В промышленности управление жизненным циклом продукта ( PLM ) представляет собой процесс управления всем жизненным циклом продукта с момента его создания, через проектирование , дизайн и производство , а также обслуживание и утилизацию произведенных продуктов. [1] [2] PLM объединяет людей, данные, процессы и бизнес- системы и обеспечивает основу информации о продукте для компаний и их расширенных предприятий. [3]
Вдохновение для зарождающегося бизнес-процесса, теперь известного как PLM, пришло от American Motors Corporation (AMC). [4] [5] По словам Франсуа Кастена , вице-президента по разработке и развитию продукции, в 1985 году автопроизводитель искал способ ускорить процесс разработки своей продукции, чтобы лучше конкурировать с более крупными конкурентами. [6] AMC сосредоточила свои усилия в области НИОКР на продлении жизненного цикла своих флагманских продуктов, в частности Jeep, поскольку у нее не было «огромных бюджетов General Motors, Ford и иностранных конкурентов». [7] После представления своего компактного Jeep Cherokee (XJ) , автомобиля, который положил начало современному рынку внедорожников (SUV), AMC начала разработку новой модели, которая позже вышла как Jeep Grand Cherokee . Первой частью в ее стремлении к более быстрой разработке продукции была система программного обеспечения для автоматизированного проектирования (САПР), которая сделала инженеров более производительными. [6] Второй частью этих усилий стала новая система связи, которая позволяла быстрее разрешать конфликты, а также сокращала 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 куплена Chrysler, система была расширена по всему предприятию, связав всех, кто участвовал в проектировании и производстве продукции. [6] Будучи одним из первых, кто внедрил технологию PLM, Chrysler смог стать производителем с самыми низкими издержками в автомобильной промышленности, зафиксировав затраты на разработку, которые к середине 1990-х годов составляли половину среднего показателя по отрасли. [6]
Системы PLM помогают организациям справляться с растущей сложностью и инженерными задачами разработки новых продуктов для глобальных конкурентных рынков. [8]
Управление жизненным циклом продукта (PLM) следует отличать от « управления жизненным циклом продукта (маркетинг) » (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 жизненным циклом продукта на деловом рынке с учетом затрат и показателей продаж.
Управление жизненным циклом продукта 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 заказов (SCM — управление цепочками поставок ), своими ресурсами внутри предприятия (ERP — планирование ресурсов предприятия ) и своим планированием и разработкой продукции (PLM).
Одна из форм PLM называется ориентированным на людей PLM. В то время как традиционные инструменты PLM были развернуты только на этапе релиза или во время фазы релиза, ориентированный на людей PLM нацелен на фазу проектирования.
С 2009 года развитие ИКТ (проект PROMISE, финансируемый ЕС в 2004–2008 гг.) позволило PLM выйти за рамки традиционного PLM и интегрировать данные датчиков и «данные событий жизненного цикла» в реальном времени в PLM, а также сделать эту информацию доступной для различных участников полного жизненного цикла отдельного продукта (замыкание информационного цикла). Это привело к расширению PLM до управления жизненным циклом с замкнутым контуром (CL 2 M).
Документально подтвержденные преимущества управления жизненным циклом продукта включают: [10] [11]
В рамках PLM существует пять основных направлений:
Примечание: Хотя для процессов PLM не требуется прикладное программное обеспечение, сложность бизнеса и скорость изменений требуют от организаций максимально быстрого выполнения задач.
Ядром PLM (управление 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 может рассматриваться как интеграция 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 инженерном рабочем процессе. Точный порядок событий и задач будет варьироваться в зависимости от продукта и рассматриваемой отрасли, но основными процессами являются: [15]
Основными ключевыми событиями являются:
Однако реальность сложнее: люди и отделы не могут выполнять свои задачи изолированно, и одно действие не может просто закончиться, а следующее действие не может начаться. Проектирование — это итеративный процесс, часто проекты необходимо изменять из-за производственных ограничений или противоречивых требований. То, вписывается ли заказ клиента в сроки, зависит от типа отрасли и того, например, производятся ли продукты на заказ, проектируются на заказ или собираются на заказ.
