Введение

Продолжительность обработки продукции от момента возникновения идеи до этапов проектирования, разработки и производства. 1=управление деталями проектирования и производства продукта.

В промышленности управление жизненным циклом продукции (PLM) – это процесс управления всем жизненным циклом продукта от момента его возникновения до этапов проектирования, разработки и производства, а также обслуживания и утилизации произведенной продукции. PLM объединяет людей, данные, процессы и бизнес-системы, обеспечивая информационную основу для компаний и их расширенной сети партнеров.

История

Вдохновение для развивающегося бизнес-процесса, теперь известного как PLM, пришло от American Motors Corporation (AMC). Автопроизводитель искал способ ускорить процесс разработки своей продукции, чтобы лучше конкурировать с более крупными конкурентами в 1985 году, по словам Франсуа Кастайна, вице-президента по проектированию и разработке продуктов. AMC сосредоточила свои усилия в области исследований и разработок на продлении жизненного цикла своих флагманских продуктов, особенно Jeep, поскольку ей не хватало "огромных бюджетов General Motors, Ford и иностранных конкурентов". После выпуска компактного Jeep Cherokee (XJ), автомобиля, который положил начало современному рынку спортивных внедорожников (SUV), AMC приступила к разработке новой модели, которая впоследствии вышла как Jeep Grand Cherokee. Первым шагом в стремлении к более быстрой разработке продукта стала система автоматизированного проектирования (CAD), повысившая производительность инженеров. Управление жизненным циклом продукции (PLM) следует отличать от "управления жизненным циклом продукта (маркетинга)" (PLCM). PLM описывает инженерный аспект продукта, начиная с управления описаниями и свойствами продукта на протяжении его разработки и срока службы; в то время как PLCM относится к коммерческому управлению жизненным циклом продукта на рынке с учетом затрат и показателей продаж. Управление жизненным циклом продукции можно рассматривать как один из четырех краеугольных камней информационной структуры производственной корпорации. Всем компаниям необходимо управлять коммуникациями и информацией со своими клиентами (CRM – управление взаимоотношениями с клиентами), поставщиками и поставками (SCM – управление цепочками поставок), ресурсами внутри предприятия (ERP – планирование ресурсов предприятия) и планированием и разработкой продукта (PLM). Одна из форм PLM называется "человеко-ориентированной PLM". В то время как традиционные инструменты PLM внедрялись только на этапе выпуска или во время него, человеко-ориентированная PLM ориентирована на этап проектирования. С 2009 года развитие ИКТ (проект PROMISE 2004–2008 гг., финансируемый ЕС) позволило PLM выйти за рамки традиционного PLM и интегрировать данные с датчиков и данные о событиях жизненного цикла в реальном времени в PLM, а также предоставить эту информацию различным участникам полного жизненного цикла отдельного продукта (замыкая информационный цикл). Это привело к расширению PLM до управления жизненным циклом с замкнутым циклом (CL2M).

Фазы жизненного цикла продукта и соответствующие технологии

Разработано множество программных решений для организации и интеграции различных фаз жизненного цикла продукта. PLM следует рассматривать не как единый программный продукт, а как совокупность программных инструментов и рабочих методов, объединенных для решения отдельных этапов жизненного цикла, связи различных задач или управления всем процессом. Некоторые поставщики программного обеспечения охватывают весь спектр PLM, а другие специализируются на отдельных нишевых приложениях. Некоторые приложения могут охватывать множество областей PLM с помощью различных модулей в рамках единой модели данных. Далее представлен обзор областей, входящих в PLM. Простые классификации не всегда точно соответствуют действительности; многие области пересекаются, и многие программные продукты охватывают более одной области или не укладываются в четкую категорию. Важно помнить, что одной из главных целей PLM является сбор знаний, которые можно повторно использовать в других проектах, а также координация параллельной разработки множества продуктов. PLM охватывает бизнес-процессы, людей и методы в той же степени, что и программные решения. Хотя PLM в основном ассоциируется с инженерными задачами, он также включает в себя маркетинговую деятельность, такую как управление портфелем продуктов (PPM), особенно в контексте разработки новых продуктов (NPD). В каждой отрасли существует несколько моделей жизненного цикла, но большинство из них довольно схожи. Ниже представлена одна из возможных моделей жизненного цикла; хотя она ориентирована на аппаратные продукты, аналогичные фазы описывают любую форму продукта или услуги, включая нетехнические или программные продукты.

