Долгих Э.А. Основы применения CALS-технологий в электронном приборостроении

Подождите немного. Документ загружается.

1. КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3. Нормативная база



Основы применения CALS-технологий в электронном приборостроении. Электрон. учеб. пособие

-31-

программы для оборудования с ЧПУ, модели проектируемых объектов, спе-

цификации, бизнес-документация и др.

АР233: Systems engineering data representation – представление данных

для «системной инженерии». Имеются в виду данные (единицы функцио-

нальности), характеризующие состояния системы и ее параметры (например,

цена, производительность, надежность, технологичность, контролепригод-

ность и т. п.), связанные с требованиями к продукту, его функциональной ар-

хитектурой, поведением, управлением конфигурацией. Рассматриваются как

количественные, так и лингвистические (в том числе нечеткие) переменные

вместе с единицами измерения.

В прикладных протоколах широко используются типовые фрагменты

информационных моделей, встречающиеся более чем в одном приложении.

Эти фрагменты называют интегрированными общими и прикладными ресур-

сами.

Группа стандартов STEP (тома с номерами 41–50), называемая «Интег-

рированные общие ресурсы», предназначена для описания общих для при-

ложений ресурсов (частей моделей).

Тома с номерами 101–199 отведены для документов, относящихся к

более специальным средствам, называемым интегрированными прикладными

ресурсами.

Группа документов, включенных в тома с номерами, начинающимися с

тома 501, служит для описания данных о геометрических элементах и моде-

лях некоторых конкретных типовых объектов и конструкций, часто исполь-

зуемых в ряде интегрированных ресурсов и прикладных протоколов. Напри-

мер, описание геометрических объектов в виде поверхностей Безье или B-

spline могут использоваться во многих прикладных протоколах. По

этому по-

добные общие описания вынесены в группу прикладных компонентов.

Ниже приведены краткие сведения об основных протоколах STEP, опи-

сывающих интегрированные ресурсы и прикладные компоненты.

Том 41: Fundamentals of product description and support – основы описа-

ния и поддержки изделий. В томе определяются такие понятия и группы

сущностей, как продукт, представление формы (shape_representation), опера-

ция (action), контекст-аспект описания (application and product context), ста-

тус утверждения (approval), контракт, дата, типы документов, исполнители

(организации и персоналии), единицы измерения длины, площади, массы,

температуры и др.

Том 42: Geometric and topological representation – представление гео-

метрии и топологии. В томе определен ряд сущностей, их набор близок к на-

бору, используемому в таком стандарте, как IGES. В частности, используют-

ся следующие понятия: положение координатной оси (axis placement), моде-

ли кривых в форме B-spline (b_spline_curve) и Безье (bezier_curve), модели

поверхности в форме B-spline (b_spline_surface), рационального

1. КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3. Нормативная база



Основы применения CALS-технологий в электронном приборостроении. Электрон. учеб. пособие

-32-

B-spline (rational b_spline_surface) и Безье (bezier_surface), точка в декарто-

вых координатах (cartesian point), преобразование декартовых координат

(cartesian_transformation operator_3d), геометрический аспект (geome-

tric_representation_context), полигональная поверхность (offset_surface), по-

верхность вращения (surface_of_revolution) и др.

Том 43: Representation structures – представление структур. Том содер-

жит средства описания аспектов документации, ее атрибутов, составных час-

тей и т. п.

Том 44: Product structure configuration – конфигурация структуры изде-

лия.

Том 45: Materials. В томе представлены способы описания свойств ма-

териалов.

Том 46: Visual Presentation – визуализация. Том построен на базе поло-

жений, ранее принятых в стандартах GKS (Graphic Kernel System – системное

графическое ядро) и PHIGS (Programmers Hierarchical Interactive Graphic

System – программируемая иерархическая интерактивная графическая систе-

ма). Вводятся группы терминов, относящихся к представлению (presentation),

визуализации (visualization), цвету и др.

Том 49: Process structure and properties – структура процессов и свой-

ства.

Том 101: Draughting. В томе определяются сущности, относящиеся к

процедурам черчения.

Том 104: Finite element analysis – анализ с помощью метода конечных

элементов. Описание стандарта на языке Express состоит из нескольких схем.

В одной из них задаются геометрические аспекты модели. В стандарте опи-

сываются следующие типы данных: система координат (декартова, цилинд-

рическая, сферическая); виды конечных элементов (объемный, поверхност-

ный 2D или 3D, участок 2D- или 3D-кривой), форма элемента (линейный,

квадратичный, кубический); степень свободы; параметры и дескрипторы

элементов, позиция элемента, свойства элементов (например, масса, момент

инерции, жесткость), материал и его свойства (плотность, эластичность, теп-

ловое расширение), группа элементов и др.

В другой схеме основное внимание уделено математическим представ-

лениям. Например, здесь фигурируют такие сущности и типы данных, как

тензоры; переменные, характеризующие напряжения; приложенные нагруз-

ки; погрешности; шаги анализа и т. п.

Том 105: Kinematics – кинематика.

Том 107: Engineering analysis core ARM – ядро инженерного анализа.

Том 501: Edge-based wireframe – каркасная модель на основе граней.

Том 502: Shell-based wireframe – каркасная модель на основе оболочек.

Том 503: (CD): Geometrically bounded 2D wireframe – 2D каркасная мо-

дель с геометрически заданными границами.

Том 512: Faceted boundare representation – полигональное представле-

ние поверхностей деталей.

1. КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3. Нормативная база



Основы применения CALS-технологий в электронном приборостроении. Электрон. учеб. пособие

-33-

Ряд томов стандарта STEP переведен на русский язык и представлен в

виде национальных стандартов России. Это, например, ГОСТ Р ИСО 10303-

1-99, посвященный обзору и основополагающим принципам STEP, ГОСТ Р

ИСО 10303 И-99 – справочное руководство по языку EXPRESS, ГОСТ Р ИСО

10303-21-99 – то же по обменному файлу, ГОСТ Р ИСО 10303-41-99 – описа-

ние интегрированных родовых ресурсов. Перечисленные документы соответ-

ствуют стандартам ISO 10303-1, ISO 10303-11, ISO 10303-21, ISO 10303-41.

В 1999–2003 годах Госстандартом РФ выпущена серия ГОСТ Р ИСО

10303, представляющая собой аутентичный перевод некоторых стандартов

ISO 10303, который поддерживается большинством современных зарубеж-

ных и отечественных систем CAD/САМ и PDM. К указанной серии ГОСт от-

носятся: ГОСТ Р ИСО 10303-31-2002, ГОСТ Р ИСО 10303-21-99, ГОСТ Р

ИСО 10303-41-99, ГОСТ Р ИСО 10303-1-99.

За 15 лет существ

ования EXPRESS и STEP сформировали целую от-

расль с ведущими фирмами Steptool, EuroSTEP, PDT Solutions, PDTAG, PDES

и др. Но, несмотря на успехи, методология и технология STEP/EXPRESS тре-

буют дальнейшего совершенствования. Так, в частности, необходимо выйти

за рамки описания «продукция и технологии» и, включив вопросы бизнеса,

согласовать работу с другими организациями: CSMF (Conceрtual Schema

Modelling Facilities – обеспечение моделирования концептуальных схем) и

CDIF (CASE Data Interchange Format – обмен средствами разработки CASE) в

рамках объединенного технического комитет

а ISO и Международной элек-

тротехнической комиссии (ISO/IEC JTC1), с консорциумом WWW (Word Wide

Web Consorcium (W3C) – разрабатывает технологии обмена информацией по

Интернет), базовыми подгруппами OMG (Object Management Group – группа

управления объектами), группой KIF (Knowledge Interchange Format – язык

обмена знаниями), ANSI ASC X3T2, а также OAG (Open Application Group –

группа от

крытых приложений).

Общая методология IDEF, согласно стандарту IDEF0-2000, состоит из

трех частных методологий моделирования, основанных на графическом

представлении систем:

• IDEF0 используется для создания функциональной модели, отобра-

жающей структуру и функции системы, а также потоки информации и мате-

риальных объектов, связывающие эти функции;

• IDEF1 применяется для построения информационной модели, ото-

бражающей структуру и содержание информационных потоков, необходи-

мых для поддержки функций системы;

1. КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3. Нормативная база



Основы применения CALS-технологий в электронном приборостроении. Электрон. учеб. пособие

-34-

• IDEF2 позволяет построить динамическую модель меняющихся во

времени поведения функций, информации и ресурсов системы.

