Параллельная разработка и производство продукции: методология и преимущества.

Введение

Методология разработки продукта

Параллельная инженерия (CE) или параллельное проектирование и производство – это рабочая методология, акцентирующая параллельность выполнения задач (то есть одновременное выполнение задач), которую иногда называют синхронной инженерией или интегрированной разработкой продукта (IPD) с использованием подхода, основанного на интегрированной команде продукта. Она относится к подходу, применяемому в разработке продукта, при котором функции проектирования, производства и другие функции интегрируются для сокращения времени, необходимого для вывода нового продукта на рынок. Благодаря одновременному завершению этапов проектирования и производства, продукты создаются быстрее и с меньшими затратами. Хотя параллельное проектирование и производство требует интенсивной коммуникации и координации между различными областями знаний, преимущества могут увеличить прибыльность бизнеса и создать устойчивую среду для разработки продукта. Параллельная инженерия может обеспечить конкурентное преимущество перед другими компаниями, поскольку продукт может быть произведен и представлен на рынке за более короткий срок. Однако, неэффективно внедренная параллельная инженерия может привести к возникновению проблем.

Введение

Успех совместного проектирования и производства заключается в одновременном выполнении процессов с участием всех заинтересованных подразделений. По мере того как разработка продукта становилась более экономичной и быстрой, элементы параллельной инженерии присутствовали в различных подходах к разработке. К таким элементам относились кросс-функциональные команды, ускоренный вывод на рынок и учет производственных процессов на этапе проектирования. Привлечение различных специалистов к принятию решений и планированию сделало разработку продукта более эффективной с точки зрения затрат и времени. Возможность более быстрого вывода продукции на рынок, обеспечиваемая параллельной инженерией, уже является важным конкурентным преимуществом. Параллельная инженерия предоставила структуру и концепцию для разработки продукта, которые могут быть использованы для достижения успеха в будущем. В публикации 2008 года параллельная инженерия была описана как новая система управления проектированием, которая за последние годы созрела и превратилась в четко определенный системный подход к оптимизации циклов проектирования и разработки. Параллельная инженерия была внедрена во многих компаниях, организациях и университетах, особенно в аэрокосмической отрасли. Начиная с начала 1990-х годов, параллельная инженерия также была адаптирована для использования в области автоматизации информации и контента, обеспечивая основу для организации и управления проектами за пределами сектора разработки физических продуктов, для которого она изначально предназначалась. Такие организации, как Центр совместного проектирования Европейского космического агентства, используют совместное проектирование для проведения исследований осуществимости будущих миссий. Базис параллельной инженерии составляют две концепции. Первая заключается в том, что все этапы жизненного цикла продукта – от функциональности, производства, сборки, тестирования, обслуживания, воздействия на окружающую среду и, наконец, утилизации и переработки – должны быть тщательно учтены на ранних стадиях проектирования. Вторая концепция заключается в том, что все проектные работы должны выполняться одновременно, то есть параллельно. Считается, что одновременное выполнение этих работ значительно повышает производительность и качество продукции. Таким образом, ошибки и необходимость перепроектирования можно выявить на ранних этапах, когда проект еще достаточно гибок. Выявляя и устраняя эти проблемы на ранней стадии, команда разработчиков может избежать дорогостоящих ошибок, которые часто возникают при переходе к более сложным вычислительным моделям и, в конечном итоге, к фактическому производству оборудования. Как упоминалось выше, часть процесса проектирования заключается в обеспечении учета всего жизненного цикла продукта. Это включает в себя определение требований пользователей, разработку предварительных концептуальных проектов, выполнение вычислительных моделей, создание физических прототипов и, в конечном итоге, производство продукта. В этот процесс также необходимо учитывать финансирование, квалификацию персонала и временные рамки. Исследование 2006 года показало, что правильное внедрение процесса параллельного проектирования может значительно сэкономить средства, и организации переходят к параллельному проектированию именно по этой причине. В параллельной инженерии вместо этого используется итеративный или интегрированный метод разработки. Метод "Водопад" движется линейно, начиная с требований пользователей и последовательно переходя к проектированию и реализации, пока не будет получен готовый продукт. В этой системе проектирования команда разработчиков не будет быстро возвращаться назад или смотреть вперед от текущего этапа, чтобы исправить или предвидеть проблемы. В случае возникновения проблем, проект обычно приходится отменять или существенно перерабатывать. Параллельный или итеративный процесс проектирования поощряет оперативное изменение подхода, чтобы учесть все аспекты жизненного цикла продукта, что позволяет использовать более эволюционный подход к проектированию. Различие между двумя процессами проектирования можно увидеть на рисунке 1. Важной особенностью метода параллельного проектирования является то, что инженеру предоставляется больше свободы в процессе проектирования благодаря его совместному характеру. Считается, что предоставление разработчику ответственности повышает его производительность и качество продукта, поскольку люди, чувствующие удовлетворение и обладающие правом собственности на свою работу, как правило, работают усерднее и разрабатывают более надежный продукт, в отличие от сотрудника, которому поручено задание без возможности влиять на общий процесс. Этот процесс проектирования обычно требует эффективного обмена компьютерными моделями (системы автоматизированного проектирования, конечно-элементный анализ), что на практике может быть затруднительно. Если эти проблемы не будут решены должным образом, параллельное проектирование может оказаться неэффективным. Важно отметить, что, хотя природа некоторых проектных работ накладывает определенную степень линейности – например, завершение программного кода, разработка и тестирование прототипов – организация и управление проектными командами для обеспечения параллельного проектирования все же может принести значительные выгоды за счет улучшения обмена информацией. Существуют поставщики услуг, которые специализируются в этой области, обучая людей эффективному выполнению параллельного проектирования и предоставляя инструменты для улучшения коммуникации между членами команды.

