Основные подходы и требования к формированию полиплатформенной интегрированной автоматизированной системы информационной поддержки жизненного цикла воздушных судов на основе электронного определения изделия

Назаров Владимир Валентинович; Шабалкин Дмитрий Юрьевич; Полянсков Юрий Вячеславович

УДК 658.005.5:004.9+ 629.7

ОСНОВНЫЕ ПОДХОДЫ И ТРЕБОВАНИЯ К ФОРМИРОВАНИЮ ПОЛИПЛАТФОРМЕННОЙ ИНТЕГРИРОВАННОЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ВОЗДУШНЫХ СУДОВ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЯ

Закрытое акционерное общество «Авиастар-СП», г. Ульяновск 2Ульяновский государственный университет

Исследованы основные подходы к построению интегрированных систем непрерывной информационной поддержки жизненного цикла воздушного судна. Представлено сравнение моноплатформенных и полиплатформенных систем. Разработана модель автоматизированной интегрированной системы поддержки жизненного цикла воздушного судна.

ИПИ-технологии, интегрированная информационная система, CAD-система, PDM-система, ERP-система.

Одним из приоритетов развития отечественного промышленного

производства является повышение его конкурентоспособности за счёт разработки и внедрения передовых технологий. Наиболее это актуально для авиационной промышленности и отражено в федеральных и отраслевых руководящих документах:

1. Стратегия развития авиационной промышленности России до 2015 (утверждена Минпромэнерго России, приказ от 20 апреля 2006 года № 85);

2. Основные положения стратегии развития открытого акционерного общества «Объединённая авиастроительная корпорация» до 2025 года (утверждена решением Совета директоров от 12 февраля 2008 года, протокол №9);

3. Концепция развития CALS-технологий в промышленности России (одобрена решением коллегии Министерства промышленности, науки и технологий Российской Федерации, протокол заседания коллегии № ПК-18 от 10 августа 2001 г.).

Одним из наиболее динамично развивающихся и востребованных в авиационной промышленности сегментов информационных систем являются системы информационной поддержки процессов жизненного цикла изделия (ИПИ/CALS-технологии), базирующиеся на

интегрированных автоматизированных

информационных системах.

Конкурентоспособность современной

продукции во многом определяется степенью интегрированности и

непрерывности ИПИ-систем,

обеспечивающих точное определение состояния производства в режиме реального времени и соответствующую реакцию на изменение внутреннего состояния и условий на рынке.

В качестве инструментальных средств на каждом этапе жизненного цикла используются соответствующие

специализированные информационные

системы: системы инженерных расчётов (CAE), системы управления данными об изделии (PDM), системы конструкторского проектирования и моделирования

(CAD/CAM), системы автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП/ CAPP), системы управления ресурсами (ERP/MRP), системы

взаимодействия с клиентами (CRM), системы управления поставками (SCM), системы послепродажного обслуживания и др.

Важным компонентом ИПИ-технологии являются системы

бизнесаналитики (BI / BA). Основной функцией таких систем является мониторинг-оценка-расчёт влияния

изменений, вносимых в конструкторскую документацию (КД), организационную и технологическую структуру

производственных процессов на изменение параметров жизненного цикла: состав изделия, технологические процессы, элементы технологической оснастки, эксплуатационные параметры и др.

Наличие приведённых инструментов позволит реализовать принципы проектного подхода в подготовке производства, изготовлении и выпуске авиационной техники. В авиационной промышленности наличие единой интегрированной

информационной системы играет

определяющую роль в снижении ресурсных затрат (временных, трудозатрат,

финансовых, материальных), повышении качества и, как следствие,

конкурентоспособности продукции.

В современном зарубежном и отечественном авиастроении применяется большинство упомянутых систем. Это позволяет достичь повышения

эффективности на каждом этапе конструкторско-технологического-производственно-эксплуатационного цикла. Однако совокупный эффект внедрения ИПИ-технологий во многом определяется степенью интеграции бизнес-процессов, обеспечивающих их автоматизированных подсистем. Консолидированный,

положительный эффект от использования информационных систем на каждом этапе жизненного цикла изделия может быть достигнут на принципах интеграции бизнес-процессов, приложений и данных в рамках единого информационного пространства изделия.

