PLM – źródło prawdy o produkcie

W praktyce, aż 80 proc. emisji dwutlenku węgla determinuje faza projektowania, w której np. zmiana śruby na lżejszą, materiału na mniej energochłonny lub procesu na mniej odpadowy kosztuje niewiele, a rezultat środowiskowy jest największy.

– Przygotowanie przedsiębiorstwa do wdrożenia systemu PLM wymaga znacznie więcej niż tylko odpowiedniej infrastruktury serwerowej – mówi Bernard Pacula, IT & PLM director w firmie CAMdivision. – Firmy produkcyjne, szczególnie te działające w środowiskach wielowariantowych i międzynarodowych, powinny patrzeć na proces wdrożenia jak na transformację organizacji obejmującą strukturę danych, przepływy pracy i sposób podejmowania decyzji. Od strony technicznej fundamentem jest zarówno przygotowanie grafu reprezentującego główny proces biznesowy przedsiębiorstwa, jak i uporządkowanie źródeł danych inżynierskich, ujednolicenie formatów oraz zapewnienie spójnej integracji z systemami CAD, ERP i MES.
Ponadto konieczne jest przygotowanie środowiska testowego pozwalającego iteracyjnie weryfikować konfigurację. Organizacyjnie oznacza to przegląd ról i odpowiedzialności, zdefiniowanie zasad zarządzania zmianami w zakresie konstrukcji i technologii oraz określenie, kto i na jakim etapie odpowiada za jakość danych pojawiających się w systemie cyfrowego zarządzania produktem, akceptując je na poszczególnych etapach cyklu jego życia. Dopiero spójne podejście techniczno-biznesowe pozwala uniknąć chaosu informacyjnego i zapewnia poprawną adaptację.
Korzyści z wdrożenia PLM są wielowymiarowe. Firmy produkcyjne doceniają centralizację danych, skrócenie czasu projektowania oraz redukcję kosztów błędów dzięki pełnej kontroli nad procesem projektowania i wprowadzania zmian.
Jednak w ostatnich latach duże znaczenie zaczynają mieć aspekty związane ze zrównoważonym rozwojem. Nowoczesne moduły PLM umożliwiają rejestrowanie, analizowanie i wizualizowanie danych środowiskowych w całym cyklu życia produktu – od wstępnej koncepcji przez dobór materiałów po proces wytwarzania i logistykę. Najważniejszym obszarem jest możliwość monitorowania emisji dwutlenku węgla przypisanej do komponentów, materiałów i procesów technologicznych. System zbiera i analizuje informacje od dostawców, korzysta z certyfikowanych baz danych środowiskowych oraz przelicza emisję CO₂ na poziomie pełnych zestawień materiałowych.
Typowe wartości mogą obejmować zarówno ślad węglowy surowców, jak i emisję generowaną przez procesy obróbki czy transport. Obok emisji systemy PLM wizualizują również zużycie wody w procesach technologicznych, co w wielu branżach – choćby automotive czy AGD – staje się równie ważnym parametrem jak koszt jednostkowy – uważa Bernard Pacula. Trzeci obszar to generowanie odpadów, które jest monitorowane zarówno ilościowo, jak i jakościowo, co pozwala śledzić, które elementy konstrukcji czy operacje produkcyjne powodują największą stratność materiału.
Dzięki takim funkcjom przedsiębiorstwo identyfikuje obszary o największym wpływie na środowisko. Mogą to być konkretne komponenty, technologie lub dostawcy. Wizualizacje i analityka środowiskowa umożliwiają zespołom konstrukcyjnym szybkie porównywanie alternatywnych rozwiązań, ocenę opłacalności zmian oraz wprowadzanie konstrukcji zoptymalizowanych pod kątem środowiskowym jeszcze przed rozpoczęciem produkcji. Eliminacja najbardziej emisyjnych wariantów na etapie projektowania jest zawsze efektywniejsza niż późniejsze działania kompensacyjne. – Można zatem powiedzieć, że systemy PLM rzeczywiście wpływają na dekarbonizację produktów – przekonuje Bernard Pacula. – Nie robią tego bezpośrednio, lecz przez dostarczenie wiarygodnych danych, narzędzi porównawczych i mechanizmów weryfikacji decyzji inżynierskich. Stopień wpływu jest zależny od olbrzymiej liczby czynników – od dojrzałości organizacyjnej firmy po jakość danych dostawców – jednak w praktyce wiele przedsiębiorstw deklaruje redukcję śladu węglowego na poziomie od kilku do kilkunastu procent już w pierwszym roku od wdrożenia modułów środowiskowych. W połączeniu z długoterminową strategią zrównoważonego projektowania daje to rezultat, którego nie da się osiągnąć prostymi, izolowanymi od reszty procesów działaniami. System PLM staje się więc nie tylko narzędziem technicznym, ale także fundamentem transformacji środowiskowej przedsiębiorstw produkcyjnych.

