CALS-технологии - это... Понятие и определение, цель применения

В истории развития промышленных производственных систем происходили события, которые создавали предпосылки к революционному скачку технологий. И фактом своего существования приводили к изменению облика не только предприятий, где проводились инновационные процессы, но и всего мира. Создание первой паровой машины стало первоначальным толчком к появлению технологических машин и механизмов, которые через сотню лет превратились в современное оборудование для изготовления продукции. Открытие электромагнитной индукции стало основой новой элементной базы, от постройки первых аккумуляторных батарей до современных компьютеров, телефонов и электрической части различных приборов. Внедрение Генри Фордом первых конвейеров для сборки автомобилей наметило тенденции развития крупных предприятий на долгие десятилетия вперед. Методы и концепции "Бережливого производства" компании Toyota позволили создавать гибкие, работающие на заказ системы, с минимальным потреблением ресурсов и максимальным качеством изделий. По сути, мы говорим о промышленных революциях в сфере производства и оказания услуг.

Интенсивное развитие информационных технологий в областях коммуникации и связи, проектирования сложных систем и разработки новых технологий информационного управления создало предпосылки для появления следующих новаций - это CALS-технологии.

Актуальность применения

На сегодняшний день практически не осталось видов человеческой деятельности без использования результатов информационных разработок. Медицина, легкая и тяжелая промышленность, игровая индустрия, научная и инновационная деятельность - различные программные продукты облегчают процессы, а зачастую являются их критически необходимым элементом.

Дальнейшее углубление информатизации сфер деятельности промышленных предприятий на сегодня является важным условием успешного развития экономики. Интеллектуальные процессы инжиниринга, автоматизированные процессы управления производственной деятельностью предприятия в совокупности с его техническим переоснащением и созданием инновационных компьютеризированных технологических процессов, позволяют в значительной мере формировать оптимальные по ресурсоемкости производства с полным раскрытием промышленного потенциала.

Прогрессивные методы и подходы к управлению производством, появившиеся в последние десятилетия, принято относить к логистическим технологиям. Связано это с тем, что логистика исследует и формирует различные потоки в производственной и организационной деятельности, куда относят материальные, финансовые и информационные структуры. Поэтому правильнее говорить про CALS-технологии в логистике.

Основное отличие такого подхода заключается в создании системы управления, которая автоматизирует не отдельные виды работ, функций и задач, а позволяет формализовать все процессы деятельности предприятия - проектирование, производство, снабжение, сбыт, послепродажный сервис.

История создания

В общем виде CALS-технологии - это процесс создания единого информационного пространства в отдельно взятой системе обеспечения жизненного цикла продукции. С развитием производственных систем возникла необходимость разработки механизмов и процедур оперативного обмена данными между различными субъектами производственных отношений на разных этапах использования изделий.

Первоначально данная концепция была реализована в вооруженных силах США для снижения объемов бумажного документооборота, повышения оперативности обратной связи между заказчиками и поставщиками вооружений и амуниции, повышении управляемости системы и снижении общих затрат на информационную область. Сама аббревиатура CALS обозначала "компьютерную поддержку поставок".

Имея обоснованную эффективность (по опытным данным ощутимо выросла производительность труда и снизились потери на эксплуатацию), с течением времени CALS-технологии и CALS-системы значительно расширили поле своей деятельности. Различные отрасли машиностроения, строительных и транспортных сфер, область разработки проектов наукоемких производств. При этом если изначально применение ограничивалось производством и эксплуатацией, то теперь концепция действовала на всех стадия жизненного цикла продукции - от анализа рынка до процесса утилизации из-за физического или морального износа.

Сегодня применение CALS-технологий стало межнациональной стратегией безбумажного электронного управления процессами на различных уровнях жизненного цикла изделий. Существует несколько десятков организаций, координирующих аспекты развития указанных систем на уровне различных государств и союзов (к примеру, Североатлантического Альянса).

Коротко о сути

Основные принципы CALS-технологий базируются на контроле и организации этапов существования продукции. К ним относят:

• обеспечение системного управления (использование специальных информационных пространств);
• минимизацию затрат на всех стадиях;
• использование стандартных механизмов описания управляемых объектов (интеграция информационных потоков);
• дифференциацию программных элементов на основе использования общих стандартов (данных и интерфейсов доступа) и применение платформ на коммерческой основе;
• представление информации на безбумажной основе с приоритетом использования электронной подписи;
• сопутствующий инжиниринг все процессов;
• непрерывное корректирование и усовершенствование с целью создания оптимальной модели управления.

Создание информационной плоскости предполагает решение задачи на двух уровнях:

• автоматизация отдельных элементов производства и формирование сопутствующих информационных потоков управления данными;
• композиция различных информационных блоков (что помимо получения однородной информационной среды, гарантирует и композицию общей стратегии предприятия).

Своевременное и постоянное развитие CALS-технологий является необходимым условием технического развития производственной системы.

