Технико-экономические аспекты разработки и внедрения специализированной онтологии для управления жизненным циклом продукции в машиностроительной отрасли

Введение

Объем данных в рамках жизненного цикла (далее – ЖЦ) продукции машиностроительной отрасли постоянно растет под влиянием роста сложности компонентов, их количеств, увеличения числа участников, требований, сопровождающей документации, пр. В условиях быстроразвивающихся технологий эффективное производство должно стремиться к минимизации времени выполнения заказа и оптимизации ресурсов и процессов управления жизненным циклом (далее – УЖЦ), учитывая интересы всех участников процесса и адаптируясь к постоянно меняющимся реалиям [1] (Garina, 2019). Общей проблемой УЖЦ является обеспечение эффективности интегрированной поддержки высокотехнологичной продукции в современных условиях. Наиболее актуальной данная проблема является для долгосрочных контрактов жизненного цикла (далее – КЖЦ) с участием множества контрагентов: заказчик – головной исполнитель – проектант – соисполнители.

С 2008 года Европейский центр экспертизы КЖЦ [2] (Shpakova, 2017) проводит аналитические и статистические исследования и предоставляет консалтинговые услуги в рамках реализации проектов на основе КЖЦ. Теоретические исследования по данной теме сфокусированы на проблеме взаимодействия и мотивации участников КЖЦ в рамках институциональной теории [3] (Melnik, 2018), вопросе выбора для сотрудничества внутренних подразделений или внешних субъектов. Многие исследователи сходятся в выборе стороннего участника (поставщика услуги), опираясь на вопросы эффективности [4] (Khutyz, 2017). Говоря о государстве, выбор частного поставщика основан на идеологических аргументах, связанных с прозрачностью деятельности правительства, чья функция может заключаться в оптимизации общественного излишка, удовлетворенности конечных потребителей или лобби политика [4] (Khutyz, 2017).

Одним из перспективных направлений исследований являются институциональные ограничения, существующие в разных странах и определяющие особенности контрактных взаимоотношений государства и частных фирм. На данный момент сформировались четыре основных направления теоретических исследований: финансирование, факторы успешной реализации, риски, длительность контракта [5].

Целью настоящей работы является разработка подходов к снижению транзакционных издержек, возникающих при заключении КЖЦ на машиностроительную продукцию специального назначения. Научная новизна предложенных в работе подходов состоит в создании специализированной единой онтологии предметной области для формализации данных и знаний в рамках УЖЦ продукции. Авторская гипотеза состоит в том, что разработка и внедрение специализированной онтологии позволит сократить транзакционные издержки, возникающие при движении технически сложной машиностроительной продукции по стадиям жизненного цикла, а также создаст инфраструктуру для дальнейшего внедрения технологий Индустрии 4.0, за счет чего станет возможным повышение эффективности УЖЦ и уменьшение общей стоимости ЖЦ изделия.

Основные характеристики контрактов жизненного цикла и особенности их применения

Согласно ч. 16 ст. 34 Закона № 44-ФЗ «О контрактной системе в сфере закупок работ, услуг для обеспечения государственных и муниципальных нужд», под контрактом жизненного цикла подразумевается заключение долгосрочного соглашения между государством и частным исполнителем, в рамках которого второй берет на себя обязательства по закупке или проектированию, строительству, ремонту, эксплуатации или утилизации объекта закупки [1] (Garina, 2019). В экономически развитых странах такие контракты являются вариантом взаимовыгодного партнерства между производителем и государством, при котором одна сторона проектирует, производит, обслуживает объект закупки. Такие контракты различаются по количеству стадий жизненного цикла объекта закупки, которые покрываются в рамках контракта, и схемой его финансирования.

