6.3. Стандарты описания жц. Стандарты cals-технологий.

Структурно стандарты CALS состоят из трёх групп:

• Функциональные стандарты, определяющие процессы и методы их формализованного описания;

• Информационные стандарты по описанию данных о продуктах, процессах и средах.

• Стандарты технического обмена, контролирующие форматы данных и процессы обмена данными.

Эти описания основаны на стандартизированном описании ЖЦ продукции.

Стандартами, описывающими типовой ЖЦ продукции являются ISO 9004-1 и CALS стандарты ISO 10303 STEP AP203.

Применяются следующие международные стандарты ISO:

Информационные модели		Стандарт представления информации	Содержание стандарта
Модель ЖЦ продукта и выполняемых в его ходе бизнес-процессов		IDEF – Integrated Definition,	Функциональное моделирование жизненного цикла и выполняемых бизнес-процессов
		ISO 10303 AP208
Модель продукта	Конструкторская	ISO 10303 (STEP)	Структура, конфигурация и геометрия изделия
	Производственная	ISO-13584 (PLIB)	Формат данных о библиотеках деталей у поставщиков
		MIL-STD- 1388-1/2 Logistic Support Analysis (LSA) Record	Формат данных в процессах материально-технического снабжения
	Эксплуатационная	MIL-M-87268 – Manuals, Interactive Electronic Technical General Content, Style, Format, and User-Interaction Requirements (IETM)	Требования к электронным руководствам: содержание, стиль, формат, Интерфейс с пользователем
		MIL-D-87269 –Data Base, Revisable Interactive Electronic Technical Manuals, for the support of	Требования к оформлению баз данных и электронных справочников по изделиям
		ISO 8879 (SGML) – Standard Generilized MarkUp Language	Способ представления информации в тексто-графических документах
		MIL-PRF-28001C - Markup Requirements and Generic Style Specification for Electronic Printed Output and Exchange of Text	Требования к оформлению электронных документов (рекомендации по применению SGML для оформления электронных документов)
		MIL-PRF-28002C –Requirements for Raster Graphics Representations in Binary Format	Требования к представлению растровых изображений в двоичном формате в электронной документации
		MIL-PRF-28003 – Color Graphics Metafile (CGM)	Требования к представлению иллюстраций для технической документации в электронном виде
		ISO 10744 HyTime - (Hypermedia/Time Based Structuring Language	Требования к мультимедийной информации в электронных документах
Модель среды		ISO 15531 (MANDATE)	Форма представления и методы использования информации о производстве и используемых производственных ресурсах, их характеристиках и ограничениях с точки зрения управления производством.

Основные три стандарта CALS:

• ISO 10303 STEP

• ISO 13584 PLIB

• ISO 15331 MANDATE

Состав и назначение стандарта STEP.

Группа стандартов STEP наиболее объёмна из всех трёх. Стандарты этой группы описывают форматы данных о продукции. Основное назначение стандарта STEP – «в бытовом понимании», описание структуры, конфигурации и геометрии изделия или, в «расширенном понимании», описание для представления и обмена данными о продукте. Однако, подобное описание не носит характер некоторого кодифицированного ad-hoc формата наподобие ГОСТ ЕСПД, а является метастандартом. Это означает, что формат и структура данных описываются независимо от конкретного приложения, от конкретных бизнес-процессов, от конкретной модели данных, от методов доступа данных.

Иными словами, нейтральный (не зависящий от конкретной системы) механизм описания данных о продукте на всех стадиях ЖЦ продукта.

Для этого стандарт STEP представляет понятие прикладных протоколов, application protocol (AP). AP – это способ описания данных, принятых в конкретном приложении, в разрезе его модели данных и бизнес-процессов. То есть, информационная модель, созданная на базе типовых блоков «интегрированных ресурсов». Для описания схем данных используется специально разработанный язык EXPRESS. Язык EXPRESS является одним из разделов стандарта ISO 10303 STEP и описан в 11 томе стандарта ISO 10303. Он регламентирует черчение (прямое и ассоциативное), проектирование конструкций, инженерный анализ, технологическую подготовку, производство, тестирование данных и обмен ими (в том числе с IDEF-моделями) в специальном текстовом формате, который обеспечивает безопасность и надежность передачи информации по Интернет партнерам. Обмен информацией производится через обменный файл, в формате EXPRESS.

