Построение интегрированной информационной среды предприятия на основе системы управления данными об изделии pdm step suite

Алексей Яцкевич, Дмитрий Страузов

Особенности PDM STEP Suite

Взаимодействие с другими автоматизированными системами

Организация справочников и классификаторов данных

Описание изделия

Управление вариантами состава изделия

Управление конфигурацией изделия

Использование электронной цифровой подписи

Формализованное описание техпроцессов

Автоматизация бизнес-процессов

Текущие проекты и внедрение

Известно, что инженерно-техническая информация принадлежит к числу наиболее ценных активов предприятия. В последнее время, в связи с переходом от серийного планового производства к мелкосерийному позаказному, значительно возросла номенклатура выпускаемых предприятиями изделий, что привело к многократному росту объема инженерно-технической информации. В условиях конкуренции предприятия вынуждены постоянно совершенствовать выпускаемые изделия, что ведет к появлению большого количества их модификаций и исполнений, производство которых необходимо планировать, решая задачи минимизации издержек с учетом требований заказчиков. Для управления производством в подобных условиях разработано множество разнообразных систем автоматизации. Эффективность управления не в последнюю очередь зависит от достоверности и актуальности данных. А это значит, что эффективная работа предприятия невозможна без системы, объединяющей результаты деятельности всех подразделений и связывающей все существующие на предприятии автоматизированные системы.

Согласно мировому опыту использования систем автоматизации, в качестве подобного интегрирующего звена должна выступать PDM-система (Product Data Management — управление данными об изделии). Цель PDM-системы — обеспечение полноты, целостности и актуальности информации об изделии и доступность ее для всех участников жизненного цикла изделия (ЖЦИ) в соответствии с имеющимися у них правами. Для достижения этой цели PDM-система должна выполнять следующие функции:

• взаимодействие с другими автоматизированными системами;
• управление различными нормативно-справочными разделами базы данных (БД), системами классификации и перечнями предметов;
• управление версиями изделий;
• управление вариантами состава изделия;
• управление конфигурацией изделия;
• управление характеристиками объектов¹ БД;
• хранение различных документов (комплектов документов);
• управление изменениями;
• регистрация статусов (утверждений) документов и других информационных объектов с использованием электронной цифровой подписи;
• ведение организационной структуры и управление ролями сотрудников;
• управление технологическими данными;
• управление потоками работ (WorkFlow Management);
• управление описанием экземпляров и партий изделий;
• поиск объектов БД по различным критериям;
• управление разграничением доступа к объектам БД;
• генерация отчетов.

При организации совместной работы различных служб предприятия, использующих разные системы автоматизации, встает вопрос об их информационной совместимости. Для его решения PDM-система должна поддерживать нейтральную модель данных, пригодную для представления разнообразных данных об изделии. В качестве такой модели в настоящее время выступает международный CALS-стандарт: ISO 10303 — STEP (ГОСТ Р ИСО 10303). Стандарт регламентирует логическую структуру БД, номенклатуру информационных объектов, хранимых в БД, их атрибуты и связи. Стандарт предусматривает способы взаимодействия с БД — с помощью текстового обменного файла STEP (ISO 10303-21) и через программный интерфейс SDAI (ISO 10303-22). Работу с текстовым обменным файлом STEP поддерживает большинство современных CAD/CAM-систем. Отличительной особенностью стандарта STEP является наличие методики расширения информационной модели данных. Это позволяет адаптировать стандартную информационную модель под нужды конкретной отрасли или предприятия. В настоящий момент данный стандарт переведен на русский язык и имеет статус государственного стандарта России.

Особенности PDM STEP Suite

Используя методологию стандарта STEP и требования к функциональности PDM-системы, НИЦ CALS-технологий «Прикладная логистика» разработал программный комплекс PDM STEP Suite (PSS), из достоинств которого можно выделить следующие:

• объектно-ориентированный подход, обеспечивающий гибкость системы;
• открытая информационная модель. Структура БД при необходимости может быть дополнена различными информационными объектами в соответствии с требованиями конкретного предприятия;
• соответствие международным CALS-стандартам, которое необходимо не только для построения ядра интегрированной информационной среды (ИИС) предприятия, но и для успешного взаимодействия с иностранными партнерами;
• изначальная ориентация системы на решение задач в масштабе предприятия, а не рабочей группы;
• трехуровневая сетевая архитектура, в которой клиентский модуль взаимодействует с сервером БД через сервер приложений. Такая архитектура обеспечивает эффективное распределение вычислительной нагрузки при одновременной работе большого числа пользователей и не предъявляет высоких требований к программно-аппаратному оснащению клиентских мест.