Основной характеристикой КЖЦ является создание изделий или услуг и их предоставление в пользование в соответствии с заранее согласованными требованиями, а не их эксплуатация. Также в рамках КЖЦ исполнитель, являющийся частным партнером, не несет рисков, связанных со спросом на объект контракта, потому что получает доход не от конечных потребителей, а от государственного партнера в виде платежей за «функциональную доступность» объекта контракта, а именно за соответствие объекта согласованным функциональным требованиям. В течение срока действия контракта заказчик обязуется производить выплаты исполнителю на заранее согласованных условиях. Выбор исполнителя для заключения КЖЦ с участием государства производится на основе конкурсной процедуры. КЖЦ применяется в отношении объектов государственной и муниципальной собственности, а также услуг, исполняемых и оказываемых государственными и муниципальными органами, учреждениями и предприятиями в целях реализации общественно значимых проектов. КЖЦ является договором, включающим в себя элементы различных договоров, предусмотренных федеральными законами.

В рамках КЖЦ взаимодействуют государство в роли заказчика, формирующего перечень требований к объекту закупки, выбирающего исполнителя/поставщика на конкурсной основе, а также осуществляющего платежи согласно условиям контракта; производственные предприятия или частные компании в роли исполнителя, реализующего проект на всех этапах контракта с привлечением соисполнителей, обеспечивающего соответствующие требованиям характеристики и качество объекта и передающего объект в собственность заказчику на этапе эксплуатации; конечные потребители объекта закупки.

КЖЦ предоставляет ряд преимуществ как для заказчика, так и для исполнителя. Для заказчика это:

· объединение стадий ЖЦ объекта закупок (проектирование, производство, поставка, обслуживание, утилизация) и повышение за счет этого мотивации и качества выполнения работ исполнителем, который ответственен за все этапы ЖЦ продукции и работает с их результатами;

· снижение организационных издержек на выбор и взаимодействие с исполнителями и поставщиками, так как это ложится на исполнителя;

· объединение всех этапов в единый цикл, позволяющий оптимизировать затраты на выполнение контракта за счет более эффективного использования ресурсов исполнителя.

Преимущества использования КЖЦ для частного партнера:

· возможность самостоятельного выбора средств реализации контракта;

· стабильность партнерства с государственным заказчиком, а также долгосрочное финансирование;

· загруженность производственных мощностей на период контракта;

· прибыль проекта не зависит от итогового спроса на произведенную продукцию.

Что касается рисков, то для частного партнера проблемой может являться задача привлечения значительного объема инвестиций на начальном этапе, а также некорректное планирование издержек в долгосрочном периоде [3] (Melnik, 2018). Для государственного партнера риски можно разделить на политические (отсутствие регулирования, изменение законодательства), комплексные (риски, связанные с изменением технических требований к предмету закупки в течение ЖЦ), коммерческие (проблема долгосрочного планирования) [4] (Khutyz, 2017).

Для реализации КЖЦ на производство специальной техники часто используется концепция контрактов с возмещением затрат на проектирование и производство. Такие контракты появились вместе с потребностью в сложных военных системах, где принципиально важны были технико-тактические характеристики военной техники (достижение коэффициента готовности). Контракты с возмещением затрат на проектирование и производство предполагают разработку уникальных изделий, обладающих новыми характеристиками для удовлетворения требований заказчика. Главным условием со стороны заказчика являются технические характеристики и требования к продукту, сроки реализации, а также максимально допустимый бюджет. Для таких контрактов важную роль имеет взаимодействие производителя с заказчиком, в идеальной концепции – и с будущим потребителем производимой продукции, за счет чего обеспечивается наращивание научно-технического и военно-технического потенциала при экономическом стимулировании изготовителя наукоемких изделий, прежде всего в области НИОКР, военных и двойных технологий.

КЖЦ с возмещением затрат на проектирование и производство для случаев сложных и уникальных продуктов позволяет добиться максимального соблюдения технических требований за счет того, что все обоснованные затраты будут покрыты заказчиком [7] (Kuznetsova, Kondusov, Kornipaeva, 2017). При этом данный подход требует от производителя ведения полной спецификации видов работ и учета затрат по ним, включая привлечение субподрядных организаций и их работ, используемых материалов и деталей, ведение строгой отчетности и учет всех затрат на проектирование и производство. Для заказчика становится важным постоянный контроль за технико-экономической деятельностью производителя с учетом необходимости верификации получаемых данных. При этом мониторинг [8] (Kuznetsova, Kondusov, Serdyuk, Sergeev, 2017) со стороны заказчика посредством единого информационного пространства, реализуемого системами УЖЦ, гарантирует эффективные методы проведения работ и эффективный контроль над затратами при выполнении контракта.

