Dnešní (nejen) globální výrobci hledají cesty, jak dodat své výrobky, které jsou stále složitější, na trh rychleji a zároveň s vyšším stupněm kvality a spolehlivosti. V silně konkurenčním prostředí dochází ke stále rychlejším změnám výrobků a výrobních procesů. Tlak na inovace je velký. Dalším zaklínacím slůvkem je dnes zvyšování spokojenosti zákazníků, kterou se snaží výrobci a dodavatelé dosáhnout větší podporou svých produktů. To vše se musí dít, jak jinak, za stálého tlaku na snižování nákladů.


IT podpora vývoje a výroby
Dovedete si představit, že by v dnešní době většina konstruktérské práce ve vašem podniku byla vykonávána bez použití CAD systémů? Všechny činnosti spojené s návrhem výrobku lze dnes počítačově podporovat. Nemluvím zde jen o vlastním kreslení výkresů, mám na mysli například systémy pro prostorové modelování s automatickou kontrolou kolizí komponent, automatickou tvorbu kusovníků, databáze standardizovaných součástek, které si může konstruktér podle požadovaných parametrů vybírat a vkládat do svého návrhu apod. A navíc - kde by byly inženýrské výpočty bez metody konečných prvků a kde metoda konečných prvků bez výpočetní techniky…?

Říkáte, že i technologické postupy a plány výroby se dnes vytvářejí na počítačích? Ano, je tomu tak a každý technolog jistě uvítá, když může jednotlivé kroky výrobního postupu různě kombinovat, modifikovat s ohledem na daný výrobek, podmínky, výrobní zařízení, dostupné pracovníky atd. A co generování pracovních postupů a návodek? Je efektivní přepisovat je "ručně" ve Wordu? Jistě by se hodila i obsáhlá databáze materiálů, ze které lze vybírat vhodné materiály podle mechanických vlastností, chemického složení nebo povrchové úpravy polotovarů dodávaných různými výrobci. Mám pocit, že i kapacitní výpočty výrobního zařízení, optimalizaci obsazení jednotlivých strojů vzhledem k nákladům a času včetně výpočtu ekonomické výnosnosti výroby určité dávky nebude dnes nikdo počítat na kalkulačce, ale použije specializovaný software.

To, co obvykle následuje za návrhem, technologií a plánem výroby je samozřejmě vlastní výroba. Vyrábíte na NC nebo CNC strojích? Jistě máte zkušené programátory, kterým by se zefektivnila náročná práce, kdyby měli k dispozici data o výrobku (jeho vlastnostech, materiálu, technologickém postupu), která vznikla v předchozích dvou fázích tzv. životního cyklu výrobku. Pokud je váš výrobní systém součástí integrovaného CAD/CAM systému, situace je pro ně tím snazší. Jejich práce se může specializovat na jemné dolaďování automaticky generovaných programů pro NC/CNC systém, jejich optimalizaci a úpravy při drobných změnách výroby (konstrukce či technologie výrobku).

Slučitelnost systémů, slučitelnost dat
Průmyslové výrobky, jako jsou automobily, letadla, lodě, ale i budovy, počítače, mobilní telefony, televizory apod., se skládají z tisíců větších či menších součástek, které se vyznačují zejména svojí přesností a vysokou kvalitou s úzkými tolerancemi. Tato složitost dnešních výrobků je dána vysokými požadavky na funkčnost, spolehlivost, bezpečnost a ochranu životního prostředí. To vše, včetně požadavků na nízké výrobní a montážní náklady, je příčinou toho, že na produkci výrobků se podílí velké množství spolupracujících dodavatelů. Vznikají dodavatelské řetězce, ve kterých je nutné předávat veškerou výrobní dokumentaci mezi specializovanými dodavateli. To je parketa nejen pro výše popsané jednoúčelové softwarové systémy, ale zejména pro systémy PDM (Product Data Management), které dokážou ukládat, aktualizovat a sdílet data o dokumentech (ať už klasických nebo elektronických), ve kterých se přesné specifikace výrobků nacházejí.

