ЭЛЕКТРОННАЯ МОДЕЛЬ ИЗДЕЛИЯ Требования к электронной

ЭЛЕКТРОННАЯ МОДЕЛЬ ИЗДЕЛИЯ
Требования к электронной модели изделия
и средствам ее поддержки
Сразу отметим, что в некоторых источниках электронную модель изделия (ЭМИ) называют
единой информационной моделью (ЕИМ). По нашему мнению, ЕИМ больше подходит к
информационной модели предприятия или их совокупности. Но, видимо, и термин ЕИМ имеет
право на существование, тем более, что терминология в такой новой области, как CALS, еще не
устоялась.
Для того, чтобы служить единым источником информации об изделии, ЭМИ должна
удовлетворять ряду требований:
- состав данных должен соответствовать потребностям в конструкторской информации
на всех стадиях жизненного цикла;
- обеспечивать возможность поддержки установленных регламентов и процедур процесса
проектирования в части доступа к данным, их использования и модификации;
- средства поддержки электронной модели изделия должны обеспечивать возможность
параллельного проектирования;
- состав данных и средства поддержки должны обеспечивать управление конфигурацией
изделия;
- средства поддержки электронной модели изделия должны обеспечивать преобразование
информации, получаемой из различных источников в стандартный электронный вид.
Рассмотрим эти требования подробнее.
Состав данных должен обеспечивать потребности в конструкторской информации на всех
стадиях жизненного цикла.
Автоматизированные системы, предназначенные для поддержки ЭМИ, в современной
литературе обозначаются термином PDM - системы управления данными о продукте. Как уже
отмечалось, для информационного описания изделия разработан стандарт ISO 10303 STEP. В
соответствии с ISO 10303 электронная конструкторская модель изделия включает в себя
геометрические данные, данные о конфигурации изделия, административные данные,
неструктурированные данные.
Средства поддержки ЭМИ должны обеспечивать возможность соблюдения регламентов и
процедур процесса проектирования.
В ходе проектирования конструкторская информация создается и многократно
модифицируется. На последующих стадиях разработанная информация в основном только
используется. На этапе проектирования очень важно обеспечить соблюдения установленных
регламентов, связанных с принятием решений и их утверждением, процедурами проведения
изменений и т.д., с тем чтобы не нарушить целостность и корректность электронной модели
Средства поддержки электронной модели должны обеспечивать возможность
параллельного проектирования.
Электронная модель изделия и средства ее поддержки должны обеспечивать возможность
параллельного проектирования. Это означает, что информация, полученная на очередном этапе
проектирования, немедленно должна стать доступной для решения других задач. Например, при
проектировании автомобиля, геометрическая модель кузова может быть передана на этап
технологической подготовки для разработки штампов, не дожидаясь пока будет спроектирован
вакуумный усилитель тормозов.
Средства поддержки ЭМИ должны обеспечивать управление конфигурацией.
Такой продукт как машиностроительное изделие характеризуется многовариантным
составом и конфигурацией, означающее, что изделие может иметь несколько модификаций в
соответствии с требованием покупателя, может состоять из различных элементов в зависимости от
условий производства, рынка и материально-технического снабжения.
Стандарт ISO 10303 STEP и его подраздел AP203 определяет представление конструкторских
данных о машиностроительном изделии согласно концепции управляемой конфигурации. Термин
«управляемая конфигурация» означает возможность определения комплектации изделия в
зависимости от условий проектирования, производства или заказа. Современный рынок все
больше поворачивается лицом к потребителю. Идя навстречу покупателю, производители
предусматривают различные варианты и модификации изделий. Более того, согласно стандартам
обеспечения качества ISO серии 9000, поставщик обязан предоставить потребителю возможность
выбора комплектации изделия.
Средства поддержки ЭМИ должны обеспечивать преобразование информации, получаемой
из различных источников в стандартный электронный вид.
В процессе проектирования электронная модель изделия наполняется данными, при этом не
все данные могут быть получены сразу в желаемом виде. Средства поддержки должны
обеспечивать преобразование информации, получаемой из различных источников, в
стандартизованную форму.
В общем случае информация об изделии может быть получена из следующих источников:
- непосредственно в формате STEP из систем CAD/CAM;
- преобразованием форматов электронных данных, полученных в различных
автоматизированных системах;
- путем сканирования бумажной документации и ее перевода в электронный вид. Как
правило, это чертежи и текстовые документы: пояснительные записки, отчеты и т.д.
Способы реализации средств поддержки
электронной модели изделия
В настоящее время для работы с электронной моделью изделия используются средства
автоматизации, относящиеся к классу PDM-систем (Product Data Management).
Согласно стандартам серии ISO 9000 PDM-система должна:
- однозначно идентифицировать варианты каждого изделия;
- идентифицировать состояние изделия, находящегося в разработке или уже поставленного
потребителю;
- управлять модификацией изделия, проводимой более чем одним человеком;
- обеспечивать координацию работ по модификации многочисленной продукции,
производимой в одном или более местах;
- идентифицировать и прослеживать все мероприятия и изменения, вызванные изменившейся
заявкой, начиная с самого зарождения до выпуска продукции.
Функции системы поддержки электронной модели изделия:
- поддержка полной конструкторской модели изделия;
- обеспечение регламента проведения изменений;
- обеспечение управления конфигурацией и составом изделия;
- обеспечение преобразования информации, получаемой из различных источников в
стандартный вид.
Перечисленные функции реализуются за счет:
- хранения электронной модели изделия с использованием международных стандартов (ISO
10303, ISO 8879, и т.д.);
- организации доступа к электронной модели изделия для ПО с помощью программных
интерфейсов (API), для персонала с помощью клиентских приложений;
- тесной интеграции с существующими у пользователей решениями.
С системотехнической точки зрения система поддержки электронной модели изделия
является трехзвенной системой (см. рис.13): сервер хранения данных на основе СУБД, сервер
предварительной обработки данных и клиентские части.
Сервер хранилища. Сервер хранилища хранит информацию пользователей и предоставляет
доступ к ней. Базовым элементом является СУБД Oracle 8, единственная в России СУБД,
сертифицированная ФАПСИ для хранения информации, содержащей Государственную тайну
(сертификат №168 о соответствии требованиям безопасности №РОСС RU.0001.01БИ00). На
сервер хранилища стекается вся информация от предприятий, участвующих в процессе
проектирования, поэтому доступ к серверу производится через Интернет.
Сервер обработки данных. Сервер обработки данных выполняет предварительную обработку
данных перед их загрузкой или получением от сервера хранилища. Один сервер хранилища может
обслуживать несколько серверов обработки данных.
Сервер
хранилища
данных
ур
ов
ен
ьST
EP
Интернет
STEP сервер +
сервер
предварительной
обработки данных
STEP сервер +
сервер
предварительной
обработки данных
Локальная сеть
предприятия А
Клиент +
CAD 1
Клиент +
CAD 2
Предприятие А
Клиент
+CAE
Локальная сеть
предприятия Б
Клиент +
CAD 1
Клиент +
CAM 1
Предприятие Б
Клиент +
CAM 2
Ур
ов
ен
ь
пр
ик
ла
дн
ых
си
ст
ем
Рис.13. Система электронной поддержки модели изделия
В базовом варианте каждое предприятие-участник проекта должно иметь один сервер
обработки данных, координирующий всю работу, выполняемую на данном предприятии. Однако в
случае больших масштабов организации один сервер обработки данных может соответствовать
одному отделу или другому структурному подразделению предприятия. В таком случае может
использоваться несколько серверов обработки данных.
Клиентская часть. Клиентская часть представляет собой пользовательское приложение для
работы с хранилищем данных. Данное приложение является платформенно-независимым, то есть
способно работать на разных типах компьютеров в разных операционных системах .
Клиентская часть обеспечивает возможность доступа пользователя к данным об изделии в
соответствии с имеющимися потребностями и полномочиями: для просмотра и редактирования
структуры изделия, проведения процессов утверждений или изменений в конструкции и т.д.
Кроме того, клиентская часть, обеспечивает программный интерфейс с другими
прикладными системами, поддерживающими и управляющими процессами закупок,
планирования, производства, эксплуатации и т.д., использующими данные о конструкции изделия.
Низкоуровневый интерфейс доступа к электронной модели изделия основан на терминах
пользователя (сущностях используемых прикладных протоколов) и является более простым для
освоения, но и более привязанным к модели изделия. В качестве обрабатываемых сущностей STEP
выступают несколько групп данных.
Геометрические данные. Эта группа данных предназначена для работы с геометрическими
сущностями: чертежами, твердотельными и поверхностными моделями и т.д.
