Об использовании PLM-решений на ранних этапах проектирования новых изделий
Говоря о применении PLM-решений при проектировании новых изделий, специалисты проектных организаций или промышленных предприятий обычно имеют в виду этапы системного и детального проектирования. Здесь широко используются средства 3D-моделирования, автоматизированного формирования чертежей и инженерного анализа. В меньшей степени применяются автоматизированное функциональное и эргономическое проектирование, представление и использование корпоративных знаний, цифровой макет изделия. Однако принципиально важный начальный этап проектирования новых изделий при этом остается в тени.
Начальный этап проектирования нового изделия обычно называют разработкой технических требований, хотя это название не является ни строгим, ни единственным. Так, в книге Карла Т. Ульриха и Стивена Д. Эппингера (Ulrich K.T., Eppinger S.D. Product Design and Development. Irwin McGraw-Hill, 2000), посвященной системному рассмотрению вопросов проектирования новых изделий, начиная от их планирования и заканчивая изготовлением опытной партии, рассматриваемый нами этап называется разработкой концепции изделия, а определение технических требований является лишь одним из элементов данного этапа. На наш взгляд, это название можно считать более содержательным, и далее мы будем пользоваться именно им, а также той структуризацией данного этапа, которая предложена в указанной книге.
Структуризация начального этапа проектирования новых изделий является необходимой как для понимания протекающих здесь процессов, так и для построения той модели предметной области, которая должна быть положена в основу при использовании PLM-решений. Поэтому кратко рассмотрим структуризацию процесса разработки концепции нового изделия, которая схематично представлена на рисунке.
Процесс разработки носит поэтапно-итеративный характер, то есть протекает не в виде строгой последовательности, когда каждый этап завершается до начала следующего. В реальности этапы могут перекрываться во времени или выполняться с проведением итераций (что показано на рисунке пунктирными стрелками). Содержание этапов процесса разработки концепции изделия состоит в следующем:
• идентификация запросов потребителей. Цель данного этапа — понять запросы потребителей и установить связь между ними и разработчиками изделия. Результатом работы на данном этапе является тщательно составленное описание перечня запросов потребителей, оформленное в виде иерархического списка, с указанием весовых коэффициентов значимости для каждого вида запросов;
• установка целевых технических требований. Технические требования определяют основные характеристики изделия. Они представляют собой перевод запросов потребителя на язык технических терминов. Целевые технические требования отражают наиболее оптимистичные прогнозы разработчиков. Впоследствии эти технические требования дорабатываются с учетом ограничений, налагаемых особенностями тех концепций изделия, которые выбраны разработчиками для дальнейшего продвижения;
• выработка концепций изделия. Цель этапа выработки концепций — всесторонне исследовать область таких концепций изделия, которые могли бы обеспечить удовлетворение запросов потребителей. Выработка концепций сочетает в себе внешний поиск, разработку собственных методов решения проблемы и изучение различных частных решений, предлагаемых разработчиками. В данном случае результатом работы является набор концепций, каждая из которых представлена в виде эскизов и краткого текстового описания;
• отбор концепций изделия. На данном этапе различные концепции изделия подвергаются анализу и последовательной отбраковке с целью выявления наиболее перспективной концепции (или концепций). Процесс обычно требует нескольких итераций и может инициировать формирование новых концепций или доработку имеющихся;
• тестирование концепций изделия. Одна или несколько концепций тестируются для проверки того, насколько хорошо они учитывают запросы потребителей, а также с целью оценки потенциала рынка и выявления любых недостатков, которые должны быть устранены при последующей разработке. Если отклики потребителей неблагоприятны, проект может быть остановлен или, если это необходимо, некоторые предыдущие шаги процесса могут быть повторены;
• фиксация конечных технических требований. На данном этапе установленные ранее целевые технические требования подвергаются ревизии. Разработчики должны зафиксировать конкретные значения показателей с учетом ограничений, присущих концепции изделия и ограничений, выявленных при техническом моделировании, а также с учетом компромиссов между стоимостью и изготовлением изделия;
• планирование следующих этапов разработки. На этом завершающем этапе разработки концепции формируются план-график, определяющий сроки разработки, и перечень ресурсов, необходимых для выполнения проекта;
• проведение экономического анализа. Команда разработки, обычно с помощью специалистов финансовых служб, строит для нового изделия экономическую модель. Эта модель используется в целях обоснования продолжения общей программы разработки и для расчета отдельных компромиссных решений, например для нахождения компромисса между стоимостью разработки и стоимостью производства изделия;
• оценка конкурирующих изделий. Знание конкурирующих изделий крайне необходимо для правильного позиционирования нового изделия и может послужить источником идей при разработке как самого изделия, так и процессов его изготовления;
• создание тестируемых моделей и прототипов. На каждом из этапов разработки концепции изделия используются различные виды моделей и прототипов. Такие модели могут включать следующие разновидности: доказывающие модели, которые помогают команде разработчиков продемонстрировать осуществимость проекта; дизайнерские модели, которые могут быть продемонстрированы потребителям для оценки внешнего вида и эргономичности изделия; табличные модели — для оценки технических компромиссов.