Кроме того, интерфейс SDAI или Standard Data Access Interface позволяет унифицировано, единообразно обращаться к данным в любом приложении CALS.

Из наиболее употребимых AP являются AP203 и AP208. AP203 описывает стандарт ЖЦ продукции.

AP208 описывает стандарт описания бизнес-процессов на основе IDEF0.

Группа стандартов IDEF содержит несколько методов описания и анализа процессов, потоков и структур данных.

Кратко охарактеризуем основные методы IDEF.

IDEF0 - метод функционального моделирования; был разработан для описания функций различных систем путем создания наглядной графической модели. Функциональные модели строятся методом декомпозиции от главной (контекстной) функции к более мелким простым с учетом их взаимной связи. Цель моделирования и степень детализации модели определяется разработчиком. Элементы модели каждого уровня представляют собой действия по переработке информационных или материальных ресурсов при определенных условиях (ограничениях, управляющих воздействиях) с использованием определенных механизмов. Как правило, моделирование средствами IDEF0 является начальным этапом изучения любой системы. Модели используются для детального функционального анализа с целью улучшения структуры функций объекта (реинжиниринга). На методе IDEF0 базируется функционально-стоимостной анализ - ФСА (АВС – Activity Based Costing). Стандарт IDEF0 выпущен в 1981г., последняя его версия – в 1993 г. (FIPS 183).

IDEF1- метод моделирования информационных потоков внутри системы, позволяющий отображать структуру системы, то есть ее элементы (сущности), их свойства (атрибуты) и взаимосвязи (отношения) между ними. Полученная в процессе моделирования детальная информация позволяет выявить «узкие места» в анализируемом объекте и является основой для принятия решений об улучшении структуры системы и информационных потоков, осуществления правильной политики управления информацией.

IDEF1X- метод моделирования данных и проектирования реляционных баз данных. Он, так же как и IDEF1, относится к типу методологий «сущность-взаимосвязь» (ER- Entity-Relationship), однако сущности здесь понимаются не как реальные объекты, а как их типы, обладающие общими свойствами. Связи между сущностями более сложны. Это позволяет хранить информацию в форме абстрактной схемы (семантической модели), которая связывает хранящиеся в компьютере символы с реальным миром и является верным его отражением. Подобный способ хранения информации является относительно независимым, «нейтральным» и позволяет получить ответ на различные запросы пользователя о свойствах описанной в модели среды. Стандарт IDEF1Х выпущен в 1993 году (FIPS 184).

IDEF2- метод динамического моделирования систем. В связи с весьма серьезными сложностями анализа динамических систем развитие этого стандарта происходит медленно. Однако в настоящее время существуют алгоритмы и их компьютерные реализации, позволяющие превратить набор статических диаграмм IDEF0 в динамические модели, построенные на базе «раскрашенных сетей Петри» (CPN - Color Petri Nets), т.е. отслеживать изменение состояние систем с помощью фиксации ряда дискретных квазистационарных состояний. Подобный подход широко используется при динамическом моделировании технических систем, описываемых дифференциальными уравнениями различного типа.

IDEF3 -метод получения описания функционирования системы и моделирования как причинно-следственных связей внутри одного бизнес-процесса, так и между различными процессами. Он предоставляет пользователю два типа диаграмм: описания процесса PFD (Process Flow Description) – «внутреннее описание» и описания переходов из одного состояния в другое OSTD (Object State Transition Description) – «внешнее описание», когда дополнительно рассматривается вход и выход объекта. Эти два способа моделирования дополняют друг друга и позволяют описать любой процесс функционирования системы.

IDEF4 – метод объектно-ориентированного проектирования. Средства метода позволяют наглядно отображать структуру объектов и принципы их взаимодействия, позволяя анализировать и оптимизировать и создавать сложные системы. В отличие от других методов, кроме констатации взаимодействия, здесь учитывается его принцип (в частности, физический). Поэтому он, как и IDEF1Х, является методом проектирования.