Je nutné si také uvědomit, že každý podnik zapojený v dodavatelském řetězci nemusí používat stejný software pro návrh (CAD, CAE), plánování výroby (CAP), výrobu (CAM). Přesná a úplná data o výrobku a jeho výrobě jsou však pro vznik a dodání produktu vysoké jakosti naprosto nezbytná.

Například velké projekty v leteckém průmyslu. Běžně dnes zapojují do spolupráce množství hlavních světových výrobců, až 10 000 dodavatelů a stovky zákazníků po celém světě. Takové výrobky mohou sloužit 30 i více let a zákazníci o nich vyžadují přesné informace jak při dodání, tak v průběhu celého životního cyklu. Ve snaze vypořádat se s touto situací došlo v průmyslu k velkému nárůstu využívání různých počítačových systémů. Při jejich používání dochází vlastně k tvorbě digitální podoby výrobků, která nabízí větší přesnost a jakost, rychlejší vývoj výrobků, snížení nákladů na vícepráci (opravy) a možnost provádět další nové analýzy na vzniklém modelu před uvedením produktu do výroby. Tyto počítačové systémy navíc dovolují používání nových vývojových postupů, jako např. paralelní konstruování (concurrent engineering). Podmínkou je vzájemná slučitelnost dat používaných systémů.

Digitální data o výrobku mohou být použita kdykoliv a kdekoliv v rámci podniku, dodavatelského řetězce a životního cyklu daného výrobku. V případě potřeby mohou být data dodána i konečnému uživateli. Z uvedeného vyplývá nutnost, aby data o výrobku udržovaná v rámci používaného PDM systému byla přístupná a slučitelná s širokou škálou různých počítačových systémů. Protože tyto systémy udržují data v různých podobách a mohou být používány různými lidmi různě, snadno vznikají bariéry vzájemné komunikace. Navíc délka životního cyklu mnoha průmyslových výrobků překlenuje několik generací rychle se rozvíjejícího počítačového softwaru i hardwaru. Takže například pro údržbu, opravy, výrobu náhradních dílů osvědčeného výrobku bude pravděpodobně použit zcela jiný software a hardware než pro návrh a výrobu původního výrobku. Nový počítačový systém musí tedy splnit důležitý požadavek na kompatibilitu se starými (původními) daty.

Opětovné vytváření dat o výrobku v novém systému nebo jejich duplikování v jednotlivých používaných systémech vede k nekonzistentnostem v datech a nepřidává hodnotu. Je tedy stále větší poptávka po službách přesných a jednoznačných převodů dat mezi různými systémy. Na první pohled se nabízí řešení v podobě vyvinutí jednotlivých rozhraní mezi systémy, podle požadavků praxe. Bohužel to však vede k velkému počtu překladačů, které se navíc obtížně a nákladně udržují. Například čtyři systémy by vyžadovaly dvanáct rozhraní, deset systémů devadesát rozhraní, což vede ke ztrátě kontroly nad situací, zvláště uvážíme-li, že změna v jednom systému by musela být doprovázena změnou a testováním všech rozhraní připojených k tomuto systému.

STEP: mezinárodní standardizace výměny dat
Znáte STEP - Standard for Exchange of Product Model Data? Mnoho průmyslových podniků dnes těží z výhod tohoto mezinárodního standardu, který poskytuje prostředky pro výměnu a sdílení dat popisujících výrobek v průběhu celého životního cyklu a v celém dodavatelském řetězci až po dodání koncovému uživateli. V současné době je STEP používán v automobilovém, leteckém, loďařském aj. průmyslu při sdílení jak jednotlivých CAD výkresů a modelů samostatných výrobků, tak složitých sestav a zároveň podporuje i inženýrské výpočty. Tento standard definuje integrovaný informační model, který umožňuje různé pohledy na data o výrobku pro různé softwarové aplikace.

