Как построить цифрового двойника изделия и отследить его жизненный цикл с помощью PLM-системы: основные понятия и пример внедрения

В этом материале мы расскажем, как цифровое проектирование автомобилей переходит на новый уровень благодаря внедрению PLM-платформы, а также кратко расскажем о основных системах, позволяющих реализовывать такие проекты. Итак, Product Lifecycle Management (PLM) переводится как полный жизненный цикл продукта или изделия. Здесь продразумевается совокупность процессов, выполняемые от момента выявления потребностей общества в определенном продукте до утилизации изделия после его использования. Понятие применимо для любого изделия сферы информационных технологий и не только. При современном подходе можно выделить 11 этапов ЖЦ изделия. Сам термин «управление жизненным циклом изделия» появился как результат почти двадцатилетней эволюции соответствующих рынков и технологий. Для середины начала 1990-х гг. единого мнения относительно того, что именно следует относить к категории информация об изделии, (особенно в смысле инженерных данных) попросту не существовало.

Постепенно эти данные стали конкретизироваться, как данные об изделии. Именно в это время появился термин «управление данными об изделии» (PDM). Последние несколько лет внесли окончательную ясность: отрасль сформировалась и постоянно расширяется как по степени охвата, так и по мощности предлагаемых решений, благодаря чему, собственно, и был принят термин PLM.

Применение концепции PLM (Product Lifecycle Management – технологии управления жизненным циклом (ЖЦ) изделия) в сложном многооперационном производстве, характерном для предприятий машиностроения, «де факто» – необходимое условие повышения конкурентоспособности каждого предприятия, за счет повышения качества выпускаемой продукции и степени удовлетворенности заказчика. Именно эта концепция позволяет отслеживать каждую партию (и даже каждый экземпляр) продукции на всех этапах ЖЦ –выявление потребности у заказчика, учитывая его разнообразные требования к изделию, все этапы производства, отгрузки и эксплуатации, а также утилизации в конце полезного срока службы и архивирование всей информации.

Основные функции PLM-систем

Теперь обратимся к конкретному примеру. На мониторе Петра Максимова, руководителя центра компетенции «Легкие коммерческие автомобили» Объединённого инженерного центра – передняя подвеска «Соболя NN» 4х4 в 3D-формате. Клик по каждой детали раскрывает все её характеристики. Теперь не нужно тратить время на поиск информации в разных документах – все данные об автомобиле собраны в одном месте. Так конструкторы обкатывают новую PLM-платформу, которую готовят к полноценному внедрению в ОИЦ.

Переход на сквозную PLM-платформу призван объединить все инженерные службы предприятия в одной информационной среде с целью ускорения процессов проектирования и устранения рисков, связанных с использованием неактуальных инженерных данных.

Загружены в матрицу

– Для хранения чертежей у нас есть архив, но все большую важность обретают виртуальные 3D-модели, и также нужна удобная структурированная система хранения большого объема цифровых данных, – говорит Петр Максимов.

Раньше система хранения цифровых двойников машин была простой: 3D-модели находились на файловом ресурсе в виде папок, как обычные документы на компьютере. Структуру хранения цифровых данных создавал ведущий конструктор по тому или иному автомобилю, он же давал доступ к файлам другим конструкторам, работавшим над машиной, и «следил за порядком». В силу того, что количество новых моделей техники и их модификаций в последние годы выросло на порядок, выросла и нагрузка на конструкторов, человек уже физически не способен контролировать такой большой объём данных.

На конвейерах одновременно выпускается несколько семейств лёгких коммерческих автомобилей – «Бизнес», NEXT и NN, растёт количество конфигураций каждого автомобиля. Сейчас в цифровой матрице более 3000 комплектаций, приумноженных на опциональное исполнение.

– Казалось бы, что такое разработать модификацию машины с новым двигателем? Если у нас одна конфигурация – всё просто. А когда это целая матрица автомобилей с разной базой, разным типом кузовов и исполнением – автобусы, грузовики, фургоны, применение нового двигателя требует системного подхода, чтобы ничего не упустить, – говорит Петр Максимов.

Все эти задачи – хранения, каталогизации, навигации – позволяет решить PLM-платформа, благодаря которой конструкторы могут применить новую деталь сразу к сотням модификаций и не делать это вручную. А впоследствии компания будет более гибко и быстро создавать новые конфигурации автомобилей. Таким образом, система позволяет решать и задачи управления накопленными знаниями, что особенно важно для создателей новой техники.

– Самое трудоемкое – внести в программу тысячи деталей автомобилей, которые производит наша компания, – отмечает инженер-конструктор Сергей Безухов. – Когда мы завершим эту работу, появится удобная и прозрачная система управления данными и общедоступный каталог, которым смогут пользоваться технологи, логисты, закупщики, плановики, представители ГК «СТТ».

Из поколения в поколение

В PLM-системе можно хранить информацию и о разных поколениях автомобилей.

– Когда мы разрабатываем новое поколение машин, то должны понимать, чем оно лучше предыдущих. Для этого необходимо поднять архивы с требованиями к предыдущему автомобилю. А где они сейчас? В уме конструктора, который её разработал. А он, например, вышел на пенсию, и с него уже не спросишь. Когда приходит новый человек, он не представляет, с какими трудностями может столкнуться. А если у него будет вся история создания предыдущих поколений техники, то он не повторит чужих ошибок и реализует проект быстрее, – подчеркивает Петр Максимов.

Разработка новейшего автомобиля «Соболь NN» 4х4 изначально велась одновременно с созданием цифрового двойника. Помимо собственно конструкторских изысканий в PLM уже переведены техпроцессы сборки, сварки и окраски. В настоящее время специалисты работают над цифровизацией процессов автокомпонентного производства: литьё металла, пластмасс, ковки, листовой штамповки. В дальнейшем в PLM-систему планируется загрузить все существующие модели автомобилей.

PLM-платформа позволяет управлять данными о продукте на всех этапах его жизненного цикла, облегчая работу конструкторов и технологов. Она упрощает процессы взаимодействия на каждом этапе проектирования: от цифровой проработки идеи до создания полного цифрового двойника автомобиля и процессов его производства и обслуживания.

Проект по созданию PLM-платформы реализуется Горьковским автозаводом при поддержке Российского фонда развития информационных технологий (РФРИТ, входит в группу ВЭБ.РФ).

Цифровые проекты нижегородского автозавода входят в число особо значимых проектов Индустриального центра компетенций «Автомобилестроение», способствующих развитию отечественного ИТ-ландшафта. Напомним, ранее так же при поддержке РФРИТ компания завершила второй этап внедрения цифровой системы управления производством.

КОММЕНТАРИЙ ЭКСПЕРТА

Петр Максимов, руководитель центра компетенций «Легкие коммерческие автомобили» ОИЦ:

– После ухода зарубежные автопроизводители оставили металл – заводы и оборудование, но забрали софт. Без него современное предприятие функционировать не может. Например, детали на сборку автоматически подаются с централизованного склада. Нет ПО – этой магии не происходит. Поэтому два года назад стало очевидно, насколько важно сохранять свой интеллектуальный суверенитет, нужно всё делать самим, на отечественном оборудовании и софте. Одна из таких задач – внедрение PLM-платформы – программы автоматизации всех стадий производственного процесса – на основе отечественного ПО, которая позволит резко повысить эффективность проектирования новых моделей техники.

Дополнительно

Примеры российских PLM систем

ASCON КОМПАС-3D

  • Преимущества: Интеграция с САПР КОМПАС-3D, удобство использования для инженеров, которые уже знакомы с этой САПР, поддержка русского языка и российских стандартов.
  • Недостатки: Может быть менее подходящей для интеграции с другими неасконовскими CAD-системами, ограниченный функционал по сравнению с некоторыми зарубежными аналогами.
  • Цена: Стоимость лицензий может варьироваться в зависимости от комплектации и количества рабочих мест.

ЛОЦМАН:PLM

  • Преимущества: Возможность адаптации под нужды конкретного предприятия, поддержка российских стандартов в области проектирования и документооборота.
  • Недостатки: Может потребовать дополнительных затрат на настройку и адаптацию системы, менее известен, чем зарубежные аналоги.
  • Цена: Индивидуальный подход к ценообразованию, зависит от комплектации и объема поставки.

C3 PLM

От компании «Центр компьютерного инжиниринга»:

  • Преимущества: Интеграция с различными CAD/CAM/CAE системами, возможность масштабирования и адаптации к нуждам предприятия, поддержка отечественных стандартов.
  • Недостатки: Потребность в квалифицированных специалистах для эффективного внедрения и поддержки системы.
  • Цена: Зависит от конфигурации и необходимых модулей, стоимость предоставляется по запросу.

Стоимость PLM систем сильно варьируется в зависимости от множества факторов, включая количество пользователей, уровень требуемой кастомизации, дополнительные модули и услуги, такие как обучение персонала, техническая поддержка и т.д. Часто для конкретного предприятия разрабатывается индивидуальное коммерческое предложение.

Этапы внедрения

Внедрение PLM-системы – это сложный процесс, который требует тщательного планирования и координации усилий всех участников проекта. Рассмотрим основные этапы внедрения:

  1. Подготовка и планирование – определение целей проекта, формирование команды, разработка плана проекта.
  2. Анализ и проектирование – изучение бизнес-процессов компании, определение требований к системе, проектирование архитектуры решения.
  3. Реализация – настройка и адаптация системы под нужды компании, интеграция с другими информационными системами.
  4. Тестирование и обучение – проверка работоспособности системы, обучение пользователей.
  5. Ввод в эксплуатацию – запуск системы в промышленную эксплуатацию, мониторинг и поддержка.

Ключевые факторы успеха

Для успешного внедрения PLM-системы необходимо обеспечить высокий уровень вовлеченности всех заинтересованных сторон, четко определить цели и задачи проекта, а также выбрать подходящую систему, которая будет соответствовать требованиям бизнеса.

Оценка эффективности PLM-систем после внедрения

Оценка эффективности PLM-системы после ее внедрения позволяет понять, насколько успешно были достигнуты цели проекта, и определить области для дальнейшего улучшения. Ключевые показатели эффективности включают сокращение времени выхода продукта на рынок, уменьшение затрат на разработку и производство, повышение качества продукции.

  • Сокращение времени разработки продукта благодаря улучшенному управлению проектами и процессами.
  • Оптимизация затрат на производство за счет более эффективного планирования ресурсов и управления запасами.
  • Повышение качества продукции через улучшенное управление документацией и процессами контроля качества.

PLM и PDM-системы: различия и преимущества

PLM (Product Lifecycle Management) и PDM (Product Data Management) – это системы, которые часто используются взаимозаменяемо, но между ними есть ключевые различия. PDM-системы фокусируются на управлении данными и документацией продукта, в то время как PLM-системы предоставляют более широкие возможности по управлению всем жизненным циклом продукта, включая проектирование, производство, обслуживание и утилизацию. Преимущества PLM перед PDM заключаются в более глубокой интеграции бизнес-процессов, что позволяет достигать лучших результатов в управлении проектами и качестве продукции.

Текст: Татьяна Лякина.
Фото и изображения журнала «Время машин»
Источники: https://up-pro.ru/, https://www.1cbit.ru/, https://korusconsulting.ru/