JT как основа PLM

Большая часть публикаций на тему Big Data не привязана к какой-либо конкретной прикладной области и рассматривает данные вне контекста, что на самом деле не всегда корректно. Да, о значительной части данных можно говорить как о некоторой абстракции, и многие сферы человеческой деятельности, например промышленное производство, испытывают общие проблемы, связанные с ростом объемов данных и числа людей, вовлеченных в работу с ними, но тем не менее данные существуют в строго определенном виде — в специальных форматах, адаптированных для нужд конкретных приложений. В таком случае оказываются востребованы не столько новые технологии работы с данными, сколько практичные форматы. В числу таких прикладных областей, где очень актуальна унификация форматов, относятся системы управления жизненным циклом изделия (Product Lifecycle Management, PLM), для успешного существования которых требуются нейтральные и облегченные форматы, открытые к дополнениям, а в ряде случаев и способные заменить традиционные «тяжелые» форматы систем автоматизированного проектирования. К числу форматов, отвечающих таким требованиям, относится JT, сочетающий в себе графические возможности со встроенной схемой XML.

PLM сегодня

За неполных 30 лет своей истории PLM превратился в зонтичный термин, объединяющий в себе весь комплекс информационных технологий, поддерживающих изделия на протяжении всей их жизни, от проектирования до утилизации. Нынешний уровень развития PLM был достигнут последовательным восхождением по нескольким ступеням. Начало было положено созданием средств для сбора представлений о будущем изделии от всех участников - потребителей, маркетологов, проектировщиков и производственников с целью формирования единого представления о предмете. Следующая ступень вполне традиционна — автоматизация проектирования и подготовки производства. Не менее логична и третья ступень: автоматизация производства, его инженерной подготовки и планирования. После того как изделие появилось, его следует поддерживать, обслуживать и, в конце концов, выводить из обращения и утилизировать — это четвертая ступень. Последняя ступень — объединяющая, на ней необходимо обеспечить организацию оптимального распределения потоков данных между всеми участвующими сторонами, этой цели служат системы управления данными по продуктам (Product Data Management, PDM) и по предприятию в целом (Enterprise Data Management, EDM), а также связь с системами, поддерживающими функционирование предприятия (SCM, CRM и ERP).

В результате такого восхождения сложилось следующее обобщенное представление о PLM как о:

• стратегическом подходе к бизнесу, предлагающем непрерывный набор решений, поддерживающих коллаборативный режим создания, управления, распределения и использования определения изделий (интеллектуальных активов предприятия);
• поддержке «расширенного представления о предприятии» (extended enterprise), в том числе поддержке процессов проектирования, пользователей и партнеров;
• действии во времени от момента рождения концепции изделия до снятия его с производства и окончания сервисного периода;
• интеграции людей, процессов, систем и информации.

Реализация систем PLM дает возможность: универсального, безопасного и управляемого способа доступа и использования информации, определяющей изделия; поддержания целостности информации об изделии на протяжении всего его жизненного цикла; управления и поддержки бизнес-процессов, задействованных при создании, распределении и использовании подобной информации.

В результате внедрения PLM удается создать интегрированную информационную модель всех этапов жизненного цикла, каждому участнику (подразделениям предприятия, поставщикам, партнерам, заказчикам и клиентам) которого предоставляется доступ к информации о продукте на любой стадии его существования. В такой системе множество пользователей на разных этапах цепочки проектирования получают доступ к важным проектным и производственным данным, что дает возможность находить ошибки и вносить свой вклад на различных фазах жизненного цикла. Очень вероятно, что следующей ступенью в развитии PLM будут методы объединения индивидуальных способностей людей с использованием техник управления знаниями, краудсорсинга и т. д.

Облегченные форматы данных

Для реализации возможностей PLM необходимы удобные форматы представления проектных данных, обеспечивающие их визуализацию и обмен:

• STEP (Standard for the Exchange of Product Model Data) — стандарт ISO 10303, разработка которого началась еще в 1983 году на основе нескольких национальных предложений о стандартизации (IGES, VDAFS, SET, CAD*I и PDDI); в своем нынешнем состоянии STEP поддерживается ассоциацией ProSTEP iViP Association и в продуктах ведущих игроков рынка CAD/CAM/CAE;
• 3D XML — предложенный компанией Dassault Systemés в 2005 году формат на основе спецификаций P-XVL, разработанных компанией LatticeTechnology и базирующийся на XML;
• 3D PDF (Portable Document Format) — формат, предложенный компанией Adobe по описанию 3D-моделей (является стандартом ISO 24517-1);
• DWF (Design Web Format) — формат компании Autodesk, допускающий, в отличие от PDF, использование большего числа типов данных;
• eDrawings — формат компании SolidWorks (Dassault Systemes), используемый для пересылки 2D- и 3D-моделей по электронной почте;
• JT — формат компании Siemens PLM Software.

