В промышленности управление жизненным циклом продукта ( PLM ) — это процесс управления всем жизненным циклом продукта от его создания через проектирование , проектирование и производство , а также обслуживание и утилизацию произведенной продукции. [1] [2] PLM объединяет людей, данные, процессы и бизнес- системы и обеспечивает информационную основу для компаний и их расширенных предприятий. [3]
Вдохновение для создания развивающегося бизнес-процесса, теперь известного как PLM, пришло от American Motors Corporation (AMC). [4] [5] По словам Франсуа Кастена , вице-президента по проектированию и разработке продукции, в 1985 году автопроизводитель искал способ ускорить процесс разработки своей продукции, чтобы лучше конкурировать со своими более крупными конкурентами . [6] AMC сосредоточила свои усилия в области исследований и разработок на продлении жизненного цикла своей флагманской продукции, особенно джипов, поскольку ей не хватало «огромных бюджетов, как у General Motors, Ford и иностранных конкурентов». [7] После представления своего компактного Jeep Cherokee (XJ) , автомобиля, который положил начало рынку современных внедорожников (SUV), AMC начала разработку новой модели, которая позже стала называться Jeep Grand Cherokee . Первой частью стремления к более быстрой разработке продукции была система программного обеспечения для автоматизированного проектирования (САПР), которая повысила продуктивность работы инженеров. [6] Второй частью этих усилий стала новая система связи, которая позволила быстрее разрешать конфликты, а также сократить дорогостоящие инженерные изменения , поскольку все чертежи и документы находились в центральной базе данных. [6] Управление данными о продукции было настолько эффективным, что после того, как AMC была приобретена компанией Chrysler, система была расширена по всему предприятию, объединяя всех, кто участвовал в проектировании и производстве продукции. [6] Будучи одним из первых, кто внедрил технологию PLM, Chrysler смог стать производителем с самыми низкими затратами в автомобильной промышленности, зафиксировав затраты на разработку, которые к середине 1990-х годов составляли половину от среднего показателя по отрасли. [6]
Системы PLM помогают организациям справляться с растущей сложностью и инженерными задачами при разработке новых продуктов для глобальных конкурентных рынков. [8]
Управление жизненным циклом продукта (PLM) следует отличать от « управления жизненным циклом продукта (маркетинга) » (PLCM). PLM описывает инженерный аспект продукта, от управления описаниями и свойствами продукта до его разработки и срока службы; тогда как PLCM относится к коммерческому управлению сроком службы продукта на деловом рынке в отношении затрат и показателей продаж.
Управление жизненным циклом продукции можно считать одним из четырех краеугольных камней структуры информационных технологий производственной корпорации . [9] Всем компаниям необходимо управлять коммуникациями и информацией со своими клиентами (CRM- управление взаимоотношениями с клиентами ), своими поставщиками и выполнением задач (SCM- управление цепочками поставок ), своими ресурсами внутри предприятия (ERP- планирование ресурсов предприятия ) и планированием своей продукции. и развитие (PLM).
Одна из форм PLM называется PLM, ориентированным на человека. В то время как традиционные инструменты PLM развертывались только на этапе выпуска или на этапе выпуска, ориентированный на человека PLM ориентирован на этап проектирования.
По состоянию на 2009 год развитие ИКТ (проект PROMISE, финансируемый ЕС в 2004–2008 годах) позволило PLM выйти за рамки традиционного PLM и интегрировать данные датчиков и «данные о событиях жизненного цикла» в реальном времени в PLM, а также сделать эту информацию доступной. различным игрокам в общем жизненном цикле отдельного продукта (замыкание информационного цикла). Это привело к расширению PLM до управления жизненным циклом с обратной связью (CL 2 M).
Документированные преимущества управления жизненным циклом продукта включают: [10] [11]
В PLM есть пять основных областей;
Примечание. Хотя для процессов PLM не требуется прикладное программное обеспечение, сложность бизнеса и скорость изменений требуют от организаций максимально быстрого выполнения задач.
