Автоматизация проектно-конструкторского документооборота в приборостроении

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Сибирский федеральный университет

О. В. Дрозд, Д. В. Капулин

АВТОМАТИЗАЦИЯ  
ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКОГО 
ДОКУМЕНТООБОРОТА  
В ПРИБОРОСТРОЕНИИ

Монография

Красноярск 
СФУ 
2023

УДК 681.2:005.92
ББК 34.9
Д754

Р е ц е н з е н т ы: 
С. П. Куксенко, доктор технических наук, доцент, профессор кафедры 
телевидения и управления Томского государственного университета 
систем управления и радиоэлектроники;
Е. В. Богатырев, кандидат технических наук, технический директор 
АО «НПП "Радиосвязь"»

Дрозд, О. В.
Д754 
 
Автоматизация проектно-конструкторского документооборота 
в приборостроении : монография / О. В. Дрозд, Д. В. Ка-
пулин. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2023. – 178 c.
ISBN 978-5-7638-4714-7

Рассмотрена проблематика автоматизации проектно-конструкторского документооборота 
в приборостроении. Применительно к задаче документального 
обеспечения жизненного цикла изделий электронной техники предложены 
структурно-динамическая модель жизненного цикла электронного конструкторского 
документа и модель интеграции средств обеспечения жизненного 
цикла изделий электронной техники. Рассмотрена методика автоматизированного 
управления проектно-конструкторским документооборотом в приборостроении 
на примере решения задачи документального обеспечения проведения 
испытаний цифровой угломерной навигационной аппаратуры потребителя. 
Представлены результаты имитационного моделирования компонентов системы 
управления проектно-конструкторским документооборотом с использованием 
предложенных моделей и методов.
Предназначена для специалистов, интересующихся вопросами проектирования 
систем управления данными, планирования и управления жизненным 
циклом изделий различного назначения, а также организации информационной 
инфраструктуры проектных организаций и производственных предприятий.

Электронный вариант издания см.: 
УДК 681.2:005.92

http://catalog.sfu-kras.ru 
ББК 34.9

ISBN 978-5-7638-4714-7 
© Сибирский федеральный
университет, 2023

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список сокращений .....................................................................................5
Введение .......................................................................................................6

Глава 1. Методы и средства информационной поддержки  
жизненного цикла технических объектов .............................................8
1.1. Подходы к организации информационной  
поддержки изделия: концепции CALS и PLM .................................. 13
1.2. Организация единого информационного пространства  
приборостроительного предприятия ................................................ 16
1.3. Цикл конструкторского проектирования изделий  
электронной техники ......................................................................... 19
1.4. Информационное обеспечение проектирования изделий  
электронной техники ......................................................................... 26

Глава 2. Моделирование информационной поддержки  
жизненного цикла изделий электронной техники ............................ 32
2.1. Моделирование электронного конструкторского документа ......... 32
2.1.1. Моделирование структурной организации 
электронного конструкторского документа .......................... 36
2.1.2. Моделирование динамики жизненного цикла  
конструкторских данных ........................................................ 51
2.1.3. Формализация динамики жизненного цикла 
электронного конструкторского документа .......................... 55
2.1.4. Формализация динамики жизненного цикла 
типовых объектов проектирования ....................................... 61
2.2. Моделирование интеграции средств обеспечения жизненного  
цикла изделий электронной техники ................................................ 69
2.2.1. Обобщенная модель интеграции средств обеспечения  
жизненного цикла изделий электронной техники ............... 74
2.2.2. Имитационное моделирование организации  
информационного пространства предприятия-разработчика 
изделий электронной техники ............................................... 83

Глава 3. Средства автоматизированного управления  
проектно-конструкторским документооборотом испытаний  
изделий электронной техники .............................................................. 86
3.1. Этап конструкторского проектирования и проведения  
испытаний изделий электронной техники ....................................... 88