Обладая долгосрочным характером, КЖЦ в терминологии теории контрактов является неполным контрактом, что означает невозможность прописать в договоре все возможные условия относительно будущих событий. Это автоматически предполагает необходимость постоянного вмешательства (включая использование судебной системы) для корректирования условий договора и урегулирования спорных моментов. Виттингтон в своем исследовании сравнивает два проекта в автодорожной индустрии в США, финансирование в которых реализовывалось с помощью традиционных государственных закупок и с использованием КЖЦ [9] (Whittington, 2012). При равной общей стоимости проектов (около 27,5 млн долл.) в случае использования КЖЦ транзакционные издержки оценены в 3,5 млн долларов. Исследование ОЭСР [10] выявило тенденцию роста транзакционных издержек, которые на данный момент являются большой частью расходов, а их рост негативным образом влияет на ценность использования КЖЦ.

Проблемы управления жизненным циклом изделия в условиях цифровизации производства

Согласно ГОСТ 56136-2014, ЖЦ – это совокупность явлений и процессов существования типовой конструкции изделия от ее замысла до утилизации или отдельного экземпляра изделия от момента завершения его производства до утилизации [11]. ЖЦ изделия состоит из стадий, выделяемых по признакам работ на них и их результатов. Стадии ЖЦ, в свою очередь, делятся на этапы, выделяемые по признакам контроля проверки характеристик проектных решений типовой конструкции и (или) физических характеристик экземпляров изделий.

Концепция ЖЦ изделия развивается более шестидесяти лет, описывая каждую стадию продукта. Между тем наряду с появлением и развитием систем автоматизированного проектирования (далее – САПР) постепенно росли проблемы с доступностью данных и контролем над изменениями, связанным с ними [12]. В качестве решения были разработаны и внедрены системы управления данными о продуктах для обеспечения простого, быстрого и безопасного доступа к актуальным данным на этапе проектирования [13] (Ameri, Dutta, 2005). Однако такие САПР аккумулировали лишь часть всей информации жизненного цикла продукта [14] (Elgueder, Cochennec, Roucoules, Rouhaud, 2010) и не могли обеспечить достаточной поддержки «неинженерных» данных. Тогда была предложена концепция УЖЦ для поддержки процессов сбора, представления, извлечения и повторного использования как инженерных, так и «неинженерных» знаний в течение всего жизненного цикла продукта, предназначенная для упрощения управления знаниями в рамках предприятия или между предприятиями [13] (Ameri, Dutta, 2005). Таким образом, УЖЦ суммирует все действия, связанные с проектированием, производством, использованием и поддержкой продукции, и включает в себя процессы от первых идей до утилизации [15] (Stark, 2011).

Главной задачей УЖЦ является обмен информацией и знаниями между всеми участниками в течение всего ЖЦ изделия. Это нетривиальная задача, поскольку различные программные системы, используемые сегодня предприятиями для поддержки своих бизнес-процессов, часто полагаются на разные модели данных и не имеют возможности интеграции друг с другом. Также данные разных этапов ЖЦ хранятся в отдельных системах, которые обновляются различными отделами, ответственными за свою единицу этапа ЖЦ [1] (Garina, 2019). Эти системы со временем расширяют функциональность и ориентируются на индивидуальные требования конкретного отдела, поэтому модели продуктов, форматы данных и поддерживаемые процессы часто различаются в этих системах, что значительно снижает эффективность управления ЖЦ и ведет к повышению транзакционных издержек.