Ядром PLM (управления жизненным циклом продукта) является создание и централизованное управление всеми данными о продукте и технологиями, используемыми для доступа к этой информации и знаниям. PLM как дисциплина возникла из таких инструментов, как CAD , CAM и PDM , но ее можно рассматривать как интеграцию этих инструментов с методами, людьми и процессами на всех этапах жизненного цикла продукта. [12] [13] Речь идет не только о программных технологиях, но и о бизнес-стратегии. [14]
Для простоты описанные этапы показаны в традиционном последовательном процессе проектирования. Точный порядок событий и задач будет варьироваться в зависимости от продукта и отрасли, но основными процессами являются: [15]
Основными ключевыми событиями являются:
Однако реальность более сложна: люди и отделы не могут выполнять свои задачи изолированно, а одно действие не может просто завершиться и начать следующее. Проектирование — это итеративный процесс, часто проекты необходимо модифицировать из-за производственных ограничений или противоречивых требований. Вписывается ли заказ клиента в график, зависит от типа отрасли и от того, изготавливаются ли продукты, например, на заказ, разрабатываются на заказ или собираются на заказ.
Многие программные решения были разработаны для организации и интеграции различных этапов жизненного цикла продукта. PLM следует рассматривать не как единый программный продукт, а как набор программных инструментов и методов работы, интегрированных вместе для решения отдельных этапов жизненного цикла, соединения различных задач или управления всем процессом. Некоторые поставщики программного обеспечения охватывают весь спектр PLM, в то время как другие предлагают одно нишевое приложение. Некоторые приложения могут охватывать множество областей PLM с помощью разных модулей в одной и той же модели данных. Здесь представлен обзор полей PLM. Простые классификации не всегда подходят точно; многие области пересекаются, и многие программные продукты охватывают более одной области или с трудом укладываются в одну категорию. Также не следует забывать, что одна из основных целей PLM — сбор знаний, которые можно повторно использовать для других проектов, и координация одновременной параллельной разработки множества продуктов. Речь идет не только о бизнес-процессах, людях и методах, но и о программных прикладных решениях. Хотя PLM в основном связан с инженерными задачами, он также включает в себя маркетинговую деятельность, такую как управление портфелем продуктов (PPM), особенно в отношении разработки новых продуктов (NPD). В каждой отрасли следует учитывать несколько моделей жизненного цикла, но большинство из них довольно похожи. Ниже приводится одна из возможных моделей жизненного цикла; хотя упор делается на аппаратно-ориентированные продукты, аналогичные этапы будут описывать любую форму продукта или услуги, включая нетехнические или программные продукты: [16]
Первым этапом является определение требований к продукту на основе точек зрения клиента, компании, рынка и регулирующих органов. Из этой спецификации можно определить основные технические параметры продукта. Параллельно выполняется первоначальная концептуальная работа, определяющая эстетику продукта вместе с его основными функциональными аспектами. Для этих процессов используются самые разные материалы: от карандаша и бумаги до глиняных моделей и программного обеспечения для компьютерного промышленного проектирования 3D CAID .
В некоторых концепциях инвестирование ресурсов в исследования или анализ вариантов может быть включено в этап разработки концепции – например, доведение технологии до уровня зрелости, достаточного для перехода к следующему этапу. Однако проектирование жизненного цикла является итеративным. Всегда возможно, что на каком-либо этапе что-то работает не настолько хорошо, чтобы вернуться к предыдущему этапу – возможно, вплоть до концепции или исследования. Есть много примеров, из которых можно почерпнуть.
На этапе разработки нового продукта собираются и оцениваются как рыночные, так и технические риски путем измерения ключевых показателей эффективности и модели оценки.
Именно здесь начинается детальное проектирование и разработка формы продукта, переходящее к тестированию прототипа, от пилотного выпуска до полного запуска продукта. Это может также включать модернизацию и постепенное улучшение существующих продуктов, а также запланированное устаревание . [17] Основным инструментом, используемым для проектирования и разработки, является САПР. Это может быть простой 2D-чертеж или параметрическое 3D-моделирование твердого тела/поверхности на основе элементов. Такое программное обеспечение включает в себя такие технологии, как гибридное моделирование, обратное проектирование , KBE ( инжиниринг, основанный на знаниях ), NDT ( неразрушающий контроль ) и сборочное строительство.
