CC BY
4
УПРАВЛЕНИЕ ТРЕБОВАНИЯМИ В ПОТОКЕ СОЗДАНИЯ ЦЕННОСТИ В МОДЕЛИ ЭТАЛОННОЙ АРХИТЕКТУРЫ ИНДУСТРИИ (RAMI 4.0)
Кравченко А.Н.
Кравченко Александр Николаевич - аспирант, кафедра информационных систем, Московский государственный университет «Станкин», г. Москва
Аннотация: в статье анализируются роль процессов управления требованиями в потоке создания ценности в контексте модели RAMI 4.0 (ГОСТ Р 59799-2021 Умное производство. Модель эталонной архитектуры индустрии 4.0 (RAMI 4.0). Исследуется процесс управления требованиями на всех стадиях жизненного цикла изделия, необходимость создания правил цифрового описания и управления требованиями, реализация этого процесса в зарубежных и отечественных PLM системах. Дается краткий обзор реализации процесса управления требованиями в системе Лоцман:PLM. Ключевые слова: управление требованиями, Индустрия 4.0., RAMI 4.0, PLM, Жизненный цикл изделия, Лоцман:PLM.
MANAGING REQUIREMENTS IN THE LIFE CYCLE AND VALUE STREAM IN THE INDUSTRY REFERENCE ARCHITECTURE MODEL (RAMI 4.0)
Kravchenko A.N.
Kravchenko Aleksandr Nikolaevich- PhD student, DEPARTMENT OF INFORMA TION SYSTEMS, MOSCOW STATE TECHNOLOGICAL UNIVERSITY "STANKIN",
MOSCOW
Abstract: the article analyzes the role of requirements management processes in the value stream in the context of the RAMI 4.0 model (GOST R 59799-2021 Smart Manufacturing. The Industry 4.0 Reference Architecture Model (RAMI 4.0). The article examines the process of requirements management at all stages of the product life cycle, the need to create rules for digital description and requirements management, and the implementation of this process in foreign and domestic PLM systems. A brief overview of the implementation of the requirements management process in the Lodsman:PLM system is given.
Keywords: requirements Management, Industry 4.0., RAMI 4.0, PLM, Product Lifecycle, Lodsman:PLM.
УДК 004.384
Введение
Индустрия 4.0 представляет собой четвертую промышленную революцию, характеризующуюся интеграцией цифровых технологий в производство. В этом контексте эталонная архитектура RAMI 4.0 (Reference Architectural Model Industry 4.0) служит руководством для реализации концепций Индустрии 4.0 [1]. Важной частью этой реализации является управление требованиями, которые направляют создание ценности в производственном процессе и являются основой для обеспечения и контроля качества продукции. Данная статья посвящена рассмотрению управления требованиями в потоке создания ценности в рамках модели RAMI 4.0, роли и реализации систем управления жизненным циклом продукта (PLM) в этом процессе.
Основы RAMI 4.0
RAMI 4.0 представляет собой многослойную архитектурную модель, которая описывает основные аспекты и взаимодействия систем в Индустрии 4.0. Она включает три основных измерения [2]:
1. Уровни иерархии (Hierarchy Levels): от компонента до подключения к мировой сети Internet.
2. Жизненный цикл и потоки ценности (Life Cycle and Value Stream): от идеи до эксплуатации и утилизации.
3. Слои архитектуры (Architecture Layers): от бизнеса и функционала до коммуникаций и интеграции.
Эти измерения помогают структурировать различные аспекты и фазы производственного процесса,
обеспечивая целостный подход к внедрению цифровых технологий.
Рассмотрим включение управления требованиями в измерение 2 «» «Жизненный цикл и потоки ценности».
Управление требованиями в рамках жизненного цикла и потоков ценности играет ключевую роль. В модели RAMI 4.0 управление требованиями можно разбить на несколько этапов, в соответствии с этапами жизненного цикла изделия:
1. Идея и концепция:
Идентификация требований: На начальном этапе происходит сбор требований от всех заинтересованных сторон, включая клиентов, поставщиков и внутренние департаменты.
Анализ требований: Оценка осуществимости и ценности требований, их приоритизация.
