Автоматизация: от идеи до утилизации

Наталья Дубова
27.06.2003
Открытые системы, #06/2003

По данным аналитиков, рынок PLM-решений ожидает ежегодный рост на 11%, — несмотря на проблемы, которые продолжает испытывать мировая экономика, стабильное увеличение числа инсталляций систем PLM не вызывает сомнений. В основе развития этого рынка лежат новые задачи, которые необходимо решать производственным компаниям в условиях усиливающейся конкуренции.

В основе высоких темпов развития рынка PLM лежат новые задачи, стоящие перед производственными компаниями в условиях усиливающейся конкуренции. Попытаемся, не вдаваясь в детали отдельных реализаций, но с точки зрения общих идейных основ и тенденций этого рынка, ответить на вопрос, в чем суть этих задач, и как их помогают решить системы класса PLM.

Что есть PLM

Главная цель любого производителя — качество выпускаемой продукции, однако одной из основных тенденций сегодня является необходимость сокращения времени выхода новых изделий на рынок при одновременном удовлетворении специфических потребностей заказчиков (от модели массового производства компании переходят к разработке и сборке на заказ). При этом компании не могут позволить себе повышать стоимость процессов проектирования новых изделий. Одновременно с этим в процесс создания продукции вовлекаются сегодня многочисленные внешние участники — от поставщиков комплектующих, которые должны иметь возможность оперативно реагировать на изменения в требованиях к конечному продукту, до самих заказчиков, которые хотят получить доступ к процессам формирования этих требований. Для многих крупных производителей «виртуальное предприятие» становится реальностью — они выносят за скобки собственного производственного процесса разработку и выпуск комплектующих, а подчас и собственно сборку готового изделия, оставляя за собой базовые операции выработки концепции и проектирования продукции. Передача части своих функций на аутсорсинг не отменяет необходимости контролировать и интегрировать все процессы. Для того чтобы виртуализация производства происходила не в ущерб конечному результату и с максимальной экономической отдачей, компаниям необходимы технологии, объединяющие и автоматизирующие все разрозненные этапы жизненного цикла изделия, создающие интегрированную среду коллективной работы, где каждый участник производственной цепочки имеет в реальном времени доступ к нужной ему информации по изделию.

Первоначально такие технологии приобрели известность под названием Collaborative Product Commerce (СРС), однако термин PLM (Product Lifecycle Management) точнее отражает суть. PLM — это набор взаимосвязанных прикладных решений, включающий необходимые программные компоненты обеспечения коммуникаций, интеграции модулей, автоматизированного проектирования и визуализации и других решений, охватывающих полный жизненный цикл продукта — от идеи до утилизации. PLM расширяет возможности автоматизированного контроля над изделием за рамки инженерных лабораторий и конструкторских бюро, которые были основными пользователями предшественников РLM-технологий — CAD/CAM и систем PDM. Решения класса PLM призваны объединить всех участников жизненного цикла, как внутри предприятия-производителя, так и вне его, в том числе поставщиков, заказчиков и организации, занятые послепродажным обслуживанием продукции.

Система PLM охватывает все этапы жизненного цикла изделия (рис. 1).

Рис. 1. Этапы жизненного цикла изделия

Выработка концепции проекта. На основе анализа требований рынка формируется общая идея нового изделия или, что случается значительно чаще, концепция усовершенствований в проекте уже существующего продукта. Система PLM предоставляет информацию, которая может использоваться для анализа жизнеспособности полученной концепции.

Анализ требований рынка. Производитель должен понять, насколько востребован рынком новый продукт, и оценить выполнимость этих требований. На этом этапе система PLM используется для извлечения данных из различных информационных систем, которые могут способствовать получению более точной картины.

Проектирование. Конструкторы создают проект нового изделия — соответствующие САПР и PDM-решения являются интегральной частью PLM-решения. При проектировании используется вся необходимая дополнительная информация, поставщиком которой являются PLM-модули, включая факторы, связанные с послепродажным обслуживанием изделия, информация о предпочтениях заказчика, данные о производственных возможностях и т.д.