Этот этап охватывает многие инженерные дисциплины, включая механику, электротехнику, электронику, программное обеспечение ( встроенное ) и предметные области, такие как архитектурная, аэрокосмическая, автомобильная… Наряду с фактическим созданием геометрии проводится анализ компонентов и сборок продукта. . Задачи моделирования, проверки и оптимизации выполняются с использованием программного обеспечения CAE ( автоматизированного проектирования ), интегрированного в пакет САПР или автономного. Они используются для выполнения таких задач, как анализ напряжений, FEA ( анализ методом конечных элементов ); кинематика ; вычислительная гидродинамика (CFD); и моделирование механических событий (MES). CAQ ( компьютерное качество ) используется для таких задач, как анализ допусков размеров (инженерный) . Еще одна задача, выполняемая на этом этапе, — поиск выкупленных компонентов, возможно, с помощью систем закупок .
После завершения проектирования компонентов продукта определяется метод производства. Сюда входят такие задачи САПР, как проектирование инструментов; включая создание инструкций по обработке с ЧПУ для деталей продукта, а также создание специальных инструментов для изготовления этих деталей с использованием интегрированного или отдельного программного обеспечения CAM ( автоматизированное производство ). Это также будет включать в себя инструменты анализа для моделирования таких операций, как литье, формование и штамповка.
Как только метод производства определен, в игру вступает CPM. Сюда входят инструменты CAPE (компьютерное проектирование производства) или CAP/CAPP (компьютерное планирование производства ) для выполнения компоновки фабрик, заводов и объектов, а также моделирования производства, например, моделирование прессовой линии, промышленной эргономики, а также управления выбором инструментов. .
После изготовления компонентов их геометрическую форму и размер можно проверить по исходным данным САПР с использованием оборудования и программного обеспечения для компьютерного контроля. Параллельно с инженерными задачами происходит настройка продаж продукта и работа с маркетинговой документацией. Это может включать в себя передачу инженерных данных (геометрии и данных списка деталей) в веб-конфигуратор продаж и другие настольные издательские системы.
Другой этап жизненного цикла включает управление информацией, находящейся в эксплуатации. Это может включать предоставление клиентам и сервисным инженерам поддержки и информации, необходимой для ремонта и технического обслуживания , а также управления отходами или переработки . Это может включать использование таких инструментов, как программное обеспечение для управления техническим обслуживанием, ремонтом и капитальным ремонтом ( MRO ).
Эффективное обслуживание начинается во время и даже до проектирования продукта как неотъемлемая часть управления жизненным циклом продукта. Управление жизненным циклом обслуживания (SLM) имеет критические точки соприкосновения на всех этапах жизненного цикла продукта, которые необходимо учитывать. Соединение и расширение общего цифрового потока обеспечит улучшенную видимость функций, улучшит качество данных и сведет к минимуму дорогостоящие задержки и доработки.
У каждого продукта есть свой срок годности . Будь то утилизация или уничтожение материальных объектов или информации, это необходимо тщательно рассмотреть, поскольку это может быть законодательно закреплено и, следовательно, не лишено последствий.
На этапе эксплуатации владелец продукта может обнаружить компоненты и расходные материалы, срок службы которых истек, и для которых существует сокращение производственных источников или нехватка материалов (DMSMS), или что существующий продукт может быть улучшен для более широкого или нового пользователя. рынок проще или с меньшими затратами, чем полный редизайн. Такой подход к модернизации часто продлевает жизненный цикл продукта и задерживает утилизацию по окончании срока службы.
Ни одну из вышеперечисленных фаз не следует рассматривать как изолированную. В действительности проект не выполняется последовательно или отдельно от других проектов по разработке продуктов, при этом информация передается между разными людьми и системами. Основная часть PLM — это координация и управление данными определения продукта. Сюда входит управление инженерными изменениями и статусом выпуска компонентов; варианты конфигурации продукта; управление документами; планирование ресурсов проекта, а также сроки и оценка рисков.