Таким образом, интегрированная система информационной поддержки жизненного цикла воздушных судов с необходимостью должна включать следующие взаимодействующие базовые компоненты:

- информационного взаимодействия с конструкторскими бюро - разработчиками КД на самолёт на уровне данных и процессов (приёмка-передача, проведение изменений электронной КД);

- централизованная/единая конструкторско-технологическая подготовка производства;

- управление проектированием, изготовлением и применением средств технического оснащения;

- технологическая подготовка в цехах сборочного производства;

- управление сборкой авиационной техники, где наибольшая доля ручных операций (с учётом взаимодействия с кооперантами, поставщиками сырья и отдельных агрегатов);

- мониторинг конструкторского, технологического, производственного процесса и эксплуатации воздушного судна.

Основные подходы к построению интегрированных систем непрерывной информационной поддержки жизненного цикла воздушного судна

Известно два подхода формирования единого информационного пространства жизненного цикла изделия: применение комплекса автоматизированных систем (CAD, PDM, ERP, CAPP, MES) одного производителя (моноплатформенное

решение), интеграция подсистем различных производителей (полиплатформенное

решение).

Моноплатформенный подход

На вновь создаваемых предприятиях интегрированная система управления жизненным циклом успешно строится с использованием современных

моноплатформенных средств. Одним из наиболее распространённых и эффективных является решение Team Center Engeneering/ Team Center Manufacturing от Siemens PLM Software. Система реализует функции PDM, CAPP - систем, обеспечивает гарантированную интеграцию с родственной CAD/CAM системой Unigraphics/NX и обладает возможностью наращивать функциональность за счёт подключения дополнительных модулей того же разработчика. Положительную динамику по внедрению разработок Siemens PLM Software демонстрирует например ЗАО «Гражданские самолёты Сухого (ГСС)» (ГСС) [1]. Компания «Гражданские самолеты Сухого» (ГСС), входящая в состав холдинга «Сухой», была образована в 2000 г. и внедряла PDM систему с «чистого листа».

Аналитические исследования

показывают, что ряд ведущих машино-авиа-строительных предприятий за рубежом и в странах СССР ещё до эпохи активного внедрения комплексных ИПИ-технологий имел значительный задел в виде информационных систем класса PDM, САРР как ранних промышленных, так и внутренних разработок [2]. Единовременный отказ от их применения в пользу современных промышленных решений сопровождается очевидными рисками:

1) переход с одной системы на другую не может быть осуществлён одномоментно и может привести к нарушению непрерывности производственного процесса;

2) для обеспечения непрерывного производства необходимо какое-то время эксплуатировать обе системы, что в значительной степени увеличивает затраты, себестоимость готовой продукции и приводит к возрастанию срока окупаемости проекта;

3) системы внутренних разработок полностью соответствуют бизнес-процессам предприятия, а внедрение промышленных систем может привести к необходимости перестройки бизнес-процессов.

К основному недостатку

моноплатформенного подхода нужно отнести:

1) необходимость глубокой и длительной модернизации существующих решений иностранных производителей для их адаптации к существующим бизнес-процессам отечественных самолётостроительных предприятий;

2) отказ от эксплуатируемых подсистем, либо необходимость параллельного использования внедряемой и действующей систем;

3) высокая стоимость владения моноплатформенной системой, которая существенно повышается после проведения требуемой модернизации;

4) интеграция внешних систем в целях наращивания функциональности крайне затруднительна.

По этим причинам значительное (до 23%) количество предприятий Северной Америки и Европы используют системы

PDM собственных разработок, модернизируя и интегрируя их с промышленными решениями [3].

Ввиду вышеизложенного, количество отечественных авиастроительных

предприятий, использующих

полнофункциональные моноплатформенные решения, крайне незначительно.

Полиплатформеный подход

Альтернативой является интеграция полиплатформенных подсистем различной функциональности в единое

информационное пространство жизненного цикла.

Возможность интеграции готовых решений, в том числе и внутренних разработок, определяется возможностью эффективной интеграции данных и бизнес-процессов.

Ввиду актуальности данной проблемы в 1990-2010г. велись активные теоретические исследования в области комплексирования и интеграции данных [4,5]. Результатом явились модели, на основе которых могут быть успешно разработаны инструментальные средства (на основе ЕТЬ-технологий) [2] и системы интеграции информационных ресурсов предприятия

(ЕЛ).

