия и интеллекту

альной собственности.

Совместное многократное использование однажды созданной инфор-

мации обеспечивается стандартизацией. Стандарты CALS определяют набор

правил и регламентов, в соответствии с которыми строится взаимодействие

участников процессов ЖЦИ. Существующие стандарты CALS можно струк-

турировать по этапам жизненного цикла и по объекту описания [8

, 19],

табл. 1.3

Таблица 1.3

CALS-стандарты

IDEF0, ISO10303 AP208 (STEP), ISO9000, ISO

15531 MANDATE, LSA/LSAR (MIL-STD-1388,

AECMA, 00-60/1

информационное описание жиз-

ненного цикла продукта и вы-

полняемых бизнес-процессов

ISO 10303 (STEP), ISO 13584 (PLIB)

конструкторская и технологиче-

ская модель продукта

ISO 8879 (SGML), ISO 10744 (HyTime), MIL-

PRF-2000…2003, MIL-PRF-28003, MIL-M-

87268, MIL-D-87269

эксплуатационная модель про-

дукта

Основной стандарт электронного описания продукции ISO 10303 STEP

определяет структуру базы данных об изделии, в том числе данных

о составе изделия, вариантах конфигурации, свойствах и технических харак-

теристиках, геометрических моделях и чертежах, иллюстрациях, данные о

контрактах, изменениях и т. д. На основе стандартов семейства STEP:

• создание структурированного электронного хранилища конструктор-

ских данных об изделии, интегрирующего процессы разработки и получае-

мые результаты в единое целое;

1. КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3. Нормативная база



Основы применения CALS-технологий в электронном приборостроении. Электрон. учеб. пособие

-15-

• подготовка лицензионной документации при продаже лицензии и пе-

редаче ее в электронном виде;

• обмен данными между предприятиями, применяющими разнородные

системы автоматизированного проектирования.

Стандарт ISO 8879 (SGML) предназначен для создания электронных

документов «страничного» типа. На основе стандартов семейства SGML ре-

шаются следующие задачи:

• подготовка электронной эксплуатационной и ремонтной документа-

ции;

• организация обмена электронными документами между предпри-

ятиями или с заказчиком.

Следующий блок стандартов и технологий – стандарты описания про-

цессов. Наличие формализованного описания процессов необходимо для оп-

тимизации всего их комплекса, от разработки до эксплуатации и утилизации.

Для решения этой задачи применяется фактический международный стан-

дарт IDEF/0 (FIPS 183). Электронное описание процессов представляет со-

бой базу данных о мат

ериальных и информационных потоках, ресурсах. На

ее основе решаются следующие задачи:

• анализ и реинжиниринг бизнес-процессов;

• проектирование информационной инфраструктуры, процедур и рег-

ламентов информационного взаимодействия;

• разработка регламентов и процедур обеспечения качества продукции

и создания систем для обработки данных о качестве;

• разработка систем документооборота, должностных инструкций и др.

Стандарт ISO 10303 STEP (STandard for the Exchange of Product data)

[www.iso.ch

, www.prostep.org, www.pdes.de, www.steptools.com] – один из

первых в семействе специализированных CALS-стандартов, является харак-

терным примером информационного стандарта нового поколения, по образу

и подобию которого строятся последующие CALS-стандарты.

В соответствии с названием STEP определяет «нейтральный» формат

представления данных об изделии в виде информационной модели. Для

обеспечения возможности единообразного описания изделий в различных

прикладных областях предполагается, что создаваемы

е интегрированные

информационные модели (в терминах стандарта «прикладные протоколы»)

создаются на базе типовых блоков («интегрированных ресурсов»), причем

для описания схем данных используется специально введенный язык

Express [19

В соответствии с этим международным стандартом конструкторское

электронное описание изделия (рис. 1.4

) [2, 3] должно содержать структуру и

вариант конфигурации изделия (изделие может иметь различные версии),

геометрические модели и чертежи, свойства и характеристики составных

частей и др.

1. КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3. Нормативная база



Основы применения CALS-технологий в электронном приборостроении. Электрон. учеб. пособие

-16-

Рис. 1.4. Логическая структура базы данных на изделие

в соответствии с идеологией стандарта ISO 10303 STEP

Стандарт ISO 10303 включает в себя 8 разделов, тесно связанных друг с

другом, каждый из которых, в свою очередь, состоит из томов. Перечень раз-

делов включает в себя:

• методы описания;

• стандартные решения (методы реализации);

• структура и методология проверки на совместимость;

• общие интегрированные ресурсы;

• прикладные интегрированные ресурсы;

• прикладные протоколы;

• набор абстрактных тестов;

• элементы для конкр

етных приложений.

Данные о конструкции объекта, представленные в соответствии со

стандартом STEP, могут быть использованы для технической подготовки

производства, планирования потребностей, управления производством, соз-

дания интерактивных электронных технических руководств (ИЭТР). Ряд

причин потребовал внедрения STEP в реальное производство. Первая – не-

достаток высококвалифицированных кадров. Многие компании хотели бы

иметь специализированное программное обеспечение, оптимально настроен-

ное на решени

е их задач, и упростить производство, но понимают, что неиз-

Структура

сборки

Внешняя

идентифика-

ция

Отношение

изготовления

Геометрия

Изделие

Документ

ВЕРСИЯ ИЗДЕЛИЯ

Редакция

документа

Блоки

овка

История документа

Утверждаемый

объект

Утверждение

Сотрудник

Аппарат

Взаимозаменяемость

Структура категорий

Категории

Тип

свойства

Значение

свойства

Конфигурация

изделия

Применимость

1. КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3. Нормативная база



Основы применения CALS-технологий в электронном приборостроении. Электрон. учеб. пособие

-17-

бежный переход к другой системе сделает их усилия тщетными, а данные ус-

таревшими. За 20 лет развития систем компьютерного проектирования ис-

чезли многие САПР, а их пользователи понесли значительные финансовые

потери. Стандарт STEP позволяет избежать таких негативных последствий –

он обеспечивает долговременный формат хранения данных, который позво-

лит специализированным CAE-, CAD-, CAM-системам взаимодействовать с

другими инструментальными средств

ами проектирования и производства как

сегодня, так и в будущем. Технологии совместного использования данных

упрощают создание виртуальных (электронных) предприятий и цепочек по-

ставок. Использование STEP ускоряет разработку, улучшает кооперацию, по-

вышает качество представления информации и эффективность управления

проектными данными, облегчает обмен данными с заказчиками и поставщи-

ками во вс

ем мире.

Стандарт STEP планируется долговременно поддерживать различными

системами. Это подтверждается постоянным ростом использования стандар-

та во всем мире.

ISO 10303 STEP описывает представление, функциональные характе-

ристики, форматы хранения и обмена электронными моделями изделий.

Электронное описание изделия должно содержать информацию, достаточ-

ную для описания полного жизненного цикла продукта: от разработки и

анализа, производства, проверки качества, эксплуатации и ремонта до спи-

сания и утилизации. STEP описывает (см. рис. 1.4) геометрию, топологию,

точность изготовления, взаимные связи компонентов, механические и дру-

гие физические свойства, структуру сборок, конфигурации изделий и многое

другое. Некоторые части стандарта используются в качестве готовой модели

данных для систем PDM (например ISO 10303-208), а другие описывают

конкретную технологию представления данных для информационного об-

мена между предприятиями (например ISO 10303-21).