Даже из поверхностного рассмотрения перечисленных этапов очевидно, что в них циркулируют большие объемы разнородной информации. Эта информация является составной частью проекта и должна храниться таким образом, чтобы исключить дублирование данных, обеспечить возможность коллективной работы над проектом, реализовать распределение прав доступа, облегчить и автоматизировать управление проектом. Как известно, все эти функции реализуются с помощью PDM-системы, обеспечивающей поддержку информации об изделии на различных этапах его жизненного цикла и позволяющей организовать совместную работу над проектом в едином информационном пространстве.
Структуризация этапа разработки концепции нового изделия
Описанная выше структуризация может служить основой для построения объектно-ориентированной модели предметной области на этапе разработки концепции изделия. Для этого используются специальные средства PDM-системы: например, в PDM-системе SmartTeam построение объектно-ориентированной модели осуществляется с помощью специальной утилиты Data Model Designer. Предварительно модель может быть построена в виде диаграммы классов графического языка UML.
Конкретный вид объектно-ориентированной модели зависит от ряда факторов: от характера разрабатываемого изделия, от существующих на предприятии подходов к начальным этапам проектирования, от имеющегося уровня компьютеризации и уровня понимания методов PLM. Однако, в любом случае, предприятие не должно рассчитывать на то, что построение модели предметной области выполнит поставщик PDM-системы — он может сделать это только при активном участии специалистов и руководящего технического персонала предприятия.
Формализация проектных процедур на этапе разработки концепции изделия не только обеспечивает построение модели предметной области, но и создает предпосылки для автоматизации управления проектными работами с помощью средств Workflow PDM-системы.
Помимо задач хранения и управления проектной информацией, PDM-система позволяет при необходимости реализовать в своей среде некоторые проектные процедуры, которые не поддерживаются средствами CAD- или CAE-систем, выполняющих вместе с PDM-системой роль штатных PLM-решений. К числу таких проектных процедур, выполняемых на этапе разработки концепции изделия, можно отнести, например, табличные процедуры отбраковки и ранжирования, выполняемые при отборе перспективных концепций. Для реализации подобных процедур в PDM-системе существуют средства программирования, такие как язык Basic Script PDM SmartTeam.
Средства CAD- и CAE-систем на этапе разработки концепции изделия могут применяться так же, как и на более поздних этапах. Например, при выработке концепции изделия могут быть построены упрощенные 3D-модели или чертежи (эскизы), выполнены прочностные расчеты. 3D-модели могут играть роль виртуальных прототипов, представляемых потребителю для тестирования концепций. Эти модели могут быть тем первичным материалом, на основании которого впоследствии разрабатываются окончательная модель и цифровой макет изделия. Упрощенный (концептуальный) характер моделей не означает, что для их построения достаточно применения несложных CAD-систем. Так, при разработке концепции дизайна изделия может понадобиться работа со сложными поверхностями, а при оценке эргономичности — специальные средства системного синтеза, которые характерны для такой мощной CAD-системы, как CATIA. Еще раз подчеркнем, что все полученные значимые результаты должны храниться в единой базе данных PDM-системы как составные части проекта.
Как известно, успех, достигнутый на начальных этапах разработки нового изделия, не только существенно сокращает последующие сроки и стоимость проектирования, но и во многом определяет конечный успех проекта. Поэтому компания «Би Питрон», обеспечивающая поставку и внедрение PLM-решений IBM/Dassault Systemes, обращает особое внимание своих заказчиков на автоматизацию начальных этапов проектирования новых изделий и предлагает методологическую поддержку, основанную на вышеописанной структуризации этих этапов.
