Анализ архитектуры и структуры автоматизированной системы управления

1 Анализ архитектуры и структуры  автоматизированной системы управления

1.1 Концепция CALS- технологии

 

Современный уровень развития техники и технологий характеризуется следующими тенденциями:

• повышения сложности и ресурсоемкости  разработок;
• развития  кооперации  участников
• разработок, производства,
• эксплуатации объектов; 
• роста конкуренции на рынке.

В  связи  с  этим  масштабную  международную  поддержку  получила идеология  современного  производства  под  названием CALS-технологий. Концепция CALS (Computer – aided Acquisition and Logistic Support – автоматизированная система закупок и материально-технического  обеспечения) – это концепция информационной  поддержки жизненного цикла изделий [1]. Сегодня CALS – технологии – это территориально  распределенная  система информационной  поддержки жизненного цикла сложного наукоемкого изделия (Continuous Acquisition and Life cycle Support) – от идеи создания, проектирования, изготовления до контрактных поставок, эксплуатации и утилизации. Данная концепция приобретает все большее значение не как локальный  проект,  а  как  идеология  функционирования  современного предприятия.

Перечень  задач, которые необходимо решать при  разработке и внедрении CALS-проектов,  представляет  собой  комплексную  программу, так как CALS-проект означает реинжиниринг и интеграцию всей производственной и управленческой структуры предприятия  или организации в целях создания управляемого информационного пространства, где весь жизненный цикл изделия (ЖЦИ) был бы прозрачным с точки  зрения информации [2].

Изначально  цель создания CALS заключалась в том, чтобы автоматизировать  техническую  информацию  и  чертежи,  имеющие  отношение к военному оборудованию, и разработать средства их распределения и передачи, используемые в промышленности США [3]. 

В  комплекс  нормативно-технической  документации,  регламентирующей  способы  передачи  информации  в  системе CALS, входят следующие типы стандартов: функциональные, которые определяют форматы и  типы публикаций, исходя из требований заказчика; технические,  определяющие  правила  технического  обмена  данными; управления  данными,  включающие  определение  составных  частей данных и их взаимосвязь.

 Данные  стандарты включают правила доступа к базам данных (БД), методы защиты этих БД и правила безопасности.  Перечень  стандартов  на  цифровую  передачу  текстовой  и графической  информации  по  системе CALS включает  следующие стандарты:

1.  MIL-STD-1840A «Автоматическая передача технической  информации». Данный стандарт  определяет правила организации  файлов текстовой и графической  информации и иллюстраций для  представления этой информации  в растровом формате. 

2.  MIL-STD-1388-2A/2B  «Анализ  возможностей  материально-технического  обеспечения/документирования». Этот  стандарт содержит описание задач,  решаемых в процессе анализа  возможностей материально-технического  обеспечения.  Стандарт MIL-STD-1388-2A определяет  методы  передачи информации  об  анализе  возможностей материально-технического  обеспечения,  а  стандарт MIL-STD-1388-2B – структуру однородных баз  данных по документации и анализу  материально-технического обеспечения. 

3.  MIL-D-28000  «Цифровые  представления   передаваемых  данных  о  продукции».  Стандарт  определяет  подгруппу   начальных  технических условий  специального назначения по обмену  графическими данными, которые  представляются  с помощью двух-  и трехмерной графики.  Технические условия (ТУ)  определяют  форматы данных, обеспечивающие цифровой обмен информацией между разнородными  системами автоматического  проектирования,  системами  автоматизации инженерного труда и архивами технических данных. 

4.  MIL-M-28001A «Требования к пометкам и ТУ  на тип текста при его передаче  и вводе». Стандарт регламентирует  требования к автоматическому  электронному изданию технических  руководств и инструкций.  Он  определяет  общие  правила   применения  обобщенного языка  маркировки, который содержит набор  меток для использования в  любой технической публикации. 