• Оглавление

3.2. Угломерная навигационная аппаратура потребителя  
как объект проведения испытаний ................................................... 89
3.3. Автоматизированная система проведения испытаний изделий 
электронной техники ......................................................................... 92
3.3.1. Аппаратные средства обеспечения процесса  
проведения испытаний ........................................................... 95
3.3.2. Программные средства обеспечения процесса 
проведения испытаний навигационной аппаратуры  
потребителя ............................................................................. 99
3.3.3. Имитационная модель навигационной аппаратуры  
потребителя ........................................................................... 111
3.4. Система автоматизированного управления  
проектно-конструкторскими данными об изделии ....................... 113

Заключение .............................................................................................. 133
Библиографический список ................................................................... 135
Приложения ............................................................................................. 148
Приложение А ................................................................................. 148
Приложение Б .................................................................................. 156
Приложение В ................................................................................. 161
Приложение Г .................................................................................. 164

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АСПИ –  автоматизированная система проведения испытаний
ГНСС –  глобальная навигационная спутниковая система
ЕИП 
–  единое информационное пространство
ЖЦ 
–  жизненный цикл
ИМИ 
–  информационная модель изделия
ИПИ 
–  информационная поддержка изделия
ИСО 
–  искусственно созданный объект
ИЭТ 
–  изделие электронной техники
КД 
–  конструкторская документация
НАП 
–  навигационная аппаратура потребителя
НКА 
–  навигационный космический аппарат
ОП 
–  объект проектирования
ПЛИС –  программируемая логическая интегральная схема
САПР –  система автоматизированного проектирования
СБД 
–  сервер базы конструкторских данных об изделии
СБИС –  сверхбольшая интегральная схема
СМО 
–  система массового обслуживания
СнК 
–  система на кристалле
СОТО –  сложный организационно-технический объект
СП 
–  сервер приложений
СТО 
–  сложный технический объект
СУД 
–  система управления данными
ЭКД 
–  электронный конструкторский документ
ЭМИ 
–  электронный макет изделия
ЭСИ 
–  электронная структура изделия
CALS –  непрерывная поддержка жизненного цикла изделия (англ. 
Continuous Acquisition and Lifecycle Support)
PDM 
–  система управления данными об изделии (англ. Product Data 
Management)
PLM 
–  управление жизненным циклом изделия (англ. Product 
Lifecycle Management)
RTL 
–  формат (уровень) регистровых передач (англ. Register Transfer 
Level)
UML 
–  унифицированный 
язык 
моделирования 
(англ. 
Unified 
Modeling Language)

ВВЕДЕНИЕ

Комплексная автоматизация высокотехнологичного производства 
тесно связана с применением методов и средств автоматизации проектно-
конструкторской деятельности. Управление процессами проектирования, 
разработки и подготовки производства изделий, их интеграция 
с процессами изготовления с целью организации единой системы 
сбора и обработки данных повышает качество и эффективность работы 
всех звеньев производства. Необходимость такой интеграции особенно 
остро возникает на предприятиях полного цикла: на этапах проектирования, 
разработки и производства изделий, а также при последующем 
авторском надзоре. Характерным примером таких производств являются 
предприятия-разработчики систем, средств и изделий электронной 
техники (ИЭТ).
При проектировании и производстве ИЭТ следует учитывать необходимость 
обработки и отслеживания изменений проектно-конструкторских 
данных об изделии в условиях гетерогенной информационной среды, 
образующей информационную инфраструктуру предприятия. Такие 
условия продиктованы сложностью конечной продукции и требованием 
комплексного применения узкоспециализированных программно-аппаратных 
средств для обеспечения процессов проектирования и производства 
ИЭТ. Это, в свою очередь, значительно затрудняет создание единой 
системы сбора и обработки проектно-конструкторских данных из-за 
отсутствия совместимости между отдельными системами и средствами 
проектирования на уровне синтаксиса и семантики проектно-конструкторских 
данных. Отсутствие совместимости приводит к нарушению 
целостного представления о процессах обеспечиваемого жизненного 
цикла (ЖЦ), невозможности автоматизированного накопления и анализа 
проектных данных в больших объемах, принятия проектных решений 
с учетом предшествующего опыта разработки и эксплуатации изделий.
Для решения задач автоматизации документооборота проектно-конструкторских 
данных могут применяться разнообразные программные 
средства – от входящих в состав бизнес-приложений и универсальных 
систем автоматизированного проектирования, средств поддержки проектирования 
элементной базы и систем автоматизации проектирования 
ИЭТ, до систем управления контрольно-измерительными приборами, 
установками и комплексами, лабораторными информационными системами. 
Вместе с тем известные подходы и программные средства 
не дают унифицированного непротиворечивого представления проек-

