Актуальность
применения PDM решений системы TeamCenter в
ракетно-космической промышленности
Д.А. Шканов,
инж. ВЦ ИПИ,
ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, zavod-hrunichev@mail.ru, г. Москва
Применение PDM решений
в ракетно-космической промышленности открывает новые перспективы и дает большой
импульс для развития старейших аэрокосмических предприятий России, таких как
ГКНПЦ имени М.В. Хруничева и его филиалы.
Предпосылки возникновения и
развития PDM-систем произошли из-за всеобщей информатизации
общества и производства, причем информатизации электронной, когда информация
представляется в цифровом виде.
Чертёж даёт возможность
достаточно точно воспринять содержащуюся в нем информацию. Синтаксис и
семантика этого языка, то есть соответствующие стандарты и правила, позволяют
строить на этом языке любые сложные конструкции.
Однако, язык техники, «живет»,
то есть изменяется, развивается, расширяется, охватывает новые понятия,
становится все более многообразным, более удобным и универсальным. Самое
революционное преобразование в технике за последние десятилетия как раз и
состояло в том, что чертеж перестал быть языком техники. Сама жизнь потребовала
включения в состав такого языка не только графических, но и других данных,
необходимых для полного описания изделия или продукта. Среди этих актуальных в
настоящее время данных - электронные модели, тексты, таблицы, результаты
расчетов, различные изображения, анимация, медиа-данные и т.д. Язык из
чертежно-ориентированного должен был стать объектно-ориентированным или
продукто-ориентированным.
Для реализации
продукто-ориентированного подхода к описанию изделия потребовались новые
информационные системы производственного характера – системы управления
производственными данными – PDM (Product
Data Management).
PDM-система должна контролировать
все связанные с изделием информационные процессы (в первую очередь,
проектирование изделия) и всю информацию об изделии, включая: состав и
структуру изделия, геометрические данные, чертежи, планы проектирования и
производства, нормативные документы, программы для станков с ЧПУ, результаты
анализа, корреспонденцию, данные о партиях изделия и отдельных экземплярах
изделия и многое другое.
С помощью PDM-систем
осуществляется:
·
отслеживание
больших массивов данных и инженерно-технической информации, необходимых на
этапах проектирования, производства или строительства
·
поддержка
эксплуатации, сопровождения и утилизации технических изделий. PDM-системы
интегрируют информацию любых форматов и типов, предоставляя ее пользователям
уже в структурированном виде (при этом структуризация привязана к особенностям
современного промышленного производства). PDM-системы работают не только с
текстовыми документами, но и с геометрическими моделями и данными, необходимыми
для функционирования автоматических линий, станков с ЧПУ и др, причём доступ к
таким данным осуществляется непосредственно из PDM-системы.
1. Краткая история развития PDM-систем
Первые
системы PDM появились в конце 80-х – начале 90-х годов прошлого столетия.
Развитие этих систем происходило очень стремительно. Появление систем PDM было
вызвано все возрастающими сложностями в области согласованной работы в среде
САПР уровня рабочей группы. Прежде всего, проблемы применения САПР уровня
рабочей группы состояли в том, что для обеспечения эффективной работы над одним
сложным изделием разработчикам, т.е. конструкторам, проектировщикам,
компоновщикам, технологам и т.д. требовалось дополнительное к САПР программное
обеспечение, которое отслеживало бы состав всех САПРовских файлов и каталогов,
относящихся к разрабатываемому изделию. Это было необходимо для обеспечения
целостности, непротиворечивости и актуальности данных. В начале 90-х годов даже
самые развитые САПР уже не рисковали предлагать «встроенные» модули управления
совместно используемой проектной информацией. Эти системы сосредоточились
только на трехмерном твердотельном групповом проектировании сборок.
Информационное обеспечение работы с такого рода сборками было выделено в
самостоятельную задачу, реализация которой и вызвала к жизни появление на рынке
систем PDM первого поколения.