Еще одним достоинством системы PSS является ее российское происхождение, которое, во-первых, позволяет учитывать специфику российских предприятий, а во-вторых, делает возможной поддержку системы непосредственно разработчиками.

Взаимодействие с другими автоматизированными системами

Одним из первых вопросов, возникающих при внедрении PDM-систем, является вопрос о том, как система впишется в существующие автоматизированные системы предприятия. Внедрение PSS изначально предполагает импорт данных из уже существующих на предприятии БД и интеграцию с имеющимися автоматизированными системами. При этом большинство потоков информации должно проходить через PDM-систему.

Для обмена данными PSS предоставляет два способа:

• через обменный файл STEP (преимущественно для обмена с CAD/CAM-системами, с которыми нет прямой интеграции);
• прямая интеграция посредством полнофункционального интерфейса доступа к данным (API), который является реализацией стандартного интерфейса доступа к данным ГОСТ Р ИСО 10303-22 (SDAI).

В настоящий момент существует прямая интеграция с системами SolidWorks, Solid Edge, AutoCAD 2000, MS Word. Прорабатывается возможность интеграции с системой «ТехноПро».

Организация справочников и классификаторов данных

Для удобства работы в ИИС специалистов различных направлений PSS позволяет использовать различные справочники:

• государственные, международные и внутренние стандарты и иные нормативные документы;
• материалы (с учетом сортаментов);
• нормализованные детали (нормали);
• стандартные изделия;
• покупные комплектующие изделия;
• долговременные разделы БД, аккумулирующие собственный опыт предприятия:
  • ранее выполненные (готовые) проекты;
  • унифицированные узлы и детали;
• технологическое оборудование и оснастка (или парк оборудования);
• организационная структура предприятия и роли сотрудников;
• различные ограничительные перечни;
• перечни используемых характеристик, единиц измерения и других типов служебной информации.

PSS позволяет создавать неограниченное количество систем классификаций объектов и нормативно-справочных разделов в соответствии с любыми стандартами. Система PSS позволяет назначать индивидуальный доступ к любым разделам справочников. Справочники могут иметь как древовидную, так и сетевую структуру. Необходимо отметить, что каждый объект в системе PSS описывается единожды и никогда не дублируется. Для доступа к объекту используются ссылки, что обеспечивает однозначность данных и сквозное проведение изменений. Так, один объект (изделие) может одновременно входить в состав нескольких сборочных единиц. Система PSS может настраиваться на специфику конкретного предприятия посредством специального модуля и не требует дополнительного программирования.

Описание изделия

Одним из основных информационных объектов в PSS является изделие. Этот объект описывает в БД материальный предмет, вещество, услугу, программный продукт, а также систему, состоящую из материальных предметов и программных средств, взаимодействующих между собой. При помощи объекта «Версия изделия» описываются различные модификации и исполнения изделия. С изделием ассоциируется различного рода информация (которая накапливается на протяжении всего жизненного цикла изделия (ЖЦИ)):

