Анализ систем управления полным жизненным циклом высокотехнологичной продукции в России и зарубежных странах

Введение

На сегодняшний день значительное внимание со стороны различных отраслей уделяется вопросам управления развитием высокотехнологичной продукции, в том числе вопросу развития ее систем управления полным жизненным циклом (СУПЖЦ). Основной целью данных систем является получение конечного продукта максимально эффективно, быстро и качественно. Данная цель достигается посредством решения СУПЖЦ таких задач, как: определение уже на ранних этапах жизненного цикла проблем, которые могут возникнуть в дальнейшем на этапе реализации продукции; обеспечение быстрого решения выявленных проблем; предоставление удобного хранения информационных данных, технической документации для дальнейшего пользования и их передачи.

Поэтому можно сказать, что данные системы управления позволяют добиться существенной экономии финансовых средств и времени на реализацию продукции, а также обеспечить контроль и качественное выполнение всех стадий жизненного цикла реализуемого проекта с максимальной эффективностью.

Понятия высокотехнологичной продукции, системы управления полным жизненным циклом (СУПЖЦ) и CALS-технологий

Понятие высокотехнологичной продукции включает в себя любой продукт, в производстве которого были задействованы любого вида передовые технологии, это наукоемкая продукция, созданная в процессе воплощения результатов научных исследований и разработок либо иных научно-технических достижений в новый или усовершенствованный продукт, или технологический процесс, реализуемый на рынке и используемый в практической деятельности [1].

Существуют различные подходы к определению высокотехнологичной продукции, их классификация с критериями, достоинствами и недостатками представлена в таблице 1 [2] (Garina, Shpilevskaya, Andryashina, 2016).

Таблица 1

Подходы к определению высокотехнологичной продукции

Следует также отметить процентную долю продукции высокотехнологичных и наукоемких отраслей в валовом внутреннем продукте (ВВП) России и различных стран (табл. 2) [3, 4] (Karpov, 2020).

Таблица 2

Доля продукции высокотехнологичных и наукоемких отраслей в валовом внутреннем продукте

Системы управления полным жизненным циклом (СУПЖЦ) подразумевают собой системы или концепции управления жизненным циклом продукции, в том числе высокотехнологичной, с целью поддержания всех этапов жизненного цикла, обеспечения эффективного осуществления, а также обнаружения и предотвращения проблем уже на ранних этапах реализации [5–7] (Goncharova, 2020; Golubev, Kukushkina, 2020).

Главная идея любой современной СУПЖЦ – это использование аккуратного и непротиворечивого представления системы и окружающего ее мира в неизбежно разнородных и изначально несовместимых между собой компьютерных системах расширенной организации [8].

Данная концепция становится выполнимой за счет использования совокупности различных средств, методов и современных технологий (виртуальных макетов, информационных моделей и многого другого), которые в результате обеспечивают формирование и осуществление управляющих воздействий, направленных на достижение поставленных целей по реализации стадий, этапов работ, а также на решение задач, связанных с грамотным управлением жизненным циклом изделия, ресурсами организации и обеспечением сохранности и защиты информационных данных.

Основными функциями СУПЖЦ являются [9]:

1. Выявление ошибок и проблем.

2. Предотвращение выявленных угроз реализации продукции.

3. Динамичное движение в будущее.

4. Обеспечение безопасности данных.

Сам жизненный цикл (ЖЦ) представляет собой совокупность процессов, осуществляемых от момента выявления потребностей общества в этой продукции до момента удовлетворения этих потребностей. На каждом этапе жизненного цикла участники стараются добиться поставленных целей и установок с максимальной эффективностью, минимальными временными и финансовыми затратами.

Жизненный цикл высокотехнологичной продукции имеет следующие этапы [10, 11] (Prokudin, Manushina, Ufimtsev, 2020):

1. Маркетинговые исследования и изучение рынка.

2. Проектирование и разработка требуемого высокотехнологического продукта.

