CALS - технологии

CALS-технологии

    Computer-Aided Logistic Support – компьютерная поддержка процесса поставок.

    Continuous Acqusition and Lifecycle Support – непрерывные поставки и информационная поддержка жизненного цикла продукции.

1. Возникновение концепции CALS и ее эволюция

    Впервые работы по созданию интегрированных  систем, поддерживающих жизненный цикл продукции, были начаты в 80-х годах  в оборонном комплексе США. Новая  концепция была востребована жизнью как инструмент совершенствования  управления материально-техническим  обеспечением армии США. Предполагалось, что реализации новой концепции, получившей обозначение CALS (Computer Aided Logistic Support – компьютерная поддержка процесса поставок), позволит сократить затраты на организацию информационного взаимодействия государственных учреждений с частными фирмами в процессах формализации требований, заказа, поставок и эксплуатации военной техники (ВТ). Появилась реальная потребность в организации ИИС, обеспечивающей обмен данными между заказчиком, производителями и потребителями ВТ, а также повышение управляемости, сокращение бумажного документооборота и связанных с ним затрат. Доказав свою эффективность, концепция последовательно совершенствовалась, дополнялась и, сохранив существующую аббревиатуру (CALS), получила более широкую трактовку – Continuous Acqusition and Life cycle Support – непрерывные поставки и информационная поддержка жизненного цикла продукции.

    Первая  часть – Continuous Acqusition (непрерывные поставки) означает непрерывность информационного взаимодействия с заказчиком в ходе формализации его потребностей, формирования заказа, процесса поставки и т.д. Вторая часть – Life Сycle Support (поддержка жизненного цикла изделия) – означает системность подхода к информационной поддержке всех процессов жизненного цикла изделия, в том числе процессов эксплуатации, обслуживания, ремонта и утилизации и т.д. В руководстве по применению CALS в НАТО CALS определяется как "…совместная стратегия государства и промышленности, направленная на совершенствование существующих процессов в промышленности, путем их преобразования в информационно-интегрированную систему управления жизненным циклом изделий". Русскоязычное наименование этой концепции и стратегии – ИПИ (Информационная Поддержка жизненного цикла Изделий).

    В период 1990-2000гг. в мире был выполнен ряд проектов, направленных на апробацию и внедрение принципов CALS в различных отраслях промышленности.

    Поскольку термин CALS всегда носил военный оттенок, в гражданской сфере широкое распространение получили термины Product Life Cycle Support (PLCS) или Product Life Management (PLM) – "поддержка жизненного цикла изделия" или "управление жизненным циклом изделия".

    Таким образом, идея, связанная только с  поддержкой логистических систем, превратилась в глобальную бизнес-стратегию перехода на безбумажную электронную технологию и повышения эффективности бизнес-процессов за счет информационной интеграции и совместного использования информации на всех этапах жизненного цикла продукции. В настоящее время в мире действуют более 25 национальных организаций, координирующих вопросы развития CALS-технологий, в том числе в США, Канаде, Японии, Великобритании, Германии, Швеции, Норвегии, Австралии, а также в НАТО.

    Развитие  концепций CALS и ЕИП обусловили появление новой организационной формы выполнения масштабных проектов, связанных с разработкой, производством и эксплуатацией сложной продукции – "виртуального предприятия" (ВП) – формы объединения на контрактной основе предприятий и организаций, участвующих в поддержке ЖЦ.

2. Концептуальная  модель CALS

    Основное содержание концепции CALS, принципиально отличающее ее от других, составляют инвариантные понятия, которые реализуются (полностью или частично) в течение жизненного цикла (ЖЦ) изделия (рис.1). 

Эти инвариантные понятия условно делятся на три  группы:

• базовые принципы CALS;
• базовые управленческие технологии;
• базовые технологии управления данными.

К числу первых относятся:

• системная информационная поддержка ЖЦ изделия на основе использования интегрированной информационной среды (ИИС), обеспечивающая минимизацию затрат в ходе ЖЦ;
• информационная интеграция за счет стандартизации информационного описания объектов управления;
• разделение программ и данных на основе стандартизации структур данных и интерфейсов доступа к ним, ориентация на готовые коммерческие программно-технические решения (Commercial Of The Shelf – COTS), соответствующие требованиям стандартов;
• безбумажное представление информации, использование электронно-цифровой подписи;
• параллельный инжиниринг (Concurrent Engineering);
• непрерывное совершенствование бизнес-процессов (Business Processes Reengineering).

К числу вторых относятся технологии управления процессами, инвариантные по отношению к объекту (продукции):

• управление проектами и заданиями (Project Management/Workflow Management);
• управление ресурсами (Manufacturing Resource Planning);
• управление качеством (Quality Management);
• интегрированная логистическая поддержка (Integrated Logistic Support).

К числу третьих  относятся технологии управления данными  об изделии, процессах, ресурсах и среде.

    Содержание  некоторых из перечисленных принципов  и технологий раскрыто ниже.

3. Базовые принципы CALS

1. Интегрированная информационная среда

    Как следует из вышеизложенного, системная  информационная поддержка и сопровождение  ЖЦ изделия осуществляется в интегрированной информационной среде (ИИС). Терминологический словарь [1] определяет ИИС как "совокупность распределенных баз данных, содержащих сведения об изделиях, производственной среде, ресурсах и процессах предприятия, обеспечивающая корректность, актуальность, сохранность и доступность данных тем субъектам производственно-хозяйственной деятельности, участвующим в осуществлении ЖЦ изделия, кому это необходимо и разрешено. Все сведения (данные) в ИИС хранятся в виде информационных объектов".