Однако,
уже к середине 90-х годов стало ясно, что системы PDM первого поколения успешно
решают только задачи информационного обеспечения группы проектировщиков. Для
интеграции систем PDM в общий производственный процесс необходимо было уйти от
концепции PDM первого поколения, а сами PDM требовалось дополнить и расширить.
Дополнить состав модулей надо было новой функциональностью – учетом не только
конструкторских, но и других, в первую очередь, технологических аспектов
деятельности производства. Расширять применимость систем надо было, уходя за
рамки проектных групп и включая в информационный контур PDM руководящее звено,
технологические и плановые подразделения.
Характерной задачей PDM второго поколения
стало обеспечение управления всеми проектными данными в соответствии с
правилами, устанавливаемыми для участников на каждом этапе работ над изделием.
Таким образом, на повестку дня вышла задача управления жизненным циклом изделия
(«Lifecycle»), которая является актуальной и поныне. В качестве «параллельной»
решалась также задача «сотрудничества» с модулями систем АСУ по
материально-ресурсному планированию производства, то есть стыковка с системами
ERP. Областью применения систем PDM второго поколения стали группы и
подразделения предприятия, непосредственно занятые в процессе производства.
Применение систем PDM второго поколения
позволило рационализировать информационный обмен актуальными данными между
подразделениями предприятия в целом, автоматизировать некоторые функции принятия
решений при продвижении информации об изделии по этапам жизненного цикла,
сократить потери на организацию доступа нужного уровня к общему банку данных
предприятия для каждого из клиентов системы PDM. Как результат – применение
такого рода систем PDM должно было существенно сократить непроизводительные
потери, особенно при выполнении работ над образцами новой техники.
Вскоре
лидеры мирового рынка CAD/CAM начали активно продвигать в жизнь идею,
впоследствии известную под названием "Полное электронное определение
изделия" – идею тотального охвата всех информационных потоков, касающихся
изделия, независимо от того, где, кем и для чего была произведена информация.
Вдруг выяснилось и стало очевидным фактом совершенно игнорировавшееся ранее
положение, что не конструкторы-проектировщики задают структуру изделия, а
вообще говоря, структура изделия диктуется, пусть и опосредованно, составом
характеристик и существенных параметров изделия. Например, в аэрокосмической
отрасли - это так называемые ТТХ (тактико-технические характеристики летательного
аппарата). А эта информация, в свою очередь, в ТЗ попадает после анализа
«прибыльных» ниш рынка и учета конкретных потребностей заказчиков.
Следовательно, уже не конструкторы-разработчики формируют первую версию
структуры изделия.
Отсюда
вытекает важный момент в эволюции систем PDM, который заключается в следующем.
Если раньше информация о структуре изделий формировалась внешними полнофункциональными
САПР и далее экспортировалась в PDM, то теперь формирование структуры изделия -
“дерева сборки” - становится непосредственной задачей систем PDM. Теперь полнофункциональные
САПР уже становятся получателями, а не производителями информации о структуре
изделия. Результатом такого нового видения проблемы охвата информационных
потоков, относящихся к изделию, стало значительное ужесточение требований к
современным PDM в части платформной независимости, универсальности,
многофункциональности, открытости и дружественности со стороны интерфейса
пользователя.
Провозглашенное
стремление к тотальному охвату информационных потоков потребовало также со
стороны систем PDM более тесной интеграции с системами ресурсного планирования
предприятия, такими как Oracle Application, SAP R/3, BAAN и т.д. Так как
стандарта структуры данных «де юре» для таких систем еще не существовало, то в
качестве рабочего варианта выбирался формат структур данных о составе изделия
SAP R/3 или структура данных о составе изделия STEP, и такой формат
использовался для интеграции систем PDM и ERP по совместно используемым данным.
Для появившихся в период 1996-
·
контроль структуры
изделия;
·
контроль
жизненного цикла изделия;
·
контроль версий и
релизов информационных объектов;
·
генератор
спецификаций.
