Анализ основных тенденций развития PLM-систем

Анализ основных тенденций развития PLM-систем

Бойко Татьяна Алексеевна,

магистрант, кафедра «Инновационное предпринимательство», ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» (МГТУ им. Н.Э. Баумана), boiko_tatjana@mail.ru

В статье представлена основная характеристика PLM-систем: сформулировано определение, определены цели и задачи, указаны области применения. В хронологическом порядке описана эволюция PLM-систем с 1970-х годов до 2000-х годов. Рассмотрены основные программные продукты, которые появлялись в указанный промежуток. Определены предпосылки появления PLM-систем. Проанализировано программное обеспечение и основные поставщики PLM-систем. Выбраны четыре основных производителя PLM-систем, выявлены их сильные стороны, рассчитан рейтинг компаний. Определены тенденции и перспективы развития PLM-систем. К основным перспективам можно отнести следующие технологии: аддитивное производство, VR/AR, IoT, облачные решения. Кроме того, определены три тенденции развития PLM-систем: использование данных продукта как услугу (PDaaS), внедрение архитектуры микросервисов и размещение PLM на блокчейне. Следует отметить, что прогнозируется рост мирового рынка PLM-систем в ближайшие три года.

Ключевые слова: PLM-системы, управление жизненным циклом продукта, Internet of things, PDaaS, анализ рынка PLM.

В современных условиях экономическая эффективность предприятия определяется многими факторами, одним из которых является используемое программное обеспечение. С начала 21 века все большую популярность стали приобретать системы управления жизненным циклом продукции (PLM). Данные корпоративные программы направленны на эффективную поддержку полного жизненного цикла продукции.

Характеристика PLM-систем

Существует несколько подходов к определению Product Lifecycle Management (PLM). Термин "управление жизненным циклом продукта" является дословным переводом PLM с английского языка. Приведем некоторые определения.

PLM - это бизнес-деятельность, связанная с эффективным управлением продуктами компании на протяжении их жизненного цикла [1].

Кроме того, PLM можно определить, как процесс управления жизненным циклом продукта от этапа идеи до момента его утилизации. PLM объединяет людей, данные, процессы, бизнес-системы и предоставляет всю информацию о продукте, необходимую компании [2].

Если проследить историю развития PLM-систем, то можно привести еще одно определение. PLM - это платформа, позволяющая расширить возможности PDM-си-стем и нивелировать разрыв между производственными процессами и бизнес-процессами [3].

Основными целями pLm являются увеличение выручки от продаж, сокращение затрат, связанных с производством и реализацией всего ассортимента продукции, максимизация стоимости продуктового портфеля [1].

Задачи PLM включают в себя [4]:

- управление хорошо структурированным портфелем продуктов;

- максимизация финансовой отдачи от портфеля продуктов;

- управление продуктами на протяжении их жизненного цикла;

- эффективное управление проектами разработки, поддержки и переработки продукции;

- управление отзывами о продуктах от клиентов;

- обеспечение условий для совместной работы с партнерами по проектированию и с клиентами;

- управление процессами, связанными с продуктом, таким образом, чтобы они были последовательными, эффективными и экономными;

- сбор и поддержание целостности информации о продукте, а также предоставление ее в требуемое место и время.

Определим область применения PLM-систем [5]. В связи с тем, что PLM-система ориентирована на продукт, то она применяется в широком спектре отраслей, которые разрабатывают, производят и поддерживают продукты. PLM используется в сфере производства, распределения и обслуживания, а также в исследовательских, образовательных, военных и других государственных организациях. PLM применяется компаниями,

X X

о го А с.

X

го m

о

2 О M

о

о es

0 es

in

01

О Ш

m

X

<

m О X X

производящими идентичные продукты, такие как автомобили и электронное оборудование. Также данная система используется в компаниях, производящих уникальные продукты и в компаниях, в которых каждый продукт разрабатывается в соответствии с требованиями клиента.

Так как в компаниях любых размеров необходимо управлять продуктами, данными о них и процессами разработки, а также обмениваться информацией о продуктах с другими организациями, то PLM-системы используются как в крупных транснациональных корпорациях, так и в малых или средних предприятиях.

