Фундамент cals технологий это

О CALS. Часть 1

Википедия услужливо подсказывает нам, что это всесторонние и всеобъемлющие технологии по поддержке жизненного цикла изделий. Цель внедрения CALS — минимизация затрат в ходе жизненного цикла изделия, повышение его качества и конкурентоспособности. А что это такое и вообще с чего все началось?

История, во всяком случае, ее официальная часть говорит нам о том, что вначале человек жил на деревьях и ни о чем кроме себя любимого не беспокоился. Кушал фрукты и овощи, иногда закусывал соседями. Спустя некоторое время мы наблюдаем его бегающим по лесам и полям, охотившимся на диких мамонтов, воюющим с соседями, которые не хотят, чтобы он ими закусывал.

Спустя еще некоторое время он уже вовсю мотыжит землю, роет оросительные каналы, и опять воюет с соседями, но уже за плодородную землю. В общем и целом, обустраивается на этой планетке по полной программе. А чем он это делал? У него были какие-то орудия труда и оружие. Это все вначале целиком и полностью изготавливалось самостоятельно. Это личное производство. Тонкости производства передавали из поколения в поколение, постепенно совершенствуя способы производства.

Затем люди заметили, что некоторые из них умеют производить некоторые вещи лучше, чем остальные. И типичным стал диалог:

— Петрович, сделай мне, пожалуйста, плуг или копье как ты умеешь, а я тебе посуды налеплю из глины по старинному семейному рецепту или лаптей навяжу.
— Нехай, Иваныч, сделаю.

Этих Петровичей и Иванычей стали называть ремесленниками. Они специализировались на чем-то. Ездили на «конференции» для обмена опытом, выведывали чужие секреты и следили за своими. Так стало развиваться кустарное производство.

Прошло еще немного времени, и мы видим, вначале мануфактуры, затем фабрики и заводы, занимающиеся производством всякой разной продукции. Используются все более сложные станки и системы. Это – промышленное производство. В зависимости от объемов оно бывает: мелкосерийным, среднесерийным и крупносерийным.

Чем дальше производим, тем все более сложные вещи мы производим и все в большем количестве. Производство становится не только трудоемким, но и наукоемким.
В конце концов, мы начинаем приходить к парадоксу – наукоемкость становится слишком трудоемкой (каламбур, но мне нравится). И, чем дальше, тем хуже. Где-то в этом месте появляется идея использовать автоматизацию, в том числе и компьютерную.

Как решить проблему трудоемкости у наукоемкости.

Можно рассматривать с двух сторон:

Слишком большие потоки информации, то есть мы банально не можем ее анализировать, согласовать между собой и представить в нужном виде в разумные сроки. Был предпринят ряд шагов для решения это проблемы.

Начиная с середины 60-х годов XX века разрабатываются и внедряются первые САПР, АСУП, АСУ ТП АСУ ТП и т.д. Это были автономные программные модули, которые, по возможности автоматизировали тяжкий труд инженеров.

В конце 70-х годов XX века стали появляться гибкие производственные системы, главная особенность которых – наличие компьютерной системы, объединяющей отдельные процессы внутри предприятия.

В конце 80-х годов XX-века появились компьютеризированные интегрированные производства, в которых использовалась уже единая информационная среда, единые базы данных и стандарты производства.

В середине 80-годов XX-века появилось понимание того, что жизнь изделия за пределами предприятия не заканчивается, а только начинается. Появляются системы, поддерживающие жизненный цикл изделия.

Первыми это поняли американские вояки. Они надеялись, что благодаря использованию таких систем они очень прилично сэкономят на производстве вооружения (именно поэтому я говорил в предыстории и копьях и соседях, которыми закусывают). В принципе так оно и получилось, и технология получила жизнь. Появились интегрированные информационные среды (не путать с интеллектуальными информационными средами).

Слишком много документации.