•  Набор характеристик (рис. 1). Для описания разнообразных свойств изделий в PSS используется объект «Характеристика». Перечень возможных характеристик может легко дополняться. Важным атрибутом характеристики является «Тип», с помощью которого одна и та же характеристика может присоединяться к изделию на разных стадиях ЖЦИ. Например, при получении технического задания на разработку к изделию может быть присоединена характеристика «Ресурс» с типом «Требуемая», при выполнении проверочного расчета — с типом «Расчетная», а после испытаний опытного образца — с типом «Измеренная». Характеристики, составляющие тайну, могут быть доступны только конкретным сотрудникам (для этого используется функция разграничения доступа). Для легитимности характеристик им могут назначаться статусы с использованием электронной цифровой подписи (ЭЦП).
•  Документы (комплекты документов). Система PSS позволяет хранить различные типы электронных документов. При этом документ может существовать самостоятельно или быть ассоциирован с любым объектом БД. Логически документ (электронный технический документ) состоит из двух частей: содержательной и реквизитной² . В качестве содержательной части может выступать любой файл, хранящийся в компьютере: 3D-модель, мультимедиа-файл, растровое изображение (например, отсканированный чертеж). Реквизитная часть содержит аутентификационные и идентификационные данные документа, в том числе одну или несколько электронных цифровых подписей. Документ имеет дерево версий, среди которых одна является актуальной (активной — рис. 2). Встроенный механизм управления изменениями позволяет проследить всю историю изменений каждого документа для последующего анализа и дает возможность произвести откат (возврат к предыдущим версиям). Вся информация, порождаемая при инициировании и проведении изменений (служебные записки, документы, описывающие требуемые изменения (функции «красного карандаша»), извещения об изменениях и др.), может храниться для последующего использования.
•  Объекты-статусы. Под статусами в PSS подразумеваются результаты согласований и утверждений всех объектов системы (рис. 3).
•  Изделия-аналоги (заменяющие изделия). Для каждого изделия задается перечень изделий, заменяющих его. Такая связь является направленной. Например, болт без покрытия можно заменить никелированным болтом, но никелированный болт заменить болтом без покрытия нельзя.
•  Описание экземпляров и партий изделия. Важным этапом ЖЦИ является этап изготовления. Поскольку отклонения от технологии изготовления могут привести к серьезным последствиям при эксплуатации и ремонте, PSS позволяет вести учет специфики изготовления и последующего ремонта конкретного экземпляра изделия (например, учет результатов испытаний конкретного образца).
•  Классификационная информация. Для упорядочения информации в PSS используются справочники и классификаторы (см. выше). Часто по каким-либо причинам (в частности, для подбора другого резца) возникает необходимость просмотра справочников и классификаторов, в которые входит изделие. Система PSS позволяет проделать это посредством одной команды.

Непременным атрибутом PDM-системы является удобная и простая функция поиска. Встроенный в PSS механизм поиска позволяет пользователю создавать специфические запросы по произвольному набору критериев, например, по запросу типа «Найти все документы типа “Чертеж”, утвержденные сотрудником Ивановым в определенный промежуток времени». Соответственно, любой объект БД может быть доступен посредством функции поиска (конечно, с учетом прав доступа к объекту).

Управление вариантами состава изделия

Важным требованием к современным PDM-системам является описание состава изделия с различных точек зрения и на различных стадиях ЖЦИ. Типичным примером являются конструкторская и технологическая спецификации изделия: конструкторы работают с «конструкторским» составом изделия, технологи же оперируют «технологическим», который формируется при проектировании технологии сборки по принципу «как должно собираться» (рис. 4). Обычно технологический состав изделия отличается от конструкторского, как минимум — наличием промежуточных подсборок, транспортной тары, расходных материалов и т.д. Другим примером вариантов состава является разбиение сложного изделия по зонам и функциональному признаку (по системам).

Управление конфигурацией изделия

Современные условия создания новых изделий требуют оперативного реагирования на изменяющиеся условия рынка — создание новых и изменение существующих конфигураций изделия. Соответственно, в PDM-системе должен иметься механизм управления конфигурациями. Описание конфигураций представлено на рис. 5. В PSS для управления конфигурацией используются следующие функции:

• назначение менеджера(ов) по конфигурации;
• идентификация конфигурации и ее блоков;
• применение правил применяемости блоков в изделии по дате или по серийному номеру c использованием механизма проведения изменений;
• утверждение правил применяемости;
• сравнение конфигураций изделия.

Неотъемлемой частью управления конфигурацией является механизм проведения изменений в структуре изделия. Данный механизм позволяет контролировать весь процесс прохождения изменений и накапливать сопроводительную информацию.

Использование электронной цифровой подписи

Одним из принципов организации интегрированной информационной среды является безбумажный обмен данными. Безбумажная технология обмена данными возможна только при обеспечении легитимности электронного документа, которая обеспечивается использованием электронной цифровой подписи (ЭЦП). Следует отметить, что Государственная Дума приняла закон РФ «Об электронной цифровой подписи», то есть применение ЭЦП приобрело юридическую силу. Система PSS позволяет одновременно использовать несколько систем ЭЦП. Например, при утверждении важных документов должна использоваться дорогостоящая, сертифицированная ФАПСИ система ЭЦП. Для документов, циркулирующих внутри рабочей группы, может использоваться система ЭЦП, реализованная на WinAPI, которая бесплатно поставляется с MS Windows. Система PSS имеет встроенный модуль учета и хранения открытых ключей сотрудников, что упрощает проверку корректности ЭЦП.

