7. 1 Компьютеризация подготовки производства в едином информационном пространстве предприятия icon

7. 1 Компьютеризация подготовки производства в едином информационном пространстве предприятия


Смотрите также:
1   2   3   4   5
вернуться в начало

^ Вместо выводов. Обе платформы, CATIA P1 и CATIA P2, построены на об­шей архитектуре CATIA пятой версии, дающей пользовате­лю большую свободу роста его CAD/CAM/CAE-оснашения как количественно, так и качественно. Многоуровневый и многоплатформный подход к позиционированию системы CATIA позволяет охватить различные отрасли машиностро­ения — автомобилестроение, авиастроение, общее и транспортное машиностроение, включая железнодорожный транс­порт, станкостроение, производство технологического обо­рудования и оснастки, а также производство товаров народ­ного потребления.


7.10 САПР ХХI века


Проектирование технологических процессов (ТП) занимает центральное место в подготовке производства изделий. Технологические процессы содержат информацию о трудовых и материальных нормативах, без которых невозможно планирование и управление производственными ресурсами. В середине XX века наша страна занимала лидирующие позиции в области разработки методологии и методов автоматизации проектирования ТП. В эти годы были созданы концепции проектирования типовых и групповых технологических процессов, сформировано понятие конструкторско-технологических элементов детали (которые в последствии получили на Западе наименование features), разработано множество различных САПР ТП. Однако большинство этих систем, созданных с использованием кустарных информационных технологий, прекратили свое су­ществование, как только их авторы перестали ими зани­маться. В настоящее время это направление компьютеризации инженерной деятельности стоит на пороге революционных изменений, о которых и пойдет речь ниже [22].

^ Цели автоматизации проектирования технологических процессов и средства их достижения. Подробное описание дерева целей компьютеризации инженерной деятельности было приведено в декабрьском номере журнала за прошлый год. Основная цель создания САПР ТП заключается в экономии труда технологов. Для достижения этой цели необходимо располагать средствами автоматизации оформления технической документации, средствами информационной поддержки проектирования и автоматизации принятия решений. В своем историческом развитии САПР ТП постепенно расширяли арсенал своих средств. На первом этапе эти системы часто представляли собой специализированные текстовые редакторы, некоторые из которых были документоориентированными. С появлением баз данных появилась возможность поддерживать процесс ручного формирования ТП в таких редакторах в части поиска необходимых средств технологического оснащения. Однако подавляющее большинство САПР ТП, в том числе и ныне существующих, не способны поддерживать автоматизацию принятия решений в процессе проектирования на основе технологических знаний: алгоритмический и применяющий методы искусственного интеллекта.

История развития САПР ТП показала бесперспективность алгоритмического подхода. При внедрении одной из первых таких систем, созданных в 60-е годы, было разработано десять технологических процессов. Заказчик принял лишь четыре из них, а остальные отверг. Разра­ботчики пытались доказать представителям заказчика, что их алгоритмы построены правильно, но получили ответ: «Может быть, ваши алгоритмы действительно правиль­ны, но у нас так не делают». Этот давний спор вынес, по сути дела, приговор алгоритмическому подходу в САПР ТП, при использовании которого правила принятия ре­шений, заложенные в системе, недоступны для форми­рования и изменений непрограммирующими пользовате­лями. В наступающем веке информатики знания станут ценнейшим достоянием как физических, так и юриди­ческих лиц. На одном из предприятий авторы [22] ознакомились с САПР ТП по аналогам. Техноло­ги, проработавшие много лет на этом предприятии, по­лучив чертеж детали, быстро находили в памяти компь­ютера описание процесса на аналогичную деталь и ре­дактировали его, формируя новый. На вопрос о том, что будет, если работать с этой САПР придется специалистам, которые не обладают подобным опытом, ответа не последовало.

Немаловажное значение среди целей внедрения САПР имеет повышение качества проектных решений. Необходимо, чтобы накопленный положительный опыт находил отражение в базе знаний системы и был доступен для всех, в том числе и для новых сотрудников. Для достижения этой цели нужно предоставить непрограммирующим носителям технологического опыта возможность сохранять его в системе. Такую возможность и обеспечивают методы искусственного интеллекта.

Проводя аналогию с материальным производством, можно сказать, что в области автоматизации инженерного труда имеется основное производство, связанное с разработкой конструкторских и технологических проектов, а также планов управления, и вспомогательное производство, связанное с созданием и сопровождением собственно программных средств. Соответственно и цели компьютеризации инженерной деятельности следует разбить на две группы: основные и вспомогательные. Некоторые аспекты достижения основных целей автоматизации про­ектирования технологических процессов мы обсудили выше. Но при создании современных открытых систем не ме­нее значимы и вспомогательные цели.

К числу вспомогательных целей автоматизации проектирования относятся: уменьшение трудоемкости раз­работки программных средств, адаптации их к услови­ям эксплуатации при внедрении, а также их сопровож­дения, то есть модификация, обусловленной необходи­мостью устранения выявленных ошибок и (или) изменения функциональных возможностей.

Средством для сокращения трудоемкости разработки программных средств является использование инструментальной среды и ее мобильность. Метаинструментальная среда СПРУТ содержит полный набор инструментальных средств, необходимых для разработки конструк­торских и технологических САПР. Поскольку среда СПРУТ является надстройкой над операционной системой и принадлежит к числу систем интерпретирующего типа, она обладает свойством мобильности. Перевод среды из од­ной операционной системы в другую требует только за­мены ее ядра. При этом все прикладные системы, раз­работанные с ее помощью, переносятся на новую плат­форму без каких-либо доработок.

Средством для сокращения трудоемкости адаптации систем к условиям эксплуатации на конкретном пред­приятии являются системы управления базами данных и знаний, ориентированные на конечного пользователя. Это означает, что упомянутые системы должны быть ос­нащены языками описания и манипулирования данных, доступными непрограммирующему пользователю.

Средством уменьшения трудоемкости сопровождения СПРУТ является модульность, открытость и модернизируемость ее программных средств. Это обеспечивает про­стоту замены и дополнения процедур, данных и знаний.

^ Методика описания изделий в интеллектуальных САПР ТП. Методика описания деталей и сборочных единиц в существующих конструкторских САПР является основным препятствием на пути создания интегрированных конструкторско-технологических систем. Модели изделий в современных системах являются геометрическими, в то время как для автоматизации проектирования техноло­гических процессов необходимы модели концептуальные. Эта проблема была подробно рассмотрена в первой ста­тье цикла в декабрьском номере журнала за прошлый год. Геометрическая модель позволяет рассчитывать траекто­рии инструментов при обработке деталей на станках с ЧПУ и поэтому способна обеспечить основу для построения систем класса CAD/CAM. Однако на станках с ЧПУ об­рабатываются далеко не все детали; да и для тех деталей, которые подлежат такой обработке, она составляет толь­ко часть маршрутного технологического процесса.

Концептуальная модель детали основывается на поня­тии конструкторско-технологического элемента (КТЭ). Такой элемент является конструкторским в том плане, что он выполняет в детали определенную конструктивную фун­кцию, например: обеспечивает базирование детали в сборочной единице (цилиндрические и конические осевые от­верстия, шпоночные пазы и т.п.) или соединяет деталь со смежными (резьбы, зубчатые венцы и т.п.). Вместе с тем КТЭ имеет один или несколько технологических марш­рутов его изготовления, сформированных из набора переходов.

КТЭ обладают иерархической структурой, состоящей из уровней элементов комплексных, основных и до­полнительных. В число комплексных входят осесимметричные, призматические элементы и отверстия. Такой набор определяется основными видами операций механической обработки деталей: токарной, фрезерной и сверлильно-расточной. Дополнительные элементы (вы­точки, пазы, канавки, фаски и т.п.) располагаются на основных, и к их обработке можно приступить только после предварительного формирования основных элементов.

Каждый КТЭ представляет собой объект со своим на­бором свойств. Имеется возможность наследования свойств от старшего объекта к младшему, например шерохова­тость «остального» от детали к ее элементам.

^ Системный подход к проектированию технологических процессов. Для системного анализа технологических процессов в машиностроении необходимо установить: номенклатуру эле­ментов; состав элементов каждого типа; набор свойств этих элементов.

Процессы, в том числе и технологические, представля­ют собой класс технических систем, отличительной особенностыо которых является существенная зависимость от времени. Можно предложить следующую иерархическую классификацию элементов технологических процессов: план обработки, этап обработки, операция, переход, ход. План обработки складывается из этапов, этапы из операций, операции из переходов, которые формируются из рабочих и вспомогательных ходов. Перед началом формирования плана необходимо выбрать вид заготовки и ее свойства, из которых для проектирования ТП важнейшими являются квалитет точности размеров, припуски и напуски.