Введение •

тно-конструкторских данных и информации в условиях гетерогенной 
информационной среды. Такие решения могут быть использованы для 
автоматизации документооборота только совместно со средствами поддержки 
жизненного цикла ИЭТ, предоставляемыми разработчиками 
программных средств, либо совместимыми с ними по форматам представления 
структур данных. Это влечет за собой появление дополнительных 
программно-аппаратных средств интеграции, часто не совместимых 
друг с другом и не способствующих организации единой 
системы сбора и обработки данных.
Таким образом, можно сделать вывод, что автоматизация проектно-
конструкторского документооборота, обеспечивающая анализ, обработку 
и хранение данных об изделии, необходима для обеспечения комплексной 
автоматизации производства. Создание новых и развитие существующих 
теоретических и практических методов и средств управления проектно-
конструкторским документооборотом в условиях разработки и постановки 
на производство радиоэлектронной аппаратуры или изделий электронной 
техники – это актуальная научно-техническая проблема.
В монографии рассмотрен комплекс проблем, связанный с решением 
задач автоматизации проектно-конструкторского документооборота 
в приборостроении. В данной работе представлены:
• структурно-динамическая модель жизненного цикла электронного 
конструкторского документа;
• модель интеграции средств обеспечения жизненного цикла изделий 
электронной техники;
• методика автоматизированного управления проектно-конструкторским 
документооборотом в приборостроении на примере 
решения задачи документального обеспечения проведения испытаний 
цифровой угломерной навигационной аппаратуры потребителя.

В первой главе монографии приведен анализ жизненного цикла изделия 
электронной техники и проблематики его информационного сопровождения, 
определена специфика организации проектно-конструкторского 
документооборота и средств его обеспечения. Во второй главе 
описаны предлагаемые модели жизненного цикла электронного конструкторского 
документа и интеграции средств обеспечения жизненного 
цикла изделий электронной техники. В третьей главе рассмотрена 
методика автоматизированного управления проектно-конструкторским 
документооборотом в приборостроении, используемые при этом аппаратные 
и программные средства.

Глава 1

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА 
ИНФОРМАЦИОННОЙ 
ПОДДЕРЖКИ ЖИЗНЕННОГО 
ЦИКЛА ТЕХНИЧЕСКИХ 
ОБЪЕКТОВ

Постоянно расширяющееся с конца двадцатого века многообразие 
производственных процессов, вызванное научно-технической революцией, 
а также потребность в интенсификации процессов проектирования 
и производства привели к росту интереса к обеспечению информационного 
взаимодействия объектов и субъектов, принимающих 
участие в процессе производства. Наиболее распространенная в настоящее 
время форма организации промышленности («Индустрия 3.0») 
основана на автоматизации отдельных проектных и производственных 
процессов, в то время как «Индустрия 4.0» предполагает сквозную 
интеграцию физических активов предприятия и их интеграцию в информационное 
пространство [1; 2]. При этом результаты реализации 
концепции «Индустрии 4.0» будут зависеть от уровня взаимодействия 
элементов информационного пространства, согласования процессов 
получения, обмена и анализа данных на всех этапах жизненного цикла 
(ЖЦ) изделия.
В узком смысле «Индустрия 4.0» – это название одного из немецких 
государственных проектов, направленного на создание автоматизированного 
производства на базе Интернета вещей. Его основу составили 
четыре базовых принципа [3]:
1) функциональная совместимость человека и машины, которая 
предоставляет возможность контактировать напрямую через интернет;

2) прозрачность информации и способность систем создавать виртуальную 
копию физического мира;

•
Методы и средства информационной поддержки жизненного цикла…

3) техническая помощь машин человеку для объединения больших 
объемов данных и выполнения небезопасных для человека задач;
4) способность систем самостоятельно и автономно принимать решения.