Список продуктов, для которых используется PLM, обширный и включает в себя сельскохозяйственную технику, самолеты, автомобили, химикаты, компьютеры, бытовую электронику, электрооборудование, лифты, эскалаторы, продукты питания, мебель, станки, медицинское оборудование, лекарства, ракеты, корабли, обувь, программное обеспечение, телекоммуникационное оборудование, поезда, турбины, стиральные машины, часы и прочее.

История развития PLM-систем

Рассмотрим эволюцию развития PLM-систем (см. рис.1).

CAE

PDM

ссм KM

BOM library

PlM

CAD/CAM/CAE

CPC CRM

ERP SCM

CPC

PDM W«b

1910-kt в»« г ow«

Рисунок 1 - Эволюция развития PLM-систем

В 70-е годы 20-го века стали появляться первые коммерческие системы конструкторского проектирования -CAD (Computer-Aided Design). Данные программы использовали простые функциональные возможности для генерации двумерных чертежей технических изделий [6]. Кроме того, в этот период стали разрабатываться системы планирования потребности в материалах - MRP (Material Requirements Planning).

Начиная с 80-х годов на смену двумерных CAD пришли 3D CAD. Внедрение 3D-моделей поверхности и твердого тела привело к эволюции методов проектирования от статических, двумерных чертежей в нескольких видах и разрезах до динамических, трехмерных виртуальных геометрических моделей изделий. Следует отметить, что в этот период стали появляться системы расчётов и инженерного анализа - CAE (Computer-Aided Engineering), системы, предназначенные для подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ - CAM (Computer-Aided Manufacturing) и ряд других специализированных программ. Стоит отметить, что система MRP была преобразована в систему планирования производственных ресурсов - MRP II (Manufacturing Requirements Planning) [7].

Параллельно с разработкой средств автоматизированного проектирования и производства (CAD/CAM/CAE) в течение 1980-х годов стали появляться системы управления данными о продукции -

PDM (Product Data Management) [3]. Данные системы создавались для поддержки CAD, CAM и CAE. Основная функциональность ранних систем PDM - это обеспечение пользователей необходимой информацией через центральное хранилище данных и обеспечение целостности данных в результате постоянных обновлений. Со временем возможности PDM-систем были расширены. Компания Gartner выделила 4 основных компонента PDM-систем второго поколения: функции библиотеки (поиск, регистрация, извлечение файла), управление спецификациями - BOM (Bill Of materials), управление конфигурацией продукта - PCM (Product Configuration Management) и управление инженерными изменениями

- ECM (Engineering Change Management) [8].

В 1990-х годах, когда производство стало передаваться на аутсорсинг и стали развиваться Интернет-технологии, PDM превратилась в CPC (Collaborative Product Commerce). Поставщики PDM начали предлагать системы с веб-интерфейсом, обладающие более мощными и удобными инструментами визуализации и направленные на расширение пользовательских возможностей. Интернет предоставил необходимую инфраструктуру для разработки легких, универсальных пользовательских интерфейсов с низкой стоимостью поддержки. Благодаря этому, CPC-системы стали более доступными для предприятия и позволили компаниям сотрудничать с мировыми поставщиками и клиентами [3, 8]. Тем не менее, основные функции CPC-систем были сосредоточены на управлении техническими документами, поэтому их возможностей было недостаточно для решения всех задач, связанных с управлением данных о продукте, на протяжении всего его жизненного цикла.

Почти одновременно с развитием PDM-систем в 1900-ые годы стали появляться корпоративные приложения. Систему планирования производственных ресурсов (MRP II) заменила система планирования ресурсов предприятия - ERP (Enterprise Resource Planning). Кроме того, появилась система управления взаимоотношениями с клиентами - CRM (Customer Relationship Management) и система управления цепочками поставок

- SCM (Supply Chain Management) [9]. Данные системы были направлены на дальнейшую оптимизацию и совершенствование деловой практики производителя. Следует отметить, что каждое из этих решений, с одной стороны, ориентировано на определенный процесс жизненного цикла, а с другой - зависит от информации о продукте. Тем не менее PDM-системы не могли обеспечить необходимую поддержку ERP/CRM/SCM (в отличие от CAD/CAM/CAE), так как изначально PDM создавалась для обработки технических данных.