Для этих задач необходимо управлять данными графического, текстового и мета-характера, такими как спецификации продуктов (BOM). На уровне инженерных отделов это область программного обеспечения для управления данными о продуктах (PDM) или на корпоративном уровне программного обеспечения для управления данными предприятия (EDM); такие жесткие различия уровней не могут использоваться последовательно, однако обычно в организации встречаются две или более системы управления данными. Эти системы также могут быть связаны с другими корпоративными системами, такими как SCM , CRM и ERP . С этими системами связаны системы управления проектами для планирования проектов/программ.
Эту центральную роль выполняют многочисленные инструменты совместной разработки продуктов , которые работают на протяжении всего жизненного цикла и в разных организациях. Для этого требуется множество технологических инструментов в области конференц-связи, обмена данными и перевода данных. Эта специализированная область называется визуализацией продукта и включает в себя такие технологии, как DMU ( цифровой макет ), иммерсивное виртуальное цифровое прототипирование ( виртуальная реальность ) и фотореалистичное изображение .
Широкий спектр решений, составляющих инструменты, используемые в наборе решений PLM (например, CAD, CAM, CAx...), изначально использовался преданными практиками, которые потратили время и усилия на приобретение необходимых навыков. Конструкторы и инженеры добились отличных результатов с помощью CAD-систем, инженеры-технологи стали высококвалифицированными пользователями CAM, а аналитики, администраторы и менеджеры полностью освоили технологии поддержки. Однако для достижения всех преимуществ PLM требуется участие множества людей с различными навыками со всего расширенного предприятия, каждому из которых требуется возможность доступа и работы с входными и выходными данными других участников.
Несмотря на возросшую простоту использования инструментов PLM, перекрестное обучение всего персонала работе со всем набором инструментов PLM оказалось непрактичным. Однако сейчас предпринимаются шаги по обеспечению простоты использования для всех участников PLM-арены. Одним из таких достижений является наличие «ролевых» пользовательских интерфейсов. Благодаря настраиваемым пользовательским интерфейсам (UI) команды, предоставляемые пользователям, соответствуют их функциям и опыту.
Эти методы включают в себя:
Параллельное проектирование (британский английский: одновременная инженерия ) — это рабочий процесс, который вместо последовательной работы по этапам выполняет ряд задач параллельно. Например: начинать проектирование инструмента сразу после начала детального проектирования и до завершения детального проектирования изделия; или начать детальное проектирование твердотельных моделей до того, как будут завершены концептуальные модели поверхностей. Хотя это не обязательно уменьшает количество рабочей силы, необходимой для проекта, поскольку требуется больше изменений из-за неполной и меняющейся информации, это существенно сокращает время выполнения заказа и, следовательно, время выхода на рынок. [18]
Системы САПР, основанные на элементах, позволили одновременную работу над твердотельной 3D-моделью и 2D-чертежом с помощью двух отдельных файлов, при этом чертеж просматривает данные в модели; при изменении модели чертеж будет ассоциативно обновляться. Некоторые пакеты САПР также позволяют ассоциативное копирование геометрии между файлами. Это позволяет, например, копировать конструкцию детали в файлы, используемые разработчиком оснастки. Затем инженер-технолог может начать работу над инструментами до того, как проект будет окончательно заморожен; когда конструкция меняет размер или форму, геометрия инструмента обновляется.
Параллельное проектирование также имеет дополнительное преимущество, поскольку обеспечивает лучшую и более быструю связь между отделами, снижая вероятность дорогостоящих и поздних изменений в проекте. Он использует метод предотвращения проблем по сравнению с методом решения проблем и перепроектирования традиционного последовательного проектирования.
