CC BY
4
УДК 004.01
Струк П.В.
аспирант кафедры «Информационная безопасность» Дальневосточный федеральный университет
Россия, г. Владивосток ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЕДИНООБРАЗНОГО ОПИСАНИЯ И ИНТЕРПРЕТАЦИИ ДАННЫХ НА РАЗЛИЧНЫХ ЭТАПАХ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ИЗДЕЛИЙ (CALS-ТЕХНОЛОГИИ) Аннотация: в статье представлен обзор документов в области CALS-технологий серии 10303, разработанных Международной организацией стандартизации ISO и получивших название STEP (Standard for Exchange of Product data - «стандарт по обмену данными об изделии»). Кратко изложена история их появления и значение этих технических нормативно-правовых актов для мировой индустрии. Представлена структура и основополагающие понятия стандартов STEP, описаны прикладные протоколы, введённые стандартами STEP, их роль при создании единых информационных моделей.
Ключевые слова: STEP, CALS-технологий, 10303, Exchange of Product data, автоматизации производства, системы промышленной автоматизации, Express, STEP-стандарт, ISO 10303, 14959, 15531, CAD/CAM/CAE, САПР, АСУ, P-Lib, АСУТП, IRP, жизненного цикла
Struk P.V.
postgraduate of Far Eastern Federal University,
Russia, Vladivostok PROVIDING THE UNIFORM DESCRIPTION AND DATA INTERPRETATION AT DIFFERENT STAGES OF THE PRODUCT LIFE
CYCLE (CALS-TECHNOLOGY) Abstract: the article presents an overview of documents in the field of CALS-technologies of the 10303 series, developed by the International Organization for Standardization ISO and called STEP (Standard for Exchange of Product data -"standard for the exchange of data about the product"). The history of their appearance and the significance of these technical legal acts for the global industry are briefly described. The structure andfundamental concepts of the STEP standards are presented, application protocols introduced by the STEP standards, their role in creating uniform information models are described.
Keywords: STEP, CALS-technologies, 10303, Exchange of Product data, production automation, industrial automation systems, Express, STEP-standard, ISO 10303, 14959, 15531, CAD / CAM/ CAE, CAD, ACS, P-Lib, Process control system, IRP, life cycle
В ХХ веке на протяжении очень долгого времени самой обычной формой представления информации для человека и инструментом взаимодействия между людьми служила документация в бумажном виде. Создавали эту документацию десятки тысяч техников, инженеров и проектировщиков
промышленных предприятий, госучреждений и коммерческих структур. С приходом века информационных технологий (ИТ) стали появляться и широко использоваться многочисленные инструменты автоматизации производства бумажной номенклатуры: системы и средства автоматизации проектирования (САПР), которые нашли свое применение в разработке эскизных чертежей, конструкторско-технологической документации, различных спецификаций; системы автоматизации производства (АСУП), необходимые для осуществления процессов производства и взаимосвязанных с ними отчетов; различные бухгалтерские и складские системы, имеющие непосредственное отношение к процессам электронного документооборота.
Однако совсем скоро стало очевидно, что большинство этих весьма дорогостоящих инструментов и средств не в полной мере соответствуют своим возможностям и зачастую попросту не справляются с возложенными на них функциями. Проблема заключается в том, что АСУП самого раннего поколения не могли решать задач информационно-коммуникационного обмена между различными подразделениями, участвующими в поддержке всех стадий жизненного цикла изделия (начиная от планирования заказа, сквозь процессы технологической подготовки производства, заканчивая утилизацией). Обмен данными между информационными системами предполагал больших временных и производственных затрат, кроме того, это зачастую становилось причиной многочисленных ошибок.
В первую очередь, производственные процессы в условиях деятельности промышленного предприятия должны быть направлены на создание единой информационной модели (ИМ), регламентирующей этапы производства, изделия или проектные работы. Эта ИМ должна успешно функционировать не в рамках отдельно взятого подразделения, отдельного предприятия, а являться унитарной для целого ряда предприятий.
Безусловно, что для реализации этих условий требуются совершенно новый инструментарий. Ключевой стала идея непрерывной информационной поддержки жизненного цикла продукции. Она и стала базовой концепцией CAL S -технологий.
Основные идеи и принципы CALS-технологии
Формулировка CALS (Continuous Acquisition and Life cycle Support) дословно переводится как «непрерывное аккумулирование данных и непрерывное информационное сопровождение жизненного цикла (ЖЦ)». Если же более приближенно следовать оригиналу, то в русском языке аналогом служит аббревиатура НИПИ (непрерывная информационная поддержка изделий), хотя, стоит отметить, что она употребляется не так уж и часто. Одна часть формулировки (Continuous Acquisition) означает непрерывное повышение и развитие производственных процессов изделия. Другая часть формулировки (Life Cycle Support) трактует следование такому развитию: введение новых и прогрессивных методов, таких как, технологическая подготовка производства (ТПП), включающая параллельные этапы ведения работ.
