Исследование процессов управления жизненным циклом продукции

Введение

Использована статистическая информация, научная и учебная литература. В рамках исследования были применены методы: функционального анализа, синтеза, дедукции и индукции, сравнительного и системного анализ. Материалами исследования являются нормативные документы и научные публикации современных ученых, занимающихся вопросами исследования существующих процессов жизненного цикла продукции, подходов к определению высокотехнологичной продукции и управлению жизненным циклом продукции.

Целью данного исследования является анализ существующих процессов управления жизненным циклом продукции (ЖЦП) и определение особенностей цифровой зрелости на различных этапах этого цикла. Представленное исследование направлено на выявление преимуществ и недостатков современных методов управления ЖЦП, таких как CALS-технологии и PLM-системы, а также на разработку рекомендаций по оптимизации процессов управления для повышения конкурентоспособности продукции и адаптации к изменяющимся условиям рынка​.

Результаты иследования

Жизненный цикл изделия

Все этапы так называемой «жизни» любой продукции, носят название —жизненный цикл продукции (далее по тексту - ЖЦП), охватывающий все этапы от идеи до ликвидации. Термин ЖЦП, базово используется применяется в основном к сложной и наукоёмкой продукции и высокотехнологичным производствам, в контексте CALS-технологий.

Исследуем определение ЖЦП:

— «совокупность процессов, выполняемых от момента выявления потребностей общества в определенной продукции до момента удовлетворения этих потребностей и утилизации продукта» [1];

— «… система взаимосвязанных процессов (или этапов) создания и последовательного изменения состояния продукции, обеспечивающей потребности заказчика» [2];

— «… совокупность взаимосвязанных процессов последовательного изменения состояния продукции от обоснования ее разработки до окончания эксплуатации и последующей ликвидации» [3];

— «… последовательные и взаимосвязанные стадии системы жизненного цикла продукции от приобретения или производства из природных ресурсов или сырья до конечного размещения в окружающей среде (в виде отходов, сбросов и выбросов)» [4].

А стадии ЖЦП, определяются как: «Стадия жизненного цикла продукции; СЖЦП: часть ЖЦП, характеризующаяся совокупностью выполняемых работ и их конечными результатами» [4].

ЖЦП – это комплекс процессов на отрезке от точки выявленные потребности потребителей в продукции до точки удовлетворения выявленной потребности. На каждом этапе ЖЦП участники стремятся к достижению поставленных целей с максимальной эффективностью, но минимальными временными и финансовыми затратами.

Таким образом, обобщая можно сказать, что жизненный цикл продукции или изделия, представляет собой цепочку процессов создания и улучшения продукции в интересах удовлетворения потребности потребителя.

Этапы ЖЦП

Итак, ЖЦП включает определенное количество этапов, и все этапы без исключения имеют особенности и стратегические подходы. Основные этапы ЖЦП, следующие (табл. 1):

Таблица 1. Основные этапы ЖЦП

Каждый этап ЖЦП требует особого внимания и стратегического подхода со стороны компании. Успешное управление жизненным циклом продукции позволяет оптимизировать ресурсы, увеличивать прибыль и поддерживать конкурентоспособность на рынке.

Типовой ЖЦП

Рассмотрим типовой ЖЦП, который включает в себя последовательные этапы от маркетинга и проектирования до утилизации. Вся цепочка этапов без исключения, важна для успешного выпуска продукции, её эксплуатации и завершении ЖЦП. А рациональное управление всей цепочкой этапов ЖЦП способствует как повышению эффективности ресурсов и удовлетворению запросов потребителей, так и сохранению конкурентоспособности продукции на рынке.

Типовой жизненный цикл продукции содержит 11 этапов (рисунок 1), однако на практике некоторые этапы осуществляются одновременно, рассмотрим их более детально (табл. 2):

Источник: составлено автором

Рисунок 1. Типовые этапы ЖЦП

Учет всех этапов ЖЦП позволяет:

ü снизить издержки на модификацию продукции или изделия;

ü уменьшить риски на всех этапах ЖЦП;

ü целесообразно организовать производство и сопровождение продукции или изделия.