5.  MIL-R-28002 «Представление растровой графики  в двоичной форме». Эти ТУ разработаны  промышленностью для Управления  по технической политике в  области применения CALS (США) для  электронного  обмена  растровой   графикой  и  для  накопления  и  выборки технической документации. Они определяют два класса  реализации, соответствующих документам  рабочей группы 4-го Международного  консультативного комитета по  телеграфии. Растровые файлы типа I позволяют  изображению  любого  размера  иметь  его  сжатый  растр  в единственном файле.  Растровый файл типа II имеет растр,  разбиваемый на квадраты или окна, которые затем сжимаются по отдельности.

6.  MIL-D-28008 «Применяемые процедуры при передаче  иллюстраций с использованием  метафайлов машинной графики». Данный  стандарт определяет применяемые  процедуры с использованием метафайлов  машинной  графики  для  передачи  двумерных  чертежей.

Процедуры обращаются к одному из нескольких классов соответствующих  метафайлов,  основному  генератору  метафайла  и  к  двум уровням  основных интерпретаторов метафайла.

7.  GOSIP «Схема  взаимодействия открытых правительственных  систем». Эти ТУ определяют  обязательный набор протоколов  связи, которые  используются  всеми  новыми  федеральными  вычислительными системами после  1990 г. При разработке ТУ были  использованы  международные   стандарты  менеджмента  качества  серии ISO на открытые системы. 

8.  PDES «Обмен  данными о продукции». Этот стандарт является  совместной  разработкой  министерства  обороны  и  министерства торговли США. Он определяет способы передачи спецификаций или моделей изделия, имеющих достаточное количество информации, которая может быть включена в прикладные программы систем автоматического  проектирования (системы  автоматизации  инженерного труда) и системы автоматического производства. Информация включает  большое  количество  геометрических  и  негеометрических  данных, сведения о допусках, свойствах материала и чистоте обработки.

9.  STEP «Обмен  данными о модели изделия». Международная  версия  стандарта PDES, разработанная   для  всестороннего  представления  и обмена данных об изделии.  Стандарт разработан подкомитетом  №4  технического  комитета 184-й   Международной  организации по  стандартизации ISO. Первая  редакция  проекта  стандарта  была  опубликована в 1991 г. 

10.  POSIX  «Интерфейс UNIX мобильной  операционной  системы». Стандарт POSIX представляет  серию взаимосвязанных стандартов  на операционную систему и  вычислительные средства, которые  обеспечивают  мобильность  программ  на  уровне  исходных  текстов. 

Другие  стандарты  этой  серии  описывают  языки  программирования Ada и FORTRAN, устанавливают правила и синтаксис услуг операционной системы UNIX. 

11.  CITIS  «Объединенная  служба  технической   информации подрядчиков». Эта информационная  служба, которую Министерство обороны  США  закупило  для  обеспечения  доступа  к  генеральным подрядчикам-держателям баз данных (БД) с информацией о системах оружия. Она обеспечивает доступ к технической информации, подготовленной в соответствии с определенными требованиями пользователей министерства обороны США.

  Реализация  более развитой концепции CALS предполагает  создание  единого  информационного   пространства  для  всех  участников  ЖЦИ с использованием системы управления данными об изделии – PDM (Product Data Management).

Основными функциями PDM – системы являются [3]:

1.  Управление  хранением данных и документов. Все данные и документы   в PDM-системе  хранятся  в   специальной  подсистеме –  хранилище данных, которая обеспечивает  их целостность, организует доступ  к ним в соответствии с правами  доступа и позволяет осуществлять  поиск электронных данных.

2.  Управление  процессами. PDM-система отслеживает  все операции пользователей с  данными, управляет потоком работ,  протоколирует действия пользователей  и изменения данных.

3.  Управление  составом  изделия. PDM-система   содержит  информацию о составе  изделия, его исполнениях и  конфигурациях. Изделия имеют  различные представления в различных  предметных областях:  конструкторский   состав,  технологический  состав,  маркетинговый состав и т.д., а  также управление применением  изделия правилами его комплектации.