Конечно, на этапах создания таких технологий моделирования изделий требуются серьёзные инвестиции и перестройка (иногда болезненная) отлаженных по-старому производств и связей. Однако в дальнейшем ускоренное следование требованиям рынка, быстрый отклик на всё более изощрённые требования деловых партнёров приведет к снижению временных затрат на стадиях планирования, ТПП, технического обслуживания и утилизации. На практике это неизбежно ведёт к тому, что издержки окупаются, затраты на весь ЖЦ резко падают, а продукция становится сначала конкурентоспособной и вслед за тем высокорентабельной. Все этапы ЖЦ оказываются тесно связанными информационными узами, как между собой, так и со снабженческими и вспомогательными процессами и кооперациями. В такой ситуации исключительно важно, чтобы разнообразные участники хозяйственной деятельности общались, так сказать, на единообразном языке. Его «грамматика и синтаксис» содержатся в программных и программно -технических средствах, построенных и работающих на основе типовых задач. Для обеспечения такого единства и служат стандарты в области CALS-технологий. Из их числа наиболее разветвлённой и полной является комплекс стандартов серии 10303 (STEP), разработанный международной организацией по стандартизации ISO.
В настоящее время можно с уверенностью сказать, что многие прогрессивные предприятия избрали в качестве главного направления своего развития следование STEP.
Основная цель практического применения CALS-технологий на предприятиях вполне обыденна: рост качества и конкурентоспособности промышленных изделий, при обязательном условии сокращения временных и производственных затрат.
Проблема практического применения технологий информационной поддержки ЖЦ изделий на территории СНГ чрезвычайно актуальна в связи отставанием в данном аспекте от ведущих промышленно развитых государств. Это негативно влияет на конкурентоспособность продукции отечественных производителей на мировых рынках. Управление развивающимся производством не может основываться на устаревших громоздких и статичных структурах. Необходим повсеместный переход на гибкий информационный конвейер обработки информации по всему ЖЦ изделий.
Для реализации программы внедрения CALS -технологий на многих предприятиях требуется выполнить большой комплекс работ. Пожалуй, первоочередной из них является проблема наполнения нормативно-технической базы. Необходимо, чтобы она соответствовала прогрессивным международным требованиям в части электронного документооборота. Именно такую полно объёмную базу и представляют стандарты и технические спецификации в области CALS-технологий.
Как доказано мировой практикой преимущества и выгоды информационных технологий возникают только тогда, когда проводится комплексная автоматизация взаимосвязанной инженерной деятельности в
рамках нескольких подразделений и целых групп предприятий и организаций. При этом разрабатываются адекватные внутренние стандарты каждого предприятия, которые изменяют традиционный процесс проектирования.
Отсутствие таких стандартов, приводит к ситуации, когда программные средства используются исключительно в пределах отдельного рабочего места, что почти не оказывает влияния на деятельность предприятия в целом. Говорить в этом случае о получении значительного экономического эффекта от использования современных средств проектирования не приходится.
Внедрение CALS-стандартов на предприятиях, производящих наукоемкую продукцию, является фактически обязательным условием обеспечения стабильной конкурентоспособности этой продукции на зарубежных рынках. Роль CALS-стандартов на пути к повышению конкурентоспособности промышленного изделия представлена на рис. 1.
Создание единого информационного пространства
_I_рг
Д
Рац>аботка С4LS-стандартос, обеспечивающих единообразное описание и интерпретацию данных oô изделии
а Л_,
^ Повышение эффективности процессов жизненного цикла; Повышение эффективности взаимодействия между участниками жизненного цикла
___Р^
Снижение временных и материальных затрат; ^ Повышение степени
удовлетворения заказчика _____
д.
Повышение конкурентоспособности промышленного тделия
Рис.1. Роль CALS-стандартов на пути к повышению конкурентоспособности промышленного изделия Обзор STEP-стандартов Ранее уже говорилось, что ключевое место в комплексе стандартов, устанавливающих требования в области CALS-технологий, занимают документы, принятые Международной организацией по стандартизации (ISO). Этим стандартам была присвоена аббревиатура STEP и серия 10303. Данные
стандарты и технические спецификации (TS) представляют инструменты для характеристики продукции на каждой из стадий его ЖЦ. Именно в целях планомерной разработки подобных стандартов в 1984 г. был создан технический комитет TC184, который получил название "Системы промышленной автоматизации и интеграция". Позднее, в рамках этого комитеты был создан подкомитет SC4, где и разрабатывались стандарты STEP. Там же был написан программный код языка Express, а также прикладные протоколы или, как их ещё принято называть, протоколы прикладных программ (AP).
Подготовкой документов STEP преследовалась цель поддержки единообразной трактовки данных в АСУ на различных стадиях ЖЦ изделий. Позднее, к разработке данных стандартов был подключён целый ряд различных специалистов компаний, квалифицирующихся в самых многообразных отраслях производства.