IDEF5 - метод получения онтологического описания и исследования сложных систем. Основной чертой онтологического анализа является разделение реального мира на классы, определение совокупности их фундаментальных свойств и прогнозирование на этой основе поведения объектов данного класса. Это метод сбора фактов и получения знаний. Типичный пример онтологического исследования – научное. С помощью данного метода онтология системы может быть описана при помощи определенного словаря терминов и правил, на основании которых могут быть сформированы достоверные суждения о состоянии рассматриваемой системы в некоторый момент времени. На основании этих утверждений формируются выводы о дальнейшем развитии системы, проводится возможная ее реорганизация, что полезно при управлении сложными системами, имеющими искусственный характер. На основе онтологического описания строятся системы получения новых знаний – экспертные системы. Исследователь имеет возможность строить разнообразные схемы и диаграммы с помощью языка схем (Schematic Language-SL), комментировать их с помощью языка уточнений (Elaboration Language-EL). Не исключено, что методологические основы IDEF5 в дальнейшем будут использованы для анализа сложных CALS-моделей (например, так называемых виртуальных моделей предприятий) для формирования возможных вариантов бизнес-стратегии.

В CALS-технологиях наибольшее применение нашли методы IDEF0 и IDEF1Х.

Метод IDEF0 является стандартом CALS, однако он не обеспечивает прямой интеграции функциональных моделей с моделями продукции. Для этого разрабатывается один из прикладных протоколов стандарта STEP – ISO 10303 AP208, который базируется на методологии IDEF0. Метод моделирования IDEF0 подробнее разобран в ходе курса «Моделирование бизнес-процессов» и подробно в данном курсе не рассматривается.

Метод IDEF1Х по своей идеологии близок к языку EXPRESS стандарта ISO 10303 STEP, предназначенного для описания продукции в нейтральном формате (в форме EXPRESS-схем, характерных для реляционных баз данных).

Метод IDEFF1X, моделирование ER диаграмм, работа с программой ERwin подробно разобрана в ходе курса СУБД и здесь подробно не рассматривается.

В CALS-технологиях применяется язык моделирования данных EXPRESS, стандарт его описывающий – один из стандартов группы стандартов STEP ISO 10303.

Основные отличия EXPRESS от IDEF1X: IDEF1X не совсем подходит для реализаций нереляционных (например, объектно-ориентированных) схем данных. EXPRESS же наоборот, предназначен для описания иерархических систем понятий, таких как онтология предметной области, таксономия, то есть, информационной модели данных предметной области.

Стандарт ISO 10303 включает в себя 8 разделов, тесно связанных друг с другом (рис.8), каждый из которых, в свою очередь, состоит из томов (см. Приложение 1). Перечень разделов включает в себя:

• методы описания (язык EXPRESS);

• стандартные решения (способы применения);

• структура и методология проверки на совместимость;

• общие интегрированные ресурсы;

• прикладные интегрированные ресурсы ;

• прикладные протоколы (в различных отраслях);

• набор абстрактных тестов (абстрактные примеры);

• элементы для конкретных приложений.

Также на основе стандарта STEP подготавливаются интерактивные технические электронные руководства, ИТЭР.

ИТЭР – это гипертекст, состоящий из структурированных документов в формате SGML и мультимедийной информации в формате HyTime.

Стандарт ISO 8879 (SGML)

Вследствие возникшего многообразия способов представления текстовой и тексто-графи-ческой информации, связанных с применением разнородных программных средств, технологий форматирования и верстки текста, методов кодировки и поддержки национальных языков, появилась потребность в разработке унифицированных решений.

Такое решение содержится в стандарте ISO 8879 (SGML, Standard Generalized MarkUp Language), определяющем «обобщенный стандартный язык разметки» текста.

Термин «разметка» носит исторический характер - имеются ввиду метки, которые обычно делает редактор в процессе подготовки текста к верстке. Технология электронной разметки текста, основанная на вставке в текст специальных меток, широко используется в современных программных средствах верстки и форматирования. Метки условно можно разделить на два класса: процедурные и описательные.

Процедурные метки используемые, например, в программах Microsoft Word и Quark XPress чаще всего представляют собой коды форматирования, вставленные в текст документа.

Описательные метки, известные также под названием «обобщенных» (generalized), определяют не способ появления текста на странице, а назначение текста в документе. Описательные метки отделяют структуру документа от стиля его отображения, позволяя для одного документа иметь различные способы его отображения на экране или бумаге.

С точки зрения стандарта SGML документ рассматривается как совокупность:

- содержания (информации, содержащейся в документе в текстовой, графической и мультимедийной форме);

- данных о структуре документа (взаимосвязи глав, разделов, параграфов, ссылки, прав доступа к элементам документа);

- данных о стиле оформления документа (используемых шрифтах, интервалах, размерах полей, способе нумерации и т.д.).