Проектирование «снизу вверх» (САПР) происходит, когда определение 3D-моделей продукта начинается с построения отдельных компонентов. Затем они виртуально объединяются в узлы более чем одного уровня, пока не будет получено цифровое определение всего продукта. Иногда это называют «структурой обзора», которая показывает, как будет выглядеть продукт. Спецификация содержит все физические (твердые) компоненты продукта из системы САПР; он также может (но не всегда) содержать другие «объемные предметы», необходимые для конечного продукта, но которые (несмотря на определенную физическую массу и объем) обычно не связаны с геометрией САПР, такие как краска, клей, масло, клейкая лента, и другие материалы.
Проектирование «снизу вверх» имеет тенденцию фокусироваться на возможностях доступных реальных физических технологий, реализуя те решения, для которых эта технология наиболее подходит. Когда эти решения «снизу вверх» имеют реальную ценность, проектирование «снизу вверх» может быть гораздо более эффективным, чем проектирование «сверху вниз». Риск восходящего проектирования заключается в том, что он очень эффективно обеспечивает решение малозначимых проблем. При проектировании по принципу «снизу вверх» основное внимание уделяется тому, «что мы можем наиболее эффективно сделать с помощью этой технологии?» а не фокус сверху вниз, который звучит так: «Что самое ценное сделать?»
Проектирование сверху вниз ориентировано на функциональные требования высокого уровня, уделяя относительно меньше внимания существующей технологии реализации. Спецификация верхнего уровня неоднократно разбивается на структуры и спецификации более низкого уровня, пока не будет достигнут уровень физической реализации. Риск нисходящего проектирования заключается в том, что он не сможет воспользоваться преимуществами более эффективных приложений современных физических технологий из-за чрезмерных уровней абстракции нижнего уровня из-за следования по пути абстракции, который неэффективно соответствует доступным компонентам, например, отдельно определяя датчики. элементы обработки и беспроводной связи, даже если может быть доступен подходящий компонент, который их объединяет. Положительная ценность нисходящего проектирования заключается в том, что он сохраняет фокус на требованиях к оптимальному решению.
Проектирование сверху вниз, ориентированное на детали, может устранить некоторые риски проектирования сверху вниз. Это начинается с макетной модели, часто простого 2D-эскиза, определяющего основные размеры и некоторые основные определяющие параметры, которые могут включать в себя некоторые элементы промышленного дизайна . Геометрия отсюда ассоциативно копируется на следующий уровень, который представляет разные подсистемы продукта. Геометрия в подсистемах затем используется для определения более подробной информации на нижних уровнях. В зависимости от сложности изделия создается несколько уровней этой сборки, пока не будет определено основное определение компонентов, таких как положение и основные размеры. Эта информация затем ассоциативно копируется в файлы компонентов. В этих файлах подробно описаны компоненты; Здесь начинается классическая сборка снизу вверх.
Сборку сверху вниз иногда называют «структурой управления». Если для определения макета и параметров структуры обзора используется один файл, его часто называют файлом скелета.
Военная инженерия традиционно разрабатывает структуру изделия сверху вниз. Процесс системного проектирования [19] предписывает функциональную декомпозицию требований, а затем физическое распределение структуры продукта по функциям. При таком подходе «сверху вниз» нижние уровни структуры продукта, разработанные на основе данных САПР, обычно представляют собой структуру или проектирование «снизу вверх».
Проектирование «Оба конца против середины» (BEATM) — это процесс проектирования, целью которого является объединение лучших особенностей проектирования сверху вниз и проектирования снизу вверх в один процесс. Процесс проектирования BEATM может начинаться с новой технологии, предлагающей решения, которые могут иметь ценность, или же он может начинаться с взгляда сверху вниз на важную проблему, требующую решения. В любом случае ключевой особенностью методологии проектирования BEATM является немедленное сосредоточение внимания на обоих концах процесса проектирования: взгляд сверху вниз на требования к решению и взгляд снизу вверх на доступную технологию, которая может обещать эффективное решение. Процесс проектирования BEATM осуществляется с обеих сторон в поисках оптимального слияния требований сверху вниз и эффективной реализации снизу вверх. Таким образом, было показано, что BEATM действительно предлагает лучшее из обеих методологий. Действительно, некоторые из лучших историй успеха как по принципу «сверху вниз» , так и «снизу вверх» оказались успешными благодаря интуитивному, но неосознанному использованию методологии BEATM . При сознательном использовании BEATM предлагает еще более мощные преимущества.
