CALS-технологии

      Термин CALS (Continuous Acquisition and Lifecycle Support — непрерывная  информационная поддержка поставок и жизненного цикла) означает совокупность принципов и технологий информационной поддержки жизненного цикла продукции  на всех его стадиях. Русскоязычный  аналог понятия CALS — Информационная Поддержка жизненного цикла Изделий (ИПИ). В последнее время за рубежом  наряду с CALS используется также термин Product Lifecycle Management (PLM).

      Цель  внедрения CALS — минимизация затрат в ходе жизненного цикла изделия, повышение его качества и конкурентоспособности.

      Применение CALS-технологий позволяет существенно  сократить объёмы проектных работ, так как описания многих составных  частей оборудования, машин и систем, проектировавшихся ранее, хранятся в унифицированных форматах данных сетевых серверов, доступных любому пользователю технологий CALS. Существенно  облегчается решение проблем  ремонтопригодности, интеграции продукции  в различного рода системы и среды, адаптации к меняющимся условиям эксплуатации, специализации проектных  организаций и т. п. Предполагается, что успех на рынке сложной технической продукции будет немыслим вне технологий CALS.

      Развитие CALS-технологий должно привести к появлению  так называемых виртуальных производств, в которых процесс создания спецификаций с информацией для программно управляемого технологического оборудования, достаточной для изготовления изделия, может быть распределён во времени и пространстве между многими организационно-автономными проектными студиями. Среди несомненных достижений CALS-технологий следует отметить лёгкость распространения передовых проектных решений, возможность многократного воспроизведения частей проекта в новых разработках и др.

      Построение  открытых распределённых автоматизированных систем для проектирования и управления в промышленности составляет основу современных CALS-технологий. Главная  проблема их построения — обеспечение  единообразного описания и интерпретации  данных, независимо от места и времени  их получения в общей системе, имеющей масштабы вплоть до глобальных. Структура проектной, технологической  и эксплуатационной документации, языки  её представления должны быть стандартизированными. Тогда становится реальной успешная работа над общим проектом разных коллективов, разделённых во времени  и пространстве и использующих разные CAD/CAM/CAE-системы. Одна и та же конструкторская документация может быть использована многократно в разных проектах, а одна и та же технологическая документация — адаптирована к разным производственным условиям, что позволяет существенно сократить и удешевить общий цикл проектирования и производства. Кроме того, упрощается эксплуатация систем.

      Для обеспечения информационной интеграции CALS использует стандарты IGES и STEP в качестве форматов данных. В CALS входят также стандарты электронного обмена данными, электронной технической документации и руководства для усовершенствования процессов. В последние годы работа по созданию национальных CALS-стандартов проводится в России под эгидой ФСТЭК РФ. С этой целью создан Технический Комитет ТК431 «CALS-технологии», силами которого разработан ряд стандартов серии ГОСТ Р ИСО 10303, являющихся аутентичными переводами соответствующих международных стандартов (STEP). 

      CALS в России 

      Россия  существенно отстает от ведущих  промышленно развитых стран в  части внедрения современных  ИТ, в том числе технологий CALS. Это отставание чревато далеко идущими  негативными последствиями, прежде всего, высокой вероятностью резкого  сокращения экспортного потенциала российских производителей наукоемкой продукции, вплоть до полного вытеснения их с международного рынка, что может, по мнению зарубежных экспертов, произойти  к 2005 — 2008 году.

      Мировой рынок полностью отторгнет продукцию, не снабженную электронной документацией  и не обладающую средствами интегрированной  логистической поддержки постпроизводственных стадий жизненного цикла. Уже сегодня  многие иностранные заказчики отечественной  продукции выдвигают требования, удовлетворение которых невозможно без внедрения CALS-технологий:

      - представление конструкторской и технологической документации в электронной форме;

      - представление эксплуатационной и ремонтной документации в форме интерактивных электронных технических руководств, снабженных иллюстрированными электронными каталогами запасных частей и вспомогательных материалов и средствами дистанционного заказа запчастей и материалов;

      - организация интегрированной логистической поддержки изделий на постпроизводственных стадиях их жизненного цикла;

      - наличие и функционирование электронной системы каталогизации продукции;

      - наличие на предприятиях соответствующих требованиям стандартов ИСО 9000:2000 систем менеджмента качества и т. д.

      Выполнение  этих требований предопределяет необходимость  внедрения на отечественных предприятиях CALS-технологий в полном объеме. 

      Предпосылки CALS

      В течение многих десятков лет общепринятой формой представления результатов  интеллектуальной деятельности людей  и инструментом их информационного  взаимодействия являлась бумажная документация. Ее созданием были заняты (и заняты по сей день) миллионы инженеров, техников, служащих на промышленных предприятиях, в государственных учреждениях, коммерческих структурах. С появлением компьютеров начали создаваться  и широко внедрялись разнообразные  средства и системы автоматизации  выпуска бумажной документации: системы  автоматизированного проектирования (САПР) — для изготовления чертежей, спецификаций, технологической документации; системы автоматизированного управления производством (АСУП) — для создания планов производства и отчетов о  его ходе; офисные системы —  для подготовки текстовых и табличных  документов и т. д.