2. Проектирование:
трассируемость требований: Требования связываются с источниками, проектные требования связываются с исходными (ГОСТ Р 59194-2020 «Управление требованиями. Основные положения». Требования переводятся в спецификации и чертежи, обеспечивается связь требований с конкретными проектными элементами.
Валидация требований: Проверка того, что проектные решения соответствуют изначальным требованиям (ГОСТ Р 59194-2020 «Управление требованиями. Основные положения»).
3. Производство:
Управление изменениями: В случае изменений в требованиях они оперативно внедряются и отслеживается их влияние на производственные процессы.
Контроль качества: Обеспечение соответствия продукции требованиям через тестирование и контроль на производственной линии.
4. Интеграция и тестирование:
Верификация требований: Проверка соответствия готового продукта установленным требованиям.
Анализ и отчетность: Оценка выполнения требований и выявление отклонений для их коррекции.
5. Эксплуатация:
Поддержка и мониторинг: Обеспечение соответствия требований в процессе эксплуатации продукта, сбор отзывов пользователей.
Обратная связь: Использование данных эксплуатации для улучшения будущих версий продукта.
6. Утилизация:
Экологические требования: Обеспечение соответствия процесса утилизации установленным экологическим стандартам.
Переработка Учет требований к переработке материалов и компонентов.
Таким образом, управление требованиями тесно интегрировано в каждый этап жизненного цикла продукта, обеспечивая его соответствие ожиданиям и стандартам, что способствует созданию ценности на каждом этапе.
Управление требованиями
Процесс управления требованиями - это систематический подход к определению, сбору, анализу, документированию, проверке, управлению и коммуникации требований к продукту или проекту на протяжении всего жизненного цикла разработки. Управление требованиями в контексте RAMI 4.0 включает несколько ключевых аспектов:
1. Определение требований: Процесс начинается с определения требований к продукту или проекту. Это включает в себя выявление потребностей и ожиданий заказчика, анализ рынка, исследование конкурентов и другие методы для установления основных характеристик и функциональности продукта или проекта.
2. Сбор требований: После определения требований следует их агрегация. Она включает в себя сбор информации от заинтересованных сторон, анализ существующей документации и данных. Объединение схожих требований, их классификацию.
3. Анализ требований: Анализ включает в себя оценку и приоритизацию требований, выявление противоречий и неоднозначностей, а также определение их влияния на конечный продукт или проект.
4. Документирование требований. Включает в себя создание требовательной спецификации или других документов, которые четко описывают каждое требование, его приоритет, источник и другие характеристики.
5. Проверка требований: Документированные требования должны быть проверены на соответствие и полноту. Это включает в себя проверку требований на соответствие целям и задачам проекта, а также на их реалистичность и выполнимость. Проверка требований включает в себя верификацию и валидацию требований.
6. Управление изменениями: Включает в себя отслеживание изменений в требованиях, управление версиями документов, управление изменениями в требованиях и их коммуникацию заинтересованным сторонам.
7. Коммуникация требований: Важной частью процесса управления требованиями является коммуникация с заинтересованными сторонами. Это включает в себя обмен информацией о требованиях, решение спорных вопросов, принятие решений в соответствии со сложившейся ситуацией.
8. Мониторинг и контроль: Процесс управления требованиями требует постоянного мониторинга и контроля. Мониторинг и контроль позволяет своевременно выявлять и реагировать на изменения в требованиях и предотвращать проблемы в процессе разработки.
Процесс управления требованиями является важным элементом разработки продуктов и проектов, который помогает обеспечить их успешное выполнение и соответствие ожиданиям заказчика и заинтересованных сторон.
В условиях цифровой трансформации требуется цифровизация управления требованиями - это процесс применения цифровых технологий для улучшения и оптимизации процессов сбора, анализа, управления и отслеживания требований к продукту или проекту.
Концепция "Индустрия 4.0" определяет необходимость создания правил цифрового описания для технического объекта и изменения его состояния на протяжении всего его жизненного цикла (ГОСТ Р 59799-2021 Умное производство. Модель эталонной архитектуры индустрии 4.0 (RAMI 4.0). Эти правила определяются в системах управления жизненным циклом изделий (PLM систем).