В
качестве дополнительной задачи в этих системах решались вопросы контроля потока
работ каждого конкретного исполнителя, то есть «workflow». Конечным результатом
применения систем PDM третьего поколения на практике явилось существенное
сокращение непроизводительных потерь в условиях жесткой конкурентной борьбы за
рынки сбыта не только при выполнении работ над образцами новой техники, но и
при организации работ по серийному и мелкосерийному выпуску продукции массового
назначения.
К
концу 90-х годов на рынке систем PDM выявились новые тенденции, которые не
могли быть полномасштабно реализованы в системах PDM третьего поколения.
Первая
из них была связана со взрывным развитием электронной коммерции в Интернете,
получившей название "e-Business", а вторая была обусловлена все более
и более развивающейся глобализацией промышленного производства. К 1999 году
«чистая» электронная коммерция, основанная на выполнении функций заказа-оплаты
через базовый интерфейс обычного Web-просмотровщика, закрывала, в первую
очередь, сектора литературных, музыкальных и потребительских товаров и
демонстрировала рекордные показатели прибыльности.
Вторая
тенденция требовала появления программного обеспечения, поддерживающего
совместную работу оптимального по количеству и рационального по
производительности состава соисполнителей-субподрядчиков, которые выбирались
для участия в крупных машиностроительных проектах вне зависимости от их
реального географического расположения.
Две
эти тенденции привели к значительной активизации компаний-разработчиков
программных продуктов в области приложений, относящихся к электронной коммерции
для организации взаимодействия в звеньях «заказчик - поставщик», «поставщик -
производитель» и «производитель – субподрядчики». Это касалось, в первую
очередь, выполнения крупных проектов, прежде всего в аэрокосмической отрасли,
автомобилестроении, судостроении и в военной промышленности.
При
таком подходе к построению систем PDM нового, четвертого поколения центр
тяжести в структуризации перемещался с категории «изделие» на категорию
«процесс изготовления и сопровождения изделия». Именно при таком изменении
«видения» проблемы достигается реальный прорыв в качестве управления и
оперативности его применения. Дело в
том, что в новых, «интернетовских» условиях успех фирмы-изготовителя
определяется уже не просто способностью «выбросить» вовремя на рынок новую
модификацию серийного изделия или новое изделие под новые задачи, а тем, как
быстро фирма-производитель сумеет перестроить свой производственный процесс под
многочисленные и разнообразные требования заказчиков, когда учитываются
индивидуальные требования по каждому заказу.
Ясно,
что понятие «изделие» при такой методике управления производственной
информацией перестает быть чем-то раз и навсегда заданным, «информационной
основой» или «структурной базой» PDM. Здесь на первый план выступают структуры
производственных отношений, их изменение и упорядочение в ходе выполнения
сформированного портфеля заказов. И успех предприятия определяется уже не тем,
какие новые продукты и изделия оно выпустит на рынок, а тем, как оно учтет в
программе выпуска готовых изделий изменяющиеся как количественно, так и
качественно, требования разнообразных заказчиков.
Именно
в системах PDM четвертого поколения существенно возросли функциональные
возможности отслеживания запросов на внесение изменений в модельный ряд,
возможности управления внесением таких изменений и отслеживания процессов
рассылки и протоколирования хода изменений. Реально полноценная организация
связей с заказчиками, напрямую или чаще всего через сеть дилеров-поставщиков
возможна только через Интернет при помощи Web-технологий. При этом чистая,
«классическая», клиент-серверная модель уже перестает работать. Поэтому
необходимо ориентироваться на широкое использование принципов организации среды
WEB, особенностей применения Java, HTML и XML для формирования страниц
взаимодействия с пользователями системы и т.д. Совокупность всех этих
требований приводит к появлению принципиально нового поколения систем PDM –
WEB-ориентированных, вернее, базирующихся на WEB-технологиях систем PDM. В
зарубежной литературе для характеристики таких систем применяется термин –
WEB-centric.
Ракетно-космической отрасли
свойственна определенная консервативность, вызванная требованиями надежности,
поэтому работа ведется зачастую с ограниченным кругом поставщиков и
потребителей. На
первый план выходит организация данных именно вокруг структуры изделия, что
прекрасно реализуется PDM-системами
третьего поколения. PDM-система
TeamCenter компании Siemens объединяет в себе лучшие качества систем третьего
и четвертого поколения решений в области PDM, являясь, таким образом, одним из наилучших
вариантов для применения в аэрокосмической отрасли.