Представьте, уточните, спланируйте, внедряйте инновации

Первый этап – определение требований к продукту, основанное на потребностях клиентов, задачах компании, анализе рынка и требованиях регулирующих органов. На основе этой спецификации определяются основные технические параметры продукта. Параллельно ведется работа над первоначальным концептуальным дизайном, который определяет эстетические характеристики продукта и его основные функциональные аспекты. Для этих процессов используются различные инструменты – от карандаша и бумаги до глиняных моделей и программного обеспечения для автоматизированного промышленного дизайна (3D CAID). В некоторых концепциях инвестиции в исследования или анализ альтернативных решений могут быть включены в фазу концептуального проектирования, например, для доведения технологии до уровня зрелости, необходимого для перехода к следующему этапу. Однако, инжиниринг жизненного цикла является итеративным. Всегда существует вероятность, что на любом этапе что-то будет работать недостаточно эффективно, что потребует возврата к предыдущему этапу – возможно, даже к этапу концепции или исследований. Существует множество примеров, подтверждающих это. Фаза разработки нового продукта включает сбор и оценку рыночных и технических рисков посредством измерения ключевых показателей эффективности (KPI) и использования оценочных моделей.

Описать, определить, разработать, протестировать, проанализировать и проверить

На этом этапе начинается детальное проектирование и разработка внешнего вида продукта, переходящая к испытаниям прототипов, от пилотного выпуска до полноценного запуска продукта. Также возможна модернизация и улучшение существующих продуктов, а также планируемое прекращение выпуска. Основным инструментом для проектирования и разработки является CAD. Это может быть простое 2D-черчение или 3D-параметрическое моделирование на основе твердотельных и поверхностных элементов. Такое программное обеспечение включает в себя технологии, такие как гибридное моделирование, обратная разработка, KBE (инженерия, основанная на знаниях), NDT (неразрушающий контроль) и конструирование сборок. Этот этап охватывает множество инженерных дисциплин, включая механическую, электрическую, электронную, программное обеспечение (встроенное) и специализированные, такие как архитектурная, аэрокосмическая, автомобильная. Наряду с непосредственным созданием геометрии проводится анализ компонентов и сборок. Задачи моделирования, проверки и оптимизации выполняются с использованием программного обеспечения CAE (систем автоматизированного проектирования), интегрированного в пакет CAD или работающего автономно. Оно используется для выполнения таких задач, как анализ напряжений, FEA (метод конечных элементов); кинематика; вычислительная гидродинамика (CFD); и моделирование механических процессов (MES). CAQ (системы автоматизированного контроля качества) используется для таких задач, как анализ размерных допусков. Еще одной задачей на этом этапе является поиск и закупка комплектующих, возможно, с использованием систем закупок.

Производство, изготовление, строительство, закупка, производство, продажа и доставка

После завершения проектирования компонентов продукта определяется метод его изготовления. Это включает в себя задачи, выполняемые в системах CAD, такие как проектирование оснастки, включая создание программ для станков с ЧПУ для деталей продукта, а также разработку специализированного инструмента для их изготовления с использованием интегрированного или отдельного программного обеспечения CAM (систем автоматизированного проектирования технологических процессов). Также используются инструменты анализа для моделирования технологических процессов, таких как литье, формование и штамповка. После определения метода изготовления в работу включается CPM. Это подразумевает использование инструментов CAPE (систем автоматизированного конструирования технологической подготовки производства) или CAP/CAPP (систем автоматизированного планирования производства) для разработки планировки завода, цеха и оборудования, а также моделирования производства, например, моделирования прессовой линии, анализа промышленной эргономики и управления выбором инструмента. После изготовления компонентов их геометрические параметры и размеры проверяются на соответствие исходным данным CAD с помощью компьютерного оборудования и программного обеспечения для контроля качества. Параллельно с инженерными задачами ведется работа над конфигурацией продукта для продаж и маркетинговой документацией. Это может включать передачу инженерных данных (геометрии и спецификаций) в веб-конфигуратор и другие системы настольной публикации.

