Этапы развития информационных систем и технологий на машиностроительных предприятиях

Структура информационной системы предприятия

Любое предприятие для анализа возникающих проблем, принятия решений, контроля опера­ций, создания новых продуктов или услуг нуждается в информации.

Под информацией понимаются осмысленные и переработанные данные, которые используются для решения управленческих задач. Данные отражают события, происходящие как в самой организации, так и за ее пределами.

Информационной системой предприятия можно назвать систему, показывающую точки входа и выхода информации, направления ее потоков и взаимосвязи между ними.

Упрощенная схема информационной системы предприятия показана на рисунке 1.1. [4].

Как видно даже из этой упрощенной схемы, число информационных потоков заметно больше, чем путей перемещения товаров. В современной экономике обработка и обмен информацией могут приносить больше прибыли, чем движение товаров от продавца к покупателю. Стоимость компаний все в большей степени определяется не ее материальными активами (здания, оборудование), а такими нематериальными активами, как люди, идеи, технологии, а также стратегией объединения и использования главных информационных ресурсов компании.

Значительная часть этих информационных потоков состоит из достаточно легко поддающихся автоматизации процедур, что открывает широкое поле возможностей для использования современных технологий передачи и обработки информации.

Созданием, развитием и эксплуатацией информационных систем занимается отрасль информационных (компьютерных) технологий (ИТ, от англ. information technology, IT).

Рисунок 1.1. Схема информационной системы предприятия

Этапы развития информационных систем и технологий на машиностроительных предприятиях

Можно выделить следующие основные этапы развития информационных технологий [2]:

1960 годы - автоматизация выполнения простейших функций;

1970 годы - интеллектуальная направленность информацион­ных технологий, развитие информационного моделирования, прогнозирования и управления;

1980 годы - расширение областей применения информацион­ных технологий, создание локальных сетей и электронных баз данных. Привлечение к использованию информационных тех­нологий руководителей всех уровней управления;

1990 годы - стремление к объединению информационных ре­сурсов и кооперации при создании информационных техноло­гий; совместное использование информации; создание вирту­альных предприятий.

В настоящее время развитие существующих информационных систем и создание новых неразрывно связаны с понятием CALS-технологий. Кроме того, в некоторых случаях, термины «CALS-технологии» и «информационные технологии» употребляются как синонимы. Упрощенно, можно сказать, что CALS-технологии - это информационные технологии, построенные на определенных стандартах.

В России в качестве аналога понятия CALS иногда используется термин ИПИ (информационная поддержка процессов жизненного цикла изделий).

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. Причиной возникновения идеи была естественная потребность в организации «единого информационного пространства», обеспечивающего оперативный обмен данными между заказчиком (федеральными органами), производителями и потребителями военной техники. 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 результатахпрограммы интегрированной компьютеризации производства (ICAM), реализованной в Министерстве обороны США. Массовое применение информационных технологий в рамках этоц программы потребовало унификации и стандартизации методов описания и анализа организационных и производственных систем. На основе уже имевшихся технологий был разработан ряд федеральных стандартов IDEF, а метод функционального моделирования IDEF0 был принят в качестве стандарта CALS.

Это положило начало процесса углубленной стандартизации и унификации правил взаимодействия участников информационных систем, значительно повышающего возможности взаимодействия на всех уровнях деятельности человека.

CALS-технологии, доказав свою эффективность, перестали использоваться только у военных 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). CALS 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.

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 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, началось внедрение CALS как в гражданской, так и в военной сфере.

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 [9].

1.3. Современные ИТ и их значение для предприятия [5]

Конечная цель любого предприятия - прибыль, эффективность бизнеса. Одной из характерных черт современного промышленного производства являются жесткие требования к конкурентоспособности продукции. Что, в свою очередь, требует и быстрых темпов разработки и запуска продукции в производство и налагает высокие требования на качество продукта, его соответствие рынку. Инженерным языком говоря, производство работает в меньших допусках относительно того, как это было двадцать-тридцать и даже десять лет назад. Это стало возможным во многом благодаря широкому внедрению сначала САПР, затем организации обмена данными между проектными и производственными системами и на современном этапе созданию систем, полностью описывающих жизненный цикл изделия от концепции до описания технологических процессов его изготовления и эксплуатации.

