Экономическая эффективность информационных технологий

17.1. Экономическая эффективность информационных систем проектирования

Различают эффективность создания САПР и эффективность ее функционирования. Тип производства САПР, как правило, единичный. Эффективность создания САПР рассматривают как создание новой техники, однако с учетом специфики САПР. САПР относится к тому типу современных организационно-технических систем, для которых характерно быстрое развитие методов и средств. Поэтому стратегия затрат должна учитывать, с одной стороны, революционный характер создания САПР, а с другой — эволюционный характер ее развития, предполагающий периодическое вложение средств в актуализацию систем и повышение ее изменяющейся во времени эффективности. При этом используют следующие критерии выбора средств системы:

При оценке эффективности создания функционирования САПР ТП применяются подходы, описанные выше. Вместе с тем функционирование САПР ТП дает специфический косвенный экономический эффект

$$\Delta Э = \Delta Э_П + \Delta Э_К$$,

где $$\Delta Э_П$$ — прямой экономический эффект; $$\Delta Э_К$$ — косвенный экономический эффект.

Введем следующие понятия [55]:

Коэффициент сравнительной эффективности определяют по формуле

$$E_n=\frac{\Delta Э}{K_О}$$

где $$К_о$$ — единовременные затраты.

Срок окупаемости капитальных затрат (в годах)

$$Т_{ОК}=\frac{K_O}{\Delta Э_Г}$$

где $$\Delta Э_Г$$ — годовая экономия текущих затрат.

Внедрение информационных технологий сопряжено с капитальными вложениями как на приобретение техники, так и на разработку проектов, выполнение подготовительных работ и подготовку кадров. Поэтому внедрению должно предшествовать экономическое обоснование целесообразности внедрения информационных систем (ИС). Это означает, что должна быть исчислена эффективность применения автоматизированных информационных технологий (АИТ).

Под эффективностью автоматизированного преобразования информации понимают целесообразность применения средств вычислительной и организационной техники при формировании, передаче и обработке данных. Различают расчетную и фактическую эффективность. Первичную (расчетную) определяют на стадии проектирования автоматизации информационных работ, т. е. разработки технорабочего проекта; вторую (фактическую) — по результатам внедрения технорабочего проекта.

Обобщенным критерием экономической эффективности является минимум затрат живого и овеществленного труда.

При этом установлено, что чем больше участков управленческих работ автоматизировано, тем эффективнее используется техническое и программное обеспечение.

Экономический эффект от внедрения вычислительной и организационной техники подразделяют на прямой и косвенный.

Под прямой экономической эффективностью понимают экономию материально-трудовых ресурсов и денежных средств, полученную в результате сокращения численности управленческого персонала, фонда заработной платы, расхода основных и вспомогательных материалов вследствие автоматизации конкретных видов планово-учетных и аналитических работ.

Не исключено, что внедрение АИТ на первом этапе не приведет к уменьшению числа работников планово-учетных служб. В этом случае учитывают косвенную эффективность, проявляющуюся в конечных результатах хозяйственной деятельности предприятия. Ее локальными критериями могут быть: сокращение сроков составления сводок, повышение качества планово-учетных и аналитических работ, сокращение документооборота, повышение культуры и производительности труда и т. д. Основным же показателем является повышение качества управления, которое, как и при прямой экономической эффективности, ведет к экономии живого и овеществленного труда. Оба вида рассмотренной экономической эффективности взаимоувязаны.

Определяют экономическую эффективность с помощью трудовых и стоимостных показателей. Основным при расчетах является метод сопоставления данных базисного и отчетного периодов. В качестве базисного периода при переводе отдельных работ на автоматизацию принимают затраты на обработку информации до внедрения АИТ (при ручной обработке), а при совершенствовании действующей системы автоматизации экономических работ — затраты на обработку информации при достигнутом уровне автоматизации. При этом пользуются абсолютными и относительными показателями.

Например, на ручную обработку отдельных деталей РЭС следует затратить 100 чел./ч ( $$Г_о$$ ), а при использовании АИТ — 5 чел./ч).

Абсолютный показатель экономической эффективности Тэк составляет

$$Т_{эк} = Т_о - Т_1 = 100 - 5 = 95 чел./ч$$.

Относительный индекс производительности труда $$J_{ПT} = 0,05$$.

Это значит, что для обработки деталей при автоматизации требуется по сравнению с ручной обработкой только 5% времени. Используя $$J_{ПТ}$$, можно определить относительный показатель экономии трудовых затрат. При обработке счетов-фактур в результате применения АИТ экономия составит 95%. Наряду с трудовыми показателями необходимо рассчитывать и показатели стоимостные. Следовательно, затраты на обработку информации в базисном и отчетном вариантах определяют в денежном выражении.

Абсолютный показатель стоимости

$$С_{эк} = С_0 - С_1$$.

Индекс стоимости затрат

$$J_{ст. зат} = С_1 / С0$$.

