Технология реализации проектов посредством CALS

В течение многих десятков лет общепринятой формой представления результатов интеллектуальной деятельности людей и инструментом их информационного взаимодействия являлась бумажная документация. Ее созданием были заняты (и заняты по сей день) миллионы инженеров, техников, служащих промышленных предприятий, государственных учреждений. С появлением компьютеров начали создаваться и широко внедрялись для изготовления чертежей, спецификаций, технологической документации разнообразные средства и системы автоматизированного проектирования (САПР); системы автоматизированного управления производством (АСУП), назначенные для создания планов производства и отчетов о его ходе; офисные системы, служащие для подготовки текстовых и табличных документов.

К концу XX века стало ясно, что эти достаточно дорогостоящие средства не оправдывают возлагающихся на них надежд: разумеется, некоторое повышение производительности труда происходит, однако не в тех масштабах, которые прогнозировались. Дело в том, что они не решают проблем информационного обмена между различными участниками жизненного цикла изделия (заказчиками, разработчиками, производителями, эксплуатационниками). При переносе данных из одной автоматизированной системы в другую требуются большие затраты труда и времени для повторной кодировки; перекодировка заодно приводит к многочисленным ошибкам. Оказалось, что разные системы «говорят на разных языках» и плохо понимают друг друга. Более того, выяснилось, что бумажная документация и способы представления информации на ней ограничивают возможности использования современных ИТ. Так, трехмерная модель изделия, создаваемая в современной САПР, вообще не может быть адекватно представлена на бумаге.

С другой стороны, по мере усложнения изделий происходит резкий рост объемов технической документации. Сегодня они измеряются тысячами и десятками тысяч листов, а по некоторым изделиям (например, кораблям) — тоннами. При использовании бумажной документации трудно отыскать необходимые сведения, внести изменения в конструкцию и технологии изготовления изделий. Возникает множество ошибок, на устранение которых затрачивается время. В результате резко снижается эффективность процессов разработки, производства, эксплуатации, обслуживания, ремонта сложных наукоемких изделий. Возникают трудности во взаимодействии заказчиков и производителей при подготовке и реализации контрактов, особенно при поставках сложной техники.

Для преодоления этих трудностей потребовались новые концепции и новые идеи. Базовой стала идея информационной интеграции стадий жизненного цикла продукции (изделия), которая и легла в основу CALS. Она состоит в отказе от «бумажной среды», в которой осуществляется традиционный документооборот, и переходе к интегрированной информационной среде, охватывающей все стадии жизненного цикла изделия. Информационная интеграция заключается в том, что все автоматизированные системы, применяемые на различных стадиях жизненного цикла, оперируют не с традиционными документами и даже не с их электронными отображениями (например, отсканированными чертежами), а с формализованными информационными моделями, описывающими изделие, технологии его производства и использования.

Эти модели существуют в интегрированной информационной среде как информационные объекты. Системы по мере необходимости могут извлекать их из интегрированной информационной среды, обрабатывать, создавать новые объекты и помещать результаты своей работы в ту же интегрированную информационную среду. Чтобы все это было возможно, информационные модели и информационные объекты должны быть стандартизованы.

Интегрированная информационная среда представляет совокупность распределенных баз данных, в которой действуют единые стандартные правила хранения, обновления, поиска и передачи информации, через которую осуществляется безбумажное информационное взаимодействие между всеми участниками жизненного цикла изделия. Однажды созданная информация хранится в интегрированной информационной среде, не дублируется, не требует перекодировок в процессе обмена, сохраняет целостность.

Очевидно, что такой подход представляет своего рода революцию в организации взаимодействия всех участников жизненного цикла сложных наукоемких изделий. Революционность подхода состоит в том, что многие поколения конструкторов, технологов, производственников воспитаны на основе совершенно другой культуры, базирующейся на сотнях стандартов ЕСКД, ЕСТД, СРПП, детально регламентирующих ведение дел с использованием бумажной документации. В условиях применения CALS эта культура должна претерпеть коренные изменения, поскольку:

появляются принципиально новые средства инженерного труда;

полностью изменяется организация и технология инженерных работ;

должна быть существенно изменена, то есть дополнена и частично переработана, нормативная база; тысячи специалистов должны быть переучены для работы с новыми средствами труда.