Структура ЕП-системы, её

функционал во многом определяется бизнес-процессами, структурой информационных систем и данных, которые требуется интегрировать. Ключевыми данными здесь является электронное определение изделия (ЭОИ) - базовая информация PDM-систем.

Задача интеграции информационных потоков рамках автоматизированной системы управления жизненным циклом авиационной техники требует:

1) наличия эффективно работающих функциональных модулей отдельных подсистем (CAD/PDM/ERP/CRM/SCM, подсистем управления средствами технологической оснастки (СТО) и др.);

2) действующей системы централизованной конструкторско-технологической подготовки производства (КТПП) взаимодействующей с ЕЯР-системами;

3) разработанной структуры хранилища (возможно и виртуального) инвариантных данных;

4) формирования механизмов управления хранилищем инвариантных данных;

5) формирование механизма получения/предоставления требуемых данных требуемой структуры в соответствии с требуемым регламентом;

6) интеграции соответствующих бизнес-процессов предприятия.

Выбор между двумя приведёнными сценариями формирования интегрированной системы информационной поддержки жизненного цикла изделия зависит от ряда параметров. Основными, на наш взгляд, являются:

1) экономические показатели: стоимость приобретения, внедрения, сопровождения и владения;

2) временные показатели: время от начала внедрения до ввода в эксплуатацию;

3) показатели эксплуатационности/технологичности: технологичность системы (возможность эффективного сопровождения);

4) показатели функциональности: обеспечение интеграции подсистем, в т.ч. разработанных на других платформах (CAD/CAM, ERP, CAPP и др.);

5) показатели соответствия производственным процессам: обеспечение однозначных (прозрачных) связей конструкторского и технологического членения;

6) соответствие (при

незначительной доработке) бизнес-процессам предприятия.

В табл. 1 приведены по открытым источникам оценочные характеристики системы Team Center по выбранным параметрам.

Приведённые характеристики

позволяют сделать вывод о

целесообразности рассмотрения

альтернативных сценариев.

Реальным альтернативным сценарием построения системы непрерывной информационной поддержки жизненного цикла изделия является интеграция (с необходимой доработкой)

полиплатформенных систем.

Обязательным условием является соответствие средств интеграции и системы в целом требованиям, предъявляемым к автоматизированным системам в

соответствии с нормативно-технологической документацией.

Таким образом, целесообразность выполнения работы по развитию интегрированной полиплатформенной

системы информационной поддержки жизненного цикла воздушных судов гражданской и транспортной авиации определяется следующими факторами:

1) высокая стоимость и длительный период адаптации зарубежных систем под специфику отечественной авиастроительной отрасли;

2) наличие теоретических наработок в области интеграции информационных систем и данных в автоматизированных системах управления;

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Таблица 1 - Оценочные характеристики системы TeamCenter

№ Характеристики (параметры) «TeamCenterEngeneering/ TeamCenter Manufacturing»

1. Экономические характеристики

1.1. Стоимость приобретения (без учёта аппаратно-программной платформы, САD-систем) 80 000 тыс. руб.

1.2. Стоимость внедрения интегрированного решения (Типовое внедрение в расчёте портебностей ЗАО «Авиастар-СП») 350 000-400 000 тыс. руб.

№ Характеристики (параметры) «TeamCenterEngeneering/ TeamCenter Manufacturing»

1.3. Стоимость сопровождения и владения (1 год) 18 000 руб.

1.4. Стоимость «тонкой настройки системы» системы 6 000 руб.

2. Временные показатели

2.1. Период внедрения PDMOTcreMbi 3-4 года

2.2. Период полного внедрения интегрированного решения 7-11 лет

3. Показатели эксплуатационности/технологичности

3.1. Наличие документации Да

3.2. Наличие службы технической поддержки Да

3.3. Гарантированное сопровождение ПО разработчиком Да

4. Показатели функциональности

4.1. Интеграция с CAD/CAM-системами, используемыми отечественными КБ Гарантирована только с системами UGNX. Взаимодействие с другими системами осуществляется импортом/экспортом файлов заданного формата

4.2. Интеграция с ERP -системами Частичная. Взаимодействие осуществляется импортом/экспортом файлов заданного формата

