PLM与循环经济的产品设计

经过拉马钱德兰,杰夫卡万瓜，Samad马苏德 2020年1月|文章| 12分钟阅读|通过电子邮件发送本文|下载

循环经济的目的是增加再利用和减少制造产品的浪费。然而，产品生命周期管理通常仅限于新产品的引入，而不是考虑生命周期的结束重用。循环性是一个关闭这个循环的机会，对环境的影响更低，更好的业务结果，如通过节约材料成本提高毛利率。

循环经济

加利福尼亚州莫哈韦的沙漠是他们生命结束时的飞机的休息场所，伴随着无人认领的材料。印度古吉拉特邦的Alang海滩的造船厂开展了大部分全球船舶活动，与他们的石棉副产品污染了大气。伟大的太平洋垃圾补丁是人类使用的塑料积累，每年从河流进入海洋的1至200万吨。通过采用循环经济来拯救环境，可以避免这种浪费，同时创造可持续和有利可图的商业模式。

艾伦·麦克阿瑟基金会成立于2010年，是循环经济的思想领袖，旨在影响商业、政府和学术界的决策者。根据该基金会的说法，循环经济是通过设计出废物和污染以及再生自然系统来设计、制造和使用产品的一种新方式(图1)。

以全球快速消费品行业为例，该基金会估计，单是材料成本的循环每年就可节省高达7000亿美元。¹该报告称，在这个行业，可以节省多达20%的材料成本，直接提高毛利率。循环的具体例子是家庭食物垃圾产生沼气，以及将用过的谷物级联到啤酒厂作为牲畜饲料。而且它不仅限于产品寿命结束时的材料回收。它是一个整体的观点，迫使产品制造商在产品生命周期的所有阶段都记住它，而不是事后才想到。

对于设备制造商而言，产品设计的传统焦点一直在“可制造性”设计。其目标是快速介绍一款新产品，以最低的成本遵守质量标准，而不是担心在其生命结束时发生的事情。但“循环设计”应包括从其设计到其制作，服务和生命结束的零件的整个寿命的主动规划和管理，最大重复使用。

为了计划循环，基础定义的循环经济的四个构建块是：

• 圆形产品设计和生产从早期设计阶段，指定最终产品的目的和性能
• 基于绩效支付的新商业模式，而不是产品所有权
• 逆向循环包括从材料和产品使用后创造价值的供应链
• 生态系统的推动者和有利条件 - 教育，融资，协作平台

这种循环方式不仅节约了成本，而且是一种可持续的商业模式，对环境也有积极的影响。例如，根据苹果的新闻稿，该公司使用机器人黛西(Daisy)来拆卸15个iPhone模型，以每小时200部手机的速度来回收有价值的材料。^3.钴是一种关键的电池材料，它被回收并送往价值链的上游进行再利用。关键部件全部由回收的锡和铝制成。印度汽车制造商马欣德拉(Mahindra)与政府共同成立了一家名为CERO的合资企业。CERO是该国第一家获得授权的汽车回收公司，可以有组织地将报废汽车上的金属进行粉碎和再利用。

图1所示。循环经济——一种通过设计来恢复活力的工业体系

资料来源:世界经济论坛

转变PLM为循环经济

为了实现循环经济的构建块，有两种广泛的举措，设备制造商应在其演变中采用产品开发以匹配行业需求。产品生命周期管理（PLM）是可以实现这些更改的工作流平台。

1. 通过整合来自多个利益相关者的有价值的信息及其流动，在本质上成为闭环。利益相关者包括员工、客户、供应商、合作伙伴、经销商、监管机构等人，以及物联网和社交媒体等用于产品性能反馈的技术。
2. 改变产品的设计方式，特别是包括新发展的业务模式，如服务化，通过这种模式，产品将被推向市场。

PLM起源于20世纪80年代的美国汽车公司(AMC)，当时它是用来提高设计工程师生产力的工具。^4.通过建立一个中央数据库，用户可以访问零件图纸、3D模型和文档，并决定工程更改，新产品，特别是吉普车的开发速度加快了。据微软动态和其他消息来源称，克莱斯勒收购AMC并广泛采用该系统时，报告的产品开发成本仅为行业平均水平的一半。