В связи со всем вышеперечисленным, в середине 1990-х годов стали разрабатываться системы управления жизненным циклом продукта - PLM. Основной целью данных систем было предоставить платформу, способную интегрировать системы автоматизированного проектирования и производства и корпоративные системы в единое пространство и предоставить возможность создания, организации и распространения информации о продукте. PLM-системы были призваны расширить возможности PDM-систем. Если PDM ориентированы на управление данными, то PLM представляет собой процесс, который поддерживает сбор, организацию и повторное использование знаний в течение всего жизненного цикла продукта.

Принято считать, что впервые PLM-система была разработана компанией American Motors Corporation

(AMC) в середине 80-х годов 20-го века [2]. В тот период AMC занималась разработкой новой модели автомобиля - Jeep Grand Cherokee. Руководство компании поставило цель увеличить скорость процесса разработки продукта. Новая система, призванная достичь заданную цель, включала два компонента. Первый элемент -CAD, представлял собой программную систему автоматизированного проектирования, способствующую увеличению продуктивности инженеров. Система связи являлась вторым компонентом, который позволял оперативно разрешать конфликты и был направлен на сокращение дорогостоящих изменений, так как все чертежи и документы находились в единой базе данных. Благодаря внедренной системе компания смогла стать самым дешевым производителем автомобильной продукции в 1990-ые годы. История успеха AMC побудила другие компании-производители к выделению средств на создание собственных PLM-систем.

В настоящее время PLM объединяет различные методы, инструменты и системы, начиная от систем разработки продуктов и управлением производством (CAD/CAPP/CAE/CAM/PDM) и заканчивая системами управления (ERP/MRP/CRM/SCM) [10].

Анализ программного обеспечения PLM-систем

Консалтинговая фирма Quadrant Knowledge Solutions в 2018 году представила матрицу стратегической оценки эффективности и рейтинга - SPARK Matrix (Strategic Performance Assessment and Ranking) по производителям PLM-систем (см. рис.2) [11].

большому числу заинтересованных сторон получать доступ к информации о продукте из нескольких источников в зависимости от потребностей пользователя. Кроме того, PTC использует решение с дополненной реальностью Leveraging Vuforia, которое предоставляет возможность улучшения и ускорения процесса разработки продукта.

Dassault Systemes. Компания предлагает платформу 3DEXPERIENCE, основанную на 3D-дизайне, анализе, моделировании и интеллектуальном программном обеспечении в единой интерактивной среде. Платформа обеспечивает совместную и интегрированную инфраструктуру, необходимую для подключения всех приложений PLM. Кроме того, Dassault Systemes предлагает отраслевые решения и внедряет инновационные технологии, такие как аддитивное производство, дополненная и виртуальная реальность.

Siemens. Компания инвестирует и развивает стратегию платформы цифровых инноваций с открытой структурой, которая позволяет легко интегрировать множество решений. Siemens предлагает расширенные возможности для создания цифрового близнеца продукта или процесса производства, а также интеграцию между ними для создания цифрового потока.

SAP. Благодаря интегрированному модулю SAP Business Suite компания использует существующую клиентскую базу чтобы предоставить расширенные функциональные возможности PLM. Кроме того, SAP развивает интегрированную платформу IoT, основанную на модели проектирования цифрового потока.

Воспользуемся ресурсом Gartner PeerInsignts, на котором можно найти рейтинг выбранных компаний, составленный пользователями, и построим диаграмму (см. рис.3).

Рисунок 2 - Матрицу стратегической оценки эффективности и рейтинга разработчиков PLM-систем в 2018 году

Из рисунка видно, что координатная плоскость задана осью абсцисс - Technology Excellence (совершенство в области технологии) и осью ординат - Customer Impact (степень влияния на клиента) и дифференцирована на три части: Aspirants (кандидаты), Challengers (претенденты) и Technology Leaders (технологические лидеры). В область с технологических лидеров попали следующие компании: PTC, Dassault Systemes, Siemens, SAP. Среди претендентов, стремящихся к технологическим лидерам, выделены следующие компании: Autodesk, Oracle, IFS.

Проанализируем первых четырх разработчиков PLM-систем: PTC, Dassault Systemes, Siemens и SAP. Приведем основные достоинства выбранных компаний по мнению Quadrant Knowledge Solutions [11].