Возросшая сложность, изощренность технологий производства и необхо­димость увеличивать разнообразие выпускаемой продукции породили насущную проблему координации и уп­равления информацией. Деятельность, основанная на информации, теперь составляет значительную часть всей деятельности предприятия. Только организация, основанная на информации, может дать предприятию воз­можность выжить и успешно конкурировать на динамично изменяющемся мировом рынке. Только интегрированная, ультрасовременная информаци­онная система, может обеспечить необходимое сотрудничество в масштабе всего предприятия.

Построение ИС основывается на всеобъемлющей интеграции раз­личных модулей, принципе однократного ввода данных, взаимосвязанности хранимых данных, возможности создания отчетов, непосредственном доступе к информации, ориентации на конечного пользователя и т. д.

Внедрение современных ИТ позволяет

- превратить предприятие в информационно-управ­ляемое. То есть, становится возможным управлять предприятием опираясь на информационный ресурс, который, в отличие от прочих (Стоимость, Время, Оперативность реакции, Гибкость. Качество, Инновация) могут быть многократно использован;

- воспринимать предприятие как одно целое. То есть, если компания состоит из множества предприятий, ведущих бизнес в разных сферах, или расположенных удаленно друг от друга, руководство может эффективно управлять ими как одним целым, не беспокоясь о совместимости приложений в тех или иных подразделениях. Так же появляется возможность объединения информационных подсистем в одну, устраняя при этом дублирование процессов;

- управлять предприятием в режиме реального времени. Наибольшую ценность представляет актуальная информация. ИТ позволяют дать моментальный доступ к ней всем участником процессов. Результатом является увеличение эффективности и пропуск­ной способности каналов информации, и возможность осуществлять процессы не только последовательно, но и параллельно;

- становиться основой для бизнес-стратегии предприятия. ИТ в свое время давали и дают возможность быстро производить стретегические изменения на предприятии, облегчая внедрение новых систем. Примером может быть система «Производство на мировом уровне» (World Class Manufacturing, WCM), появившаяся в 80-х годах. Она включала в себя такие мощные методы, как «Точно в срок» (ЛТ), «Тоталь­ный контроль качества» (Total Quality Management, TQM), «Оценка эффективности» (Benchmarking), «Развитие человеческих ресурсов» (Human Resources Development), «Единичное производство» (Lean Manufacturing), а позднее, в 1990-х годах, еще и Реинжиниринг бизнес-процессов;

- используя одну программную платформу, работать с учетом всех особенностей конкретного предприятия. Сегодня можно создать ИС эффективную для данного предприятия не создавая ее с нуля, без привлечения огромных человеческих и финансовых ресурсов. Можно взять готовый продукт и настроить его под нужды предприятия. При этом можно добавлять или убирать необходимые функции с течением времени, сохраняя работоспособность системы.

- ориентироваться на массовых пользователей. Все пользователи, которым это необходимо, могут быть включены в единую ИС предприятия. При этом система обеспечивает максимально возможно «дружелюбный» интерфейс, помогая людям делать свою работу, а не мешая.

Требования к современным ИС:

- масштабируемость;

- надежность;

- управляемость;

- опора на стандарты.

У разных компаний этот список может варьиро­ваться и включать дополнительные пункты, но эти базовые принципы присутствуют в любом варианте списка. Рассмотрим их внимательнее.

Масштабируемость подразумевает возможность увеличить необходимую производительность сис­темы как по количеству операций, так и по числу пользователей.

Надежность - это устойчивость системы к сбоям. Уровень надежности определяется про­центом времени, которое система находится в рабо­чем состоянии. Так же очень важно обеспечивать сохранность информации, которая сегодня может стоить дороже, чем сама ИС.

Управляемость. Информационная система не должна отнимать слишком много ресурсов на свое обслуживание. Речь идет не только о деньгах, но и о времени. То есть надо выбирать: содержать штат сотрудников, поддерживающих работоспособность ИС (или пользоваться услугами специальных компаний) или дать возможность своим сотрудникам самим решать все проблемы, тратя на это рабочее время.