3. Планирование и разработка процессов по реализации выбранного продукта или проекта.

4. Закупка сырья, материалов, комплектующих, которые впоследствии будут применяться для производства продукции.

5. Производство запланированного изделия.

6. Осуществление проверки изготовленной продукции посредством проведения испытаний и осмотра.

7. Хранение.

8. Продажа, распределение продукции или предоставление ее заказчику.

9. В случае необходимости – предоставление монтажа и наладки.

10. Техническая поддержка и обслуживание продукта на протяжении его использования.

11. Эксплуатация по назначению.

12. Послепродажная деятельность.

13. Утилизация и переработка разработанного и реализованного продукта.

Система управления полным жизненным циклом проекта ориентирована не исключительно на один из вышеперечисленных этапов, а на совершенно каждый этап управления, и контролирует выполнение всех операций на них грамотно, быстро и с максимальной эффективностью, храня всю необходимую информацию в удобном для пользователя формате.

Одними из самых известных СУПЖЦ, применяющихся почти во всех странах, являются CALS-технологии. В общем виде CALS-технологии – это процесс создания единого информационного пространства в отдельно взятой системе обеспечения жизненного цикла продукции [12, 13] (Akilova, Bushmanov, 2017; Ganus, Starozhuk, 2020). С развитием производственных систем возникла необходимость разработки механизмов и процедур оперативного обмена данными между различными субъектами производственных отношений на разных этапах использования изделий. Это, по сути, цифровые методы проектирования производств, поддерживающие контроль жизненного цикла продукции (Product Lifecycle Management), – так называемые PLM-системы.

К ним относят следующие классы систем [14] (Norenkov, Kuzmik, 2002):

1. CAD – (Computer Aided Design). Отвечает за проектирование и создание чертежей с возможностью их редактирования и предоставления другим пользователям.

2. CAE (Computer Aided Engineering). Осуществляет автоматически проектировочные расчеты, инженерный анализ и аналитические процессы, связанные с разрабатываемой продукцией.

3. CAM (Computer Aided Manufacturing). Помогает проводить подготовку производства и управление всей системой.

4. PDM (Product Data Management). Система управления проектными данными была разработана для решения проблем совместного функционирования вышеперечисленных компонентов, хранения полученных данных в удобном для пользования формате, контроля документации; создания архива образцов; обеспечения доступа к информации и ее защиты.

Уже с 2000 по 2020 год PLM-системы показали свою актуальность и значительный рост на мировом рынке. Как видно из рисунка 1, рост рынка увеличивался на 7,7% в год и достиг к 2020 году 26,3 миллиардов долларов [15].

Рисунок 1. Рост PLM-систем на мировом рынке

Источник: составлено авторами.

Для эффективного использования странами и организациями СУПЖЦ для реализации высокотехнологичной продукции специалистам необходимо обучение и использование привычных для системной инженерии практик, а точнее [16]:

1. Управление информацией. Иными словами, участникам, задействованным в реализации запланированного продукта или проекта, в случае необходимости получения тех или иных сведений будет предоставлена вся требуемая информация в быстром и удобном для использования и ознакомления формате.

2. Управление конфигурацией (изменениями). Информация по проекту должна соответствовать поставленным требованиями, быть обоснована и подкрепляться документацией, которая в дальнейшем может быть использована на этапе реализации, монтажа и технической поддержки.

Анализ и актуальность СУПЖЦ в России в настоящее время

Теперь остановимся на том, как используется система управления полным жизненным циклом для реализации высокотехнологичной продукции в России. На сегодняшний день в стране проходит ряд межотраслевых и международных совещаний, конференций, съездов, посвященных теме СУПЖЦ. На них обсуждается, как эффективно использовать данные системы в деятельности нашей страны и насколько они актуальны в наше время на различных рынках. Ознакомившись с материалами конференций, можно сделать вывод, что невозможно представить продуктивное выполнение поставленных целей организаций по созданию продукта без использования современных технологий и такой системы управления полным ЖЦ, как CALS-технология [17].

