Обеспечение качества информационных систем на основе технологии CALS

Другой класс стандартов на информационные системы поддерживает технология CALS (Continuous Acquisition and Life cycle Support) – непрерывная информационная поддержка жизненного цикла продукта.

Внедрение САLS-технологий в ближайшие годы станет необходимым условием выживания промышленных предприятий при существующей жесткой конкуренции товаров на международных и национальных рынках. Предприятия, которые будут игнорировать CALS-стандарты, столкнутся с проблемами обеспечения потребительских свойств продукции, снижением её конкурентоспособности, увеличением затрат и сроков проектирования.

Концепция САLS-технологий базируется на ключевой идее:«создать данные один раз, использовать много раз». Это означает, что должен быть один источник цифровых данных, который может находиться в любой географической точке и в любой автоматизированной системе. Любое лицо, уполномоченное на это, может получить и использовать необходимую ему информацию из этого источника.

Информация включает данные, относящиеся ко всем этапам жизненного цикла изделий – разработке, производству, техническому обслуживанию и утилизации. Существенную часть информации, хранящейся в базах данных, составляют данные о промышленной продукции. Обычно эта информация формируется и управляется на основе процесса PDM (Product Data Management) – управление данными о продукции.

Многие организации объединяют систему PDM с системой ERP, которая содержит финансовую, управленческую и иную деловую информацию.

Работа с распределенной информацией нуждается в соглашениях. Такие соглашения могут быть созданы в рамках «Объединенной службы технической информации подрядчиков» (CITIS). С помощью этой службы обеспечиваются сетевые услуги, которые охватывают управляемую среду распределенных цифровых данных и исключают бумажный документооборот.

Объединение PDM с системами автоматизированного проектирования и производства (CAD/CAM) позволяет организовать хранение в базе данных всей информации об изделии, начиная с набросков идей или замыслов конструкций. Информация, содержащаяся в базах данных, может иметь множество форм, включая CAD-модели, чертежи, отчеты, технические условия.

Организация единой базы данных позволяет применять параллельное проектирование с использованием метода «right-ferst-time» («правильно с первого раза») для создания лучших, более дешевых продуктов с меньшей затратой времени.

В целом, реализация CALS-программы должна обеспечить:

Ÿ упрощение делового сотрудничества в рамках транснациональных (расширенных) предприятий за счет применения международных стандартов;

Ÿ формирование четких задач по разработке и принятию CALS-стандартов для их внедрения на предприятиях, устранение противоречивых стандартов и экспериментальных проектов;

Ÿ концентрацию сравнительно небольших ресурсов на наиболее эффективных направлениях разработки проектов и исключение дублирования работ;

Ÿ создание гарантии конкуренции на рынке;

Ÿ совершенствование подготовки и переподготовки научных и инженерных кадров.

Фундаментом CALS-технологий является система единых международных стандартов ISO 10303, которая получила неофициальное наименование STEP (STandard, Exchange, Product).

6.5 Система единых международных стандартов STEP

Стандарт STEP (ISO 10303) включает в себя:

Стандарт P_LIB (ISO 13584). Стандарт P_LIB (Parts Library - библиотека моделей типовых деталей и компонентов) дает средства описания продукта в сфере обращения (здесь под продуктом понимается материальный продукт производства, участвующий в товарообмене).

Стандарт MANDATE (ISO 15531). Стандарт Mandate (Manufacturing management data – управление производственными связями предприятий с внешними организациями) – описание динамики производства как снаружи (связь с внешней средой), так и изнутри (материальные и информационные потоки в организационно-производственной структуре, то есть интегрированную модель производства).

Для описания продукта стандарт STEP использует накопленные человечеством знания, которые формулируются в контексте иерархически организованных понятий и функциональных связей между понятиями.

Парадигмой (основным правилом) моделирования такой иерархической структуры является объектно-ориентированный подход, позволяющий представить модель знаний, как иерархию классов с механизмом наследования общих свойств родительских классов.

Реализация объектно-ориентированного подхода возможна в двух вариантах.

По первому варианту некоторый набор знаний сразу доводится до уровня машинной программы. В этом случае необходим язык программирования, поддерживающий функционально полное описание класса. Практически это означает, что описание класса должно включать как данные (атрибуты класса), так и методы. В результате получаем программы, реализующие полный набор операций над объектами данного класса. Для реализации этого варианта следует использовать языки объектно-ориентированного программирования.

По второму варианту проектирование программного продукта состоит из трех видов деятельности: информационное моделирование, функциональное моделирование и программную реализацию. При этом моделирование иерархии понятий и функциональных связей между понятиями производится раздельно.

Для моделирования иерархии понятий из описания класса исключаются методы. Описание становится декларативным и уже не связано с использующей его программой, а формат внутреннего представления может быть любым. Для такого описания используется язык Express.

