Application of the Internet of things for automation of product lifecycle management

Введение

В настоящее время магистральное направление нашего государства – развитие цифровой экономики. Российская экономика существенно отстает от развитых экономик мира, в которых формирование и обработка гигантских массивов информации с помощью ИТ- и смарт-технологий становится повседневной реальностью. Реализация концепции построения смарт-пространства за рубежом нацелена на повышение комфортности среды обитания общества, качества его жизни, формирование «умного» человеческого капитала, рост эффективности использования трудовых и иных ресурсов, что в конечном счете благоприятно влияет на все сферы социально-экономической жизни общества [1] (Gorodnova, Skipin, Rozhentsov, 2019). В корпоративном предпринимательстве можно показать, что новый спрос также может быть создан не только предпринимателями, но и клиентами, и другими элементами их экосистем [2] (Petrenko, Denisov, Koshebaeva, Koroleva, 2019). В течение многих десятилетий в разных компаниях актуальной задачей является управление жизненным циклом изделия на всех этапах [3], получение обратной связи от потребителей с учетом возрастающей конкуренции, сокращения длительности жизненного цикла сокращающимися сроками разработки и производства изделий. Одной из динамичных отраслей, активно применяющей системы управления жизненным циклом, является электроника и электронное машиностроение. Важным фактором при создании продукции является не только применение передовых технологий для обеспечения конкурентоспособных характеристик, но и быстрое воплощение технологий в массовых продуктах с минимальным или отсутствующим процентом брака, а также безусловным учетом потребностей потребителей и особенностей жизненного цикла продукта. В случае массовости тиражей продукта сбор обратной связи, систематизация и учет данных оборачиваются значительными сложностями и требуют автоматизации. В настоящей работе детально раскрывается процесс создания передового продукта с учетом особенностей жизненного цикла и способов повышения конкурентоспособности. В качестве базового объекта для анализа взят современный телевизионный приемник (смарт-ТВ). Несмотря на кажущуюся простоту, стоит отметить, что это сложнейший комплексный продукт, большинство компонентов которого разрабатываются заново для каждой новой продуктовой линейки [4]. Фактически современный телевизор – это устройство класса «Интернета вещей», подключенное к интернету и предоставляющее сервисы конечному потребителю [5]. Причем большое количество таких вещей, распределенных на мировом рынке, помогает вендору практически бесплатно осуществлять исследования рынка, осуществлять мониторинг пользовательских предпочтений [6] (Anufrienko, 2019), предоставлять новые сервисы в потребительском (B2C) и бизнес- сегменте (B2B). С технической точки зрения современный смарт-телевизор – это не просто телевизионный приемник, а медиацентр, позволяющий не только принимать телевизионные сигналы в современном цифровом формате и отображать на дисплее, но и улучшать качество видео в режиме реального времени, проигрывать видео и аудио, осуществлять работу в интернете [7] (Zeng, Jiang, Duan, 2019), обновлять встроенное программное обеспечение, взаимодействовать со сторонними устройствами [8] (Alam, Khusro, Naeem, 2017), собирать и систематизировать клиентский опыт, в том числе информацию о неисправностях [9-10] (Sang Yun Lee, Sang Taick Park, 2013; Bures, Macik, Ahmed, Rechtberger, Slavik, 2020).

Состав продукта и жизненный цикл

К ключевым компонентам телевизора относятся: дисплей, медиапроцессор, корпус, операционная система, материнская плата с основными электронными компонентами, блоки управления подсветкой, акустическая система, блок питания, ТВ-приемник, пульт управления.

С точки зрения потребителя жизненный цикл продукта составляет в среднем в мире – 7 лет. То есть в среднем потребитель меняет телевизор 1 раз в 7 лет. При этом вендор осуществляет поддержку продуктовой линейки не более 3–4 лет после производства. Каждый год на рынке появляется новая продуктовая линейка. Поэтому в течение года продукт должен быть спланирован (требования к продукту), разработан, протестирован, произведен, упакован и отгружен в магазин. Далее осуществляется поддержка, преимущественно связанная с программным обеспечением. Планирование и организация исследований и разработок (R&D) и производственного процесса в сжатые сроки представляет собой значительную проблему, исключающую право на ошибку.

Рисунок 1. Этапы создания продукта

Источник: составлено автором.

