CALS- и PLM-технологии

Идеальной основой обеспечения эффективного управления процессами жизненного цикла (ЖЦ) изделия является применение стратегии CALS(Continuous Acquisition and Life Cycle Support – Непрерывное развитие и поддержка жизненного цикла, непрерывная информационная поддержка поставок и жизненного цикла).

CALS-технологии - современный подход к проектированию и производству высокотехнологичной и наукоёмкой продукции, заключающийся в использовании компьютерной техники и современных информационных технологий на всех стадиях жизненного цикла изделия, обеспечивающая единообразные способы управления процессами и взаимодействия всех участников этого цикла: заказчиков продукции, поставщиков/производителей продукции, эксплуатационного и ремонтного персонала, реализованная в соответствии с требованиями системы международных стандартов, регламентирующих правила указанного взаимодействия преимущественно посредством электронного обмена данными.

ИПИ (информационная поддержка процессов жизненного цикла изделий) - русскоязычный аналог понятия CALS.

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

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

Построение открытых распределенных 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.

Для обеспечения информационной интеграции CALS использует стандарты IGES и STEP в качестве форматов данных. В CALS входят также стандарты электронного обмена данными, электронной технической документации и руководства для усовершенствования процессов. В последние годы работа по созданию национальных CALS-стандартов проводится в России под эгидой ФСТЭК РФ. С этой целью создан Технический Комитет ТК431 «CALS-технологии», силами которого разработан ряд стандартов серии ГОСТ Р ИСО 10303, являющихся аутентичными переводами соответствующих международных стандартов (STEP).

Несколько фактов применения CALS-технологий зарубежом. Например, в 1985 году Министерство обороны США объявило планы создания глобальной автоматизированной системы электронного описания всех этапов проектирования, производства и эксплуатации продуктов военного назначения. За прошедшие годы CALS-технология получила широкое развитие в оборонной промышленности и военно-технической инфраструктуре Министерства обороны США. По имеющимся данным это позволило ускорить выполнение НИОКР на 30-40%, уменьшить затраты на закупку военной продукции на 30%, сократить сроки закупки ЗИП на 22%, а также в 9 раз сократить время на корректировку проектов.

Управленческие и информационные технологии CALS призваны способствовать решению (с большей эффективностью и с меньшими издержками) ряда конкретных задач

К числу таких задач, в первую очередь, относятся:

1. Накопление, хранение и систематическое обновление данных об изделии, включающих:

· информацию о составе и структуре изделия, то есть о его компонентах и их входимости (иерархической соподчиненности);

· о характеристиках изделия и его компонентов (например, габариты, масса, показатели надежности, тактико-технические характеристики и т.д.);

· ссылки на техническую документацию, описывающую изделие (в частности - в виде электронных чертежей, 3D-моделей и т.д.) и хранящуюся в электронном архиве.

2. Согласование, утверждение и систематическое отслеживание выполнения требований к изделию и его компонентам на всех стадиях ЖЦ (разработка, изготовление, эксплуатация, модернизация).

3. Параллельная разработка конструкции изделия и системы его эксплуатации, технического обслуживания и ремонта (ТОиР), в том числе:

· обеспечение надежности (безотказности, долговечности) изделия как конструктивными, так и эксплуатационными средствами;

· обеспечение ремонтопригодности и эксплуатационной технологичности посредством анализа как вновь создаваемого изделия, так и его прототипов;

· формирование регламентов и технологических операций технического обслуживания, обеспечивающих существенное сокращение длительности этих процедур;

· определение рациональной периодичности планово-профилактических работ (в единицах календарного времени или наработки), оценка продолжительности и стоимости выполнения соответствующих технологических процессов; анализ и реализация возможностей сокращения продолжительности и стоимости техпроцессов;

· определение рациональной номенклатуры и количества запасных частей, расходных материалов и принадлежностей (ЗИП), которые следует поставлять вместе с изделием, приобретать и хранить на складах с тем, чтобы обеспечить требуемую готовность техники при минимальных затратах на приобретение и хранение.

4. Кодификация продукции, в том числе поставляемой для государственных нужд, позволяющая упорядочить поставки и сократить затраты времени удовлетворения заявок на ЗИП.

5. Мониторинг хода эксплуатации, позволяющий накапливать и анализировать фактические данные о надежности, расходовании ресурсов всех видов (трудовых, материальных, финансовых и др.), эффективности применения и так далее, с целью последующего использования этих данных при модернизации существующих и проектировании новых образцов техники.