但是，如果PLM要支持向循环经济的转变，它就不能局限于降低产品开发的成本。它必须超越这一点。

闭环PLM

以下是PLM可以发展成为闭环的方式，并充当有价值产品性能见解的中央储存。信息流应在整个企业和两方面无缝发生 - 从源产品设计到不同的功能和部门，如制造，物流和现场服务到达最终客户，然后是流量的逆转。

顺序工作流程与反馈

PLM系统最常见的工作方式是通过跨职能和部门的连续工作流程(图2)。这个模型的挑战在于，每个步骤的等待时间可能很长，经常需要返工，有时还会丢失重要信息。在每个阶段，治理都是确保质量不妥协的关键。每一阶段的反馈应在不丢失任何信息的情况下传递到前一阶段，以便在继续进行之前采取必要的纠正措施。

事实上，如果没有反馈和治理失控，这种线性方法可能会产生灾难性的后果。各个团队最终可以关注工程过程的小部分，没有具有新系统的大图片透视或完整视图。这可能导致产品失败，甚至危险的结果。实际上，这是纽约时报在737最大飞机中的臭名昭着的MCAS系统中发生的纽约时报所声明的情况。^5.

图2.线性产品生命周期管理方法

资料来源:印孚瑟raybet雷竞app下载斯知识研究所

并发工程实时协作

为了克服顺序流方法的挑战，并行工程在本世纪末开始流行起来。这是一种协作的方法，需要在团队成员之间进行文化转换。它是跨职能的，集工程、制造和其他职能于一身。可以集体决策以避免返工和延迟。任务可以并行完成。

PLM作为一种工具，提供了使产品开发并行和协作的特性。它是基于网络的，可以随时透明地访问多个利益相关者。它有用于状态更新的通信工具。可视化允许团队成员同时从多个角度查看任何部件，甚至在实际创建部件之前。在设计的早期阶段，反馈可以从一个团队迅速传递到另一个团队。如果制造商将这些特性整合到产品设计中，就可以实现更强的实时并行工程。

例如，ABB在实现在线产品配置器时改变了其划分的工作方式。^6.当工程师设计未来产品时，这使业务能够直接从客户端获取输入。这款“共同创造”的产品，产品经理，客户和其他内部团队共享设计解决方案，导致产品复杂性降低和更好的客户成果。设计和提供产品的循环时间也显着减少，从几个月到几周。

与企业外部的众包合作

为了扩展普遍存在互联网时代超越企业的并发概念，可以挖掘世界任何地方的外部来源。自2016年以来，GE一直使用熔断器作为其众包的平台。它连接到微型工厂网络，用于快速设计和原型。

通用电气在Fuse上将客户的痛点作为需要解决的挑战，并给出了描述、时间表和规则。参与者得到他们的问题的回答并提交他们的回答。提交的作品经过评估以选出优胜者。获奖作品将交由技术团队进一步开发。

喷气发动机支架是GE使用众包重新设计的一部分的示例。要求是使其在保持其结构完整性的同时使其更轻。当它被宣布为竞争时，收到了700个选项。据GE的新闻稿称，获奖进入较轻较轻，持久要求达到僵硬的要求。乐高使用其众群平台称为想法，使公众能够将他们的想法作为玩具的新设计提交。获奖者根据来自社区成员收到的选票决定。他们从他们的设计中获得1％的收入作为版税。

关键部件的串行化

循环经济不仅仅是回收材料。零件可以修理并送回现场再次使用。为每个部件的物理实例提供唯一的序列号将有助于跟踪其生命周期，包括访问维修车间。飞机和涡轮行业中的热气体路径组件就是这样一个例子，其中的部件是系列化的。这些都是高成本的部件，承受着严酷的燃烧条件，对系统的高效和可靠运行至关重要。系列化可以扩展到其他行业的关键部件，在这些行业中，用于制造部件的材料或工艺是有价值的。对高价值部件进行序列化将有助于PLM在单个部件水平上跟踪产品性能。