Небольшое отступление. Признавайтесь, сколько пачек бумаги в день вы скармливаете принтеру, ксероксу и шредеру? А потом мы говорим, что какие-то нехорошие люди вырубают целые леса. В свое время Пентагон рассматривал возможность отопления зимой своего помещения за счет сжигания ненужной документации, сделанной за день. Еще один пример. Объем документации на 1 (!) корабль занимает 9 (!) железнодорожных вагонов! В общем, объем бумажной документации превышает все допустимые пределы. Раньше для решения этих проблем были целые «НИИ», которые занимались «перекладыванием бумажек». А ведь эксплуатировать как-то надо. Помимо этого, очень сложно переделывать ошибки в документации, на устранение которых тратится очень много времени и сил.

Первое, что ходит в голову – это естественно использовать электронную документацию, электронные чертежи, , электронный документооборот и прочее. Народ пошел в решении проблемы дальше. Придумали такую штуку как формализованные информационные модели, описывающие продукцию с нужно стороны. В интегрированных системах они представляют собой специализированные информационные объекты. Их сразу постарались стандартизировать, чтобы не было накладок в будущем. В самом простейшем случае, один из вариантов может представлять собой параметризованный чертеж.

Например, Вы занимаетесь производством шестеренок, к Вам приходит заказчик и говорит, что ему нужно другое количество зубцов на шестеренке, другой материал, другой профиль зубца. В обычном случае, нужно делать новый чертеж, перенастраивать станки и прочее. Имея такую модель, Вы просто задаете нужные параметры, а дальше все происходит в более или менее автоматизированном виде.

Реальный пример: заказ опций для автомобилей в достаточно широком спектре. В некоторых проектах доходит до того, производство «темное», то есть на заводе банально отсутствует освещение – людей там нет, а если и есть, то только для обслуживания сломавшейся техники. То есть получается экономия практически на всем.

Источник

CALS-технологии — это. Понятие и определение, цель применения

В истории развития промышленных производственных систем происходили события, которые создавали предпосылки к революционному скачку технологий. И фактом своего существования приводили к изменению облика не только предприятий, где проводились инновационные процессы, но и всего мира. Создание первой паровой машины стало первоначальным толчком к появлению технологических машин и механизмов, которые через сотню лет превратились в современное оборудование для изготовления продукции. Открытие электромагнитной индукции стало основой новой элементной базы, от постройки первых аккумуляторных батарей до современных компьютеров, телефонов и электрической части различных приборов. Внедрение Генри Фордом первых конвейеров для сборки автомобилей наметило тенденции развития крупных предприятий на долгие десятилетия вперед. Методы и концепции «Бережливого производства» компании Toyota позволили создавать гибкие, работающие на заказ системы, с минимальным потреблением ресурсов и максимальным качеством изделий. По сути, мы говорим о промышленных революциях в сфере производства и оказания услуг.

Интенсивное развитие информационных технологий в областях коммуникации и связи, проектирования сложных систем и разработки новых технологий информационного управления создало предпосылки для появления следующих новаций — это CALS-технологии.

Актуальность применения

На сегодняшний день практически не осталось видов человеческой деятельности без использования результатов информационных разработок. Медицина, легкая и тяжелая промышленность, игровая индустрия, научная и инновационная деятельность — различные программные продукты облегчают процессы, а зачастую являются их критически необходимым элементом.

Дальнейшее углубление информатизации сфер деятельности промышленных предприятий на сегодня является важным условием успешного развития экономики. Интеллектуальные процессы инжиниринга, автоматизированные процессы управления производственной деятельностью предприятия в совокупности с его техническим переоснащением и созданием инновационных компьютеризированных технологических процессов, позволяют в значительной мере формировать оптимальные по ресурсоемкости производства с полным раскрытием промышленного потенциала.

Прогрессивные методы и подходы к управлению производством, появившиеся в последние десятилетия, принято относить к логистическим технологиям. Связано это с тем, что логистика исследует и формирует различные потоки в производственной и организационной деятельности, куда относят материальные, финансовые и информационные структуры. Поэтому правильнее говорить про CALS-технологии в логистике.

Основное отличие такого подхода заключается в создании системы управления, которая автоматизирует не отдельные виды работ, функций и задач, а позволяет формализовать все процессы деятельности предприятия — проектирование, производство, снабжение, сбыт, послепродажный сервис.