Использование, эксплуатация, обслуживание, поддержка, поддержание, постепенное выведение из эксплуатации, утилизация, переработка и утилизация

Еще один этап жизненного цикла включает управление информацией о продукте в период эксплуатации. Это может включать предоставление клиентам и сервисным инженерам поддержки и информации, необходимой для ремонта и технического обслуживания, а также для управления отходами или переработки. Для этого могут использоваться такие инструменты, как программное обеспечение для управления техническим обслуживанием, ремонтом и капитальным ремонтом (MRO). Эффективное планирование сервисного обслуживания начинается на этапе проектирования продукта и даже предшествует ему, являясь неотъемлемой частью управления жизненным циклом продукта. Управление жизненным циклом сервиса (SLM) имеет ключевые точки взаимодействия на всех этапах жизненного цикла продукта, которые необходимо учитывать. Объединение и обогащение единой цифровой цепочки обеспечит повышенную прозрачность между подразделениями, улучшит качество данных и минимизирует дорогостоящие задержки и доработки. У каждого продукта есть конец жизненного цикла. Независимо от того, связано ли это с утилизацией или уничтожением материальных объектов или информации, этот вопрос требует тщательного рассмотрения, поскольку он может регулироваться законодательством и, следовательно, иметь юридические последствия.

Операционные модернизации

На этапе эксплуатации владелец продукта может обнаружить компоненты и расходные материалы, достигшие конца срока службы, для которых наблюдается сокращение производственных источников или дефицит материалов (DMSMS), либо что существующий продукт можно модернизировать для расширения или появления на новых рынках пользователей проще или дешевле, чем проводить полную переработку. Такой подход к модернизации часто продлевает жизненный цикл продукта и отодвигает момент его утилизации.

Общаться, управлять и сотрудничать

Ни одна из вышеперечисленных фаз не должна рассматриваться изолированно. В реальности проект не реализуется последовательно или отдельно от других проектов разработки продукта, информация циркулирует между разными людьми и системами. Значительная часть PLM – это координация и управление данными об определении продукта. Это включает в себя управление инженерными изменениями и статусом выпуска компонентов, конфигурациями продукта, управление документацией, планирование проектных ресурсов, а также определение сроков и оценка рисков. Для решения этих задач необходимо управлять данными графического, текстового и мета-типа, такими как спецификации продукта (BOM). На уровне инженерных отделов это область применения программного обеспечения для управления данными об изделии (PDM), а на корпоративном уровне – программного обеспечения для управления данными предприятия (EDM). Хотя такие чёткие разграничения уровней не всегда соблюдаются, обычно в организации используется две или более системы управления данными. Эти системы также могут быть интегрированы с другими корпоративными системами, такими как SCM, CRM и ERP. С ними связаны системы управления проектами для планирования проектов и программ. Эту центральную роль поддерживают многочисленные инструменты совместной разработки продукта, которые функционируют на протяжении всего жизненного цикла и между организациями. Это требует широкого спектра технологических инструментов для проведения конференций, обмена данными и их преобразования. Эта специализированная область называется визуализацией продукта и включает в себя такие технологии, как DMU (цифровой макет), иммерсивное виртуальное цифровое прототипирование (виртуальная реальность) и фотореалистичная визуализация.

Одновременный инженерный рабочий процесс

Одновременная инженерия (британский английский: параллельная инженерия) – это рабочий процесс, который, вместо последовательного выполнения этапов, осуществляет ряд задач параллельно. Например: начать проектирование оснастки сразу после начала детального проектирования, и до завершения детальной проработки конструкции изделия; или приступить к созданию детальных твердотельных моделей до завершения эскизных моделей поверхности. Хотя это не обязательно снижает потребность в рабочей силе для проекта, поскольку из-за неполной и изменяющейся информации требуется больше изменений, это значительно сокращает сроки выполнения и, следовательно, время выхода на рынок. CAD-системы, основанные на признаках, позволяют одновременно работать над трехмерной твердотельной моделью и двумерным чертежом, используя два отдельных файла, при этом чертеж использует данные из модели; при изменении модели чертеж будет ассоциативно обновляться. Некоторые CAD-пакеты также позволяют ассоциативно копировать геометрию между файлами. Это позволяет, например, копировать конструкцию детали в файлы, используемые конструктором оснастки. Инженер-технолог может начать работу над оснасткой до окончательной фиксации конструкции; при изменении размеров или формы конструкции геометрия оснастки будет обновляться. Одновременная инженерия также имеет дополнительное преимущество в виде улучшения и ускорения коммуникации между отделами, что снижает вероятность дорогостоящих изменений в конструкции на поздних этапах. Она использует подход к предотвращению проблем, в отличие от подхода к решению проблем и перепроектированию, характерного для традиционной последовательной инженерии.