Ve Spojených státech v současné době šetří používáním STEPu mnoho podniků miliony dolarů ročně. Tento mezinárodní standard, který je znám jako řada norem ISO 10 303, snižuje problémy se vzájemnou spoluprací a výměnou dat o výrobcích. Tak to alespoň tvrdí poslední zpráva z amerického normalizačního ústavu NIST (National Institute of Standards and Technology), která hodnotila ekonomický dopad těchto norem. Výsledky průzkumů z průmyslu a výstupy případových studií byly použity i k odhadu dalšího vývoje. Odhaduje se, že plná implementace STEPu může ve sledovaných průmyslových oblastech ušetřit až 928 milionů dolarů ročně (měřeno v číslech z roku 2001). Více než polovina odhadovaných úspor bude realizována v automobilovém průmyslu, který je vedoucím představitelem vývoje STEPu. Zbytek má být realizován v leteckém a loďařském průmyslu a ve výrobě nástrojů. Podobných výsledků lze dosáhnout i jinde ve světě. Hodně úspor je způsobeno snížením nákladů na pracovní síly, které byly dříve nutné při používání, podpoře a údržbě zdvojených softwarových aplikací.

Typická implementace využívá STEP ke slučování dat o tvaru a dalších vlastnostech jednotlivých součástek s daty podsestav tak, aby vznikla jednotná a celistvá datová reprezentace sestavy nebo komplexního výrobku. Tyto informace jsou "vytahovány" a shromažďovány z množství aplikačních systémů a konsolidovány do STEP souboru, který lze předávat spolupracujícím firmám. Tam je možné je znovu použít tak, že se "natáhnou-nahrají" do jejich odpovídajícího systému. Výhodou takového kombinování dat je, že je zaručena konzistence dat při jejich dodávce a odpadají administrativní náklady na udržování a kontrolu konzistence dat při jejich převodu mezi různými systémy. Standardizované způsoby definování dat ve STEPu přináší svým uživatelům jednak možnost znovupoužití informací o výrobcích v různých aplikacích - například pro návrh, výpočty, výrobu a podporu - a jednak jejich uchování v průběhu celého životního cyklu výrobku. Pomocí STEPu mohou firmy také narovnat své procesy. Získat na STEPu mohou jak velcí výrobci, tak malé a střední firmy a také firmy zabývající se vývojem softwaru a systémoví integrátoři.

Z čeho se STEP skládá?
Základem pro datové modelování výrobků je definiční jazyk EXPRESS, což je soubor výrazových prostředků pro formulaci datových modelů. Jazyk je popsán v normách ISO 10 303 - 11, 12 a 14 - a je určen spíše těm, kteří pracují na dalším vývoji standardu. Běžní uživatelé s ním nepřijdou do styku. Totéž platí i o dalších komponentech standardu, jako jsou společné zdroje (Common Resources) obsahující hotové všeobecné datové modely sloužící jako stavební prvky STEPu, z nichž lze model skládat. Velmi důležitou komponentou STEPu jsou aplikační protokoly (Application Protocols), což jsou složitější datové modely užívané k popisu určité aplikace dat, tj. nejen jaká data budou použita, ale také jak budou data v modelu používána. Aplikační protokoly jsou v rámci ISO 10 303 očíslovány jako AP 2xx, například Configuration Controlled Design - AP 203. Další komponentou jsou implementační metody (Implementation Methods), které zajímají systémové analytiky při vývoji rozhraní mezi STEPem a softwarovými systémy. Koncový uživatel využívá výhod poskytovaných STEPem zejména prostřednictvím jeho implementace v různých softwarových nástrojích a systémech.

STEP u nás
V ČR je spolupráce s SC4 realizována prostřednictvím nově založené pracovní skupiny v rámci Českého normalizačního institutu v Praze - v technické normalizační komisi TNK42 - Výměna dat. Významnou měrou přispěli na zaktivování této činnosti i Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy (v rámci výzkumného záměru č. CZ J22/98: 260 000013, který je řešen na Ústavu automatizace a informatiky FSI VUT v Brně), dále Centrum leteckého a kosmického výzkumu a Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně.

Normy o průmyslových datech vyvíjené v ISO/TC184/SC4
STEP (ISO 10303) - Standard for the exchange of product model data
OIL & GAS (ISO 15926) - Integration of Life-cycle Data for Oil and Gas Production
PLIB (ISO 13584) - Parts Library
IIDEAS (ISO 18876) - Technical Specifications: integration of industrial data for exchange, access, and sharing
PSL (ISO 18629) - Process specification language
EXPRESS (ISO 20303) - Technology Parts
MANDATE (ISO 15531) - Industrial manufacturing management data exchange