4.3. Интеграция с системами послепродажного обслуживания Взаимодействие осуществляется импортом/экспортом файлов заданного формата

4.4. Наличие/возможность подключения информационно-аналитических (BI/BA) систем Взаимодействие осуществляется импортом/экспортом файлов заданного формата

4.5. Наличие/возможность подключения модуля управления СТО Частичная реализация на уровне отдельных подсистем

4.6. Возможность применения системы при решения аналогичных задач для другого типа воздушного судна без изменения состава системы Требуется доработка

5. Показатели соответствия

5.1. Соответствие бизнес-процессам, реализованным в отечественной самолётостроительной отрасли Требуется значительная доработка

5.2. Обеспечение однозначных (прозрачных) связей конструкторского и технологического членения Требуется глубокая доработка

3) наличие хорошо адоптированных под производственно-технологические процессы отечественных предприятий отдельных автоматизированных подсистем

4) наличие наработок в мировой и отечественной практике по интеграции бизнес-процессов, приложений и данных.

Модель полиплатформенной

интегрированной системы непрерывной информационной поддержки жизненного цикла воздушных судов на основе электронного определения изделия

Предлагаемая модель

полиплатформенной интегрированной

системы информационной поддержки жизненного цикла воздушных судов строилась в соответствии с текущими и перспективными задачами ЗАО «Авиастар-СП», но может быть применена и на других авиастроительных предприятиях. Модель определяет основные требования к системе и подходы к их реализации.

Целью является снижение

ресурсоёмкости подготовки производства и выпуска, повышение качества изготовления, послепродажного сопровождения

гражданских и транспортных самолётов за счёт внедрения комплексной

автоматизированной системы на основе единого цифрового пространства КТПП и изготовления авиационной техники («изделие 476» (Ил-476), Ан-124, Ту-204, SSJ и МС-21).

Должны быть решены следующие задачи:

1. обеспечение интеграции

информационных потоков предприятия, конструкторских бюро, кооперантов и

эксплуатантов в соответствии с реализуемыми бизнес-процессами КТПП, изготовление и послепродажное

обслуживание производимых ВС

гражданской и транспортной авиации (Ил-76 и его модификаций, Ан-124, Ту-204, SSJ, МС-21);

2. обеспечение разработки архитектуры ИАС с выделением трёх основных уровней: ядро системы, корпоративная сервисная шина, подсистемы);

3. обеспечение разработки подсистем ИАС:

- подсистема конструкторской подготовки завода-изготовителя;

- подсистема централизованной технологической подготовки производства;

- подсистема управления проектированием, подготовкой и производством средств технологического оснащения на основе ЭОИ;

- подсистема САПР технологических процессов сборочного производства;

- подсистема управления комплектацией сборочного производства;

- информационно-аналитическая подсистема состояния конструкторского, технологического, производственного процессов;

- подсистема формирования электронного «Дела изделия» воздушного судна.

Функциональную схему системы и её взаимодействие с основными смежными системами иллюстрирует (рис. 1)

3

Изготовление продукции Послепродажное обслуживание

0< Н-......т^А—*о

■со наруетораои

о<

Подсистема ведения

воздушного судна

и

Рис.1. 303

Сформулированы следующие

требования к структуре ИАС.

ИАС должна иметь иерархическую структуру и содержать следующие компоненты:

1) ядро системы - первый уровень;

2) корпоративная сервисная шина (ESB) - второй уровень;

3) подсистемы - третий уровень.

ESB должна обеспечить обмен

данными подсистем различных

производителей, возможность организации взаимодействия с внешними приложениями [6]. Разработка ESB позволит заложить принцип полиплатформенности ИАС, обеспечить расширяемость и

модернизируемость системы.

Разработка ИАС должна

осуществляться в соответствии с нормативно-технологическими документами (ГОСТ Р, ГОСТ ИСО РД) с помощью современных CASE-систем. На этапе эскизного проектирования должна быть разработана имитационная модель системы и проведена её экспериментальная проверка. Реализация подобной системы должна осуществляться с использованием современных CASE-средств, RUP-технологий.

Ожидаемые результаты

Таким образом, предложенный подход позволит формировать

автоматизированную систему управления на основе интеграции полиплатформенных подсистем.