Этап обработки представляет собой последовательность операций, принадлежащих к одному технологическому методу и обеспечивающих одинаковое качество обработки. Пол­ный набор этапов, из которых складывается план обра­ботки, зависит от конкретных условий, однако при этом можно выделить следующую базовую совокупность: термический 1 (улучшение, старение); обработка баз; черновой; получистовой; термический 2 (закалка или улучше­ние); чистовой; термический 3 (азотирование или старе­ние); отделочный; покрытий; доводочный (получение ше­роховатости до Ra=0,02).

Типаж операций и переходов определен в соответствующих классификаторах, а состав основных свойств — в стандартах ЕСТД.

Проектирование ТП на уровнях формирования последовательности этапов, операций и переходов склады­вается из двух фаз: структурного и параметрического син­теза. Структурный синтез должен установить последо­вательность элементов на соответствующем уровне. За­дача параметрического синтеза заключается в формировании свойств элементов, включенных в технологический процесс. Основными операциями параметрического синтеза яв­ляются выбор средств технологического оснащения (стан­ков, приспособлений, инструмента) и нормирование, включающее расчет режимов обработки.

Источник информации и степень инвариантности знаний структурного синтеза определяются иерархическим уровнем решаемой проблемы: проектирование маршрута изготовления детали (набора этапов и операций) или проекти­рование операционной технологии (набора переходов обработки КТЭ). В первом случае знания существенно зависят от организационно-технической структуры предприятия и его традиций. Эти знания индивидуальны для каждого предприятия. Во втором случае знания черпа­ются из справочников, методических пособий и норма­тивных материалов. Знания этого уровня относительно инвариантны и могут с минимальными изменениями использоваться на различных предприятиях.

Основной целью создания интеллектуальных САПР ТП является простота и удобство представления знаний для структурного и параметрического синтеза.

^ Метод представления знаний структурного синтеза. При проектировании структуры технологических процессов традиционно используются типовые и групповые ТП. Типовые процессы применяются для деталей, обладаю­щих подобием в конструктивном и технологическом плане. С системной точки зрения к числу типовых относятся детали, имеющие одинаковую структуру, то есть набор и связи КТЭ. при различных значениях свойств этих элементов (размеров, свойств материала и т.п.). Групповые процессы используются для деталей, различных в конст­руктивном отношении, но подобных в технологическом плане. Такие детали обладают различной структурой КТЭ. На основе выбранного множества деталей, входящих в груп­пу, обычно разрабатывают комплексную деталь, включающую все типы элементов, встречающихся у деталей группы. Для такой детали разрабатывается комплексный технологический процесс и формируется общая инстру­ментальная наладка. Рабочий ТП для каждой детали из группы определяется составом ее КТЭ и представляет собой подмножество комплексного ТП.

Существуют схемы моделей различных методов. Типовая модель имеет фиксированную структу­ру. Структура рабочего процесса в групповой модели формируется путем удаления лишних технологических действий (операций или переходов). Наиболее общей яв­ляется метамодель, представляющая собой И/ИЛИ-граф. В местах разветвлений на этом графе проставляются условия, определяющие выбор одного из возможных решений.

Если групповая модель строится на базе комплекс­ной детали, то метамодель основывается на виртуаль­ной детали. В отличие от комплексной, виртуальная де­таль может не иметь физической реализации. Это про­исходит в тех случаях, когда в ее состав входят взаимоисключающие элементы, например дополнительные элементы, связанные со шпоночным или шлицевым соединением на одном и том же основном элементе — ци­линдрической ступени вала.

Метамодель является наиболее общей, интегрируя в себе типовую и групповую. В отличие от групповой модели, для формирования структуры ТП она исполь­зует операции не только удаления, но и замены.

Простейший способ ввода таких знаний заключается в рисовании на экране И/ИЛИ-графа с простановкой в соответствующих местах на его ребрах условий вы­бора решений. Сам такой граф в целом также имеет условия своего применения. Именно таким образом, доступным для любого технолога, и организовано фор­мирование знаний структурного синтеза в интеллекту­альной САПР ТП, разработанной в «СПРУТ-Техноло­гии». На основе такой информации автоматически генерируются программные средства базы знаний, кото­рые затем используются при проектировании ТП. Для общепринятого набора КТЭ с использованием общема­шиностроительных нормативных материалов разработана обширная база знаний структурного синтеза операци­онных технологических процессов токарной, фрезерной и сверлильно-расточной обработки.

^ Метод представления знаний параметрического синтеза. Самым простым способом представления знаний парамет­рического синтеза является использование продукционных систем искусственного интеллекта. В таких системах зна­ния представляются в виде правил-продукций, являющихся аналогами условного предложения естественного языка: ЕСЛИ <условие>, ТО <действие>. Такие правила строят­ся на базе словаря, содержащего термины технического языка и их условные обозначения (идентификаторы). В качестве действий используются расчеты по формулам, выбор данных из многовходовых таблиц, которые могут содержать как константы, так и формулы, выбор информации из баз данных, генерацию графических изображений и т.д. Ниже приведены два правила, связанные расчетом режимов резания. Первое содержит формулу для расчета базовой по­дачи при сверлении отверстий, а второе — коэффициен­ты, необходимые для расчета по этой формуле. Условием применения обоих правил является значение «Сверлить» у переменной «Вид перехода».

Технолог формирует правила параметрического синтеза с помощью специального инструментального средства. Работа с помощью этого средства доступна любому непрограммирующему пользо­вателю. После ввода всех необходимых правил автомати­чески генерируется программное средство базы знаний, которое в дальнейшем используется при проектировании технологических процессов. Базы знаний получаются мо­дульными, открытыми для модернизации и доступными для чтения и понимания любым технологом. Разработаны базы знаний по оснащению и нормированию основных видов технологических процессов.

Создана интеллектуальная система проектирования технологических процессов, не имеющая аналогов и обес­печивающая достижение всех основных и вспомогательных целей, стоящих перед САПР. Проектирование нового ТП с ее помощью занимает считанные минуты. Технологу с помощью простейшего интерфейса необходимо описать деталь, а затем наблюдать за генерацией технологичес­кого процесса, отвечая на редкие запросы компьютера по выбору из допустимого набора тех решений, которые невозможно формализовать. В заключение производит­ся автоматическая генерация технологической докумен­тации с использованием форм документов, принятых на предприятии.

Качество спроектированного ТП практически не зависит от квалификации технолога и определяется содержимым баз знаний.

Генерация баз знаний не требует знаний по про­граммированию и доступна широкому кругу специалистов.


^ 7.11 CASE – технологии


Современный рынок программного обеспечения автоматизации конструкторско-технологической под­готовки производства насыщен самыми разнообразны­ми CAD/CAM-, CAE-, TDM- и PDM-системами, способными существенно облегчить работу конструк­тора и технолога проектного и производственного отделов. Их разработкой занимаются специалисты самих промышленных предприятий, использующие полученные решения для собственных нужд, вузы — преимущественно для ведения научных исследований и специализированные софтверные фирмы, существую­щие за счет тиражирования программных решений или разработок систем на заказ. Таких программ по всему миру создано уже сотни тысяч, а спрос на но­вые решения постоянно растет и неизменно опережает предложение [23].

Несмотря на огромное число универсальных инст­рументальных средств автоматизации инженерной де­ятельности, все они недостаточно эффективны для вы­полнения комплексной автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства конкрет­ного изделия на конкретном заводе. Обязательно найдется круг задач, выпадающих из списка решаемых проблем с использованием той или иной универсаль­ной САПР. Это привело к тому, что разработчики программного обеспечения серьезно взялись за создание программных инструментальных средств, позволяющих на основе базовой САПР программировать модули для решения ряда специфичных задач пользователя.

Наличие инструмента, позволяющего создавать пользовательские программные модули, интегрирован­ные с базовым продуктом, становится все более неотъем­лемым условием, выдвигаемым со стороны пользова­телей САПР.

Использование универсальных систем для автома­тизации производства — один из наиболее понятных и распространенных путей развития промышленных предприятий, но не единственный.

История возникновения и развития любой из су­ществующих универсальных САПР показывает, что все они начинали свой жизненный путь как программы, ориентированные на решение вполне конкретных про­изводственных задач. Одни разрабатывались в стенах заводов, другие — по заказу промышленников в ву­зах и НИИ. Итак, главное — программные разработ­ки изначально были призваны решать конкретные производственные задачи (кстати, это привело, в ча­стности, к тому, что современные универсальные САПР все-таки имеют некоторую специализацию, где их применение наиболее эффективно). Потребность в создании универсальных программ с целью их тиражирования появилась как результат использования малоэффективных инструментальных средств и техно­логий программирования. Кроме того, с точки зрения бизнеса тиражирование программного решения — са­мый простой путь развития компании-разработчика.