История создания

В общем виде CALS-технологии — это процесс создания единого информационного пространства в отдельно взятой системе обеспечения жизненного цикла продукции. С развитием производственных систем возникла необходимость разработки механизмов и процедур оперативного обмена данными между различными субъектами производственных отношений на разных этапах использования изделий.

Первоначально данная концепция была реализована в вооруженных силах США для снижения объемов бумажного документооборота, повышения оперативности обратной связи между заказчиками и поставщиками вооружений и амуниции, повышении управляемости системы и снижении общих затрат на информационную область. Сама аббревиатура CALS обозначала «компьютерную поддержку поставок».

Имея обоснованную эффективность (по опытным данным ощутимо выросла производительность труда и снизились потери на эксплуатацию), с течением времени CALS-технологии и CALS-системы значительно расширили поле своей деятельности. Различные отрасли машиностроения, строительных и транспортных сфер, область разработки проектов наукоемких производств. При этом если изначально применение ограничивалось производством и эксплуатацией, то теперь концепция действовала на всех стадия жизненного цикла продукции — от анализа рынка до процесса утилизации из-за физического или морального износа.

Сегодня применение CALS-технологий стало межнациональной стратегией безбумажного электронного управления процессами на различных уровнях жизненного цикла изделий. Существует несколько десятков организаций, координирующих аспекты развития указанных систем на уровне различных государств и союзов (к примеру, Североатлантического Альянса).

Коротко о сути

Основные принципы CALS-технологий базируются на контроле и организации этапов существования продукции. К ним относят:

• обеспечение системного управления (использование специальных информационных пространств);
• минимизацию затрат на всех стадиях;
• использование стандартных механизмов описания управляемых объектов (интеграция информационных потоков);
• дифференциацию программных элементов на основе использования общих стандартов (данных и интерфейсов доступа) и применение платформ на коммерческой основе;
• представление информации на безбумажной основе с приоритетом использования электронной подписи;
• сопутствующий инжиниринг все процессов;
• непрерывное корректирование и усовершенствование с целью создания оптимальной модели управления.

Создание информационной плоскости предполагает решение задачи на двух уровнях:

• автоматизация отдельных элементов производства и формирование сопутствующих информационных потоков управления данными;
• композиция различных информационных блоков (что помимо получения однородной информационной среды, гарантирует и композицию общей стратегии предприятия).

Своевременное и постоянное развитие CALS-технологий является необходимым условием технического развития производственной системы.

К преимуществам интегрированной среды можно отнести:

• защиту данных во времени (обеспечение целостности);
• обеспечение доступа к информации всех участников проекта, независимо от их положения в пространстве;
• минимизацию потерь данных;
• гибкость реагирования системы на внесенные коррективы (изменения доступны практически мгновенно в рамках всей системы);
• повышение пропускной способности обработки данных;
• широкие возможности разнообразных платформ проектирования и поддержки.

Преимущества CALS-технологии в машиностроении

Перспективы применения CALS на промышленных предприятиях заключаются в формировании специализированной организационно-информационной среды, позволяющей:

• значительно увеличить уровень кооперации различных производств за счет однородных стандартов обработки информации;
• снизить влияние территориального расположения предприятий и тем самым ограничить влияние расстояний на эффективность взаимодействия;
• создать виртуальные элементы производств, позволяющих контролировать процессы проектирования, производства и эксплуатации изделий на уровне отдельных практических задач;
• защитить результаты работы на основе преемственности результатов работы на всех этапах жизненного цикла продукции;
• оптимизировать затраты за счет снижения бумажных составляющих документооборота;
• использовать «прозрачность» процессов управления и контроля, благодаря разработке интегрированных моделей;
• создать мощную информационную поддержку всех этапов цикла производства;
• создать общую систему стандартизации информации об изделии;
• обеспечить требуемый уровень качества продукции.

Применение основ CALS-технологий крайне важно для соответствия уровня развития предприятия современным тенденциям на международной промышленной арене.