Существует несколько моделей для разделения жизненного цикла продукта на отдельные фазы. В зависимости от конкретного продукта, фазы могут включать в себя различные бизнес-процессы. В контексте производства этап проектирования состоит из разработки требований, спецификации продукта и прототипирования. Большая часть исследований и разработок происходит на этом этапе. Далее на этапе производства описываются процессы, связанные с заготовкой и производством компонентов продукта, а также их сборкой. На этап использования изделия приходится большая часть управления запасными частями и обслуживания клиентов. Жизненный цикл продукта заканчивается фазой утилизации. Продукт частично обновляется путем замены компонентов или полностью перерабатывается в случае принятия решения об утилизации. Действия на всех этапах могут отличаться в зависимости от компонентов продукта. Большинство высокотехнологичных продуктов состоят из нескольких типов компонентов, например: электронных, механических, гидравлических, пневматических, программных. Для каждого из этих типов создаются определенные данные, которыми требуется управлять. Этот процесс может поддерживаться в цифровом виде программными средствами УЖЦ. Наиболее распространенные данные ЖЦ высокотехнологичного продукта, которым нужно управлять, – это метаданные продукта, такие как идентификационный номер, размер, вес или условия хранения. В зависимости от отрасли, могут быть актуальны и другие артефакты, например: технические характеристики, геометрические чертежи или 3D-модели, обычно представляемые в виде данных САПР, руководств и отчетов об испытаниях.

Тренд развития информационно-логистических систем демонстрирует движение от систем, автоматизирующих деятельность отдельного предприятия, к платформам и даже экосистемам реального времени, автоматизирующим и оптимизирующим совместную деятельность участников [16] (Shiboldenkov, Nesterova, 2019). Одно из основных требований к таким платформам – это децентрализация управления едиными данными на протяжении ЖЦ продукции.

Основополагающим условием децентрализованного управления данными является формирование единого пространства справочников материалов и комплектующих, на основе которого все участники ЖЦ будут строить свои процессы и модели [18] (Evgenev, 2014). Использование единого информационного пространства и дальнейшая интеграция на концептуальном уровне обеспечит следующие преимущества:

- сокращение информационного разрыва между стадиями и участниками ЖЦ, что позволит выстроить сквозной процесс, учитывающий требования, допущения и стандарты, вовлечь всех участников и эффективно использовать собранные данные;

- актуализация и консолидация данных, а также управление требованиями заказчика, учитывая версионирование, возможную верификацию участниками и использование интеллектуальных аналитических и предиктивных инструментов, что, в свою очередь, повысит качество обслуживания и увеличит его срок;

- сокращение разрыва длительности цикла «проектирование – производство» за счет минимизации потерь времени при переходе от одной фазы ЖЦ изделия к другой за счет сквозной автоматизированной поддержки процессов;

- снижение непроизводственных затрат конструкторов и технологов при подготовке документации, а также ее формализация, что позволит участникам процессов сконцентрироваться на основных задачах;

- снижение стоимости разработки за счет унификации и повышения доли заимствованных деталей и узлов;

- ускорение процесса разработки изделий за счет значительно большей оперативности обмена информацией между участниками;

- повышение управляемости и прозрачности работы конструкторских, технологических и производственных подразделений (улучшение системы управления потоком работ на проекте);

- организация совместной работы распределенных коллективов, в том числе международных;

- соответствие принятым стандартам, а значит, расширение рынков сбыта.

Таким образом, очевидна потребность в разработке подхода, позволяющего формализовать данные и знания в рамках УЖЦ продукции.

Подход к разработке и внедрению специализированной онтологии

Внедрение и развитие унифицированных систем напрямую влияет на транзакционные издержки, позволяя оптимизировать и значительно снижать их. Единое информационное пространство упростит взаимодействие как между заказчиком и производителем, так и между производителем и субподрядчиками [17].