      Однако  к концу ХХ века стало ясно, что  все эти достаточно дорогостоящие  средства не оправдывают возлагающихся  на них надежд: разумеется, некоторое  повышение производительности труда  происходит, однако не в тех масштабах, которые прогнозировались. Дело в  том, что они не решают проблем  информационного обмена между различными участниками жизненного цикла изделия (заказчиков, разработчиков, производителей, эксплуатационников и т. д.). При переносе данных из одной автоматизированной системы в другую требуются большие затраты труда и времени для повторной кодировки, что приводит к многочисленным ошибкам. Оказалось, что разные системы «говорят на разных языках» и плохо понимают друг друга. Более того, выяснилось, что бумажная документация и способы представления информации на ней ограничивают возможности использования современных ИТ. Так, трехмерная модель изделия, создаваемая в современной САПР, вообще не может быть адекватно представлена на бумаге.

      С другой стороны, по мере усложнения изделий  происходит резкий рост объемов технической  документации. Сегодня эти объемы измеряются тысячами и десятками  тысяч листов, а по некоторым изделиям (например, кораблям) — тоннами. При  использовании бумажной документации возникают значительные трудности  при поиске необходимых сведений, внесении изменений в конструкцию  и технологии изготовления изделий. Возникает множество ошибок, на устранение которых затрачивается много  времени. В результате резко снижается  эффективность процессов разработки, производства, эксплуатации, обслуживания, ремонта сложных наукоемких изделий (рис. 1). Возникают трудности во взаимодействии заказчиков (в первую очередь —  государственных учреждений) и производителей как при подготовке, так и при  реализации контрактов на поставки сложной  техники.  

      Рисунок 1 – Объемы документации и эффективность инженерной деятельности  

      Революционный подход

      Для преодоления этих трудностей потребовались  новые концепции и новые идеи. Среди них базовой стала идея информационной интеграции стадий жизненного цикла продукции (изделия), которая  и легла в основу CALS. Она состоит  в отказе от «бумажной среды», в  которой осуществляется традиционный документооборот, и переходе к интегрированной  информационной среде, охватывающей все  стадии жизненного цикла изделия. Информационная интеграция заключается в том, что  все автоматизированные системы, применяемые  на различных стадиях жизненного цикла, оперируют не с традиционными  документами и даже не с их электронными отображениями (например, отсканированными чертежами), а с формализованными информационными моделями, описывающими изделие, технологии его производства и использования. Эти модели существуют в интегрированной информационной среде в специфической форме  информационных объектов. Системы, которым  для их работы нужны те или иные информационные объекты, по мере необходимости  могут извлекать их из интегрированной  информационной среды, обрабатывать, создавая новые объекты, и помещать результаты своей работы в ту же интегрированную информационную среду. Чтобы все это было возможно, информационные модели и соответствующие информационные объекты должны быть стандартизованы.

      Интегрированная информационная среда представляет собой совокупность распределенных баз данных, в которой действуют  единые, стандартные правила хранения, обновления, поиска и передачи информации, через которую осуществляется безбумажное  информационное взаимодействие между  всеми участниками жизненного цикла  изделия. При этом однажды созданная  информация хранится в интегрированной  информационной среде, не дублируется, не требует каких-либо перекодировок  в процессе обмена, сохраняет актуальность и целостность.

      Очевидно, что такой подход представляет собой  своего рода революцию в организации  взаимодействия всех участников жизненного цикла сложных наукоемких изделий.

      Революционность подхода состоит в том, что  многие поколения конструкторов, технологов, производственников воспитаны на основе совершенно другой культуры, базирующейся на сотнях стандартов ЕСКД, ЕСТД, СРПП, детально регламентирующих ведение  дел с использованием бумажной документации. В условиях применения CALS эта культура должна претерпеть коренные изменения:

      - появляются принципиально новые средства инженерного труда;

      - полностью изменяется организация и технология инженерных работ;

      - должна быть существенно изменена, то есть дополнена и частично переработана нормативная база;

      - тысячи специалистов должны быть переучены для работы в новых условиях и с новыми средствами труда.

      Для подготовки и осуществления этой революции, сулящей многократное повышение  эффективности процессов жизненного цикла изделий, необходимо выполнить  комплекс организационных, научно-исследовательских, проектных и иных работ, направленных на создание новой культуры инженерной деятельности.

      В этом комплексе первоочередной проблемой  является формирование нормативно-правовой базы, узаконивающей новые способы  и средства информационного обмена, заменяющие традиционный бумажный документооборот. Такую базу образуют стандарты и  инструктивно-методические материалы, регламентирующие упомянутые способы  и средства, форматы данных, их логическую структуру, процедуры информационного  обмена, способы обеспечения достоверности  и легитимности данных и т. д. Все  это необходимо для того, чтобы  электронные документы и данные имели ту же юридическую силу, что  и обычные бумажные документы. Кроме  того, одна из важнейших задач стандартизации в рассматриваемой сфере —  обеспечение информационной совместимости  различных автоматизированных систем.

      К настоящему времени CALS-технологии образуют самостоятельное направление в  области ИТ. За рубежом создана  нормативно-правовая база этого направления, которую составляют серии международных  стандартов ISO, государственные стандарты  и нормативные документы военного министерства США, НАТО, Великобритании и ряда других стран. Общее число  этих стандартов — многие десятки  и даже сотни, причем объемы документов подчас исчисляются тысячами страниц. На их разработку правительства и  ведущие корпорации Запада израсходовали суммы, превышающие 1 млрд. долл., и эта работа продолжается. Так, в наступающем финансовом году конгресс США планирует выделить на цели стандартизации в области CALS 47 млн. долл. 

      Преимущества CALS

      Технологии, стандарты и программно-технические  средства CALS обеспечивают эффективный  и экономичный обмен электронными данными и безбумажными электронными документами, что дает следующие  преимущества: