CC BY
311
М.В. Кошелев
РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ ПРИМЕНЕНИЯ ИПИ (PLM)-ТЕХНОЛОГИИ И ПРОГРАММЫ ПЕРВООЧЕРЕДНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ЕЕ РЕАЛИЗАЦИИ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ
M.V. Koshelev
DEVELOPMENT OF THE CONCEPT OF APPLICATION PLM-THE TECHNOLOGY AND THE PROGRAM OF PRIORITY ACTIONS FOR ITS IMPLEMENTATION IN INDUSTRY
Ключевые слова: информатизация, конкурентоспособность, многоплатформен-ность, жизненный цикл (ЖЦ) продукта, наукоёмкость.
Key words: information, competitiveness, multiplatform, life cycle of a product, science
linkage.
Аннотация
В статье даётся характеристика концепции применения ИПИ (PLM)-технологии и программы первоочередных мероприятий по ее реализации в промышленности.
Abstract
In this article there is a characteristic of concept to apply PLM - the technology and the program of priority actions for its realization in industry.
Для достижения экономического роста и, соответственно, роста благосостояния населения главной задачей является обеспечение конкурентоспособности отечественной промышленности на мировых рынках, в том числе и на собственном. Потребителям нужны товары высокого качества, по низким ценам и немедленно. Скорость выхода на рынок постоянно увеличивается, в то время как качество должно оставаться высоким, а цена низкой. Основной вклад в ускорение перемен, повышение качества продукции и сохранение низкого уровня инфляции, которые стали отличительными особенностями мировой экономики в прошедшее десятилетие, вносят информационные технологии (ИТ).
Конкурентоспособность предприятия прямо пропорционально уровню его информатизации, т.к. последняя определяет качество и быстроту взаимодействия с клиентами и партнерами, уровень управления ресурсами, финансами и подразделениями, уровень развития маркетинга, дизайна, конструирования, технологической подготовки производства, эффективность эксплуатации инженерной инфраструктуры территории и зданий.
В информатизации промышленности сейчас сложились три направления:
• Корпоративные информационные системы (КИС), информатизирующие административную деятельность, финансы и управление ресурсами.
• Технология управления информацией об изделии на протяжении его жизненного цикла (Product Lifecycle Management, PLM) - прежнее название CALS-технологии (Continuous Acquisition and Life cycle Support - непрерывное развитие и поддержка жизненного цикла, русский аналог ИПИ - Информационная Поддержка жизненного цикла Изделий - конструирование, технологическое проектирование, производство, эксплуатацию, утилизацию).
• Технологии управления жизненным циклом инфраструктуры (Infrastructure Lifecycle Management, ILM) - территории, здания, предприятия, тепловые, газовые, энергетические, канализационные, телекоммуникационные, транспортные и др. сети.
Традиционно наиболее развитой сферой информатизации на предприятиях являются системы автоматизированного проектирования (САПР).
Характерной чертой информатизации российской промышленности является слабая координация и кооперация, многоплатформенность и «зоопарк» информационных и телекоммуникационных технологий, плохо стыкуемых между собой. Это является следствием
кусочной, «островной» информатизации, вызванной скудным финансированием. Очень высок уровень «серой» информатизации, сотни рабочих мест построены на контрафактных программных продуктах, процент сертифицированных и дипломированных специалистов невысок. Стихийно сложившийся кусочной подход к информатизации приводит к смешанному компьютерно-ручному стилю работы, наихудшему с технической и финансовой стороны. Капитальные начальные затраты на техническое, программное обеспечение достаточно велики, а качество проектов, сроки, количество специалистов определяются «ручными» этапами, часто число специалистов даже возрастает. В случае же полной комплексной информатизации резко повышается качество проектов, сроки выполнения могут снизится более чем в 3 раза, число специалистов значительно сокращается. Наибольшую отдачу дают информационные технологии и, самое главное, корпоративный информационный ресурс (банки комплектующих, семейства параметрических конструкций, прототипов, результаты геометрического, кинематического, прочностного моделирования, инженерного анализа, результаты тестовых испытаний, электронные интерактивные технические руководства), полноценное накопление и использование которого наиболее эффективно в информационной среде, поддерживающей жизненный цикл изделий, что составляет суть PLM-технологий.