Одним из наиболее эффективных способов хранения, управления и извлечения информации с учетом всех вышеперечисленных особенностей является онтология. Основной задачей онтологии является формализация знаний конкретной области с использованием концептуальных схем. Эти схемы включают в себя классы объектов, связи между ними и правила, актуализированные для этой области. Сами онтологии включают в себя атрибуты, понятия, экземпляры и отношения. Экземпляр – низкоуровневый компонент, являющийся абстрактным или физическим объектом. Классификация подобных объектов – одна из основных задач онтологий. Понятие – это группа, включающая в себя экземпляры и другие понятия. Атрибуты – именованные значения, используемые для хранения информации, которая относится к объекту. Атрибут может быть сложным типом, например другим объектом.

Согласно [19], онтология предметной области определяется как кортеж следующего вида: 𝑂𝑑 = 〈𝐶, 𝐴, 𝑅,𝐷〉, где C – множество классов предметной области, A – множество атрибутов этих классов, R – отношение частичного порядка на множестве классов, 𝑅 ⊆ 𝐶 × 𝐶, 𝐷 – множество областей допустимых значений атрибутов.

Классы определяются тройкой 〈𝑑_𝑖, 𝐹(𝑑_𝑖), 𝑉(𝑑_𝑖)〉, где 𝑑𝑖 – имя класса, 𝐹(𝑑_𝑖) = {𝑓_𝑖𝑗} – множество признаков класса, 𝑉(𝑑_𝑖) = {𝑣_𝑖𝑞} – объем класса, 𝑣_𝑖𝑞 – объекты, имеющие признаки 𝐹(𝑑_𝑖).

Пусть 𝐵(𝐹(𝑑_𝑖)) = {∅, 2^|𝐹(𝑑)|} – булеан содержания множества признаков 𝐹(𝑑_𝑖) некоторого класса 𝑑_𝑖, где 2^|𝐹(𝑑)| – множество всех подмножеств содержания 𝐹(𝑑_𝑖). Элементы булеана образуют частично упорядоченное множество по включению его элементов – решетку (𝐵(𝐹(𝑑𝑖)) ≤, ∧, ∨).

Любой элемент 𝐹(𝑑_𝑖) ∈ 𝐵( [𝐹(𝑑_𝑖)), 𝐻 ∈ [1, 2^|𝐹(𝑑)|] полученной решетки считается содержанием некоторого класса 𝑑_𝑖^𝐻, обобщающего понятие 𝑑_𝑖, если 𝐹(𝑑_𝑖^𝐻) ⊆ 𝐹(𝑑𝑖).

Решетка 𝐾(𝑑_𝑖) = (𝐵(𝐹(𝑑_𝑖)) ≤, ∧, ∨) всех подмножеств содержания начального класса 𝑑_𝑖 называется концептуальным «каркасом» онтологии предметной области. Концептуальный «каркас» онтологии предметной области является необходимой структурой, содержащей начальный класс 𝑑_𝑖.

Онтологии, описывающие концепцию УЖЦ, можно разделить на три различные группы: инженерные, производственные и онтологии жизненного цикла [20]. Инженерные онтологии описывают продукт или процесс и его особенности, например сверление отверстий, а производственные онтологии описывают ресурсы и процессы на уровне производства, например станки или этапы производства. Онтологии жизненного цикла описывают сквозное управление ЖЦ, фокусируясь на более абстрактных понятиях. Они также могут описывать продукты или машины, но не в том виде, что две рассмотренные ранее, так как сосредотачиваются на связи ресурсов и информации между различными этапами ЖЦ. Онтологии жизненного цикла затрагивают абстрактный метауровень управления данными.

Особое внимание в рамках УЖЦ отводится этапам проектирования и производства, так как принято считать, что именно эти два этапа оказывают максимальное влияние на качество финальной продукции в машиностроительной отрасли [21] (Lee, Ma, Thimm, Verstraeten, 2008). Стоит отметить, что спецификация в рамках УЖЦ может покрывать подсборки, составные части, материалы, необходимые для производства финальной продукции [26] (Reid, Sanders, 2010), однако спецификация на этапе проектирования чаще всего отличается от производственной.