^ Лучшая система автоматизации производства — система, разработанная на заказ. Если опросить пользователей разных промышленных предприятий, какую САПР они предпочли бы видеть на своем рабочем месте, мы получим примерно один и тот же ответ: программу, в которой присутствует только одна кнопка, нажав на которую можно полу­чить готовый комплект конструкторско-технологической документации на изготовление нового изделия. Это идеал, к которому в конечном счете стремятся все раз­работчики программного обеспечения.

Однако этот идеал не столь иллюзорен. Оказывается, «систему с одной кнопкой» для решения несложных ло­кальных задач сегодня уже можно получить даже с при­менением универсальных САПР со встроенными сред­ствами программирования и настройки. Однако в рам­ках автоматизации всего производства без создания си­стемы на заказ построить «систему с одной кнопкой», манипулируя универсальными САПР разного уровня, практически невозможно. Впрочем, построение заказной системы с использованием современных визуальных сред программирования класса Delphi, Borland C++, Visual Basic и Visual C++ не менее утопично. Более того, опыт создания систем на заказ показывает, что без привлечения специалистов, для которых они разрабатываются, успех данного мероприятия также сомните­лен, поскольку в противном случае мы рискуем получить очередное «программистское решение» — красивое и изящное, но неработоспособное. Ста­новится очевидным, что пользователь сам должен участвовать в разработке и поддержке системы, с помощью кото­рой он на своем рабочем месте сможет эффективно решать стоящие перед ним производственные задачи.

Необходимость привлечения не­посредственно к процессу создания программ предметных специалистов, не обладающих углубленными зна­ниями в области программирования, привела к появлению CASE-средств.

Наиболее заметные успехи в этом направлении на сегодня достигнуты в индустрии компьютерных игр, при создании которых разработчики используют специальные программные средства, позволяющие быстро проектировать различные лабиринты, движущиеся объекты, создавать монстров и определять правила игры. Некоторые компьютерные игры сегодня даже поставляются вместе с таким инструмен­том — для дальнейшего их развития усилиями самих пользователей (например, DOOM).

Немало специализированных CASE-средств сегод­ня используется и для разработки различных автома­тизированных систем управления.

Хуже обстоят дела в области машиностроительных CASE-средств. С уверенностью можно назвать только две серьезные разработки, высокоэффективные и доступные на сегодня пользователям различных промыш­ленных предприятий. Это CAS.CADE от французской фирмы MATRA Datavision и СПРУТ от российской компании «СПРУТ-Технология».

^ СПРУТ – инструментальная среда быстрой разработки систем проектирования. Необычность решений, предлагаемых «СПРУТ-Технологией» потенциальным потребителям САПР, заключается­ в том, что наряду с классическими универсаль­ными программами автоматизации инженерной дея­тельности (CAD, САМ) пользователям предлагается инструмент по быстрому созданию специализирован­ных компьютерных программ, ориентированных на решение задач, возникающих на этапе конструкторско-технологической подготовки производства и непосред­ственно в процессе производства готовых изделий.

В своей деятельности специалисты «СПРУТ-Технологии» выделяют два основных направления:

  1. Автоматизация предприятия и конструкторско-технологической подготовки производства.

2 Автоматизация разработки программных средств автоматизации предприятия и конструкторско-технологической подготовки производства.

Основной упор делается на сокращении сроков и себестоимости создания прикладных САПР, с вклю­чением в процесс разработки предметных специали­стов-экспертов. Для лучшего понимания идеи и принципов, заложенных в системе СПРУТ, поясним суть системы автоматизированного проектирования изделия.

Любая система автоматизированного проектирова­ния представляет собой некую программу, на входе которой подаются исходные данные, а на выходе по­лучаются результаты их обработки в виде цифр, гра­фиков или чертежей, как правило, оформленных в виде отдельных документов. Ни одна система автоматизированного проектирования не существует аб­страктно. САПР может быть чего-либо конкретно, на­пример, штамповой оснастки, электродвигателя, автомобиля или утюга. Другими словами, САПР — это объект некоторого проектирования, структура которо­го должна содержать как минимум пять основных составляющих:

- объект проектирования, под кото­рым подразумевается описание структуры и свойств проектируемого изделия;

- пользовательский интерфейс, соответствующий объекту проектирования, для задания исходных данных на привычном предметному спе­циалисту, в лице которого выступает пользователь системы, языке;

- вспомогательные данные, участвующие в процессе проектирования (нормативы, стандарты, графики и т.п.);

- методики расчетов, использование которых ведет к получению конеч­ного результата работы программы;

- документирование результатов ра­боты программы.

Это общая структура любого про­граммного модуля, из которых может складываться система.

Теперь применительно к структу­ре прикладной системы автоматизи­рованного проектирования рассмот­рим укрупненную структуру СПРУТ:

- для описания структуры и характеристик объекта проектирования разработано соответствующее визуаль­ное интерактивное средство описания объекта в виде графа И/ИЛИ с возможными заменами и описани­ем свойств каждой структурной единицы. Описание структуры объекта проектирования — за­дача предметного специалиста, далеко не всегда владеющего программированием. Поэтому пользовате­лю предлагается удобное интерактивное средство, требующее (разумеется, помимо экспертных знаний), только умения владеть мышью и клавиатурой. Объект при этом может постоянно изменяться и до­полняться пользователем по мере необходимости в процессе развития системы;

- для создания пользовательских интерфейсов имеет­ся соответствующее интерактивное средство, позво­ляющее усилиями самих пользователей быстро ви­зуально создавать любые окна с размещением на них любых стандартных Windows-компонентов;

- для создания баз данных в системе СПРУТ также предусмотрены все необходимые визуальные средства, исключающие труд программиста. Кроме того, здесь пользователь с помощью мыши может связывать часть параметров объекта с имеющимися в базе данными. Для интеграции с уже разработан­ными на производствах базами данных в СПРУТ поддерживаются BDE- и ODBC-интерфейсы;

- для создания баз знаний или методик расчетов пред­метному специалисту предлагается инструмент, по­зволяющий в удобном для него виде непосредственно описывать методики расчета. При описании методик могут использоваться, в частности, табли­цы, графики, монограммы и т.п. При этом в систе­ме СПРУТ поддерживается естественная форма опи­сания методик и алгоритмов выполнения всех эта­пов проектирования изделия. Если у пользователей имеются собственные программные разработки, их подключение осуществляется в данном блоке. На этом этапе разработки прикладной САПР, как это ни парадоксально, приоритет остается за специали­стом, а не за программистом. Не каждый програм­мист способен правильно разработать алгоритм, а ведь именно здесь особенно важно четкое понима­ние физики процесса. На практике нередко возни­кают ситуации, когда справочные материалы, ис­пользуемые для описания методик расчета, содержат ошибки в виде опечаток, своевременно выявить ко­торые могут только предметчики. Все закладываемые методики документируются и при необходимости могут быть распечатаны для дополнительного конт­роля и анализа ошибок, допущенных на стадии опи­сания, и утверждения окончательного варианта руководством;

- для документирования результатов работы приклад­ной системы в СПРУТ также имеются соответству­ющие интерактивные средства, позволяющие созда­вать любые шаблоны документов и связывать их с результатами расчета программы.

Таким образом, все необходимое для визуального создания прикладных систем автоматизированного проектирования силами предметных специалистов практически в полном объеме представлено на сегодняшний день в системе СПРУТ. Конечно, на прак­тике может оказаться, что не все за­дачи могут быть описаны легко и про­сто, без привлечения программиста.

Возьмем, к примеру, в качестве объекта проектирования простой вы­рубной штамп. Пользователю САПР может понадобиться спроектировать вырубной штамп для детали, наруж­ный контур которой имеет сложную несимметричную форму. В этом слу­чае для определения центра давления штампа необходимо рассчитать центр тяжести плоской фигуры — точнее, вырубаемой детали. Или для опреде­ления усилия штамповки может потребоваться рассчитать периметры всех контуров профиля. Для автоматического выполне­ния этих расчетов в прикладной системе на этапе со­здания методик расчетов необходимо будет написать соответствующую программку, а это требует привлечения программиста. Но, согласитесь, такое вмешательство программиста ничтожно мало по сравнению с ручным программированием всей системы.

В процессе визуального создания прикладной сис­темы автоматизированного проектирования в системе СПРУТ пользователь, сам не ведая того, «пишет» программу. Вернее, программа незаметно для пользова­теля генерируется автоматически системой СПРУТ, в то время как ее «автор» описывает контуры будущей САПР.