Для достижения указанных выше целей стандарт разделен на множест-

во частей. Основные части стандарта завершены, и опубликованы документы

со статусом IS – International Standard. Другие части стандарта разрабатыва-

ются и совершенствуются. Наиболее важной особенностью стандарта являет-

ся его способность к расширению. STEP построен на объектно-

ориентированном языке, который формально описывает структуру изделия и

ориентирован на правильность и единственност

ь представления любой тех-

нической информации, которой необходимо обмениваться. Эксперты ис-

пользуют язык под названием EXPRESS, чтобы детально представить инфор-

мацию об изделии из определенной отрасли промышленности. Кроме этого

язык EXPRESS может документировать взаимные связи документов и рабо-

тать с базами данных. Эти связи являются точным станд

артом для электрон-

ного описания изделия.

В табл. 1.4

приведена детальная структура стандарта STEP. Как видно

из таблицы, в данном стандарте инфраструктурные части (интегрированные

ресурсы и прикладные решения) отделены от специфичных отраслевых час-

тей (прикладных протоколов AP 203, AP 214, AP 212, AP 220 и т. д.). Большая

1. КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3. Нормативная база



Основы применения CALS-технологий в электронном приборостроении. Электрон. учеб. пособие

-18-

часть инфраструктуры стандарта завершена и неизменна, но отраслевые про-

токолы, как было отмечено выше, допускают постоянные изменения и дора-

ботки.

Рассмотрим подробней некоторые разделы стандарта STEP [1

Методы описания

Группа документов, включенных в тома с номерами 11, 12, предназна-

чена для описания диалектов языка EXPRESS.

Том 11: Express language reference manual – основное руководство по

языку EXPRESS. Содержит также описания расширения Express-C и графиче-

ского варианта Express-G языка EXPRESS. Базовый язык приспособлен для

описания и передачи статических свойств объектов приложений, т. е. пара-

метров структур и ограничений. Поэтому Express-C включает средства опи-

сания динамических свойств объектов (добавлено описание событий и тран-

закций). Для наглядности представления языковых конструкций

в EXPRESS предусмотрены графические средства изображения моделей, в

качестве которых может использоваться специальное дополнение

EXPRESS – язык диаграмм.

Таблица 1.4

Разделы и основные тома стандарта ISO 10303

Descriptions methods Методы описания

Part 1 (IS): Overview and fundamental prin-

ciples

Общий обзор и основополагающие принци-

пы

Part 11 (IS): EXPRESS language reference

manual

Справочное руководство по языку EXPRESS

Part 12 (IS): The EXPRESS-I language refer-

ence manual

Справочное руководство по языку

EXPRESS-I

Implementation methods Методы реализации

Part 21 (IS): Clear text encoding of the ex-

change structure

Структура текстового обменного файла

Part 22 (IS): Standard data access interface

specification

Спецификация программного интерфейса

доступа к данным

Part 23 (IS): C++ language binding to the

standard data access interface

Привязка C++ к программному интерфейсу

доступа к данным

Part 24 (CD): C language binding to the

standard data access interface

Привязка C к программному интерфейсу дос-

тупа к данным

Part 26 (WD): Interface definition language

binding to the standard data access interface

Язык описания программного интерфейса

доступа к данным

1. КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3. Нормативная база



Основы применения CALS-технологий в электронном приборостроении. Электрон. учеб. пособие

