8 - 2001

Возможные пути внедрения CALS-технологий

Сергей Курочкин

В этой статье мы поговорим о «CALS-готовности» конструкторско-технологической информационной подсистемы предприятия как о способности оперативно обеспечить все задействованные подразделения и сторонние организации достоверной информацией о поддерживаемом изделии и ресурсах, необходимых для обеспечения его работоспособности в любой момент времени. Целесообразно также определить некоторый численный критерий CALS-готовности.

В идеальном случае вся необходимая информация о выпущенном ранее изделии либо непосредственно содержится в электронной информационной системе, либо может быть получена автоматически на основе другой имеющейся в системе информации. Любая неформальная обработка исключается.

С точки зрения получения выгоды от CALS-технологий предприятию-производителю необходимы:

  1. Электронная эксплуатационная (ремонтная) документация в соответствующем формате.
  2. Оперативное обеспечение запасными частями и обеспечение (либо непосредственное выполнение) ремонта.

Согласно разделу 3.2 ГОСТ 2.601-95 эксплуатационные документы (ЭД), поставляемые с изделием, должны полностью ему соответствовать, а раздел 3.7 определяет источники информации следующим образом: «ЭД разрабатывают на основе: рабочей конструкторской документации по ГОСТ 2.102; опыта эксплуатации аналогичных изделий…» Так где же можно получить качественную информацию для них? Только у себя. А это означает, что следует обратить самое пристальное внимание на этапы проектирования и производства.

При поставке запчастей предприятие сталкивается с несколькими проблемами. Во-первых, это определение документов, по которым было выпущено, модернизировалось и ремонтировалось изделие. Фактически это две взаимосвязанные задачи — определение комплекта на уровне обозначений и восстановление содержания документов на нужный момент времени (серийный номер, номер партии). К сожалению, даже эта относительно простая задача в настоящее время не может быть решена только формальными методами, то есть не может быть эффективно автоматизирована.

Во-вторых, это восстановление вида изделия по комплекту документов, представляющее собой еще более сложную и нетривиальную задачу — понять, как выглядит именно это изделие. По сути, это означает, что необходимо проработать не только чертежи, но и содержание всех изменений. При этом в воображении конструктора плоское динамическое представление (чертежи + комплекты изменений) преобразуется в статическое пространственное.

Еще одной проблемой, возникающей практически на каждом этапе работ, является четкая и однозначная идентификация компонентов. Одного обозначения для этого недостаточно — в разные моменты времени (на различных серийных номерах, в различных партиях) под одним обозначением «скрываются» физически различные объекты. При этом предполагается, что они полностью взаимозаменяемы, а всегда ли это на самом деле так? В прошлом неявно предполагалось, что новая конструкция лучше старой, в настоящее время такое предположение далеко не всегда соответствует действительности. Часто конструкцию изменяют не для того, чтобы сделать ее лучше, а потому, что в данном случае другой способ ее изготовить просто невозможен. В любом случае компоненты различны по производственным параметрам.

Ни одна система PDM не является сама по себе «универсальным решателем» CALS-технологий. Необходимо определить четкие правила, по которым система документирования должна функционировать в новых условиях. Конечно, можно придумать новую систему с совершенно новыми правилами, но так ли плоха Единая система конструкторской документации (ЕСКД)? Даже если будет изобретена совершенно иная система, то предприятие все равно будет вынуждено общаться со своими суб- или генподрядчиками в той системе, которая им понятна. А как быть с тем багажом, который, собственно, и приносит сейчас доход? Необходимо найти эволюционный путь, который бы позволял работать со старой документацией настолько эффективно, насколько это возможно, и в то же время не тормозил внедрение современных технологий проектирования и подготовки производства.

Прежде всего следует отметить, что в ЕСКД и ЕСТД электронные документы имеют право на жизнь. Это было юридически закреплено ГОСТ 28388-89 «Документы на магнитных носителях данных» еще в 1989 году. С тех пор в информационных технологиях многое изменилось. Но с точки зрения организации коллективной работы основным достижением этих лет стали технологии электронной подписи, позволяющие подписывать электронные документы электронным образом, что ранее было невозможно.