Определение источников поставок (PLM-sourcing). Отдел закупок должен провести предварительную работу по поиску источников приобретения необходимых для производства изделия деталей, материалов, компонентов, оборудования и т.д. Задача систем PLM — предоставить достоверные данные о доступности тех или иных деталей/компонентов/материалов, их стоимости, потенциальных поставщиках и возможных альтернативных источниках.

Производство. В соответствии с определенными на этапе проектирования спецификациями и с использованием полученных на этапе поставок деталей и материалов производится продукт. Реализованные в PLM специальные методы контроля качества позволяют гарантировать соответствие производимого изделия заданным спецификациям.

Дистрибуция. Готовое изделие поставляется либо дистрибутору, который размещает его на своем складе до поступления соответствующего заказа, либо непосредственно заказчику. Полученные из системы PLM исторические данные о потребностях рынка помогают производителю свести к минимуму число уровней инвентаризации готовой продукции.

Послепродажное обслуживание. На этом этапе выполняются техническое сопровождение, обслуживание и ремонт — в течение гарантийного срока или как дополнительно оплачиваемый сервис. PLM позволяет учесть различную информацию об изделии, поступающую на этом этапе жизненного цикла, при разработке последующих проектов и тем самым способствует повышению привлекательности продукции для клиентов.

Возможность извлечь из одного источника не только все накопленные на данном проекте знания, но и исторические данные, имеет ключевое значение для повышения эффективности проектирования новой продукции и усовершенствования существующей номенклатуры изделий с целью максимального удовлетворения потребностей заказчиков. Репозиторий PLM позволяет производителю не растерять ценный опыт, накопленный на предыдущих проектах. Возможность не изобретать в очередной раз велосипед крайне важна для производственных предприятий, поскольку, как показывает практика, большинство проектов не несут в себе какой-то исключительной новизны, а являются усовершенствованиями предыдущих разработок.

При наличии централизованного репозитория значительно упрощается контроль за актуальностью информации — PLM становится для компании единственным источником достоверных данных по продукту. Чем раньше будут идентифицированы ошибки или ограничения проекта, которые могут повлиять на конечные характеристики разрабатываемого изделия или просто усложнить процесс его производства, тем меньше затрат понадобится на их устранение. Перепроектирование, а тем более, дополнительное тестирование, переделка или, того хуже, полная отбраковка готовой продукции всегда обходятся изготовителю недешево. Pешения категории PLM позволяют свести к минимуму или полностью избежать подобных расходов, а если учесть, что, по оценкам Aberdeen, не менее 70% затрат на производство и сопровождение продукции приходится на этап проектирования, можно сделать вывод, что PLM обеспечивают не только повышение качества и оптимизацию разработки изделия, но и способствуют снижению затрат на поддержку его жизненного цикла. По данным IBM в сотрудничестве с компанией Dassault Systemes, предлагающей свой РLM-пакет ENOVIA, с применением возможностей PLM экономия затрат на разработку и выпуск продукции у ее клиентов достигает 1 млрд. долл., при этом цикл вывода нового изделия на рынок сокращается с 72 до 16 недель.

В PLM доступ к данным организован на ролевой основе. Система позволяет предоставлять пользователю информацию в форме, соответствующей выполняемым им функциям в жизненном цикле изделия: трехмерные модели, схематические диаграммы, инженерные спецификации (bill of materials, BOM), календарные планы или прогнозы на основе анализа требований рынка. Конструктор будет работать в привычной ему среде САПР, а сотрудник маркетингового подразделения сможет получить из системы представление трехмерной сборки, пригодное для размещения в рекламной брошюре.

Системы CAD/САМ, нашедшие широкое применение в производственных компаниях, повышали эффективность и упрощали работу проектировщиков и технологов, но были слабо интегрированы между собой, а другие подразделения и партнеры компании практически не могли повлиять на процессы разработки и производства изделия, поскольку не имели доступа к таким системам. После последовательного проведения нескольких итераций разработки проект попадал к технологам и в отдел закупок, которые уже никак не могли повлиять на него и подчас были вынуждены идти на неоправданно дорогие траты или поиск дефицитных материалов и деталей и производство изделия на неподходящем оборудовании. Система PLM, объединяющая все структурные подразделения предприятия, позволяет уже на этапе проектирования вносить изменения с учетом проблем, которые могут возникнуть как при производстве, так и при выборе поставщиков комплектующих. В результате не возникнет ситуации, когда невозможность увязать проект со сложностями производственного цикла и задачами закупок приводит к повышению цены и одновременно снижению качества продукции.