Стандарт ISO 8879 SGML определяет способ описания структуры документа, а также формат вставляемых в документ описательных меток, но не определяет формат данных о стиле оформления документа. Структура документа задается при помощи «определения типа документа» (в терминах стандарта - Document Type Definition или сокращенно DTD), описывающего структуру документа подобно тому, как схема базы данных описывает типы поддерживаемых данных и отношения между полями. Определение типа документа (ОТД) задает взаимосвязь глав, заголовков глав, разделов и других фрагментов текста, образующих документ. Кроме того, ОТД задает правила для отношений между элементами документа, например: «заголовок главы должен быть первым элементом после начала главы» или «каждый список должен содержать по меньшей мере два пункта». Правила, содержащиеся в ОТД, позволяют автоматически контролировать правильность логической структуры документа. Таким образом, разные ОТД позволяют получить из одного и того же набора элементов разные документы (см. рис.12).

Помимо текстовой и графической информации, в SGML-документ могут быть вставлены мультимедийные элементы: аудио и видео-записи и клипы. Технология встройки мультимедийных элементов регламентируется специальным расширением SGML, описанным в стандарте ISO 10744 HyTime (Hypermedia/TimeBased Structuring Language) - языком «привязки» мультимедийных объектов.

В разделе, посвященном подготовке интерактивных электронных технических руководств, рассмотрен наглядный пример использования SGML – технологии.

Основные преимущества SGML - технологии:

1) формализация структуры документа, обеспечивающая возможность:

- описать правила, по которым формируется структура документа,

- автоматической генерации и контроля структуры документа,

- автоматического наполнения документа;

2) возможность распределенной подготовки различных разделов по строго определенным правилам (единая структура документа, единое стилевое оформление) и централизованная композиция конечного документа;

3) возможность создания многовариантных документов: например предназначенных для работы с гаммой или семейством изделий, имеющих отличия;

4) возможность обеспечивать доступ к содержимому документа в соответствии с ролью пользователя (техник, инженер, и т.д.);

5) возможность создавать многоязычные документы;

6) поддержка любых способов представления информации – текстовая информация, изображения (растровые, векторные);

7) аудио-, видеоинформация, навигация и поиск по структуре документа.

Недостатком стандарта ISO 8879 SGML является его некоторая избыточность и громоздкость. По этой причине в последние несколько лет в мире ведутся активные работы по его совершенствованию. Одним из результатов такой работы является «облегченная» версия SGML, названная XML (eXtensible Markup Language) - расширяемым языком разметки.

ISO 13584 (PLIB) дает средства описания продукта внутри производства во внутренней сфе­ре обращения (здесь под продуктом уже понимается материальный продукт производства, участвующий в товарообмене). Он представляет информацию о библиоте­ке изделий вместе с необходимыми механизмами и определениями, обеспечивающими обмен, использо­вание и корректировку данных библиотеки изделий. Имеется в виду обмен между различными компьютер­ными системами и средами, связанными с ЖЦ продукта, где могут использо­ваться изделия библиотеки, включая проектирование, изготовление, эксплуатацию, обслуживание и утили­зацию продукта.

ISO 15331(MANDATE) описывает динамику производства как снаружи (связи производства с внешней средой), так и изнутри (материальные и информационные по­токи в организационно-производственной структуре, короче — интегрированная модель производства).

Стандарт ISO 13584 (PLIB)

Продукт, как правило, включает в себя компоненты и комплектующие изделия, получаемые от поставщиков. Одни и те же компоненты и комплектующие одновременно могут входить в разные продукты, поэтому существует потребность в средствах их самостоятельного информационного описания, отдельно от продуктов, в которые комплектующие изделия могут входить.

ISO 13584 Parts Library - это серия международных стандартов для представления и обмена доступными для компьютерной интерпретации данными о поставляемых компонентах и комплектующих изделиях (узлах, деталях). Схема информационного взаимодействия с поставщиком деталей (комплектующих изделий) в соответствии с ISO 13584 приведена на рис. 11.

Стандарт ISO 13584 PLIB включает в себя 7 разделов:

- общий обзор и основополагающие принципы;

- концептуальная модель библиотеки деталей;

- основные ресурсы;

- логическая модель библиотеки поставщика;

- данные о поставщике;

- программный интерфейс к данным;

- методология структуризации классов (семейств) деталей.