-19-

Продолжение табл. 1.4

Conformance testin

methodolo

and

framework

Структура и методология проверки на со-

вместимость

Part 31 (IS): General concepts Общие концепции

Part 32 (IS): Requirements on testing labora-

tories and clients

Требования к испытательным лабораториям

и клиентам

Part 34 (IS): Conformance testing methodol-

ogy and framework: Abstract test methods for

application protocol implementations

Методы тестирования для реализаций прото-

колов применения

Part 35 (NWI): Abstract test methods for

SDAI implementations

Абстрактные методы тестирования для реа-

лизаций программного интерфейса SDAI

Integrated generic resources Общие интегрированные ресурсы

Part 41 (IS): Fundamentals of product de-

scription and support

Принципы описания и поддержки продукта

Part 42 (IS): Geometric and topological re-

presentation

Геометрическое и топологическое представ-

ление

Part 43 (IS): Representation structures Структуры представления

Part 44 (IS): Product structure configuration Конфигурация структуры продукта

Part 45 (IS): Materials Материалы

Part 46 (IS): Visual presentation Визуальное представление

Part 47 (IS): Shape variation tolerances Допуски на вариации форм

Part 49 (IS): Process structure and properties Структура и свойства процесса

Integrated application resource Интегрированные прикладные ресурсы

Part101 (IS): Draughting Черчение

Part 104 (IS): Finite element analysis Анализ методом конечных элементов

Part 105 (IS): Kinematics Кинематика

Part 106 (WD): Building construction core

model

Базовая модель конструкции

Application Protocols Прикладные протоколы

Part 201 (IS): Explicit draughting Прямое черчение

Part 202 (IS): Associative draughting Ассоциативное черчение

Part 203 (IS): Configuration controlled de-

sign

Проектирование на основе заданной конфи-

гурации

Part 204 (CD): Mechanical design using

boundary representation

Проектирование механической конструкции

на основе граничного представления

Part 205 (CD): Mechanical design using sur-

face representation

Проектирование механической конструкции

на основе поверхностного представления

Part 207 (IS): Sheet metal die planning and

design

Проектирование штампов для листового ме-

талла

Part 208 (WD): Life cycle management –

Change process

Управление жизненным циклом – Изменение

процесса

1. КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3. Нормативная база



Основы применения CALS-технологий в электронном приборостроении. Электрон. учеб. пособие

-20-

Продолжение табл. 1.4

Application Protocols Прикладные протоколы

Part 209 (CD): Composite and metallic

structural analysis and related design

Структурный анализ и проектирование изделий

из металла и композиционных материалов

Part 210 (CD): Electronic assembly, inter-

connect and packaging design

Проектирование межсхемных соединений и

упаковки электронных изделий

Part 212 (IS): Electrotechnical design and

installation

Проектирование и установка электротехниче-

ских устройств

Part 213 (DIS): Numerical control process

plans for machined parts

Программы ЧПУ для обработки деталей

Part 214 (IS): Core Data for Automotive

Mechanical Design Processes

Базовые данные для проектирования автомо-

билей

Part 215 (WD): Ship arrangement Схемы судов

Part 216 (WD): Ship moulded forms Формы фасонных поверхностей для судовых

корпусов

Part 217 (CD): Ship piping Судовые трубопроводы

Part 218 (CD): Ship structures Судовые надстройки

Part 220: Process planning, manufacture,

and assembly of layered electronic products

Проектирование, производство и сборка мно-

гослойных печатных плат

Part 221 (CD): Functional data and their

schematic representation for process plant

Функциональные данные и их схематическое

представление для технологических процессов

Part 222 (WD): Exchange of product data

for composite structures

Обмен данными об изделиях из композицион-

ных материалов

Part 223 (WD): Exchange of design and

manufacturing product information for cast-

ing parts

Обмен конструкторской и производственной

информацией по литым изделиям

Part 224 (IS): Mechanical product defini-

tion for process plans using machining fea-

tures

Описание механических изделий в технологи-

ческих процессах с использованием станочного

оборудования

Part 225 (IS): Building elements using ex-

plicit shape representation

Конструктивные элементы с явным представ-

лением формы

Part 226 (WD): Ship mechanical systems Судовые механические системы

Part 227 (IS): Plant spatial configuration Пространственная конфигурация завода

Part 228: Building services: Heating, venti-

lation, and air conditioning

Строительство: отопление, вентиляция и кон-

диционирование воздуха

Part 229: Exchange of design and manufac-

turing product information for forged parts

Обмен конструкторской и производственной

информацией по кованым деталям

Part 230 (WD): Building structural frame:

Steelwork

Строительные каркасы: стальные конструкции

Part 231 (CDC): Process engineering data:

process design and process specification of

major equipment

Технологические данные: технологическое

проектирование и технологические специфика-

ции основного оборудования