5. Современные информационные технологии управления программами и проектами (pdm, erp, cad, cam, cae, cals и другие информационные системы)
Всего около четверти века назад каждый чертеж, произведенный на свет, был сделан карандашом или тушью. Любое изменение требовало подчистки либо даже перечерчивания. Теперь это уже история. CAD-системы не только изменили методы подготовки чертежей, но и внесли фундаментальные изменения в процесс проектирования. В настоящее время при сотрудничестве с зарубежными компаниями необходимо представление всей документации в электронном виде. Продаваемый продукт и его производство подлежат международной сертификации, подтверждающей их высокие характеристики. Сертифицирование проходят не только само изделие, но и методы его проектирования, изготовления, способы и формы передачи информации об изделии. Для прохождения сертифицирования необходимо оснастить рабочие места конструктора и технолога компьютерными и программными продуктами.
Деятельность значительной части фирм и отдельных коллективов в промышленно развитых странах во многом зависит от их способности накапливать и перерабатывать информацию. Сегодня без компьютерной автоматизации уже невозможно производить современную сложную технику, требующую высокой точности. Во всем мире наблюдается резкое увеличение использования ЭВМ на производстве и дома. Внедрение компьютерных и телекоммуникационных технологий повышает эффективность и производительность труда. Отставание в области высоких технологий может привести к превращению страны в сырьевой придаток цивилизованного мира.
Сейчас происходит быстрый рост систем автоматизированного проектирования (САПР) в таких отраслях, как авиастроение, автомобилестроение, тяжелое машиностроение, в архитектуре, строительстве, нефтегазовой промышленности, в области картографии, геоинформационных систем, при производстве товаров народного потребления, в частности бытовой электротехники. САПР в машиностроении используется для проведения конструкторских, технологических работ и работ по технологической подготовке производства. С помощью САПР выполняется разработка чертежей, проводится трехмерное моделирование изделия и процесса сборки, проектируется вспомогательная оснастка, например штампы и пресс-формы, составляется технологическая документация и управляющие программы (УП) для станков с числовым программным управлением (ЧПУ), ведутся архивы. Современные САПР применяются для сквозного автоматизированного проектирования, технологической подготовки, анализа и изготовления изделий в машиностроении, для электронного управления технической документацией.
Современные информационные технологии управления программами и проектами
Термин "автоматизированные системы управления" (АСУ), впервые появился в России в 1960-е гг. ХХ века в связи с применением компьютеров и информационных технологий в управлении экономическими объектами и процессами, что дало возможность повысить эффективность производства, лучше использовать ресурсы, избавить управленцев от выполнения обязательных рутинных операций.
Для любого предприятия возможность повышения эффективности производства в первую очередь определяется эффективностью существующей системы управления. Скоординированное взаимодействие между всеми подразделениями, оперативная обработка и анализ получаемых данных, долговременное планирование и прогнозирование состояния рынка - вот далеко не полный перечень задач, которые позволяют решить внедрение современной автоматизированной системы управления.
Рис. 5.1 Обобщенная структура информационных технологий предприятия
САПР - системы автоматизированного проектирования/изготовления (Computer Aided Design / Computer Aided Manufacturing -CAD/CAM);
АСТПП - автоматизированные системы технологической подготовки производства (Computer Aided Engineering - CAE);
АСУТП - автоматизированные системы управления технологическими процессами (Supervisory Control And Data Acquisition -SCADA);
АСУП - комплексная автоматизированная система управления предприятием (Enterprise Resource Planning - ERP)
WF - потоки работ (WorkFlow);
CRM - управление отношениями с клиентами;
B2B - электронная торговая площадка ("онлайновый бизнес");
DSS - поддержка принятия управленческих решений;
SPSS - статистический анализ данных;
OLAP - анализ многомерных данных;
MIS - управляющая информационная система, (АРМ) руководителя;
SCM - управление цепями поставок;
PLM - управление жизненным циклом продукции (характерно для дискретного производства);
ERP-II - расширение ERP-системы за контуры производства (т. е. ERP + CRM + B2B + DSS + SCM+ PLM и т. п.);
HR - "Управление персоналом"; можно рассматривать и как самостоятельную задачу, и как входящую в состав ERP (что и отображено на рисунке в виде двух связей);
LAN - локальные вычислительные сети (Local Area Net);
WAN - глобальные (внешние) сети и телекоммуникации (Wide Area Net).