2. Линейка TeamCenter
Компания
Siemens предлагает своим заказчикам полный спектр решений в области управления
жизненным циклом изделия для всех отраслей промышленности. Эти решения
объединены под общим названием Teamcenter:
·
Teamcenter Requirements
Система управления
техническими требованиями.
·
Teamcenter Project
Система управления
проектами.
·
Teamcenter Engineering
Система управления
инженерными данными.
·
Teamcenter Manufacturing
Система управления
технологической подготовкой производства.
·
Teamcenter Visualization
Комплекс средств
визуализации.
·
Teamcenter Community
Комплекс средств
взаимодействия как внутри компании, так и с вовлечением партнеров и
поставщиков.
·
Teamcenter Enterprise
Корпоративная
информационная система.
·
Teamcenter Industry Solutions
Специальные готовые
решения для различных областей промышленности.
·
Teamcenter Integrator
Архитектура,
позволяющая объединить все решения в единую информационную среду.
TeamCenter - это первое в мире
полное решение в области управления жизненным циклом изделия, которое
обеспечивает применение технологий web для
обеспечения взаимодействия, основанного на аккумулировании информации вокруг
изделия для того, чтобы заказчики смогли сократить цикл выпуска новых изделий,
повысить качество и снизить затраты. Платформа TeamCenter состоит из средств обеспечения открытой архитектуры,
которые являются как бы основанием, позволяющим осуществлять взаимодействие с
другими промышленными приложениями, такими как ERP, SCM, CRM, и т.п. Далее, это решения, представляющие собой
основу для взаимодействия на предприятии – «collaboration foundation»,
и являющиеся поддержкой для управления важной информацией об изделиях и
процессах. Затем, средства и приложения для создания среды взаимодействия – «community», такие как «чат» и конференции в реальном времени. И,
наконец, основа для инженерного взаимодействия и визуализации в САПР нейтральной
среде, что позволяет обеспечить интеграцию проектных и производственных данных
на протяжении всего жизненного цикла изделия. Вокруг этой базы сконцентрирован
набор решений таких, как управление техническими требованиями (requirements management),
управление проектами (project
management), планирование производства (manufacturing planning),
и управление данными об изделии (product
data management).
3. Преимущества внедрения TeamCenter
В таблице 1 приведены основные
преимущества внедрения TeamCenter.
Таблица 1
Преимущества
внедрения TeamCenter
|
Этап |
Выгоды |
|
Планирование производства |
Сокращение
на 30-90 % сроков технологической подготовки производства |
|
Планирование процессов сборки |
Сокращение
цикла сборки изделия в 1,5 – 2 раза и уменьшение времени разработки
технологического процесса сборки в 2-4 раза |
|
Планирование процессов |
Сокращение
времени запуска изделия в производство на 40-85 % и снижение стоимости
запуска изделия в производство в 1,5 - 2 раза |
|
Проектирование технологических процессов |
Сокращение
сроков разработки в 2-4 раза, повышение качества технологической документации
и уменьшение количества ошибок (за счет использования ассоциативных связей) |
|
Планирование ресурсов |
Сокращение
расходов на хранение комплектующих и материалов, а так же исключение простоев
производства из-за отсутствия необходимых материалов и комплектующих |
|
Проектирование инструментов и приспособлений |
Исключение
ошибки при внесении изменений и замене комплектующих (за счет ассоциативных
связей) |
Таким образом, полномасштабное
внедрение PDM-системы TeamCenter в условиях аэрокосмического предприятия открывает
значительные перспективы и большие внутренние резервы, позволяет значительно
повысить качество производственного процесса и сократить издержки. В условиях
рыночной экономики данные пункты принимают критическое значение.
Литература
1. Рутковский
А.В. Исследование методов конструкторских решений в PDM-системе и разработка модели приемо-сдаточных
работ. Москва.