Чем эффективнее управление каждым этапом ЖЦП, тем выше качество и конкурентоспособность продукции на рынке, а также удовлетворенность клиентов.

Таблица 2. Типовые этапы ЖЦП

Управление ЖЦП

Система управления (далее по тексту СУ) проекта ЖЦП охватывает все этапы управления, не сосредотачиваясь на каком-то одном, контролирует максимально эффективное выполнение всех операций по этапам, и удобное хранение информации. Самые известные такие системы – это CALS-технологии, применяемые по всему миру, они … представляют процесс создания единого информационного пространства для обеспечения ЖЦП» [7,8].

Совершенствование производственных систем и современная «экономика данных» продиктовали создание и внедрение механизмов для оперативного обмена данными между стейкхолдерами производственных процессов на всех этапах ПЖЦ, которые классифицируются как PLM-системами (Product Lifecycle Management) [9], и являются носителями цифровых методов проектирования и управления ЖЦП [10]. К ним относятся следующие классы систем (табл. 3):

Таблица 3. PLM-системы проектирования и управления ЖЦП

С начала века по сегодняшний момент системы PLM не потеряли своей актуальности и значимости (26,3 миллиарда долл.) [15].

Рациональное использование СУ ЖЦП для создания высокотехнологичной продукции, необходимо обучить персонал и внедрить процедуры системной инженерии, такие как:

1. управление информацией – вся проектная информация находится в удобном и быстром для использования формате;

2. управление изменениями – вся проектная информация обоснована, подкреплена документами и соответствует требованиям.

PLM-системы: управление ЖЦП

PLM (Product Lifecycle Management) — это система управления всеми аспектами ЖЦП, от идеи и дизайна до производства, эксплуатации и утилизации. PLM-системы обеспечивают интеграцию данных, процессов, бизнес-систем и людей в единую информационную среду. Основные функции PLM-систем включают (табл. 4):

Таблица 4. Основные функции PLM-системы управления ЖЦП

Преимущества использования PLM-систем

1. Повышение эффективности и скорости разработки: позволяют сократить время на поиск информации, уменьшить количество ошибок и дублирования данных, а также ускорить процессы согласования и утверждения изменений.

2. Улучшение качества продукции: инструменты контроля качества и управления изменениями помогают снижать количество дефектов и повышать надежность продукции.

3. Оптимизация расходов: на ресурсы, сокращение времени разработки и уменьшение затрат на исправление ошибок.

4. Повышение прозрачности и контроля: понимание состояния разработки и производства, повышение контроля за выполнением задач, за счет централизованного управления.

Примеры PLM-систем

Приведем примеры, некоторых из наиболее распространенных PLM-систем [16]:

Ø Siemens Teamcenter: комплексная PLM-система, предлагающая широкий спектр инструментов для управления ЖЦП.

Ø PTC Windchill: обеспечивает интеграцию с CAD и CAM -системами (поддержка процессов разработки и производства)).

Ø Dassault Systèmes ENOVIA: инструменты для управления инновациями и ЖЦП, включая интеграцию совместных разработок.

Ø Autodesk Fusion Lifecycle: обеспечивает гибкость и доступность для разномасштабных компаний.

PLM-системы играют ключевую роль в современном управлении ЖЦП, обеспечивая оптимизацию процессов разработки, затрат и повышение качества продукции. Внедрение и использование PLM-систем является весомым конкурентным преимуществом в условиях постоянно меняющегося рынка.

CALS-технологии: поддержка управления ЖЦП

«CALS (Continuous Acquisition and Lifecycle Support) — это концепция и набор технологий для обеспечения интеграции и управления информацией на всех этапах жизненного цикла продукции, от разработки до утилизации» [17]. «CALS-технологии направлены на стандартизацию и автоматизацию информационных процессов, обеспечивая непрерывный доступ к актуальной информации всем участникам производственного процесса» [18].