6. Электронная технология создания эксплуатационной и ремонтной документации на изделие, обеспечивающая:

· создание базы готовых фрагментов (модулей) документации, предназначенных для многократного использования при создании модификаций и исполнений базового изделия, что обеспечивает значительное сокращение затрат;

· возможность с минимальными затратами поддерживать актуальное состояние документации при изменениях конструкции изделия в ходе его модернизации в течение ЖЦ;

· многократное сокращение физических объемов документации при ее издании в электронном виде;

· резкое (на порядки) сокращение затрат времени на поиск нужной информации в процессе ТОиР, а также при возникновении нештатных ситуаций , при издании документации в электронном виде.

7. Стандартизация процессов и технологий управления и информационного взаимодействия всех участников ЖЦ изделия на всех его стадиях, обеспечивающая единообразие действий и понимания данных всеми участниками ЖЦ, а также возможность многократного использования однажды созданных данных, что существенно снижает затраты на информационную поддержку процессов ЖЦ.

Стратегия CALS обеспечивает создание единого информационного пространства (ЕИП) для всех участников ЖЦ: заказчиков продукции (включая государственные учреждения и ведомства), поставщиков (производителей) продукции, эксплуатационного и ремонтного персонала, реализованная в соответствии с требованиями системы международных стандартов. Это позволяет преодолеть информационный хаос и коммуникационные барьеры между участниками ЖЦ изделия, а также приводит к повышению эффективности управления процессами ЖЦ и улучшению взаимодействия между его участниками. Результатом такого повышения является снижение временных и материальных издержек в течение ЖЦ изделия и повышение степени удовлетворения потребностей заказчика, а это, в свою очередь, неизбежно принесет повышение конкурентоспособности.

Применение компьютерных систем по укрупненным этапам жизненного цикла выглядит следующим образом.

Проектирование изделия:

1. компьютерные системы автоматизации проектирования (CAD-Сomputer Aided Design), которые являются инструментарием конструктора для двумерного, а потом трехмерного параметрического моделирования (AutoCAD, SolidWork, T-FLEX CAD, KOMPAS);

2. компьютерные системы для инженерных расчетов (CAE- Сomputer Aided Engineering),обеспечивающих автоматизацию расчетов по прочности, по тепловым режимам, по виброустойчивости и так далее;

3. системы автоматизированной подготовки производства (CAM - Сomputer Aided Manufacturing)выдают в электронном виде сведения о способах изготовления и контроля изделия и его компонентов в процессе производства, описания маршрутных и операционных технологий, управляющие программы для станков с ЧПУ, а также данные для проектирования приспособлений и так далее (ТехноПро, T-FLEX штампы, T-FLEX пресс-формы, T-FLEX ЧПУ, SurfCAM, T-FLEX Анализ и т.д.).

Производство изделия:

1. системы планирования потребностей в материалах (MRP-системы);

2. системы планирования ресурсов производства (MRPII-системы);

3. системы планирования ресурсов предприятия (ERP-системы).

Эти системы поставляют производственные и эксплуатационные данные об изделии в электронном виде, обеспечивают взаимодействие основных процессов организации: маркетинг и сбыт, планирование и управление производством, планирование материальных запасов, планирование закупок, управление финансами, учет и так далее. В отечественной терминологии они чаще называются АСУП (автоматизированные системы управления предприятием/производством).

Поставка и эксплуатация изделия:

1. системы логистической поддержки изделия, к которым относятся системы автоматизации обслуживания и ремонта изделия на этапе эксплуатации, заказа комплектующих к изделию, поставки изделий и комплектующих, в частности , SCM-системы (Supply Chain Management - управление цепочкой поставок);

2. системы электронной коммерции, к которым относятся отдельные блоки ERP-систем, а также системы для проведения коммерческих операций в электронном виде - системы управления взаимоотношениями с клиентами (CRM - Customer Relationship Management), системы В2В (business-to-business) - взаимодействия предприятий между собой, системы электронной коммерции типов В2С (business-to-customer) - взаимодействие поставщика и покупателя, в том числе INTERNET - магазины;

3. интерактивные электронные технические руководства (ИЭТР) относятся к автоматизированным системам, предоставляющим пользователю эксплуатационную информацию по конкретному изделию, а также возможности по диагностике изделия, поиску и устранению неисправностей, обучению, взаимодействию с поставщиком и тому подобное.

Технологии интеграции данных реализуются с помощью класса автоматизированных систем, называемых системами управления данными об изделии (Product Data Management – PDM- системы). С одной стороны, такие системы выступают в качестве хранилища всех данных об изделии и взаимодействуют с компьютерными системами, создающими или использующими данные об изделии. Данные, таким образом, доступными любому участнику ЖЦ изделия, имеющему соответствующие права доступа. С другой стороны, PDM-системы должны решать задачу повышения эффективности работыотдельного пользователя. В этом случае они должны выступать в качестве рабочей среды пользователя, предоставляя ему нужные данные в нужное время и в нужной форме.