Данные о конфигурации изделия. Эта группа данных работает с идентификационными
данными, историей создания, ведомостями и спецификацией, вариантами комплектации изделия
(применимостью), взаимозаменяемостью деталей, извещениях об изменениях и т.д.
Административные данные. Эта группа данных имеет дело с организационной структурой,
сведениями о проекте, ролями, утверждениями, секретностью, контрактами, данными о
сертификации и т.д.
Неструктурированные данные. С помощью этой группы данных удается хранить в ЭМИ
документацию, программное обеспечение, мультимедийные данные и т.д.
Высокоуровневый интерфейс построен по аналогии с широко известным языком запросов к
реляционным БД – SQL.
Пример системы управления данными об изделии: PDM STEP Suite
Разработчик PDM STEP Suite: НИЦ CALS-технологий «Прикладная логистика».
Назначение PDM STEP Suite - собрать всю информацию об изделии в интегрированной базе
данных (БД) и обеспечить совместное использование этой информации в процессах
проектирования, производства и эксплуатации. В основе PDM STEP Suite лежит международный
стандарт ISO 10303 (STEP) (в РФ действует ГОСТ Р ИСО 10303), определяющий схему (модель)
данных в БД, набор информационных объектов и их атрибутов, необходимых для описания
изделия.
На стадии проектирования база данных используется для накопления в стандартизованной форме
результатов работы разработчиков и обмена данными между ними. Подготовленные, проверенные
и утвержденные данные используются в процессах материально-технического снабжения,
производства и эксплуатации изделия. В соответствии с требованиями стандрта ISO 10303 база
данных системы PDM STEP Suite содержит информацию о структуре, вариантах конфигурации
изделий и входимости компонентов в различные изделия, идентификационную информацию об
изделии и его компонентах, геометрические модели различных типов или электронные образы
бумажных документов (чертежей), данные об организационной структуре предприятия и
соподчиненности ее элементов, роли и полномочия людей, данные о процессе разработки:
выполненных утверждениях результатов работы, изменениях. Кроме того база данных может
содержать ассоциированные с элементами изделия документы, а сами элементы иметь набор
функциональных или технических характеристик, измеряемых в различных единицах. PDM STEP
Suite ориентирована на использование в интегрированных системах автоматизации
проектирования, производства и эксплуатации сложных машиностроительных изделий.
Функции системы
1. Ввод, проверка корректности, накопление, хранение данных об изделии, включающих в
себя:
- структуру и состав изделия с учетом версий (модификаций) и условий комплектации, то
есть перечень, соподчиненность и условия вхождения в сборку компонентов изделия, например,
изделие, агрегаты, узлы, детали;
- геометрические трехмерные модели компонентов изделия (например каркасные, граничные
точные и фасеточные твердотельные модели с топологией или без) – в соответствии с прикладным
протоколом ISO 10303 АР203;
- конструкторскую текстовую и графическую документацию на изделие в целом и его
компоненты (технические задания, рабочие проекты, расчетные и пояснительные записки,
дизайнерские наброски и эскизы, геометрические модели и т.д.);
- данные о ролях, согласованиях и утверждениях на изделие в целом и его компоненты.
Данные могут вноситься интерактивно, импортироваться из CAD/CAM (САПР) систем или
заноситься любыми приложениями с помощью стандартного программного интерфейса SDAI или
специального высокоуровневого интерфейса.
2. Экспорт данных об изделиях в стандартный нейтральный формат STEP AP203 (ISO 10303203) или в текстовый файл с настраиваемой структурой для последующей загрузки в различные
прикладные системы.
3. Обеспечение удаленного оперативного доступа к информации об изделии с контролем
прав доступа.
4. Обеспечение доступа к данным через унифицированный интерфейс, регламентированный
стандартом ISO10303. Данный интерфейс (Standard Data Access Interface - SDAI) обеспечивает
единообразный доступ ко всем данным, хранимым в системе.
Состав системы PDM – STEP Suite
С системотехнической точки зрения система PDM STEP Suite представляет собой
трехуровневую информационную систему (см. рис.14), состоящую из сервера СУБД (Oracle 8),
сервера приложений и клиентского модуля. Клиентский модуль обеспечивает диалоговое
взаимодействие с базой данных через сервер приложений.
Пользователь работает с базой данных, представляя ее себе в виде дерева изделия (или
пересекающегося семейства деревьев изделий), ветви которого декомпозируются на сборочные
узлы, агрегаты и отдельные детали (см.рис.15) . С элементами дерева связаны документы, данные
о выполненных действиях, характеристики.
Рис.14. Система электронной поддержки PDM STEP Suite
Рис.15.
Верхний уровень дерева отображает классификацию данных. Пример возможной классификации
приведен на рис.16.
Рис.16
Создание системы классификации - первый этап настройки системы PDM STEP Suite.
Одновременно с этим необходимо создать описание организационной структуры, пользователей и
их функции (роли). Затем - типы данных (элемент структуры, документ), возможные состояния
документов (разработан, утвержден, отменен), грифы секретности, единицы измерения и
характеристики компонентов (см. рис.17).
Ввод данных осуществляется путем загрузки обменного файла из системы CAD/CAM, либо в
диалоговом режиме: путем ввода обозначений входящих компонент, либо установлением ссылки
на уже имеющиеся в базе данных объекты (компоненты). Последнее означает, что многократно
используемые объекты, например, типовые детали, узлы, агрегаты описываются только один раз.
Такие компоненты целесообразно поместить в категорию "…типовые решения" и использовать на
них ссылки при создании структуры изделия.
Рис.17
Внутри категории "…типовые решения" равноценные компоненты могут быть помечены как
"взаимозаменяемые изделия" (см. рис.18). При этом взаимозаменяемость может быть
односторонней (изделие 1 заменяет изделие 2 , но изделие 2 не заменяет изделие 1) или
двухсторонней (изделия 1 и 2 эквивалентны).
Рис.18
К элементам "дерева изделия" (см. рис.19) присоединяются геометрические модели,
например, в формате STEP, электронные чертежи в формате DWG и пр., а также документы
(растровые изображения, текстовые документы или файлы в иных форматах).
Рис.19
В процессе коллективной работы хранимый в базе данных документ, чертеж или модель
могут быть взяты для дальнейшей доработки (создания новой редакции). При этом в базе данных
исходная версия документа "замораживается" и помечается как находящаяся в процессе
редактирования. После завершения редактирования создается новая версия, и хранится вместе с
предыдущей. При этом запоминается порядок создания версий документа образующий дерево. То
есть для каждой версии документа можно определить ту, на основе которой она была сделана.
Одна из версий документа является активной, то есть действительной на данный момент. При
обращении пользователя к документу рассматривается именно активная версия. Но всегда можно
обратиться к любой конкретной версии документа.
Разработанные модели, чертежи или документы могут быть утверждены. Информационный
объект "утверждение" (электронная подпись), присоединенный к документу, содержит данные о
статусе утверждения и лице, осуществившем утверждение (см. рис.20). Все версии документов
утверждаются отдельно. То есть при назначении активной неподписанной версии документа все
подписи теряют актуальность, а при откате к ранее утвержденной версии все подписи снова
становятся действительными.
Рис.20
Система PDM STEP Suite реализована на основе технологии "клиент - сервер" и имеет
трехуровневую архитектуру, что обеспечивает эффективное распределение вычислительной
нагрузки при одновременной работе большого числа пользователей. В отличие от большинства
других систем, уровень доступа определяется не для класса (типа) информационных объектов, а
для конкретного информационного объекта, что обеспечивает большую гибкость при организации
параллельного проектирования
В системе имеется встроенный двухуровневый программный интерфейс удаленного доступа,
низший уровень которого соответствует спецификации международного стандарта ISO 10303-22
Standard Data Access Interface - SDAI), а высший включает в себя набор высокоуровневых функций
доступа к данным из разрабатываемых приложений.
Система PDM STEP Suite может хранить данные необходимые для подготовки электронных
публикаций (интерактивных электронных технических руководств на изделие) и
взаимодействовать с системой автоматизированной подготовки электронных руководств. В этом
случае обеспечивается централизованное управление всеми данными проекта.
Пользователи системы
Сотрудники предприятия - конструкторы и технологи, сотрудники отделов материально
технического снабжения, сотрудники отделов сопровождения и поддержки.
Системы автоматизации:
- системы автоматизированного проектирования, производства и документооборота
CAD/CAM/CAE/PDM-системы (UG, PRO/Engineer, SolidWorks и др.);
- автоматизированные системы управления производством МRP/ERP-системы;
- специализированные прикладные системы.