Концепция «Индустрия 4.0» предусматривает интеграцию всех процессов 
жизненного цикла изделий, начиная от процесса разработки и заканчивая 
процессами логистики, сервиса и утилизации. Данные обо всех 
протекающих процессах, этапах проектирования и производства должны 
быть доступны авторизованным пользователям в режиме реального времени 
в рамках единого информационного пространства предприятия.
Новые технологии, возможности которых используются при внедрении «
Индустрии 4.0», разнообразны. Чаще всего выделяются следующие: 
Интернет вещей, анализ больших данных, моделирование, 
системная интеграция, облачные вычисления и хранение информации, 
робототехника, информационная безопасность и аддитивные производственные 
технологии. Ниже дадим определения ключевым из них [4].
Интернет вещей (Internet Of Things, IoT) – концепция вычислительной 
сети физических устройств, которые оснащены встроенными средствами 
для взаимодействия друг с другом или с внешней средой.
Анализ больших данных (Big Data) подразумевает работу со значительными 
объемами слабо структурированной и часто обновляемой информации, 
источники и хранилища которой характеризуются территориальной 
распределенностью.
Моделирование применяется как способ исследования объектов 
на их моделях. Построение и изучение моделей объектов, процессов 
или явлений позволяет объяснить или предсказать поведение моделируемого 
объекта, интересующее исследователя. Среди основных видов 
моделирования можно отметить математическое, имитационное, структурное 
и статистическое моделирование изделия.
На сегодняшний день концепция «Индустрия 4.0» получила общемировое 
признание, а промышленно развитые страны стали определять 
переход к новому формату производства как приоритетное направление 
своего развития.
Примером поддержки внедрения технологий «Индустрии 4.0» являются 
Платформа «Индустрия 4.0» промышленных Союзов Германии 
(Федеральной ассоциации информационных технологий, телекоммуникаций 
и новых медиа (BITKOM), Союза машиностроителей германии 
(VDMA) и Центральной ассоциации электротехнической и электронной 
промышленности (ZVEI)). В России принята Дорожная карта «Технет», 

•
Глава 1

научно-исследовательская работа в рамках которой осуществляется 
в таких направлениях, как аддитивные технологии; робототехника; мехатроника; 
индустриальный интернет; цифровое моделирование и проектирование; 
промышленная сенсорика; новые материалы. В России 
с 28 июля 2017 г. действует государственная программа «Цифровая экономика 
Российской Федерации».
Внедрение технологий «Индустрия 4.0» способно значительно повысить 
эффективность использования оборудования за счет обработки 
получаемых в реальном времени массивов данных и выявления скрытых 
взаимозависимостей, сократить сроки выпуска готовой продукции 
и расхода материалов, а также совершенствовать планирование производства 
в целом. Оптимизации запасов готовой продукции, сырья, запасных 
частей, хранящихся на складах предприятия, можно добиться 
за счет автоматизации систем управления цепочками поставок. Технологии «
Индустрии 4.0» позволяют также улучшить процесс разработки 
новых типов продукции за счет анализа данных о предыдущем опыте 
проектирования изделий данного типа.
По мере развития и внедрения информационных технологий во все 
сферы экономики, все большее значение приобретает учет фактора 
сложности в создаваемых людьми изделиях, системах и комплексах, 
иначе – искусственно созданных объектах (ИСО) [5]. Все множество 
ИСО, как правило, подразделяется на два подкласса: сложные технические (
СТО) и организационно-технические объекты (СОТО). В состав 
сложного технического объекта входят коллективы людей, которые 
образуют различные структуры, разрабатывают и используют соответствующие 
технологии управления для обеспечения жизненного цикла 
как технических, так и организационно-технических объектов в целом.
Одновременно с ростом степени сложности искусственно созданных 
объектов существенно возрос объем циркулирующих производственных 
данных, собственная стоимость которых может превосходить 
стоимость производимой продукции [6]. При этом наибольшие конкурентные 
преимущества получают предприятия, использующие информационные 
технологии для решения задач управления производственными 
процессами.
Ключевыми этапами внедрения информационных технологий в производственные 
процессы были внедрение систем автоматизированного 
проектирования, внедрение гибких производственных систем, формирование 
интегрированных производств. Последнее десятилетие двадцатого 
века ознаменовалось появлением компьютеризированных про-