С помощью информации, которую интегрирует система PLM, даже не обладая специальными техническими знаниями, сотрудники отдела закупок смогут заниматься поиском нужных деталей и выбором оптимальных каналов поставки непосредственно по данным, поступающим из конструкторских подразделений. По мере развития технологии электронного представления компонентов (component supplier management, CMS) и появления у поставщиков возможностей параметрического поиска, которые будут интегрироваться в PLM, сами конструкторы уже на этапе проектирования получат возможность выбирать подходящие компоненты. По данным Aberdeen, привлечение поставщиков на этапах формирования концепции и проектирования изделия обеспечивает 20% экономии средств на разработку. Кроме того, они все чаще выступают в роли проектировщиков определенных компонентов изделия. Бумажные формы обмена информацией с внешними котрагентами компании-производителя существенно снижают эффективность работы над изделием, поскольку время обнаружения ошибок в проекте влияет на его стоимость и на сроки вывода качественного продукта на рынок. Предположим, производитель автомобилей отдает на аутсорсинг разработку переднего амортизатора. В ходе проектирования корпуса может измениться спецификация для амортизатора — длина, вес или степень упругости. Эти изменения сразу должны быть учтены в проекте, который разрабатывает смежник, что и позволяет сделать среда PLM через механизмы разделения данных для разных участников жизненного цикла изделия.

Если идея интеграции поставщиков комплектующих в процессы проектирования на самых ранних стадиях для ряда производителей, например, в автомобильной отрасли, уже давно перешла в практику, то возможность включения в информационное пространство изделия подразделения и внешние организации, которые занимаются послепродажным обслуживанием, можно считать «ноу-хау» PLM-решений. Знания о том, какие проблемы вызывает техническое сопровождение готовой продукции, ее гарантийное или платное обслуживание, может серьезно повлиять на последующие проекты компании. Если производитель имеет возможность получить такие данные, проанализировать их и реализовать в следующих проектах те характеристики, которые позволят избежать аналогичных проблем для нового изделия, он не только сэкономит свои затраты на послепродажное обслуживание, а сделает продукт, который лучше удовлетворит запросы клиента. А это уже влияеет на имидж и конкурентоспособность производителя.

С помощью PLM заказчики получают возможность декларировать свои требования по улучшению продукта или претензии, связанные с ремонтом, которые будут непосредственно учтены конструкторами при проектировании следующей версии изделия. Таким образом, система PLM обеспечивает всем участникам жизненного цикла, включая и внешних, доступ к данным в реальном времени, реализуя сквозное распространение изменений, внесенных на одном из этапов, на все этапы жизненного цикла. Например, по требованию заказчика одна из деталей изделия будет крепиться в четырех точках вместо трех. Это требование повлечет изменения в спецификации детали и в настройке технологического процесса у поставщика для производства этой детали. В общей спецификации изделия изменится число болтов, необходимых для крепления такой детали, а это в свою очередь повлечет за собой изменения в заказе на закупку и т.д.

В целом, преимущества, которые дает PLM-решение, можно сформулировать следующим образом:

• ускорение вывода новой продукции на рынок, благодаря привлечению к процессам проектирования в реальном времени всех заинтересованных участников, включая внешних поставщиков и заказчиков;
• совершенствование характеристик разрабатываемой продукции и повышение качества, обнаружение недостатков и ограничений проекта на самых ранних стадиях;
• увязка проектирования и производственных процессов: инженеры-технологи становятся интегральной частью команды проектировщиков, благодаря чему проект сразу создается с учетом специфики производственного процесса, включая тестирование, контроль качества и т.д.;
• учет и использование опыта других проектов;
• реализация новой бизнес-модели «виртуального предприятия» — к процессу проектирования и производства привлекаются поставщики, либо работы определенного этапа жизненного цикла продукции передаются на аутсорсинг внешним компаниям.

Производители

В центре объединения различных этапов жизненного цикла, которое реализует система PLM, пока остается ключевой для производства процесс проектирования, поэтому легко объясним тот факт, что первопроходцами современного рынка РLM стали производители САПР и систем PDM: РТС, EDS/SDRC, IBM/Dassault Systems [2]. Аналитики AMR Research выделяют эти компании в группу так называемых САПР-центричных поставщиков решений класса PLM [3]. Другая категория поставщиков в классификации AМR — это производители ERP-систем, такие как SAP, Oracle, Baan. Осознав стратегическое значение для своих заказчиков интеграции всех процессов по выпуску продукции на базе мощной информационной системы, эти компании стали активно предлагать собственные PLM-решения.

Технологические корни систем представителей этих двух групп определяют и основные различия между ними. «САПР-центричные» компании сильны в обеспечении наиболее неформальной, творческой части жизненного цикла изделия — многоитерационного проектирования в среде совместной работы над неструктурированными данными различной степени сложности. На базе этого ядра строятся взаимосвязи остальных этапов жизненного цикла с центральным процессом проектирования, позволяющие понять, какое влияние оказывает проект на производство, определение требований к поставщикам, анализ предпочтений клиента, послепродажное обслуживание, и вывести обратные зависимости. Производства, где быстрые и эффективные модификации и создание новых изделий имеют критическое значение, такие как автомобильная промышленность и авиастроение, составляют основную клиентскую базу поставщиков PLM-решений из этой группы.

Традиционная сфера применения ERP-систем — бизнес-транзакции над структурированными данными, планирование ресурсов, контроль финансовых потоков, управление поставками, обеспечение информации для поддержки управленческих решений, контроль за выполнением плана. Свои PLM-решения компании «ERP-центричной» группы в основном строят вокруг структурированной спецификации изделия (ВОМ), на основе которой интегрируются процессы управления проектами, контроля за конфигурацией изделия, документооборота, управления потоком работ, управления цепочками поставок и взаимоотношениями с клиентами. Получающие сейчас распространение в ряде производственных компаний процессы разработки на заказ (engineer-to-order, ETO) и конфигурирования на заказ (configure-to-order, CTO), которые требуют управления структурой и конфигурацией изделия на протяжении всего жизненного цикла — оптимальная сфера применения таких PLM-систем.

AMR выделяет еще одну группу игроков на рынке РLМ — независимые компании, не имеющие серьезного «веса» ни в сфере САПР, ни в области автоматизации общего управления корпоративными ресурсами — это Agile Software, MatrixOne, Eigner. Их решения имеют развитую функциональность для различных стадий жизненного цикла изделия за рамками трехмерного проектирования, включая поддержку взаимосвязей с внешними партнерами, и интерфейсы для интеграции в среду PLM необходимых САПР и ERP-приложений.

Задачи интеграции разных систем вообще актуальны для современного рынка PLM. На больших проектах может понадобиться комбинация возможностей, как это произошло, например, при реализации программы по созданию аэробуса А380 в компании Airbus, где решения SAP используются совместно с функциональностью систем РТС и IBM/Dassault. У производителя и поставщика могут уже быть установлены модули, на базе которых возможно построение общей PLM-среды. Другой вариант — производитель хочет дополнить имеющиеся у него модули автоматизированного проектирования и управления данными об изделии функциями управления взаимоотношениями с поставщиками и заказчиками, обратясь к решениям другого поставщика. Кроме того, на западном рынке есть целый ряд небольших компаний, производящих продукты, реализующие отдельные функции для управления жизненным циклом изделия, такие как моделирование материалов, 3-D анимация, управление технологическими процессами, поддержка среды совместной работы проектировщиков, тестирование готового изделия, автоматизация закупок, управление инженерными проектами, поддержка технического обслуживания и т.д. Они привлекательны для многих клиентов, поскольку приобретение полномасштабной платформы PLM требует первоначальных затрат в несколько миллионов евро, поэтому компании часто предпочитают «кусочную» автоматизацию, постепенно объединяя модули, приобретенные для решения частных задач. Одна из важных проблем формирующейся индустрии PLM — это стандартизация, возможно, создание в стеке программного обеспечения PLM общего уровня взаимодействия, позволяющего клиентам интегрировать на некую единую платформу оптимальные для себя решения по поддержке разных стадий жизненного цикла продукта.