Основные компоненты CALS-технологий

1. Информационные стандарты: включают в себя стандарты для описания данных и процессов, что позволяет унифицировать и стандартизировать обмен информацией. Наиболее известные стандарты — это ISO 10303 (STEP), предназначенный для обмена данными о продуктах, и ISO 13584 (PLIB), используемый для библиографической информации о продуктах [19].

2. Интеграция систем: «CALS предусматривает интеграцию различных информационных систем предприятия, включая CAD/CAM, ERP, PDM и PLM системы. Что обеспечивает бесшовное взаимодействие между различными отделами и этапами жизненного цикла продукта» [20].

3. Электронные документы и управление ими (EDM): использование электронных документов для управления информацией о продукте, включает в себя создание, хранение, поиск и управление версиями документов.

4. Совместная работа и обмен данными: обеспечивают средства для совместной работы и обмена данными между различными подразделениями компании и внешними партнерами, что ускоряет процессы разработки и производства.

Преимущества от применения CALS-технологий

1. Рост эффективности и оптимизация затрат: стандартизация и автоматизация информационных процессов сокращают время на выполнение задач и уменьшают вероятность ошибок, что приводит к снижению затрат.

2. Улучшение качества продукции: обеспечение доступа к актуальной и полной информации позволяет лучше контролировать качество продукции на всех этапах жизненного цикла.

3. Повышение прозрачности и управляемости процессов: CALS-технологии позволяют получать полное представление о состоянии проектов и процессов, что повышает контроль и управляемость.

4. Ускорение вывода продукции на рынок: интеграция систем и стандартов информационного обмена ускоряет процессы разработки, согласования и производства, что позволяет быстрее выводить продукцию на рынок.

Примеры применения CALS-технологий [21]

1. Аэрокосмическая и оборонная промышленность: применяются для управления комплексными многоаспектными проектами, как например, разработка новых самолетов и военной техники.

2. Автомобильная промышленность: используются для интеграции процессов разработки, производства и сервисного обслуживания автомобилей.

3. Электроника и машиностроение: применяются для управления информацией о сложных изделиях, для обеспечения высокой точности и качества.

CALS-технологии – достаточно значимый современный инструмент, обеспечивающий интеграцию и управление информацией на всех этапах ЖЦП, обеспечивающий высокую эффективность и качество продукции.

Цифровая зрелость жизненного цикла изделия

Цифровая зрелость (далее по тексту ЦЗ) жизненного цикла изделия — это концепция, отражающая степень интеграции и эффективности использования цифровых технологий на всех этапах ЖЦП (от создания до ликвидации) [22, 23]. Она включает в себя применение информационных систем, автоматизированных решений, цифровых двойников, искусственного интеллекта (далее по тексту – ИИ) и других современных инновационных технологий для оптимизации процессов и повышения конкурентоспособности продукции [24].

Рассмотрим уровни ЦЗ ЖЦП (рис. 2):

Источник: составлено автором

Рисунок 2. Уровни цифровой зрелости процессов жизненного цикла продукции

ü Низкий: незначительная доля применения цифровых технологий, минимальная автоматизация процессов, отсутствие единой цифровой среды, управление ЖЦ продукта осуществляется преимущественно вручную с использованием устаревших методов.

ü Средний: частичная автоматизация и интеграция цифровых технологий и инструментов в отдельные бизнес-процессы, таких, как например, система управления данными о продукции (PDM) или системы управления ресурсами (ERP).

ü Высокий: полная интеграция цифровых технологий и инструментов, таких как цифровые двойники, интернет вещей, машинное обучении, ИИ и анализ данных во все этапы ЖЦП.

