9 - 2014

Сквозная 3D-технология АСКОН: решение для ОПК, крупного бизнеса и масштабных проектов

Иван Трохалин, архитектор решений АСКОН
Иван Трохалин, архитектор решений АСКОН

В 2011 году на базе Российского федерального ядерного центра Всероссийского научно-исследовательского института экспериментальной физики (ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ») (г.Саров) стартовала программа по созданию типовой информационной системы ядерного оружейного комплекса (ТИС ЯОК). В рамках программы выполняется более 20 проектов по нескольким направлениям: бизнес-приложения (ERP, PM), системы промышленной автоматизации (CAD/CAM/CAE/PDM, MES), ИТ-инфраструктура, информационная безопасность. После того как основные решения будут отработаны в ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», начнется их тиражирование на другие предприятия ядерного оружейного комплекса.

В 2012 году в рамках программы по созданию ТИС ЯОК началась активная фаза совместного проекта компании АСКОН и ФГУП «РФЯЦ­ВНИИЭФ» по созданию автоматизированной системы под названием «Сквозная технология 3D­проектирования, моделирования, расчетов, испытаний и производства».

Система предназначена для автоматизации инженерной деятельности, связанной с проектированием, подготовкой производства, собственно производством сложных изделий, для управления процессами, составляющими суть этой деятельности, а также результатами этих процессов — документами и данными, в совокупности представляющими собой цифровой макет изделия.

Основными отличиями от рядового проекта по внедрению CAD/CAM/CAE/PDM­программного комплекса, стали дополнительные задачи:

  • наращивание функционала программного комплекса АСКОН до уровня, достаточного для эксплуатации в ФГУП «РФЯЦ­ВНИИЭФ» и ЯОК. Постановка задач на разработку новых функций осуществлена специалистами, хорошо знакомыми как с отечественными, так и с зарубежными решениями;
  • создание типовой методологии применения программного комплекса, пригодной для тиражирования на множество предприятий ЯОК;
  • доработка и сертификация программного комплекса с целью обеспечения возможности его применения для защищенной обработки информации ограниченного распространения, в том числе составляющей государственную тайну.

На начальной стадии проекта по инициативе заказчика было решено, что система, созданная в ходе проекта, не будет уникальным опытом ФГУП «РФЯЦ­ВНИИЭФ» (или даже ЯОК), то есть не станет решением «под ключ». Наоборот, это решение должно постоянно раз­виваться в соответствии с тен­ден­циями развития PLM/CALS­тех­нологий в целом, а также программного комплекса АСКОН и лучших практик его применения.

Такая постановка задачи совпадала с целями АСКОН: отечественный разработчик стремился к созданию непротиворечивого типового решения, которое включало бы не только программное обеспечение, но и лучшие практики его применения и внедрения, способные стать «путеводной звездой» для целенаправленного и взаимоувязанного развития функционала ПО. Такое решение позволило бы снизить временные затраты на выполнение проектов за счет применения типовых подходов, повысить надежность и сопровождаемость создаваемых автоматизированных систем.

В ходе выполнения проекта пришло понимание того, что целевые для тиражирования ТИС ЯОК предприятия оборонно­промышленного комплекса по своей специфике и особенностям работы во многом являются достаточно типичными представителями крупного машиностроения, где важна формализация процессов и соответствие стандартам, с одной стороны (ввиду размеров предприятий), и динамичность и производительность — с другой (так как Гособоронзаказ не является единственным источником заказов и предприятия выпускают всё больше продукции двойного или гражданского назначения, да и требования по срокам выполнения ГОЗ ужесточаются, а заказов становится всё больше в связи с политикой государства в области обеспечения обороноспособности и экспорта вооружений).

Таким образом, Сквозная 3D­тех­нология (сокращенно CT3D), появившаяся как часть ТИС ЯОК, теперь развивается как типовое решение для крупного машиностроения (преимущественно ОПК) в целом.

Что такое Сквозная 3D­технология

Существуют две точки зрения на CT3D: со стороны эксплуатации автоматизированной системы (АС) управления жизненным циклом изделий и со стороны создания таких АС.