Системы PLM для управления требованиями
Системы управления жизненным циклом продукта (PLM) играют ключевую роль в управлении требованиями в рамках модели RAMI 4.0. Они обеспечивают централизованное хранение, управление и доступ к информации о продукте на всех этапах его жизненного цикла. Основные функции PLM в управлении требованиями включают:
1. Централизованное хранилище данных: Системы PLM обеспечивают единое хранилище для всех требований, спецификаций, чертежей и других данных, связанных с продуктом. Это упрощает доступ к информации и обеспечивает ее актуальность и согласованность.
2. Трассируемость и связь данных: PLM позволяет отслеживать требования от этапа концепции до конечного продукта, связывая их с соответствующими элементами проектирования, производства и эксплуатации. Это обеспечивает прозрачность и контроль выполнения требований.
3. Совместная работа и коммуникация: Системы PLM поддерживают совместную работу различных отделов и участников проекта, обеспечивая эффективное взаимодействие и обмен информацией. Это особенно важно для управления изменениями и разрешения конфликтов требований.
4. Управление изменениями: PLM системы позволяют отслеживать изменения требований и их влияние на проект, а также управлять процессом согласования и утверждения изменений. Это помогает минимизировать риски и обеспечивать своевременную адаптацию к новым условиям.
5. Анализ и отчетность: PLM предоставляет инструменты для анализа данных и генерации отчетов, что позволяет оценивать выполнение требований и принимать обоснованные решения на основе полной и актуальной информации.
Управление требованиями представлено в зарубежных системах PLM. В Siemens Teamcenter PLM управление требованиями охватывает все требуемые функции, описанные в этом разделе[3].
Основные функции по управлению требованиями в жизненном цикле изделия реализованы в продуктах PLM фирмы Dassault [4].
В российских системах PLM управление требованиями получило широкое развитие в последние годы. В следующей главе представлен обзор возможностей цифровой трансформации процессов управления требованиями на примере автоматизированной системы управления данными об изделии ЛОЦМАН: PLM, разработки консорциума «РазвИТие».
Управление требованиями в Лоцман:PLM
В зависимости от состава исходных данных и стоящих задач по управлению требованиями, в системе Лоцман:PLM возможны нескольких сценариев работы:
• Синтез требований (формирование исходных требований), когда планируется вывести на рынок новое изделие и необходимо сформировать требования к нему на основе анализа потребностей рынка,
• Анализ и декомпозиция внешних требований (формирование проектных требований), когда изделие проектируется и изготавливается под заказ, в таком случае исходные требования поступают от внешнего контрагента,
• Управление изменениями, когда есть входящие изменения и необходимо обеспечить прослеживаемость, учесть влияние на уже проделанную работу.
Для реализации этих сценариев Лоцман:PLM предлагает базовые инструменты, которые позволяют:
• фиксировать и связывать требования, создавая объекты или импортируя данные из текстовых документов,
• поддерживать актуальность требований через управление версиями и проведение процедур согласования,
• обеспечивать трассировку требований, связывая их с прочими объектами подсистемы и отслеживая связанность через построение матриц трассировки,
• контролировать требования путем формирования контрольных точек и проверок.
Синтез требований особенно важен на начальной фазе жизненного цикла продукта — его замысла, моделирования и проектирования конструкции. На каждом этапе используются различные подходы и инструменты системной инженерии, чтобы более полно определить облик будущего продукта, сформировать модель его функционирования и определить требования к нему.
На этапе замысла, благодаря проведенному системному анализу — поиску заинтересованных сторон, поиску и анализу их требований, определению моделей взаимодействия системы с пользователем, рождается понимание нового продукта, появляются его ожидаемые характеристики и синтезируется первичный пул требований.
На этапе моделирования формируются функциональные и логические модели: строится будущая архитектура изделия, решения оптимизируются с помощью инструментов теории решения изобретательских задач и проведения Ш моделирования или мультифизических расчетов. Все вместе это позволяет создать итоговую логическую архитектуру, где будут определены компоненты будущего изделия или системы целиком. И к каждому компоненту можно либо прикрепить ранее выявленные требования, либо сформировать новые на базе нормативно-технических документов. См. рис.1. Схема управления требованиями в Лоцман:РЬМ.
Источники требований
Валидация
Конструктивная ЭСИ Рис.1. Схема управления требованиями в Лоцман:РЬМ.
На этапе проектирования в большей степени идет потребление требований, т. е. их учет в конструкции элементов, и для подтверждения их удовлетворения организуются проверки и поверочные расчеты в CAE системах [5].