PTC. PTC стала лидером на рынке PLM-систем за счет сложной технологической платформы и разнообразия приложений. Платформа PTC Windchil поддерживает role-based и task-based приложения, что позволяет

Рисунок 3 - Рейтинг PLM-систем на основании данных Gartner Peerlnsignts

На основании полученной информации можно сделать вывод о том, что наибольшее среднее значение, рассчитанное по четырем показателям, наблюдается у компании Dassault Systemes, в то время как лидером по рейтингу Quadrant Knowledge Solutions является PTC. При этом следует отметить, что средние значения по показателям находятся в следующем порядке: возможности продукта (4,5), интеграция и размещение (4,4), обслуживание и поддержка (4,3), оценка и заключение договоров (4,2). Таким образом, можно сделать вывод о том, что возможности PLM-систем у рассмотренных компаний находятся на высоком уровне и являются определяющим показателем уровня качества.

X X

о

го А

с.

X

го m

о

2 О M

о

о сч о сч

ю

о ш m

X

3

<

m О X X

Перспективы развития PLM-систем

В декабре 2019 года американская компания Cognizant опубликовала отчет, в котором выделила три основные тенденции управления жизненным циклом продукции, формирующиеся в цифровой экономике [12]. Рассмотрим каждую из них.

Тренд 1: данные продукта как услуга (PDaaS). Исследователи из Cognizant отмечают, что в настоящее время компании, использующие PLM-системы, столкнулись с двумя серьезными проблемами. Во-первых, объем данных о продукте увеличивается на каждом этапе его производства или реализации. На протяжении всего жизненного цикла к продукту присвоены в среднем 120 атрибутов в PLM-системе, что увеличивает нагрузку на нее и снижает скорость запросов.

Во-вторых, у сотрудников нет возможности получить информацию о продукте в режиме реального времени из-за архитектуры современных PLM-систем. В связи с этим, как правило, отчетность и аналитику составляет ИТ-отдел, у которого есть возможность работать не с пользовательским интерфейсом, а с командной строкой. Все это снижает скорость принятия решений. Одним из способов нивелирования описанных проблем является концепция PDaaS, которая может быть реализована путем переноса данных о продукте из PLM в новую систему баз данных, которая функционирует как "PLM с большими данными". Новая база данных способна управлять не только информационной иерархической структурой и процессами, связанными с производством и реализацией продукта, но и обеспечивать информацией по запросу в режиме реального времени всех заинтересованных сторон.

Таким образом, подход PDaaS может обеспечить следующие преимущества: снизить время принятия решения за счет возможности получения информации в режиме реального времени, сократить временя выхода на рынок новых продуктов и изменений существующих, и снизит нагрузку на pLM-систему.

Тренд 2: архитектура микросервисов для PLM. Данная тенденция также, как и подход PDaaS, связана с архитектурой PLM-систем. При необходимости добавления новых функций или возможностей система требует полного обновления. Данный процесс является длительным и дорогостоящим. Кроме того, после обновления систему необходимо протестировать, чтобы минимизировать количество ошибок и сбоев на предприятии. Решением данной проблемы может служить архитектура микросервисов, которая может отвечать за выполнение дополнительных функций, таких как, аудит, система безопасности и прочие. Данные функции будут отдельными модулями в архитектуре микросервисов, поэтому они могут управляться независимо друг от друга.

Таким образом, архитектура микросервисов имеет следующие преимущества: ускоренное введение или обновление функций и возможностей системы и увеличенное время безотказной работы системы, так как при выходе из строя отдельного модуля, система продолжает свою работу.

Тренд 3: размещение PLM на блокчейне. Исследователи из Cognizant сравнивают процессы, которые происходят в PLM-системе, с процессами блокчейна. Они считают, что данную технологию можно использовать для увеличения прозрачности деятельности. Участники сети блокчейна - разработчики, поставщики, производственные цеха, 3-D принтеры, партнеры по логистике, отдел продажи - смогут работать в общей инфраструктуре без

централизованного управления, что позволит сократить время и усилия. Исследователи отмечают, что данную технологию пока никто не использует как основополагающую. Тем не менее, компания SAP уже разаработала программу совместных инноваций SAP Leonardo Blockchain3, которая предоставляет пользователям и партнерам SAP возможность исследовать приложения, в том числе регистрировать события для блокчейна от создания и проектирования до этапов производства и логистики для отслеживания продукта. Данную платформу можно использовать для повышения эффективности своей деятельности.