Сгенерированная в системе СПРУТ программа до­ступна и для ручного редактирования. Более того, все, что создается системой СПРУТ, автоматически может быть написано программистом вручную на языке СПРУТ. Таким образом, систему СПРУТ мож­но условно разбить на две взаимосвязанные части:

- интерактивные средства;

- средства программирования.

Другой важной особенностью является то, что со­зданное в СПРУТ приложение является независимым от платформы и без потерь переносится из одной опе­рационной системы в другую.

^ Универсальные программы. Несмотря на то что все программные разработки «СПРУТ-Технология» являются составляющими одной системы СПРУТ, некоторые из них успешно продви­гаются на рынке САПР как автономные программные продукты. К ним относятся:

- SprutCAD для 2D-параметрического моделирования;

- SprutCAM для проектирования управляющих про­грамм 3D ЧПУ-обработки;

- СПРУТ-ТП для проектирования технологических процессов.

Наиболее широкое распространение за последние полтора года получила программа SprutCAM. И если по функциональным возможностям она пока усту­пает некоторым ведущим западным разработкам, то по интерфейсной части считается наиболее удачной среди существующих мировых аналогов. Для того чтобы приступить к работе с программой, техноло­гу более чем достаточно пройти однодневный курс обучения, при этом обучаемый необязательно должен иметь предварительный опыт работы в области ЧПУ-обработки.

SprutCAM уже более года успешно продается в Рос­сии и на Западе. Известная итальянская компания Sintesi (Милан), специализирующаяся в области поста­вок CAD/CAM-систем в Италии и ряде стран Запад­ной Европы, три года назад заключила с компанией «СПРУТ-Технология» соглашение, в рамках которого была разработана САМ-система SprutCAM, продвигаемая на Западе фирмой Sintesi под торговой маркой SinteCAM. Интерес к САМ-системе SprutCAM со стороны западных пользователей не мал. Каждый день на Web-сайт компании «СПРУТ-Технология» за­ходят и скачивают демонстрацион­ную версию программы в среднем два представителя дальнего зарубе­жья. В настоящее время SprutCAM предоставлена в опытную эксплуата­цию компании «Роллс-Ройс» в Нор­вегии.

^ Пример создания прикладной САПР в системе СПРУТ. Для иллюстрации возможностей си­стемы СПРУТ рассмотрим конкрет­ный пример создания прикладной САПР проектирования оснастки для изготовления резиновых манжет и колец круглого сечения на Коломен­ском заводе резинотехническис изделий (КЗ РТИ). Здесь решалась вполне конкретная за­дача проектирования оснастки для изготовления резиновых армированных манжет и резиновых колец круг­лого сечения.

Основной трудностью при проектировании пресс-формы является большое количество разновидностей манжеты, отличающихся не только параметрически, но и структурно. Поэтому незначительное отличие про­ектируемой манжеты от манжет, выпускавшихся ранее, зачастую приводит к проектированию пресс-формы практически «с нуля». В связи с этим основной задачей при разработке системы автоматизированного про­ектирования явилась возможность структурного и па­раметрического формирования требуемого вида манже­ты и автоматическая генерация комплекта чертежей на пресс-форму для изготовления манжеты.

В случае с САПР пресс-форм резиновых колец существует другая сложность: резиновое уплотнительное кольцо модифицируется только параметрически, зато используется множество вариантов пресс-форм – как одноместных, так и многоместных. При проектировании требуются умение грамотного выбора типа и вида пресс-формы, а в случае отсутствия в базе данных подходящего аналога — синтез нового вида пресс-формы. При этом правила синтеза, описываемые в базе зна­ний, должны управлять много­критериальным поиском наиболее подходящего решения.

Для решения такой задачи не подходят привычные продукты. Попытки выполнить расчеты, в частности, с использованием Microsoft Excel и затем выполнить параметризацию подготовленной модели в CAD-системе оказались бесплодными. В настоящее время САПР как отечественного, так и зарубежного производства облада­ют хорошо развитой возможнос­тью параметрического редактирова­ния чертежа. Но в данном случае такой подход оказался неприемлем из-за большого разнообразия про­ектируемых типов манжет и требо­ваний, предъявляемых к уплотнительным кольцам (направление разъема пресс-формы, количество колец на одной пресс-форме и т.п.). Ведь для получения комплекта чертежей пресс-форм на каждый вид коль­ца пришлось бы заводить собственную параметризированную модель, что ведет к неоправданным затратам. Возникла острая потребность в структурной генерации манжеты, а на ее основе — и пресс-формы, что возмож­но только при наличии соответствующего инструментария в системе разработки.

Для решения этой задачи была использована ин­струментальная среда автоматизированного проекти­рования СПРУТ.

Геометрическая модель детали была создана средствами SprutCAD, предназначенной для быстрой разработ­ки геометрических моделей изделия с одновременной генерацией программы, описывающей эту модель. В результате интерактивных действий пользователя автоматически генерируется текст программы на языке СПРУТ. Любое интерактивное изменение элемента приводит к корректировке его текстового оп­ределения, и наоборот, редактирование текстового оп­ределения любого элемента автоматически отражается на чертеже. При этом в обоих случаях система не толь­ко изменит редактируемый элемент чертежа, но и по дереву построения автоматически переопределит все элементы, имеющие отношение к изменению.

Все знания о проектировании данного вида изделий были получены в КБ завода. Эти знания были фор­мализованы в базе знаний. Таким образом были созданы программные модули прикладной САПР, осуществляющие структурный и параметричес­кий синтез.

Результатом использования данной системы на КЗ РТИ являются:

- сокращение времени создания комплекта конструктор­ской документации на пресс-формы до 10-20 минут;

- повышение надежности принимаемых решений;

- снижение требований к квалификации работающего персонала.

^ Тенденции развития. Последний год двадцатого века был для компании ООО «Центр СПРУТ-Т» непростым. В августе 2000 года ушел из жизни один из основателей компании Андрей Алексеевич Крючков, возглав­лявший ее на протяжении двенадцати лет. Но направление деятельности компании с при­ходом нового руководства не изменилось. «Стратегия разви­тия компании заключается в разработке инструментальных средств создания прикладных САПР, — говорит генераль­ный директор ООО «Центр СПРУТ-Т» Борис Владимиро­вич Кузьмин. — Решения, предлагаемые компанией, оста­ются неизменными:

- оказание промышленным предприятиям услуг в виде инженерного аудита и разработки проектов автомати­зации производств;

- разработка прикладных систем на заказ для конкретных промышленных предприятий (это могут быть как локальные, так и комплексные задачи);

тиражирование программных средств среды СПРУТ для разработки пользователями прикладных САПР».

Продолжается развитие интерактивных средств со­здания специализированных систем, дальнейшее раз­витие получат SprutCAM, SprutCAD и СПРУТ-ТП, планируется более активное развитие в системе СПРУТ TDM/PDM-технологий и закрепление достиг­нутых позиций в различных отраслях промышленно­сти, в частности:

- в автомобильном и сельскохозяйственном машино­строении;

- нефтехимическом машиностроении;

- мебельной промышленности;

- шинной промышленности (проектирование оснастки для изготовления шин);

- производстве асинхронных электродвигателей;

- инструментальном производстве (в первую очередь проектирование штамповой оснастки для холодной листовой и объемной штамповки) и др.


^ 7.12 CALS – технологии


В настоящее время в станкоинструментальной отрасли складываются некоторые объективные предпосылки для преодоления последствий кризиса 90-х гг., определяемые следующими факто­рами: необходимостью развития отечественного машиностроения для замещения дорогостоящего импорта, что связано с обновлением парка техно­логического оборудования; наметившимся кур­сом на возрождение отечественного машиностро­ения; повышением конкурентоспособности отечественного оборудования на мировом рынке из-за снижения валютных цен на него.

Перед машиностроением России стоит сложнейшая проблема перевода предприятий на но­вые компьютерные технологии разработки, производства и эксплуатации наукоемкой продукции. Для решения этой проблемы потребуется ре­ализация комплекса научно-технических, струк­турно-организационных и нормативно-правовых мероприятий [24].

Анализ тенденций развития современного промышленного производства показывает, что проблемы обеспечения качества и конкурентоспособности машиностроительной продукции невозможно решить без применения современ­ных информационных технологий. В промышленно развитых странах уже более 10 лет активно реализуется широкомасштабная программа со­здания принципиально новых компьютерных технологий информационной поддержки и автоматизации процессов разработки, производства, сбыта и эксплуатации наукоемкой продукции, в том числе конкурентоспособного оборудования для машиностроительного производства. Такие технологии, основанные на системном подходе к описанию жизненного цикла изделий, получили название CALS-технологий (Continuous Acquisiti­on Life-cycle Support).

В общем виде создание конкурентоспособного оборудования может быть представлено в виде функциональной модели бизнес-процесса.