К настоящему времени наибольшее распространение и применение

имеют методологии IDEF0 и IDEF1 (IDEF1X), получившие в США статус

федеральных стандартов.

В связи с расширяющимся применением информационных технологий

и, в частности, CALS-технологий в народном хозяйстве Российской Федера-

ции был принят руководящий документ по применению стандарта IDEF/0,

где приводятся основные сведения о методологии IDEF0 и графическом язы-

ке описания моделей, а также некоторые практические рекомендации по раз-

работке таких моделей.

Основной концептуальный принцип методологии IDEF – представле-

ние любой изучаемой системы в виде набора взаимодействующих и взаимо-

связанных блоков, отображающих процессы, операции, действия, происхо-

дящие в изучаемой системе. В IDEF0 все, что происходит в системе и ее эле-

ментах, принято называть функциями. Каждой функции ставится в соответ-

ствие блок. На IDEF0 –диаграмме, основном документе при анализ

е и проек-

тировании систем, блок представляет собой прямоугольник. Интерфейсы,

посредством которых блок взаимодействует с другими блоками или с внеш-

ней по отношению к моделируемой системе средой, представляются стрел-

ками, входящими в блок или выходящими из него. Входящие стрелки пока-

зывают, какие условия должны быть одновременно выполнены, чтобы функ-

ция, описываемая блоком, о

существилась (рис. 1.5

Рис.1.5. Бизнес-процесс в виде, регламентированном стандартом IDEF/0

Для эффективного моделирования и получения результатов в соответ-

ствии со сроками и сметами управление проектом должно представлять

собой процесс, в ходе которого координируется работа авторов, экспертов и

Материальные

объекты на выходе

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ

Предписывающая

информация

Материальные

объекты на входе

Описательная

информация о

материальных

объектах

Описательная ин-

формация о ма-

териальных объ-

ектах на входе

Ресурсы

Оборудование

персонал

Ограничительная

информация

1. КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3. Нормативная база



Основы применения CALS-технологий в электронном приборостроении. Электрон. учеб. пособие

-35-

тех, кто принимает окончательную версию модели системы или ее части.

Процесс моделирования иллюстрируется рис. 1.6

. Диаграмма отражает тот

факт, что этот процесс – итеративная процедура, приводящая к точному опи-

санию системы.

IDEF0-методология представляет собой четко формализованный под-

ход к созданию функциональных моделей – структурных схем изучаемой

системы. Схемы строятся по иерархическому принципу с необходимой сте-

пенью подробности и помогают разобраться в том, что происходит в изучае-

мой системе, каки

е функции в ней выполняются и в какие отношения всту-

пают между собой и с окружающей средой ее функциональные блоки. Сово-

купность схем (IDEF0-диаграмм) образует модель системы. Эта модель но-

сит качественный, описательный, декларативный характер. Она принципи-

ально не может ответить на вопросы о том, как протекают процессы в систе-

ме во времен

и и в пространстве, каковы их характеристики

и в какой мере удовлетворяются (или не удовлетворяются) требования,

предъявляемые к системе. В этом случае рекомендуется переходить к другим

моделям – математическим, имитационным моделям, описывающим процес-

сы в функциональных блоках IDEF0-модели.

Рис. 1.6. Функциональная модель проектирования печатного узла: ЭХ –

электрические характеристики схемы, ЭРЭ – электрорадиоэлементы, ПУ – печатный узел,

ПП – печатная плата

По терминологии, принятой в исследовании операций, IDEF0-модели

относятся к классу концептуальных. Именно концептуальные модели

являются основой построения математических моделей. Пытаться «нагру-

зить» концептуальную модель количественными соотношениями не следует

– это разные уровни абстракции. Этим объясняется существование

1. КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3. Нормативная база



Основы применения CALS-технологий в электронном приборостроении. Электрон. учеб. пособие

-36-

специальной методологии IDEF2, предназначенной для моделирования ди-

намических процессов в функциональных моделях (рис. 1.7

Рис. 1.7. Описание динамических процессов в функциональных моделях

Рис. 1.8. Модель данных в виде, регламентированном стандартом IDEF/1

Сущность-В/2

Сущность –А/1

Сущность-родитель

Cущность-потомок

Имя связи

от родителя

к потомку

Ключевой атрибут- А

Ключевой атрибут- (FK)