Проанализировав российскую литературу [18], можно прийти к выводу, что в России термин CALS заменяется термином ИПИ (информационная поддержка изделий). Также встречается упоминание понятия КСПИ (компьютерное сопровождение и поддержка изделий) [19].

Системы управления полным жизненным циклом, в том числе CALS-технологии, в России используются на многих отечественных предприятиях как гражданского, так и военного сектора. Они помогают обеспечить грамотное хранение и передачу электронной документации, используемой для многих реализуемых страной изделий. К примеру, в авиации: для самолетов, вертолетов, авиационных двигателей и комплектующих. Помимо этого, ведутся разработки систем навигации, телефонной и радиосвязи, управления. Применяются при проектировании и разработке автотракторной техники. Элементы системы используются на Воронежском механическом заводе, в государственной корпорации «Росатом», НПП «Аэросила», ОАО «Российские железные дороги» и др. Как видим, примеры CALS-технологий достаточно разнообразны [20].

Системы управления полным жизненным циклом получили широкую поддержку среди предприятий различных секторов и отраслей РФ, особенно среди таких промышленных отраслей, как машиностроение, ракетостроение, авиастроение, энергостроение, судостроение и другие.

В таблице 3 приведены решения известных предприятий различных отраслей промышленного сектора по идее поддержания введения СУПЖЦ [21].

Таблица 3

Решения известных предприятий по идее поддержания введения СУПЖЦ

Следует отметить, что при осуществлении Россией сотрудничества с другими странами по реализации какого-либо проекта особое внимание иностранные заказчики уделяют вопросам информационной и организационной поддержки после производственных стадий ЖЦ наукоемких изделий, таких как закупка и поставка изделий, ввод их в действие, эксплуатация, сервисное обслуживание и ремонт, поставка запасных частей и другое. Иностранному заказчику важно понимать, сможет ли поставщик обеспечить СУПЖЦ на всех его этапах.

Как показал проведенный анализ, РФ существенно отстает в развитии СУПЖЦ, CALS-технологий и по проценту организаций, которые уже внедрили эти системы за рубежом. Одной из весомых причин этого является отсутствие отечественной нормативной базы, регламентирующей основные принципы электронного ведения работ при проектировании, производстве, поставке и сервисном обслуживании изделий [22, 23] (Podverbnyh, Mezhova, 2020).

Поэтому для России актуальными стали задачи развития СУПЖЦ и реального перехода предприятий к действительно безбумажным технологиям проектирования, производства и эксплуатации продукции. Решение данной задачи позволит обеспечить эффективное осуществление жизненного цикла продукции с минимальными временными и финансовыми затратами, позволит привлечь больше заказчиков даже с зарубежных стран, тем самым подняв экономику и место страны на международном рынке. Поэтому для выполнения поставленных задач на сегодняшний день задействованы множество одаренных специалистов и предприятий.

Анализ и актуальность СУПЖЦ в различных странах мира

Если теперь остановиться на СУПЖЦ в других странах мира, то можно отметить, что в течение двух последних десятилетий во многих передовых странах они получили широкое распространение. Эта концепция имеет большую популярность, а сегмент рынка информационных систем, реализующих ее, имеет наибольший темп роста среди систем управления предприятием. Следует отметить такой факт, что в каждой стране и на каждом рынке различается жизненный цикл одного и того же продукта, даже если он имеет одну и туже значимость для потребителей [23] (Podverbnyh, Mezhova, 2020). В отличие от Японии, Германии или США, имеющих развитые конкурентные рынки, Россия реализует жизненный цикл продукции значительно медленнее. Например, по сравнению с Россией, Япония уже реализовала с помощью СУПЖЦ и современных технологий идею по реализации такого высокотехнологичного проекта, как производство и использование беспилотных поездов для перевозки пассажиров по городу на тех маршрутах, которые не пересекаются с другими.