Стандарт ISO 13584 регламентирует:

- средства описания и технологию представления информации о компонентах и комплектующих;

- технологию обработки данных, в том числе хранения, передачи, доступа изменения и архивирования.

В отличие от стандарта ISO 10303 STEP, предназначенного для описания конкретного экземпляра продукта, стандарт PLIB позволяет описывать классы продуктов (компонентов и комплектующих):

- стандартные детали, определенные международными или национальными стандартами (например, крепеж или подшипники);

- библиотеки (базы) данных о деталях конкретного поставщика.

В процессах проектирования, обмен данными о деталях и комплектующих, например между системами проектирования A и B, может иметь два контекста: обмен метаданными (данными об информационных моделях деталей) и обмен собственно данными о деталях. В последнем случае должен использоваться стандарт ISO 10303 STEP.

Стандарт ISO 15531 (MANDATE)

Стандарт ISO 15531 MANDATE (Manufacturing Data for Exchange) - регламентирует некоторые вопросы представления производственных данных. Областью стандартизации является форма представления и методы использования информации о производстве и используемых производственных ресурсах, их характеристиках и ограничениях с точки зрения управления производством.

Стандарт MANDATE состоит трех разделов:

- представление производственных данных для внешнего обмена;

- данные по управлению использованием производственных ресурсов;

- представление данных по управлению производственными потоками.

Первый раздел определяет требования к обмену производственной информацией между компаниями, на основе использования протоколов «электронного обмена данными» EDI (Electronic Data Interchange). Особое внимание уделено следующим вопросам:

- данные, которыми обменивается между собой коммерческая и производственная сферы;

- информация, требуемая для планирования производства;

- информация, содержащаяся в получаемых заказах;

- информация, получаемая от сферы закупок;

- информация, необходимая для управления поставщиками и дочерними компаниями;

- информация, необходимая для приема и распределения изделий.

Второй раздел посвящен представлению данных по управлению использованием производственных ресурсов (оборудование, энергоснабжение, транспорт и пр.). Сюда относятся описание и характеристики ресурсов, управление работой промышленного оборудования, вопросы качества, обслуживания и безопасности.

Описание производственных ресурсов может быть представлено в виде баз данных, содержащих:

- параметры ресурсов;

- входы и выходы;

- объем и мощность;

-прикладное программное обеспечение;

- степень внутреннего управления и уровень интеллектуальности;

- ссылки на стандартные ресурсы;

- планы работы и управление обслуживанием;

- данные о стоимости и т.д.

Третий раздел посвящен представлению данных об управлении производственными потоками, в том числе данных о материальных потоках в дискретном производстве, информации, необходимой для планирования, управления и мониторинга потоков материалов. Рассматриваются следующие вопросы:

- определение объемов производства;

- управление производством;

- планирование производства;

- планирование потребности в ресурсах;

- работа по схеме «точно вовремя» (just in time);

- оптимизация технологии производства;

- оценка планов;

- мониторинг производства;

- учет стоимости;

- планирование процессов;

- спецификации изделий.

Что дают CALS-технологии?

Последовательное применение подхода CALS-технологий позволяет повысить гибкость и управляемость производственных процессов, увеличить конкурентоспособность предприятия на рынке.

Это достигается за счёт:

– улучшения кооперации на разных стадиях и этапах жизненного цикла. Кооперация становится возможной не только на уровне готовых компонентов, но и на уровне отдельных процессов, этапов и задач. Кооперация улучшается за счёт работы в едином информационном пространстве.

– обеспечения преемственности результатов работы и облегчения взаимозаменяемости участников команды;

– повышения прозрачности бизнес-процессов и управляемости посредством реинжиниринга;

– обеспечения заданного качества продукции в интегрированной среде поддержки ЖЦ за счёт электронного документирования всех процедур;

– автоматизации бизнес-процессов (BPM-среды) и конструкторско-технологического документооборота;

– повышения гибкости разрабатываемого изделия, его конфигурируемости (линейка продукции), подход CALS к управлению конфигурацией;

– сократить издержки производства и снизить себестоимость продукции;

– в конечном итоге, сократить время разработки и вывода продукции на рынок (time-to-market), при этом увеличив его жизненный цикл;

– автоматизировать процессы эксплуатации и сопровождения, поддержки продукции.