Дизайн снизу вверх

Дизайн снизу вверх (CAD-центрический) заключается в том, что определение 3D-моделей продукта начинается с создания отдельных компонентов. Затем эти компоненты виртуально объединяются в многоуровневые подсистемы, пока продукт не будет полностью определен в цифровом виде. Это иногда называют "проверочной структурой", которая демонстрирует, как будет выглядеть готовое изделие. Спецификация (BOM) содержит все физические (твердые) компоненты продукта, полученные из CAD-системы; она также может (но не всегда) включать другие "материалы, поставляемые оптом", необходимые для конечного продукта, но которые (несмотря на наличие определенной физической массы и объема) обычно не связаны с CAD-геометрией, такие как краска, клей, масло, скотч и другие материалы. Дизайн снизу вверх, как правило, ориентирован на возможности доступных реальных физических технологий, реализуя те решения, для которых эти технологии наиболее подходят. Если такие решения, разработанные снизу вверх, имеют реальную ценность, то этот подход может быть значительно эффективнее, чем дизайн сверху вниз. Риск дизайна снизу вверх заключается в том, что он очень эффективно решает малозначимые задачи. В центре внимания дизайна снизу вверх находится вопрос: "Что мы можем наиболее эффективно сделать с использованием этой технологии?", в то время как дизайн сверху вниз фокусируется на вопросе: "Что наиболее ценно сделать?".

Дизайн сверху вниз

Дизайн сверху вниз ориентирован на высокоуровневые функциональные требования, с относительно меньшим вниманием к существующей технологии реализации. Спецификация верхнего уровня последовательно декомпозируется на структуры и спецификации более низкого уровня, пока не будет достигнут уровень физической реализации. Риск дизайна сверху вниз заключается в том, что он может не использовать более эффективные возможности современной физической технологии из-за избыточных уровней абстракции нижнего порядка, возникающих в результате следования пути абстракции, который не оптимально соответствует доступным компонентам, например, раздельного определения элементов сенсорики, обработки и беспроводной связи, даже если доступен подходящий компонент, объединяющий их. Положительным аспектом дизайна сверху вниз является сохранение фокуса на требованиях к оптимальному решению. Дизайн, ориентированный на детали сверху вниз, может снизить некоторые риски, связанные с дизайном сверху вниз. Он начинается с модели компоновки, часто простого 2D-эскиза, определяющего основные размеры и ключевые параметры, которые могут включать элементы промышленного дизайна. Геометрия из этой модели ассоциативно передается на следующий уровень, представляющий различные подсистемы продукта. Геометрия в подсистемах затем используется для детализации уровней ниже. В зависимости от сложности продукта создается несколько уровней этой сборки, пока не будет определено базовое описание компонентов, такое как их положение и основные размеры. Эта информация затем ассоциативно копируется в файлы компонентов. В этих файлах компоненты детализируются, и начинается классическая сборка снизу вверх. Сборка сверху вниз иногда называется "управляющей структурой". Если для определения компоновки и параметров обзорной структуры используется один файл, он часто называется "скелетным файлом". В оборонной промышленности традиционно разрабатывается структура продукта сверху вниз. Процесс системной инженерии предполагает функциональное разложение требований, а затем физическое распределение структуры продукта по функциям. Этот подход сверху вниз обычно предполагает разработку нижних уровней структуры продукта на основе данных CAD в виде структуры или дизайна снизу вверх.

Конструкция с обоими концами против середины

Дизайн "Оба конца против середины" (BEATM) – это процесс проектирования, который стремится объединить лучшие черты проектирования сверху вниз и проектирования снизу вверх в единый процесс. Процесс BEATM может начаться с появления новой технологии, предлагающей потенциально ценные решения, или с анализа важной проблемы, требующей решения. В любом случае, ключевой особенностью методологии BEATM является немедленная фокусировка на обеих сторонах процесса проектирования: на требованиях к решению, рассматриваемых сверху вниз, и на доступных технологиях, рассматриваемых снизу вверх, которые могут предложить возможность эффективного решения. Процесс BEATM развивается одновременно с обеих сторон в поисках оптимального сочетания между требованиями, сформулированными сверху вниз, и эффективной реализацией снизу вверх. Таким образом, BEATM действительно позволяет получить лучшее от обеих методологий. Фактически, некоторые из наиболее успешных проектов, реализованных как методом сверху вниз, так и методом снизу вверх, оказались успешными благодаря интуитивному, хотя и неосознанному использованию методологии BEATM. При сознательном применении BEATM предоставляет еще более значительные преимущества.