Каким образом вносить изменения? Пункт 11.3 ГОСТ 28388-89 гласит: «Изменения ДМ (документа на магнитном носителе) можно осуществлять путем замены документа в целом или его фрагмента». Помимо этого в ГОСТ 2.503 предусмотрен вариант проведения изменения с заменой подлинника. Этот вариант обеспечивает однозначное и простое понимание документа в будущем.

Какими должны быть обозначение и наименование электронного конструкторского или технологического документа? ГОСТ 28388-89 в разделе 3.1 предлагает следующее: «ДМ присваивают наименование и обозначение в соответствии с системой документации (ЕСКД, ЕСТД…), к которой он отнесен. В обозначении ДМ код вида носителя данных не указывают». Отсюда возникают три вопроса: как обозначать изделие, каким должен быть основной документ и какой код документа должен присваиваться специфическим электронным документам (например, твердотельной модели).

Изделие, создаваемое под заказ, эффективнее оформлять новым исполнением базового изделия, а не как то же самое исполнение с измененными документами. А что делать, если у изделия уже есть исполнения (например, левое/правое)? ГОСТ 2.201-80 в разделе 3.7 допускает применение дополнительных номеров исполнения.

Что же касается основного документа, то для сборочной единицы, комплекса или комплекта никаких нововведений не требуется. Электронные документы могут включаться в раздел «Документация» по ГОСТ 2.106-96 (раздел 3.4) и в раздел 5 ГОСТ 28388-89. На наш взгляд, целесообразно отказаться от определения неспецифицируемых составных частей. Детали можно определять спецификацией, состоящей исключительно из раздела «Документация», включая в нее все документы, описывающие это изделие. В этом случае основным документом также будет спецификация. Данное решение, применяемое на ряде предприятий, носит название «паспорт детали». Коды документов, отсутствующие в ГОСТ 2.102-68, могут быть определены на уровне СТП предприятия. Однако было бы целесообразно проработать этот вопрос централизованно.

Основные затруднения и потери времени связаны с необходимостью выполнять неформальную проработку документации. Пункт 3 Приложения 5 ГОСТ 2.503-90 гласит: «На один документ допускается одновременное действие не более четырех ПИ». Это означает, что документ только 20% времени находится в статическом состоянии. Остальное время (80%) документ и соответствующие извещения должны творчески прорабатываться. Такое внимание к предварительным извещениям (ПИ) связано с тем, что их действие носит временный характер и содержание изменения не обязательно должно вноситься в подлинник. Этим обстоятельством активно пользуются для создания вариантов конструкции без изменения подлинников. В результате на изделие, выпущенное по ПИ, нет подлинника, отражающего его реальный вид. Чтобы в будущем разобраться, как выглядело изделие «серийный номер такой-то», кроме документации потребуются книга регистрации извещений и сами извещения.

На сегодняшний день среднее количество ПИ для одного документа в первом приближении характеризует CALS-готовность конструкторско-технологической информационной подсистемы предприятия. Для количественной оценки нагляднее использовать величину 1 / (среднее количество ПИ + 1), выраженную в процентах. Если всегда используются все четыре ПИ, то CALS-готовность равна 20%.

Причины, по которым изменения оформляются ПИ или вносятся «зачеркиванием», «подчисткой» и другими подобными способами, а не заменой документов, хорошо известны. Изготовление, размножение и рассылка бумажной документации требуют больших затрат — как финансовых, так и временных. А обходиться без бумажного чертежа производство еще долго не сможет, да и вряд ли это вообще возможно. Кроме того, далеко не все субподрядчики готовы принять электронную конструкторскую документацию. Каковы пути решения этой проблемы? Единственный выход — сокращать количество изменений.

Ситуации, требующие внесения временных изменений, как правило, оформляемых ПИ, можно разделить на три категории: отработка конструкции, временное изменение возможностей субподрядчиков, модификация базовой модели по требованиям заказчика. Радикально сократить количество ошибок и упростить отработку конструкции позволяет полный электронный макет изделия. Кроме того, он дает возможность быстро и безошибочно дорабатывать изделие под требования заказчика. Прогнозировать динамику возможностей субподрядчиков довольно сложно, и здесь может помочь тесная интеграция на всех стадиях жизненного цикла изделия. Электронный макет комплектующего изделия позволит устранить ошибки (и, как следствие, — изменения) при компоновке основного изделия.