4.  Классификация. PDM-система  позволяет  производить   распределение изделий и документов  в соответствии с различными  классификаторами. Это может быть  использовано при автоматизации  поиска изделий  нужными характеристиками  с целью их повторного использования  или для автоматизации присваивания  обозначений компонентами изделия. 

5.  Календарное  планирование. PDM-система содержит  функции формирования календарного  плана работ, распределения   ресурсов по отдельным задачам  и контроля выполнения задач  со стороны руководства. 

6.  Вспомогательные  функции, обеспечивающие взаимодействие PDM-системы с другими программными  средствами и пользователями, а  также взаимодействие пользователей  друг с другом.

Традиционной  рекомендацией  при  создании CALS-проектов служит  использование  систем  управления  предприятиями ERP (Enterprise Resource Planning – планирование  ресурсов  предприятия), наиболее близких по степени интеграции задач и по уровню информационной обеспеченности процессов.

 

1.2 Структура АСУ

 

Рисунок 1.1 —  Функциональная схема жизненного цикла изделия с использованием ERP-систем

 

На Рис.1.1 представлена типовая укрупненная  структура этапов ЖЦИ машиностроительного  предприятия, на каждом из этапов которой  решаются отдельные задачи, взаимосвязанные  как в рамках ЖЦИ, так и в  рамках CALS-проекта [2].

Блок 1 –  этап моделирования производства: выходными  данными является портфель заказов, оптимизированный с учетом требований

рынка  и  возможностей  предприятия. 

Блок 2 –  этап  моделирования процесса освоения продукции с выходными данными  в виде заданий службам предприятия  по реализации операций проектирования изделия и соответствующей технологии изготовления.

Блок 3 –  этап проектирования конструкции изделия, на выходе которого формируется конструкторская  документация  по  проекту  изделия  или  машины.

Блок 4 –  этап проектирования технологического процесса: формирование технологической  документации по спроектированным изделиям.

Блок 5 –  этап технологической подготовки производства: формирование документации по результатам  проектирования оснастки, инструмента, управляющих программ и т.п.

Блок 6 –  этап оперативно-календарного  планирования  с  плановыми  заданиями  для  участков, цехов и других подразделений  предприятия по выпуску продукции.

Блок 7 –  этап производства продукции  с  характеристиками  по  номенклатуре,  количеству  и  качеству  в соответствии  с  плановыми  заданиями  этапа  освоения  продукции.

Блок 8 –  этап продажи продукции, имеющий  собственные механизмы выполнения бизнес-процедур.

Блок 9 –  этап сопровождения продукции, характеризующийся  действиями как предприятия, производящего  продукцию, так и других предприятий. Блок 10 – этап утилизации продукции.

Каждый этап характеризуется не только указанными выходными параметрами функционирования, но и наличием собственного инструментария как механизма реализации тех  или иных функций. Информационная поддержка  ЖЦИ основана на использовании интегрированной  информационной системы (ИИС), построенной  в виде распределенной БД на основе локальных БД каждого этапа, и  механизмов  обработки  информации.  Данная  ИИС оперирует такими  основными составляющими, как данные об изделии, процессах, используемых ресурсах, объектах.

  При   выборе  инструментальных  средств  для  каждого  из  этапов возникает  проблема  выбора  функциональных  или  системных  решений для тех задач, которые стоят перед интеграцией CALS-проекта.

Функциональность  CALS-проекта зависит от того, система управления (СУ) какого класса выбрана для реализации потребности автоматизации ЖЦИ. Чем выше уровень системы, тем большее число задач CALS будет обеспечено выбранной СУ. 

  Новый класс СУ производством – это MES-системы (Manufacturing Execution System или Manufacturing Enterprise Solutions), решающие  задачи  оперативного  планирования,  оптимизации  и  управления  производственными  процессами.  Под  управлением MES-системы реализуются такие важные процессы, как планирование, оптимизация, контроль и документирование производственных процессов от начала формирования заказа до выпуска готовой продукции в режиме реального времени.