К преимуществам интегрированной среды можно отнести:

• защиту данных во времени (обеспечение целостности);
• обеспечение доступа к информации всех участников проекта, независимо от их положения в пространстве;
• минимизацию потерь данных;
• гибкость реагирования системы на внесенные коррективы (изменения доступны практически мгновенно в рамках всей системы);
• повышение пропускной способности обработки данных;
• широкие возможности разнообразных платформ проектирования и поддержки.

Преимущества CALS-технологии в машиностроении

Перспективы применения CALS на промышленных предприятиях заключаются в формировании специализированной организационно-информационной среды, позволяющей:

• значительно увеличить уровень кооперации различных производств за счет однородных стандартов обработки информации;
• снизить влияние территориального расположения предприятий и тем самым ограничить влияние расстояний на эффективность взаимодействия;
• создать виртуальные элементы производств, позволяющих контролировать процессы проектирования, производства и эксплуатации изделий на уровне отдельных практических задач;
• защитить результаты работы на основе преемственности результатов работы на всех этапах жизненного цикла продукции;
• оптимизировать затраты за счет снижения бумажных составляющих документооборота;
• использовать "прозрачность" процессов управления и контроля, благодаря разработке интегрированных моделей;
• создать мощную информационную поддержку всех этапов цикла производства;
• создать общую систему стандартизации информации об изделии;
• обеспечить требуемый уровень качества продукции.

Применение основ CALS-технологий крайне важно для соответствия уровня развития предприятия современным тенденциям на международной промышленной арене.

Общие подходы к созданию информационной инфраструктуры

Основным механизмом проектирования и последующей адаптации изделий к серийному производству является техническая подготовка производства. Как правило, она реализуется в три основных этапах - разработка конструкции и оформление графической документации, разработка технологии и подготовка системы производства, а также выбор оптимальных вариантов конструкции и технологии с точки зрения экономической эффективности. Указанная процедура, с момента использования на оборонных предприятиях СССР в середине 60-х, стала привычной и для систем гражданского сектора. Благодаря ее использованию значительно сократилось время проектирования и подготовки к эксплуатации новых конструкций, более чем в два раза повысился уровень надежности изделий. Одновременно удалось добиться ощутимых результатов в области обеспечения качества.

Современные средства вычислительной техники владеют инструментами и подходами, которые позволяют консолидировать все производственные данные и представить их в виде электронной модели. Это облегчает проведение инженерного анализа, создания различных конструкторских (технологических) спецификаций, разработки технических руководств и каталогов готовых технических решений. CALS, ИПИ-технологии информатизации являются общим трендом в развитии систем проектирования производств.

Направления исследований

Примерами CALS-технологий являются цифровые методы проектирования производств, поддерживающие контроль жизненного цикла продукции (Product LifecycleManagement) - так называемые PLM-системы.

К ним относят следующие классы систем:

• CAD – (Computer Aided Design) – решение задач проектирования изделий и элементов; моделирование объектов на плоскости (2D-модель) и в пространстве (3D-модель); средства получения чертежей; архивы данных по элементам конструкций и создание шаблонов документов.
• CAE – (Computer Aided Engineering) – исследование свойств объектов (при изготовлении и эксплуатации); создание проверочных систем анализа объекта по разработанной модели; оптимизация параметров объекта по заданным условиям и ограничениям.
• CAM - (Computer Aided Manufacturing) – программирование контроллеров станков с ЧПУ; исследование вариантов траектории инструмента по алгоритмам обрабатываемой поверхности; анализ геометрических конфликтов; подгонка к оборудованию.
• PDM - (Product Data Management) - хранение данных и контроль документации; создание архива образцов; обеспечение доступа к информации и ее защита.

Управление ресурсами предприятий

Еще одной важной функцией вычислительных методов является управление различными ресурсами и потоками предприятия в реальном времени - материально-техническими, финансовыми, процессами складирования, персоналом, планированием и сбытом продукции. Системы, реализующие выполнение перечисленных задач относятся к ERP-системам (Enterprise Resource Planning − управление ресурсами предприятия).

Такие системы представляют новую методологию управление CALS-технологиями, которая реализует требуемый функционал на основе специальной информационной инфраструктуры.

К типовым функциям данного класса программных продуктов относят:

• создание и контроль различных спецификаций (позволяют определить конечное изделие, учесть все необходимые ресурсы для производства);
• управление сбытом продукции (прогноз реализации изделия на основе планов продаж);
• анализ потребности в материалах (определение размера партий и сроков поставок, конкретных групп сырья и комплектующих);
• организацию закупочной деятельности (формирование договоров о поставках, оптимизация складской деятельности предприятия);
• планирование загрузки производственных мощностей (на уровне как всего предприятия, так и отдельных цехов или рабочих мест);
• контроль финансовых ресурсов (учет и аудит финансов).

Отметим, что представленные CALS-технологии это концептуальный базис информационной поддержки жизненного цикла создания и эксплуатации изделий. Который показывает свою максимальную эффективность при слиянии обеих систем (PLM и ERP).