Разумеется, невозможно сразу перейти от чертежей к полному электронному макету изделия. Это длительный и сложный процесс. Однако, выбрав критические компоненты изделия и создав их полный электронный макет, можно значительно сократить количество ошибок и устранить необходимость внесения изменений или выпуска ПИ к этим компонентам и таким образом несколько повысить CALS-готовность конструкторско-технологической информационной подсистемы предприятия. Следующим шагом может быть создание электронных макетов других компонентов и т.д. — вплоть до создания электронного макета всего изделия и даже процесса производства. Таким образом, CALS-готовность можно повышать планомерно, постепенно переходя от бумажных чертежей к полному электронному макету всего изделия.

Каким же должен быть полный электронный макет изделия с точки зрения CALS-технологий? Формат STEP внутри предприятия на стадии проектирования и производства изделия неэффективен, так как не позволяет реализовать современную методологию проектирования и подготовки производства, основанную на реализации идеологий мастер-модели, концептуальной модели, управляемой ассоциативности и параллельного инжиниринга. Кроме того, соответствующего прикладного протокола для многих дисциплин вообще не существует. При выполнении модернизации и ремонта также гораздо удобнее использовать информацию в оригинальном формате CAD/CAM-системы, поскольку в этом случае сохраняются все установленные ранее параметры и ассоциативные связи, что позволяет сохранить тот же уровень удобства работы с конструкцией, что и на предыдущих стадиях жизненного цикла. Электронный макет должен быть максимально эффективным с точки зрения жизненного цикла изделия: проектирование — подготовка производства — производство — обслуживание.

Какими возможностями должна обладать система управления данными изделия (PDM) с точки зрения CALS-технологий? Безусловно, она должна управлять всем многообразием электронной и (к сожалению, еще достаточно долго) бумажной документации на протяжении всего жизненного цикла изделия, а также поддерживать методику проектирования и подготовки производства, реализованную в системе CAD/CAM. Интеграция PDM и CAD/CAM должна быть настолько полной и тесной, чтобы ни один из аспектов электронных документов, создаваемых конструкторами, технологами и другими специалистами, не оставался неуправляемым. Например, многие системы проектирования имеют возможность задать параметры модели через параметры другой модели, физически находящейся в другом файле. Если такая связь остается для PDM невидимой и, следовательно, неуправляемой, то это приводит к невозможности контролировать состояние модели. Другим примером является обеспечение соответствия записей в штампе чертежа и информации в метаданных системы PDM.

Еще одной возможностью системы PDM, на которой следует остановиться, является ведение состава каждого экземпляра выпущенного ранее изделия. В западной терминологии это называется составом As built. В это дерево тем или иным образом должны включаться не только проектная конструкторская, но и ремонтная документация (знакомые многим ЛУДы), результаты контроля качества компонентов и т.п. Это касается стадии производства. А на стадии эксплуатации такими документами являются бюллетени и другая информация по эксплуатации, ремонтам и т.д. Специфика дерева состава As built заключается в необходимости ссылаться не просто на документ, а на конкретную версию документа, актуальную на момент производства экземпляра изделия. В ЕСКД для решения этой задачи предусмотрен механизм архивных копий. Раздел 1.3 Приложения 2 ГОСТ-2.501-88 гласит: «Архивные копии отражают состояние конструкции или технологии изделия в периоды утверждения их заказчиком, передачи подлинников предприятиям изготовителям, прекращения производства данной конструкции…» Для электронных документов также могут создаваться копии аналогичного назначения. Однако если система PDM поддерживает ссылки на версии документов, то физическое копирование необходимо только при записи на автономные носители.

Обязательными условиями развития CALS-технологий являются продуманная и планомерная работа по развитию нормативной базы предприятия и параллельное внедрение современных технологий проектирования и подготовки производства.

«САПР и графика» 8'2001