Было разработано множество программных решений 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 или соединения различных задач или управления всем процессом. Некоторые поставщики программного обеспечения охватывают весь спектр PLM, в то время как другие имеют одно нишевое приложение. Некоторые приложения могут охватывать многие области PLM с различными модулями в одной и той же модели данных. Обзор областей в PLM рассматривается здесь. Простые классификации не всегда точно соответствуют друг другу; многие области пересекаются, и многие программные продукты охватывают более одной области или не вписываются легко в одну категорию. Также не следует забывать, что одной из главных целей PLM является сбор знаний, которые можно повторно использовать для других проектов, и координация одновременной параллельной разработки многих продуктов. Речь идет о бизнес-процессах, людях и методах, а также о решениях для приложений программного обеспечения. Хотя PLM в основном ассоциируется с инженерными задачами, он также включает в себя маркетинговые мероприятия, такие как управление портфелем продуктов (PPM), особенно в отношении разработки новых продуктов (NPD). В каждой отрасли есть несколько моделей жизненного цикла, которые следует учитывать, но большинство из них довольно похожи. Ниже приведена одна из возможных моделей жизненного цикла; хотя она делает акцент на продуктах, ориентированных на оборудование, аналогичные фазы описывают любую форму продукта или услуги, включая нетехнические или основанные на программном обеспечении продукты: [16]
Первый этап — определение требований к продукту с точки зрения клиента, компании, рынка и регулирующих органов. Из этой спецификации можно определить основные технические параметры продукта. Параллельно выполняется начальная работа по концептуальному проектированию, определяющая эстетику продукта вместе с его основными функциональными аспектами. Для этих процессов используются различные носители: от карандаша и бумаги до глиняных моделей и программного обеспечения для автоматизированного промышленного проектирования 3D CAID .
В некоторых концепциях инвестиции ресурсов в исследования или анализ вариантов могут быть включены в фазу концепции – например, доведение технологии до уровня зрелости, достаточного для перехода к следующей фазе. Однако проектирование жизненного цикла является итеративным. Всегда возможно, что что-то не работает достаточно хорошо на какой-либо фазе, чтобы вернуться в предыдущую фазу – возможно, вплоть до концепции или исследования. Можно привести множество примеров.
На этапе разработки нового продукта собираются и оцениваются как рыночные, так и технические риски путем измерения ключевых показателей эффективности и модели оценки.
Здесь начинается детальное проектирование и разработка формы продукта, переходя к испытанию прототипа, от пилотного выпуска до полного запуска продукта. Это также может включать перепроектирование и наращивание для улучшения существующих продуктов, а также запланированное устаревание . [17] Основным инструментом, используемым для проектирования и разработки, является САПР. Это может быть простой 2D-чертеж/черчение или 3D-параметрическое моделирование твердых тел/поверхностей на основе признаков. Такое программное обеспечение включает такие технологии, как гибридное моделирование, обратный инжиниринг , KBE ( инжиниринг на основе знаний ), NDT ( неразрушающий контроль ) и сборочное строительство.
Этот шаг охватывает множество инженерных дисциплин, включая механические, электрические, электронные, программные ( встроенные ) и предметно-ориентированные, такие как архитектурные, аэрокосмические, автомобильные, … Наряду с фактическим созданием геометрии, есть анализ компонентов и сборок продукта. Задачи моделирования, проверки и оптимизации выполняются с использованием программного обеспечения CAE ( компьютерное проектирование ), либо интегрированного в пакет CAD, либо автономного. Они используются для выполнения таких задач, как анализ напряжений, FEA ( анализ конечных элементов ); кинематика ; вычислительная гидродинамика (CFD); и моделирование механических событий (MES). CAQ ( компьютерное качество ) используется для таких задач, как анализ размерных допусков (инженерный) . Другая задача, выполняемая на этом этапе, — это поиск закупаемых компонентов, возможно, с помощью систем закупок .
После завершения проектирования компонентов продукта определяется метод производства. Это включает в себя задачи САПР, такие как проектирование инструмента; включая создание инструкций по обработке на станках с ЧПУ для деталей продукта, а также создание специальных инструментов для производства этих деталей с использованием интегрированного или отдельного программного обеспечения CAM ( автоматизированное производство ). Это также будет включать в себя инструменты анализа для моделирования процесса таких операций, как литье, формовка и штамповка-прессование.
После определения метода производства в игру вступает CPM. Это включает в себя инструменты CAPE (компьютерное проектирование производства) или CAP/CAPP (компьютерное планирование производства ) для выполнения макета завода, установки и объекта, а также моделирования производства, например, моделирования прессовой линии, промышленной эргономики, а также управления выбором инструмента.