PLM (сокр. от англ. Product Lifecycle Management) - технология управления жизненным циклом изделий. Организационно-техническая система, обеспечивающая управление всей информацией об изделии и связанных с ним процессах на протяжении всего его жизненного цикла, начиная с проектирования и производства до снятия с эксплуатации. При этом в качестве изделий могут рассматриваться различные сложные технические объекты.

Примеры PLM-систем

· PTC Windchill

· Dassault Systemes

· IBM PLM Solution

· SAP PLM

· Siemens A&D UGS PLM Software TeamCenter

· РМО: Управление жизненным циклом разработки новых продуктов - решение на базе Web-платформы "Офис Управления Проектами - РМО", связывает управление портфелем продуктов и управление проектами (разработчик Адванта Групп)

· Lotsia Software

В рамках борьбы за внутренние и внешние рынки отечественные промышленные предприятия сталкиваются с необходимостью повышать свою конкурентоспособность:

· Сокращать сроки выведения изделий на рынок;

· Повышать производительность труда;

· Улучшать качество продукции;

· Устранять угрозы своей информационной безопасности.

Решение этих проблем предполагает комплексных подход. Одним из элементов этого подхода является внедрение новых информационных технологий поддержки жизненного цикла изделий (PLM-технологий). PLM предполагает новый подход к управлению стратегическим ресурсом предприятия - информацией. Этот подход основан на использовании интегрированных моделей данных об изделии и бизнес-процессов предприятия. PLM предполагает новые методы работы с информацией об изделии, позволяя тесно увязать ее с процессами, обеспечивая одновременный доступ к данным различных категорий сотрудников, позволяя в полной мере реализовать принципы параллельного проектирования изделий.

PLM-решение для предприятия – комплексная система, включающая:

· Модель данных и документов, описывающих предприятие, его продукцию и технологии ее изготовления.

· Модель бизнес- и производственных процессов создания и производства продукции.

· Программные и аппаратные средства.

· Подготовленный персонал.

· Нормативно-справочную документацию.

PLM позволяет:

· Сократить временные издержки в 1,5-2 раза за счет сокращения времени на поиск информации, времени проведения изменения и количества самих изменений.

· Повысить производительность труда за счет возможности повторного использования компонент изделия (их доля может быть доведена до 80%).

· Повысить качество продукции за счет контроля за качеством данных и за соответствием процессов предприятия требованиям стандартов серии ISO 9000.

· Сократить угрозы информационной безопасности за счет организации защищенного

хранения данных и регламентации доступа к ним.

Для успешного функционирования на предприятии PLM-системы недостаточно просто ее установить на рабочих местах и научить сотрудников использовать ее функциональность. Причина этого состоит в том, что PLM-система представляет собой инструмент организации работы, который необходимо настраивать под рабочие процедуры предприятия, то есть внедрять. Концепция управления жизненным циклом изделия (Product Lifecycle Management) направлена на объединение отдельных участков автоматизации предприятия в едином информационном пространстве и реализацию сквозного конструкторского, технологического и коммерческого цикла – от подготовки проекта до выпуска изделия, его эксплуатации и утилизации. С помощью PLM можно организовать и обеспечить быстрый и безопасный доступ к информации о продукции всем, кто в ней нуждается, - конструкторам, технологам, инженерам, сотрудникам отдела сбыта, маркетинга, технического обслуживания, а также партнерам, поставщикам и заказчикам.

PLM включает в себя:

· базовые стандарты и технологии (XML, средства визуализации, совместной работы и интеграции приложений);

· инструменты автоматизации конструирования (CAD), инженерных расчетов (САЕ), управления производством (САМ), разработки программ (CASE), проектирования электронных приборов (EDA) и так далее;

· вспомогательные программы (для хранения данных, управления информацией, документооборота и другое);

· функциональные приложения (для управления конфигурациями, версиями, знаниями и прочее);

· специализированное отраслевое ПО.

Разные экспертно-аналитические фирмы, оценивая развитие рынка PLM-технологий приходят к единому выводу: PLM-рынок растет и будет устойчиво расти в ближайшие годы (CIMdata оценивает темпы роста в 7,5% в год, Daratech – по 8% в год, а ARC Advisory Group – 11,5%). Следует отметить, что PLM-сегмент растет более высокими темпами, чем рынок программного обеспечения в целом, так как в области CAD/CAM-, CAE- и PDM-систем перестало ощущаться влияние отложенного спроса и рынок вступает в более зрелую и стабильную фазу развития в рамках процессов глобализации рынков и обострения конкурентной борьбы.