Следует отметить, что Quadrant Knowledge Solutions также определила следующие четыре тенденции развития PLM-систем. Во-первых, поставщики PLM интегрируют возможности аддитивного производства в свои приложения. Такие отрасли промышленности, как аэрокосмическая и оборонная промышленность, промышленное оборудование и автомобилестроение, все чаще применяют технологии аддитивного производства для печати сложных деталей, требующих сложной механической обработки.

Во-вторых, для ускорения процессов на протяжении жизненного цикла все чаще используются технологии виртуальной (VR) и дополненной (AR) реальности. Технологии VR/AR используются в компьютерном моделировании и прогнозировании, что способствует повышению качества продукта и эффективности производственных операций.

В-третьих, поставщики PLM внедряют возможности анализа продуктов с помощью технологии IoT (Internet of Things) в свои решения PLM-систем, которые позволяет организациям подключать оперативные данные о продуктах в режиме реального времени. В-четвертых, поставщики PLM-систем начинают использовать облачные технологии, особенно, для компаний малого и среднего бизнеса.

На основании данных компании Quadrant Knowledge Solutions прогнозируется, что мировой рынок PLM-систем вырастет с 18,57 млрд долларов США в 2018 году до 26,33 млрд долларов США к 2023 году (см. рис. 4) [11].

Рисунок 4 - Объем мирового рынка PLM-систем

Согласно полученным данным можно сделать вывод о том, что совокупный среднегодовой темп роста составит 7,2% в период с 2018 по 2023 годы.

Обратимся к данным объема мирового рынка PLM-систем по регионам (см. рис.5) [11].

На основании представленных данных можно сделать вывод о том, что наибольший темп прироста прогнозируется в Северной Америке (34,62%), наименьший - в Латинской Америка (28,76%).

Рисунок 5 - Прогноз мирового рынка PLM-систем по регионам

Проанализируем рынок PLM-систем по отраслям экономики (см. рис. Ошибка! Источник ссылки не найден.) [11].

»CO WW

^ 4000

5 зооо

5 JOCO

tCOOi

lï»J 1 3392.9 II

1 1031.1 1 «ti 1 _S6J,Ï П*Л 1нЫ III»... II.

-Ои.-рсвв прои*Ш.«Снмо< XI*ffMçtftBH и Овррочнаи »30 т» npOwltfiímtOCífc 3021 • Лрои*ш  ЩМвСП

ши

S27S,6

III.

исял

«LI

50,7

I

~ОАЛрн Ела н

lilDptKaN « ÏH*ûminÉ ri ламИтчАЛние КЛу^

Рисунок б - Прогноз мирового рынка PLM-систем по отраслям экономики

Ожидается, что темп прироста в следующих секторах будет максимальным: естественные науки (8,1%), продукты питания и напитки (8%), архитектура и строительство (8%), товары народного потребления и розничная торговля (7,8%). Следует отметить, что 77,7% мирового рынка PLM-систем составляют такие отрасли, как автомобилестроение (23,8%), транспорт (20,3%), промышленное оборудование (17,1%), аэрокосмическая и оборонная промышленность (16,6%).

Выводы. Из всего вышесказанного можно сделать вывод о том, что если говорить о мировом рынке, то прогнозируется его рост в размере 7,2% в период с 2018 по 2023 годы. Если рассматривать региональные тенденции, то регион Северной Америки продолжает доминировать на мировом рынке PLM-систем. Если обратиться, к отраслевым тенденциям, то PLM все активнее внедряется в перерабатывающую и энергетическую промышленность.

Литература

1. Product Lifecycle Management (Volume 3): The Executive Summary, John Stark. 2018. 137p.

2. Lakshminadh Javvadi Product life cycle management. An introduction. Conference Paper. May 2011.

3. Ameri, F., Dutta, D. (2005). Product lifecycle management: closing the knowledge loops. Computer-Aided Design & Applications, 2(5), 577-590.