Жизненный цикл (ЖЦ) продукта - это совокупность процессов, выполняемых от момента выявления потребностей общества в определенной продукции до удовлетворения этих потребностей и утилизации продукта. Информационное взаимодействие субъектов, участвующих в поддержке ЖЦ, должно осуществляться в едином информационном пространстве (ЕИП). В основе концепции единого информационного пространства лежит использование открытых архитектур, международных стандартов и промышленных ИТ, наиболее распространенных на мировом рынке. Стандартизации подлежат форматы представления данных, методы доступа к данным, корректной интерпретации, визуализации.
Предметом PLM-технологий является технология совместного использования информации (информационной интеграции) в процессах, выполняемых в ходе ЖЦ продукта. В основе PLM-технологий лежит комплекс единых информационных моделей, модернизация и стандартизация способов доступа к информации, обеспечение безопасности информации, а также юридические вопросы совместного использования информации (в том числе интеллектуальной собственности).
Ситуация на мировом рынке наукоемкой продукции развивается в сторону полного перехода на безбумажную электронную технологию проектирования, изготовления и сбыта. По прогнозам зарубежных специалистов, после 2005 г. на внешнем рынке невозможно будет продать продукцию машиностроения без соответствующей международным стандартам безбумажной электронной документации.
PLM-это целостная концепция информационной поддержки изделия, а привычные САПР, АСУТП (автоматизированные системы управления технологическим процессом), информационные системы производства - это информатизация отдельных этапов жизненного цикла. Они могут рассматриваться как отдельные компоненты, но фактически будут являться таковыми, если они информационно интегрируются как между собой, так и с подсистемами поддержки остальных этапов жизненного цикла. Это требование PLM означает совместное и многократное использование однажды сгенерированных данных, стандартизацию способов и технологий представления данных так, чтобы результаты любого процесса могли бы (с минимальными преобразованиями) использоваться в других процессах.
PLM-технологии могут применяться в промышленности только при выполнении следующих необходимых условий:
• наличия современных вычислительных средств и современной сетевой инфраструктуры (передачи данных);
• придания легитимного статуса электронной проектной, производственной, технологической, эксплуатационной и иной технической документации;
• реорганизации традиционных процессов проектирования, производства, сбыта, эксплуатации, утилизации изделий с целью их адаптации к условиям полной информатизации и безбумажных технологий;
• создании системы стандартов, дополняющих и замещающих традиционные ЕСКД, ЕСТД, ЕСПД, с целью адаптации промышленности к функционированию в условиях современных ИТ, единого информационного пространства и информационной рабочей среды;
• наличия на рынке промышленных ИТ и ИС, соответствующих требованиям стандартов PLM.
Распространение PLM в России связано с тем, что наша страна стала участником международного разделения труда, равноправным поставщиком на международном рынке, где стандарты PLM являются промышленной нормой.
В настоящее время на мировом рынке наукоемких промышленных изделий отчетливо наблюдаются три основные тенденции:
• Повышение сложности и наукоемкости изделий, повышение их качества и снижение ресурсоемкости.
• Повышение конкуренции на рынке изделий, предприятий и корпораций.
• Развитие кооперации между участниками ЖЦ изделия.
Г лавной проблемой, стоящей сейчас перед отечественной экономикой, является повышение конкурентоспособности выпускаемых изделий за счет роста эффективности управления информацией об изделии и повышение конкурентоспособности предприятий за счет роста его уровня информатизации. Добиться повышения конкурентоспособности изделия можно за счет:
• повышения степени удовлетворения требований заказчика;
• оптимизации критерия цена/качество изделия (снижение себестоимости, повышение качества, снижение ресурсоемкости, в том числе в эксплуатации, сокращение материальных затрат;
• сокращения сроков создания изделия;
• формирования новых ниш рынка.
Основным способом повышения конкурентоспособности изделия является повышение эффективности процессов его ЖЦ, т.е. повышение эффективности управления ресурсами, используемыми при выполнении этих процессов.