К преимуществам высокой ЦЗ ЖЦ изделий, относятся условия:

· ускорение разработки и вывода на рынок, путем сокращения времени на проектирование и производство за счёт применения цифровых инструментов для моделирования и тестирования изделий;

· повышение качества и снижение затрат, благодаря точному мониторингу, прогнозированию и предотвращению возможных проблем;

· гибкость и адаптивность, т.е. способность быстро реагировать на изменения рынка и требования клиентов, за счет доступности данных и гибкости цифровых процессов;

· снижение рисков и улучшение устойчивости, за счет более точного прогнозирования и управления рисками на всех этапах жизненного цикла продукта.

Компонентами цифровой зрелости жизненного цикла изделия являются следующие элементы цифровых технологий (табл. 5):

Таблица 5. Цифровые технологии компоненты ЦЗ ЖЦП

Таким образом, цифровая зрелость полного жизненного цикла изделий (ПЖЦИ) связана с уровнем интеграции и использования цифровых технологий на всех этапах жизненного цикла продукции — от проектирования и разработки до утилизации. В современных условиях цифровая зрелость играет ключевую роль в повышении эффективности, скорости и качества управления полного ЖЦИ, особенно для высокотехнологичных изделий [25].

Основные аспекты цифровой зрелости ЖЦП включают:

Ø Интеграцию цифровых технологий: внедрение PLM-систем (Product Lifecycle Management) позволяет эффективно управлять всеми этапами ПЖЦИ, обеспечивая интеграцию данных, процессов и ресурсов. Эти системы охватывают цифровое проектирование (CAD), инженерный анализ (CAE), производство (CAM) и управление данными (PDM).

Ø Автоматизацию процессов: высокий уровень ЦЗ включает использование автоматизированных систем для выполнения различных задач на каждом этапе ЖЦИ, а это включает в себя автоматизированное проектирование, моделирование, управление производственными процессами, контроль качества и логистику.

Ø Цифровую связность: ЦЗ подразумевает создание единого информационного пространства, где все участники ЖЦ имеют доступ к актуальной и полной информации в реальном времени, что позволяет улучшить координацию, сократить время на принятие решений и повысить качество продукции.

Ø Использование передовых технологий: применение таких технологий, как искусственный интеллект, большие данные, интернет вещей (IoT) и дополненная реальность, значительно повышает возможности управления ЖЦИ. Например, IoT может использоваться для мониторинга состояния продукции в реальном времени, что улучшает послепродажное обслуживание и продлевает срок службы изделий [26].

Ø Адаптивность и устойчивость: ЦЗ позволяет компаниям быстрее адаптироваться к изменениям на рынке и внутри организации, внедрение гибких и устойчивых цифровых платформ способствует оперативной реакции на возникновение новых требований и изменений в технологиях.

Ø Управление данными и аналитику: важным аспектом является управление большими объемами данных, их анализ и использование для принятия обоснованных решений на каждом этапе ЖЦИ, это помогает предвидеть потенциальные проблемы, оптимизировать ресурсы и улучшать качество продукции.

Примеры внедрения цифровой зрелости в управлении полным жизненным циклом изделий

· Автомобильная промышленность — BMW Group активно внедряет цифровые технологии в управление ЖЦИ своих автомобилей. Компания использует цифровые двойники (digital twins) для моделирования и анализа характеристик автомобилей еще на стадии проектирования, это позволяет оптимизировать дизайн, прогнозировать потенциальные проблемы на этапе производства и эксплуатации, а также улучшать качество продукции [27]. Использование интернета вещей (IoT) для мониторинга состояния автомобилей в реальном времени позволяет компании предоставлять своим клиентам персонализированные сервисные услуги.

· Авиастроение — Boeing использует технологии цифрового проектирования и анализа для создания новых моделей самолетов. Применяемые PLM-системы позволяют интегрировать данные на всех этапах жизненного цикла, от проектирования и сборки самолета до обслуживания и утилизации. PLM-системы способствуют сокращению цикла разработки новых моделей самолетов, также поддерживают на высоком уровне точность прогнозов в отношении эксплуатационных характеристик и улучшают контроль качества на всех этапах ЖЦП [28].