4. Global Product Strategy, Product Lifecycle Management and the Billion Customer Question/ John Stark.

5. Product Lifecycle Management (Volume 2) The Devil is in the Details Third Edition / John Stark. 2016.

6. Hirz Mario, Wilhelm Dietrich, Anton Gfrerrer, Johann Lang: Integrated Computer-Aided Design in Automotive Development. ISBN: 978-3-642-11939-2, Springer 2013.

7. Wylie, L. (1990) ERP: A Vision of the Next - Generation MRP II. Scenario S - 300 - 339, Gartner Group, 12 April.

8. The Differences Among PDM, CPC and PLM Matter / Gartner Research. QA-18-1319 7 October 2002.

9. Product Life Cycle: the evolution of a paradigm and literature review from 1950-2009 / Hui Cao and Paul Folan

10. Silva F, Araujo AH, Gamarra CJ, Leonardo J. Product lifecycle management, digital factory and virtual commissioning: Analysis of these concepts as a new tool of lean thinking. In: Proceedings of the 2015 International Conference on Industrial Engineering and Operations Management; 3-5 March 2015; Dubai, United Arab Emirates. pp. 911-915.

11. Market Outlook: Product Lifecycle Management (PLM), 2018-2023, Worldwide / Quadrant Knowledge Solutions. December 2018.

12. The Top Three Product Lifecycle Management Trends Taking Shape Across the Digital Economy / Cognizant 20-20 Insights / 2019.

Analysis of the main trends in the development of PLM systems

Boyko T.A.

Moscow State Technical University named after N.E. Bauman (National Research University) The article presents the main characteristic of PLM systems: a definition is formulated, goals and objectives are defined, and areas of application are indicated. The evolution of PLM systems from the 1970s to the 2000s is described in chronological order. The main software products that appeared in the specified period are considered. The prerequisites for the appearance of PLM systems are determined. The software and the main suppliers of PLM systems are analyzed. Four main manufacturers of PLM systems were selected, their strengths were identified, and the rating of companies was calculated. Trends and prospects for the development of PLM systems are identified. The main technologies include the following technologies: additive manufacturing, VR / AR, IoT, cloud solutions. In addition, three development trends of PLM systems were identified: the use of product data as a service (PDaaS), the introduction of microservice architecture, and the deployment of PLM on the block-chain. It should be noted that the global market for PLM systems is forecast to grow in the next three years. Keywords: PLM systems, product life cycle management, Internet

of things, PDaaS, PLM market analysis. References

1. Product Lifecycle Management (Volume 3): The Executive Summary, John Stark. 2018. 137p.

2. Lakshminadh Javvadi Product life cycle management. An introduction. Conference Paper. May 2011.

3. Ameri, F., Dutta, D. (2005). Product lifecycle management: closing the knowledge loops. Computer-Aided Design & Applications, 2(5), 577-590.

4. Global Product Strategy, Product Lifecycle Management and the Billion Customer Question/ John Stark.

5. Product Lifecycle Management (Volume 2) The Devil is in the Details Third Edition / John Stark. 2016.

6. Hirz Mario, Wilhelm Dietrich, Anton Gfrerrer, Johann Lang: Integrated Computer-Aided Design in Automotive Development. ISBN: 978-3-642-11939-2, Springer 2013.

7. Wylie, L. (1990) ERP: A Vision of the Next - Generation MRP II. Scenario S - 300 - 339, Gartner Group, 12 April.

8. The Differences Among PDM, CPC and PLM Matter / Gartner Research. QA-18-1319 7 October 2002.

9. Product Life Cycle: the evolution of a paradigm and literature review from 1950-2009 / Hui Cao and Paul Folan

10. Silva F, Araujo AH, Gamarra CJ, Leonardo J. Product lifecycle management, digital factory and virtual commissioning: Analysis of these concepts as a new tool of lean thinking. In: Proceedings of the 2015 International Conference on Industrial Engineering and Operations Management; 3-5 March 2015; Dubai, United Arab Emirates. pp. 911-915.

11. Market Outlook: Product Lifecycle Management (PLM), 2018-2023, Worldwide / Quadrant Knowledge Solutions. December 2018.

12. The Top Three Product Lifecycle Management Trends Taking Shape Across the Digital Economy / Cognizant 20-20 Insights / 2019.

X X

О

го А

с.

X

го m

о

ю

2 О

to о