Основы мехатроники (стр. 4 из 6)

Рисунок 2 - Каскадная модель жизненного цикла.

Положительные стороны применения каскадного подхода:

- на каждом этапе формируется законченный набор проектной документации, отвечающий критериям полноты и согласованности;

- выполняемые в логичной последовательности этапы работ позволяют планировать сроки завершения всех работ и соответствующие затраты.

Основным недостатком каскадного подхода является существенное запаздывание с получением результатов.

Реально же жизненный цикл представляется следующей моделью, называемой водопадной моделью, представленной на рисунке 3. Данная модель позволяет обращаться к предыдущим этапам на каждом шаге жизненного цикла. Таким образом, корректировка шагов позволяет придти к оптимальному варианту, который устроит заказчика.

Рисунок 3 - Водопадная модель жизненного цикла.

В спиральной модели жизненного цикла приоритетными являются начальные этапы: анализ и проектирование. Реализуемость технических решений проверяется путем создания прототипов. Каждый виток спирали соответствует созданию нового фрагмента или версии системы, на нем уточняются цели и характеристики проекта, определяется его качество, и планируются работы следующего витка спирали. Один виток спирали при этом представляет собой законченный проектный цикл по типу каскадной схемы. Такой подход называется также "Продолжающимся проектированием". Позднее в проектный цикл дополнительно стали включать стадии разработки и испытания прототипа системы.

На многих этапах жизненного цикла проходят различные виды испытаний, исходя из результатов которых, принимается решение о приемке версии данного этапа или ее корректировки. Таким образом, можно сделать вывод о применении к их жизненному циклу спиральной модели жизненного цикла.

Был проведен анализ бизнес-процессов предметной области и выделены схемы, описывающие этапы жизненного цикла. Пример схемы бизнес-процессов для этапа анализа заказа приведен на рисунке 4. На этапе анализа заказа происходит формирование уровня качества изделий; изыскание принципов и путей, обоснование возможности и целесообразности создания системы; проведение работ заказчиком по формированию исходных требований к системам, комплексам, образцам, их составным частям и материалам в соответствии с директивными указаниями, фундаментальными, поисковыми научно-исследовательскими работами, отечественной и зарубежной информацией о достижениях науки и техники; заключение договора и оплата; разработка и выдача тактико-технических заданий на выполнение научно-исследовательских работ и опытно-конструкторских работ до начала выполнения исполнителями указанных работ.

Рисунок 4 - Схема бизнес-процессов на этапе анализа заказа.

Проанализировав схемы бизнес-процессов в предметной области, были выделены следующие подсистемы:

- подсистема “Анализ заказа” – автоматизирует бизнес-процессы анализа проступившего заказа, подписания договора и расчета сметы затрат;

- подсистема “Конструкторская документация” – управляет разработкой конструкторской документацией для мехатронной системы;

- подсистема “Технологическая документация” - управляет разработкой технологической документацией мехатронной системы;

- подсистема “Эксплуатационная документация”- управляет разработкой эксплуатационной документации для мехатронной системы;

- подсистема “Испытания” – управляет данными обо всех испытаниях мехатронной системы и производстве опытных образцов;

- подсистема “Поставки” – оптимизация работы с поставщиками покупных изделий;

- подсистема “Производство” – управление процессом производства мехатронной системы;

- подсистема “Эксплуатация” – управляет данными о монтаже, пуске, обработке и эксплуатации мехатронной системы;

- подсистема “Ремонт” – управляет информацией о ремонте и технадзоре;

- подсистема “Управление проектами” – позволяет руководителю распределять работы между сотрудниками и управлять доступом к проектам.

Архитектура системы представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 - Архитектура системы.

2 Основные идеи технологии CALS

CALS-технологии (англ. Continuous Acqusition and Life cycle Support - непрерывная информационная поддержка поставок и жизненного цикла) - cовременный подход к проектированию и производству высокотехнологичной и наукоемкой продукции, заключающийся в использовании компьютерной техники и современных информационных технологий на всех стадиях жизненного цикла изделия, обеспечивающая единообразные способы управления процессами и взаимодействия всех участников этого цикла: заказчиков продукции, поставщиков/производителей продукции, эксплуатационного и ремонтного персонала, реализованная в соответствии с требованиями системы международных стандартов, регламентирующих правила указанного взаимодействия преимущественно посредством электронного обмена данными.

Информационная поддержка процессов жизненного цикла изделий - русскоязычный аналог понятия CALS.