The success behind concurrent design and manufacturing lies within completing processes at the same time while involving all disciplines. As product development has become more cost and time efficient over the years, elements of concurrent engineering have been present in product development approaches. The elements of concurrent engineering that were utilized were cross functional teams as well as fast time to market and considering manufacturing processes when designing. By involving multiple disciplines in decision making and planning, concurrent engineering has made product development more cost and time efficient. The fact that concurrent engineering could result in faster time to market is already an important advantage in terms of a competitive edge over other producers. Concurrent engineering has provided a structure and concept for product development that can be implemented for future success. A 2008 publication described concurrent engineering as a new design management system that has matured in recent years to become a well defined systems approach to optimizing design and engineering cycles. Concurrent engineering has been implemented in a number of companies, organizations, and universities, most notably in the aerospace industry. Beginning in the early 1990s, CE was also adapted for use in the information and content automation field, providing a basis for organization and management of projects outside the physical product development sector for which it was originally designed. Organizations such as the European Space Agency's Concurrent Design Facility make use of concurrent design to perform feasibility studies for future missions. The basic premise for concurrent engineering revolves around two concepts. The first is the idea that all elements of a product's life cycle—from functionality, production, assembly, testing, maintenance, environmental impact, and finally disposal and recycling—should be taken into careful consideration in the early design phases. The second concept is that design activities should all be occurring at the same time, i. e., concurrently. The idea is that the concurrent nature of these activities significantly increases productivity and product quality. This way, errors and redesigns can be discovered early in the design process when the project is still flexible. By locating and fixing these issues early, the design team can avoid what often become costly errors as the project moves to more complicated computational models and eventually into the actual manufacturing of hardware. As mentioned above, part of the design process is to ensure that the product's entire life cycle is taken into consideration. This includes establishing user requirements, propagating early conceptual designs, running computational models, creating physical prototypes, and eventually manufacturing the product. Included in this process is taking into full account funding, workforce capability, and time requirements. A 2006 study claimed that a correct implementation of the concurrent design process can save a significant amount of money, and that organizations have been moving to concurrent design for this reason. In Concurrent Engineering an iterative or integrated development method is used instead. The Waterfall method moves in a linear fashion, starting with user requirements and sequentially moving forward to design and implementation, until you have a finished product. In this design system, a design team would not quickly look backward or forward from the step it is on to fix or anticipate problems. In the case that something does go wrong, the design usually must be scrapped or heavily altered. The concurrent or iterative design process encourages prompt changes of tack, so that all aspects of the life cycle of the product are taken into account, allowing for a more evolutionary approach to design. The difference between the two design processes can be seen graphically in Figure 1. A significant part of the concurrent design method is that the individual engineer is given much more say in the overall design process due to the collaborative nature of concurrent engineering. Giving the designer ownership is claimed to improve the productivity of the employee and quality of the product, based on the assumption that people who are given a sense of gratification and ownership over their work tend to work harder and design a more robust product, as opposed to an employee that is assigned a task with little say in the general process. This design process usually requires that computer models (computer aided design, finite element analysis) are exchanged efficiently, something that can be difficult in practice. If such issues are not addressed properly, concurrent design may not work effectively. It is important to note that although the nature of some project activities imposes a degree of linearity—completion of software code, prototype development and testing, for example—organizing and managing project teams to facilitate concurrent design can still yield significant benefits that come from the improved sharing of information. Service providers exist that specialize in this field, not only training people how to perform concurrent design effectively, but also providing the tools to enhance the communication between the team members.

Межфункциональные команды

В кросс-функциональные команды входят сотрудники из различных подразделений организации, вовлеченные в конкретный процесс, включая производство, разработку аппаратного и программного обеспечения, маркетинг и так далее.

Одновременная реализация продукции

Одновременное выполнение нескольких задач, таких как одновременное проектирование различных подсистем, критически важно для сокращения времени разработки и является основой параллельной разработки.