Связь с процессами конструкторской подготовки производства обеспечивается наличием связи между объектами типа «Требования», «Логические требования», «Проверки» с объектами типа «Деталь», «Сборочная единица». Такая связь элементов между собой позволяет обеспечить сквозную прослеживаемость связи источника требований с требованиями, логическими функциями, компонентами, конструктивной электронной структурой изделия. Далее последовательно к каждому элементу конструктивной ЭСИ можно прикреплять объекты типа «Проверки», выполняя проверки компонентов, подсистем, системы целиком и валидацию всего решения.
Инструмент «Управление состояниями» позволяет защищать объекты от изменений, смотреть текущие актуальные версии, организовывать процедуры согласования с помощью бизнес-процессов, производя эти операции в автоматическом режиме.
Отслеживание покрытия требований выполняется инструментом «Матрица трассировки». Он показывает связь между компонентами и логическими функциями, между требованиями и логической архитектурой, между требованиями и контрольными точками и проверками, между требованиями и элементами конструкторской подготовки производства. См. рис. 2. Матрица трассировки требований.
9
10 11 12
13
14
15
16
ü 18
19
20 21
А В С 0 Е Р G Н 1 1
Матрица трассировки: Логические компоненты - Логические функции
Автономная осветительная установка
Статус связей Покрытие Логические < t>v ГНКЦИИ
Логические компоненты АСВЕТ-15 АСВЕТ-17 АСВЕТ-18 АСВЕТ-20 АСВЕТ-21 АСВЕТ-22 АСВЕТ-23
1 о О О О О О О
■ Автономная осветительная установка о ✓
✓ Автоприцеп о ✓ ✓ ✓ ✓
✓ Солнечная электростанция о ✓
✓ Солнечная батарея о
✓ Кронштейн крепления солнечных панелей о
✓ Солнечная панель о
✓ Система заряда аккумуляторов о
✓ Батарея аккумуляторов о
Система питания о
✓ Система управления и сигнализации о
<✓ Панель оператора о
✓ Осветительная мачта о ✓
✓ Кронштейн о
✓ Оболочка о ✓
✓ Прожектор о
✓ LED фонарь о
X 1 о
Рис. 2. Матрица трассировки требований.
Заключение
Управление требованиями в потоке создания ценности в рамках модели RAMI 4.0 является ключевым элементом для успешной реализации концепций Индустрии 4.0 [1]. Интеграция систем PLM значительно улучшает управление требованиями, обеспечивая централизованное хранение данных, трассируемость, совместную работу и управление изменениями. Эффективное управление требованиями способствует повышению гибкости, эффективности и инновационности производственных процессов, что является основой для конкурентоспособности в условиях цифровой трансформации. Активно развивающиеся сейчас российские системы PLM имеют базовый функционал, позволяющий осуществлять управление требованиями на протяжении стадий проектирования, испытания и технологической подготовки производства изделия. Всестороннее изучение процессов управления требованиями, в частности, и процессов управления жизненным циклом изделий в целом, в контексте RAMI 4.0 является ключом к успешной реализации концепции Индустрия 4.0.
Список литературы /References
1. Alp Ustundag, Emre Cevikcan. Industry 4.0: Managing The Digital Transformation. Cham, Switzerland: ResearchGate, 2018, 286с.
2. RAMI 4.0 Reference Architectural Model for Industrie 4.0 [Электронный ресурс] - 2024 - URL https://www.isa.org/intech-home/2019/march-april/features/rami-4-0-reference-architectural-model-for-industr (дата обращение 16.05.2024).
3. Управление требованиями в Teamcenter [Электронный ресурс] - 2024. - URL https://www.plm-ural.ru/resheniya/upravlenie-trebovaniyami-v-teamcenter (дата обращение 16.05.2024).
4. Requirements Manager [Электронный ресурс] - 2024 - URL https://www.3ds.com/fileadmin/PRODUCTS SERVICES/ENOVIA/PDF/Datasheet/R2017/trm.pdf (дата обращение 16.05.2024).
5. Системная инженерия: Как организовано управление требованиями в Лоцман:PLM [Электронный ресурс] - 2024- URL https://ascon.ru/news_and_events/news/3384/ (дата обращение 16.05.2024).