Сложность PLM-решений как таковых, а также необходимость их интеграции в корпоративную информационную среду клиента, которая может включать самые разные системы — от собственных разработок и унаследованных приложений до последних новинок в области SCM и CRM, объясняет динамику развития профессионального сервиса на рынке РLM.

Потребители

Рис. 2. Распределение прибыли от PLM-решений по функциональности систем

Решения РLM выросли на почве создания расширений к существующим САПР для построения сред совместной работы проектировщиков, поэтому сегодня наибольший процент использования возможностей PLM принадлежит инженерной сфере (рис. 2). Около 75% рынка PLM в 2002 году приходилось на предприятия автомобильной промышленности, ИТ-индустрию, самолетостроение и машиностроение. Эти дискретные производства имеют опыт не одного десятилетия по использованию САПР и PDM-систем, и потому вполне логичен их интерес к новому поколению решений по управлению данными об изделии. Кроме того, эти четыре отрасли в мире представляют уже вполне зрелые рынки, на которых необходимо искать особые пути выделить себя среди конкурентов. Они уже миновали стадию ценовых войн, и теперь на первый план выходят такие параметры, как качество выпускаемой продукции, качество и высокий темп инноваций, эффективность поддержки полного жизненного цикла продукта. Но вслед за ними преимущества PLM-решений начинают по достоинству оценивать и другие отрасли, где необходимо серьезное внимание к стадии проектирования и поддержка достаточно длительного жизненного цикла производимой продукции: производство потребительских товаров и бытовой электроники, строительство, фармацевтика. При этом более 80% рынка PLM остается за дискретными производствами.

Первыми пользователями решений PLM были крупные компании (более 5 тыс. сотрудников) — одной из основных причин является накопленный опыт работы в среде САПР/PDM, ну и, конечно, материальные возможности. Именно их вложения позволяют рынку PLM-решений развиваться в сторону создания готовых пакетов PLM-приложений и постепенного снижения цен, что открывает перспективы использования PLM для средних (от 500 до 5 тыс. сотрудников) и небольших (от 20 до 500 сотрудников) компаний. За повышением интереса к PLM со стороны предприятий этого уровня лежат определенные тенденции в современном производственном бизнесе. Как правило, большинство таких предприятий являются поставщиками для крупных производителей, и потому нуждаются в механизмах увязки своих процессов проектирования и производства компонентов с теми целями, которые ставит «старший» партнер. Более того, основной производитель все чаще передает на аутсорсинг те или иные операции по разработке и сборке компонентов или даже сборке целого изделия. Такая бизнес-модель «виртуального» предприятия требует эффективной автоматизированной среды совместной работы, которую и обеспечивают системы PLM. Однако эта новая категория клиентов более сдержана в своих расходах и более подвержена влиянию экономической нестабильности, поэтому, чтобы иметь успех в этом сегменте рынка, поставщикам потребуется приложить больше усилий по формированию предложений, в которых будет найдено оптимальное для средних предприятий сочетание цены, функциональности, возможностей быстрой инсталляции и простоты в использовании.

Что влияет на темпы распространения PLM-решений

Несомненно, залогом успешного развития и роста рынка PLM является оздоровление глобальной экономической ситуации, которое будет способствовать появлению у предприятий более широких возможностей для инвестиций в перспективные технологии. Аналитики выделяют еще несколько важных факторов, которые оказывают влияние на темпы адаптации PLM-решений клиентами.

Проблема руководства. Полномасштабная инсталляция PLM охватывает практически все подразделения предприятия — конструкторское, инженерное, производственное, отдел закупок, службу контроля качества, маркетинг и продажи, техническое обслуживание. Только руководители верхнего звена имеют достаточные полномочия, чтобы осуществить проект, затрагивающий интересы фактически всех сотрудников организации, однако пока общепринятая практика — возлагать эту задачу на менеджеров инженерных подразделений.