Применение PLM позволяет снизить себестоимость изделий при значительном повышении качества изделий и их эксплуатации, в производстве наукоемкой продукции. При этом закрывается доступ на рынок изделий предприятий, не овладевшими этими новейшими технологиями.
Ниже приведены данные об эффективности внедрения PLM в промышленности США:
• сокращение затрат на проектирование - 10-30%
• сокращение доли брака - 23-73%
• сокращение времени разработки изделий - 40-60%
• сокращение времени выхода на рынок - 25-75%
• сокращение затрат на техническую документацию - 40%
• сокращение затрат на эксплуатационную документацию -30%
Из числа крупнейших мировых компаний, входящих в перечень «Fortune 500» - 100%
применяли PLM-технологии, среди фирм с оборотом больше 50 млн. долл. - более 80%.
Использование PLM приводит к существенной экономии и получению дополнительной прибыли, поэтому в эту сферу применения современных ИТ привлекаются очень большие инвестиции.
Для многих руководителей предприятий не вполне понятна актуальность скорейшего внедрения PLM-технологий в производство. Специфически важной для PLM проблемой является значительное несоответствие отечественных стандартов международным PLM-стандартам и недооценка сложности перехода к интегрированной информационной среде, охватывающей все этапы жизненного цикла изделий. Эти проблемы связаны с существенной
модернизацией работы предприятий. Если на Западе этот переход занимает 5 - 7 лет при более высокой инновационной активности и лучшем инвестиционном климате, то в России может понадобиться гораздо больше времени. Поэтому задержка с внедрением PLM-технологий в промышленности России может привести к потери внешнего рынка наукоемкой продукции и замедлению участия в рынке международной промышленной кооперации.
Важнейшими задачами в развитии технологической базы в настоящее время являются:
• организация НИОКР на предприятиях, в НИИ и вузах, по внедрению PLM -технологий;
• организация рынка информационных и программных продуктов и услуг в области
PLM;
• организация масштабной подготовки и переподготовки дипломированных и сертифицированных кадров по информатизации промышленности в целом и, в частности, по PLM-технологиям.
Задачей PLM является преобразование ЖЦ изделия в высокоавтоматизированный процесс путем информатизации и реструктуризации (реинжиниринга) входящих в него бизнес-процессов. Средством достижения этой задачи является применение современных информационных и телекоммуникационных технологий.
PLM символизирует две основные идеи, реализующие задачу PLM. Первая идея заключается в постоянном повышении эффективности (развитие) как самого изделия, так и процессов взаимодействия между поставщиком и потребителем изделия в течение его ЖЦ. Вторая - в том, что реализуется внедрение новых информационных и организационных технологий разработки изделия, например параллельного проектирования или междисциплинарных рабочих групп. Это приведет к увеличению инвестиций на этапах создания и модернизации изделия, позволит более полно учесть потребности заказчика и условия эксплуатации, что, в свою очередь, приведет к снижению затрат на этапах эксплуатации и обслуживания изделия и в конечном итоге к сокращению затрат на весь ЖЦ изделия.
При реализации стратегии PLM должны использоваться три группы методов, лежащие в основе PLM-технологий:
• Технологии анализа и реинжиниринга бизнес-процессов - набор организационных методов реструктуризации способа функционирования предприятия с целью повышения его эффективности. Эти технологии нужны для того, чтобы корректно перейти от бумажного к электронному документообороту и внедрить новые методы разработки изделия.
• Технологии представления данных об изделии в электронном виде - набор методов для представления в электронном виде данных об изделии, относящихся к отдельным процессам ЖЦ изделия. Эти технологии предназначены для автоматизации отдельных процессов ЖЦ.
