PLM和产品设计循环经济

通过S Ramachandran，杰夫卡夫劳夫,Samad Masood. 1月2020年1月|文章|12分钟阅读|本文的电子邮件|下载

循环经济旨在增加重用和减少制造产品中的废物。但是，产品生命周期管理通常仅限于新产品介绍，而不是考虑生命结束重新使用。循环是一个关闭这种环路的机会，用于较低的环境影响，以及更好的业务结果，例如从物资成本节省的毛利率的改善。

循环经济

加州的莫哈韦沙漠是飞机的安息之地，无人认赠的材料到处都是。印度古吉拉特邦阿朗海滩沿岸的造船厂进行着全球大量的拆船活动，其石棉副产品污染了大气。大太平洋垃圾带是由人类使用的塑料堆积而成的，每年有100至200万吨塑料从河流流入海洋。这种浪费可以通过采用循环经济来拯救环境，同时创造可持续和盈利的商业模式来避免。

Ellen Macarthur基金会成​​立于2010年作为循环经济的思想领袖，以影响跨越商业，政府和学术界的决策者。根据基础，循环经济是通过设计废物和污染和再生自然系统（图1）来设计，制造和使用产品的新方法（图1）。

由于全球快速移动消费品部门的圆形成本从物资成本的循环，基金会估计，由于全球快速的消费商品部门的循环成本高达7000亿美元。¹根据该报告，该行业可以在这一行业实现材料成本的节省20％，并根据报告进行毛利率。循环的具体情况是家庭食物垃圾的沼气生成，并将啤酒厂的谷物级联作为牲畜饲料。并且不限于在产品的生命结束时回收材料。它是一项整体的透视强制执行产品制造商，以便在产品生命周期的所有阶段保持牢记，而不是作为事后的想法。

对于设备制造商来说，产品设计的传统重点是“为可制造性而设计”。它的目标是快速推出一个新产品，以尽可能低的成本坚持质量标准，而不担心它在生命周期结束时发生什么。但是，“循环设计”应该包括零部件从设计到制造、使用和使用结束的整个寿命的主动规划和管理，并最大限度地重复使用。

为规划循环，循环经济的四大组成部分由基础界定为:

• 从产品设计和生产的早期设计阶段开始，明确最终产品的用途和性能
• 具有基于绩效的付款的新商业模式，而不是产品的所有权
• 反向周期，包括供应链以在使用后从材料和产品创造价值
• 教育、融资、合作平台等生态系统的支撑者和有利条件

循环方法与成本节省成本和可持续的商业模式，因为它是对环境的积极影响。例如，Apple使用菊花机器人以每小时200个电话的速度来拆卸15个iPhone型号，以检索有价值的材料。^3.钴，恢复关键电池材料，并将值链发出重复使用。关键部件由100％再循环锡和铝制成。印度汽车制造商Mahindra建立了一个叫做Cero的合资企业以及政府。CERO是该国首次授权车辆回收商，用于在其生命结束时有组织的粉碎和重用金属的金属。

图1.循环经济 - 由设计修复的工业系统

资料来源：世界经济论坛

将PLM转化为循环经济

为了实现循环经济的构建模块，设备制造商在产品开发过程中应采取两项广泛的举措，以满足行业需求。产品生命周期管理(PLM)是实现这些变更的工作流平台。

1. 通过巩固有价值的信息及其从多个利益相关者的流动进行闭环。利益攸关方包括员工，客户，供应商，合作伙伴，经销商，监管机构以及产品绩效反馈的东西互联网和社交媒体等技术。
2. 更改产品的设计方式，特别是包括新的不断发展的商业模式，如伺服化，产品将被带到市场上。

PLM在80年代作为一种提高其设计工程师的生产力的工具中的美国汽车公司（AMC）的起源。⁴开发新产品，特别是吉普车，由创建一个中央数据库来加速，使用户能够访问零件图纸，3D模型和文档并决定工程更改。据Microsoft Dynamics4和其他来源，当克莱斯勒广泛购买了AMC并广泛采用了这个系统，报道了产业开发成本，这是行业平均水平的一半。