После изготовления компонентов их геометрическую форму и размер можно проверить по исходным данным САПР с использованием оборудования и программного обеспечения для автоматизированного контроля. Параллельно с инженерными задачами выполняется работа по конфигурации продукта для продажи и маркетинговой документации. Это может включать передачу инженерных данных (данных геометрии и списка деталей) в веб-конфигуратор продаж и другие настольные издательские системы.
Другая фаза жизненного цикла включает управление информацией «в процессе эксплуатации». Это может включать предоставление клиентам и сервисным инженерам поддержки и информации, необходимых для ремонта и обслуживания , а также управления отходами или переработки . Это может включать использование таких инструментов, как программное обеспечение для управления обслуживанием, ремонтом и капитальным ремонтом ( MRO ).
Эффективное рассмотрение услуг начинается во время и даже до проектирования продукта как неотъемлемая часть управления жизненным циклом продукта. Управление жизненным циклом услуг (SLM) имеет критические точки соприкосновения на всех этапах жизненного цикла продукта, которые необходимо учитывать. Подключение и обогащение общего цифрового потока обеспечит улучшенную видимость по всем функциям, улучшит качество данных и минимизирует дорогостоящие задержки и переделки.
У каждого продукта есть конец жизни . Будь то утилизация или уничтожение материальных объектов или информации, это необходимо тщательно продумать, поскольку это может быть законодательно закреплено и, следовательно, не лишено последствий.
На этапе эксплуатации владелец продукта может обнаружить компоненты и расходные материалы, которые достигли своего индивидуального конца жизни и для которых существуют уменьшающиеся производственные ресурсы или нехватка материалов (DMSMS), или что существующий продукт может быть улучшен для более широкого или развивающегося рынка пользователей проще или с меньшими затратами, чем полная переделка. Такой подход к модернизации часто продлевает жизненный цикл продукта и откладывает утилизацию по окончании срока службы.
Ни одна из вышеперечисленных фаз не должна рассматриваться как изолированная. В действительности проект не выполняется последовательно или отдельно от других проектов по разработке продукта, при этом информация передается между разными людьми и системами. Основная часть PLM — это координация и управление данными определения продукта. Это включает в себя управление инженерными изменениями и статусом выпуска компонентов; конфигурирование вариаций продукта; управление документами; планирование ресурсов проекта, а также оценку сроков и рисков.
Для этих задач необходимо управлять данными графического, текстового и мета-характера, например, спецификациями материалов (BOM). На уровне инженерных отделов это область программного обеспечения Product Data Management (PDM), а на корпоративном уровне — Enterprise Data Management (EDM); такие жесткие различия на уровне могут не использоваться последовательно, однако типично видеть две или более систем управления данными в организации. 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.
Эта центральная роль покрывается многочисленными инструментами совместной разработки продукта , которые работают на протяжении всего жизненного цикла и между организациями. Это требует многих технологических инструментов в областях конференц-связи, обмена данными и перевода данных. Эта специализированная область называется визуализацией продукта , которая включает такие технологии, как DMU ( цифровой макет ), иммерсивное виртуальное цифровое прототипирование ( виртуальная реальность ) и фотореалистичное изображение .
Широкий спектр решений, которые составляют инструменты, используемые в наборе решений PLM (например, CAD, CAM, CAx...), изначально использовался преданными своему делу специалистами, которые вкладывали время и усилия в получение требуемых навыков. Проектировщики и инженеры добились превосходных результатов с помощью систем CAD, инженеры-технологи стали высококвалифицированными пользователями CAM, в то время как аналитики, администраторы и менеджеры полностью освоили свои технологии поддержки. Однако для достижения всех преимуществ PLM требуется участие многих людей с различными навыками из разных частей расширенного предприятия, каждый из которых должен иметь возможность доступа и работы с входами и выходами других участников.
Несмотря на возросшую простоту использования инструментов PLM, перекрестное обучение всего персонала всему набору инструментов PLM не оказалось практичным. Однако сейчас предпринимаются шаги для решения проблемы простоты использования для всех участников в сфере PLM. Одним из таких шагов является доступность пользовательских интерфейсов, специфичных для «ролей». Благодаря настраиваемым пользовательским интерфейсам (UI) команды, которые предоставляются пользователям, соответствуют их функциям и опыту.