Системное использования

CALS-технологии - это прежде всего методика информационной поддержки бизнес процессов, которая нашла свое применение в различных сферах производственной деятельности. Эффективность ее распространения и использования базируется на системной разработке соответствующей информационной среды. Для реализации данной цели необходимым условием является использование специальных композиционных подходов по формированию новых систем поддержки.

Примером подобной компании на рынке России является НИЦ CALS-технологий «Прикладная логистика». Основные задачи компании лежат в плоскости прогрессивных платформ и нормативов их использования. Основными направлениями деятельности есть: осуществление оперативного наблюдения различных проектных данных и минимизация потерь продукции.

НИЦ CALS-технологий - разработчик нескольких известных авторских платформ. Сделаем их краткий обзор.

Класс PDM-приложений

Представляет источник данных на основе моделей, которые формализованы специальными международными стандартами ISO.

К наиболее распространенным функциональным возможностям относят:

• контроль сведений об основных свойствах конструкций;
• исследование устройства для последующих изменений системы;
• проведение анализа по соответствию логистическим принципам;
• сбор данных о параметрах качественной составляющей изделий;
• контроль массивов операций;
• обеспечение взаимодействия элементных множеств (CAD-CAM и др).

Как видим, применение CALS-технологий обеспечивает полный контроль изделия на уровне элементной базы конструкции.

Дополнительные возможности:

• эксплуатация и контроль перечней классификаторов (справочной банков данных);
• управление производственными сведениями;
• управление параметрами изделия в реальном времени;
• разработка древовидных диаграмм вариабельной структуры изделий;
• работами с шаблонами структур по предшествующим вариантам;
• анализ характеристик элементов по различным показателям;
• компоновка изделия с документацией: моделями, чертежами, текстовой информацией, таблицами данных;
• работа с архивами;
• формирование спецификаций и ведомостей;
• управление данными технологических процессов, оборудования, оснастки;
• детализация технологии изготовления (маршруты, операции, переходы);
• анализ взаимодействия этапов технологии с элементной базой конструкции;
• определение норм расхода различных ресурсов в системе;
• визуализация элементов технологи получения инструмента;
• контроль изменений по методам обработки;
• управление эксплуатацией;
• обеспечение доступа к данным;
• согласование данных по электронной подписи;
• контроль качества;
• обеспечение функционирования механизма интеллектуального поиска;
• вариабельность видов отображения и др.

Как видим, количество и содержание функций является достаточным для получения исчерпывающих сведений для проведения полного анализа рассматриваемого процесса.

Technical Guide Builder

Работа с документацией касательно эксплуатации сложных систем. Базируется на международных требованиях, которые регламентируют вопросы логистической поддержки изделий. Ключевая идея стандарта - работа с набором информационных единиц. Основная концепция - модульность документации. Информация фрагментируется с помощью специальных кодов. Область применения - любые виды транспорта, военной техники, оборудования.

Предусмотрена гибкая адаптация под изменяющиеся условия. Комплекс подходит как для материнских предприятий, так и для смежных (производителей материалов, комплектующих).

LSA Suite

Является комплексом процедур, реализующих во времени логистическую поддержку производственных систем. Позволяет решить ряд задач, таких как определение надежности по критичности отказов, создание функциональной модели технического обслуживания, определение необходимого количества запасных частей.

ATLAS

Специализированная платформа, созданная специально для обработки данных по эксплуатации технических авиационных систем.Заданная безопасность обеспечивается постоянным мониторингом состояния. Проведенный анализ и последующие модернизации, дают возможность значительного сокращения затрат.

Примеры использования

CALS-технологии в России используются на многих отечественных предприятиях, как гражданского, так и военного сектора. Электронная документация используется для многих изделий. К примеру, в авиации для самолетов, вертолетов, авиационных двигателей и комплектующих. Помимо этого, ведутся разработки систем навигации, телефонной и радио связи, управления. Применяются при проектировании и разработке автотракторной техники. Элементы системы используются на Воронежском механическом заводе, в государственной корпорации "Росатом", НПП "Аэросила", ОАО "Российские железные дороги" и др. Как видим, примеры CALS-технологии достаточно разнообразны.

Заключение

Управление CALS-технологиями является актуальной и современной задачей, стоящей перед организациями. В эпоху тотальной информатизации наличие локальных и глобальных информационных пространств является ключевой стратегией развития. Стандарты CALS, основанные на множестве программных систем, являются базисом для создания современных высокотехнологичных изделий, выпускаемых автоматизированными производственными системами.

Пришло время принципиально новых элементов организации производства, которые основаны на сквозных процессах управления и внедрении автоматизированных рабочих мест в конструкторской и технологической среде. И хотя переход от устаревшей технологической оснастки к станкам с числовым программным управлением и многокоординатным обрабатывающим центрам (а это все CALS-технологии) требует колоссальных интеллектуальных, материальных и финансовых затрат, пройти этот путь должны все предприятия, которые хотят соответствовать духу времени.