В современных условиях ТПП рассматривается как составная часть жизненного цикла изделия. При таком подходе эффективное функционирование ТПП достигается лишь на основе применения современных информационных технологий (ИТ). Поэтому на промышленных предприятиях начинают применять эти технологии. Важный аспект использования ИТ - возможность по-новому организовать информационное взаимодействие САПР ТП с проблемной средой независимо от уровня автоматизации и применяемого метода проектирования. Таким образом, открывается путь к созданию САПР ТП нового поколения.
Жесткая конкуренция на рынке машиностроительной продукции предопределяет необходимость постоянного совершенствования и развития производства любого предприятия, являющегося участником рынка. В настоящее время одним из перспективных направлений обеспечения конкурентоспособности предприятия является повышение эффективности технологической подготовки производства (ТПП) выпускаемых изделий. Целью ТПП является оптимальное по срокам и ресурсам обеспечение технологической готовности производства к изготовлению изделий в соответствии с требованиями заказчика или рынка данного класса изделий.
Системы управления производственной информацией (PDM) - это инструментальное средство, которое помогает администраторам, конструкторам, инженерам, технологам и другим специалистам управлять как данными, так и процессами разработки изделия на современном производственном предприятии или в группе предприятий-смежников. Системы PDM следят за большими, постоянно обновляющимися массивами данных и инженерно-технической информации, необходимыми на этапах проектирования, производства или строительства, а также поддержки эксплуатации, сопровождения и утилизации технических изделий - "продуктов". Системы PDM в этом плане отличаются от баз данных тем, что интегрируют информацию любых форматов и типов, поступающую от различных источников, предоставляя ее пользователям уже в структурированном виде, причем структуризация привязана к особенностям современного промышленного производства. Системы PDM отличаются и от интегрированных систем офисного документооборота, так как текстовые документы - далеко не самые "нужные" на производстве, куда важнее геометрические модели, данные для функционирования автоматических линий, станков с ЧПУ и т. п.
Любая информация, необходимая на том или ином этапе жизненного цикла изделия, может управляться системой PDM, которая предоставляет корректные данные всем пользователям и всем промышленным информационным системам по мере надобности. Наряду с данными, PDM управляет и проектом - процессом разработки изделия, контролируя собственно информацию об изделии - "продукте", о состоянии объектов данных, об утверждении вносимых изменений, осуществляя авторизацию и другие операции, которые влияют на данные об изделии и режимы доступа к ним каждого конкретного пользователя.
Таким образом, речь идет о полном, централизованном и постоянном автоматизированном контроле за всей совокупностью данных, описывающих как само изделие, так и процессы его конструирования, производства, эксплуатации и утилизации.
ERP – Enterprise Resource Planning – организует систему электронного документооборота; включает ведение договоров, бухгалтерии и кадров; связывает напрямую заказы поставщику с конкретными передать в производственную программу для формирования заказа производству не только состав изделия, но и технологию его изготовления, что позволяет точно планировать ресурсы. Процесс производства начинается с технических требований и заканчивается поставкой готовых изделий. На начальном этапе разработки создается концептуальный проект предполагаемого продукта, который подвергается анализу. Далее следует проектирование и создание прототипов. ERP формирует электронное управление хозяйственной деятельностью. Главная цель концепции ERP - распространить принципы MRPII (Manufactory Resource Planning, планирование производственных ресурсов) на управление современными корпорациями. Концепция ERP представляет собой надстройку над методологией MRPII. Не внося никаких изменений в механизм планирования производственных ресурсов, она позволяет решить ряд дополнительных задач, связанных с усложнением структуры компании.
Системы класса ERP отличает набор следующих свойств: универсальность с точки зрения типов производств; поддержка многозвенного производственного планирования; более широкая (по сравнению с MRPII) сфера интегрированного планирования ресурсов; включение в систему мощного блока планирования и учета корпоративных финансов; внедрение в систему средств поддержки принятия решений.