Эти методы включают в себя:
Параллельное проектирование (британский английский: synchronized engineering ) — это рабочий процесс, который вместо последовательной работы по этапам выполняет ряд задач параллельно. Например: начало проектирования инструмента сразу после начала детального проектирования и до завершения детального проектирования продукта; или начало детального проектирования твердых моделей до завершения концептуального проектирования поверхностей. Хотя это не обязательно сокращает количество рабочей силы, необходимой для проекта, поскольку требуется больше изменений из-за неполной и изменяющейся информации, это радикально сокращает время выполнения и, следовательно, время выхода на рынок. [18]
Системы САПР на основе функций позволяют одновременно работать над 3D-моделью и 2D-чертежом с помощью двух отдельных файлов, при этом чертеж просматривает данные в модели; когда модель изменяется, чертеж ассоциативно обновляется. Некоторые пакеты САПР также позволяют ассоциативное копирование геометрии между файлами. Это позволяет, например, копировать конструкцию детали в файлы, используемые конструктором оснастки. Затем инженер-технолог может начать работу над инструментами до замораживания окончательной конструкции; когда конструкция меняет размер или форму, геометрия инструмента обновляется.
Параллельное проектирование также имеет дополнительное преимущество, обеспечивая лучшую и более оперативную связь между отделами, снижая вероятность дорогостоящих, поздних изменений в проекте. Оно принимает метод предотвращения проблем по сравнению с методом решения проблем и повторного проектирования традиционного последовательного проектирования.
Проектирование снизу вверх (ориентированное на САПР) происходит, когда определение 3D-моделей продукта начинается с построения отдельных компонентов. Затем они виртуально объединяются в подузлы более чем одного уровня, пока полный продукт не будет определен в цифровом виде. Иногда это известно как «структура обзора», которая показывает, как будет выглядеть продукт. Спецификация материалов содержит все физические (твердые) компоненты продукта из системы САПР; она также может (но не всегда) содержать другие «объемные элементы», 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 больше всего подходит. Когда эти решения снизу вверх имеют реальную ценность, проектирование снизу вверх может быть намного эффективнее проектирования сверху вниз. Риск проектирования снизу вверх заключается в том, что оно очень эффективно предоставляет решения для проблем с низкой ценностью. Фокус проектирования снизу вверх — «что мы можем наиболее эффективно сделать с помощью этой технологии?», а не фокус проектирования сверху вниз, который заключается в «что самое ценное, что можно сделать?».
Проектирование сверху вниз сосредоточено на функциональных требованиях высокого уровня, с относительно меньшим акцентом на существующей технологии реализации. Спецификация верхнего уровня многократно разлагается на структуры и спецификации нижнего уровня, пока не будет достигнут уровень физической реализации. Риск проектирования сверху вниз заключается в том, что оно может не использовать преимущества более эффективных приложений текущей физической технологии из-за чрезмерных уровней абстракции нижнего уровня из-за следования пути абстракции, который неэффективно соответствует доступным компонентам, например, отдельное указание элементов зондирования, обработки и беспроводной связи, даже если подходящий компонент, который их объединяет, может быть доступен. Положительная ценность проектирования сверху вниз заключается в том, что оно сохраняет фокус на оптимальных требованиях к решению.
Проектирование сверху вниз, ориентированное на детали, может устранить некоторые риски проектирования сверху вниз. Оно начинается с модели компоновки, часто простого 2D-эскиза, определяющего основные размеры и некоторые основные определяющие параметры, которые могут включать некоторые элементы промышленного дизайна . Геометрия из этого ассоциативно копируется на следующий уровень, который представляет различные подсистемы продукта. Затем геометрия в подсистемах используется для определения более подробной информации на уровнях ниже. В зависимости от сложности продукта создается несколько уровней этой сборки, пока не будет идентифицировано базовое определение компонентов, такое как положение и основные размеры. Затем эта информация ассоциативно копируется в файлы компонентов. В этих файлах компоненты детализированы; именно здесь начинается классическая сборка снизу вверх.
Сборка сверху вниз иногда называется «структурой управления». Если для определения макета и параметров структуры обзора используется один файл, его часто называют скелетным файлом.
Традиционно оборонная инженерия разрабатывает структуру продукта сверху вниз. Процесс системной инженерии [19] предписывает функциональную декомпозицию требований, а затем физическое распределение структуры продукта по функциям. Этот подход сверху вниз обычно имеет нижние уровни структуры продукта, разработанные из данных САПР в виде структуры или дизайна снизу вверх.