Общие подходы к созданию информационной инфраструктуры

Основным механизмом проектирования и последующей адаптации изделий к серийному производству является техническая подготовка производства. Как правило, она реализуется в три основных этапах — разработка конструкции и оформление графической документации, разработка технологии и подготовка системы производства, а также выбор оптимальных вариантов конструкции и технологии с точки зрения экономической эффективности. Указанная процедура, с момента использования на оборонных предприятиях СССР в середине 60-х, стала привычной и для систем гражданского сектора. Благодаря ее использованию значительно сократилось время проектирования и подготовки к эксплуатации новых конструкций, более чем в два раза повысился уровень надежности изделий. Одновременно удалось добиться ощутимых результатов в области обеспечения качества.

Современные средства вычислительной техники владеют инструментами и подходами, которые позволяют консолидировать все производственные данные и представить их в виде электронной модели. Это облегчает проведение инженерного анализа, создания различных конструкторских (технологических) спецификаций, разработки технических руководств и каталогов готовых технических решений. CALS, ИПИ-технологии информатизации являются общим трендом в развитии систем проектирования производств.

Направления исследований

Примерами CALS-технологий являются цифровые методы проектирования производств, поддерживающие контроль жизненного цикла продукции (Product LifecycleManagement) — так называемые PLM-системы.

К ним относят следующие классы систем:

• CAD – (Computer Aided Design) – решение задач проектирования изделий и элементов; моделирование объектов на плоскости (2D-модель) и в пространстве (3D-модель); средства получения чертежей; архивы данных по элементам конструкций и создание шаблонов документов.
• CAE – (Computer Aided Engineering) – исследование свойств объектов (при изготовлении и эксплуатации); создание проверочных систем анализа объекта по разработанной модели; оптимизация параметров объекта по заданным условиям и ограничениям.
• CAM — (Computer Aided Manufacturing) – программирование контроллеров станков с ЧПУ; исследование вариантов траектории инструмента по алгоритмам обрабатываемой поверхности; анализ геометрических конфликтов; подгонка к оборудованию.
• PDM — (Product Data Management) — хранение данных и контроль документации; создание архива образцов; обеспечение доступа к информации и ее защита.

Управление ресурсами предприятий

Еще одной важной функцией вычислительных методов является управление различными ресурсами и потоками предприятия в реальном времени — материально-техническими, финансовыми, процессами складирования, персоналом, планированием и сбытом продукции. Системы, реализующие выполнение перечисленных задач относятся к ERP-системам (Enterprise Resource Planning − управление ресурсами предприятия).

Такие системы представляют новую методологию управление CALS-технологиями, которая реализует требуемый функционал на основе специальной информационной инфраструктуры.

К типовым функциям данного класса программных продуктов относят:

• создание и контроль различных спецификаций (позволяют определить конечное изделие, учесть все необходимые ресурсы для производства);
• управление сбытом продукции (прогноз реализации изделия на основе планов продаж);
• анализ потребности в материалах (определение размера партий и сроков поставок, конкретных групп сырья и комплектующих);
• организацию закупочной деятельности (формирование договоров о поставках, оптимизация складской деятельности предприятия);
• планирование загрузки производственных мощностей (на уровне как всего предприятия, так и отдельных цехов или рабочих мест);
• контроль финансовых ресурсов (учет и аудит финансов).

Отметим, что представленные CALS-технологии это концептуальный базис информационной поддержки жизненного цикла создания и эксплуатации изделий. Который показывает свою максимальную эффективность при слиянии обеих систем (PLM и ERP).

Системное использования

CALS-технологии — это прежде всего методика информационной поддержки бизнес процессов, которая нашла свое применение в различных сферах производственной деятельности. Эффективность ее распространения и использования базируется на системной разработке соответствующей информационной среды. Для реализации данной цели необходимым условием является использование специальных композиционных подходов по формированию новых систем поддержки.

Примером подобной компании на рынке России является НИЦ CALS-технологий «Прикладная логистика». Основные задачи компании лежат в плоскости прогрессивных платформ и нормативов их использования. Основными направлениями деятельности есть: осуществление оперативного наблюдения различных проектных данных и минимизация потерь продукции.

НИЦ CALS-технологий — разработчик нескольких известных авторских платформ. Сделаем их краткий обзор.

Класс PDM-приложений

Представляет источник данных на основе моделей, которые формализованы специальными международными стандартами ISO.