Как видно из рисунка 1, осуществляется не последовательная, а параллельная независимая разработка. При этом централизованно осуществляется обмен данными между CAD/CAM/CAPP/MES и другими подсистемами, что снижает вероятность ошибки на всех этапах. Для процессора создаются и тестируются новые алгоритмы, осуществляется производство и тестирование чипов. Проектируется материнская плата, выбираются оптимальные компоненты. На этапе сборки все независимо созданные компоненты идеально стыкуются между собой.

Особенности R&D процесса

На этапе планирования и R&D итеративно оцениваются экономические показатели, их технические характеристики, такие как себестоимость и конкурентные цены, баланс между конечной ценой продукта и его характеристиками. Оценивается показатель стоимости материалов bill-of-materials (BOM) для каждого из компонентов и общее соотношение характеристик.

Соответственно, для каждого компонента определяется целевая функция по стоимости в виде:

(1)

При этом, чем больше факторов учитывается, тем выше вариабельность системы в целом и возможность для минимизации себестоимости.

Компоненты-кандидаты на вхождение в систему оцениваются по критериям надежности, цены, доступности в требуемых тиражах, надежности и репутации поставщиков, возможности оперативной замены.

На этапе исследований и разработок применяется особый метод под названием «быстрое прототипирование», когда для подтверждения характеристик ряда узлов создаются действующие прототипы. В случае подтверждения узел принимается в работу, в случае недостижения характеристик вырабатывается управленческое решение. Фактором успеха является качество данной работы, безошибочность и высокая скорость. Высокую скорость работы обеспечивает ведение всех процессов в электронном виде и многократная перепроверка результатов. Ошибки, пропущенные во время планирования и этапа R&D, оборачиваются проблемами на этапе производства и поддержки.

Особенности производства

Речь идет не о штучном, а массовом производстве, для которого характерны сравнительно более долгий цикл подготовки и обеспечение надежности и качества при миллионных тиражах. Например, ошибка в проектировании процессора приведет к тому, что процессор окажется неработоспособным и конечный продукт не появится на рынке. А у конкурентов появится. Компоненты целостной системы должны идеально стыковаться друг с другом. Операционная система как программный компонент, в отличие от аппаратных составляющих, позволяет осуществлять обновления, поэтому наращивание функционала может производиться на любом этапе жизненного цикла, а также во время периода поддержки. Аппаратную составляющую необходимо делать с первого раза без ошибок.

Особенности поддержки

Особенности постпродажной поддержки продукции также претерпели изменения за 20 лет. Ранее при поломке продукта приглашался мастер, который менял вышедший из строя компонент, а вопрос поддержки вендора сводился к взаимодействию с ремонтными мастерскими.

Рисунок 2. Автоматизация сбора клиентских предпочтений и их отражение в новых изделиях

Источник: составлено автором.

Сегодня жизненный цикл сократился, сложность схемотехники, стоимость и миниатюризация не оставляют возможности для качественного кустарного ремонта. Изделие является не только продуктом, но и средством диагностики, что представлено на рисунке 2. А множество продуктов – сетью устройств IoT. Что дало возможность потребителю продукции быть ближе к производителю, чем это было ранее.

Заключение

Чрезвычайно важным является баланс стоимости компонентов и возможность управления ценой на этапах планирования и R&D. Если компоненты целостной системы разрабатываются и производятся в контуре одной компании, то управление процессами обеспечения качества продукции, производства и управления стоимостью благодаря предсказуемости представляются более простой задачей. Отсутствует зависимость от внешних поставщиков. Поэтому мировые лидеры стремятся к обеспечению консолидации ключевых технологий в своем контуре, а также к контролю за максимальным числом параметров продукта. Компании, которые стремились к интеграции и не имели технологий, как правило, покинули рынок, не выдержав конкуренции, либо имеют низкую маржинальность. Резюмируя вышеизложенное, можно отметить, что факторами успеха в создании и поддержке продукции мирового уровня являются:

§ наличие конкурентоспособных технологий;

§ кадры, способные создавать и развивать технологии;

§ инвестиции в исследования и разработки (R&D) как фактор превосходства;

§ быстрое прототипирование;

§ собственная разработка номенклатуры ключевых компонентов;

§ способность регулировать цены на компоненты;

§ постоянное стремление к снижению себестоимости;

§ обеспечение короткого времени выхода на рынок (time-to-market) ;

§ владение инструментами систем полного жизненного цикла.