Система управления жизненным циклом

«Управление жизненным циклом» — это термин, которым люди пытаются обозначить практику обеспечения связности всех состояний системы, как в прямом направлении (например, передача рабочей документации на стадию сооружения), так и в обратном направлении (например, учет данных по надёжности аналогичных эксплуатируемых уже систем на стадии проектирования новых). Эту практику трудно выделить из традиционных практик системной инженерии – управления требованиями, создания системной архитектуры, системной интеграции, верификации и валидации и т.д..

«Управление жизненным циклом» сводится к необходимости освоения привычных для системной инженерии практик:

• управление информацией («нужная информация должна быть у нужных заинтересованных сторон вовремя, и в доступной для её использования форме»),
• управление конфигурацией («проектная информация должна соответствовать требованиям, информация «как построено» должна соответствовать проекту, в том числе проектным обоснованиям, физическая система должна соответствовать информации «как построено», а разные части проекта при этом должны соответствовать друг другу», иногда часть этой практики назвают «управление изменениями»).

СУЖЦ vs PLM

Системная инженерия редко использует понятие «управление жизненным циклом», но это понятие часто используется поставщиками программных систем PLM (Product Life cycle Management).

В России сейчас проходит серия межотраслевых и международных мероприятий (совещаний, конференций и т.д.), где активно используется название "система управления жизненным циклом" (СУЖЦ), вводимое взамен PLM (product lifecycle management). Эта замена термина требует некоторой расшифровки.

Слово "продукт" из PLM в СУЖЦ пропало не случайно, ибо речь идет о сложных инженерных объектах – если вертолёт еще можно с натяжкой назвать «продуктом» в силу его серийности, то атомная станция «продуктом» обычно уже не называется. Поэтому "жизненным циклом" какой именно системы тут «управляется», нужно уточнять в каждом конкретном случае. «Система УЖЦ системы» немного запутывает, но именно это и имеется ввиду.

«Система УЖЦ» — это прежде всего социотехническая система, т.е. она включает не только программные средства PLM, но и организацию людей (практики работы, профессиональные роли, необходимый инструментарий для поддержки этих профессиональных ролей, утвержденные виды жизненного цикла каких-то конкретных рабочих продуктов и т.д.). Поэтому специалисты в слове "система" слышат одно ("информационная система", прежде всего PLM), а менеджеры — совсем другое ("система менеджмента", способ организации работ). Тут еще нужно отметить западную традицию произвольного добавления слова management в сочетаниях «чего-нибудь менеджмент».

По-новому сформулированная СУЖЦ не использует PLM как обязательный класс программных средств, вокруг которого такая система строится. В крупных инженерных проектах обычно используется сразу несколько (чаще всего существенно "недоосвоенных") PLM разных вендоров, и при создании СУЖЦ речь идёт обычно уже об их межорганизационной интеграции. Конечно, при этом решаются и вопросы, как интегрировать в СУЖЦ информацию и тех систем, которые еще не имеют связи с какой-то из PLM систем расширенного предприятия. Термином «расширенное предприятие» (extended enterprise) обычно называют созданную посредством системы контрактов организацию из ресурсов (людей, инструментов, материалов) участвующих в конкретном инженерном проекте различных юридических лиц. В расширенных предприятиях ответ на вопрос, в какую именно PLM интегрируются данные какой именно из систем CAD/CAM/ERP/EAM/CRM/и т.д.. становится нетривиальным: владельцам разных предприятий не предпишешь использовать программные средства одного поставщика.

А поскольку PLM-система всё-таки являтся программными средствами, а "система управления" из СУЖЦ явно понимается в том числе как "система менеджмента", то термин СУЖЦ подразумевает явно и организационный аспект, а не только аспект информационных технологий. Тем самым фраза "использование PLM для поддержки системы управления жизненным циклом" вполне осмыслена, хотя может запутывать при дословном переводе в ней “PLM” на русский.