На первом этапе в результате маркетинговых исследований определяются будущие потребительские свойства, требуемый объем выпуска и возможная цена реализации изделий. Затем уста­навливают технические характеристики изделий, достижение которых возможно при рассмотрении многовариантных конструкторских решений (второй этап), а также в процессе технологиче­ской подготовки производства (ТПП — третий этап) и изготовления (четвертый этап). Из мно­жества допустимых конструкторско-технологических решений выбирают те, которые обеспечи­вают наименьшие издержки производства или наименьшие суммарные затраты в случае покуп­ки комплектующих изделий.

Одновременно формируется оптимальная структура производства по критериям привлечения необходимого и достаточного (по квалифика­ции и численности) персонала, построения эф­фективной системы управления, планирования загрузки оборудования и т.д. Далее в итерационном режиме про­веряется возможность достижения требуемых тех­нических характеристик и объема выпуска (пя­тый этап). Поставленная задача решается посред­ством информационной системы, основанной на многоуровневой модели анализа и расчета показателей конкурентоспособности изделий.

В рамках реализации общей системы создания конкурентоспособного оборудования в МГТУ "Станкин" разработана и проходит промышленную апробацию интеллектуальная автоматизированная система конструкторско-технологического проектирования и управления (CAD/CAM/PPS), предназначенная для компьютерного сопровож­дения жизненного цикла изделия и связанная с проектированием, изготовлением, планированием и управлением применительно к различным машиностроительным производствам (станкостроитель­ному, автомобильному, аэрокосмическому и др.).

Система состоит из восьми основных подсистем: 1) автоматизированного конструирования T-Flex CAD [разработана совместно с компанией "Топ-системы" (Москва)]; 2) технологического проектирования СИТЕП МО; 3) автоматизирован­ного программирования систем ЧПУ станков (T-Flex ЧПУ); 4) планирования и управления производством "Фобос"; 5) управления складами и заказами; 6) обеспечения инструментом, приспособлениями и оснасткой; 7) планирования произ­водства и управления затратами; 8) управления кад­рами и начисления заработной платы (четыре по­следние подсистемы разработаны совместно с ря­дом организаций).

Все подсистемы объединены в сеть, выполнены с использованием современных CASE-, RAD-и CALS-технологий в соответствии со стандарта­ми STEP и ISO 9000 и полностью адаптированы к условиям российских предприятий.

Пользовательский интерфейс системы и ее функциональные блоки разработаны с применением новейших системных средств проектирова­ния — интегрированной системы визуальной раз­работки программ Delphi 3, методов OLE Automa­tion 2,0, динамически подсоединяемых библиотек DLL, языка запросов SQL и самой популярной российской графической системы параметриче­ского проектирования и черчения T-Flex Para­metric CAD. Последняя организует связь между конструктором и технологом на базе единого ин­формационного представления чертежей и обес­печивает возможность автоматизированного со­здания операционных эскизов и программирова­ния систем ЧПУ.

На базе последних достижений в области системного программного обеспечения создано семейство интегрированных систем технологического проектирования (СИТЕП), основные достоинства которых указаны ниже.

1 Инвариантность, т.е. возможность использования СИТЕП в качестве универсального инст­рументального средства для создания систем технологического проектирования для различных методов обработки.

2 Объединение всех систем технологического проектирования предприятия, создаваемых в сре­де СИТЕП, общей методологией и инструментальными средствами, благодаря чему они легко интегрируются в сеть. В то же время в каждой сис­теме могут решаться свои (специфические для кон­кретного метода обработки) задачи; к ней могут подключаться дополнительные программные модули, отражающие специфику метода обработки.

3 Полный охват существующих методов технологического проектирования, которые приме­няются в машиностроении: редактирование ана­логов, типизация технологических процессов (ТП), группирование, синтез структуры ТП.

4 Высокая степень автоматизации проектирования при использовании методов типизации, которая обеспечивается автоматическим выбором типовых ТП и их настройкой на деталь, подлежащую изготовлению.

Подсистема T-Flex ЧПУ позволяет создавать управляющие программы в автоматизированном режиме для многих видов обработки — токарной, сверлильной, фрезерной (2,5-, 3-, 5-координатной), электроэрозионной, лазерной. В состав ба­зового модуля этой подсистемы входят: математи­ческое ядро, ориентированное на технологиче­ские расчеты и работающее совместно с математическим ядром ACIS фирмы Spatial Technology (США); редактор инструмента; набор типовых постпроцессоров; имитатор обработки.

Подсистема "Фобос" составляет ядро системы управления цехом, интегрируя ТПП, оперативное календарное планирование (расчет, коррекцию и компьютерную поддержку производственных расписаний) и диспетчерский контроль за состоянием обрабатываемых детале-сборочных единиц в усло­виях единичного, мелкосерийного и серийного производства.

Функциональные возможности этой подсистемы весьма широки. Они охватывают формирова­ние оперативного плана работы производст­венного подразделения; оценку экономической эффективности оперативного плана, выбор кри­териев расчета и коррекции производственного расписания; составление этого расписания, формирование графика запуска-выпуска партий де­талей, выдачу сменно-суточных заданий на рабо­чие места; запуск партий детале-сборочных еди­ниц на обработку; диспетчерский контроль за вы­полнением оперативных заданий; оперативную реакцию на незначительные неисправности оборудования и отклонения фактических значений времени обработки от плановых; документирование ТП в соответствии со стандартом ISO 9000.

Для связи подсистем семейства СИТЕП с подсистемой "Фобос" разработан специальный модуль, который управляет процессом передачи тех­нологических данных из приложений СИТЕП в приложения "Фобос". Программное приложение, реализующее модуль "Интеграция", использует архитектуру клиент сервер, что дает возможность полностью автоматизировать процедуру передачи данных по локальной вычислительной сети.

Промышленная эксплуатация подсистемы "Фобос" позволяет благодаря эффективной организации производства минимизировать матери­альные и трудовые затраты, повысить фондоотдачу технологического оборудования, снизить себе­стоимость продукции. Подсистема установлена и эксплуатируется до трех лет и дольше на 20 круп­ных машиностроительных предприятиях России, стран СНГ, Германии и Китая.

Разработанные программные продукты по критерию цена — качество успешно конкурируют на рынке с такими известными западными продуктами, как AutoCAD-14, Solid works и др.

Не менее важны структурно-организационные проблемы отечественного промышленного производства, в том числе реструктуризация произ­водственного потенциала предприятий, который за последние годы значительно сократился из-за дефицита инвестиций, а также физического и морального старения парка технологического оборудования. Реструктуризация должна производиться на основе как модернизации имеющего­ся парка оборудования, так и приобретения ново­го оборудования, отличающегося принципиально иными техническими характеристиками (прецизионность, высокие скорости обработки и т.д.).

При этом необходимо решать ряд задач: анализировать существующий производственный потенциал предприятия для определения возможности организации производства перспективной конкурентоспособной продукции; выявлять "уз­кие места" в технологических цепочках; разраба­тывать предложения по ликвидации "узких мест" путем приобретения нового оборудования или модернизации имеющегося; оценивать объем ин­вестиций, необходимых для реструктуризации производственного потенциала.

При оценке конкурентоспособности оборудования рассматриваются три группы показателей: 1) технические, характеризующие потребитель­ские свойства оборудования; 2) экономические, определяющие затраты, которые несет пользова­тель в процессе приобретения и эксплуатации оборудования; 3) неценовые — все прочие пока­затели, характеризующие полезность оборудова­ния для пользователя.

Методика оценки технических показателей к настоящему времени разработана достаточно хорошо, а экономических и неценовых — в меньшей степени.

Экономические показатели характеризуют суммарные затраты пользователя на приобрете­ние и эксплуатацию станка. При оценке конкурентоспособности экономические показатели яв­ляются обратными, так как их уменьшение спо­собствует повышению конкурентоспособности (в других случаях они могут быть прямыми). Опре­деление стоимости станка, входящей в цену его приобретения, базируется на методологии оценки стоимости машин и оборудования.

Группа неценовых показателей учитывает прочие факторы, влияющие на конкурентоспособность станков. Поясним здесь ряд понятий, характеризующих эти показатели. Условия поставки, определяемые способом фиксации цены (твердая, подвижная, скользящая) и способом платежа (предоплата, в кредит, налич­ными), а также показатель Гудвилл (Goodwill) оценивают качественно, исходя из рейтинга, установленного экспертным путем. Наличие сер­тификата оценивают тоже качественно по факту прохождения станком добровольной или(и) обязательной сертификации.