Срок окупаемости затрат

$$Т_{ок} = (З_0 + П_0) Кэф / ( С_0 — С_1)$$,

где $$З_о$$ — затраты на техническое обеспечение; $$П_о$$ — затраты на программное обеспечение; $$Кэф$$ — коэффициент эффективности.

17.2. Краткий обзор CALS-стандартов

17.2.1. Стандарты STEP

Центральное место в системе CALS-стандартов занимает ISO 10303 под названием STEP (Standard for Exchange of Product data: стандарт для обмена данными о промышленных изделиях). Он определяет средства описания (моделирования) промышленных изделий на всех стадиях их жизненного цикла. Основой для создания единой информационной среды в промышленных АС является инвариантный к приложениям язык Express, введенный в STEP.

Стандарт ISO 10303 состоит из ряда документов (томов), каждый из которых может рассматриваться как самостоятельный стандарт, т. е. STEP фактически представляет собой группу стандартов. В томах STEP описаны основные принципы обмена данными, изложены правила языка Express. В документах даны методы его реализации, модели, методы тестирования моделей, ресурсы как общие для приложений, так и некоторые специальные (например, геометрические и топологические модели, описание материалов, процедуры черчения, конечно-элементного анализа и т. п.). Кроме того, введены прикладные протоколы, отражающие специфику моделей в конкретных предметных областях. Вопросам взаимодействия АС в STEP уделяется основное внимание — выделена подгруппа томов, которая посвящена способам обмена данными между разными системами, созданными в рамках STEP-технологии.

Развитие CALS-технологий находит выражение также в разработке серий стандартов ISO 13584 Parts Library (сокращенно P_Lib), ISO 14959 Parametrics, ISO 15531 Manufacturing management data (Mandate), ISO 18876 Integration of Industrial Data for Exchange, Access, and Sharing (IIDEAS), ISO 8879 Standard Generalized Markup Language (SGML).

17.2.2. Стандарты Parts Library, Parametric, Mandate

Стандарты Parts Library (P_Lib) содержат обзор и основные принципы построения библиотек с данными о стандартных компонентах промышленных изделий [4,5]. В этих стандартах представлены сведения о семействах таких типовых широко используемых компонентов изделий, как болты, подшипники, электронные компоненты и другие, с целью использования этих данных в системах автоматизированного проектирования. В P_Lib содержатся также правила использования, интерфейса и модификации библиотечных описаний. Цель стандарта — обеспечить инвариантный для приложений механизм оперирования частями библиотеки.

Благодаря P_Lib различные прикладные САПР могут разделять данные из обобщенных баз, беспрепятственно обмениваться данными о типовых компонентах. Стандарты P_Lib состоят из нескольких частей. Часть 1 представляет собой обзор и основные положения серии стандартов.

Части 10…19 содержат концептуальные положения построения библиотек компонентов.

Части 20...29 выделены для описания логических ресурсов. Здесь разработаны части 20,24 и 26, описывающие общие ресурсы, логическую модель поставляемой библиотеки и идентифицирующие поставщиков компонентов.

Части 30...39 используются для описания ресурсов внедрения. Здесь разработана часть 31, посвященная интерфейсу геометрического программирования.

Описание методологии структуризации семейств компонентов содержится в части 42; часть 101 содержит протокол обмена геометрической параметризованной информацией; часть 102 — протокол обмена согласованными со STEP данными.

В современных САПР широко используются параметризованные модели изделий, поэтому необходима унификация способов обмена параметризованными данными. Эту роль выполняют стандарты Parametric. Рабочая группа ISO no Parametric решает как краткосрочные, так и перспективные задачи. Первые из них связаны с графиками в существующих САПР. Вторые касаются попыток распространения идей параметризации на более ранние этапы проектирования и более широкий круг моделей и процедур проектирования, имеющих не только геометрический характер.

Стандарты Mandate посвящены представлению данных, относящихся к функционированию предприятий, управлению территориально распределенными производственными системами, обмену данными о производстве с внешней для предприятия средой.

Часть стандарта, обозначаемая ISO 15531-21, содержит обзор и основные принципы представления данных о промышленной продукции. Содержание этой части характеризуется следующими ключевыми понятиями: "системы промышленной автоматизации и интеграция", "промышленные данные", "обмен данными об управлении производством", "обмен данными с внешней средой".

Том ISO 15531-31 посвящен обзору и основным принципам использования данных о производственных ресурсах. Описаны модель, форма и атрибуты представления данных о производственных ресурсах, об управлении их использованием.

Том ISO 15531-41 содержит обзор и основные принципы управления потоками производственных данных.

В настоящее время в рабочей группе WG10 подкомитета SC4 разрабатывается стандарт ISO 18876 IIDEAS. Его назначение — обеспечение взаимодействия приложений и организаций, которые используют разные стандарты, интеграция данных и моделей, получаемых из разных источников, разрабатываемых в различных САПР. Предусматриваются возможности согласования моделей, выраженных с помощью разных языков моделирования и форматов, например таких как SGML, XML, Express. Средства интеграции — специальные интеграционные модели и методы создания, распространения, обновления моделей, их связи с прикладными протоколами.

