PLM和产品设计循环经济

经过S Ramachandran，杰夫卡万瓜，Samad马苏德 2020年1月|文章| 12分钟读|通过电子邮件发送本文|下载

循环经济的目标是增加产品的重复利用和减少浪费。然而，产品生命周期管理通常局限于新产品的引入，而不是考虑生命结束后的重复使用。循环是一个闭合这个循环的机会，以降低环境影响，并更好的业务结果，如提高毛利率，节省材料成本。

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(Ellen MacArthur Foundation)成立于2010年，是循环经济的思想领袖，旨在影响企业、政府和学术界的决策者。根据基金会的说法，循环经济是一种设计、制造和使用产品的新方式，通过设计废物、污染和再生自然系统(图1)。

以全球快速消费品行业为例，该基金会估计，仅材料成本的循环效应每年就能节省7000亿美元。¹该报告称，该行业可以节省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的沼气，以及作为牲畜饲料的啤酒厂中的废谷物的级联。而且它并不局限于在产品寿命结束时回收材料。它是一个整体的观点，强制产品制造商在产品生命周期的所有阶段都要记住它，而不是事后才考虑。

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
• 具有基于绩效的付款的新商业模式，而不是产品的所有权
• 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

这种循环方式不仅可以节约成本，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，根据苹果公司的新闻稿，该公司使用机器人黛西以每小时200部手机的速度拆卸15款iPhone，以回收有价值的材料。^3.钴是一种关键的电池材料，它被回收并送往价值链上进行再利用。关键部件由100%回收的锡和铝制成。印度汽车制造商Mahindra与政府成立了一家名为CERO的合资企业。CERO是美国第一家获授权的汽车回收公司，有组织地粉碎和再利用汽车上的金属。

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

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. 改变产品的设计方式，特别是包括新发展的商业模式，如服务化，通过它产品将被带到市场。

PLM起源于80年代的美国汽车公司(AMC)，作为一种提高其设计工程师生产力的工具。^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。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：Inf亚搏电脑登录osys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。这是一种需要在团队成员之间进行文化转换的协作方法。它是跨职能的，汇集了工程、制造和其他职能。可以集体做出决定，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发和协作的特性。它是基于web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讯工具。可视化允许团队成员同时从多个视角查看任何部分，甚至在它被物理创建之前。在设计的早期阶段，反馈可以从一个团队快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。

企业外面的合作众包

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。

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。

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。

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，当它使一个有利可图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式。以下的建议改变了新产品的概念化、开发和管理的方式，在他们的生产生活领域内外。

产品效果随着PLM

组织应该衡量新产品介绍的有效性，以成功地将它们带向市场，带来健康的盈利能力、市场份额和循环计划。^8.新产品计划中出现高失败率的原因之一是缺乏整合多个产品功能的反馈回路。这应该纠正。该过程从使用产品有效性参数对现有状态进行评估开始。成熟度分数根据主题专家的回答分配给每个参数。计算产品有效性指标进行诊断。

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。

敏捷方式的工作方式

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，宝马采用了一种被称为“少争”或“大规模争”的敏捷工作方式。^9.Scrums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。为频繁的新产品介绍和升级周期进行短时间的冲刺

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。

根据阿斯顿大学和施乐的一项研究，培训有可能代表公司收入的50％。^10.关于售后服务的信息在PLM中至关重要，这有助于了解产品的运行情况，并在未来的设计周期中采取纠正措施。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，服务化业务模型还增加了更新和升级产品的成本。这自然会激励制造商设计产品，使其易于重复使用、回收或升级——减少浪费和增加盈利。

以及联合国的可持续发展目标

采用以PLM为实施平台的循环经济，不仅造福于企业，也造福于更广泛的社会。企业建立所基于的基本假设可能会发生变化。它的好处可以体现在成员国2015年通过的可持续发展目标上，这些目标旨在到2030年保护地球、和平与繁荣。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周期来主动遵从。以下是循环经济可以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了创新。当新工厂、能源和供应链建设起来时，它们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、循环利用、修理和翻新来节约材料，从而减少整体消费，从而减少生产需求。
• 可持续发展目标13:气候行动——循环经济通过使用可再生能源、间接减少化石燃料的使用以及用电力牵引取代内燃机等多种方式减少碳排放和碳足迹，从而使负责任的组织和个人受益。
• 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作为循环经济的基础

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,在客户发展成创作者利用加法制造等技术。

循环经济已经引起了政策制定者和政治领导人的注意，认为这是一项造福子孙后代的绿色倡议。现在轮到商业和技术领袖们转变产品开发方式，使其不仅仅是绿色的，而且是有利可图和可持续的收入来源。

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

1. 《走向循环经济——消费品行业的机遇》，艾伦·麦克阿瑟基金会，https://www.ellenmacarthurfoundation.org/assets/downloads/publications/tce_report-2013.pdf.
2. 从线性到通函：加速经过验证的概念，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，苹果扩大全球回收计划，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-togeth.
5. 《纽约时报》2019年6月1日报道，波音公司无视后期设计的改变，在737 Max中植入了致命的假设，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. 数字孪生创造，通用电气，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. 2013年5月22日，英国制造业必须拥抱服务业繁荣，https://news.xerox.co.uk/news/u-k-manufacturing-must-embrace-services-boom.