И.В. Шинаков,
к.т.н., доц.,
Владимирский государственный университет, mtf@vlsu.ru,
г. Владимир
Abstract
The basis of CALS-technologies and created
on the basis of the automated determination of the information model of the
product is an integrated information environment. Object-oriented modeling can
adequately translate the many processes that occur at the manufacturing plant,
in a virtual information space, which made all the relevant issues associated
with the use of CALS-technologies.
Основой ИПИ-технологий
и создаваемых на этой основе автоматизированных систем является интегрированная
информационная среда. Ключевой методологией концепции интегрированной информационной среды (ИИС) является
объектно-ориентированное моделирование.
Обычно в
процессе традиционного моделирования для решения прикладных вычислительных
задач основой разработки становится единственная математическая модель
проблемы, которая адаптируется к различным областям практических приложений.
Однако такой подход к решению производственных проблем практически нереализуем,
т.к. ввиду сложности и многообразия этих проблем единую модель создать
невозможно. Если в добавок к производственным задачам включить в рассмотрение
также проблемы поставок, эксплуатации, обслуживания и ремонта изделий, т.е. все
стадии ЖЦ, то ситуация становится практически неразрешимой.
При
объектно-ориентированном подходе основой системы становится не одна модель в
какой-то предметной области, а общая (интегрированная) база данных (ОБД), к
которой могут обращаться различные проблемно-ориентированные модели.
Объектно-ориентированное
моделирование позволяет адекватно перевести многие процессы, протекающие на
производственном предприятии, в виртуальное информационное пространство, что и
сделало актуальной всю проблематику, связанную с использованием CALS/ИПИ-технологий.
Сказанное относится, в частности, к процессам конструкторской и технологической
подготовки производства, в ходе которых создается техническая документация
различных видов и назначения, а также к процессам управления на всех уровнях, в
которых приходится иметь дело с большими объемами разнообразной информации. В
настоящее время эти процессы в значительной мере состоят из операций создания,
преобразования, транспортирования и хранения информационных объектов в рамках
интегрированной информационной среды.
Интегрированная информационная среда взаимодействует с
процессами ЖЦ продукции предприятия, в этом взаимодействии используется
информация, содержащаяся в ИИС, а информационные объекты (ИО), порождаемые в
ходе процессов, возвращаются в ИИС для хранения и последующего использования в
других процессах.
При
создании любого нового изделия и технологической подготовке его производства
средствами конструкторских и технологических САПР (CAE/CAD/CAM)
в ИИС создаются соответствующие ИО, описывающие структуру изделия, его состав и
все входящие компоненты: детали, узлы, агрегаты, комплектующие, материалы и
т.д. Каждый ИО обладает атрибутами, описывающими свойства физического объекта:
технические требования и условия, геометрические (размерные) параметры,
массогабаритные показатели, характеристики прочности, надежности, ресурса, а
также другие свойства изделия и его компонентов.
Информационные
объекты в составе ОБДИ содержат в произвольном формате информацию, требуемую
для выпуска и поддержки технической документации, необходимой на всех стадиях
ЖЦ для всех изделий, выпускаемых предприятием. Каждый ИО идентифицируется
уникальным кодом и может быть извлечен из ОБДИ для выполнения действий с ним.
Общая база данных об изделии обеспечивает информационное обслуживание и
поддержку деятельности заказчиков (владельцев) изделия, разработчиков
(конструкторов) и технологов, управленческого и производственного персонала
предприятия, изготовителя изделия, эксплуатационного и ремонтного персонала
заказчика и специализированных служб и др.
На каждой стадии ЖЦ
изделий требуется конкретный объем данных, определяемый содержанием решаемых
задач. Совокупность этих данных можно трактовать как частные информационные
модели изделия, процессов и ресурсов, соответствующие различным этапам ЖЦ
изделия. Каждый класс данных может иметь свой набор «методов» работы, который
образует «технологический» слой программного обеспечения – систему (или
комплекс систем) управления данными, учитывающую их семантику, особенности
организации и обеспечивающую высокоуровневый интерфейс обмена с прикладными
системами.
Информационная модель
изделия представляет собой множество понятий (сущностей) в совокупности со
значениями его свойств (атрибутов) и заданных на этом множестве отношений.
При
автоматизации каждого этапа ЖЦ изделия (или его части) создают частную
информационную модель предметной области, для чего:
· формируют множество
понятий, отображающих объекты предметной области, необходимые для решения
поставленной задачи;
· формируют множество
атрибутов понятий, отображающих свойства объектов предметной области;
· устанавливают
отношения между понятиями, соответствующие отношениям между объектами
предметной области.