但如果支持转向循环经济，PLM不能将其范围限制在产品开发的成本降低。它必须超越这一点。

闭环PLM

以下是PLM可以演变为闭环的方式，并作为有价值的产品性能洞察的中心存储库。信息流应该在整个企业中无缝地发生，并且是双向的——从最初的产品设计到不同的功能和部门，如制造、物流和现场服务，然后到达最终客户，然后反向流动。

有反馈的连续工作流程

PLM系统工作的最常见方式是通过跨功能和部门的顺序工作流程（图2）。与此模型的挑战是，等待时间可以在每个步骤中冗长，并且经常需要返工，并且有时丢失的重要信息。治理是每个阶段的关键，以确保没有质量妥协。每个阶段的反馈应通过任何信息丢失的前阶段传递给前阶段，以便在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。单个团队最终可能只关注工程过程的小部分，没有一个团队拥有新系统的大视图或完整视图。这可能导致产品失败，甚至危险的结果。事实上，《纽约时报》(New York Times)指控的波音737 MAX机型中臭名昭著的MCAS系统就是这种情况。⁵

图2。线性产品生命周期管理方法

资料来源：Inf亚搏电脑登录osys知识研究所

并行工程与实时协作

为了克服连续流动方法的挑战，并发工程在世纪末变得流行。它是一种合作方法，需要团队成员之间的文化转型。它是交叉功能，带来工程，制造和其他功能。决定可以集体采用以避免返工和延误。任务可以并行完成。

PLM作为工具提供了制作产品开发并发和协作的功能。它是基于Web的透明，随时访问多个利益相关者。它具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分，即使在物理创建之前也是如此。在设计的早期阶段，可以在一支球队中快速传递反馈。如果制造商将这些功能集成为产品设计的方式，它们可以实现更强大的实时并发工程。

例如，ABB在实现在线产品配置器时将其分区化的方式翻转。⁶这使得当工程师设计未来的产品时，企业可以直接从客户那里获得配置首选项的输入。这种产品的“共同创造”——产品经理、客户和其他内部团队共享设计解决方案——导致了产品复杂性的降低和更好的客户结果。设计和交付产品的周期也大大缩短，从几个月缩短到几周。

企业外面的合作众包

在无处不在的互联网时代，为了将并行工作的概念扩展到企业之外，可以利用来自世界任何地方的外部资源。GE自2016年开始将Fuse作为其众包平台。它与微型工厂网络相连，用于快速设计和原型制作。

GE将客户的止痛点视为救济，融合，融合，以及描述，时间表和规则。参与者收到他们的问题并提交他们的回复。评估提交的提交以选择获奖者。获奖条目已转发给技术团队以进行进一步发展。

喷气发动机支架是通用电气利用众包重新设计零件的一个例子。要求是使它轻30%，同时保持其结构的完整性。当它被宣布为竞赛时，收到了700个选项。根据通用电气的新闻稿，获奖作品的重量减轻了84%，并满足了刚度要求。乐高利用其名为“创意”(Ideas)的众包平台，让公众可以提交他们的创意作为新的玩具设计。获胜者是根据社区成员的投票决定的。他们从设计中获得1%的收入作为版税。

重要零件的序列化

循环经济不仅仅是关于回收材料。零件可以修复并送回该字段以再次使用。为零件的每个物理实例提供唯一的序列号将有助于追踪其生命周期，包括访问修理商店。飞机和涡轮机行业中的热气路径部件是零件序列化的一个这样的示例。这些是高成本的零件，经受苛刻的燃烧条件，对系统的有效和可靠功能至关重要。序列化可以扩展到其他行业的重要部件，其中用于创建该部件的材料或过程是有价值的。高价值的序列化部分将有助于PLM在单个零件级别进行产品性能。

