CALS-технологии: что это такое, как работают и зачем нужны

CALS-технологии (Continuous Acquisition and Life cycle Support) — это совокупность принципов и инструментов информационной поддержки продукции на всех стадиях её жизненного цикла: от проектирования до утилизации. В России используют русскоязычный аналог — ИПИ (Информационная Поддержка процессов жизненного цикла Изделий). Сегодня эти технологии эволюционировали в более широкое понятие — PLM (Product Lifecycle Management, управление жизненным циклом изделия).

Что такое CALS-технологии: определение и ключевые понятия

CALS — это не отдельная программа и не конкретный продукт. Это стратегия управления информацией об изделии, при которой все данные о продукте — конструкторские, технологические, эксплуатационные — хранятся в единой цифровой среде и доступны каждому участнику цикла в нужный момент.

Главный принцип ИПИ: информация, однажды возникшая на каком-либо этапе жизненного цикла, сохраняется в интегрированной информационной среде и становится доступной всем участникам — в соответствии с их правами пользования. Это исключает дублирование данных, перекодировку и несанкционированные изменения, а вместе с ними — связанные с этими процедурами ошибки и лишние затраты труда и времени.

Жизненный цикл изделия — совокупность процессов от момента выявления потребности в продукции до её утилизации (ГОСТ Р 56136-2014). В рамках CALS поддерживается каждый из этих этапов.

Из чего состоит CALS: компоненты и программная база

CALS — это не монолит, а экосистема взаимосвязанных систем. Ключевые компоненты:

• CAD (Computer Aided Design) — системы автоматизированного проектирования изделий;
• CAM (Computer Aided Manufacturing) — автоматизация технологической подготовки производства;
• CAE (Computer Aided Engineering) — инженерный анализ и расчёты;
• PDM (Product Data Management) — управление данными об изделии и его конфигурации;
• ERP — автоматизация планирования производства, управления ресурсами и запасами;
• WF (Work Flow) — управление потоками заданий при создании и изменении документации;
• Concurrent Engineering — параллельное проектирование в режиме групповой работы с данными.

Все эти системы работают через единое информационное пространство (ЕИП). ЕИП представляет собой распределённое хранилище данных, существующее в сетевой компьютерной системе, охватывающей все службы и подразделения предприятия, связанные с процессами жизненного цикла изделий. В ЕИП действует единая система правил представления, хранения и обмена информацией.

Для обеспечения информационной интеграции CALS использует стандарты IGES и STEP в качестве форматов данных. В России действуют гармонизированные с ними стандарты серии ГОСТ Р ИСО 10303.

Как CALS управляет жизненным циклом изделия

Жизненный цикл продукта по стандартам CALS охватывает девять ключевых этапов:

Описание узлов, систем и оборудования хранится в унифицированных форматах на сетевых серверах и доступно любому авторизованному пользователю — вне зависимости от его местонахождения.

Что такое ИЭТР и зачем они нужны

ИЭТР (интерактивное электронное техническое руководство) — это цифровой аналог традиционной эксплуатационной документации. В отличие от бумажной инструкции, ИЭТР содержит иллюстрированные каталоги запасных частей, ссылки на связанные процедуры обслуживания и средства дистанционного заказа комплектующих.

ИЭТР разрабатывается поставщиком, обеспечивает доступ потребителя к эксплуатационной информации об изделии в ЕИП и имеет стандартный интерфейс пользователя, что позволяет сотрудникам эксплуатирующей организации одновременно обслуживать изделия от разных поставщиков.

Зачем внедрять CALS: конкретные результаты

По данным различных зарубежных источников, внедрение CALS в полном объёме позволяет на 25–30 % повысить эффективность производства наукоёмкой продукции при одновременном значительном повышении его качества. Конкретные измеримые эффекты:

• Время планирования сокращается до 70 %;
• Время проектирования сокращается до 50 %;
• Затраты на оценку выполнимости проектов снижаются на 15–40 %;
• Производственные затраты снижаются на 15–60 %;
• Стоимость технической документации снижается на 10–50 %;
• Время планирования эксплуатационной поддержки сокращается до 70 %;
• Количество ошибок при передаче данных уменьшается до 90 %.

Среди достижений CALS-технологий — лёгкость распространения передовых проектных решений, возможность многократного воспроизведения частей проекта в новых разработках. Одна и та же конструкторская документация переиспользуется в нескольких проектах. Одна и та же технологическая документация адаптируется к разным производственным условиям — без переработки с нуля.

CALS, ИПИ и PLM: в чём разница

Эти три термина описывают одну и ту же идею на разных исторических этапах.