Факт отличия спецификаций иллюстрирует различные взгляды на одно и то же в реальном мире. Конструкторская спецификация описывает только форму и функционирование, а производственная дополняет технические характеристики, способ производства или поставщика. Это говорит о том, что несколько производственных деталей могут быть видом одной и той же конструкторской детали. Описанное различие может применяться и на уровне продукта. К тому же могут существовать версии для конкретного региона или клиента, основанные на той же функциональной концепции.

В машиностроении функциональность продукта определяет его структуру. Например, можно разделить грузовой автомобиль на двигатель, шасси и кузов. В реальных же условиях его структуру можно разделить на электрику, гидравлику и т.д. Производственная структура, в свою очередь, состоит из сборок. Например, группа электрических элементов никогда не будет представлена в производственной спецификации, ведь они никогда не будут собраны в физическую сборку.

Также отметим, что спецификой УЖЦ в отечественном машиностроении может являться создание технологий двойного назначения с потенциалом применения в перспективных образцах военной и гражданской техники [22, 23] (Drogovoz, 2011; Sadovskaya, Drogovoz, Kulikov, Streltsov, 2012). Зарубежный опыт развития национальных инновационных систем также свидетельствует о военно-гражданской интеграции процессов производства наукоемкой продукции машиностроения [24, 25] (Drogovoz, Paskhina, 2011; Drogovoz, Kulikov, Raldugin, 2016).

С учетом всех задач и потребностей следует выделить ряд специфичных требований к специализированной онтологии в области управления жизненным циклом продукции машиностроительной отрасли.

1. Разграничение понятий продукта и экземпляров продукта. Обычно термин «продукт» используется как концепция, представленная моделью, чертежом, а также как его физическая реализация. При этом конкретный грузовой автомобиль со своим идентификатором, в который встроены определенные части, например конкретный двигатель со своим идентификатором, является экземпляром продукта.

2. Представление данных продуктов и деталей для разных этапов УЖЦ. Виды деталей, используемых в продуктах, различаются в зависимости от стадий УЖЦ и участников. Поставщик может рассматривать деталь как сборку, в то время как производитель считает ее частью, не имеющей подструктуры и относящейся к производителю. Существуют различные требования в отношении информации и моделей для деталей, поскольку они сильно зависят от стадий. Например, на ранней стадии проектирования детали могут не нуждаться в наборе параметров для метода заготовки, в то время как эта информация потребуется для планирования производства на стадии изготовления.

3. Модели распределенного рабочего процесса. В УЖЦ информация о продукте, как и сам продукт, меняется на разных этапах. Онтология требуется для поддержания рабочих процедур, регулирующих процессы внутри предприятия и между его участниками. Информация может быть доступна, проверена, изменена, передана или взята в качестве входных данных для этапов производства, например сборки узла в соответствии с производственной спецификацией. Рабочие процедуры, поддерживающие эти процессы, должны быть структурированы в зависимости от процессов: слабо – для динамических процессов в начале разработки продукта, сильно – на этапе согласования изменений производственных документов продукта, уже находящегося в производстве или даже используемого.

4. Безопасное управление распределенными группами и управление правами доступа. УЖЦ включает в себя предоставление достоверной информации уполномоченному участнику в определенный момент, поэтому обеспечение верных прав доступа для защиты конфиденциальности, целостности и доступности всей информации крайне важно. Необходимо учитывать распределенные настройки, в том числе международные, поскольку участники ЖЦ часто находятся и работают в разных странах с различными законодательством, регламентами и стандартами. Онтология должна поддерживать создание наборов правил для управления правами с учетом таких особенностей.

5. Подход к проектированию. Модель предлагаемой онтологии следует наиболее распространенному подходу в литературе по УЖЦ, применяя частично центрированную модель, поскольку части продукта являются объектами, которые по своей природе содержат большую часть данных продукта. Часть – это конкретная сущность в продукте, а не документы, связанные с продуктом. Данные разных этапов жизненного цикла, аккумулируемые в различных системах, должны быть сохранены и синхронизированы, а также поддерживаться в актуальном состоянии и быть доступными для всех отделов. Проекты, основанные на фундаментальной онтологии, обеспечивают богатую семантику за счет семантической основы для формализации информации о продукте и отношений между ними.

Разрабатываемая специализированная онтология должна представлять собой точную семантику для обеспечения взаимодействия с другими онтологиями. Необходимо предусмотреть возможность использовать ее повторно или расширить выборочно ее части. Модульность является необходимым условием расширяемости, т.е. добавления новых функциональных возможностей или интеграции новых предметно-ориентированных знаний. Расширяемость необходима для применения онтологии в различных секторах, таких как автомобилестроение, авиация, строительство и т.д.

Подход к оценке экономической эффективности применения специализированной онтологии в контрактах жизненного цикла

Для проверки гипотезы о том, что разработка и внедрение специализированной онтологии позволят сократить транзакционные издержки, тем самым снижая общую стоимость ЖЦ изделия, определим источники экономических выгод от применения специализированной онтологии. Анализ стоимости жизненного цикла (далее – СЖЦ) обеспечивает основу для последующего определения предполагаемых общих дополнительных затрат на разработку, производство, использование и утилизацию конкретного объекта.

Анализ СЖЦ – это экономический анализ, направленный на оценку общих затрат на производство, эксплуатацию и вывод из эксплуатации продукта. Этот анализ предоставляет важные исходные данные для процессов принятия решений на этапах проектирования, разработки, использования и утилизации [27] (Furch, 2011). Прогнозирование стоимости жизненного цикла при проектировании модели продукта реализуется методами статистики и нейронных сетей. На ранних стадиях проектирования осваивается более 70% от общей стоимости жизненного цикла продукта, и важно принимать во внимание альтернативные конкурирующие концепции с их преимуществами и выгодами. Производители могут оптимизировать свои проекты, оценивая альтернативы и проводя исследование по оптимизации затрат и выгод. Чтобы оптимизировать СЖЦ, они могут оценить различные стратегии эксплуатации, технического обслуживания и вывода из эксплуатации. Анализ СЖЦ может быть эффективно использован при оценке затрат на конкретные виды деятельности, например, при оценке различных концепций и подходов к техническому обслуживанию, решении проблем конкретной части продукта или решении проблем, связанных только с жизненным циклом выбранного продукта или фазы и стадии ЖЦ [28, 29] (Mai, Xu, Sun, Wang, Fan, Sun, 2011).

Анализ СЖЦ используется для оптимизации концепции проекта и наиболее эффективен на ранних стадиях ЖЦ. Тем не менее анализ также может быть актуализирован и использован на последующих стадиях для поиска областей значительной неопределенности затрат и риска. Полученные затраты ЖЦ могут быть использованы для расчета срока службы или установления оптимального интервала обслуживания изделия [27] (Furch, 2011).

В общем случае при оценке эффективности эксплуатации объекта в течение жизненного цикла следует ориентироваться на метод расчета чистой приведенной стоимости (Net Present Value, NPV) с определенными оговорками:

где – денежные притоки от использования объекта на интервале ; – денежные оттоки на создание, содержание и обслуживание объекта на интервале ; – транзакционные издержки на интервале ; – ставка дисконтирования, t – интервал жизненного цикла объекта; – планируемое время эксплуатации; – затраты на утилизацию.

Поскольку выгоды от проекта (потребительская ценность блага) не зависят от типа контракта, можно сконцентрироваться только на затратах, которые складываются из стоимости самого проекта (проектирование и производство объекта, его дальнейшее обслуживание) и сопутствующих ему транзакционных издержек. Определим чистую приведенную сумму этих затрат (Net Present Costs, NPC) для КЖЦ следующим образом:

где – инвестиции в создание объекта на интервале t = 0; – текущие затраты на содержание и обслуживание объекта на интервале t; – планируемое время эксплуатации; – затраты на утилизацию.

К транзакционным издержкам относятся сопутствующие производству косвенные затраты на поиск, актуализацию и консолидацию информации, необходимой для проектирования, производства и эксплуатации, заключение контрактов с субподрядчиками и поставщиками, издержки координации и т.д.