Повышенный обмен информацией

Постепенный обмен информацией помогает минимизировать вероятность неожиданностей при одновременной реализации продукта. Под "постепенным" подразумевается, что как только появляется новая информация, она немедленно передается и интегрируется в конструкцию. Межфункциональные команды играют важную роль в эффективном и своевременном обмене информацией.

Интегрированное управление проектами

Интегрированное управление проектом обеспечивает наличие ответственного за весь проект, и эта ответственность не перекладывается на других после завершения отдельного этапа работы.

Конкурентная и последовательная инженерия

Конкурентная и последовательная инженерия охватывают одни и те же этапы проектирования и производства, однако эти два подхода сильно различаются с точки зрения производительности, стоимости, разработки и эффективности. На рисунке «Последовательная инженерия против одновременного проектирования и производства» слева показана последовательная инженерия, а справа – одновременное проектирование и производство. Как видно на рисунке, последовательная инженерия начинается с требований заказчика, а затем переходит к проектированию, реализации, проверке и обслуживанию. Такой подход к последовательной разработке требует значительных затрат времени на разработку продукта. Из-за больших временных затрат на всех этапах разработки продукта, последовательная инженерия связана с высокими затратами и является менее эффективной, поскольку продукция не может быть изготовлена быстро. Конкурентная инженерия, с другой стороны, позволяет осуществлять все этапы разработки продукта практически одновременно. Как видно на рисунке «Последовательная инженерия против одновременного проектирования и производства», единственным требованием перед началом процесса является первоначальное планирование, включающее планирование, проектирование, реализацию, тестирование и оценку. Подход, основанный на конкурентном проектировании и производстве, позволяет сократить время разработки продукта, повысить эффективность разработки и производства деталей на ранних стадиях и снизить производственные затраты. Конкурентную и последовательную инженерию можно также сравнить, используя аналогию с эстафетной гонкой. Последовательная инженерия аналогична стандартному подходу к эстафетной гонке, где каждый участник должен пробежать определенную дистанцию, а затем передать эстафету следующему, и так до завершения гонки. Конкурентная инженерия аналогична эстафетной гонке, где два участника бегут одновременно на определенных участках трассы. В этой аналогии каждый участник преодолевает то же расстояние, что и при последовательном подходе, но время завершения гонки с использованием конкурентного подхода значительно меньше. Если рассматривать участников эстафеты как этапы разработки продукта, то взаимосвязь между двумя подходами в эстафете и соответствующими подходами в инженерии очень похожа. Хотя разработка продукта включает в себя более сложные и многочисленные процессы, концепция, которую предоставляет аналогия, достаточна для понимания преимуществ, которые дает конкурентное проектирование и производство.

Concurrent and Sequential engineering cover the same stages of design and manufacturing, however, the two approaches vary widely in terms of productivity, cost, development and efficiency. The 'Sequential Engineering vs Concurrent Design and Manufacturing' figure shows sequential engineering on the left and concurrent design and manufacturing on the right. As seen in the figure, sequential engineering begins with customer requirements and then progresses to design, implementation, verification and maintenance. The approach for sequential engineering results in large amounts of time devoted to product development. Due to large amounts of time allocated towards all stages of product development, sequential engineering is associated with high cost and is less efficient as products can not be made quickly. Concurrent engineering, on the other hand, allows for all stages of product development to occur essentially at the same time. As seen in the 'Sequential Engineering vs Concurrent Design and Manufacturing' figure, initial planning is the only requirement before the process can occur including planning design, implementation, testing and evaluation. The concurrent design and manufacturing approach allows for shortening of product development time, higher efficiency in developing and producing parts earlier and lower production costs. Concurrent and Sequential Engineering may also be compared using a relay race analogy. Sequential engineering is compared to the standard approach of running a relay race, where each runner must run a set distance and then pass the baton to the next runner and so on until the race is completed. Concurrent engineering is compared to running a relay race where two runners will run at the same time during certain points of the race. In the analogy, each runner will cover the same set distance as the sequential approach but the time to complete the race using the concurrent approach is significantly less. When thinking of the various runners in the relay race as stages in product development, the correlation between the two approaches in the relay race to the same approaches in engineering is vastly similar. Although there are more complex and numerous processes involved in product development, the concept that the analogy provides is enough to understand the benefits that come with concurrent design and manufacturing.

Преимущества для бизнеса

Используя параллельную разработку, предприятия могут сократить время, необходимое для перехода от идеи к готовому продукту. Эта экономия времени достигается за счет проектирования с учетом всех этапов производственного процесса, что позволяет избежать внесения изменений в конструкцию после того, как деталь прошла весь цикл производства, и выяснилось, что ее сложно или невозможно изготовить. Сокращение или устранение этих дополнительных этапов означает более быстрое завершение разработки и снижение количества отходов материала. В процессе проектирования и создания прототипов потенциальные проблемы в конструкции могут быть устранены на более ранних стадиях разработки продукта, что дополнительно сокращает сроки производства. Преимущества параллельного проектирования и производства можно разделить на краткосрочные и долгосрочные.