CALS — изначально военный термин, сохраняется преимущественно в оборонной промышленности. ИПИ — русскоязычный эквивалент, принятый в отечественных нормативных документах. PLM (Product Lifecycle Management) — комплексный подход к автоматизации процессов жизненного цикла продукции и их интеграции между собой.

По итогам 2022 года объём российского рынка систем управления жизненным циклом изделия (PLM) и средств информационного моделирования зданий и сооружений (BIM) составил приблизительно 100 млрд рублей. Доля российских PLM-решений на отечественном рынке выросла с 33 % до 69 %.

Стандарты CALS в России

Разработка национальной нормативной базы ведётся под эгидой Росстандарта.

Работа по созданию национальных CALS-стандартов в России проводится под эгидой Росстандарта: с этой целью создан Технический комитет ТК 459 «Информационная поддержка жизненного цикла изделий», силами которого разработан ряд стандартов серии ГОСТ Р ИСО 10303, являющихся аутентичными переводами соответствующих международных стандартов (STEP).

Приказом Росстандарта от 13 апреля 2021 года № 507 организована деятельность Технического комитета по стандартизации № 482 «Поддержка жизненного цикла продукции».

В ноябре 2024 года приказами Росстандарта утверждены 11 национальных стандартов, в том числе ГОСТ Р 2.525-2024 «Электронная структура изделия конструктивная. Формат данных» и ГОСТ Р 2.621-2024 «Электронная эксплуатационная документация. Формат данных».

В июле 2024 года Минпромторг и Росстандарт сформировали программу стандартизации российских систем управления жизненным циклом промышленных изделий на период 2024–2026 годов. Цель — создать фонд взаимосвязанных документов по стандартизации для обеспечения жизненного цикла машиностроительной продукции гражданского и двойного назначения.

При этом сами участники рынка признают: многие действующие стандарты не обновлялись с 2020 года и всё ещё опираются на парадигму, при которой подлинником документации считается бумажный чертёж на хранении в архиве.

Где применяются CALS-технологии

Машиностроение

Применение CALS в машиностроении позволяет перейти от ручной конструкторско-технологической подготовки к цифровым процессам. Безбумажная информационная модель изделия объединяет работу конструкторов, технологов и производственных служб в едином пространстве данных.

Авиастроение

Авиационная промышленность предъявляет жёсткие требования к управлению изменениями и прослеживаемости данных на каждом этапе. Проектирование воздушного судна опирается на единую информационную модель — она используется от создания первых эскизов до послепродажного обслуживания и ремонта.

Судостроение

Ведущие судостроительные компании одними из первых столкнулись с запросами заказчиков на электронную ремонтную и эксплуатационную документацию. CALS обеспечивает взаимодействие всех участников жизненного цикла судна — верфи, поставщиков оборудования, эксплуатирующих организаций — через общую информационную среду.

Управление качеством

CALS интегрируется в системы менеджмента качества, соответствующие стандартам ISO 9000. Он обеспечивает контроль над человеческими, административными и техническими факторами, влияющими на качество продукции, — за счёт фиксации данных на каждом этапе производства.

Виртуальные предприятия как следующий шаг

Развитие концепций CALS обусловило появление новой организационной формы выполнения масштабных проектов — «виртуального предприятия», формы объединения на контрактной основе предприятий и организаций, участвующих в поддержке жизненного цикла изделия.

В такой модели формирование спецификаций и информации для программно управляемого оборудования распределяется во времени и пространстве между организационно независимыми проектными командами. Одна и та же документация переиспользуется в нескольких проектах — это снижает общий цикл разработки и уменьшает её стоимость.

Как внедрить CALS: с чего начать

Внедрение CALS — поэтапный процесс. Попытка автоматизировать всё сразу, как правило, не даёт результата.

1. Аудит текущих процессов. Определить, какие этапы жизненного цикла уже автоматизированы и где данные теряются при передаче между подразделениями.
2. Выбор приоритетного контура. Как правило, первым внедряют PDM-систему или CAD-интеграцию — там эффект виден быстрее всего.
3. Создание единого информационного пространства. Выбор платформы для ЕИП с учётом совместимости с существующими ERP, CAD и MES-системами.
4. Стандартизация форматов данных. Переход на форматы, совместимые с ISO 10303 (STEP) и актуальными ГОСТ Р.
5. Обучение персонала и регламентация. Без изменения регламентов работы с данными технологические решения не работают.
6. Подключение внешних участников. Включение поставщиков, заказчиков, сервисных организаций в единое информационное пространство.