在该地区的尖端是移动敞开的区块链计划，这是一项由2018年领先的汽车生产商创立的联盟，用于车辆识别标准和终身交易文件。霍尼韦尔的女神贸易电子商务平台使用街区交易航空航天零件。这减少了进入市场的假冒零件的数量。从寿命终端产品中恢复的零件被标记并存储在区块链上，并在区块链上存储零件的安全历史。其生命周期中的每个所有权和里程碑的每个所有权和里程碑都没有损失任何信息的风险。

预测数字PLM

以上方法专注于产品的设计及其制作。新兴技术，如物联网将PLM边界延伸到工厂以至于客户的房屋。作为一个概念，Digital PLM扩展了产品开发，仅限设计，以执行实时仿真，什么 - 如果方案分析和新产品的实验，主要是数字化。可以利用来自现场连接资产的实时从该实验中的反馈来利用任何更正。

一个例子是GE Energy的电厂数字复制品。它模拟了植物，包括关键组件，考虑燃料成本和电力价格。工厂运营商可以使用模型在运行中最佳地管理权衡。根据GE，其客户能够达到2％至3％的额外MW小时输出，导致每株植物储蓄1500万美元。^7.

改变产品设计的工作方式以迎合新的商业模式

信息是有价值的，当它使一个盈利的商业模式与增长机会。它应该支持设计产品并将其推向市场的新方法。以下建议改变了新产品在生产期间的概念化、开发和管理方式。

产品效果随着PLM

组织应该衡量新产品引入的有效性，以成功地将新产品引入市场，并有一个健康的盈利能力、市场份额和循环计划。^8.在新产品计划中发现的高失败率的原因之一是缺乏集成多个产品功能的反馈循环。这应该得到纠正。该过程首先使用产品有效性参数对现有状态进行估计。成熟度分数是根据主题专家的回答分配给每个参数的。计算产品有效性指数用于诊断。

根据诊断，设计了一组举措，为组织提高了分数。举措的例子是过程协调，系统工程鲁棒性，集成要求收集，并发工程，绿色合规性和设计自动化。作为工具，然后可以根据主动定制PLM。

敏捷的工作方式

并发工作方式避免了在产品设计期间部门之间的多次交给。但是，各个任务的时间，因此整个周期仍然很长。为了解决这个问题，制造业借用了软件行业的产品开发敏捷方法。通常持续几周的短周期用于定义和实施小，明确的想法和升级。每个周期都称为“Sprint”。

在开发自动驾驶汽车时，宝马采用了一种叫做LeSS或Large Scale Scrum的敏捷工作方式。^9.scrum是一种以敏捷方式工作的方式，反复交付能够为客户增加价值的工作和测试过的软件，在每次迭代中都朝着一个目标前进(图3)。团队根据产品特性进行重组，并承担端到端的责任。团队成员在两周的冲刺中产生了显著的结果。这些结果可以在实际车辆上进行测试。

图3。为频繁的新产品介绍和升级周期而进行的短冲刺

资料来源:印孚瑟raybet雷竞app下载斯知识研究所

在生产生命周期中的服务化

服务化可以是一个强大的业务模型，在产品安装使用后支持循环。它是一种按使用付费的模型，产品制造商和客户之间有契约义务。远程监控产品性能，确保其正常运行时间。维护和维修可以事先计划，不影响客户的运营。

根据阿斯顿大学和施乐的一项研究，培训有可能代表公司收入的50％。^10.在PLM中，有关售后服务的信息至关重要，这有助于了解产品的性能，并在未来的设计周期中采取任何纠正措施。物联网和社交媒体将成为挖掘有价值的产品性能洞察的数据流。