• Технологии интеграции данных об изделии - набор методов для интеграции автоматизированных процессов ЖЦ и относящихся к ним данных, представленным в электронном виде, в рамках ЕИП. При автоматизации отдельных процессов ЖЦ изделия используются существующие прикладные программные средства (САПР, АСУП и т.п.), однако к ним предъявляется важное требование - наличие стандартного интерфейса к представляемым им данным. При интеграции всех данных об изделии в рамках ЕИП применяются специализированные программные средства - системы управления данными об изделии (PDM - Product Data Management). Задачей PDM-системы является аккумулирование всей информации об изделии, создаваемой прикладными системами, в логически единую модель. Процесс взаимодействия PDM-системы и прикладных систем строится на основе стандартных интерфейсов. Стандартные интерфейсы взаимодействия компьютерных систем можно разделить на четыре группы:
• Функциональные стандарты. Задают организационную процедуру взаимодействия компьютерных систем; пример: IDEFO.
• Информационные стандарты. Задают модель данных об изделии, используемую всеми участниками ЖЦ; пример: ISO 10303 STEP.
• Стандарты на программную архитектуру. Задают архитектуру программных систем, необходимую для организации их взаимодействия без участия человека; пример: CORBA.
• Коммуникационные стандарты. Задают способ физической передачи данных по локальным и глобальным сетям; пример: Шете^стандарты.
Поскольку потребитель тоже является полноправным участником ЖЦ изделия, необходимо обеспечение для него доступа в ЕИП. Однако использование для этих целей PDM-системы нецелесообразно в силу ее большой стоимости и значительного срока внедрения и освоения. К тому же, если потребитель эксплуатирует изделия от разных поставщиков, ему придется иметь дело с разными ЕИП и, соответственно, разными PDM-системами. Учитывая это, а также то, что потребителю необходимы только эксплуатационные данные об изделии, в качестве средства доступа к ЕИП он будет использовать не PDM-систему, а интерактивные электронные технические руководства (ИЭТР).
В настоящий момент в связи с использованием современных систем автоматизированного проектирования и подготовки производства низкое качество изделия в меньшей степени является следствием низкого качества проектирования, а в большей степени является следствием низкого качества данных (т.е. их неполноты, некорректности или неактуальности). Использование PDM-системы, предполагающей наличие единой целостной модели изделия и четких способов доступа к хранящейся в ней информации, позволяет значительно улучшить качество данных об изделии и, соответственно, повысить качество самого изделия.
Для наукоемких промышленных изделий стоимость их эксплуатации может равняться стоимости первичного изготовления или превосходить эту стоимость. В свою очередь, затраты на создание и поддержку эксплуатационной технической документации могут составлять значительную часть от общих затрат на эксплуатацию самого изделия.
Специфическая задача для отечественных производителей, поставляющих свою продукцию на экспорт или желающих выйти на внешний рынок, состоит в том, что, по данным экспертов, начиная с 2005 года по требованию иностранных заказчиков вся экспортная продукция должна сопровождаться электронной версией документации. При этом электронная документация должна быть выполнена в соответствии с международными стандартами на подготовку электронной технической документации.
В соответствии со стратегией PLM решение проблемы кроется в переводе всех данных, необходимых для создания и поддержания технических руководств, в электронный формат и создании ЕИС, в котором эти данные будут храниться и при необходимости использоваться.
С другой стороны, потребитель является полноправным участником ЖЦ изделия на этапе эксплуатации, и ему необходимо обеспечить доступ в ЕИП. Средством доступа потребителя в ЕИП должно стать ИЭТР.
ИЭТР - это техническое руководство, которое представляется потребителю в электронной форме на мобильном носителе (CD, DVD) либо при помощи Интернет. ИЭТР представляет собой структурированный комплекс взаимосвязанных технических данных, предназначенный для предоставления в интерактивном режиме справочной и описательной информации об эксплуатационных и ремонтных процедурах, связанных с конкретным изделием и выполняется в соответствии с рекомендациями по стандартизации Госстандарта РФ 50.1.029 2001 и Р 50.1.030 2001.
ИЭТР включает в себя базу данных (БД), в которой хранится вся информация об изделии, и электронную систему отображения, предназначенную для визуализации данных и обеспечения интерактивного взаимодействия с пользователем.
Информация в ИЭТР может быть представлена в виде: текста, графических изображений, ЗD-моделей, анимации, аудио и видеороликов. Использование аудио- и видеоданных позволяет наглядно показать выполнение той или иной операции, связанной с обслуживанием или ремонтом изделия. При помощи анимации можно показать работу систем и механизмов изделия, которую невозможно показать при помощи видео.