МГТУ "Станкин" как ведущая организация в области станкостроения может проводить следующие работы по повышению конкурентоспособно­сти станкостроительных предприятий и их продукции: разработку методик оценки конкурентос­пособности на всех стадиях жизненного цикла про­дукции с использованием САLS-технологий; по­ставку систем CAD/CAM/PPS и адаптацию их к конкретным производственным условиям; подго­товку специалистов в области конструирования, технологии, автоматизации, управления, экономики и организации машиностроительного про­изводства; создание программного обеспечения по вопросам производственного и инновацион­ного менеджмента в машиностроении, маркетин­га и конкурентоспособности станкостроительной продукции; обеспечение информационной под­держки разработки отраслевых программ.


^ 7.13 Виртуальные предприятия


Введение. Одной из важнейших, страте­гических целей реинжиниринга предприятий является построение сетевых посттейлоровских предприятий — социоэкономических единиц нового информационно­го общества. Примерами таких предприятий служат ресурсосберегающее, горизонтальное, фрак­тальное, расширенное и, наконец, виртуальное предприятия [25]. Виртуальное предприятие (ВП) — это такое предприятие, которое создается из различных предпри­ятий на контрактной основе, не имеет единой юридической орга­низационной структуры, но зато обладает общей коммуникационно-информационной структурой, обеспечивающей интеграцию уси­лий партнеров при выполнении некоторого проекта. Иными сло­вами, его можно рассматривать как своего рода метапредприятие, объединяющее цели, ресур­сы, традиции и опыт нескольких предприятий для производства сложных инновационных услуг или продуктов (изделий) мирово­го класса.

В общем случае ВП представ­ляет собой сложную социотехническую систему, образованную из удаленных друг от друга групп людей (виртуальных коллекти­вов), объединяемых на основе симбиоза ведущих сетевых и интеллектуальных технологий, на­пример сети Интернет и средств управления знаниями. В русле тео­рии агентов и методологии многоагентных систем (MAC) оно понимается как сетевая (или даже межсетевая), компьютерно интегрированная организация, состоя­щая из неоднородных, свободно взаимодействующих, интеллекту­альных коллективных агентов (т. е. агентов, которые сами явля­ются MAC), находящихся в раз­личных местах. Электронным пу­тем формируется искусственное сообщество (группа MAC), кото­рое существует и развивается в виртуальном пространстве.

С одной стороны, здесь проис­ходит слияние сетевых и интеллектуальных технологий, поскольку сеть, будучи одной из важнейших форм коллективного интеллекта, тесно связана с процессами само­организации, спонтанного возник­новения новых структур при дос­тижении особых состояний аген­тов (свойство эмергентности). В частности, центральная идея сети MAC заключается в организации гибких, адаптивных взаимосвя­зей между коллективными аген­тами, которые образуются, разви­ваются и трансформируются в за­висимости от целей отдельных MAC. С другой стороны, речь идет о формировании единой системы поддержки когнитивных, комму­никативных и регулятивных про­цессов на ВП.

Главные свойства ВП как от­крытой, развивающейся сети неоднородных коллективных аген­тов таковы.

1 Наличие у агентов общих (совместимых) целей, интересов и ценностей, определяющих необ­ходимые условия формирования ВП и правила вхождения в него.

2 Наличие у агентов ВП по­требности в дополнительных средствах для достижения целей, что приводит к установлению партнерских отношений между ними, в рамках которых осуществляется совместное использование географически распределенных ре­сурсов (человеческих, материаль­ных, технологических, информа­ционных, интеллектуальных и пр.), а также их быстрое приум­ножение.

3 Преобладание дистанцион­ной коммуникации ввиду пространственной удаленности аген­тов ВП, эффективное проведение совместной, компьютерно опосре­дованной работы партнеров, включающей процессы кооперации и координации, на расстоянии.

4 Семиотическая природа коммуникации агентов, ведущая роль эволюционного семиозиса (включая семантические и праг­матические аспекты циркуляции знаний) для формирования и ра­боты ВП.

5 Формирование автономных виртуальных рабочих групп с гибким распределением и перераспре­делением функций и ролей агентов, взаимодействующих на рас­стоянии.

6 “Плоская структура" ВП, предполагающая максимизацию числа горизонтальных связей между агентами в рабочих группах.

7 Максимально широкое рас­пределение полномочий управле­ния, наличие в ВП многих центров принятия решений (сотовая сеть).

8 Временный характер, воз­можность быстрого образования, переструктурирования и расфор­мирования ВП, что обеспечивает его реактивность и адаптивность к изменениям социоэкономической среды.

Ниже выделяются и анализируются основные средст­ва и технологии, используемые в качестве компонентов инфраструктуры ВП.

^ Типовые компоненты информационной инфраструктуры виртуального предприятия. В разработке технологии соз­дания и инфраструктуры ВП первостепенную роль играют стан­дарты в области компьютерных сетей (сетевых коммуникаций), взаи­модействия программных средств, инженерии знаний, моделирова­ния разрабатываемых продуктов и пр. Технология создания ВП объ­единяет следующие компоненты:

- сетевые средства и технологии коммуникации (Netware), т. е. средства Интернет/Интранет;

- различные средства поддержки групповой деятельности (Groupware), включая программные средства обеспечения процес­сов сотрудничества (Collabora­tion Software) и координации (Coordination Software);

- корпоративные системы управ­ления знаниями (Knowledge Management Systems);

- средства быстрого построения распределенных приложений в неоднородных средах (RADD). Здесь наиболее популярной является CORBA-технология, ос­нованная на архитектуре управ­ления объектами ОМА (Object Management Architecture);

- CALS-технологии, ядром ко­торых выступает международ­ный стандарт для обмена дан­ными по моделям продукции STEP (Standard for the Exchange of Product model data).

Кратко изложим функции и структуру упомянутых выше компонентов.

^ Основы Интернет-технологий и средства Groupware. Для обеспечения необходи­мой совместимости в компьютер­ных сетях действуют специаль­ные стандарты, называемые про­токолами. Протоколы Междуна­родной организации стандартов ISO являются семиуровневыми и известны как протоколы базовой эталонной модели взаимосвязи открытых систем OSI (Open Sys­tem Interconnections). Сетевые протоколы — это наборы синтак­сических и семантических пра­вил, определяющих поведение функциональных блоков сети при передаче данных. Они реали­зуют совокупность соглашений относительно способа представ­ления данных, обеспечивающего их передачу в нужных направле­ниях и правильную интерпрета­цию данных всеми участниками информационного обмена. По су­ти, Интернет есть международное объединение компьютерных сетей, использующих одно и то же семейство протоколов TCP/IP. Оно включает протокол контроля транспортировки (передачи) информации TCP, адресный прото­кол IP и ряд других. Все они пред­назначены для передачи сообще­ний по сети Internet.

Среди различных служб сети Internet, поддерживающих функционирование ВП, следует ука­зать "всемирную паутину" World Wide Web (WWW), глобальные информационные серверы (Wide Area Information Servers), интер­фейсы пользователя (броузеры), такие как Netscape Navigator, In­ternet Explorer, Microsoft Outlook и др., общедоступные информа­ционные серверы (FTP-серверы), списки рассылки электрон­ной почты, службу телеконферен­ций и пр. Здесь главную роль иг­рает World Wide Web — собрание мультимедиа-документов, связан­ных между собой гипертекстовыми ссылками. Каждый WWW-сервер имеет свой адрес в сети Интер­нет, и программы просмотра ис­пользуют эти адреса для поиска и размещения информации.

Документы Web-среды запи­сываются в специальном форма­те, называемом языком гипертек­стовой разметки HTML (Hyper­text Markup Language), который основан на промышленном стан­дарте SGML (Standard General Markup Language), служащем для представления и обмена доку­ментами. В последнее время на смену HTML приходит расширяе­мый язык разметки XML (eXtensible Markup Language).

В свою очередь, языки, разви­вающие XML-технологию, мож­но разделить на следующие классы: 1) средства описания информационных ресурсов (Resource Description Framework); 2) языки описания математических доку­ментов, использующих специ­альные символы (Mathematical Markup Language); 3) язык опи­сания документов, содержащих мультимедиа-данные SMIL (Synchonized Multimedia Integration Language); 4) языки управления данными (XQL); 5) языки элек­тронной коммерции (Open Trading Protocol, Financial Exchange).

Чтобы извлечь из сети нужные данные, запускаются программы-клиенты, например протокол пе­редачи файлов FTP (File Transfer Protocol), или программы про­смотра документов WWW (броузе­ры), например Internet Explorer.

В связи с широким распро­странением WWW-технологии ее можно считать наиболее удобной основой для построения пользовательского интерфейса ВП. В част­ности, она позволяет пользовате­лю взаимодействовать с информационной системой с любого ком­пьютера, где установлен броузер.