Что касается моделирования функциональных связей между понятиями, то интеграция знаний в этой области пока осуществляется без привлечения ЭВМ, в частности, средствами стандарта IDEF0, который используются для иллюстративного представления сферы использования программного приложения.

Третья компонента проектирования – это программная реализация стандартного протокола приложения (АР – Application Protocol), который содержит специализированную информационную модель. При этом сама программная реализация не определяется стандартом STEP, а лишь ограничивается снизу требованием, чтобы ЭВМ "владела" понятиями информационной модели, по крайней мере, на уровне минимальных требований,

Стандарт STEP ISO 10303 представляет собой серию томов, каждый из которых публикуется отдельно. Тома стандарта распределены по следующим частям:

· части 11 – 19 – отведены для описания диалектов языка Express;

· части 21 – 29 – описывают методы реализации межпрограммного информационного обмена и доступа к базам данных;

· части 41 – 50 – описывает модели, используемые во многих прикладных протоколах;

· части 101 – 108 – специфические прикладные ресурсы;

· части 201 – 236 – прикладные протоколы (AP);

· части 301 – 336 – средства тестирования прикладных протоколов;

· части 501 – 520 – содержит геометрические модели и часто используемые элементы чертежей.

При создании информационной модели приложения в стандарте STEP для выражения онтологии приложения, то есть совокупности концепций, объектов, отношений и ограничений, выражающих семантику (смысл) определенной предметной области, используется соответствующий прикладной протокол (АР). Применительно к машиностроительному производству наиболее важными протоколами являются:

АР201 –явное черчение. При использовании протокола оперируют такими понятиями, как структура чертежа, аннотация, геометрическая форма детали, группирование. В число сущностей входят спецификация, номер листа, организация-исполнитель, слой, вид и т.п.

AP203 – проектирование с конфигурационным управлением. Это один из важнейших прикладных протоколов. В нем унифицированы геометрические модели, атрибуты и спецификации сборок, 3D поверхности. Описание протокола АР203 на языке Express представляет собой схему, в которой можно выделить описания сущностей, выражающих конструкции изделий.

AP213 – проектирование обработки на оборудовании с числовым программным управлением. В протоколе введены средства для описания производственных операций, технологического оборудования и инструментов, материалов, геометрических форм и допусков изделий, рабочих мест, сопроводительных административных данных.

AP224 – описание механических деталей для планирования обработки. Имеются средства для описания особенностей конструкции деталей (например, отверстий, бобышек, буртов), требований к качеству обработки, свойств материалов, геометрической формы и др.

Важность протоколов заключается в том, что они, по сути, являются стандартными соединителями (подобно аппаратным разъемам) программных приложений. Так, разработчик приложения, предназначенного, например, для проектирования технологического процесса, должен придерживаться требований стандарта – входная информация для приложения должна быть представлена в соответствии с протоколом АР203, а выходная – в соответствии с протоколом АР213. Если потребуется приложение для разработки управляющей программы станка с ЧПУ, то входная информация должна быть представлена в соответствии с протоколом АР213, а выходная – в соответствии с протоколом АР224.

ЛИТЕРАТУРА

1 Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие / А. С. Клюев, Б. В. Глазов, А. Х. Дубровский, А. А. Клюев; Под ред. А. С. Клюева. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 464 с.

2 Зорин А.Ю. Условные графические изображения на электрических схемах. / Под ред. А.И. Питолина. – М.: Издательский дом МЭИ, 2007. – 74 с.

3 Александров К. К. Электротехнические чертежи и схемы / К. К. Александров, Е. Г. Кузьмина. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 288 с.

4 Корякин-Черняк С.Л. Электротехнический справочник. / С.Л. Корякин-Черняк, Ю.Н. Давыденко, В.Я. Володин. – СПб.: Наука и техника, 2009. – 464 с.

5 Разработка и оформление конструкторской документации радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Э. Т. Романычева, А. К. Иванова, А. С. Куликов и др.; Под ред. Э. Т. Романычевой. – 2-е изд, перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1989. – 448 с.

6 Хайрнасов К.З. Применение стандартов, норм и правил при создании конструкторской, технологической и программной документации: Учебное пособие./ К.З. Хайрнасов, М.С. Сокольский. – М.: Изд-во МАИ, 2002. – 104 с.

7 Информацинно-вычислительные системы в машиностроении. CALS-технологии / Ю.М.Соломенцев, В.Г.Митрофанов, В.В.Павлов, Л.В.Рыбаков - М.: Наука, 2003. – 292 с.

8 Гук М. Аппаратные средства локальных сетей. Энциклопедия. – СПб.: Издательство «Питер», 2000. – 576 с.