С точки зрения концепции PLM, предусматривающей преемственность в передаче информации на всех стадиях жизненного цикла, информационное наполнение ИЭТР проис-
ходит главным образом на стадиях разработки и производства изделия, а применение ИЭТР на стадии эксплуатации и утилизации.
Правильно организованное ИЭТР предоставляет возможность своевременного обновления информации об изделии в связи с ремонтом, модификацией, применением новых материалов при обслуживании.
Процесс внедрения PLM-технологий предусматривает три этапа:
• информатизация отдельных процессов ЖЦ изделия (САПР, АСУТП, ИС, производства) и представление данных в них в стандартизованном электронном виде;
• интеграция электронных данных отдельных процессов в рамках ЕИП и создание ЕИС;
• развитие и совершенствование ЕИС.
На первом этапе важно выбрать перспективные по инновационной актуальности, оптимальные по соотношению цена - качество базовые ИТ с учетом легкости их интеграции в рамках PLM. Большую роль здесь играет отраслевая, региональная и корпоративная кооперация, унификация и стандартизация, позволяя значительно быстрее и дешевле осуществить интеграцию и создание ЕИС.
Второй этап состоит из следующих компонентов:
• анализ существующих бизнес-процессов на предприятии и их информационного обеспечения;
• формирование и обучение рабочей группы;
• разработка концепции информационной интеграции;
• перепроектирование (реинжиниринг) бизнес-процессов;
• разработка корпоративных классификаторов объектов, операций, документов;
• разработка стратегии внедрения PLM-технологий на предприятии с учетом инновационной актуализации;
• выбор, приобретение, настройка и адаптация PDM-системы;
• разработка корпоративных стандартов;
• наполнение PDM-системы;
• формирование и адаптация ЕИС.
На этом этапе ключевым факторами являются разработка стратегии, отражающейся на базовые ИТ первого этапа, и выбор перспективной по инновационной актуализации, оптимальной по критерию цена - качество PDM-системы.
На третьем этапе основную роль будут играть организация работы пользователей в ЕИС и процесс инновационной актуализации базовых ИТ и прикладного информационного обеспечения (каждые 1,5-2 года). Инновационная актуализация должна быть обязательно заложена в стратегию внедрения PLM-технологий.
Как показывает практика информатизации, при переходе к интегрированной информационной среде ключевым моментом является наличие достаточного количества квалифицированных специалистов. Эта проблема на федеральном уровне будет решаться межведомственной программой первоочередных мероприятий в области ИПИ-технологий на основе соглашения, подписанного 23.04.2002 г., между Министерством образования и Министерством промышленности, науки и технологий РФ.
Литература
1. Судов Е.В. Информационная поддержка жизненного цикла продукта // PC WEEK/RE. 1998. № 45. С. 15.
2. Разевиг В. CALS: концепция, стратегия и технологии // PC WEEK/RE. 2001. № 11.
С. 28.
3. Интерактивные электронные технические руководства / А. Жирков, А. Колчин, М. Овсянников, С. Сумароков // PC WEEK/RE. 2001. № 47. С. 29.
4. Якимов В.С. Стандартизация в области CALS-технологий // ВЕК КАЧЕСТВА. 2001. № 5. С. 12.
5. Судов Е.В. CALS-технологии: от мифов к реальности // ВЕК КАЧЕСТВА. 2001. № 5.
С. 16.
6. CALS: концепция, стратегия и технологии: Материалы для руководителей / А. Ф. Колчин, М. В. Овсянников, С. В. Сумароков, АО. Жирков. - М.: ГНОЦ CALS-технологий, 2001. - 24 с.
7. РЕШЕНИЕ 12-й международной научно-практической конференции по графическим информационным технологиям и системам "КОГРАФ 2001". Н. Новгород, 2001 г.
8. Материалы конференции «Компьютерные технологии сопровождения и поддержки наукоемкой продукции на всех этапах жизненного цикла» 13-14 декабря 2001 г. // НИЦ CALS-технологий «Прикладная логистика». - М., 2001. - 79 с.
