Технологии информационной поддержки виртуального предприятия в техническом вузе

видов ремонтов (восстановления) элементов измерительных приборов. Вместе с этим, всегда присутствующий недостаток материальных и финансовых и иных ресурсов привел к необходимости проведения дополнительных исследований проблемы поддержки гарантий точности и надежности серийной дозиметрической аппаратуры, с целью выявления возможных резервов ее качества и постоянного совершенствования. Эти исследования должны наметить вектор исправления не всегда рациональных подходов к планированию процедур метрологического обслуживания дозиметрических приборов, которое пока осуществляется без учета фактических условий их эксплуатации и конструкторско-технологической наследственности. Основная идея по использованию существующих резервов ресурсных и финансовых возможностей для улучшения процесса метрологического обслуживания дозиметрической аппаратуры, которую серийно изготавливает ОАО «Приборный завод «Сигнал», состоит в том, чтобы к оцениванию соответствия серийных изделий ядерного приборостроения проектным служебным свойствам, к планированию технического и метрологического обслуживания, к процедурам восстановления и ремонта приборов, подойти избирательно исходя из принципа умеренности. Все это в конечном итоге обеспечивает реализацию системных мероприятий по улучшению качества и надежности серийных изделий для дозиметрического контроля и как следствие способствует уменьшению вероятностей реализации опасностей и угроз при эксплуатации объектов использования атомной энергии.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Чебышев СБ., Матвеев ВВ., Стасъ КН., Самосадный 8.Т. Измерительно-информационные технологии ядерного приборостроения, синергитический подход//Инженерная физика. 2001, №4. С. 10-15.

2. Бродин В. Б., Шагурин И И. Микроконтроллеры. Архитектура, программирование, интерфейс. М.: Издательство ЭКОМ, 1999.400с.

3, Тутнов И.А Информацношю-управляющие системы и л я технического диагностирования объектов использования атомной 'энергии. Учебное пособие для вузов. М.: РАДЭКОН. 2003. 127 с.

4, Хенли Э., Кумамото X. Надежность технических систем и оценка риска. М.: Машиностроение. 1984. 528с. .

Статья поступила в редакцию 23сентя6ря 2006 г

УДК 621.002:658.01 1:681.3 А.А. Черепашкое

ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ВИРТУАЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ В ТЕХНИЧЕСКОМ ВУЗЕ

Рассмотрены проблемы внедрения технологий информационной поддержки жизненного цикла продукции (CALS\M!7li - технологии). Внедрение этих жизненно важных для российских производителей новаций сдерживается, прежде всего, из-за отсутствия кадров, способных эффективно работать в среде современных автоматизированных систем. Проведен анализ комплекса компьютерных автоматизированных систем промышленного назначения и показана возможность создания и использования в техническом вузе специализированного виртуального предприятия для обучения технологиям и средствам комплексной автоматизации и информационной интеграции.

Одной из главных тенденций развития информационных технологий в современной промышленности является комплексная компьютеризация всего жизненного цикла продукции. Методологической основой для пропаганды и развития идей комплексной автоматизации и интеграции в настоящее время выступает стратегия CALS (Continuous Acquisition and Life cycle Support - непрерывное развитие и поддержка жизненного цикла продукции на основе новых информационных технологий) [1,2,3]. Многие подходы и средства CALS, которые изначально создавались для компьютеризации жизненного цикла военных заказов, оказались весьма действенным средством для сокращения сроков и повышения эффективности разработки практически любых промышленных изделий.

В промышленно развитых странах достижения CALS широко используются в сложном машиностроении (авиа-, авто- и пр. [3]), где в цепочке прикладных систем, поддерживающих этапы жизненного цикла изделия, в наибольшей мере разработаны технологии интеграции для CAD/CAM/CAE систем. В нашей стране эту область промышленной информатики приня-

109

то называть обобщающим термином: «САПР». Практически все ведущие фирмы разработчики САПР в настоящее время активно создают собственные средства управления инженерными данными, и к аббревиатуре, обозначающей область интересов фирм занимающихся автоматизацией промышленности, прочно добавилась еще одна компонента (.../PDM).