Опора на стандарты. О необходимости стандартизации уже было сказано выше. Надо лишь добавить, что система, которая использует современные стандарты информационных технологий, весьма вероятно сможет эффективно работать и в будущем.

1.4. Жизненный цикл изделия [3]

CALS – 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 определяют стандарты CALS, — 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 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 (см. рис.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, внутрилабораторные (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).

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 (см. рис. 1.2) [2]. 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).

Рис. 1.2. Жизненный цикл продукта и его компонентов

ЕИП должно:

- аккумулировать 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.

Фундаментом CALS-технологии является система единых международных стандартов.

CALS-стандарты можно подразделить на три группы:

- функциональные стандарты, определяющие процессы и методы формализации;

- информационные стандарты по описанию дан­ных о продуктах, процессах и средах;

- стандарты технического обмена, контролиру­ющие носители информации и процессы обмена данными между передающими и принимающими системами.

Место и роль информационных технологий и международных стандартов, а также взаимосвязь между ними, приведены на рис. 1.3 [2]. Суть этих технологий кратко изложена ниже.

Выходы, связанные с производством продукции как у поставщи­ка, так и у производителя можно представить при использовании стандартов MRP, MRP II, ERP, ISO 15531 ManDate.

Характеристики продукции и ее состояния как у поставщика, так и у производителя можно представить при использовании стандартов ISO10303 STEP, ISO 15531 ManDate.

Требования потребителя и производителя учитываются при ис­пользовании ФСА, ФФА, FMEA, QFD.

Обратная связь между потребителем и производителем, а также между производителем и субпоставщиком может быть организована на базе стандартов ISO 9000, MRP, MRP II, ERP, ISO 15531 ManDa­te, ISO 10303 STEP.

ISO 15531 ManDate - стандарты из системы стандартов CALS -технологий. Предназначен для обеспечения коллективного доступа поставщика и потребителя к информации о производственном про­цессе поставщика. Использует согласованные со стандартом ISO 10303 STEP форматы представления данных.

Рисунок 1.3. Взаимосвязь между стандартами и бизнес-процессами на предприятии

ISO 10303 STEP - основное семейство стандартов из системы стандартов CALS-технологий (в настоящее время включает около сотни стандартов и проектов). Предназначен для обеспечения кол­лективного доступа поставщика и потребителя к информации о:

- конструкции изделия;

- процедурам испытаний изделия;

- эксплуатационной документации на изделие;

- другой информации по всем стадиям жизненного цикла изделия.

Разработан в конце 1980-х годов МО США при участии Мини­стерства торговли США и предназначался первоначально для обеспе­чения поставок военной техники и технологий. В настоящее время все шире охватывает невоенные области, прежде всего машиностроение и промышленное строительство.

Важность управления данными об изделии, представленными в формате ISO 10303 STEP, связано со следующими обстоятельствами. Данные о конструкции изделия занимают значительную часть в об­щем объеме информации, используемой в ходе его жизненного цикла (ЖЦ). На основе этих данных решается ряд задач производства из­делия, материально-технического снабжения, сбыта, эксплуатации, ремонта и др. (рис. 1.4) [2].

Кроме стандартов, которые относятся к CALS, существуют и другие, часто используемые в бизнес-процессах.

ISO 9000 - семейство стандартов на системы качества предприя­тия. Система качества - часть системы управления предприятия, ох­ватывающая основные бизнес процессы (в настоящее время более 20 процессов). Разработана в середине 1980-х годов как обобщение пе­редового опыта по обеспечению качества и воплощение Глобальной Европейской концепции в области качества. Предназначена для ре­шения следующих основных задач:

- обеспечения климата доверия в экономике;

- предоставления потребителю объективных доказательств спо­собности поставщика к производству товаров и услуг опреде­ленного уровня качества;

- повышения конкурентоспособности предприятий.

Рис. 1.4. Использование конструкторских данных в ходе ЖЦ изделия

Система качества является наиболее распространенным стандар­том за всю историю ISO, их используют несколько сот тысяч пред­приятий практически во всех странах мира. Соблюдение требований стандарта в настоящее время рассматривается как пропуск на между­народный рынок товаров и услуг. В России с 1998 г. соблюдение тре­бований ISO 9000 - обязательное условие для получения госзаказа (постановление Правительства РФ №113 от 02.02.1998 г.).