Две первые части стандарта ISO 18876 были представлены в 2000 году. Они включают в себя общее описание архитектуры системы интеграции и ее компонентов; вторая часть посвящена методологии интеграции. В дальнейшем предполагается развить архитектуру системы интеграции, распространив интеграционную модель на данные, управляемые в соответствии со стандартами STEP, P_Lib, Mandate. Предполагается, что это развитие приведет к появлению языка EXIST (Expression of Information based on Set Theory), более совершенного, чем Express. Этот язык будет учитывать ряд свойств таких языков, как Unified Modelling Language (UML), Knowledge Interchange Format (KIF), XML и др. Некоторые свойства EXIST уже рассматривались рабочей группой WG11 в проекте языка Express-2. Язык EXIST позволит описывать интеграционные модели, которые будут выполнять роль метамоделей для прикладных моделей.

17.2.3. Другие стандарты, используемые в CALS-технологиях

Стандарт EIA 649 посвящен управлению конфигурацией изделий. В нем установлены базовые принципы управления конфигурацией и правила управления внесением изменений в документацию. Кроме того, в нем рассматриваются такие вопросы, как идентификация документа, взаимосвязи конфигурации продукта и данных, контроль версий данных и доступа к данным и др. В стандарте вводятся уровни статуса данных, к которым относится документ на том или ином этапе своего жизненного цикла. Возможны уровни рабочих, выпущенных, представленных и утвержденных данных. На уровне рабочих данных с документом работает его составитель (разработчик). На уровне выпущенных данных документ доступен соответствующим подразделениям организации-изготовителя. Здесь и далее любое изменение данных требует выполнения специальных согласительных процедур. Представленные данные уже доступны для просмотра заказчикам (потребителям). Статус "утвержденных" данные получают после одобрения заказчиком.

Для представления и обмена данными в интегрированных системах недостаточно иметь лишь язык Express и его диалекты. Поэтому в CALS-технологиях разрешено использовать также ряд дополнительных языков и форматов данных. Так, для передачи и представления в технических руководствах векторной 2D-графики (схем, рисунков) можно использовать формат BMP или более экономичный формат JPEG. Для 2F-чертежей (но не в САПР) в соответствии с американским стандартом MIL-PRF-28003 рекомендуется использовать формат CGM (Computer Graphics Metafile), ранее введенный в ISO/IEC 8632. Растеризация выполняется в соответствии с рекомендацией MIL-PRF-28002. Стандартный растровый формат — TIFF.

Для презентаций проектов и обучения персонала, занимающегося обслуживанием и эксплуатацией изделий, создаются технические руководства и учебные пособия. В частности, эти пособия могут быть интерактивными (ИЭТР или IETM — Interactive Electronic Technical Manual). Существует классификация IETM: классы 1...3 — линейное представление материалов, класс 4 — нелинейное представление с разделением материала на модули.

Спецификация MIL-PRF-87268 посвящена пользовательскому интерфейсу и форматам DETM.

Спецификация АЕСМА 1000D — технология представления технической документации, признанная в авиационной промышленности (АЕСМА — European Association of Aerospace Constructors). В основе АЕСМА 1000D лежит декомпозиция представляемого материала на модули. Модули включают идентификационную и содержательную секции, записанные на языках SGML или Hy Time (Hypermedia Time-based Structuring Language) с иллюстрациями в форматах CGM или JPEG, и хранятся в специальной базе данных. Предусмотрена автоматическая простановка гиперссылок (для этого имеются соответствующие программные средства).

Организация Объединенных Наций с целью унификации структуры документов и правил деловой переписки (прежде всего в торговых операциях) приняла в 1986 г. спецификацию EDIFACT (Electronic Data Interchange For Administration, Commerce and Transport). Этот документ стал международным стандартом ISO 9735, он предназначен для представления и обмена электронными данными — они могут группироваться в сегменты, смысл которых частично описан в стандарте, но может быть обусловлен договоренностью между партнерами.

Особенности проектирования РЭА находят отражение и в форматах обмена данными. Основные методики функционального и логического проектирования электронных устройств основаны на использовании языка VHDL, получившего в 1987 г. статус международного стандарта IEЕЕ 1076. При конструкторском проектировании для описания топологии СБИС и печатных плат широко применяются форматы EDIF и CIF.

В CALS-технологиях рассматриваются не только вопросы представления данных и организации информационных обменов, но и вопросы моделирования приложений. Для выполнения начальных этапов моделирования сложных слабоструктурированных приложений рекомендуется использовать методики объектного моделирования на базе языка UML, функционального моделирования систем IDEF0, информационного моделирования IDEF1X.

Контрольные вопросы и упражнения