Основными компонентами CALS-технологий являются:

- инструментальный комплекс технических и программных средств автоматизированного проектирования изделий (CAD - Computer Aided Design);

- системы автоматизации технологической подготовки производства (CAM - Computer Aided Manufacturing);

- системыинженерногоанализа (CAE - Computer Aided Engineering);

- средства реализации технологии параллельного тотального проектирования в режиме группового использования данных (Concurrent Engineering);

- система управления проектными и инженерными данными (EDM - Enterprise Data Management);

- системы визуализации всего процесса разработки документации;

- мощные средства обмена данными;

- мощные средства разработки прикладного программного обеспечения;

- методики анализа процессов проектно-технологической, производственной и управленческой деятельности.

Переходу к CALS технологиям способствовал успех CAD/CAM индустрии в объемном твердотельном проектировании, генерации точных траекторий механообработки, эффективном получении чертежей, создании систем управления данными. Однако, традиционные CAD/CAM системы используют только геометрию детали (в лучшем случае конструкторско-технологическую текстовую информацию об изделии), они не обеспечивают создание и ведение единой конструкторской библиотеки деталей, узлов, сборочных единиц, значительно ускоряющих процесс проектирования изделий. Кроме того, традиционные системы не обеспечивают интегрированную информационную поддержку всех участников процесса проектирования, производства, эксплуатации и обслуживания изделий.

Применение CALS-технологий позволяет существенно сократить объемы проектных работ, так как описания многих составных частей оборудования, машин и систем, проеткировавшихся ранее, хранятся в унифицированных форматах данный сетевых серверов, доступных любому пользователю технологий CALS. Существенно облегчается решение проблем ремонтопригодности, интеграции продукции в различного рода системы и среды, адаптации к меняющимся условиям эксплуатации, специализации проектных организаций и т.п. Предполагается, что успех на рынке сложной технической продукции будет немыслим вне технологий CALS.

Развитие CALS-технологий должно привести к появлению так называемых виртуальных производств, в которых процесс создания спецификаций с инфорамцией для программно управляемого технологического оборудования, достаточной для изготовления изделия, может быть распределен во времени и пространстве между многоими организационно автономными проектными студиями. Среди несомненных достижений CALS-технологий следует отметить легкость распространения передовых проектных решений, возможность многократного воспроизведения частей проекта в новых разработках и др.

Построение открытых распределенных автоматизированных систем для проектирования и управления в промышленности составляет основу современных CALS-технологий. Главная проблема их построения - обеспечение единообразного описания и интерпретации данных, независимо от места и времени их получения в общей системе, имеющей масштабы вплоть до глобальных. Структура проектной, технологической и эксплутационной документации, языки её представления должны быть стандартизированными. Тогда становится реальной успешная работа над общим проектом разных коллективов, разделенных во времени и пространстве и использующих разные CAE/CAD/CAM-системы. Одна и та же конструкторская документация может быть испльзована многократно в разных проектах, а одна и та же технологическая документация - адаптирована к разным производственным условиям, что позволяет существенно сократить и удешевить общий цикл проектирования и производства. Кроме того, упрощается эксплуатация систем.

Для обеспечения информационной интеграци и CALS использует стандарты IGES и STEP в качестве форматов данных. В CALS входят также стандарты электронного обмена данными, электронной технической документации и руководства для усовершенствования процессов. В последние годы работа по созданию национальных CALS-стандартов проводится в России под эгидой Госстандарта РФ. С этой целью создан Технический Комитет ТК431 «CALS-технологии», силами которого разработан ряд стандартов серии ГОСТ Р ИСО 10303, являющихся аутентичными переводами соответствующих международных стандартов (STEP).

2.1 Пример задачи, рашаемой при помощи CALS-технологий

Согласно проведенным исследованиям турбина за время своего существования проходит следующую совокупность этапов жизненного цикла : маркетинговые исследования, составление технического задания, проектирование, технологическая подготовка производства, изготовление, поставка, эксплуатация, ремонт, утилизация. В производстве турбин и турбинного оборудования можно выделить две основные особенности: во-первых, турбинный завод является основным участником жизненного цикла описываемого оборудования практически на протяжении всего его существования, во-вторых, жизненный цикл турбины отличается большой продолжительностью этапа эксплуатации, а также других, постпроизводственных этапов жизненного цикла. На первом этапе разработки системы непрерывной информационной поддержки жизненного цикла турбин и турбинного оборудования необходимо создание единого информационного пространства в рамках турбинного завода.