MRP - стандарт на планирование материальных ресурсов (Ma­terial Requirements Planing), первый из серии стандартов на плани­рование материальных ресурсов, разработан в 1960-х годах, обеспе­чивает согласование действий снабженческих, производственных и сбытовых подразделений по формированию заказов в реальном мас­штабе времени и материального учета. Не поддерживает нулевых производственных запасов и потому не обеспечивает поставок в ре­жиме just in time (точно в срок).

Одним из наиболее распространенных методов управления про­изводством в мире является стандарт MRP II (Manufacturing Resour-se Planning), разработанный в США и поддерживаемый американ­ским обществом по контролю за производством и запасами - Ameri­can Production and Inventory Control Society (APICS). MRP II - это набор проверенных на практике разумных принципов, моделей и процедур управления и контроля, служащих повышению показате­лей экономической деятельности предприятия.

С середины 1990-х годов стандарт MRP II применяется для пла­нирования потребностей в распределении и ресурсах на уровне пред­приятия - Enterprise Resourse Planning, а интегрированные програм­мные продукты, обеспечивающие такое планирование, называются ERP-системами (например, SAP R3, BAAN, MGF/PRO, Oracle Ap­plication).

Как известно, система класса MRP II имеет целью электронное моделирование всех основных процессов, реализуемых предприятием, таких как снабжение, запасы, производство, продажа и дистрибуция, планирование, контроль за выполнением плана, за­траты, финансы, основные средства и т.д. Следует отметить, что Международный стандарт по управлению качеством процессов ISO 9000 обязывает иметь на предприятии указанные модели, хотя и не требует их электронной реализации.

ERP - дальнейшее развитие стандарта на организацию производ­ства и материально-технического снабжения (Enterprise Resource Planing) - разработан в 1990-х годах. Поддерживает концепцию CIM (компьютеризованного интегрированного производства) и оптималь­ного управления логистическими потоками в реальном масштабе вре­мени, поставки в режиме just in time (точно в срок).

В настоящее время развивается в концепции DRP (Dynamical Resource Planing) - организации производства динамической конфи­гурации, в которой бизнес процессы могут оптимально изменяться, в зависимости от изменения задач. Поддерживает концепции глобали­зации бизнеса, работы в режиме 24x365 и т.д. [2].

ФСА - функционально-стоимостной анализ - технология разра­ботки и анализа продуктов, позволяющая сократить себестоимость про­дуктов на основе выравнивания соотношения «важность - стоимость» элементов продукции. Разработай в США в конце 1940-х годов, принят как стандарт большинством развитых стран в конце 1960-х.

ФФА - функционально-физический анализ - технология разра­ботки и анализа технических систем, позволяющая разрабатывать продукты, реализующие эффективные принципы действия. Разрабо­тан в СССР в конце 1970-х - начале 1980-х годов, в настоящее время достаточно широко внедряется в развитых странах бывшими совет­скими специалистами.

FMEA - анализ (Failure mode and effect analysis) - анализ при­чин и последствий дефектов для потребителей - метод анализа про­дуктов и процессов, позволяющий выявить элементы конструкции (анализ продуктов) или операции процессов (анализ процессов), имеющие повышенный потенциальный риск для потребителя и разработать предупреждающие мероприятия, снижающие риск до приемлемых величин. Разработан рядом авиакосмических фирм США в рамках программы полета к Луне НАС А в середине 1960-х го­дов. В настоящее время является фактическим стандартом в боль­шинстве развитых стран.

QFD (quality function deployment) - развертывание функций качества - технология разработки и подготовки производства про­дуктов, позволяющая эффективно преобразовывать запросы потре­бителя в технические требования. Использует ряд последовательно перестраиваемых таблиц - «домиков качества» - для всех стадий раз­работки и подготовки производства изделий. Разработана в 1970-х годах в Японии. В настоящее время широко применяется в большин­стве развитых стран, где рассматривается как эффективное оружие в конкурентной борьбе [2].