处于这一领域前沿的是“移动开放区块链倡议”(Mobility Open区块链Initiative)，这是由领先的汽车生产商在2018年创建的一个联盟，负责车辆识别标准和终身交易文档。霍尼韦尔的GoDirect Trade电子商务平台使用区块链来交易航空零部件。这减少了进入市场的假冒零件的数量。从报废产品中回收的部件将被标记并存储在区块链上，并提供该部件的安全历史记录。每个所有权变更和生命周期中的里程碑都将被存储，不会有任何信息丢失的风险。

预测数字PLM

以上的方法都集中在产品的设计和制作上。物联网等新兴技术将PLM的疆域从工厂扩展到了客户的办公场所。作为一个概念，数字PLM扩展了产品开发，而不仅仅是设计来执行实时仿真、假设场景分析和新产品的实验，这些基本上都是数字化的。来自现场连接资产的实时实验反馈可以用来进行任何修正。

通用电气能源公司(GE Energy)的发电厂数字复制品就是一个例子。它考虑燃料成本和电力价格，对工厂进行建模，包括关键部件。工厂经营者可以使用该模型来优化管理运行中的权衡。据通用电气称，其客户能够实现2 - 3%的额外兆瓦小时输出，从而节省了1500万美元的每个工厂。⁷

更改产品设计的方式，以满足新的商业模式

当它实现具有增长机会的有利可图的商业模式时，信息很有价值。它应该支持设计产品的新方法并将其带到市场上。以下建议转变新产品概念化，开发和管理在现场及以后的生产寿命期间。

产品有效性为基础的PLM

组织应衡量新产品介绍的有效性，以便成功地将其带到具有健康盈利，市场份额和循环计划的市场。⁸新产品计划中注意到高失效率高的原因之一是缺乏反馈循环来集成多个产品功能。这应该得到纠正。该过程始于使用产品有效性参数的现有状态的估计。基于来自主题专家的响应，分配到期日评分。计算产品有效性指数用于诊断。

在诊断的基础上，为组织设计了一套措施来提高分数。计划的例子包括过程协调、系统工程健壮性、集成需求收集、并行工程、绿色遵从性和设计自动化。作为一种工具，PLM可以根据计划进行定制。

敏捷方式的工作方式

并行的工作方式避免了产品设计过程中部门之间的多次交接。但是单个任务的时间和因此的整体周期仍然很长。为了解决这个问题，制造业从软件行业借鉴了产品开发的敏捷方法。通常持续数周的短周期用于定义和执行小而明确的理念和升级。每个周期被称为“冲刺”。

BMW遵循敏捷的工作方式，称为较少或大规模的Scrum，用于开发其自治车。⁹Scrums是一种以敏捷方式工作的方式，反复交付为客户添加价值的工作和测试软件，朝着每个迭代的目标进展（图3）。基于产品功能重组团队，最终的责任。团队成员在两周的冲刺中产生显着的结果。这些结果可以在实际车辆中进行测试。

图3.用于频繁循环的新产品介绍和升级的短冲刺

资料来源：Inf亚搏电脑登录osys知识研究所

生产生命周期中的培训

伺服化可以是一个强大的商业模式，在安装产品使用后支持循环。它是每次使用付费型号，产品制造商和客户之间的合同义务。远程监控产品性能可确保其正常运行时间。可以主动计划维护和维修，对客户操作没有影响。

根据阿斯顿大学(Aston University)和施乐(Xerox)的一项研究，服务化可能会占到公司收入的50%。¹⁰有关售后服务的信息将为PLM至关重要，以了解产品在未来设计周期中的表现和采取任何纠正措施的措施。事物和社交媒体互联网将是用于挖掘宝贵产品性能见解的数据流入。

伺服化业务模型还以刷新和升级产品在演变而升级的成本中构建。这成为制造商以一种方式设计产品的自然激励，使它们能够轻松可重复使用，可回收或可升级的浪费以及增加盈利能力。