PDM является лишь одним из инструментов создания комплексной автоматизированной системы управления жизненным циклом изделия (PLM — системы)[2]. Создание PLM — системы это достаточно длительный процесс, затрагивающий деятельность большинства служб и подразделений предприятия. Решаемые с их помощью САЬЗ\ИПИ — технологий задачи выходят далеко за рамки САПР, а на одно из ведущих мест выходят проблемы управления процессами проектирования, производства и эксплуатации, в том числе автоматизация логистики и управления качеством выпускаемой продукции.

CALS-технологии, за которыми в России уже закрепилась аббревиатура ИПИ - технологии (технологи Информационной Поддержки жизненного цикла Изделий), включены в перечень критических технологий РФ. Массовое внедрение этих жизненно важных для Российских производителей новаций сдерживается, прежде всего, из-за отсутствия кадров, способных работать в условиях перехода на современные информационные технологии.

Если изучение теоретических основ прикладной информатики и освоение локальных средств автоматизации может быть решено с помощью традиционных учебных методик [4-6], то проблема практического освоения интеграционных технологий остается открытой [7].

В настоящее время, уровень развития средств информационной поддержки жизненного цикла изделий (ЖДИ), даже на передовых предприятиях, носит, в основном, лоскутный, фрагментарный характер, не позволяющий рекомендовать их в качестве академических образцов. С экономической точки зрения, и в обозримом будущем трудно рассчитывать на полноценное использование производственной базы коммерческих, акционерных предприятий для организации массового обучения студентов.

«Виртуальное предприятие» (ВП) - это один из новых терминов в области технологий комплексной автоматизации промышленности. Виртуальное предприятие (virtual enterprise), определяемое как группа предприятий, объединенных на контрактной основе, не имеющих единой организационной инфраструктуры, но объединенные единой информационной инфраструктурой на основе единого информационного пространства (ЕИП) изделия [2] с образовательной точки зрения может рассматриваться не только как объект, но и как средство обучения.

Для компьютерной поддержки учебного процесса по освоению промышленных информационных технологий в условиях учебного заведения, предлагается использовать своеобразные комплексные компьютерные модели (прототипы) PLM производственного предприятия [8]. Автоматизированные рабочие места такого виртуального предприятия связаны между собой компьютерной сетью и территориально могут располагаться в различных подразделениях учебного заведения. Название «Учебное виртуальное предприятие» как нельзя лучше соответствует «духу и букве» задачи обучения технологиям комплексной автоматизации промышленности.

Уже в силу своего образовательного предназначения учебное виртуальное предприятие должно обладать существенными отличительными признаками от промышленного аналога. Целью персонала учебного ВП (УВП) является практическое освоение и опытная отработка взаимосвязанного комплекса информационных технологий, соответствующих программных и технических средств автоматизации, информационных моделей и стандартов. Предполагается использование ВП в качестве лабораторной и опытно-научной базы учебного заведения. Что позволяет ввести в обращение общее название: «Учебно-Научное Виртуальное Предприятие» (УНВП) вуза [9].

УНВП может не производить материальных объектов и товарных изделий, а оперировать их информационными моделями и имитаторами. Решение малоразмерных и компактных учебно-исследовательских задач позволит реализовать интеграционные цепочки информационных технологий опережающими темпами по сравнению с промышленными предприятиями, а отсутствие материальных объектов минимизирует затраты.

Таким образом, можно дать следующее определение учебного виртуального предприятия, действующего в рамках высшего учебного заведения.

УНВП вуза - виртуальная автоматизированная организационно-техническая система, объединяющая в единой интегрированной информационной среде различные по подчиненно-

ПО

сти и собственности подразделения, системы и локальные средства автоматизации учебного заведения и других организаций, в своем комплексе обеспечивающие практическую подготовку и научные исследования обучаемых в области промышленных информационных техно* логий.

УНВП предназначено для использования в качестве своеобразного полигона, позволяющего многократно и быстро изменять условия производственной среды. При этом в процессе учебной деятельности в составе УНВП, обучаемый получает возможности для апробации различных ролевых функций выполняемых персоналом промышленной автоматизированной системы.

Прототипом, при создании УНВП вуза, может выступать конкретное промышленное предприятие, или обобщенная модель предприятий, в которой используется или имитируется организационная и информационная структура, построенная по типовой отраслевой схеме. В данном случае формируется единое информационное пространство (ЕИП) приближенное к реальным условиям и отражающее специфику определенной предметной области. Причем, варьируя структуру, состав и управляя переменными единой информационной среды можно проводить исследования различных PLM-решений и выполнять оптимизацию выбранного варианта.

Как известно [1-3] в качестве основных средств интеграции в современной промышленности используются ERP системы (Enterprise Resource Planning), решающие в основном задачи автоматизации управления ресурсами продприятия и PDM - системы, предназначенные для управления инженерными данными о продукции. Организация эффективного взаимодействия этих двух центров интеграции в комплексной PLM - системе осуществляется индивидуально для каждого реального промышленного предприятия и является одной из основных проблем Для консалтинговых фирм, реализующих проекты комплексной интеграции. Для предприятий непрерывного типа производства, серийных заводов, выпускающих структурно «простые» изделия (нефтегазовая, металлургическая, пищевая промышленность и т п.) характерен приоритет ERP - систем. Для предприятий с единичным (позаказным) типом производства, а также в сложном машиностроении, в проектных институтах и КБ лидирующую роль играют PDM - системы, наиболее полно аккумулирующие все данные об изделии. Если в первом случае приоритет отдается организационно-экономическим процессам и задачам, то во втором определяющее значение имеют процессы конструкторско-технологической подготовки производства (КТПП), модернизации и эксплуатации сложной техники.

В УНВП вуза, который не предназначен для массового выпуска товарной продукции ERP- система, скорее всего, будет функционировать в режиме имитатора, позволяющего исследовать влияние основных факторов организациионно-экономической среды на инженерные процессы ЖЦИ, прорабатываемые уже значительно более детально и реалистично. Таким образом, интеграционным ядром УНВП, как это и предусмотрено в методологии CALS, должна является система управления инженерными данными (PDM), включающая подсистему управления потоком работ (Work Flow) КТПП.

Для обучаемых PDM - система играет роль рабочей среды, непосредственно реализуя средствами Work Flow сценарий учебной деятельности, разработанный преподавателем.

Специфическим, основным существенным отличием учебного виртуального предприятия от промышленных аналогов является необходимость автоматизации обучающих функций. Таким образом, в УНВП становиться обязательным широкое использование автоматизированных обучающих систем и компьютерных тренажеров [! 0,11 ]. А в прикладных программах и автоматизированных системах, задействованных в УНВП необходимо акцентировать и развивать их потенциальные обучающие возможности [ 12].

Конечно, реальные PDM - системы, разрабатываемые «САПРовскими» фирмами предназначены исключительно для промышленного использования. Они оперируют такими понятиями как состав изделия, технология изготовления, нормирование материалов, 2D и 3D -геометрические модели, деталь, спецификация, сборочная единица и т. п. Но, по большому счету, основной продукцией УНВП являются специалисты успешно прошедшие курс обучения. Только в рамках УНВП естественным представляется хранение в PDM - системе, наряду с технической информацией, данных по жизненному циклу самого обучаемого. От начала подготовки до дипломного проектирования (и даже далее) могут сохраняться все учебные работы, информация об успеваемости, освоенных курсах обучения и т. п. Эти данные могут быть использованы для создания «Модели обучаемого».

Понятие «Модель обучаемого» уже давно используется в автоматизированных системах управления образованием АСУО и автоматизированных обучающих системах (интеллектуальных АОС [13]). АСУО предназначены для автоматизации организационных процедур, таких как составления списков учебных групп, ведомостей, расписаний занятий. Наиболее продвинутые системы позволяют автоматизировать составление индивидуальных планов обучения для каждого студента. АОС, входящие в состав УНВП, предназначены для автоматизации частных учебных методик. Модель обучаемого, в данном случае, позволяет учитывать личные психофизические особенности при выборе адаптивной стратегии обучения. В состав многих АОС входят подсистемы тестирования и контроля знаний обучаемых.

В УНВП, по аналогии с интеграцией РЭМ и Е[1Р в промышленности, актуальными и практически значимыми становятся проблемы интеграции РОМ - АСУО и РЭМ - АОС в рамках единого информационного пространства.

Для обсуждения возможного состава средств автоматизации и учебно-научных областей объединяемых в составе УНВП в табл. 1 приведен перечень основных типов автоматизированных систем и технологий в соответствии с последовательностью основных этапов жизненного цикла (ЖЦ) продукта. Данный перечень не претендует на полноту и завершенность.

Таблица 1

Автоматизированные системы, используемые на различных этапах жизненного цикла изделий (ЖЦИ) машиностроения

Основные этапы ЖЦИ Типы автоматизированных систем Учебно-научная предметная область

Маркетинг и изучение рынка CRM, В2С, В2В, PDM ... Маркетинг, Экономика промышленности,...

Проектирование и разработка продукта CAD/CAE, PDM Автоматизация проектирования и конструирования,...

Планирование и разработка процессов (технологическая подготовка производства) CAD/CAM/CAPP, PDM Автоматизация технологической подготовки производства,..

Закупки SCM, MRP.B2B, ERP, PDM ... Производственная логистика,.

Производство или предоставление услуг ERP, MES PDM... Организация производства. Экономика промышленности...

Упаковка, хранение и реализация В2С, CRM, SCM, PDM ... Экономика промышленности. Маркетинг,...

Установка и ввод в эксплуатацию ИЭТР, SCM, PDM... Эксплуатация технических средств,...

Техническая помощь, обслуживание и эксплуатация SCM, В2В, ИЭТР, PDM ... Эксплуатация технических средств

Утилизация и переработка в конце полезного срока службы ИЭТР, PDM... Экология,...

Системы, средства и технологии, предназначенные для автоматизации отдельных процессов и этапов ЖЦ изделия, весьма многочисленны, постоянно развиваются и пополняются. Постоянное развитие, модифицируемость и масштабируемость одни из самых характерных свойств современных автоматизированных систем (здесь уместно обратить внимание на слова «непрерывное развитие» использованные в аббревиатуре САЬ5).

Используемые для сопровождения жизненного цикла одного изделия автоматизированные системы, разнородны по назначению, сложности, и, что существенно, основаны на моделях и методиках из различных предметных областей. Информационная и техническая сложность отдельных этапов жизненного цикла и соответствующих им автоматизированных систем чрезвычайно различаются и требуют для реализации различных по уровню и объему ресурсов средств и затрат [1-3].

П2

При обсуждении виртуального предприятия мы намеренно не затрагиваем вопросов автоматизации производства на аппаратном уровне (SCADA - системы и пр.), а также задачи использования при обучении станков, контрольно-измерительного и технологического оборудования. На первом этапе, гораздо проще и быстрее реализовать УНВП с использованием базовых информационных технологий и систем. Хотя, в дальнейшем, включение в УНВП материальной составляющей представляется весьма перспективным и логичным направлением развития.

По назначению и профессиональной специфике, используемые в рамках УНВП компьютерные системы и технологии можно условно разделить по трем группам, в соответствии с укрупненными этапами ЖЦ.

1, Проектирование изделия и технологических процессов (КТПП - конструкторско-технологическая подготовка производства). К этой группе, прежде всего, относятся системы автоматизированного проектирования (CAD- Computer Aided Design); системы автоматизированной подготовки производства (САМ - Computer Aided Manufacturing, САРР - Computer Aided Process Planning), и инженерного анализа (CAE - Computer Aided Engineering). Коллективную работу над проектами и интеграцию на этом этапе обеспечивает использование PDM - систем. Сюда же можно отнести задачи информационной поддержки эксплуатации, модификации и ремонта изделий, решаемые ИЭТР.

2, Планово-экономическая подготовка и организация производства. Специфическими для данного этапа являются компьютерные системы, обеспечивающие автоматизацию управления производством (АСУП). За рубежом в этой области используют системы ERP (Enterprise Resource Planning -планирование ресурсов предприятия), MES (Manufacturing Execution System - система оперативного планирования производства), реализующие известные концепции MPR (Material Requirements Planning- планирование потребностей в материалах), MRPH (Manufacturing Resource Planning - планирование ресурсов производства.

3, Маркетинг и поставка изделий, закупки материалов и комплектующих. К этой функциональной группе средств автоматизации можно отнести программы, предназначенные для информационной поддержки работы с заказчиками, потребителями и субподрядчиками -системы логистической поддержки изделия, например: SCM (Supply Chain Management -управление цепочкой поставок), CRM (Customer Relationship Management - управление взаимоотношениями с покупателями). Сюда же можно отнести и недавно появившиеся системы электронной коммерции: В2В (busines-to-businnes - прямое взаимодействие поставщиков между собой); В2С (busines-to-costomer непосредственное взаимодействие поставщика и покупателя).

Разумеется, что многие информационные технологии тесно связаны и взаимно пересекаются при реализации в реальных автоматизированных системах. Сама цепочка жизненного цикла изделия, на практике, не является однозначно линейной, содержит циклы и разветвления.

Общими для большинства этапов являются универсальные информационные технологии Баз Данных (БД), компьютерных сетей, офисного делопроизводства и электронного документооборота и многие другие.

Хотя итоговым потребителем Электронных Технических Руководств (ИЭТР) является покупатель, службы эксплуатации, обслуживания и ремонта, но их разработка неэффективна без участия проектировщиков. Наиболее успешная и оперативная работа по созданию ИЭТР должна вестись с использованием возможностей PDM - системы. Для учебного виртуального предприятия особенно важно, что в состав ИЭТР высших классов включаются автоматизированные обучающие системы (АОС) и компьютерные тренажеры [2]. Это объясняется тем, что уровень квалификации специалиста является одним из определяющих факторов эффективности функционирования технической системы в целом, а зачастую оказывается и ее "самым слабым звеном"[11]. Наличие обучающих компьютерных подсистем уже стало правилом при поставках фирменных продуктов и изделий различного назначения.

Автоматизированные средства и технологии, попадающие в первую группу, признано считаются наиболее сложными компьютерными системами. На этапах проектирования, технологической подготовки и производства изделия, как правило, необходимо оперировать сложными физическими процессами и объектами, которые требуют высокоточных моделей, используют сложные математические методы и алгоритмы. На этих этапах формируется

ИЗ

внешний облик, структура и состав изделия, определяются проектные параметры и эксплуатационные характеристики. Проектируется технология производства и происходит материализация первоначального замысла. На этапах проектирования и непосредственно примыкающего к нему этапе производства циркулирует самый мощный в ЖЦ информационный поток и выпускается основной объем технической и сопроводительной документации.

Производство изделия - один из самых значимых и сложных этапов ЖЦ изделия, прежде всего, в организационном отношении. На этом этапе формируются материальные потоки, которые требуют для своей реализации значительные финансовые и людские ресурсы. В условиях средне и крупносерийного производства этап производства является наиболее энергоемким, материалоемким и трудоемким, В течение жизненного цикла, именно в производство изделия вовлекаются значительное количество разнообразных специалистов, подразделений и коллективов. Значительно усложняют задачи информационной поддержки производства территориальная разобщенность подразделений и организаций, высокая размерность перечня деталей и агрегатов при изготовлении структурно сложных изделий. В условиях реального производства информационные потоки обладают существенной качественной и количественной спецификой и разнообразием для каждого отдельного производственного предприятия. Однако, с алгоритмической точки зрения, такие задачи, оперирующие большими массивами однотипной информации, достаточно хорошо моделируются и масштабируются. Это позволяет в условиях учебного заведения, на определенном этапе при отработке ИПИ-технологий использовать упрощенные стандартные схемы и имитаторы.

В процессе обучения САЬ8/ИПИ - технологиям на начальных курсах рекомендуется использовать легкие промышленные системы и специализированные учебные программы и тренажеры. Освоение инструментальных средств тяжелого и среднего уровня целесообразно проводить на старших курсах, на этапах завершающей подготовки - в курсовом и дипломном проектировании.

Создание учебно-научного виртуального предприятия в вузе позволит уже в стенах учебного заведения целенаправленно развивать у будущих специалистов практические навыки внедрения и использования современных средств комплексной автоматизации, что должно существенно повысить их востребованность на промышленных предприятиях и ценность на рынке труда.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Норенков И.П-. Кузьмик ПК. Информационная поддержка наукоемких изделий. СА1.5 - технологии. Изд-во МГТУ им. Баумана, 2002. 320 с.

2. Управление жизненным циклом продукции А,Ф. Колчии. М.В. Овсянников. А.Ф. Стрекалов. С.В. Сумароков. М.: Анахарсис, 2002. 304 с.

3. Судов ЕВ. И итерированная поддержка жизненного цикла ч а и I и I юстро ите л ь но й продукции. Принципы. Техно логи и. Методы. Модели. М.: Издательский дом МВМ, 2003. 264 с.

4. САЬ5-технологии в подготовке современного инженера В.А. Комаров.В-К. Моисеев, А.А, Черепашков.// Современные научно-методические проблемы высшего образования: Сб. тр. Самара, 2002. С. 96-108

5. Комаров В. А.. Черепашков А. А. Разработка и развитие норматив но-метод и чес ко го обеспечения регионального учебно-научного центра САЬ8 - технологий. - Материалы международной конференции "Применение ИПИ (САЬЯ) - технологий для повышения качества и конкурентоспособности наукоемкой продукции" М.: ИЦ МГТУ "Станкин". 2003, с 35-36. "

6. Черепашков Л.А., Майнсков В.М. Использование информационных технологий я дипломном проектирован и и.-Актуальные проблемы развития университетского технического образования в России, Самара, 2002. С. 160.

7. Черепашков, А.А. Проблемы обучения технологиям комплексной автоматизации // Применение программных продуктов КОМПАС в высшем образовании : Сборник трудов международной конференции, Изд-во Г риф и К. Тула. 2005, с 7-10.

8. Черепашков А.А. Основные принципы создания учебного виртуального предприятия. - Актуальные проблемы развития университетского технического образования в России, Самара: СГАУ, 2004, с. 256-258.

9. Черепашков, А.А. Учебное виртуальное предприятие на платформе АС К ОН// Применение программных продуктов КОМПАС в высшем образовании : Сб, тр, междунар, конф., Изд-во Г риф и К. Тула. 2001 С 10-13.

Ю, Черепашков А А. Комплекс компьютерных инженерных тренажеров для обучения конструированию. -Компьютерные технологии обучения; концепции, опыт, проблемы: Самара, СГТУ, 1997. С, 23.

М. Черепашков А.А. Применение компьютерных инженерных тренажеров для интенсификации обучения конструированию и проектированию. Интенсивные технологии обучения в подготовке специалистов Самара, СГАУ, 1996, С. 8!.

52. Черепашков А.А., Соловов А.В. Применение анализа чувствительности в обучении.// Индивидуализация обучения в ведущих вузах России. Самара, 1991. С. 106.

13. Соловов А.В. Проектирование компьютерных систем учебного назначения: Самара: СГАУ, 1995. 138 с.

Статья поступила в редакцию 28 мая 2006 г.