Формализованное описание техпроцессов

Большинство современных PDM-систем до сих пор не способны в полной мере управлять технологическими данными, хотя это очень важное и необходимое свойство, в частности для интеграции с MRP/ERP-системами. В PSS с изделием могут ассоциироваться несколько вариантов технологических процессов, что позволяет хранить альтернативные технологии изготовления. Для описания процессов (в том числе технологических) в PSS введен объект «Действие». Действие может декомпозироваться на неограниченное число уровней. На примере технологического процесса декомпозиция может выглядеть следующим образом: «Цеховой маршрутgОперацияgПереход».

Для каждого действия-операции могут задаваться потребности в любых ресурсах (рис. 6, 7), например:

• материалы (основные, вспомогательные, драгметаллы и др.);
• оснащение (оборудование, оснастка, инструмент и др.) для механообработки;
• изделия и приспособления, необходимые для выполнения сборочных операций;
• человеческие ресурсы и др.

Свойства действия можно описывать при помощи характеристик, например по ЕСТД: код операции, норма времени, разряд рабочего и др. Также к действию могут быть присоединены различные документы, например программа ЧПУ, операционная карта и т.п.

Очень часто необходимо учитывать и описывать специфические условия расхода (потребления) ресурса-материала, в частности количество деталей из одной заготовки. PSS позволяет легко решать данную проблему, используя характеристики расхода ресурса. Реализация в PSS описания условий расхода ресурса на примере данных ГРПЗ представлена на рис. 8.

Автоматизация бизнес-процессов³

Система PSS содержит встроенную подсистему WorkFlow, предоставляющую возможность автоматического управления порядком прохождения информации между сотрудниками предприятия. Основными функциями подсистемы PSS WorkFlow являются:

• создание и настройка шаблонов процессов. Шаблон процесса — формализованное описание последовательности действий и потока рабочих объектов⁴, а также правил, определяющих начало и завершение процесса и отдельных действий;
• создание и настройка процессов (по шаблонам процессов). Процесс — конкретная реализация бизнес-процесса. При создании процесса указываются конкретные исполнители (из списка возможных) и сроки выполнения заданий. Задание — реализация действия в процессе;
• автоматическая выдача и контроль сроков выполнения заданий и всего процесса. Автоматическое оповещение о возникающих задержках;
• автоматическое управление статусами рабочих объектов;
• отслеживание циклов (например, доработки чертежа) внутри процесса;
• хранение истории процессов (ведение архива).

Для обмена сообщениями между пользователями в PSS используется встроенная система электронной почты, позволяющая присоединять к сообщениям ссылки на различные объекты БД PSS и файлы операционной системы. При использовании системы обмена сообщениями упрощаются функции рассылки извещений об изменениях.

Текущие проекты и внедрение

Среди проектов по внедрению PSS можно выделить следующие:

1. ОАО НПП «Аэросила» (г.Ступино). Система PSS уже более года успешно работает на предприятии. Разработан стандарт предприятия, регламентирующий управление проектированием с использованием системы PSS.
2. ОАО «Уфимское моторостроительное производственное объединение» (УМПО). Закончен первый этап — загрузка информации из баз данных предприятия в систему PSS. Загруженная информация содержит:
   • перечень деталей и сборочных единиц (в том числе покупные) — свыше 8 тыс. единиц;
   • конструкторский и технологический составы изделия — свыше 10 тыс. связей;
   • материалы (с учетом сортамента) — свыше 20 тыс.;
   • технологическое оборудование — 900 единиц;
   • технологическая оснастка — свыше 155 тыс. единиц;
   • маршрутные карты — свыше 8 тыс. карт (более 250 тыс. операций);
   • классификаторы оснастки, материалов и производственных подразделений;
   • различные характеристики объектов.

   В настоящее время ведется подготовка технологических документов для загрузки в систему PSS и прорабатывается концепция интеграции PSS с ERP-системой BAAN. Разрабатываются нормативные документы, регламентирующие работу с PSS.

3. ФГУП «Государственный рязанский приборный завод» (ГРПЗ). Первоочередная задача, решаемая с использованием PSS, — передача лицензии на производство изделия.

«САПР и графика» 6'2002