В то время как сетевые сред­ства Netware лежат в основе дистанционной коммуникации аген­тов ВП, программные средства групповой работы Groupware слу­жат для поддержания процессов кооперации, сотрудничества, ко­ординации действий агентов ВП.

Семейство Groupware можно разделить на следующие классы:

- системы обмена сообщения­ми (Message Systems);

- системы обеспечения компь­ютерных телеконференций (Computer Conferencing);

- системы поддержки группово­го принятия решений (Group Decision Support Systems) и электронных совещаний (Elec­tronic Meeting Rooms);

- соавторские системы (Co-Au­thoring Systems) и системы аргументации (Argumentation Sys­tems);

- координационные системы (Coordination Systems);

- программные агенты, агентст­ва и MAC.

Безусловно, самые простые и широко используемые средства поддержки групповой работы — это системы обмена сообщения­ми, такие как электронная почта и электронные конференции на основе текстов. Более совершенные системы обеспечения компьютерных конференций, например системы поддержки сотрудничест­ва с помощью средств гипермедиа и мультимедиа (Collaborative Hypermedia and Multimedia), образу­ют многомодальное информационное пространство с коллектив­ным доступом. Системы поддерж­ки группового принятия решений стимулируют коммуникативные процессы в группах и позволяют повысить эффективность группо­вого принятия решений за счет со­кращения занимающих много вре­мени рабочих совещаний. Здесь ведущую роль играют средства поддержки электронных совеща­ний (встреч в сети), обеспечивающие свободный обмен идеями между партнерами. Соавторские системы и системы аргументации предназначены для поддержки группового решения задач, и в особенности, переговорных про­цессов и процессов аргументации, связанных с выдвижением и взвешиванием аргументов за и против. В частности, развитые соавторские системы должны обес­печивать поддержку групповых творческих процессов, связанных с поиском оригинальных идей. Это такие процессы как "мозговой штурм", синекгика, поиск анало­гий. Системы координации слу­жат для согласования индивиду­альных действий членов рабочей группы в процессе достижения общей цели. Здесь примером слу­жат системы, основанные на мето­дологии потоков работ (Workflows). Наконец, методология агентов и MAC обеспечивает совместное (партнерское) человеко-компьютерное решение задач в рамках ВП, когда программные агенты, понимаемые как активные, авто­номные объекты или виртуаль­ные деятели, выполняют функ­ции персонифицированного ин­теллектуального интерфейса пользователей, образуя при необходимости искусственные орга­низации и сообщества. Инстру­ментальные средства разработки агентов, а также MAC, реализую­щие ряд функций groupware, опи­саны в работе [25].

^ Управление знаниями и совместное использование ресурсов. Важнейшим условием эффек­тивности ВП является интеллектуализация производства и менеджмента у предприятий-партнеров, включающая решение та­ких проблем как:

- систематизация корпоратив­ных знаний и опыта; создание распределенных и больших баз производственных знаний;

- построение специальных стан­дартов (норм), содержащих общие элементы и облегчающих обмен знаниями;

- разработка на этой основе интеллектуальных производственных систем, в которых подсис­темы и машины будут способ­ны к автономным оценкам, рассуждениям и действиям.

Эффективное решение этих проблем требует разработки моде­лей и систем управления производственными знаниями. Основная роль управления зна­ниями в ВП состоит в их разделении между агентами так, чтобы каждый агент мог воспринимать и использовать корпоративные знания в процессах распределенного решения задач. По сути, речь идет о реорганизации обычного цикла инженерии знаний в при­кладных интеллектуальных сис­темах (приобретение → представление → пополнение → поддерж­ка → передача знаний) примени­тельно к коллективу агентов. Ключевыми функциями управления знаниями в ВП являются: получение, организация, совмест­ное пополнение и использование (Collaborative Knowledge Development), распространение, оценка знаний. Получение (интернализация) знаний происхо­дит либо путем их непосредственного извлечения из внешних источников (экспертов, руко­водств, диаграмм потоков работ), либо в результате обнаружения знаний в базах данных (Know­ledge Discovery) или интеграции приборной информации. Интернализация предполагает также совместную фильтрацию знаний, отбор и обработку агентами наи­более актуальных и ценных для совместной работы знаний. Важ­ное место занимает также объеди­нение разнородных источников данных (например, файловых сис­тем, баз данных, репозиториев, уз­лов сети Интернет) в целостную карту знаний (Knowledge Map).

Организация (представление) знаний осуществляется в соответствии с предпочтительной для агентов ВП классификационной схемой и таксономией. Она может включать интерпретацию и переработку получаемых агентом зна­ний. Совместное использование (экстернализация) знаний озна­чает их передачу вовне в интере­сах разделения, повторного ис­пользования, эффективного пополнения и распределенного ре­шения задачи. Распространение знаний связано с их передачей по корпоративной сети от агентов-владельцев к агентам-клиентам, которым они необходимы. Здесь важное место занимает посред­ничество, обеспечение доступа к знаниям, например предоставле­ние (продажа) клиенту достаточ­но богатых и релевантных источ­ников знаний с целью обеспечить эффективную передачу и исполь­зование знаний. Наконец, функ­ция оценки, связанная с определением объема и качества корпо­ративных знаний, в основном обеспечивает поддержку осталь­ных функций.

Работа корпоративных систем управления знаниями (СУЗ), с одной стороны, предполагает получение и интеграцию индиви­дуальных знаний специалистов, работающих на предприятиях-партнерах, а с другой стороны — формирование и применение метазнаний о совместной генера­ции и коллективном использова­нии корпоративных знаний.

Наиболее важными требова­ниями к СУЗ оказываются: гиб­кость, возможность осуществления семантического поиска, чувствительность к контексту, адаптация к пользователю, прогностичность. Уже сегодня на рынке СУЗ пред­ставлены как простые системы, обеспечивающие выполнение от­дельных функций управления кор­поративными знаниями (напри­мер, система совместной фильт­рации Grapevine), так и сложные, интегрированные системы (напри­мер, Fulcrum — система управле­ния знаниями масштаба пред­приятия).

Разделение ресурсов требует эффективного управления процессами. Общие ресурсы ВП как MAC складываются из ресурсов его агентов. Для обеспечения доступа партнеров к ресурсам для каждого агента может использоваться локальная объектно-ориентированная концептуальная схе­ма, в которой все ресурсы отображены как объекты и отражены их свойства, связи, ограничения и операции. Затем строится гло­бальная концептуальная схема всего ВП, которая образуется из локальных схем и дополнитель­ных ресурсов ВП. Подобная кон­цептуальная схема вместе с дру­гой информацией совместного пользования образуют базу мета­данных и знаний (Metadata and Knowledge Base).

Взаимодействие локальных концептуальных схем предпола­гает наличие служб-посредников для согласования различий в именах объектов и служб, разли­чий в структурных и семантиче­ских представлениях. Для работы этих служб формируются правила и ограничения, которые хранятся в базе знаний ВП.

В архитектуре ВП должен быть модуль распознавания главных со­бытий, в частности, получения за­каза или завершения проектирования. Для обеспечения согласо­ванной работы агентов должны моделироваться различные связи, такие как потоки данных, потоки управления и семантические от­ношения между действиями, ролями, группами, приложениями и пр. Это позволяет агентам ВП совместно определять последова­тельность действий, виды ресур­сов, необходимых для действия, необходимую документацию и т. д.

COBRA–технология. Проблема интеграции объект­но-ориентированного подхода и распределенных вычислений — одна из ключевых при создании ВП — находится в центре внима­ния многих коллективов разра­ботчиков, среди которых выделя­ется мощный международный консорциум Object Management Group (OMG). Этот консорциум занимается разработкой спецификаций и стандартов, позво­ляющих строить распределенные объектные приложения. Им была предложена архитектура управле­ния объектами ОМА (Object Management Architecture), лежащая в основе стандарта CORBA, которая обеспечивает совмести­мость и возможность взаимодейст­вия объектов в компьютерной сети, включающей различные аппарат­ные и программные средства. Ос­новная идея построения данной архитектуры состоит в следующем.

Решение любой задачи представляется в форме взаимодействия (физически) распределенных по различным ЭВМ объектов. Для описания предметной облас­ти в терминах взаимодействующих объектов служит язык IDL (Interface Definition Language), который представляет собой дек­ларативный объектно-ориентиро­ванный язык. Он позволяет стро­ить интерфейсы, не зависящие от языка программирования, используемого для реализации.

Объектная модель CORBA определяет взаимодействия ме­жду клиентами и серверами. Клиенты — это приложения, за­прашивающие услуги, а серверы — приложения, предоставляющие эти услуги. Объекты-серверы со­держат набор услуг, разделяемых между многими клиентами. Кли­ент получает доступ к объекту, посылая к нему запрос. Запрос понимается как событие, которое несет информацию, включающую операцию, ссылку на объект со стороны поставщика услуги и текущие параметры.

Архитектура ОМА состоит из четырех основных компонентов, которые можно разделить на два класса: системные компоненты и прикладные компоненты. К системным компонентам отно­сятся: собственно общая архитектура брокера запросов объектов CORBA (Common Object Request Broker Architecture); объектные службы (Object Services). Среди прикладных компонентов выделяются: объекты приложений; универсальные средства. Здесь центральное место занимает бро­кер запросов объектов ORB. Он охватывает всю коммуникацион­ную инфраструктуру, необходимую для идентификации и разме­щения объектов, поддержания связей и доставки данных. В ча­стности, брокер запросов взаи­модействует с объектными служ­бами, которые отвечают за созда­ние объектов, контроль за досту­пом и пр. Перечислим главные средства стандарта CORBA:

- объектный брокер запросов ORB (Object Request Broker);

- язык определения интерфей­сов IDL (Interface Definition Language);

- объектный адаптер ОА (Object Аdapter);

- репозиторий интерфейсов IR (Interface Rtpository).

Роль CORBA-технологии для ВП заключается в том, что с ее помощью определяется система, которая обеспечивает "прозрачное” взаимодействие между объектами в неоднородной распределенной среде.

^ CALS-технологии и стандарт STEP. “Визитной карточкой" ВП в ма­шиностроении является опора на CALS-технологии, предоставляю­щие необходимый комплект инструментальных средств (ИС), со­держащих набор методов, подпрограмм и стандартов представления и передачи производственной и бизнес-информации. Эти ИС позволяют представить любую информацию в единой структуре и формате, облегчая передачу, хранение, поиск разнородных тех­нических данных и знаний, необ­ходимых для проектирования, производства и сопровождения продукции.

Первоначальное сокращение CALS означало Computer Aided Acquisition and Logistic Support (автоматизированное приобрете­ние информации и логистиче­ская поддержка), а с начала 90-х годов прежняя аббревиатура ста­ла использоваться для описания понятия Continuous Acquisition and Life Cycle Support (непрерыв­ное приобретение информации и поддержка жизненного цикла). Предвестником века CALS-техно­логии стали идеи "безбумажной информатики" на основе электронного обмена данными, выдви­нутые еще в самом начале 70-х го­дов академиком В. М. Глушковым. Через полтора десятка лет многие идеи безбумажной ин­форматики нашли свое воплоще­ние в русле глобальной стратегии CALS, которая стала развиваться с 1985 г. по линии Министерства обороны США (Departement of Defense) и оборонных отраслей промышленности с целью эф­фективной организации и инте­грации обмена и управления данными, требующимися при проектировании, производстве и логистической поддержке сис­тем вооружений. В дальнейшем, CALS-технология стала успешно применяться и в гражданских от­раслях, позволив повысить эффективность использования ком­пьютерных ресурсов предпри­ятий на всех стадиях жизненного цикла разрабатываемой продук­ции, а также значительно сокра­тить документацию на бумажном носителе. В самые последние го­ды стала также применяться но­вая аббревиатура CALS/CE, пря­мо указывающая на интеграцию CALS-технологии и методов со­вмещенной разработки (Concur­rent Engineering).

В целом, CALS как глобальная стратегия обмена и управления данными в рамках ВП позволяет:

- уменьшить количество доку­ментов на бумажном носите­ле, циркулирующих в ВП;

- повысить согласованность дан­ных, получаемых различными агентами;

- уменьшить время реакции ВП на неожиданные изменения конъюнктуры рынка;

- лучше интегрировать проек­тирование и производство;

- уменьшить ошибки в процес­сах кооперативного проекти­рования и распределенного производства.

Стандарты CALS покрывают широкий спектр областей, вклю­чая единообразное представление текстовой и графической инфор­мации, сложных информацион­ных структур и проектных данных, производства и технического об­служивания, а также передачу ви­део-, аудио- и мультимедиаданных, хранение данных, документирование и пр. Следовательно, работу со всей циркулирующей на предприятии информацией целесообразно проводить в соответствии с некоторым набором стандартных форматов, включен­ных в CALS. Они позволяют, в частности, определить, как будут представлены и структурированы текстовые, графические и расчет­ные данные, относящиеся к различным этапам и аспектам про­изводства.

Информационные CALS-стандарты включают: ISO 10303 STEP (стандарт обмена данными об изделии); ISO 13584 P_LIB (биб­лиотека компонентов изделий); ISO 15531 MANDATE (описание производственного процесса). Здесь набор стандартов ISO 10303 STEP занимает исключительное положение. Без него трудно реализовать главную идею CALS-тех­нологии, согласно которой у раз­работчиков (при условии разре­шенного доступа) может иметься вся информация о продукте, со­ответствующая всем стадиям его жизненного цикла. Цель созда­ния серии стандартов STEP со­стоит в реализации единого язы­ка описания информации о раз­личных моделях продукта в тече­ние всего его жизненного цикла, языка, не зависящего от исполь­зуемого программного обеспече­ния. Иными словами, примене­ние STEP охватывает все виды производимой и промежуточной машиностроительной продукции (детали, сборочные единицы, агрегаты, изделия) на всех стадиях их жизненного цикла (проектирование, конструирование, тех­нологическая подготовка произ­водства, производство, эксплуа­тация, утилизация), включая все соответствующие специальности (автоматика, механика, информатика, электроника и пр.).

Стандарт ISO 10303 STEP как общий "словарь" предметной области позволяет агентам, участвующим в совместном проекте, строить единые модели продукта (изделия) и производственной среды. Различные агенты исполь­зуют различные подмножества общей модели изделия в зависимо­сти от этапа жизненного цикла из­делия (ЖЦИ), который они обес­печивают, и функций, которые вы­полняют. Прохождение информа­ции между ними предполагает пересечение моделей взаимодействующих агентов.

Частью стандарта STEP явля­ется объектно-ориентированный язык EXPRESS, предназначенный для описания данных в виде концептуальных схем.

Вся проектная информация об изделии может помещаться в репозиторий или хранилище дан­ных STEP Warehouse. Он предназначен для интеграции производственных данных, поступающих из различных источников и хра­нения информации о продукте (изделии) на протяжении всего его жизненного цикла. Таким об­разом, STEP-репозиторий содер­жит различные модели продукции. Предполагается, что эти мо­дели продукции могут храниться в виде данных STEP, соответст­вующих прежде всего протоколу АР203, а также другим протоко­лам применения.

Чтобы реализовать механизмы обмена данными на основе STEP, в стандарт включено описание символьного обменного файла, а для реализации доступа к дан­ным, хранящимся в репозитории, в него включено описание интерфейса данных SDAI (Standard Da­ta Access Interface).

Каковы же основные уровни реализации STEP и этапы вне­дрения CALS-технологий в прак­тику ВП? На наш взгляд, можно выделить четыре уровня развития STEP: 1) уровень обмена символьными файлами; 2) уровень ра­боты с данными посредством стан­дартного интерфейса; 3) уровень работы с базами данных; 4) уро­вень работы с базами знаний. Со­ответственно, основные этапы внедрения CALS-средств таковы.

- Организация электронного документооборота, использо­вание информационных стан­дартов CALS для обмена дан­ными между конкретными программными продуктами.

- Интеграция, связанная с разра­боткой интегрированных баз данных, объединяющих стан­дартизованную информацию. Создание централизованных структурированных хранилищ данных (Data Warehouses). Концепция хранилища дан­ных уже нашла широкое при­менение, и здесь речь идет о том, чтобы строить подобные хранилища в соответствии с ин­формационными CALS-стандартами, что обеспечит их полную совместимость.

- Создание и внедрение ком­плексных систем автоматиза­ции и управления предпри­ятием, построенных в соответ­ствии со стандартом MAN­DATE. Такие системы сейчас также широко применяются (например, BAAN, R3), но в контексте развития ВП нуж­ны новые версии подобных средств, построенные в соот­ветствии со стандартами CALS и использующие их в своей работе.

При создании ВП машино­строения необходимо расшире­ние стандарта STEP для обеспе­чения следующих возможностей:

- совмещенного и кооператив­ного проектирования, коллек­тивной генерации моделей на основе разделенных знаний;

- взаимодействия различных приложений, когда они должны работать с общей базой данных в разделенном режиме;

- совместной разработки доку­ментации, когда требуется объединить отдельные части документов, разработанные различ­ными специалистами, в один документ.








оставить комментарий
страница5/5
Дата02.10.2011
Размер1,25 Mb.
ТипДокументы, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт
1   2   3   4   5
отлично
  1
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com


База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2014
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх