Системы информационной поддержки жизненного цикла изделий
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ. 2
1. ИНФОРМАЦИОННАЯ ПОДДЕРЖКА ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ПРОДУКЦИИ И CALS-ТЕХНОЛОГИИ.. 3
1.1. Концепция информационной поддержки жизненного цикла изделий. 4
1.2. Классификация программных продуктов CALS. 7
1.3. Экономические аспекты применения CALS. 8
1.4. Развитие CALS за рубежом. 9
1.5. Проблемы развития CALS-технологий в России. 9
2. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ. CASE-ТЕХНОЛОГИИ.. 13
2.1. Классификация CASE-средств. 13
2.2. Проблемы внедрения CASE-средств. 17
3. СТРУКТУРНЫЙ ПОДХОД К ПРОЕКТИРОВАНИЮ ИС.. 18
3.1. Методология функционального моделирования SADT. 19
3.2. Моделирование потоков данных (процессов) 29
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДАННЫХ.. 34
4.1. Case-метод Баркера. 34
4.2. Методология IDEF1. 40
4.3. Методология, используемая в CASE-средстве Vantage Team Builder 43
5. ПРИМЕР ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СТРУКТУРНОГО ПОДХОДА.. 46
5.1. Описание предметной области. 46
5.2. Организация проекта. 47
6. МЕТОДОЛОГИЯ DATARUN.. 55
7. УНИФИЦИРОВАННЫЙ ЯЗЫК МОДЕЛИРОВАНИЯ UML. 61
7.1. Введение в UML. 61
7.2. Концептуальная модель UML. 64
7.3. Правила языка UML. 74
7.4. Общие механизмы языка UML. 74
7.5. Архитектура. 78
7.6. Жизненный цикл разработки ПО.. 80
7.7. Организация проектирования с использованием языка UML. 82
ВВЕДЕНИЕ
Для того чтобы успешно выполнить проект, объект проектирования должен быть прежде всего правильно и адекватно описан, то есть необходимо построить полноценные и функциональные информационные модели объекта проектирования.
До недавнего времени проектирование информационных систем выполнялось главным образом на интуитивном уровне с применением неформализованных методов, которые основывались на практическом опыте, экспертных оценках и дорогостоящих экспериментальных проверках качества функционирования подобных систем. Но, естественно, во время разработки и функционирования информационных систем потребности пользователей могут изменяться или уточняться, что еще более усложняет разработку и сопровождение.
В 70–80-х годах при разработке информационных систем широко применялась структурная методология, предоставляющая в распоряжение разработчиков строгие формализованные методы описания ИС и принимаемых технических решений. Эта методология основывалась на наглядной графической технике, иначе говоря, для описания проекта использовались различного рода схемы и диаграммы. Наглядность и строгость средств структурного анализа позволяли разработчикам и будущим пользователям системы с самого начала неформально участвовать в ее создании, обсуждать и закреплять понимание основных технических решений. Однако широкое применение этой методологии и следование ее рекомендациям при разработке конкретных проектов встречались достаточно редко, поскольку ее практически невозможно реализовать на должном уровне ручным, неавтоматизированным способом. Вручную очень трудно разработать и графически представить строгие формальные спецификации системы, проверить их на полноту и непротиворечивость и тем более изменить. Если все же удается создать строгую систему проектных документов, то ее переработка при появлении серьезных изменений практически неосуществима. Если участники проекта пытались прибегнуть к ручной разработке, то перед ними возникали следующие проблемы:
− неадекватная спецификация требований;
− неспособность обнаруживать ошибки в проектных решениях;
− низкое качество документации, снижающее эксплуатационные качества;
− затяжной цикл и неудовлетворительные результаты тестирования.
Как ни странно, все эти аргументы не всегда доходили до разработчиков. Ведь известно, что проектировщики информационных систем в самую последнюю очередь используют компьютерные технологии для повышения качества и производительности своей работы.
Но рано или поздно должны были появиться специализированные программно-технологические средства для разработки проектов, в частности, основанных на информатизации.
1. ИНФОРМАЦИОННАЯ ПОДДЕРЖКА ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА
ПРОДУКЦИИ И CALS-ТЕХНОЛОГИИ
Современные условия характеризуются все более жесткой конкуренцией на международном рынке, повышением сложности и наукоемкости продукции, что ставит перед промышленниками и предпринимателями страны новые проблемы. К их числу относятся:
− критичность времени, требующегося для создания изделия и организации его продажи;
− снижение всех видов затрат, связанных с созданием и сопровождением изделия;
− повышение качества процессов проектирования и производства;
− обеспечение гибкого и надежного эксплуатационного обслуживания.
Последнее десятилетие ХХ века характеризовалось широкой компьютеризацией всех видов деятельности человечества: от традиционных интеллектуальных задач научного характера до автоматизации производственной, торговой, коммерческой, банковской и других видов деятельности. В условиях рыночной экономики конкурентную борьбу успешно выдерживают только предприятия, применяющие в своей деятельности современные информационные технологии (ИТ).
Именно ИТ, наряду с прогрессивными технологиями материального производства, позволяют существенно повышать производительность труда и качество продукции и в то же время значительно сокращать сроки постановки на производство новых изделий, отвечающих запросам и ожиданиям потребителей. Все сказанное в первую очередь относится к сложной наукоемкой продукции, в том числе к продукции военно-технического назначения.
Опыт, накопленный в процессе внедрения разнообразных автономных информационных систем, позволил осознать необходимость интеграции различных ИТ в единый комплекс, базирующийся на создании в рамках предприятия или группы предприятий (виртуального предприятия) интегрированной информационной среды (ИИС), поддерживающей все этапы жизненного цикла (ЖЦ) выпускаемой продукции.
Идея ИИС и информационной интеграции этапов ЖЦ стала базовой в подходе, получившем в США название CALS (Continuous Acquisition and Life cycle Support – непрерывная информационная поддержка поставок и жизненного цикла). Инициатором этого подхода стало министерство обороны США в связи с необходимостью повышения эффективности управления и сокращения затрат на информационное взаимодействие между государственными учреждениями и коммерческими предприятиями при поставках вооружений и военной техники. В настоящее время идея CALS сформировалась в целое направление в области ИТ и оформилась в виде стандартов ИСО, национальных (государственных) стандартов США и нормативных документов министерства обороны США. Идеологию CALS приняли все наиболее развитые страны: Великобритания, Германия, Франция, Швеция, Норвегия, Канада, Япония, Австралия и др. Русскоязычный аналог понятия CALS может быть сформулирован как информационная поддержка процессов жизненного цикла изделий (ИПИ).
Концепция информационной поддержки жизненного цикла изделий
Суть концепции CALS (ИПИ) состоит в применении принципов и технологий информационной поддержки на всех стадиях ЖЦ продукции, основанного на использовании ИИС, обеспечивающей единообразные способы управления процессами и взаимодействия всех участников этого цикла: заказчиков продукции (включая государственные учреждения и ведомства), поставщиков (производителей) продукции, эксплуатационного и ремонтного персонала. Эти принципы и технологии реализуются в соответствии с требованиями международных стандартов, регламентирующих правила управления и взаимодействия преимущественно посредством электронного обмена данными.
Интегрированная информационная среда – основа, ядро CALS представляет собой распределенное хранилище данных, существующее в сетевой компьютерной системе, охватывающей (в идеале) все службы и подразделения предприятия, связанные с процессами ЖЦ изделий. В ИИС действует единая система правил представления, хранения и обмена информацией. В соответствии с этими правилами в ИИС протекают информационные процессы, сопровождающие и поддерживающие ЖЦ изделия на всех его этапах. Здесь реализуется главный принцип CALS: информация, однажды возникшая на каком-либо этапе ЖЦ, сохраняется в ИИС и становится доступной всем участникам этого и других этапов (в соответствии с имеющимися у них правами пользования этой информацией). Это позволяет избежать дублирования, перекодировки и несанкционированных изменений данных, а также ошибок, связанных с этими процедурами, и сократить затраты труда, времени и финансовых ресурсов.
Основное содержание CALS, принципиально отличающее эту концепцию от других, составляют базовые принципы и технологии, которые реализуются (полностью или частично) в течение ЖЦ любого изделия, независимо от его назначения и физического воплощения.
Базовыми принципами CALS являются:
− безбумажный обмен данными с использованием электронной цифровой подписи;
− анализ и реинжиниринг бизнес-процессов;
− параллельный инжиниринг;
− системная организация постпроизводственных процессов ЖЦ изделия – интегрированная логистическая поддержка.
К базовым технологиям можно отнести управление: проектами; конфигурацией изделия; интегрированной информационной средой; качеством; потоками работ; изменениями производственных и организационных структур.
CALS-технологии реализуются силами многопрофильных рабочих групп, объединяющих в своем составе экспертов различных специальностей. Нормативную базу разработок составляют международные и национальные стандарты, регламентирующие различные аспекты CALS-технологий.
Многолетний зарубежный опыт создания и использования современных систем управления качеством продукции (УКП) показал, что главным условием эффективности их функционирования является наличие интегрированной системы сбора и анализа информации о качестве продукции на всех этапах ее жизненного цикла. Ведь очевидно, что если нет возможности получить информацию, по результатам анализа которой можно принять решение об оказании соответствующих управляющих воздействий на процессы производства, то сократить затраты на устранение дефектов производства и повысить на этой основе его эффективность не удастся.
Появление CALS-инициативы было ответом на возникновение потребности в совершенствовании средств оперативного обмена данными между заказчиком, производителем и потребителем систем вооружения, а также в повышении управляемости, сокращении бумажного документооборота и связанных с ним затрат. CALS-технология стала инструментом совершенствования, ускорения и удешевления процессов на протяжении всего жизненного цикла изделия, а именно на этапах технического замысла, проектирования, производства, продажи, эксплуатации, сервисного обслуживания, модернизации и утилизации.
В основу CALS-инициативы была положена идея создания единого электронного информационного пространства для всех, кто имел, имеет или будет иметь отношение к изделию в течение всего его жизненного цикла: от определения потребности в изделии, проведения необходимых исследований, разработки концепции (технического задания) изделия, оценки рынка и финансовых перспектив, выбора поставщика, проектирования, выбора субподрядчиков, производства, эксплуатации изделия с его текущими и плановыми ремонтами и их ресурсным обеспечением и до возможной модернизации и утилизации изделия. Каждый из участников получал свободный доступ к разделам данных из единого пространства, обеспечивающим его деятельность. Единство информационного пространства не подразумевало физического расположения всей электронной информации в одном месте. Напротив, имелось в виду так называемое «распределенное» информационное пространство, когда данные хранятся, как правило, там, где они создаются. Таким образом, при использовании CALS-технологии информация, порожденная на разных стадиях жизненного цикла изделия участниками работ, расположенными по всему миру, является доступной любому участнику в необходимой для каждого части в удобное для него время и в удобном виде и составляет единое информационное пространство изделия.
Цель применения CALS-технологий – повышение эффективности деятельности участников создания, производства и пользования продуктом.
Применение CALS-технологий позволяет обеспечивать повышение эффективности производства за счет:
– моделирования материальных, информационных и финансовых потоков, характеризующих процессы производства продукции, с целью выбора оптимального комплекса технологических процессов, обеспечивающих достижение заданных технико-экономических параметров продукции, выпуск которой планируется;
– интегрированной информационной системы сопровождения продукции на всех этапах ее жизненного цикла, обеспечивающей сведение к минимуму производственных издержек;
– системы информационного взаимодействия с субподрядчиками, обеспечивающей высокую эффективность процессов материально-технического снабжения;
– интегрированной информационной системы управления качеством продукции на всех этапах ее жизненного цикла;
– интегрированной информационной системы взаимодействия с потребителями продукции, обеспечивающей сведение к минимуму затрат на ее техническое обслуживание и ремонт.
В государственном масштабе задача повышения качества и конкурентоспособности продукции подразумевает комплексное решение. Необходима совместная, скоординированная деятельность органов государственной власти, предприятий, научно-исследовательских и проектных организаций для развития государственной и отраслевой нормативной базы в области ИПИ-технологий, создания в государственных масштабах многоуровневой инфраструктуры подготовки кадров в русле единой научно-технической политики, развития рынка отечественных программных ИПИ-решений. Задача предприятий и создаваемых интегрированных структур состоит в поэтапном внедрении ИПИ-технологий в объеме, необходимом для решения насущных и перспективных задач.
Таким образом, CALS-технология превращается в интегрированную бизнес-стратегию по повышению конкурентоспособности производства за счет информационной интеграции предприятий и заказчиков на всех этапах жизненного цикла продукции (рис.1).
Рис.1. Жизненный цикл изделия
Создание интегрированной информационной среды на всех этапах жизненного цикла обеспечит эффективную обратную связь с информационно-маркетинговой системой предприятий с целью своевременного выхода новых конкурентоспособных изделий на международныерынки.
Date: 2016-11-17; view: 1567; Нарушение авторских прав
Источник
Евгений Судов | 17.11.1998
CALS-ТЕХНОЛОГИИ
Евгений Судов
Знакомьтесь – CALS-технологии
Одним из направлений повышения эффективности промышленного сектора экономики является применение современных информационных технологий для обеспечения процессов, протекающих в ходе всего жизненного цикла продукции и ее компонентов. Жизненный цикл (ЖЦ) продукта, как его определяет стандарт ISO 9004-1, – это совокупность процессов, выполняемых от момента выявления потребностей общества в определенной продукции до удовлетворения этих потребностей и утилизации продукта.
Все многообразие этих процессов можно представить в виде прямых и обратных связей поставщика с субпоставщиком и потребителем (рис. 1).
Рис.1. Жизненный цикл продукта как взаимосвязь процессов
В общем случае ЖЦ необходимо рассматривать как совокупность ЖЦ конечного продукта и ЖЦ входящих в него компонентов, результатов деятельности субпоставщиков. С этой точки зрения ЖЦ представляет собой древовидную структуру (рис. 2).
Рис. 2. Жизненный цикл продукта и его компонентов
Информационное взаимодействие субъектов, участвующих в поддержке ЖЦ, должно осуществляться в едином информационном пространстве. В основе концепции единого информационного пространства лежит использование открытых архитектур, международных стандартов и апробированных коммерческих продуктов обмена данными. Стандартизации подлежат форматы представления данных, методы доступа к данным и их корректной интерпретации.
Первые шаги в организации единого информационного пространства были предприняты еще в 80-х годах в оборонном комплексе США. Возникла необходимость в обеспечении оперативного обмена данными между заказчиком, производителем и потребителем вооружений и военной техники (ВВТ), а также в повышении управляемости, сокращении бумажного документопотока и связанных с ним затрат.
Данная концепция изначально базировалась на понятия ЖЦ средств ВВТ и охватывала в основном фазы производства и эксплуатации. На первоначальном этапе инициатива получила обозначение CALS (Computer Aided Logistic Support – компьютерная поддержка поставок).
Доказав свою эффективность, концепция CALS начала активно применяться в промышленности, строительстве, транспорте и других отраслях экономики, расширяясь и охватывая все этапы ЖЦ продукта – от маркетинга до утилизации.
Новая концепция сохранила существующую аббревиатуру (CALS), но получила более широкую трактовку: Continuous Acquisition and Life cycle Support – непрерывная информационная поддержка жизненного цикла продукта. Таким образом, идея, возникшая в Министерстве обороны США и связанная только с поддержкой логистических систем, быстро превратилась в глобальную бизнес-стратегию перехода на безбумажную электронную технологию и повышения эффективности бизнес-процессов, выполняемых в ходе ЖЦ продукта за счет информационной интеграции и совместного использования информации на всех этапах ЖЦ. В настоящее время в мире действует более 25 национальных организаций, координирующих вопросы развития CALS-технологий, в том числе в США, Канаде, Японии, Великобритании, Германии, Швеции, Норвегии, Австралии, а также в рамках НАТО.
В отличие от интегрированной автоматизированной системы управления производством (ИАСУ), CALS-система охватывает все стадии ЖЦ (рис. 3).
Рис. 3. Позиционирование АСУП, ИАСУ и CALS-систем внутри жизненного цикла продукта
Информационная интеграция на основе единой модели продукта
Предметом CALS являются технологии совместного использования и информации (информационной интеграции) в процессах, выполняемых в ходе ЖЦ продукта. В основе CALS лежит комплекс единых информационных моделей, стандартизация способов доступа к информации и ее корректной интерпретации, обеспечение безопасности информации, а также юридические вопросы совместного использования информации (в том числе интеллектуальной собственности).
Информационная интеграция базируется на применении следующих интегрированных моделей:
– продукта;
– ЖЦ продукта и выполняемых в его ходе бизнес-процессов;
– производственной и эксплуатационной среды.
Классификация информационных моделей и их связь со стадиями ЖЦ продукта приведены в таблице.
С позиций системной архитектуры базовые информационные модели – это фундамент, на котором могут быть построены автоматизированные системы управления различного уровня. На основе одной и той же модели ЖЦ и бизнес-процессов решаются задачи анализа эффективности бизнес-процессов и обеспечения качества продукции. Интегрированная модель продукта обеспечивает обмен конструкторскими данными между проектировщиком и производителем, является источником информации для расчета потребности в материалах и создания электронных справочников по эксплуатации продукта и т. д.
Применение совместно используемых информационных моделей, являющихся единым источником информации и стандартизованных методов доступа к данным, – основа эффективной информационной кооперации всех участников ЖЦ.
Примеры задач, решаемых при помощи CALS-технологий
Моделирование жизненного цикла продукта и выполняемых бизнес-процессов. Первый шаг к повышению эффективности организационной структуры, поддерживающей одну или несколько стадий ЖЦ продукта, – моделирование и анализ ее функционирования.
Цель бизнес-анализа – выявить существующее взаимодействие между составными частями и оценить его рациональность и эффективность. Для этого с использованием CALS-технологий разрабатываются функциональные модели, содержащие детальное описание выполняемых процессов в их взаимосвязи. Формат описания регламентирован стандартами IDEF/0 и ISO 10303 AP208. Полученная функциональная модель не только является детальным описанием выполняемых процессов, но также позволяет решать целый ряд задач, связанных с оптимизацией, оценкой и распределения затрат, оценкой функциональной производительности, загрузки и сбалансированности составных частей, т. е. вопросов анализа и реинжиниринга бизнес-процессов (Business Process Reengineering, BPR).
Проектирование и производство изделия. Совместное, кооперативное, проектирование и производство изделия может быть эффективным в случае, если оно базируется на основе единой информационной модели изделия.
Разрабатываемая на данной фазе конструкторско-технологическая информационная модель должна базироваться на использовании стандарта ISO 10303 STEP. Созданная однажды модель изделия используется многократно. В нее вносятся дополнения и изменения, она служит отправной точкой при модернизации изделия. Модель изделия в соответствии с этим стандартом включает: геометрические данные, информацию о конфигурации изделия, данные об изменениях, согласованиях и утверждениях.
Стандарт ISO 10303 построен таким образом, что помимо базовых элементов (интегрированных ресурсов) в его состав входят так называемые прикладные протоколы, определяющие конкретную структуру информационной модели для различных предметных областей (автомобилестроение, судостроение, строительство, электроника и т. д.). Все прикладные протоколы (прикладные информационные модели) базируются на стандартизованных интегрированных ресурсах. Таким образом, при создании нового прикладного протокола обеспечивается преемственность с уже существующими решениями.
Стандартный способ представления конструкторско-технологических данных позволяет решить проблему обмена информацией между различными подразделениями предприятия, а также участниками кооперации, оснащенными разнородными системами проектирования. Использование международных стандартов обеспечивает корректную интерпретацию хранимой информации, возможность оперативной передачи функций одного подрядчика другому, который, в свою очередь, может воспользоваться результатами уже проделанной работы. Это особенно важно для изделий с длительным ЖЦ, когда необходимо обеспечить преемственность информационной поддержки продукта, независимо от складывающейся рыночной или политической ситуации.
Эксплуатация изделия. Известно, что объемы разрабатываемой документации для сложного наукоемкого изделия очень велики. Поэтому традиционное бумажное документирование сложных изделий требует огромных затрат на поддержку архивов, корректировку документации, а также снижает эксплуатационную привлекательность и конкурентоспособность изделия.
Решение проблемы заключается в переводе эксплуатационной документации на изделие, поставляемой потребителю, в электронный вид. При этом комплект электронной эксплуатационной документации следует рассматривать как составную часть единой интегрированной информационной модели изделия.
Электронная документация может поставляться на электронных носителях, например компакт-дисках, или размещаться в глобальной сети Интернет.
Классификация информационных моделей и их связь со стадиями ЖЦ продукта
Эксплуатационная документация может содержать информацию различных типов в соответствии со стандартами CALS: ISO 8879 (SGML), ISO 10744 (HyTime) и MIL-PRF-28001C – для текстовой и мультимедийной информации, MIL-PRF-28000A, MIL-PRF-28002C, MIL-PRF-28003A – для векторных и растровых графических иллюстраций.
Стандарты MIL-PRF-87268 и MIL-PRF-87269 определяют стиль, формат и технологию создания электронных справочников по изделиям. Стандартизация гарантирует применимость такой электронной документации на любых компьютерных платформах.
Важно отметить, что в электронный вид может быть преобразована эксплуатационная документация, созданная ранее без использования компьютерных систем. Для изделий, уже находящихся в эксплуатации длительный период и спроектированных традиционными методами, задача поддержки документации не менее актуальна. В качестве примера можно привести опыт проектов, выполняемых в ВМФ и ВВС США по массовому переводу миллионов страниц руководств и листов чертежей в стандартизованный электронный вид. Полученная электронная документация размещается в специальных хранилищах на базах ВМФ и ВВС или непосредственно у производителей и доступна через компьютерные сети. Одновременно информация может распространяться на компакт-дисках. Данные работы выполняются уже в течение ряда лет. При этом используются современные технологии сканирования, распознавания текста, векторизации чертежей и схем, создаются электронные справочники на целые изделия и отдельные системы.
Что дают CALS-технологии
Во многих развитых странах CALS рассматривается как стратегия выживания в рыночной среде, позволяющая:
– расширить области деятельности предприятий (рынки сбыта) за счет кооперации с другими предприятиями, обеспечиваемой стандартизацией представления информации на разных стадиях и этапах жизненного цикла. Благодаря современным телекоммуникациям, уже не принципиально географическое положение и государственная принадлежность партнеров. Новые возможности информационного взаимодействия позволяют строить кооперацию в форме виртуальных предприятий, действующих в течение ЖЦ продукта. Становится возможной кооперация не только на уровне готовых компонентов, но и на уровне отдельных этапов и задач: в процессах проектирования, производства и эксплуатации;
– повысить эффективность бизнес-процессов, выполняемых в течение ЖЦ продукта; за счет информационной интеграции и сокращения затрат на бумажный документооборот, повторного ввода и обработки информации обеспечить преемственность результатов работы в комплексных проектах и возможность изменения состава участников без потери уже достигнутых результатов;
– повысить “прозрачность” и управляемость бизнес-процессов путем их реинжиниринга, на основе интегрированных моделей ЖЦ и выполняемых бизнес-процессов, сократить затраты в бизнес-процессах за счет лучшей сбалансированности звеньев;
– повысить привлекательность и конкурентоспособность изделий, спроектированных и произведенных в интегрированной среде с использованием современных компьютерных технологий и имеющих средства информационной поддержки на этапе эксплуатации;
– обеспечить заданное качество продукции в интегрированной системе поддержки ЖЦ путем электронного документирования всех процессов и процедур.
По инициативе и при поддержке Сводного департамента экономики оборонных отраслей промышленности в сети Интернет создан информационный сервер по вопросам разработки и применения CALS-технологий в России (www.cals.ru), содержащий, помимо новостей, описаний продуктов и технологий, информацию о международных CALS-стандартах (STEP, SGML, HyTime, Plib, MANDATE).
К автору можно обратиться по телефону: (095) 955-5163 или по E-mail: info@cals.ru.
Версия для печати
Интересно | |
Интересно | |
Источник