Фронтальная загрузка выводит проектирование сверху вниз на следующий этап. Полная структура управления и структура анализа, а также последующие данные, такие как чертежи, разработка инструментов и модели CAM, создаются до того, как будет определен продукт или одобрен запуск проекта. Эти сборки файлов представляют собой шаблон, на основе которого можно создать семейство продуктов. Когда принято решение о выпуске нового продукта, параметры продукта вводятся в модель шаблона, и все связанные данные обновляются. Очевидно, что заранее определенные ассоциативные модели не смогут предсказать все возможности и потребуют дополнительной работы. Главный принцип заключается в том, что большая часть экспериментально-исследовательской работы уже завершена. В эти шаблоны заложено много знаний, которые можно повторно использовать в новых продуктах. Это требует дополнительных ресурсов «на начальном этапе», но может значительно сократить время между началом проекта и его запуском. Однако такие методы требуют организационных изменений, поскольку значительные инженерные усилия переносятся в «автономные» отделы разработки. Это можно рассматривать как аналогию с созданием концепт-кара для тестирования новой технологии для будущих продуктов, но в этом случае работа напрямую используется для следующего поколения продукта.
Отдельные компоненты не могут быть созданы изолированно. Модели компонентов CAD и CAID создаются в контексте некоторых или всех других компонентов разрабатываемого продукта. Это достигается с помощью методов сборочного моделирования . Геометрию других компонентов можно увидеть и использовать в используемом инструменте САПР. Другие упомянутые компоненты могут быть созданы, а могут и не быть созданы с использованием того же инструмента САПР, а их геометрия переводится из других форматов совместной разработки продуктов (CPD). Некоторые проверки сборки, такие как DMU , также выполняются с использованием программного обеспечения для визуализации продукта .
Управление жизненным циклом продуктов и процессов (PPLM) — это альтернативный жанр PLM, в котором процесс производства продукта так же важен, как и сам продукт. Как правило, это рынки медико-биологических наук и передовых специальных химикатов . Процесс производства данного соединения является ключевым элементом нормативной подачи заявки на новое лекарственное средство. Таким образом, PPLM стремится управлять информацией, связанной с разработкой процесса, аналогично тому, как базовый PLM говорит об управлении информацией, связанной с разработкой продукта.
Одним из вариантов реализации PPLM являются системы управления разработкой процессов (PDES). Обычно они реализуют весь цикл разработки высокотехнологичных производственных технологий: от первоначальной концепции, разработки и производства. PDES объединяет людей с разным опытом работы из потенциально разных юридических лиц, данных, информации и знаний, а также бизнес-процессов.
После Великой рецессии инвестиции в PLM, начиная с 2010 года, демонстрировали более высокие темпы роста, чем большинство общих расходов на ИТ. [20]
Общие расходы на программное обеспечение и услуги PLM в 2020 году оценивались в 26 миллиардов долларов в год с предполагаемым совокупным годовым темпом роста в 7,2% с 2021 по 2028 год. [21] Ожидалось, что это будет обусловлено спросом на программные решения для управления. функции, такие как изменения, затраты, соблюдение требований, данные и управление корпоративным управлением. [21]
По мнению Малакути (2013), [22] существует пять долгосрочных целей, которые следует учитывать в производственных системах:
Отношения между этими пятью объектами можно представить в виде пирамиды, вершина которой связана с наименьшими затратами, высочайшей производительностью, высочайшим качеством, наибольшей гибкостью и наибольшей устойчивостью. Точкам внутри этой пирамиды соответствуют разные комбинации пяти критериев. Вершина пирамиды представляет собой идеальную (но, вероятно, крайне неосуществимую) систему, тогда как основание пирамиды представляет собой худшую из возможных систем.
СМИ, связанные с управлением жизненным циклом продукта, на Викискладе?