Проектирование «BEATM» (Both-ends-against-the-middle) — это процесс проектирования, который стремится объединить лучшие черты проектирования сверху вниз и проектирования снизу вверх в один процесс. Поток процесса проектирования BEATM может начинаться с новой технологии, которая предлагает решения, которые могут иметь ценность, или он может начинаться с нисходящего взгляда на важную проблему, требующую решения. В любом случае ключевым атрибутом методологии проектирования BEATM является немедленное сосредоточение на обоих концах потока процесса проектирования: нисходящем взгляде на требования к решению и восходящем взгляде на доступную технологию, которая может обещать эффективное решение. Процесс проектирования BEATM исходит из обоих концов в поисках оптимального слияния где-то между нисходящими требованиями и эффективной реализацией снизу вверх. Таким образом, было показано, что BEATM действительно предлагает лучшее из обеих методологий. Действительно, некоторые из лучших историй успеха как сверху вниз, так и снизу вверх были успешными из-за интуитивного, но неосознанного использования методологии BEATM [ требуется ссылка ] . При осознанном применении BEATM дает еще более весомые преимущества.
Фронтальная загрузка выводит проектирование сверху вниз на следующую стадию. Полная структура управления и структура обзора, а также последующие данные, такие как чертежи, разработка инструментов и модели CAM, создаются до того, как продукт будет определен или будет разрешен запуск проекта. Эти сборки файлов представляют собой шаблон, из которого может быть создано семейство продуктов. Когда принимается решение о переходе на новый продукт, параметры продукта вводятся в модель шаблона, и все связанные данные обновляются. Очевидно, что предопределенные ассоциативные модели не смогут предсказать все возможности и потребуют дополнительной работы. Главный принцип заключается в том, что большая часть экспериментальной/исследовательской работы уже выполнена. В эти шаблоны встроено много знаний для повторного использования в новых продуктах. Это требует дополнительных ресурсов «сначала», но может радикально сократить время между запуском проекта и его запуском. Однако такие методы требуют организационных изменений, поскольку значительные инженерные усилия переносятся в «офлайновые» отделы разработки. Это можно рассматривать как аналогию с созданием концепт-кара для тестирования новых технологий для будущих продуктов, но в этом случае результаты работы напрямую используются для следующего поколения продуктов.
Отдельные компоненты не могут быть построены изолированно. Модели компонентов CAD и CAID создаются в контексте некоторых или всех других компонентов в разрабатываемом продукте. Это достигается с помощью методов моделирования сборки . Геометрию других компонентов можно увидеть и сослаться на нее в используемом инструменте CAD. Другие ссылаемые компоненты могут быть созданы или не созданы с помощью того же инструмента CAD, а их геометрия может быть переведена из других форматов совместной разработки продукта (CPD). Некоторые проверки сборки, такие как DMU, также выполняются с помощью программного обеспечения для визуализации продукта .
Управление жизненным циклом продукта и процесса (PPLM) — это альтернативный жанр PLM, в котором процесс, посредством которого производится продукт, так же важен, как и сам продукт. Обычно это рынки наук о жизни и передовых специальных химикатов . Процесс, лежащий в основе производства определенного соединения, является ключевым элементом нормативной подачи заявки на новый препарат. Таким образом, PPLM стремится управлять информацией о разработке процесса таким же образом, как базовый PLM говорит об управлении информацией о разработке продукта.
Одним из вариантов внедрения PPLM являются Process Development Execution Systems (PDES). Они обычно реализуют весь цикл разработки высокотехнологичных производственных технологий, от первоначальной концепции, через разработку и в производство. PDES объединяет людей с различным опытом из потенциально разных юридических лиц, данные, информацию и знания, а также бизнес-процессы.
После Великой рецессии инвестиции в PLM 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, а предполагаемый совокупный годовой темп роста составил 7,2% в период с 2021 по 2028 год. [21] Ожидалось, что это будет обусловлено спросом на программные решения для функций управления, таких как управление изменениями, затратами, соответствием требованиям, данными и корпоративным управлением. [21]
По мнению Малакути (2013) [22] , существует пять долгосрочных целей, которые следует учитывать в производственных системах:
Связь между этими пятью объектами можно представить в виде пирамиды, вершина которой связана с наименьшей стоимостью, наивысшей производительностью, наивысшим качеством, наибольшей гибкостью и наивысшей устойчивостью. Точки внутри этой пирамиды связаны с различными комбинациями пяти критериев. Вершина пирамиды представляет собой идеальную (но, вероятно, крайне неосуществимую) систему, тогда как основание пирамиды представляет собой наихудшую возможную систему.
Медиа, связанные с управлением жизненным циклом продукта на Wikimedia Commons