Стоит обратить внимание на то, что на Западе предпочитают сначала разработать товар, изготовить его прототип, а затем рассчитать затраты на его производство. Затем фирма под­считывает, можно ли продать данный товар за ту цену, которая включает эти издержки плюс желаемую норму прибыли. Если ответ отрицательный, то про­изводится изменение конструкции данного товара или он вообще прекращает свое существование [24].

При рассмотрении, в свою очередь, подхода японских предприятий и компаний можно заметить, что он намного проще. Уже с самого начала на первоначальных этапах реализации продукции японцы определяются с целевой ценой нового изделия, которая основывается на по­нимании спроса и потребностей потребителя и на анализе качества. В результате данного анализа японские сотрудники определяют и обозначают цену, за которую этот товар будет рационально продаваться [25] (Xiangqun Chen, Rui Huang, Liman Shen, Dingying Guo, Dezhi Xiong, Xiangqi Xiao, Mouhai Liu, Xu Renheng, 2017). Дальше на основании финан­совых потребностей фирмы определяется целевая рентабельность проекта. Так, в обратном порядке для нового товара устанавливаются целевые издержки. И только после всего перечисленного планируется осуществление производства, распределение ресурсов и обязанностей, которые должны войти в реализацию проекта или изделия в рамках целевых затрат компании. Во время данного процесса проходит значительное число переговоров, совещаний между различными подразделениями фирмы и ее поставщиками. В результате всей деятельности на выходе обычно получается товар, который не только отвечает запросам потребителя, но и является лидером по части из­держек.

Еще одно отличие западного и японского подходов в использовании СУПЖЦ в ходе реализации высокотехнологичной продукции заключается в принятии решений «пойдет – не пойдет», которые основываются на ожидаемой рентабельности [26]. Западные организации обычно отвергают продукт, оценка которого производится на основании планирования рентабельности отдельного товара. Зачастую оказывается, что расчеты ожидаемой рентабельности не более чем фикция, в основе которой лежат неточные прогнозы издержек и доходов. Япон­ские фирмы предпочитают рассматривать и опираются на ситуацию в целом, видя возможный вклад новой полученной высокотехнологичной продукции в усиление общей стратегической позиции не только организации, но и страны в целом [27]. И как следствие этого, именно в Японии все больше и больше разрабатывается и внедряется высокотехнологичной продукции, которая упрощает жизнь граждан, дает известность во всем мире и является впоследствии основой для формирования идей по реализации будущих проектов с помощью СУПЖЦ.

Направление и характер разработки нового высокотехнологичного продукта, обозначаемые выс­шим руководящим составом организации, формируют тот путь, которому данная организация будет следовать в области исследования новых возможностей реализуемого продукта или проекта.

В этой области организации могут придерживаться двух общих стратегических направлений, связанных также с СУПЖЦ. Первое предполагает непрерывное внедрение новой высокотехнологичной продукции, которое в дальнейшем будет пользоваться скромным успехом на рынке. Данное внедрение основано на знании своих потребителей и необходимой для производства тех­нологии; предприятие никогда не уходит далеко от своих основных способностей и возможностей. Однако в совокупности они могут помочь реализовать новый масштабный проект, внести значительный вклад в стабилизацию успешной деятельности всей организации или, может даже, страны [28].

Следует отметить, что важную роль для европейских стран и стран Востока в реализации СУПЖЦ также играют CALS-технологии.