ИАС будет обеспечивать интеграцию информационных потоков предприятия, конструкторских бюро, кооперантов и эксплуатантов, реализуемых с

использованием полиплатформенных

информационных систем, в соответствии с организованными бизнес-процессами

конструкторско-технологической подготовки производства, изготовления всех производимых воздушных судов

гражданской и транспортной авиации.

Неотъемлемым преимуществом

системы является масштабируемость, возможность модернизации и

тиражирования данного решения.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации.

Библиографический список

1.Зырянов, М. О роли ИТ-команды ГСС в создании нового авиалайнера [Текст] / М. Зырянов // «Директор информационной службы» , № 03, 2011.

2. Дубова, Н. PLM на пороге зрелости[Текст] / Н.Дубова // Открытые системы №5, 2011.

3. Дубова, Н. Интеграция приложений и бизнес-процессы[Текст] /Н. Дубова // Открытые системы №10, 2009.

4. Maurizio Lenzerini, Data integration: a theoretical perspective, 2002, Proceedings of the twenty-first ACM SIGMOD-SIGACT-SIGART symposium on Principles of database systems, ISBN 1-58113-507-6, URL: http://doi.acm.org/10.1145/543613.543644

5. Alon Y. Halevy, Enterprise information integration: successes, challenges and controversies, 2005, Proceedings of the 2005 ACM SIGMOD international conference on Management of data, ISBN 1-59593-060-4, URL: http://doi.acm.org/ 10.1145/1066157.1066246

6. Шаппел, Д. ESB-Сервисная шина предприятия [Текст] / Д. Шаппел - СПб: БХВ-Петербург, 2008.

BASIC APPROACHES AND REQUIREMENTS TO THE FORMATION OF POLY-PLATFORM INTEGRATED AUTOMATED SYSTEM OF AIRCRAFT LIFE CYCLE SUPPORT BASED ON THE PRODUCT ELECTRONIC DEFINITION

!CJSS "Aviastar-SP" 304

2Ulyanovsk State University

The approaches to the continuous information lifecycle support system construction are investigated. Systems mentioned should be based on poly-platform information systems integration.Comparison of mono-platform and poly-platform solution from the applicability is presented. Necessary conditions for autonomic system integration are shown. Model of construction integrated information lifecycle system is suggested.

CALS-technologies, integrated information system, data integration, product lifecycle, CAD-system, PDM-system, ERP-system.

Информация об авторах

Назаров Владимир Валентинович, заместитель начальника УИТ по САПР, ЗАО "Авистар-СП". E-mail: d106@aviastar-sp.ru. Область научных интересов: ИПИ-технологии, разработка АСУ ТП.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Шабалкин Дмитрий Юрьевич, кандидат физико-математических наук, заместитель директора Центра компетенций «АТиАМ», Ульяновский государственный университет. E-mail:shabalkindyu@gmail.com. Область научных интересов: ИПИ-технологии, разработка ИАС.

Полянсков Юрий Вячеславович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой математического моделирования технических систем, Ульяновский государственный университет, E-mail: PolyanskovYuV@ulsu.ru. Область научных интересов: ИПИ-технологии, разработка АСУ ТП.

Nazarov Vladimir Valentinovich, Deputy Director of MIT for CAD-systems CJSS "Avistar-SP". E-mail: d106@aviastar-sp.ru. Area of research: CALS - technologies, developing Automatic Control systems of technological processes.

Shabalkin Dmitriy Yrevich, candidate of Physics and Mathematics Sciences, Deputy Director of Center of competence «AT&AM», Ulyanovsk State University. E-mail: shabalkindyu@gmail.com. Area of research: CALS-technologies, development of integrated information system.

Polyanskov Yuri Vyacheslavovich, Ph.D., Professor, head of department of Mathematical modeling of technical systems, Ulyanovsk State University. E-mail: PolyanskovYuV@ulsu.ru. Area of research: CALS-technologies, developing Automatic Control systems of technological processes.

BASIC APPROACHES AND REQUIREMENTS TO THE FORMATION OF POLYPLATFORM INTEGRATED AUTOMATED SYSTEM OF AIRCRAFT LIFE CYCLE SUPPORT BASED ON THE PRODUCT ELECTRONIC DEFINITION