CAD-системы (сomputer-aided design компьютерная поддержка проектирования) предназначены для решения конструкторских задач и оформления конструкторской документации (более привычно они именуются системами автоматизированного проектирования САПР). Как правило, в современные CAD-системы входят модули моделирования трехмерной объемной конструкции (детали) и оформления чертежей и текстовой конструкторской документации (спецификаций, ведомостей и т.д.). Ведущие трехмерные CAD-системы позволяют реализовать идею сквозного цикла подготовки и производства сложных промышленных изделий.
В свою очередь, CAM-системы (computer-aided manufacturing компьютерная поддержка изготовления) предназначены для проектирования обработки изделий на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) и выдачи программ для этих станков (фрезерных, сверлильных, эрозионных, пробивных, токарных, шлифовальных и др.). CAM-системы еще называют системами технологической подготовки производства. В настоящее время они являются практически единственным способом для изготовления сложнопрофильных деталей и сокращения цикла их производства. В CAM-системах используется трехмерная модель детали, созданная в CAD-системе.
САЕ-системы (computer-aided engineering поддержка инженерных расчетов) представляют собой обширный класс систем, каждая из которых позволяет решать определенную расчетную задачу (группу задач), начиная от расчетов на прочность, анализа и моделирования тепловых процессов до расчетов гидравлических систем и машин, расчетов процессов литья. В CAЕ-системах также используется трехмерная модель изделия, созданная в CAD-системе. CAE-системы еще называют системами инженерного анализа.
За почти 30-летний период существования CAD/CAM/CAE-систем сложилась их общепринятая международная классификация: •Чертежно-ориентированные системы, которые появились первыми в 70-е гг. (и успешно применяются в некоторых случаях до сих пор). •Системы, позволяющие создавать трехмерную электронную модель объекта, которая дает возможность решения задач его моделирования вплоть до момента изготовления. •Системы, поддерживающие концепцию полного электронного описания объекта (EPD Electronic Product Definition). EPD это технология, которая обеспечивает разработку и поддержку электронной информационной модели на протяжении всего жизненного цикла изделия, включая маркетинг, концептуальное и рабочее проектирование, технологическую подготовку, производство, эксплуатацию, ремонт и утилизацию. При применении EPD-концепции предполагается замещение компонентно-центрического последовательного проектирования сложного изделия на изделие-центрический процесс, выполняемый проектно-производственными командами, работающими коллективно. Вследствие разработки EPD-концепции и появились основания для превращения автономных CAD-, CAM- и CAE-систем в интегрированные CAD/CAM/CAE-системы.
Традиционно существует также деление CAD/CAM/CAE-систем на системы верхнего, среднего и нижнего уровней. Cледует отметить, что это деление является достаточно условным, т.к. сейчас наблюдается тенденция приближения систем среднего уровня (по различным параметрам) к системам верхнего уровня, а системы нижнего уровня все чаще перестают быть просто двумерными чертежно-ориентированными и становятся трехмерными.
Примерами CAD/CAM-систем верхнего уровня являются Pro/Engineer, Unigraphics, CATIA, EUCLID, I-DEAS (все они имеют расчетную часть CAE).
В настоящее время на рынке широко используются два типа твердотельного геометрических ядра (Parasolid от фирмы Unigraphics Solutions и ACIS от Spatial Technology). Наиболее известными CAD/CAM-системами среднего уровня на основе ядра ACIS являются: ADEM (Omega Technology); Cimatron (Cimatron Ltd.); Mastercam (CNC Software, Inc.); AutoCAD 2000, Mechanical Desktop и Autodesk Inventor (Autodesk Inc.); Powermill (DELCAM); CADdy++ Mechanical Design (Ziegler Informatics GmbH); семейство продуктов Bravo (Unigraphics Solutions), IronCad (VDS) и др. К числу CAD/CAM-систем среднего уровня на основе ядра Parasolid принадлежат, в частности, MicroStation Modeler (Bentley Systems Inc.); CADKEY 99 (CADKEY Corp.); Pro/Desktop (Parametric Technology Corp.); SolidWorks (SolidWorks Corp.); Anvil Express (MCS Inc.), Solid Edge и Unigraphics Modeling (Unigraphics Solutions); IronCAD (VDS) и др.
CAD-системы нижнего уровня (например, AutCAD LT, Medusa, TrueCAD, КОМПАС, БАЗИС и др.) применяются только при автоматизации чертежных работ.