К наиболее распространенным функциональным возможностям относят:

• контроль сведений об основных свойствах конструкций;
• исследование устройства для последующих изменений системы;
• проведение анализа по соответствию логистическим принципам;
• сбор данных о параметрах качественной составляющей изделий;
• контроль массивов операций;
• обеспечение взаимодействия элементных множеств (CAD-CAM и др).

Как видим, применение CALS-технологий обеспечивает полный контроль изделия на уровне элементной базы конструкции.

• эксплуатация и контроль перечней классификаторов (справочной банков данных);
• управление производственными сведениями;
• управление параметрами изделия в реальном времени;
• разработка древовидных диаграмм вариабельной структуры изделий;
• работами с шаблонами структур по предшествующим вариантам;
• анализ характеристик элементов по различным показателям;
• компоновка изделия с документацией: моделями, чертежами, текстовой информацией, таблицами данных;
• работа с архивами;
• формирование спецификаций и ведомостей;
• управление данными технологических процессов, оборудования, оснастки;
• детализация технологии изготовления (маршруты, операции, переходы);
• анализ взаимодействия этапов технологии с элементной базой конструкции;
• определение норм расхода различных ресурсов в системе;
• визуализация элементов технологи получения инструмента;
• контроль изменений по методам обработки;
• управление эксплуатацией;
• обеспечение доступа к данным;
• согласование данных по электронной подписи;
• контроль качества;
• обеспечение функционирования механизма интеллектуального поиска;
• вариабельность видов отображения и др.

Как видим, количество и содержание функций является достаточным для получения исчерпывающих сведений для проведения полного анализа рассматриваемого процесса.

Technical Guide Builder

Работа с документацией касательно эксплуатации сложных систем. Базируется на международных требованиях, которые регламентируют вопросы логистической поддержки изделий. Ключевая идея стандарта — работа с набором информационных единиц. Основная концепция — модульность документации. Информация фрагментируется с помощью специальных кодов. Область применения — любые виды транспорта, военной техники, оборудования.

Предусмотрена гибкая адаптация под изменяющиеся условия. Комплекс подходит как для материнских предприятий, так и для смежных (производителей материалов, комплектующих).

LSA Suite

Является комплексом процедур, реализующих во времени логистическую поддержку производственных систем. Позволяет решить ряд задач, таких как определение надежности по критичности отказов, создание функциональной модели технического обслуживания, определение необходимого количества запасных частей.

ATLAS

Специализированная платформа, созданная специально для обработки данных по эксплуатации технических авиационных систем.Заданная безопасность обеспечивается постоянным мониторингом состояния. Проведенный анализ и последующие модернизации, дают возможность значительного сокращения затрат.

Примеры использования

CALS-технологии в России используются на многих отечественных предприятиях, как гражданского, так и военного сектора. Электронная документация используется для многих изделий. К примеру, в авиации для самолетов, вертолетов, авиационных двигателей и комплектующих. Помимо этого, ведутся разработки систем навигации, телефонной и радио связи, управления. Применяются при проектировании и разработке автотракторной техники. Элементы системы используются на Воронежском механическом заводе, в государственной корпорации «Росатом», НПП «Аэросила», ОАО «Российские железные дороги» и др. Как видим, примеры CALS-технологии достаточно разнообразны.

Заключение

Управление CALS-технологиями является актуальной и современной задачей, стоящей перед организациями. В эпоху тотальной информатизации наличие локальных и глобальных информационных пространств является ключевой стратегией развития. Стандарты CALS, основанные на множестве программных систем, являются базисом для создания современных высокотехнологичных изделий, выпускаемых автоматизированными производственными системами.

Пришло время принципиально новых элементов организации производства, которые основаны на сквозных процессах управления и внедрении автоматизированных рабочих мест в конструкторской и технологической среде. И хотя переход от устаревшей технологической оснастки к станкам с числовым программным управлением и многокоординатным обрабатывающим центрам (а это все CALS-технологии) требует колоссальных интеллектуальных, материальных и финансовых затрат, пройти этот путь должны все предприятия, которые хотят соответствовать духу времени.

Источник