    ИИС, в соответствии с концепцией CALS, представляет собой модульную систему, в которой реализуются следующие базовые принципы CALS:

• прикладные программные средства отделены от данных;
• структуры данных и интерфейс доступа к ним стандартизованы;
• данные об изделии, процессах и ресурсах не дублируются, число ошибок в них минимизируется, обеспечивается полнота и целостность информации;
• прикладные средства работы с данными представляют собой, как правило, типовые коммерческие решения различных производителей, что обеспечивает возможность дальнейшего развития ИИС.

2. Безбумажное представление информации, применение электронно-цифровой подписи

    Все процессы информационного обмена посредством  ИИС имеют своей конечной целью  максимально возможное исключение из деловой практики традиционных бумажных документов и переход к прямому безбумажному обмену данными. Преимущества и технико-экономическая эффективность такого перехода очевидны. Тем не менее, на переходном периоде нужно обеспечить сосуществование и совместное использование как бумажной, так и электронной форм представления информации и гармонизировать применяемые понятия. Возможные формы представления конструкторской информации представлены на рис. 2. 

• БД  об изделии – хранилище информации, требуемой для выпуска конструкторской документации, необходимой на всех стадиях жизненного цикла изделия [Р50.1.031-2001]
• Электронный конструкторский документ (ЭКД) – структурированный набор данных, необходимых для разработки, изготовления, контроля, приемки, эксплуатации и ремонта, снабженный заголовком и подписанный электронно-цифровой подписью (ЭЦП)
• Экранное представление данных – отображение конструкторской информации на экране компьютера в форме, воспринимаемой человеком
• Бумажный конструкторский документ – графический и (или) текстовый документ, содержащий данные, необходимые для разработ-ки, изготовления, контроля, приемки, эксплуатации и ремонта [ГОСТ 2.102-93]

    Информация  может быть представлена в форме  базы данных, в форме электронного конструкторского документа, или в  форме, пригодной для восприятия человеком – бумажной или экранной.

    Представление информации в форме базы данных используется при необходимости логического  структурирования больших объемов  информации. При этом данные определенным образом распределяются между таблицами  базы данных, записями в таблицах, полями в записях (при использовании реляционной СУБД) и (или) отдельными файлами и таблицами (при использовании объектно-ориентированной СУБД). Используемые структуры данных ориентированы на специфику решаемых задач.

    Другой  формой представления информации является электронный документ – структурированный набор данных, включающий в себя заголовок, содержательную часть и электронно-цифровую подпись. Обобщенная структура электронного документа приведена на рис.3. Электронный документ используется в качестве формы представления результатов работы, предназначенной для передачи из одной автоматизированной системы в другую или последующей визуализации.

    Обе формы представления информации – в форме базы данных (внутреннее представление информации в компьютерной системе) и в форме электронного документа – не пригодны для восприятия человеком и требуют для специальных программных средств визуализации, т.е. преобразования данных в бумажный документ или в экранную форму. 

    Существующие  стандарты, регламентирующие конструкторско-технологическую деятельность, такие как ЕСКД, ЕСТД, СРПП и им подобные, касаются только визуальной формы представления информации. Поэтому одной из первоочередных практических задач внедрения CALS является развитие стандартов ЕСКД и выработка новых стандартов и спецификаций, регламентирующих электронную форму представления и обращения данных.

    Ключевым  вопросом использования и обращения  информации в электронной форме  является вопрос ее авторизации, решаемый при помощи электронно-цифровой подписи (ЭЦП). Процедура ЭЦП основана на математических принципах так называемых "систем с открытым ключом". В формирования подписи используется индивидуальное число (закрытый ключ) пользователя, которое порождается при помощи генератора случайных чисел и сохраняется пользователем в секрете все время его действия. Для проверки подлинности цифровой подписи применяется другое число, так называемый "открытый ключ проверки цифровой подписи" (или кратко – "открытый ключ"), который по известному алгоритму вычисляется из индивидуального закрытого ключа и предоставляется всем, кому это необходимо для проверки подлинности цифровой подписи. Общая схема использования ЭЦП изображена на рис.4.

    ЭЦП представляет собой математическую функцию (hash) от содержимого подписываемых данных (data) и секретного ключа автора (secret_кey), вычисляемую по стандартизованному алгоритму [ГОСТ 34.10-2002]:

    Sign = h (data, secret_key)

В результате вычисления хэш-функции формируется  пара чисел – префикс и суффикс  электронно-цифровой подписи [ГОСТ 34.10-2002]. Байтовые представления полученных чисел, записанные друг за другом, объявляются цифровой подписью. 

    Как уже отмечалось, для проверки подлинности  подписей должны использоваться открытые ключи, которыми участники процесса совместной работы с данными должны обменяться друг с другом. Однако при большом числе участников такая процедура может оказаться организационно и технически сложной. Одним из возможных решений является использование сертификатов ключа.

    Для этой цели некое доверенное лицо принимает на себя функции центра сертификации ключей. Это означает, что доверенное лицо формирует для каждого открытого ключа пакет данных, содержащий собственно открытый ключ и данные о его владельце (имя, должность и т.д.) и подписывает его собственной ЭЦП. Такой пакет данных называется сертификатом ключа. В свою очередь, открытый ключ центра сертификации может быть заверен центром сертификации более высокого уровня. В результате образуется цепочка сертификатов от ключа проверки подписи конечного пользователя до самого верхнего (главного) центра сертификации (ЦС), в которой авторство подписи на предшествующем сертификате удостоверяется последующим сертификатом. Сертификаты не содержат в себе никакой конфиденциальной информации, могут распространяться в открытом виде по сетям передачи данных или присоединяться к подписываемым данным.