•
Методы и средства информационной поддержки жизненного цикла…

изводств, информационная основа которых – это общая база данных, 
аккумулирующая весь объем информации, возникающей в процессе 
технической подготовки и управления производством.
Создание и развитие сложных технических объектов представляет 
собой многоэтапный процесс, характеризующийся значительными капиталовложениями, 
длительным сроком внедрения и реализации, а также 
существенной неопределенностью, связанной с возможными изменениями 
целей проектирования, производства и применения СТО на различных 
этапах их жизненного цикла. В государственных и отраслевых стандартах 
зафиксирован ряд определений, связанных с жизненным циклом 
(ЖЦ) изделия, в частности, в ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207–2010 (Модель 
жизненного цикла), ГОСТ 34.003–90 (Жизненный цикл автоматизированной 
системы) и ГОСТ Р ИСО 9004–2010 (Жизненный цикл изделия).
Жизненный цикл описывается в форме методологии и модели. Модель 
жизненного цикла определяет концептуальный взгляд на организацию, 
основные фазы такого цикла и принципы перехода между ними. 
Методология жизненного цикла задаёт комплекс работ, их детальное 
содержание для всех этапов выбранной модели жизненного цикла 
и практические подходы к его реализации, позволяющие максимально 
эффективно воспользоваться соответствующей методологией и моделью 
жизненного цикла изделия.
Можно выделить две основные модели жизненного цикла изделия: 
итеративную (инкрементальную) и эволюционную [7]. Итеративная 
модель предполагает разбиение жизненного цикла изделия на последовательность 
итераций, каждая из которых включает все фазы цикла применительно 
к меньшим фрагментам функциональности по сравнению 
с проектом в целом. Эволюционная модель подразумевает не только сборку 
работоспособной версии изделия, но и его развёртывание в реальных 
операционных условиях с анализом откликов пользователей для определения 
содержания и планирования следующей итерации.
В настоящее время также широко применяется методология параллельного 
проектирования, разделенного по стадиям с использованием 
и накоплением знаний (Relational Generative Design, RGD) [8]. RGD 
предусматривает структурированное накопление опыта предыдущих 
разработок и использование его для текущих проектов [9]. Приведем 
основные принципы методологии RGD:
• процесс проектирования разделяется на стадии;
• каждой стадии соответствует специализация пользователей по ролям, 
правам доступа и представлению данных;

•
Глава 1

• при построении модели на заданной стадии проектирования используются 
только те данные, которые необходимы для работы 
на этой стадии;
• ограничение по ролям обеспечивает для каждого пользователя ролевой 
группы видимость только предыдущих стадий;
• связь с информацией, созданной на предыдущих стадиях ЖЦ, реализуется 
с помощью ассоциативных ссылок.
Гибкая политика управления доступом к информации, принятая 
в RGD, лежит в основе практически всех современных систем автоматизации 
этапов ЖЦ СТО (рис. 1.1) [10].
Системы автоматизированного проектирования (Computer Aided 
Design, CAD, САПР) обеспечивают большинство проектных работ. 
Основная часть современных САПР имеют в базовой поставке модуль 
инженерных расчетов (Computer Aided Engineering, CAE), который 
реализует базовые методики тепловых и механических расчетов. 
Системы автоматизированной технологической подготовки производства (
Computer Aided Manufacturing, CAM) используются для решения 
частных задач технологической подготовки производства изделия. 
Управление промышленным предприятием в целом осуществляют системы 
планирования и управления предприятием (Enterprise Resource 
Planning, ERP). Системы управления производственными процессами 
(Manufacturing Execution System, MES) предназначены для решения 
задач синхронизации и оптимизации процесса выпуска продукции 
в рамках производства. Поставщиками информации для таких систем 

Рис. 1.1. Пирамида систем автоматизации этапов жизненного цикла

MDC

CAD

CAM/CAE, PDM

MES

ERP