随着产品的发展，服务化业务模型还构建了更新和升级产品的成本。这成为制造商设计产品的自然动力，使其易于重复使用、回收或升级——减少浪费和增加利润。

PLM和联合国可持续发展目标

采用以PLM为实现平台的循环经济不仅对企业有好处，对更广泛的社会也有好处。建立企业所基于的基本假设是可以改变的。它的好处可以体现在成员国2015年通过的到2030年保护地球、和平与繁荣的可持续发展目标中。这些都是监管性质的，政府不一定会跟踪它们。组织可以通过改变他们的PLM周期来主动遵守。以下是循环经济可直接影响的可持续发展目标:

循环经济和PLM结合的好处，不仅仅是企业

• 可持续发展目标#9:工业、创新和基础设施——循环经济的新商业模式促进创新。当新工厂、能源和供应链建成时，它们就会创造就业机会和基础设施。
• 可持续发展目标#12:负责任的消费和生产——循环经济通过产品的再利用、再循环、修理和翻新实现的物质节约减少了整体消费，从而减少了生产需求。
• 可持续发展目标13:气候行动——循环经济通过多种方式减少碳排放和碳足迹——使用可再生能源、间接减少化石燃料的使用和电力牵引取代内燃机，从而产生负责任的组织和个人。
• SDG＃4：Quality教育 - 循环经济体是一个机会，不仅有机会，不仅是企业中的员工，而且是整个生态系统，以获得新的工作方式和技术。Reskilling是当今经济的关键驱动因素，导致教育和最终就业。

PLM是循环经济的基础

关闭循环和改变设计过程是至关重要的转变,PLM需要发展来支持,这样就可以摆脱被一个操作时,可见性和成本管理工具的框架产品的整个生命周期(图4)。圆形PLM是一个一步通往分布式数字制造,在这里，客户可以利用增材制造等技术成为创造者。

作为面向下一代的绿色倡议，循环经济已经吸引了政策制定者和政治领导人的注意。现在是轮到商业和技术领导者改变产品开发，使这一倡议不仅是绿色的，而且是一个可盈利和可持续的收入流。

圆形PLM是走向分布式数字制造的关键一步，允许客户演变成创造者

PLM将是数字化产品开发的关键推动者。它应该将自己转变为与产品设计相关的闭环、无缝信息流的中央存储库。它应该从根本上改变产品设计的方式，以迎合循环经济中新的商业模式的需要。

图4. PLM作为循环经济平台的框架

资料来源:印孚瑟raybet雷竞app下载斯知识研究所

参考

1. 面向循环经济——消费品部门的机遇，艾伦·麦克阿瑟基金会，https://www.ellenmacarthurfoundation.org/assets/downloads/publications/TCE_Report-2013.pdf
2. 从线性到循环:加速一个经过验证的概念，世界经济论坛，http://reports.weforum.org/toward-the-the-the-thore-circular-echomy-acceleration-the-scale-up-across-global-supply-chains/froom-linear-to-circular-acceleration-a-proven-concept/
3. 2019年4月18日，苹果扩大全球回收项目。https://www.apple.com/in/newsroom/2019/04/apple-expands-global-recycling-programs/
4. LeapAldt，Andy，使PLM和ERP一起工作，https://community.dynamics.com/b/communityteam/posts/making-plm-and-erp-work-together
5. 《纽约时报》2019年6月1日https://www.nytimes.com/2019/06/01/business/boeing-737-max-crash.html.
6. ABB产品配置器:案例研究，印孚瑟斯知识研究所，2019年10月，raybet雷竞app下载//www.microbizcard.com/about/knowledge-institute/insights/documents/abb-product.pdf.
7. 数字双胞胎创造，GE，https://www.ge.com/research/offering/digital-twin-creation
8. Sudarshan，Donekal Radhakrishna Rao，Kavanaugh，Jeff，系统和方法定制产品生命周期管理流程，提高产品效果，美国专利No.US8799044B2，2014年8月5日。
9. 宝马高级副总裁谈论自治驾驶校园，https://www.bmwblog.com/2018/12/21/bmw-senior-vp-talks-about-the-the- autonomous-driving -campus/
10. 英国制造业必须拥抱服务业繁荣，2013年5月22日，https://news.xerox.co.uk/news/u-k-manufacturing-must-embrace-services-boom.