Для подготовки и осуществления этой революции, сулящей многократное повышение эффективности процессов жизненного цикла изделий, необходимо создать новую культуру инженерной деятельности. Первоочередной проблемой является формирование нормативно-правовой базы, узаконивающей новые способы и средства информационного обмена, заменяющего традиционный бумажный документооборот. Такую базу образуют стандарты и инструктивно-методические материалы, регламентирующие упомянутые способы и средства, форматы данных, их логическую структуру, процедуры информационного обмена, способы обеспечения легитимности данных. Это необходимо для того, чтобы электронные документы и данные имели ту же юридическую силу, что и обычные бумажные документы. Кроме того, одна из важнейших задач стандартизации в рассматриваемой сфере — обеспечение информационной совместимости различных автоматизированных систем.

К настоящему времени СALS-технологии образуют самостоятельное направление в области ИТ. За рубежом создана нормативно-правовая база этого направления, которую составляют серии международных стандартов ISO, государственные стандарты и нормативные документы военного министерства США, НАТО, Великобритании и ряда других стран. Общее число этих стандартов — многие десятки и даже сотни, причем объемы документов подчас исчисляются тысячами страниц. На их разработку правительства и ведущие корпорации Запада израсходовали суммы, превышающие 1 млрд долл., и эта работа продолжается. Так, в ближайшем будущем конгресс США планирует выделить только на цели стандартизации СALS 47 млн долл.

Областями применения CALS принято считать:

совершенствование деятельности в области разнородных процессов, происходящих на всех этапах жизненного цикла продукции;

управление цепными поставками в течение всего жизненного цикла продукции (от создания концепции изделия до его утилизации);

электронную интеграцию организаций, участвующих в этих процессах на различных этапах жизненного цикла продукции;

управление поддержкой жизненного цикла продукции.

Философия проектирования как философия части жизненного цикла продукции родилась в 1987 году, когда Newport News получил от ВМФ заказ на разработку проекта подводной лодки «морской волк» . Это было первое изделие, где появилась широкомасштабная возможность заставить работать идеи CALS и использовать усовершенствованный опыт и новую технологию для производства миллионов отдельных узлов лодки с соблюдением одинаково высоких требований

К 1989 году, по мнению авторов CALS, вся техническая документация должна была представляться в электронном виде. К 1991 году вся конструкторско-технологическая документация должна была быть представлена в электронном виде. На первом этапе были определены «независимые стандарты», а также определен механизм обмена информацией с помощью магнитного носителя. На втором этапе в рамках всемирного консорциума 25 ведущих технических организаций достигли соглашения об использовании нового стандарта описания данных, а также осуществлен доступ Министерства обороны США к базам данных его поставщиков. На самом деле лишь в 1995 году был заключен меморандум по общему пониманию и кооперации в использовании нового стандарта STEP (ISO 10303).

CALS-ориентированный подход внедряется заказчиками и поставщиками во многих отраслях промышленности: от автомобилестроения до предприятий ВПК; от здравоохранения до производственной сферы. Каждое из предприятий адаптирует принципы CALS-технологий. Отрасли находятся на различных стадиях внедрения CALS: от полной деинтеграции информации до разработки и широкой реализации CALS-технологий.

Преимущества CALS

Технологии, стандарты и программно-технические средства CALS обеспечивают эффективный и экономичный обмен электронными данными и безбумажными электронными документами, предоставляя возможности:

параллельного выполнения сложных проектов несколькими рабочими группами (параллельный инжиниринг), что существенно сокращает время разработок;

планирования и управления многими предприятиями, участвующими в жизненном цикле продукции, расширения и совершенствования кооперационных связей (электронный бизнес);

резкого сокращения количества ошибок и переделок, что приводит к уменьшению сроков реализации проектов и существенному повышению качества продукции;

распространения средств и технологий информационной поддержки на послепродажные стадии жизненного цикла.

На экономические показатели предприятий, применяющих CALS-технологии, непосредственно влияют:

сокращение затрат и трудоемкости процессов технической подготовки и освоения производства новых изделий;

сокращение сроков вывода на рынок новых конкурентоспособных изделий;

сокращение брака и затрат, связанных с внесением изменений в конструкцию;

увеличение объемов продаж изделий, снабженных электронной технической документацией (в частности, эксплуатационной), составленной в соответствии с требованиями международных стандартов;

сокращение затрат на эксплуатацию, обслуживание и ремонт изделий («затрат на владение»), которые для сложной наукоемкой продукции подчас не меньше затрат на закупку.

В публикациях можно отыскать некоторые количественные оценки эффективности внедрения CALS в промышленности:

прямое сокращение затрат на проектирование — от 10 до 30%;

сокращение времени разработки изделий — от 40 до 60%;

сокращение времени вывода новых изделий на рынок — от 25 до 75%;

сокращение доли брака и объема конструктивных изменений — от 20 до 70%.