Множество понятий и
присущих им атрибутов образуют модель частной задачи, а множество отношений
между понятиями – логическую основу процедур и алгоритмов обработки данных.
Как правило, модель на
каждом этапе служит только для обмена информацией об изделии, т. е. является
источником первоначальной информации для всех прикладных систем, использующихся
на данном этапе, и собирает все результаты их работы. При этом преобразование
исходной информации в результирующую на каждом этапе происходит только
в прикладных системах.
Процесс изготовления
изделия представляет собой совокупность последовательно (или/и параллельно)
выполняемых операций, в ходе которых происходит преобразование материальных
или/и информационных потоков в соответствующие потоки с другими свойствами. В
ходе этого процесса потребляются финансовые, энергетические, трудовые и
материальные ресурсы, а также используются соответствующие данные.
Например, на стадии
проектирования и разработки используются данные об изделии, о процессе
проектирования, требуемых организационных и иных ресурсах. Информационная
модель технологической подготовки производства трактуется как описание
процесса, использующее данные об изделии и технологических ресурсах. Модель
производства также может быть представлена как описание процесса, связанного с
данными об изделии и потребных материальных, финансовых и иных ресурсах. Кроме
того, частные информационные модели могут быть сформированы для специфических
точек зрения, например «управление качеством», «обеспечение эффективной
эксплуатации» и др.
Совокупность
стандартизованных частных информационных моделей изделия, процессов и ресурсов
образует полное электронное определение изделия (ПЭОИ), обеспечивающее
информационную поддержку процессов, выполняемых в ходе его ЖЦ.
Под понятием ПЭОИ подразумевается
единая интегрированная модель, содержащая всю информацию об изделии, требуемую
на любом из этапов его ЖЦ, а при построении каждого фрагмента модели
используются единые средства и методы построения. При этом подразумевается
также обеспечение целостности всей модели, описывающей изделие.
С позиций системной
архитектуры базовые интегрированные информационные модели – это фундамент, на
котором могут быть построены автоматизированные системы управления различного
уровня. На основе одной и той же модели ЖЦ и бизнес-процессов решаются задачи
анализа эффективности бизнес-процессов и обеспечения качества продукции. Интегрированная
модель изделия обеспечивает обмен конструкторскими данными между
проектировщиком и производителем, является источником информации для расчета
потребности в материалах и создания электронных справочников по эксплуатации
продукта и т.д.
ПЭОИ имеет большой
объем и включает в себя фрагменты, относящиеся к различным предметным областям.
Вследствие этого процесс создания интегрированной модели является также
дискретным с точки зрения ЖЦ изделия: отдельные фрагменты интегрированной
модели создаются и включаются в нее на разных этапах ЖЦ изделия. При этом
необходимо хранение всех фрагментов интегрированной модели изделия независимо
от того, на каком этапе ЖЦ изделия данный фрагмент был создан. Например,
эскизный проект изделия не отменяется с появлением технического проекта, а
появление изменения в конструкции производящегося изделия не означает, что
описание конструкции ранее произведенных изделий не должно сохраняться.
Вследствие указанных
особенностей интегрированная модель изделия имеет модульный принцип построения.
Модульность интегрированной модели требует наличия средств, описывающих состав
модулей, их основные параметры (дату возникновения, ответственных, предметную
область, права доступа и т.д.), взаимоотношение модулей. Если содержимое
каждого из модулей – это данные об изделии, то описание самих модулей – это
метаданные, т.е. данные, описывающие данные. Данные, описывающие модули,
формируют структуру интегрированной модели изделия, поэтому они являются
структурными метаданными.
Многообразие
предметных областей, охватываемых интегрированной моделью изделия, требует
наличия данных, описывающих эти предметные области. Такие данные по отношению к
данным об изделии являются словарными метаданными.
На основании
изложенного можно сделать вывод, что интегрированная модель изделия должна
обладать следующими свойствами: модульность; неуничтожаемость данных; наличие
структурных и словарных метаданных; множественность предметных областей и
предметную ориентацию. Следовательно, такая модель изделия может строиться по
технологии Data Vault (Хранилище Данных).
Классическое определение Хранилища Данных характеризуется как
предметно-ориентированный, интегрированный, неизменчивый, поддерживающий
хронологию набор данных, организованный для целей поддержки управления.