Конструкция и рабочий процесс передней загрузки

Фронтальная загрузка – это следующий этап развития проектирования сверху вниз. Полная структура управления и структура анализа, а также последующие данные, такие как чертежи, разработка оснастки и CAM-модели, создаются до определения продукта или утверждения начала проекта. Эти комплекты файлов формируют шаблон, на основе которого можно создавать семейство продуктов. Когда принимается решение о разработке нового продукта, параметры продукта вводятся в шаблонную модель, и все связанные данные обновляются. Очевидно, что предопределенные ассоциативные модели не смогут учесть все возможные варианты и потребуют дополнительной работы. Основной принцип заключается в том, что значительная часть экспериментальных и исследовательских работ уже выполнена. В эти шаблоны заложено множество знаний, которые можно повторно использовать при создании новых продуктов. Это требует дополнительных ресурсов на начальном этапе, но может существенно сократить время между началом проекта и запуском. Однако такие методы требуют организационных изменений, поскольку значительная часть инженерной работы переносится в отделы разработки, работающие вне основного потока. Это можно сравнить с созданием концепт-кара для тестирования новых технологий для будущих продуктов, но в данном случае результаты работы напрямую используются при создании следующего поколения продукта.

Конструкция в контексте

Отдельные компоненты нельзя создавать изолированно. CAD и CAID модели компонентов разрабатываются с учетом некоторых или всех остальных компонентов разрабатываемого изделия. Это достигается с помощью методов сборки моделей. Геометрия других компонентов видна и может использоваться в качестве ссылки в используемой САПР. Другие компоненты, на которые делается ссылка, могли быть созданы как с использованием той же САПР, так и с использованием других форматов, применяемых в совместной разработке продукта (CPD), с последующим преобразованием их геометрии. Некоторые проверки сборки, такие как DMU, также выполняются с использованием программного обеспечения для визуализации изделия.

Управление жизненным циклом продукции и процессов (PPLM)

Управление жизненным циклом продукта и процесса (ППЛМ) – это альтернативный подход к ПЛМ, в котором процесс создания продукта имеет такое же значение, как и сам продукт. Как правило, это актуально для рынков наук о жизни и высокотехнологичной специализированной химии. Процесс производства конкретного соединения является ключевым элементом при подаче заявки на регистрацию нового лекарственного препарата. Соответственно, ППЛМ направлен на управление информацией о разработке процесса таким же образом, как традиционный PLM управляет информацией о разработке продукта. Одним из вариантов реализации ППЛМ являются системы исполнения разработки процессов (PDES). Они обычно охватывают весь цикл разработки высокотехнологичных производственных технологий – от первоначальной концепции, через этапы разработки, до начала производства. PDES объединяет специалистов с различным опытом, представляющих, возможно, разные юридические лица, данные, информацию, знания и бизнес-процессы.

Размер рынка

После Великой рецессии инвестиции в PLM, начиная с 2010 года, демонстрировали более высокие темпы роста, чем большинство общих ИТ-расходов. Общие расходы на программное обеспечение и услуги PLM в 2020 году оценивались в 26 миллиардов долларов в год, с прогнозируемым среднегодовым темпом роста 7,2% в период с 2021 по 2028 год. Ожидалось, что это будет обусловлено спросом на программные решения для управления, такие как управление изменениями, затратами, соответствием нормативным требованиям, данными и корпоративным управлением. В производственных системах следует учитывать пять долгосрочных целей:

Стоимость: которую можно измерить в денежных единицах и которая обычно состоит из постоянных и переменных затрат. Производительность: которую можно измерить количеством продукции, произведенной за определенный период времени. Качество: которое можно измерить, например, по уровню удовлетворенности клиентов. Гибкость: которую можно рассматривать как способность системы производить различные виды продукции. Устойчивость: которую можно измерить с точки зрения экологической безопасности, то есть биологического и экологического воздействия производственной системы. Взаимосвязь между этими пятью целями можно представить в виде пирамиды, вершина которой соответствует минимальной стоимости, максимальной производительности, наивысшему качеству, максимальной гибкости и наибольшей устойчивости. Точки внутри этой пирамиды соответствуют различным комбинациям пяти критериев. Вершина пирамиды представляет собой идеальную (но, вероятно, труднодостижимую) систему, а основание пирамиды – наихудшую возможную систему.