сокращение затрат на подготовку технической документации — до 40%;

сокращение затрат на разработку эксплуатационной документации — до 30%.

В тех же источниках указывается, что затраты на разработку реактивного двигателя GE 90 для самолета «Боинг-777» составили 2 млрд долл., а разработка новой модели автомобиля компании «Форд» стоит от 3 до 6 млрд долл. Это означает, что экономия от снижения прямых затрат на проектирование только по двум указанным объектам может составить от 500 млн до 2,2 млрд долл.

Как видим, внедрение CALS-технологий приводит к существенной экономии и получению дополнительной прибыли. Поэтому эти технологии и их отдельные компоненты широко применяются в промышленности развитых стран. Так, из числа 500 крупнейших мировых компаний, входящих в перечень «Fortune 500», почти 100% используют такой важнейший компонент CALS, как средства PDM (Product Data Management — «управление данными об изделии»). Среди предприятий с годовым оборотом свыше 50 млн долл. такие системы используют более 80%.

Проблемы освоения CALS в России

Россия существенно отстает от промышленно развитых стран в части внедрения современных ИТ, в том числе технологий CALS. Это отставание чревато далеко идущими негативными последствиями, прежде всего высокой вероятностью резкого сокращения экспортного потенциала российских производителей наукоемкой продукции, вплоть до полного вытеснения их с международного рынка, что может, по мнению зарубежных экспертов, произойти к 2005—2008 годам.

Мировой рынок полностью отторгнет продукцию, не снабженную электронной документацией и не обладающую средствами интегрированной логистической поддержки послепроизводственных стадий жизненного цикла. Уже сегодня многие иностранные заказчики отечественной продукции выдвигают требования, удовлетворение которых невозможно без внедрения CALS-технологий:

представление конструкторской и технологической документации в электронной форме;

представление эксплуатационной и ремонтной документации в форме интерактивных электронных технических руководств, снабженных иллюстрированными электронными каталогами запасных частей и вспомогательных материалов, средствами дистанционного заказа запчастей и материалов;

организация интегрированной логистической поддержки изделий на послепроизводственных стадиях их жизненного цикла;

наличие и функционирование электронной системы каталогизации продукции;

наличие на предприятиях систем менеджмента качества, соответствующих требованиям стандартов ИСО 9000:2000.

Выполнение этих требований предопределяет необходимость внедрения на отечественных предприятиях CALS-технологий в полном объеме.

В период с 1999 по 2002 год Минпромнауки РФ совместно с Госстандартом РФ и Минобразования РФ осуществили ряд мер, направленных на создание предпосылок к внедрению CALS-технологий в промышленности России.

1. Были созданы начальные элементы инфраструктуры, необходимой для разработки и внедрения CALS-технологий: Государственный научно-образовательный центр CALS-технологий, Научно-исследовательский центр (НИЦ) CALS-технологий «Прикладная логистика» и технический комитет ТК 431 Госстандарта России, координирующий разработку отечественной нормативной базы.

2. Подготовлены научно-методические разработки: концепция развития CALS-технологий в промышленности России, концепция интегрированной логистической поддержки наукоемких изделий и концепция внедрения CALS-технологий на машиностроительном предприятии.

3. Созданы программные средства, реализующие CALS-технологии. В их числе — программный продукт Technical Guide Builder, предназначенный для автоматизированной подготовки электронной технической эксплуатационной документации на экспортируемую продукцию, соответствующей требованиям CALS-стандартов. Создание с помощью этого продукта интерактивных электронных технических руководств значительно повышает конкурентоспособность продукции. Другой продукт — PDM STEP Suite — служит для управления данными об изделии в процессе конструирования и технологической подготовки производства, что необходимо предприятиям, разрабатывающим наукоемкую продукцию и продающим лицензии на ее производство.

4. Разработаны методические основы создания интегрированной системы управления качеством продукции, соответствующей требованиям стандартов ИСО серии 9000 версии 2000 года.

Работы по внедрению CALS-технологий в промышленность России продолжаются, но требуют адекватной финансовой поддержки государства, контроля и содействия в реализации усилий предприятий со стороны Минпромнауки РФ, Госстандарта РФ и других министерств и ведомств России.

Успешное решение проблем освоения CALS непосредственно связано с такими задачами, как обеспечение национальной безопасности и конкурентных позиций России на мировых рынках.