Еще одним доказательством перспективности мирового рынка PLM-технологий стал тот интерес, который проявила фирма Microsoft, не обращавшая раньше особого внимания на этот сегмент рынка, видимо, потому, что по ее меркам объем данной отрасли сравнительно невелик – всего около 4% мирового рынка программного обеспечения. Но в 2005 году софтверный гигант вступил в стратегический альянс с Dassault Systёmes, заключил партнерские соглашения с UGS и Autodesk, а с последней компанией к тому же обменялся патентными лицензиями. Достаточно очевидно, что Microsoft решила укрепить свои позиции в промышленном секторе. «Мы постараемся сделать PLM-продукты доступными для более широкого круга промышленных предприятий», — заявил Билл Гейтс при объявлении союза с Dassault Systёmes.

Принципиально важно отметить, что проблема эффективного внедрения и применения PLM-технологий в России является системной и в условиях быстроразвивающихся передовых технологий затрагивает:
– образование, научные исследования и промышленные разработки;
– внутренний и внешний рынки, особенно, учитывая специфические моменты эпохи глобализации;
– продукцию как гражданского, так и военного назначения;
– проблемы постоянного сохранения конкурентоспособности как специалистов и выпускаемой продукции, так и организаций в целом (ВУЗы, КБ, промышленные предприятия, научно-внедренческие и консалтинговые фирмы, и т.д.) во всех сферах их деятельности.

Популярности и развитию рынка PLM-технологий кроме блестящих примеров лидеров мирового производства способствуют и нарастающие процессы глобализации, а точнее, такая современная тенденция, как усиление международного разделения труда. Отчеты многих аналитических компаний свидетельствуют, что в последнее время неуклонно растет объем работ, передаваемых для выполнения за рубеж («субконтрактинг», «аутсорсинг»), как правило, в те страны, где высококвалифицированная рабочая сила стоит дешевле. В результате CAD- и CAE-системы, представляющие собой центральную часть PLM-технологий, превращаются из индивидуального инструмента в эффективные средства командной работы.

Основные тенденции развития CAD/CAM-систем, которые в последние годы усилиями тысяч разработчиков превратились в мощные и надежные системы, автоматизирующие выполнение практически всех распространенных операций проектирования и технологической подготовки к производству:

- пользовательский интерфейс CAD-систем всех уровней с каждой версией становится удобнее;

- CAD-системы среднего класса все более тесно интегрируются с CAM- и PDM-системами и содержат некоторые элементы CAE-систем, что позволяет конструкторам выполнять простейшие инженерные расчеты, не покидая единого пользовательского интерфейса;

- CAD-системы содержат утилиты для обнаружения и исправления наиболее распространенных ошибок данных, возникающих при передаче моделей из одной системы в другую;

- CAD-системы для твердотельного моделирования среднего класса теперь включают средства моделирования поверхностей сложной формы, что необходимо при работе с изделиями из листового металла;

- CAD-модели становятся все более фотореалистичными.

Другим «локомотивом» PLM-рынка, наряду с глобальным аутсорсингом, за последние два года стали программные системы, предназначенные для выполнения инженерного анализа – CAE-системы. В последнее время в CAE-сегменте PLM-рынка наблюдается настоящий бум: по данным аналитической компании Daratech, в 2004 году объем продаж CAE-систем в целом вырос на 12% по сравнению с 2003 годом и превысил знаменательный рубеж – 1млрд. долларов. В ноябре 2004 года компания Daratech опубликовала данные исследований, свидетельствующие, что доля рынка CAE-систем достигла 25% от объема всего PLM-рынка. Большинство разработчиков CAE-систем подтвердило большие объемы продаж и в 2005 году. Причем принципиально важно отметить, что по прогнозам экспертов объемы продаж CAD-систем в дальнейшем будут неуклонно снижаться, так как мировой рынок CAD-систем близок к насыщению, а рынок наукоемких CAE-технологий в ближайшие годы будет расти наивысшими темпами.

Ежегодный прирост рынка CAE-систем оценивается примерно в 13,5%, что выше темпов роста PLM-рынка в целом.

Главные причины возросшего интереса к CAE-системам:

- стремительное и регулярное увеличение вычислительной мощности компьютеров за последние 25 лет;

- значительное расширение спектра функциональных возможностей CAE-систем, позволяющих на основе рациональных математических/механических/конечно-элементных моделей, обладающих высоким уровнем адекватности реальным объектам и процессам, чрезвычайно быстро выполнять компьютерное моделирование и получать достоверные результаты;

- признание ведущей роли CAE-моделирования для ускорения выпуска новой конкурентоспособной продукции, повышения качества продукции и снижения финансовых и временных затрат на разработку новых образцов.