Транзакционные издержки можно разделить на три категории: сделки, управление, способы принятия управленческих решений.

К сделкам относятся издержки, формирующиеся при взаимодействии участников контракта с целью соблюдения условий и максимизации своих эффектов, а также издержки на ведение переговоров и принятие решений. Управленческие издержки обусловлены проблемами контроля, разделения ответственности, доступности и полноты информации. Что касается причин возникновения управленческих издержек, то наиболее распространенной является ситуация, когда инициатива принадлежит одному участнику процесса, а полномочия принимать решения – другому, при этом между ними существует разрыв. Здесь возникают затраты на достижение соглашений, которые, в свою очередь, могут и не быть достигнуты.

Обобщенно можно утверждать, что предпосылками к появлению транзакционных издержек являются неполнота и несовершенство информации, а также отсутствие единой версии правды для всех участников контракта, неполная спецификация прав собственности, отсутствие формализации договоренностей и разделения ответственности, а также оппортунизм, заключающийся в преследовании контрагентами личных целей.

Структуру издержек можно представить как множество издержек при переходе между этапами ЖЦ, т.е. при передаче от одного ответственного за стадию к другому:

где – транзакционные издержки i-ой операции на t-ом интервале ЖЦ; – количество операций на t-ом интервале ЖЦ.

Транзакционные издержки i-ой операции, в свою очередь, будут содержать кортеж издержек разного типа, например издержки на коммуникации, на доступ к информации, актуализацию документации, поддержку и консультирование после передачи на следующий этап и пр.

Тогда формула (2) может быть представлена с учетом (3) в следующем виде:

Проблема транзакционных издержек является критически важной в рамках КЖЦ, и их снижение является важной задачей, решение которой позволит увеличить привлекательность подобного рода отношений как для заказчиков, так и для исполнителей. Для анализа возможных решений необходимо подробнее рассмотреть жизненный цикл продукта.

Внедрение специализированной онтологии и возможность совместного сквозного использования общих инструментов для работы с данными позволит значительно сократить кортеж издержек между этапами стадий ЖЦ, тем самым значительно уменьшить СЖЦ. Для экономической оценки этих эффектов введем в формулу (5) коэффициент снижения транзакционных издержек и определим величину оптимизированных чистых приведенных затрат следующим образом:

где k < 1 – коэффициент снижения транзакционных издержек.

Заключение

Онтология позволит решить проблему неполноты данных, рассмотренную в статье, за счет непрерывного доступа к единому источнику информации. Наличие онтологии позволит ускорить развитие продукции, что сократит время выхода на рынок более совершенных продуктов. Единые данные будут формализованы, сохранены и синхронизированы, а также доступны для всех участников с соответствующими правами. Использование онтологий сделает возможной локализацию проблемы контроля доступа: вместо контроля над доступом к множеству различных ресурсов необходимо сосредоточиться лишь на защите одного канала. Таким образом, использование специализированной онтологии в рамках УЖЦ обеспечит эффективное управление данными о продукте и его частях, а также повышение качества инструментов интегрированной поддержки высокотехнологичной продукции. Совокупный эффект внедрения специализированной онтологии приведет к снижению транзакционных издержек ЖЦ продукции и СЖЦ продукции в целом, что подтверждает выдвинутую гипотезу.

Дополнительным преимуществом инвестиции в развитие единой специализированной онтологии является создание ИТ-инфраструктуры для дальнейшего внедрения технологий Индустрии 4.0 – блокчейн, смарт-контрактов, цифровых двойников, искусственного интеллекта и других [30, 31, 32, 33] (Drogovoz, Koshkin, 2019; Popkovich, 2020; Drogovoz, Leus, 2019; Dadonov, Garina, 2019). Внедрение технологий Индустрии 4.0 обеспечит формирование кумулятивных эффектов в области УЖЦ продукции машиностроительной отрасли, что является направлением дальнейших исследований.