· Промышленное оборудование — Siemens внедряет концепцию Industry 4.0, которая включает в себя цифровые платформы для управления производством и ПЖЦИ оборудования. С помощью IoT и аналитики больших данных Siemens обеспечивает мониторинг производственного оборудования в реальном времени, что помогает снизить риск отказов, оптимизировать обслуживание и продлить срок службы изделий [29]. Siemens также использует дополненную реальность (AR) для обучения сотрудников и проведения технического обслуживания оборудования.

· Энергетика — General Electric (GE) внедряет цифровые технологии в управление ПЖЦИ такого энергетического оборудования, как турбины и генераторы. GE использует цифровые платформы для мониторинга и анализа данных в режиме реального времени, что позволяет предсказывать технические проблемы и оптимизировать эксплуатацию оборудования, что дает повышение эффективности, снижение затрат на обслуживание и увеличение срока службы энергетического оборудования [30].

· Производство электроники — Foxconn, один из крупнейших производителей электроники, использует автоматизированные системы управления производственными процессами и цифровые двойники для оптимизации ПЖЦИ своих продуктов. Компания внедрила систему умных фабрик, где все этапы производства интегрированы в единое цифровое пространство. Это позволило значительно сократить время на разработку и производство новой продукции, а также улучшить управление качеством.

Приведенные примеры демонстрируют, как мировые компании используют цифровые технологии для достижения высокого уровня ЦЗ, позволяющее им оптимизировать управление ПЖЦИ, улучшать качество продукции, сокращать сроки разработки и производства, а также повышать удовлетворенность клиентов.

Цифровая зрелость управления полным жизненным циклом изделия — это показатель, отражающий готовность компании к эффективному использованию цифровых технологий для улучшения всех аспектов работы с продуктом. Достижение высокого уровня цифровой зрелости способствует повышению конкурентоспособности, улучшению качества продукции и увеличению операционной эффективности. В современных условиях это становится ключевым фактором успеха на глобальном рынке.

Внедрение и развитие ЦЗ ЖЦИ требует не только технологических изменений, но и организационных преобразований. Компании должны инвестировать в обучение персонала, оптимизацию процессов и создание культуры, ориентированной на инновации и постоянное улучшение.

Заключение

Таким образом, ЦЗ системы управления ЖЦП является неотъемлемой частью современных стратегий управления продукцией, направленных на повышение конкурентоспособности и успешного функционирования в условиях цифровой экономики:

- управление ЖЦП представляет собой многоэтапный процесс, который требует интеграции современных цифровых технологий для обеспечения максимальной эффективности на всех этапах;

- цифровая зрелость ЖЦП позволяет ускорить разработку и вывод продукции на рынок, повысить качество и гибкость управления, а также снизить затраты и риски;

- внедрение PLM-систем и CALS-технологий помогает улучшить координацию между подразделениями, повысить качество продукции и сократить время на принятие решений;

- компании, активно использующие цифровые технологии в управлении ЖЦП, способны укрепить свою конкурентоспособность, быстрее реагировать на изменения и улучшать удовлетворенность клиентов;

- для достижения высокого уровня цифровой зрелости требуется не только внедрение передовых технологий, но и организационные изменения, включая обучение персонала и оптимизацию процессов.

Исследование показало, что успешное управление жизненным циклом продукции критически важно для повышения эффективности бизнеса, улучшения качества продукции и удовлетворения потребностей клиентов. Каждый этап ЖЦП — от разработки до утилизации — требует особого внимания и стратегического подхода для минимизации затрат и максимизации прибыли. Цифровые технологии, такие как PLM-системы, автоматизация и использование искусственного интеллекта, играют ключевую роль в оптимизации всех процессов ЖЦП. Высокий уровень цифровой зрелости позволяет компаниям быстрее адаптироваться к изменениям на рынке и снизить риски на всех этапах жизненного цикла продукта.