PLM和联合国的可持续发展目标

通过PLM采用循环经济，因为实施平台将超越企业的利益，以更广泛的社会。基于该企业已设置的根本假设可以改变。它的福利可以映射到2015年成员国通过的可持续发展目标，以保护地球，和平与繁荣到2030年。这些是与政府不一定跟踪它们的监管。通过转换PLM循环，组织可以积极主动。以下是循环经济可以直接影响的SDG：

循环经济和PLM结合的好处惠及社会，而不仅仅是企业

• SDG＃9：行业，创新和基础设施 - 新的商业模式，是循环经济促进创新的结果。当建造新工厂，能源和供应链时，它们会创造就业机会和基础设施。
• SDG＃12：负责任的消费和生产 - 通过重用，回收，修理和翻新产品的循环经济使材料能够降低整体消费，从而实现生产需求。
• SDG＃13：气候行动 - 循环经济通过通过几种方式降低可再生能源的碳排放和足迹，通过降低可再生能源，间接减少化石燃料使用和电气牵引而不是内燃机来源的负责组织和个人。
• 可持续发展目标#4:质量教育——循环经济不仅为企业员工提供了机会，也为整个生态系统提供了机会，使他们能够掌握新的工作方式和所使用的技术。再技能是当今经济的一个关键驱动力，它带来了教育，并最终带来了就业。

PLM作为循环经济的基础

关闭循环和改变的设计过程是PLM需要演变为支持的关键变化，以便它可以远离运行的操作，可见性和成本管理工具给产品总体生命周期的框架（图4）。循环PLM是分布式数字制造之旅的一步，客户使用添加剂制造等技术演变为创作者。

循环经济抓住了政策制定者和政治领导人的注意，作为后代的绿色倡议。现在正在转向商业和技术领导者，以改变产品开发，使这一举措不仅仅是绿色，而且是一个有利可图和可持续的收入流。

循环PLM是朝着分布式数字制造的重要步骤，允许客户进入创作者

PLM将成为数字化产品开发的关键推动因素。它应该将自己变为闭环的中央存储库，与产品设计相关的无缝信息流。它应该从根本上改变产品设计的开展方式，以满足循环经济中的新商业模式的需求。

图4。PLM作为循环经济平台的框架

资料来源：Inf亚搏电脑登录osys知识研究所

参考文献

1. 朝向消费品部门的循环经济 - 机会，艾伦麦克阿瑟基金会，https://www.ellenmacarthurfoundation.org/assets/downloads/publications/tce_report-2013.pdf.
2. 从线性到通函：加速经过验证的概念，世界经济论坛，http://reports.weforum.org/toward-the-circular-economy-accelerating-the-scale-up-across-global-supply-chains/from-linear-to-circular-accelerating-a-proven-concept/
3. Apple扩大了2019年4月18日的全球回收计划，https://www.apple.com/in/newsroom/2019/04/apple-expands-global-recycling-programs/
4. 让PLM和ERP协同工作，https://community.dynamics.com/b/communityteam/posts/making-plm-and-erp-work-togeth.
5. 波音建立了致命的假设进入737 Max，盲目的设计变更，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产品配置师：一个案例研究，Infosys知识学院，2019年10月，亚搏电脑登录//www.mdgottwald.com/about/knowledge-institute/insights/Documents/abb-product.pdf
7. 数字双胞胎创作，GE，https://www.ge.com/research/offering/digital-twin -creation.
8. Sudarshan, Donekal Radhakrishna Rao, Kavanaugh, Jeff，定制产品生命周期管理流程以提高产品有效性的系统和方法，美国专利号:US8799044B2, 2014年8月5日。
9. 宝马高级副总裁谈自动驾驶园区https://www.bmwblog.com/2018/12/21/bmw-senior-vp-talks-about-the-autonomous-driving-campus/
10. 英国制造业必须拥抱2013年5月22日的服务繁荣，https://news.xerox.co.uk/news/u-k-manufacturing-must-embrace-services-boom