Ключевой атрибут- В

1. КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3. Нормативная база



Основы применения CALS-технологий в электронном приборостроении. Электрон. учеб. пособие

-37-

Рис. 1.9. EXPRESS-G диаграмма идентификации изделия

IDEF1 разработана с учетом таких требований, как простота изучения

и возможность автоматизации. IDEF1-диаграммы используются рядом рас-

пространенных CASE-средств (в частности ERwin, Design/IDEF), рис. 1.8

Сущность в методологии IDEF1 является независимой от идентификаторов

или просто независимой, если каждый экземпляр сущности может быть

Product

(продукт)

15.4 identifier

(идентификатор)

15.5 label

(метка)

15.6 text

(текст)

17.72 product context

(контекст изделия)

15.24 identifier

(идентификатор)

Product definition formation

(формирование описания из-

делия)

Code

(код)

Frame of reference S [1:?]

(cтр

кт

ра ссылки

[1:?])

Description

(

описание

)

Name (имя)

Product definition formation

with specified source (форми-

рование описания изделия с

указанным источником)

Apl product definition forma-

tion

(Apl-формирование описания

изделия)

15.4 identifier

(идентификатор)

15.6 text

(текст)

source

(источник)

Apl part type

(Apl тип части)

BOOLEAN

(

булевый)

15.24 identifier

(идентификатор)

Code

(

код

)

Is standart part

(является стандартной

частью

)

Formation type

(тип формирования)

Make or buy

(

делать или пок

пать

)

Description

(

описание

)

1. КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.3. Нормативная база



Основы применения CALS-технологий в электронном приборостроении. Электрон. учеб. пособие

-38-

однозначно идентифицирован без определения его отношений с другими

сущностями.

В качестве примера можно привести информационную модель, постро-

енную на основе IDEF1 и описывающую информационные требования и ог-

раничения в структуре базы данных PDM STEP Suite, которая представляется

в графической форме на языке EXPRESS-G (рис. 1.9

Потребитель является полноправным участником ЖЦИ на этапе экс-

плуатации изделия и ему необходимо обеспечить доступ в ЕИП. Однако ис-

пользование для этих целей PDM-системы нецелесообразно в силу ее боль-

шой стоимости и значительного срока внедрения и освоения. Учитывая это, а

также то, что потребителю необходимы только эксплуатационные данные об

изделии, в кач

естве средства доступа к ЕИП он будет использовать не PDM-

систему, а интерактивные электронные технические руководства (ИЭТР).

Интерактивное электронное техническое руководство – это техническое ру-

ководство, предоставляемое заказчику в электронной форме на мобильном

носителе, либо при помощи Internet [1

–3].

Интерактивное электронное техническое руководство предоставляет

пользователю следующие возможности:

• отображение информации в удобном для пользователя виде (техниче-

ское руководство, каталог деталей, информация для заказа запчастей и т. д.);

• возможность обновления информации об изделии в связи с ремонтом,

модификацией, применением особых, новых материалов при обслуживании;

• возможность использования встроенных в систему документации по-

исковых и диагностических систем.

С точки зрения концепции CALS, предусматривающей преемствен-

ность в передаче информации на всех стадиях жизненного цикла, ИЭТР – это

документ, формируемый в значительной степени автоматически на основе

конструкторского описания изделия. Если в подразделении, в котором созда-

ется ИЭТР, используется PDM-система, то все исходные материалы (тексто-

вые, граф

ические, звуковые и т. д.) берутся из нее в готовом виде.

Общие требования к содержанию, стилю и оформлению ИЭТР пере-

числены в ГОСТ Р 50.1.029–2001, а требования к логической структуре базы

данных

ИЭТР в ГОСТ Р 50.1.030–2001.

Информационное наполнение ИЭТР происходит главным образом на

стадиях разработки и производства изделия, а применение ИЭТР на стадии

эксплуатации и утилизации (рис. 1.10

) .

1. КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.4. Интерактивные электронные технические руководства



Основы применения CALS-технологий в электронном приборостроении. Электрон. учеб. пособие

-39-

Рис. 1.10. Место ИЭТР в ЖЦИ

В целом ИЭТР – это структурированный комплекс взаимосвязанных

технических данных, призванный предоставить в интерактивном режиме

справочную и описательную информацию об эксплуатационных и ремонт-

ных процедурах, связанных с конкретным изделием. Самые сложные ИЭТР

дают возможность прямого взаимодействия с модулями диагностики изде-

лий, а также организации автоматизированного заказа запасных частей и ма-

териалов. Это руководство включает в себя базу данных (БД), в которой хра-

нится вся информация об изделии, и электронную систему отображения

(ЭСО), предназначенную для визуализации данных и обеспечения интерак-

тивного взаимодействия с пользователем. Информация в нем мо

жет быть

представлена в виде текста, графических изображений, 3D-моделей, анима-

ционных, аудио- и видеороликов, наглядно показывающих отдельные опера-

ции по обслуживанию или ремонту изделия. Информационное наполнение

ИЭТР осуществляется главным образом на стадиях разработки и производст-

ва изделия, а его применение соответствует стадиям эксплуатации и утилиза-

ции.

На росси

йском рынке представлено несколько программных продуктов

для создания ИЭТР. Из специального ПО можно выделить Technical Guide

Builder – разработка отечественного НИЦ CALS-технологий «Прикладная ло-

гистика» (параграф 2.3), а также зарубежные программные средства Adobe

FrameMaker 6 + SGML фирмы Adobe, PIDOC Suite фирмы PI Associes SA,

Change 6, 7 & 8 Authoring Pack for FrameMaker+SGML компании Mekon Ltd,

AcquirED и LBSTrain фирмы Logistics Business Systems.

Ин

мационно-техническое соп

овождение изделия

Т Р

РАЗРАБОТКА

ПРОИЗВОДСТВО

ЭКСПЛУАТАЦИЯ

УТИЛИЗАЦИЯ

Обучение обслуживающего

персонала

Подготовка к эксплуатации

Техническое обслуживание

объекта

Поиск и устранение неис-

правностей

Заказ запчастей

Ремонт

Транспортировка

ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ ИЗДЕЛИЯ

1. КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ

1.4. Интерактивные электронные технические руководства



Основы применения CALS-технологий в электронном приборостроении. Электрон. учеб. пособие

-40-

На практике выделяют несколько классов ИЭТР, каждый из которых

характеризуется определенной функциональностью и стоимостью:

Класс 1 – бумажно-ориентированные электронные документы. Отска-

нированные страницы бумажных руководств. Электронный документ – ко-

пия бумажного руководства. Преимущества: большие объемы бумажной до-

кументации заменяет компактный электронный носитель. Недостатки: не до-

бавляет никаких новых функций по сравнению с бумажными руководствами.

Класс 2 – неструктурированные документы. Текстовы

е электронные

документы. Преимущества: возможность использования аудио- и видео-

фрагментов, графических изображений и возможность осуществлять поиск

по тексту документа. Недостатки: ограниченные возможности обработки ин-

формации.

Класс 3 – структурированные документы. Начиная с класса 3, руково-

дства представляют собой документы, имеющие три компонента: структура,

оформление и содержание. Кроме того, начиная с класса 3, ИЭ

ТР имеют

стандартизированный интерфейс пользователя. Преимущества: существует

возможность стандартизировать структуру, оформление и пользовательский

интерфейс руководств (например, в соответствии с отраслевыми стандартами

на эксплуатационную документацию), стандартизированный интерфейс

пользователя позволяет облегчить работу с ИЭТР. Недостатки: при создании

руководств к сложным промышленным изделиям появляются проблемы

управления большим объемом информации.

Класс 4 – интеракти

вные базы данных. Руководства данного класса ис-

пользуют для хранения информации СУБД. Преимущества: можно создавать

технические руководства большого объема. Недостатки: отсутствие системы

диагностики изделия.

Класс 5 – интегрированные базы данных. Дают возможность прямого

взаимодействия с электронными модулями диагностики изделий, что суще-

ственно облегчает обслуживание и ремонт изделия. Преимущества: возмож-

ность проведения диагностики изделия. Недостатки: очень высокая стои-

мость создания. Вариант использования конкретного класса ИЭ

ТР зависит от

сложности изделия, финансовых и технических возможностей пользователя.

Использование ИЭТР дает следующие преимущества по сравнению с

традиционными бумажными техническими руководствами:

• сокращение на 20–25 процентов сроков освоения новых изделий по-

требителем;

• обновление информации гораздо проще, чем в бумажных руково-

дствах;

• встроенная система диагностики неисправностей.