Тем не менее, понимание "системы управления жизненным циклом", когда ею занимаются специалисты из IT-служб, немедленно нивелируется назад к "только софту", подозрительно напоминающему программные средства PLM. И после этого переупрощения начинаются трудности: «коробочная» система PLM от какого-то поставщика программных средств автоматизации проектирования обычно сразу представляется конструктивно, как набор программных модулей из каталога этого поставщика, вне связи с поддерживаемыми инженерными и менеджмерскими функциями, и рассматривается как тройка из следующих компонент:

• датацентрический репозиторий данных жизненного цикла,
• «система документооборота» (workflow engine) для поддержки «управления»,
• «портал» для просмотра содержимого репозитория и состояния документооборота.

Назначение СУЖЦ

Главное назначение: СУЖЦ обнаруживают и предотвращают коллизии, неизбежные при коллаборативной разработке. Все остальные функции СУЖЦ являются производными, поддерживающими эту главную функцию.

Главная идея любой современной СУЖЦ - это использование аккуратного и непротиворечивого представления системы и окружающего её мира в неизбежно разнородных и изначально несовместимых между собой компьютерных системах расширенной организации. Использование виртуальных макетов, информационных моделей, датацентрических репозиториев проектной информации обеспечивает выявление коллизий при "сооружении в компьютере", "виртуальной сборке", а не при выносе чертежей и других моделей проекта в материальную реальность в ходе действительного сооружения «в металле и бетоне» и пуска в эксплуатацию.

Идея СУЖЦ не имеет тем самым отношения к разнообразным «автоматизациям проектирования», прежде всего – к «порождающему проектированию» (generative design) и «порождающему производству» (generative manufacturing). СУЖЦ озабочена более не синтезом, а анализом: обнаруживает и/или предотвращает коллизии в результатах проектирования отдельных подсистем, когда их будут собирать вместе по самым разным технологиям:

• сливая данные проекта вместе в один репозиторий,
• запуская алгоритм проверки целостности для распределенных в нескольких репозиториях инженерных данных,
• проводя актуальную "виртуальную сборку" и имитационное моделирование для специально отобранного подмножества проектных данных.

Моделеориентированный подход

Использование СУЖЦ подразумевает отказ не только от бумаги в проектировании, но и от "электронной бумаги" (.tiff или других растровых форматов) и переход к датацентрическому представлению информации. Сравнить две модели, существующие на бумаге в каких-то нотациях и найти в них несоответствия много сложнее и дольше, нежели предотвращать коллизии в структурированных электронных документах, использующих не растровую графику, а инженерные модели данных.

Модель данных может быть разработана в соответствии с каким-то языком, например:

• в терминах стандарта описания метода разработки ISO 24744),
• метамодель (в терминах консорциума стандартизации OMG),
• модель данных/справочные данные (в терминах стандарта интеграции данных жизненного цикла ISO 15926).

Именно такой переход к структурно представляемым моделям, существующим уже на ранних стадиях проектирования и называется «Системной инженерией на основе моделей» (MBSE, model-based systems engineering). Снимать коллизии при помощи компьютерной обработки данных становится возможным уже на самых ранних стадиях жизненного цикла, еще до появления полноценных 3D моделей конструкции.

СУЖЦ должна:

• обеспечивать механизм передачи данных из одного приложения CAD/CAM/ERP/PM/EAM/и т.д. в другое – причем в электронном структурированном виде, а не в виде «пачки электронной бумаги». Передача данных из одной инженерной информационной системы (с четким пониманием откуда, куда, когда, что, зачем, как) - это часть обеспечиваемой СУЖЦ функциональности. Тем самым СУЖЦ должна поддерживать workflow (ход работ, который частично выполняется людьми, а частично компьютерными системами).
• контролировать версии, то есть предоставлять функцию управления конфигурацией - как моделей, так и физических частей системы. СУЖЦ поддерживает таксономию требований разного уровня и предоставляет средства для проверки коллизии разноуровневых проектных решений и их обоснований с этими требованиями. В ходе инженерной разработки любое описание системы, любая её модель изменяются и дополняются многократно, и существуют поэтому во множестве альтернативных версий разной степени правильности, и в разной мере соответствующих друг другу. СУЖЦ должна гарантировать, что для текущей работы используется только правильное сочетание этих версий.

Архитектура СУЖЦ

Архитектурных решений для СУЖЦ может быть множество, одна и та же функция может быть поддержана различными конструкциями и механизмами работы. Можно выделить три вида архитектуры:

1. Традиционные попытки создать СУЖЦ – это обеспечить важнейшие передачи данных по принципу "точка-точка" между разными приложениями. При этом может быть использована какая-нибудь специализированная система поддержки workflow (BPM engine, «движок управления бизнес-процессами»), или система обработки событий (complex event processing engine). К сожалению, объем работы по обеспечению обменов «точка-точка» оказывается просто грандиозным: каждый раз требуются специалисты, разобравшиеся в обоих связываемых системах и методе передаче информации.
2. Использование стандарта интеграции данных ЖЦ ISO 15926 по методу «ISO 15926 outside», когда для каждого инженерного приложения разрабатывается адаптор в нейтральное представление, соответствующее стандарту. Тем самым, все данные получают возможность встретиться в каком-то приложении и коллизия между ними может быть обнаружена – но для приложения требуется разработать лишь один адаптер передачи данных, а не несколько таких адаптеров (по числу других приложений, с которыми нужно обеспечить связь).
3. PLM (Teamcenter, ENOVIA, SPF, NET Platform и т.д.) - используется стандартизованная архитектура, за тем лишь исключением, что используемая в каждой из этих PLM модель данных менее универсальна в плане отражения любой предметной области инжиниринга, а также не является нейтральным и доступным всем форматом. Так что использование ISO 15926 в качестве базового представления при передаче данных в СУЖЦ можно считать дальнейшим развитием идей, по факту реализованных в современных PLM.

По архитектуре управления конфигурацией, СУЖЦ можно разделить на три вида:

• «репозиторий» (актуальное хранение всех данных проекта в одном репозитории СУЖЦ, куда копируются данные оттуда, где они были разработаны),
• «регистр» (СУЖЦ поддерживает список адресов данных жизненного цикла в многочисленных репозиториях других САПР, систем инженерного моделирования, PLM, ERP и т.д.),
• «гибридная архитектура» -- когда часть данных копируется в центральный репозиторий СУЖЦ, а часть данных доступна из других мест по ссылкам.

Архитектора СУЖЦ должна также описывать:

• «портал» (в том числе «веб-портал»), его функциях и способ реализации. Само наличие портала позволяет успокоить топ-менеджеров демонстрируя отсутствие коллизий. К архитектурным решениям по «порталу СУЖЦ» предъявляются специфические требования.
• алгоритмы проверки целостности/непротиворечивости данных жизненного цикла, а также описание работы этих алгоритмов:
  • стандартный модуль в отдельном приложении, работающий над данными в репозитории этого приложения – будь это САПР или PLM;
  • специально разработанное для СУЖЦ программное средство проверки коллизий, имеющее доступ к данным разных приложений, находящихся в центральном репозитории СУЖЦ;
  • специально разработанное программное средство, обращающееся через интернет по защищенному каналу к разным хранилищам данных, находящимся в разных организациях;
  • специально запрограммированные проверки с контролем коллизий при загрузке разных инженерных наборов данных в центральный репозиторий СУЖЦ;
  • комбинация из всех перечисленных методов – разных для разных типов коллизий; и т.д.
• способ взаимодействия пользователей СУЖЦ (инженеров-проектантов, закупщиков, монтажников, менеджеров проекта сооружения и т.д.), и как именно программное обеспечение СУЖЦ поддерживает это взаимодействие способом, предотвращающим появление коллизий. Стандарты системной инженерии (в частности, стандарт практик системной инженерии ISO 15288) требуют выбора вида жизненного цикла для инженерии сложных объектов и указания того, какие варианты практик системной инженерии будут использованы. Модель жизненного цикла является одним из основных артефактов, которые служат для организационных договоренностей по координации работ расширенной организации инженерного проекта. Скоординированные работы в ходе коллаборативной разработки (collaborative engineering) – это залог малого числа проектных коллизий. Как именно поддержит модель жизненного цикла СУЖЦ? Так, системы PLM обычно не находят место моделям жизненного цикла, и уж тем более моделям организации. Поэтому для СУЖЦ нужно искать другие решения по программной поддержке этих моделей.
• Организационный аспект перехода к использованию СУЖЦ. Переход к использованию СУЖЦ может вызвать существенное изменение в структуре и даже кадровом составе инжиниринговой компании: не всех землекопов берут в экскаваторщики, не всех извозчиков берут в таксисты.