С точки зрения эксплуатации АС CT3D — это совокупность детальных описаний процессов ЖЦИ, выполняемых c применением программного комплекса АСКОН. В этом случае слово «сквозная» означает взаимосвязанную цепочку процессов. Каждый последующий процесс использует результаты предыдущего. Слово «технология» означает наличие детального описания последовательности действий в автоматизируемых процессах. Аббревиатура «3D» означает акцент на применении 3D­моделей как исходной информации для всех процессов ЖЦИ.

С точки зрения автоматизации CT3D — это совокупность типовых проектных решений (программных средств, их конфигурации, методик применения) для создания АС управления данными и документами, связанными с изделием и процессами их создания, согласования, хранения, выпуска и обращения с использованием программного комплекса АСКОН.

Типовые проектные решения здесь противопоставляются уникальным проектным решениям (или решениям «под ключ»). Применение типовых решений позволяет сократить сроки проекта по созданию АС, повысить ее качество, учесть и использовать лучшие практики подобных проектов в прошлом, обеспечить оптимальные показатели поддерживаемости и обновляемости.

Cтруктура Сквозной 3D­технологии

CT3D состоит из следующих компонентов:

  • программный комплекс;
  • методология применения;
  • методология внедрения.

Программный комплекс

В состав программного комплекса CT3D входят:

1. Программные средства АСКОН:

  • КОМПАС­3D (MCAD) — система трехмерного моделирования, автоматизированного проектирования, разработки спецификаций и текстовых технических документов;
  • ВЕРТИКАЛЬ (CAM/CAPP) — система автоматизированного проектирования технологичес­ких процессов;
  • справочники НСИ (MDM) — информационно­поисковые системы, содержащие сведения о материалах и сортаментах, стандартных изделиях, технологических операциях, средствах технологического оснащения, оборудовании и др.;
  • ЛОЦМАН:PLM (PLM/PDM) — система управления данными об изделии на протяжении всех стадий его жизненного цикла.

2. Рекомендованные программные средства других производителей, с которыми обеспечивается наиболее эффективная интеграция (при необходимости могут использоваться и другие):

  • APM WinMachine (CAE) — пакет приложений для осуществления различных видов расчетов механических конструкций и оборудования;
  • ГЕММА­3D (CAM) — система геометрического моделирования и программирования обработки для станков с ЧПУ;
  • Altium Designer (ECAD) — система автоматизированного проектирования радиоэлектронной аппаратуры.

3. Конфигурация программных средств:

  • помимо самих программных средств, программный комплекс CT3D включает:

- модель данных предметной области;

- шаблоны отчетов (ведомости, карты по ГОСТ);

- типовые схемы потоков работ (согласование и утверждение документов и данных, заявки в архив, заявки на внесение элементов в классификаторы НСИ и др.);

- различные настроечные файлы (например, для интеграторов программ­инструментов с ЛОЦМАН:PLM).

Методология применения

Методология CT3D — ключевое звено типового решения CT3D. Она представлена совокупностью следующих составляющих:

  • определения терминов предметной области;
  • классификация и описание процессов деятельности (процессная модель);
  • классификация и описание объектов управления — результатов выполнения процессов (документов, данных, составляющих цифровой макет изделия), требований к их содержанию и оформлению.

Структура CT3D

Структура CT3D

Методология применения CT3D

Методология применения CT3D

Процессная модель включает следующие группы процессов:

1. Разработка документов и данных. В настоящее время включает две подгруппы процессов:

  • «Конструкторское и схемотехническое проектирование, расчеты и разработка КД» — включает функции планирования работ по разработке изделия, эскизного проектирования, распределения заданий на проектирование, разработку 3D­моделей, ассоциативных чертежей, сводных документов (ведомостей и спецификаций, коммуникаций и взаимодействия в ходе проектирования, проведения расчетов конструкции и др.);
  • «Технологическое проектирование, нормирование и разработка ТД» — включает функции планирования работ технологической подготовки производства, распределения заданий по технологическим подразделениям и исполнителям, формирования межцеховых технологических маршрутов, определения предварительной потребности в производственных ресурсах, проектирования технологичес­ких процессов и разработки технологической документации, нормирование расхода материалов и трудозатрат.

2. Согласование и утверждение документов и данных — включает функции параллельного ознакомления, последовательного формального согласования и утверждения с подписанием электронной подписью, удостоверяющего листа или документов на бумажном носителе.