В 2011 году ассоциация ProSTEP iViP опубликовала отчет 3D Formats in the Field of Engineering — a Comparison, в котором приведены результаты сравнения большинства перечисленных форматов по пяти основным показателям.

Визуализация проектных данных. Этот показатель особенно важен, когда данные используются в пространстве PLM за пределами систем CAD, имеющих собственные графические средства, например с целью презентации продуктов в различных ситуациях. Для визуализации требуется независимость формата от исходной модели в CAD, возможность фильтрации изображения и его представления на разных уровнях детальности, а также способность согласования с данными по управлению проектами (PMI).

Обмен данными. В реальной практике приходится сталкиваться с ситуациями, когда части сложного изделия проектируются с использованием различных систем CAD, имеющих свои собственные внутренние форматы, либо системы поставщика и заказчика базируются на разных форматах. Возможны также другие ситуации, требующие обмена между системами, поэтому важно, чтобы при обмене сохранялись геометрия и структура описания изделия, метаданные для PMI, а также корреляция между исходной и целевой моделями.

Поддержка цифровой модели. Цифровая модель изделия (Digital Mock Up, DMU) включает в себя исчерпывающее описание конструкции изделия, которая может быть использована на разных этапах его жизненного цикла. DMU содержит трехмерные модели изделия и его компонентов, чертежи или модели оснастки, различную атрибутивную информацию по компонентам (номенклатура, вес, длины и т. д.), технические требования, директивные документы, техническую, эксплуатационную и иную документацию. Для DMU важнейшим качеством является обеспечение ее способности работать в среде multi-CAD с сохранением свойств оригинальной модели.

Документация и архивирование. С точки зрения документирования и архивирования наиболее критичным является способность формата выбирать требуемые данные и метаданные PMI для обеспечения готовности хранения информации об изделии вне зависимости от существующей и будущей инфраструктуры. Например, для авиалайнеров или судов это может быть необходимость в хранении данных на протяжении десятков лет, за которые технологии могут значительно измениться.

Переносимость документов. В современных условиях данные 3D могут применяться за пределами проектных и инженерных подразделений, поэтому должна быть предусмотрена возможность использования формата средствами, доступными сотрудникам соответствующих подразделений и служб.

Сравнение форматов, проведенное ассоциацией ProSTEP iViP по перечисленным показателям, выявило преимущество формата JT, который в наибольшей степени соответствует совокупности требований PLM. Выступая на конференции 2010 JT Open, Стивен Веттерманн из ProSTEP iViP Association заявил: «Публикация справочного документа по формату файлов JT в виде Общедоступной спецификации (ISO PAS 14306) в октябре 2009 года стала первым шагом по его превращению в международный стандарт... Формат является открытым и широко распространенным, он обеспечивает приложениям имитационного моделирования, создания цифрового макета изделий, контекстного проектирования и эскизного чертения доступ к информации, традиционно закрытой в собственных форматах каждой из данных систем. В настоящее время формат JT применяется широким спектром программ в различных отраслях, в том числе в автомобильной, авиационно-космической, оборонной промышленности, судостроении, машиностроении, станкостроении и др.".

История вопроса

Изначально формат JT был разработан компанией UGS, которая с 2007 года входит в состав концерна Siemens под именем Siemens PLM Software, хотя остается американской компанией со штаб-квартирой в Плано (шт. Техас). Данному поглощению предшествовала долгая и сложная история слияний и приобретений. Вначале, в 1963 году, была калифорнийская компания United Computing, которая приобрела несколько фирм, а потом ее в свою очередь купила McDonnell Douglas, ныне входящая в состав Boeing. Из McDonnell Douglas соответствующее подразделение перешло во владение EDS, которая приобрела своего ближайшего конкурента — SDRC, образовав единое направление бизнеса под названием EDS PLM Solutions, чтобы в 2004 году продать его частной группе компаний. Замысловатая эпопея смены имен (среди которых было и Unigraphics Solutions) и владельцев закончилась пока в 2007 году, но бурные события не мешали тому, что под разными названиями и в разных руках компания оставалась верной одной стратегической линии — созданию продуктов для управления жизненным циклом изделий.