Главное для СУЖЦ – насколько предлагаемое решение способствует раннему обнаружению, а то и предотвращению коллизий. Ежели речь заходит о чём-то другом (содержательный выбор вида жизненного цикла в соответствии с профилем риска проекта, управление старением, управление стоимостью и реформа сметной системы, освоение axiomatic design, сооружение с поставками «точно вовремя», порождающее проектирование и сооружение, а также многое-многое другое, также крайне полезное-современное-интересное), то это вопрос других систем, других проектов, других методов, других подходов. СУЖЦ должна хорошо делать своё дело, а не плохо решать огромный набор произвольно выбираемых чужих задач.

У архитектора СУЖЦ тем самым две основные задачи:

• породить некоторое количество лучших архитектур-кандидатов и их гибридов
• совершить многокритериальный выбор из этих архитектур.
  • содержательное рассмотрение (содержательность критериев выбора)
  • оформление результата (обоснование).

Критерии выбора архитектурного решения для СУЖЦ

1. Качество выполнения СУЖЦ своего основного предназначения: обнаружения и предотвращения коллизий

   Главный критерий: насколько может быть ускорен ход инженерных работ за счёт ускорения обнаружения или предотвращения коллизий при использовании предлагаемой архитектуры СУЖЦ? А если время работ не может быть сокращено, то насколько за то же время можно увеличить объем работ при использовании тех же ресурсов? Рекоммендуются следующие методологии:

   • Теория ограничений Голдратта (TOC, theory of constraints) – архитектура должна указывать, какие системные ограничения она снимает на критическом ресурсном пути инженерного проекта (не путать с критическим путём).
   • ROI (return on investments) для инвестиций в СУЖЦ на стадии оформления результата содержательного рассмотрения архитектур-кандидатов.

   Важно выбрать границы рассмотрения: общая скорость выполнения инжинирингового проекта может быть замерена только на границе рассматриваемой организационной системы. Границы какого-то одного юрлица могут не совпадать с границами расширенного предприятия, осуществляющего масштабный инженерный проект, а участвующее лишь на одной стадии жизненного цикла предприятие может неправильно оценить свою полезность и критичность для полного жизненного цикла системы и неправильно выбрать способ своей интеграции в СУЖЦ. Тогда может выясниться, что создание СУЖЦ не влияет на общие сроки и бюджеты проекта, ибо самые неприятные коллизии продолжат себя являть неадресованные новой СУЖЦ.

2. Возможность принятия инкрементального жизненного цикла разработки СУЖЦ

   Инкрементальным в ISO 15288 называется такой жизненный цикл, при котором функциональность пользователю выдаётся не сразу вся, а постадийно - но и вложения в разработку также происходят не одномоментно, а постадийно. Конечно, при этом нужно учитывать закон убывающей полезности: каждый инкремент СУЖЦ (каждый новый тип обнаруживаемых заранее коллизий) обходится дороже, а пользы от него всё меньше, пока продолжающаяся много лет разработка СУЖЦ не затухнет сама собой. Если выясняется, что для какой-то из предложенных архитектур нужно одномоментно вложить в создание СУЖЦ много денег, но пользу можно будет получить сразу в размере 100% и только через пять лет "под ключ", то это плохая архитектура. Если выясняется, что можно разработать и ввести в эксплуатацию какое-то компактное ядро СУЖЦ, и далее много-много однотипных модулей для разных типов коллизий с понятным механизмом их разработки (например, основанным на использовании ISO 15926), то это очень хорошо.

   Речь не столько о том, чтобы применять «гибкую разработку» (agile methodologies), сколько предусмотреть модульную архитектуру СУЖЦ и предложить план реализации приоретизированного списка модулей – сначала самых насущных, затем менее насущных, и т.д.

   Не путать с ICM (incremental commitment model), хотя смысл тут такой же: лучше та архитектура, при которой можно получить какую-то рассрочку платежей за систему, а нужную функциональность получать как можно раньше – чтобы пользу получить (хотя бы маленькую) пораньше, а платить за позднюю пользу попозже.

3. Принципиальная финансовая и интеллектуальная возможность освоить и поддерживать технологию

   Если посчитать траты не только на собственно СУЖЦ, но и на всю потребную для осуществления проекта кадровую и иную инфраструктуру, то нужно понять, сколько этих вложений в образование, компьютеры и организационные усилия останется плательщику и собственнику СУЖЦ, а сколько осядет вовне – у многочисленных контракторов, которые, конечно, будут благодарны сначала за получение ими «стипендии» на освоение новой технологии, а затем за сопровождение созданной ими системы.

   Новое обычно крайне затратно, и не потому что оно само дорого стоит, а потому что вызывает лавину вызываемых им изменений. Именно этот пункт у меня учитывает полную стоимость владения СУЖЦ, и этот же пункт включает рассмотрение полного жизненного цикла уже не инженерной системы с её предотвращаемыми коллизиями, но самой СУЖЦ.

4. Масштабируемость архитектуры СУЖЦ

   Этот критерий актуален для крупных инженерных проектов. Поскольку вы хотите, чтобы системой пользовались все тысячи сотрудников расширенной организации, она должна будет быстро расти до этих масштабов. Насколько "пилот" или "полигон" СУЖЦ смогут быстро вырасти без принципиальных архитектурных изменений? Скорее всего, они вырасти не смогут. Поэтому архитектурно нужен не "пилот" или "полигон", а сразу "первая очередь". Требование критерия масштабирования тесно пересекается с требованием критерия инкрементальности, но затрагивает чуть-чуть другой аспект - не столько растяжка создания СУЖЦ по времени, сколько возможность растяжки по накрываемому объему.

   Опыт показывает, что на тестовых объемах проектных данных справляются все системы, а вот на промышленных - не справляются. Как нелинейно будет расти стоимость аппаратуры и программных средств при росте объемов/скорости? Как долго будут отрабатывать регламенты, когда выяснится, что через какое-то рабочее место проходит бОльшее число данных, чем может быть осмысленно просмотрено одним человеком?

   Плохая масштабируемость может подстерегать не только с технической стороны архитектуры программно-аппаратного решения, но и со стороны финансовой его архитектуры. Так, небольшая цена на лицензию на каждое рабочее место СУЖЦ, или даже небольшая цена на каждое новое соединение на сервере-репозитарии могут превратить более-менее симпатичное решение для десяти рабочих мест в абсолютно финансово неподъемное для целевой тысячи рабочих мест.

5. Возможность учитывать неизбежные организационные проблемы

   в том числе отношение к любимым унаследованным (legacy) системам в расширенной организации. Как много предлагаемая централизованная или распределенная архитектура потребует "отдавать функций другим подразделениям", "отдавать наших данных" и вообще чего-то "отдавать" по сравнению с текущей ситуацией без СУЖЦ? Мейнфреймы массово проиграли соревнование мини-компьютерам, а те - персональным. Назад (к централизованным системам, каковой неизбежно представляется СУЖЦ) пути почти нет, ибо все данные лежат в отдельных приложениях, и вытащить эти данные в новые системы представляется сложнейшей организационной задачей. Как устроена архитектура СУЖЦ: она замещает текущие унаследованные инженерные приложения, она надстраивается над текущей IT-инфраструктурой, она устанавливается "задарма" разным службам? Сколько организационных/менеджерских/консультационных усилий потребуется для того, чтобы "пропихнуть" новую технологию? Сколько людей уволить, сколько найти и принять новых специалистов?

   Этот критерий организационной приемлемости тесно связан не только с централизацией/децентрализацией, но и с рассмотрением системы мотивации в расширенном предприятии, т.е. оценка архитектуры СУЖЦ по этому критерию далеко выходит за рамки узкого рассмотрения только СУЖЦ, но требует тщательного анализа принципов построения расширенной организации – вплоть до пересмотра принципов, лежащих в основе контрактов, по которым она создана.

   Но это и есть суть системного подхода: любая целевая система (в данном случае - СУЖЦ) рассматривается прежде всего не "вглубь, из каких частей", а "наружу, часть чего" - не ее конструкция и механизм работы интересны прежде всего, а поддерживаемая СУЖЦ функция предотвращения коллизий во внешней надсистеме - и цена, которую внешняя надсистема готова платить за эту новую функцию. Поэтому возможные архитектуры СУЖЦ и рассматриваются прежде всего не с точки зрения "приличных используемых технологий, например от поставщика программных средств XYZ" (это по умолчанию: все предлагаемые варианты архитектуры обычно приличны технологически, иначе они не варианты!), а с точки зрения вышеописанных пяти критериев.

Функции СУЖЦ

1. Предотвращение коллизий
   1. Управление конфигурацией
      1. Идентификация (классификации, кодировки)
      2. Учёт конфигурации (все возможные baseline - ConOp, Architecture, design, as built), в том числе передача данных в репозиторий СУЖЦ, в том числе поддержка workflow изменений, в том числе поддержка параллельного инжиниринга (работа в условиях неполных baseline)
      3. Версионирование (включая forks)
   2. Отсутствие ручного переввода данных (передача входных и выходных данных между уже имеющимися островками автоматизации, включая передачу данных из островков "подъема в цифру" старых проектных наработок)
   3. Конфигурация НСИ
   4. Система поддержки коллаборативного инжиниринга (видео-конференции, удаленные проектные сессии и т.д. - возможно, не та, которая используется для создания самой системы СУЖЦ)
2. Выявление коллизий
   1. Поддержка регистра проверяемых видов коллизий и соответствующих регистру технологий проверки
   2. Передача данных для проверки коллизий между островками автоматизации (без сборки в репозитории СУЖЦ, но средствами интеграционной технологии СУЖЦ)
   3. Прогон workflow проверки разных видов коллизий
      1. в репозитории СУЖЦ
      2. не в репозитории, но средствами интеграционной технологии СУЖЦ
   4. Запуск прогона workflow устранения найденной коллизии (рассылка уведомлений о коллизиях, ибо прогон workflow устранения – не забота СУЖЦ)
   5. Поддержка актуального списка неустранённых коллизий
3. Развиваемость (тут СУЖЦ рассматривается как автопоэтическая система, ибо «инкрементальность реализации» входит в число важнейших свойств самой СУЖЦ -- так что это функция самой СУЖЦ, а не функция обеспечивающей системы для СУЖЦ)
   1. Обеспечение коммуникации по поводу развития СУЖЦ
      1. Планирование работ развития СУЖЦ (roadmap, разработка плана мероприятий)
      2. Функционирование проектного офиса СУЖЦ,
      3. Ведение регистра видов проверок коллизий (сам регистр "хотелок" и roadmap реализации проверок)
      4. Орг-техническое моделирование (Enterprise Architecture) для СУЖЦ
      5. Инфраструктура коммуникации разработчиков СУЖЦ (интернет-конференции, видеосвязь, управление знаниями и т.д. -- возможно, не та, которая используется в ходе коллаборативного инжиниринга с использованием СУЖЦ)
   2. Единообразность технологии интеграции данных (например, технология ISO 15926)
      1. Использование нейтральной модели данных
         1. Поддержка библиотеки справочных данных
         2. Разработка справочных данных
      2. Технология поддержки адаптеров к нейтральной модели данных
   3. Единообразность технологии интеграции workflow/BPM (в масштабах расширенного предприятия)
4. Безопасность данных (в масштабах информационных систем, работающих в рамках СУЖЦ)
   1. Обеспечение единства доступа (один логин и пароль ко всем информационным системам, участвующим в workflow)
   2. Управление правами доступа к элементам данных
   3. Резервное копирование