3. Архивное хранение, выдача, обращение и абонентский учет документов — включает функции регистрации в архиве документов, регистрации извещений об изменениях, формирования запросов на выдачу копий документов на бумажном носителе или предоставления доступа к электронным документам, выдачи копий, дубликатов, передачи подлинников документов, постановки на учет абонентов, оповещения абонентов об изменениях документов, формирования стандартных документов по ГОСТ (учетные карточки документа, абонента).

4. Проведение изменений в документах и данных — включает функции создания новых версий изменяемых документов и данных, формирование бланков извещений по ГОСТу, записей в журнале изменений, согласования извещений и изменяемых документов, замены измененных документов в вышестоящих по иерархии информационных объектах.

5. Обмен данными с внешними системами — включает функции передачи электронных структур изделия, отдельных документов между предприятиями­кооператорами или удаленными подразделениями одного предприятия.

Методология применения. Пример диаграммы декомпозиции процесса

Методология применения. Пример диаграммы декомпозиции процесса

Методология применения. Пример диаграммы процесса

Методология применения. Пример диаграммы процесса

Указанные группы процессов выполняются на всех стадиях ЖЦИ. На разных стадиях меняются объекты управления — данные и документы, поступающие на вход процессов или являющиеся их результатами. Различия в данных в одних случаях не влияют на выполняемые процессы, в других — обуславливают порядок их выполнения. Например, для группы процессов «Разработка документов и данных» специфика информации определяет специфику процессов. Противоположный пример: группа процессов согласования содержит универсальные процессы для согласования и утверждения документов и данных различных видов независимо от стадии ЖЦИ.

Каждый процесс документирован в соответствующем регламенте в виде диаграммы процесса, на которой в привязке к ролям пользователей показан порядок выполнения функций процесса. Каждая функция представлена в регламенте в виде формализованного описания входных и результирующих данных и документов, а также краткого описания содержания функции. Подробно содержание функций раскрыто в ролевых руководствах пользователей. Для каждой функции приведен перечень операций и действий, выполняемых специалистом данной роли.

Методология CT3D построена на следующих принципах:

  • соответствие государственным, отраслевым, международным стандартам, где это возможно;
  • соответствие не закрепленным однозначно в стандартах, но практически распространенным среди целевых предприятий требованиям;
  • высокая степень детализации описаний процессов и требований к их результатам;
  • наличие опциональных способов выполнения процессов там, где оптимальный путь неоднозначен;
  • соответствие существующим возможностям базовых программных продуктов, минимизация необходимости разработки уникального дополнительного функционала.

Методология внедрения

Методология внедрения CT3D основана на корпоративных стандартах АСКОН. Она включает следующие составляющие:

  • типовые проектные документы — техническое задание, пояснительная записка к техническому проекту, программа и методика испытаний, план­график проекта и др.;
  • типовые эксплуатационные и нормативные документы — регламенты, ролевые руководства пользователей, администраторов;
  • типовой план работ по внедрению с методическими указаниями по их выполнению.

Этапы и порядок внедрения (укрупненно)

Экспресс­обследование. На предпроектной стадии, до заключения контракта, в течение короткого периода (от недели до месяца) специалисты подрядчика собирают сведения об объекте автоматизации. Для этого проводится опрос ключевых руководителей и специалистов заказчика. Цель этой стадии — определить, насколько применимо типовое решение к специфике и требованиям данного предприятия. Выводы могут варьироваться от полного соответствия типовому решению до невозможности применения типового решения из­за количества уникальных требований, несовместимых с типовым решением. Результатом этапа является ТЗ на создание АС, которое разрабатывается на основе типового ТЗ CT3D путем корректировки существующих требований или добавления особых требований. Например, в ТЗ могут быть включены особые требования по интеграции с используемыми на предприятии программными средствами или требования по реализации особых форм отчетности и т.д. На основе ТЗ определяются параметры контракта.

Подготовка. Создается проектная команда из специалистов заказчика и подрядчика. Разворачивается технологический полигон (набор серверов и рабочих станций с установленным и настроенным ПО), на котором подрядчик проводит обучение специалистов команды внедрения заказчика.

Проектирование. Проводится адаптация типовых (настройка типовых потоков работ WorkFlow, отчетов) и выработка уникальных проектных решений (например, по интеграции с унаследованными системами, новые формы отчетов и т.п.). Все проектные решения макетируются на технологическом полигоне, демонстрируются членам проектной команды и ключевым пользователям. Результаты проектирования фиксируются в пояснительной записке к техническому проекту. Как правило, она разрабатывается на основе соответствующего типового документа путем доработки существующих и внесения новых проектных решений.

Ввод в действие. Выполняется установка и настройка ПО на рабочих местах пользователей. Организуется обучение участников испытаний и опытной эксплуатации. Проводятся предварительные испытания АС по сценариям процессов CT3D. Замечания фиксируются в протоколе. АС вводится в опытную эксплуатацию, в ходе которой ограниченный круг специалистов на выбранных реальных производственных задачах отрабатывает выполнение всех процессов. Производятся доработки по результатам предварительных испытаний и опытной эксплуатации. Проводятся приемочные испытания. Система вводится в постоянную эксплуатацию. В зависимости от численности задействованных подразделений и специалистов ввод в постоянную эксплуатацию может быть реализован поэтапно с постепенным наращиванием количества специалистов и обрабатываемой в АС информации.

Информационная безопасность

Программное обеспечение CT3D имеет сертификаты ФСТЭК соответствия РД НДВ по четвертому уровню контроля. ЛОЦМАН:PLM также имеет сертификат соответствия ТУ как средство защиты информации в автоматизированных системах в защищенном исполнении класса до 1Г включительно (многопользовательская обработка информации, составляющей служебную тайну).

В настоящее время АСКОН совместно с ВНИИЭФ ведет работы по доработке программного обеспечения с целью его сертификации в качестве средства защиты информации, составляющей государственную тайну в автоматизированных системах класса до 1Б включительно. Параллельно проводятся мероприятия по выработке методологии CT3D с учетом применения средств защиты информации, составляющей гостайну (главным образом мандатного принципа контроля доступа).

Развитие Сквозной 3D­технологии

Дальнейшее развитие CT3D основано на результатах эксплуатации АС, построенных на основе типового решения: для этого АСКОН намерен собирать предложения и замечания заказчиков, обобщать их, формулировать требования к развитию и воплощать их в очередных версиях программного комплекса.

Ряд направлений для развития, очевидных для разработчика в данный момент, касается расширения перечня процессов, поддерживаемых функционалом и описанных в методологии применения CT3D:

  • процессы управления требованиями;
  • процессы управления качеством;
  • процессы управления техническим обслуживанием и ремонтами;
  • процессы управления производством.

По некоторым из этих направлений АСКОН уже имеет программные инструменты, методологию и соответствующие компетенции. Например, для обеспечения процессов планирования и управления производством АСКОН предлагает систему автоматизированного управления производством ГОЛЬФСТРИМ; для управления качеством существует набор программных средств QiBox. В ближайшем будущем начнется работа по встраиванию этих программных продуктов в состав типового решения CT3D как с технической, так и с методологической точек зрения, для обеспечения сквозных процессов в едином информационном пространстве на основе 3D­моделей.

Применение Сквозной 3D­технологии

В 2013 году началось тиражирование Сквозной 3D­технологии на другие предприятия ядерного оружейного комплекса. Решение построено на основе реального производственного опыта и интеллекта отечественных инженеров­разработчиков ядерного щита страны. Сегодня АСКОН предлагает это типовое отраслевое решение всем отечественным предприятиям оборонно­промышленного комплекса России в конфигурации «Сквозная 3D­технология в защищенном исполнении».

Кроме того, если исключить некоторые опции, Сквозная 3D­технология может применяться и на крупных предприятиях — производителях гражданской продукции.

***

Итак, Сквозная 3D­технология (CT3D) АСКОН — уникальное отраслевое типовое решение, предназначенное для управления инженерными данными, документами и процессами проектирования и технологической подготовки производства на основе программных продуктов АСКОН. Она осуществляет управление процессами проектирования и производства на всех этапах жизненного цикла изделия в цифровом виде; поддерживает процессы создания электронных моделей изделий, разработки комплектов конструкторской и технологической документации по ГОСТ и другим стандартам в электронном виде, создания электронной структуры изделия с возможностью дальнейшего анализа конструкции и разработки управляющих программ для станков с ЧПУ, составления электронных руководств и другой обязательной и дополнительной информации, без которой немыслимы современные конкурентоспособные производства. 

САПР и графика 9`2014