Первоначально данная концепция была реализована в вооруженных силах США для снижения объемов документооборота, повышения оперативности обратной связи между заказчиками и поставщиками вооружений и амуниции, повышения управляемости системы и снижения общих затрат на информационную область [29] (Kennet Kan, Mayur Mokhan, 2020). Сама аббревиатура CALS обозначала «компьютерную поддержку поставок». Имея обоснованную эффективность (по опытным данным, ощутимо выросла производительность труда и снизились потери на эксплуатацию), с течением времени CALS-технологии и CALS-системы в различных странах мира значительно расширили поле своей деятельности. Различные отрасли машиностроения, строительных и транспортных сфер, область разработки проектов наукоемких производств. При этом если изначально применение ограничивалось производством и эксплуатацией, то теперь концепция действовала на всех стадиях жизненного цикла продукции – от анализа рынка до процесса утилизации из‑за физического или морального износа.

Сегодня применение CALS-технологий стало межнациональной стратегией безбумажного электронного управления процессами на различных уровнях жизненного цикла изделий. Существует несколько десятков организаций, координирующих аспекты развития указанных систем на уровне различных государств и союзов (к примеру, Североатлантического Альянса).

Основные принципы CALS-технологий базируются на контроле и организации этапов существования продукции. К ним относят [30]:

1. Обеспечение системного управления (использование специальных информационных пространств).

2. Минимизацию затрат на всех стадиях.

3. Использование стандартных механизмов описания управляемых объектов (интеграция информационных потоков).

4. Дифференциацию программных элементов на основе использования общих стандартов (данных и интерфейсов доступа) и применение платформ на коммерческой основе.

5. Представление информации на безбумажной основе с приоритетом использования электронной подписи.

6. Сопутствующий инжиниринг все процессов.

7. Непрерывное корректирование и усовершенствование с целью создания оптимальной модели управления.

Своевременное и постоянное развитие CALS-технологий является необходимым условием технического развития производственной системы.

Поэтому применение CALS-технологий, являющихся неотъемлемой частью СУПЖЦ, является достаточно актуальным аспектом для зарубежных стран, а перспективы применения их на промышленных предприятиях заключаются в формировании специализированной организационно-информационной среды, позволяющей:

1. Значительно увеличить уровень кооперации различных производств за счет однородных стандартов обработки информации.

2. Снизить влияние территориального расположения предприятий и тем самым ограничить влияние расстояний на эффективность взаимодействия.

3. Создать виртуальные элементы производств, позволяющих контролировать процессы проектирования, производства и эксплуатации изделий на уровне отдельных практических задач.

4. Защитить результаты работы на основе преемственности результатов работы на всех этапах жизненного цикла продукции; оптимизировать затраты за счет снижения бумажных составляющих документооборота.

5. Использовать «прозрачность» процессов управления и контроля благодаря разработке интегрированных моделей; создать мощную информационную поддержку всех этапов цикла производства.

6. Создать общую систему стандартизации информации об изделии.

В результате можно выделить такие проблемы и достоинства использования СУПЖЦ в современных организациях, представленные в таблице 4.

Таблица 4

Достоинства и проблемы использования СУПЖЦ для российских и зарубежных организаций

Таким образом, можно сделать вывод, что внедрение СУПЖЦ хоть и имеет ряд недостатков, но для современных организаций они несут намного больше плюсов, которые могут привести к перспективному развитию промышленных предприятий, высоким позициям на международном рынке и эффективной реализации высокотехнологичной продукции.

Заключение

В рамках данной статьи был проведен анализ использования СУПЖЦ высокотехнологичной продукции в России и в различных странах мира, а также доказана актуальность данного направления. Перед отечественными промышленными предприятиями стоит задача создания и внедрения единой системы управления жизненным циклом, а именно внедрения принципиально новых элементов организации производства, которые основаны на сквозных процессах управления и внедрении автоматизированных рабочих мест в конструкторской и технологической среде. И хотя переход к новым системам управления и от устаревшей технологической оснастки к станкам с числовым программным управлением и многокоординатным обрабатывающим центрам (а это все CALS-технологии) требует колоссальных интеллектуальных, материальных и финансовых затрат, пройти этот путь должны предприятия, которые хотят соответствовать духу времени и идти в ногу со временем.