За базу STEP был взят программный код языка Express. Язык Express является объектно-ориентированным, он унитарен для представления и обработки данных в приложениях, также он одинаково адаптирован для большинства информационных систем. Хотя может сложиться ложное впечатление, что он предназначен только для описания стадий ЖЦ, назначение его намного шире.
В STEP-стандартах (или как принято говорить "томах") приведены ключевые инструменты, семантика языка Express, ИМ и компоненты. Некоторые из них носят общий характер, некоторые же обладают определенной спецификой. Как, например, отдельные стандарты, устанавливающие требования к твердотельным и поверхностным моделям, технологиям моделирования, процессам литья, описанию материалов, средствам защиты информации и т.п. Среди STEP-стандартов есть и глобальные прикладные протоколы, описывающие реализацию и поведение ИМ, методы и средства для тестирования объектов. Каждый том имеет свой порядковый номер и наименуется как «N часть» (ISO 10303-N). На сегодняшний день подготовлено более пяти сотен документов. Одни приняты как ISO стандарты, другие же, как технические спецификации или отчёты.
Развитие комплекса документов STEP получило своё продолжение в принятии дополнительных серий стандартов, также имеющих самое непосредственное отношение к CALS:
•ISO стандарты серии 8879;
•ISO стандарты серии 14959;
•ISO стандарты серии 15531;
•ISO стандарты серии 13584.
При подготовке данных серий, главный акцент был уделен формированию открытых систем. Отдельный раздел касался теории написания файлов,
генерируемых в STEP и служащих для обмена информацией между различными системами.
Область применения STEP-стандартов (несмотря на то, что главное их предназначение - поддержка ЖЦ продукции) гораздо шире и находит свое отражение в генерации универсальных ИМ в условиях прикладных протоколов STEP.
Прикладные протоколы STEP
Основное предназначение стандартов STEP заключается не только в принятии единого универсального языка, позволяющем однозначно интерпретировать информацию.
Под эгидой STEP появилась возможность формирования унитарных ИМ многочисленных приложений всевозможных САПР, рис. 2. Такие ИМ получили название протоколов прикладных программ (прикладных протоколов).
Рис.2. Создание единых информационных моделей CAD/CAM/CAE Протоколом прикладных программ в рамках STEP называется ИМ отдельно взятого приложения, описывающая с максимальной степенью точности множество объектов, принадлежащих данному приложению (в совокупности с их свойствами), и сгенерированная программным кодом языка Express. Имеется ввиду, что такая ИМ должна быть в состоянии описать данные любой конкретной задачи определенного приложения. Протоколы прикладных программ в стандартах ISO серии 10303 находятся в томах. Первый том имеет порядковый номер N=201. Как правило, прикладные протоколы обозначаются как AP, также присваивается номер: AP239.
^ временем число имеющихся прикладных протоколов в области CAD/CAM/CAE неизменно увеличивается. Прикладные протоколы являются
неотъемлемым атрибутом STEP, позволяют понять сущность приложений ИМ, а пользователям помогают однозначно интерпретировать данные многообразных САПР.
Основные проблемы, связанные с практическим применением STEP-стандартов
На сегодняшний день в Российской Федерации разработаны и приняты многочисленные государственные стандарты, идентичные стандартам ISO серии 10303 (STEP) и 13584 (P-Lib) и касающихся CALS-технологий: САПР, АСУ (АСУП, АСУТП, IRP) и других промышленных информационных технологий. Предполагается продолжать эту работу далее. Не вызывает сомнений, что игнорирование передового международного опыта, воплощенного в STEP и P-Lib, лишает отечественную промышленность серьёзного фактора развития, является одной из причин повышенных временных и финансовых затрат при освоении новых изделий и снижает способность производителей оперативно реагировать на требования рынка.
Межу тем стандарты STEP и P-Lib повсеместно используют в развитых индустриальных странах. Очень сложно продать детали, узлы или компоненты, а то и готовые изделия, если они не сопровождаются технической документацией в электронной форме, разработанной в соответствии с международными стандартами. Это отвечает потребностям высокоразвитой, разветвлённой системы кооперации и способствует сокращению материальных и временных затрат при разработке и освоении технически сложных изделий.
Разработка стандартов в области непрерывной информационной поддержки ЖЦ продукции, гармонизированных с последними версиями международных ТНПА позволит сохранить преемственность и цельность всей системы государственных стандартов рассматриваемого направления и создаст условия и модели для широкого внедрения CALS -технологий на предприятиях. Неизбежным следствием явится повышение гибкости, управляемости и оперативности в ходе проектирования и производства. Существенно ускорится и упростится информационный взаимообмен, как между белорусскими предприятиями, так и с иностранными партнёрами. Изделия отечественных производителей станут более конкурентоспособными.
Принятие STEP-стандартов является основополагающей и первоочередной процедурой на пути внедрения CALS-технологий на предприятиях. Они устанавливают единый подход к основным принципам описания продукции, ресурсов, конфигурации и структуры изделий, материалов, интерфейса доступа к данным и другие вопросы в части представления и обмена данными об изделиях.