Необходимость преодолевать общекультурные сложности. PLM ставит в центр всех процессов на производственном предприятии создаваемый продукт (вместо бухгалтерских документов, например) и позволяет разделять данные об изделии специалистам разного уровня и квалификации. Возможно, кто-то из сотрудников потеряет осознание собственного исключительного положения, поскольку теперь владение информацией по проекту — не только его привилегия. Несмотря на то что в соответствии с философией PLM процесс проектирования ставится во главу угла в бизнесе производственной компании, нередко приходится сталкиваться с негативным отношением к PLM именно со стороны конструкторских отделов. Благодаря PLM проект становится открытым для других функциональных подразделений и внешних партнеров, и этот факт вызывает у создателей проекта в лучшем случае скептицизм, в худшем — явное неприятие.

Проблемы интеграции. Решения PLM должны сосуществовать с различными корпоративными системами, а также поддерживать интеграцию с решениями компаний-поставщиков и заказчиков предприятия.

Формирование надежных механизмов для разделения интеллектуального капитала. Информация, которая должна быть доступна всем пользователям интегрированной среды PLM, в том числе проектные данные, данные анализа рынка, инновационные прогнозы, уникальные клиентские требования к разрабатываемому изделию являются интеллектуальной собственностью компании. Поэтому в рамках проекта PLM равно необходимы как средства защиты на уровне технологий, так и способы установления доверительных отношений между партнерами.

Формирование репозитория PLM как основного источника достоверных данных о продукте для всех категорий пользователей. Большинство преимуществ использования PLM вытекает из кумулятивных возможностей, которые предоставляют эти системы. При создании общекорпоративного репозитория необходимо обеспечить соответствующие функции электронного хранилища, реализовать средства каталогизации, поиска, разделения данных и визуализации, причем так, чтобы они удовлетворяли разные категории пользователей. Время и усилия потребуются не только для того, чтобы решить эти задачи, но и чтобы довести их преимущества до тех, кому они предназначены.

Стандартизация. В области PLM стандартизация необходима как в сфере представления данных частными САПР и PDM-системами, так и для создания общего синтаксиса для совместного использования данных модулями разных РLM и другими корпоративными системами. Эволюция и адаптация стандартов в этой области, как и в любой другой, требует времени.

Общекорпоративный масштаб PLM-решений (в идеале) ставит и серьезные проблемы их внедрения. Поставщики и консультанты по PLM сегодня стремятся избежать неприятностей, которые почти обязательно сопровождают развертывание решений аналогичной сложности, например, ERP: затягивание сроков проекта, постоянный рост расходов на реализацию и неудовлетворенность заказчика темпами возврата инвестиций. Поэтапная реализация PLM-проектов помогает ускорить окупаемость и получать реальный эффект от внедрения уже через полгода с начала реализации.

Но, несмотря на все трудности, современные производственные компании понимают, что необходимое условие для стабилизации и развития бизнеса — совершенствование всех процессов, связанных с созданием продукции. Чтобы стать известным или удержать репутацию своей марки, надо обеспечивать высокое качество проектирования и производства. А сложные экономические условия подчас только подстегивают: клиенты в это время становятся более разборчивыми.

Поставщики PLM-решений

Литература

1. Aberdeen Group, Worldwide PLM Spending (from the engineering perspective). Forecast and analysis 2001-2005. 2002 December.
2. В. Климов, В. Краюшкин, М. Пирогова, Настоящее и будущее PDM. // Открытые системы, 2002, № 2.
3. M.Burkett, ERP will never meet all the PLM requirements of innovative manufacturers. AMR Research, 2003 February.

---

По данным Aberdeen Group [1] объем рынка PLM-решений к 2005 году составит 5,12 млрд. долл. и его ожидает ежегодный рост, несмотря на стагнацию мировой экономики. К традиционным пользователям — крупным производственным корпорациям — начинают присоединяться средние компании, и наряду с США активно осваивать PLM-решения продолжат Европа и Азия.

***

Выстроить в одной системе всю цепочку процессов жизненного цикла, обеспечить их взаимосвязь и разделение информации на разных стадиях работы над продуктом позволяет централизованный репозиторий, в котором система PLM сохраняет данные, полученные на каждом этапе.

***

По данным Aberdeen, в мире более 50% затрат на PLM-решения приходится на оплату услуг консультантов. Aналитики также прогнозируют повышение интереса к рынку PLM ведущих производителей аппаратного обеспечения, которые могут использовать возможность поставки специально сконфигурированных серверных платформ вместе с приложениями PLM как шанс придать новый импульс продажам своей техники.