Формат JT был разработан еще в середине 90-х годов в компании Engineering Animation, купленной UGS, и предназначался для поддержки приложений по моделированию, визуализации и работе с цифровыми макетами. В начале 2007 года было объявлено о публикации спецификации JT в качестве открытого формата, а в марте 2008 года концерн Siemens принял решение об использовании JT в качестве единого корпоративного стандарта совместной работы и хранения данных на всех своих предприятиях. Формат и соответствующее программное обеспечение структурированы так, чтобы обеспечить возможность быстрой загрузки, редактирования и управления большим количеством деталей в реальном времени. Формат позволяет сохранять каркасную модель поверхностей, точную геометрию (NURBS), информацию о проекте создания изделия (PMI), а также метаданные, экспортируемые из «родных» САПР или вносимые системой управления данными об изделии (PDM).

Формат JT также используется для совместной разработки изделий (Collaborative Product Development) и обмена проектными данными. JT-файлы создаются посредством трансляции данных из различных САПР, таких как NX, Solid Edge, Catia, Pro/Engineer или Autodesk Inventor, что позволяет использовать JT для облегченного представления данных в цифровых макетах, создаваемых в разнообразных системах. Например, использование в системе Teamcenter (Lifecycle Visualization) формата JT позволяет участникам рабочих групп осуществлять просмотр, разметку, анализ и утверждение проектов, созданных с применением разных пакетов, при этом не требуется приобретения дополнительных лицензий на соответствующие средства или навыков работы с ними. Также существует возможность применения JT и для отображения результатов инженерного анализа.

Широкая функциональность и малый размер файлов JT обеспечивают доступ к распределенным данным об изделии, технологической информации и интерактивным изображениям в режиме реального времени и на всех этапах жизненного цикла изделия. Файлы в формате JT используют сжатие данных и ориентированы на поддержку интерактивного отображения больших сборок, содержащих десятки тысяч деталей.

Архитектура JT

JT позволяет хранить данные о продукте с разными требуемыми уровнями детализации (рис. 1), от простой геометрии и размеров до сложных описаний структуры продукта, включая каркасное представление, модели освещения, текстуры, точное представление геометрии в виде неоднородных рациональных B-сплайнов, структуру сборки изделия, атрибуты (цвет, слой, шрифт), информацию для производства изделия.

Рис. 1. Экосистема JT

Рис. 2. Пример иерархической структуры представления элемента

Этих и других возможных сведений достаточно для визуализации продуктов, организации совместной деятельности исполнителей и обмена данными в системе PLM. Кроме того, формат JT поддерживает производственные функции, такие как планирование работ, подготовка программ для оборудования, он также поддерживает модели для расчета методом конечных элементов. Внутри формат JT организован в виде многоуровневой древовидной архитектуры (рис. 2), что открывает возможность для его эволюционного развития.

JT Open

Как и любой открытый продукт, JT поддерживается своим сообществом — консорциумом JT Open, объединяющим производителей, клиентов, независимых разработчиков программного обеспечения. Сейчас в состав консорциума входит более 200 участников, среди которых Ford Motor, Adobe, PTC, Microsoft, Caterpillar, Procter & Gamble. В JT Open созданы наблюдательный комитет (Management Review Board) для рассмотрения результатов и определения общих приоритетов дальнейшего развития формата, а также специальный технический наблюдательный комитет (Technical Review Board), на который возложены функции, связанные с техническим вопросами. Членство в комитетах только корпоративное, однако индивидуальные участники могут выступать со своими предложениями. Нацеленность Siemens PLM Software на обеспечение открытости нашла выражение и в совместной работе с компанией Microsoft — результатом этой деятельности стал набор инструментальных средств JT Open Toolkit, реализованный в виде библиотеки программ на языке C++ на платформах Windows и Unix.

Перспективы JT

Сегодня JT получает признание стандарта де-факто в таких отраслях, как автомобильная и аэрокосмическая промышленность, судостроение и ряд других. Причина признания кроется в первую очередь в ширящемся повсеместном применении визуальных трехмерных моделей, упрощающих и ускоряющих рабочие процессы. При этом сведения об изделии и соответствующие знания используются на протяжении всей производственной цепочки, что намного эффективнее, чем в процессах на основе чертежей или моделей CAD. Преимущества JT, по сравнению с форматами систем CAD, таковы:

• экономия за счет исключения необходимости в приобретении дорогостоящих рабочих мест различных систем CAD/CAM/CAE;
• возможность применения подхода multi-CAD;
• возможность быстрого отображения больших объемов данных (например, автомобиля целиком);
• контроль за обменом информацией в процессе взаимодействия пользователей (защита интеллектуальной собственности).

Кроме того, формат JT поддерживает сквозное использование данных об изделии за границами отдельных доменов — от разработки, производства и технологического процесса вплоть до документации и обслуживания. Так появляется реальная возможность взаимодействия (в том числе и между предприятиями), повышается надежность принятия решений на самом раннем этапе работы, что обеспечивается и благодаря гомогенизации используемых форматов с помощью JT.