– Wdrożenie systemu PLM nie jest dla przedsiębiorstwa produkcyjnego wyłącznie projektem informatycznym, lecz również decyzją o uporządkowaniu całej logiki projektowania produktu: od pierwszego szkicu przez użytkowanie po utylizację – twierdzi Paweł Skwarek, head of defence strategy & digital transformation w firmie Transition Technologies PSC. – Dlatego przygotowania powinno zaczynać się od chłodnej analizy dotychczasowych procesów i danych. Dopiero kiedy firma określi, gdzie wciąż funkcjonują równoległe wersje tego samego pliku, gdzie zmiany konstrukcyjne są akceptowane wyłącznie na słowo, a gdzie BOM w ERP różni się od tego w konstrukcji, można mówić o projektowaniu architektury PLM. Taki przegląd prowadzi często do wniosku, że technologia stanowi tylko połowę sukcesu. Druga połowa to organizacja, która musi uzgodnić wspólne standardy, zdecydować o tym, co jest źródłem prawdy, wdrożyć transparentną politykę zarządzania zmianą i zadbać o to, by użytkownicy rozumieli cel nowego systemu. Dopiero na tym fundamencie można budować połączenia z systemami CAD, ERP czy MES i planować migrację danych.
Korzyści z PLM widać praktycznie od pierwszych dni działania systemu, bo praca inżynierów przestaje być liniowa i zaczyna przypominać dobrze zsynchronizowaną współpracę. Konstrukcja, technologia i przygotowanie produkcji rozwijają się równolegle, a nie w długiej sekwencji zależności. Firma szybciej przechodzi od pomysłu przez prototyp do serii, przy okazji eliminując błędy wynikające z nieaktualnych plików, niekontrolowanych poprawek czy brakujących danych. PLM tworzy pełną identyfikowalność, czyli każda zmiana ma swojego autora, uzasadnienie i historię. Spójność danych przekłada się nie tylko na wydajność produkcji, lecz również na spełnianie wymogów norm branżowych, audytów czy regulacji prawnych. Można więc powiedzieć, że dziś to absolutna infrastruktura krytyczna dla firm, które chcą produkować szybciej, taniej i bardziej świadomie.

Systemy PLM wchodzą w zupełnie nową rolę, bo nie są już tylko repozytoriami plików i BOM-ów, ale narzędziami ESG. Nowoczesne moduły środowiskowe, takie jak te dostępne w ecoPLM rozwijanym przez Transition Technologies PSC, pozwalają wizualizować ślad węglowy produktu na poziomie pojedynczego materiału, procesu czy całego wariantu konstrukcyjnego. Inżynier widzi, ile dwutlenku węgla generuje aluminium pierwotne w porównaniu z recyklatem, ile wody pochłania wybrana technologia obróbki, a ile odpadów powstaje przy konkretnej operacji.
System PLM agreguje te dane w czytelnych dashboardach, a nawet prezentuje scenariusze typu „co, jeśli…”, np. jak zmieni się wpływ środowiskowy, jeśli zamiast malowania proszkowego zastosujemy anodowanie o niższej energochłonności. Taka wizualizacja ma ogromną wartość w czasach, gdy rośnie presja regulacyjna, szczególnie w zakresie raportowania niefinansowego i emisji Scope 3. PLM staje się de facto narzędziem ekologicznego dizajnu, umożliwiając projektowanie produktów z myślą o dekarbonizacji już na wczesnym etapie cyklu życia, a nie dopiero w produkcji.
Jednym z ważniejszych zastosowań modułów środowiskowych jest identyfikacja tzw. gorących punktów, czyli elementów i procesów odpowiadających za największą część śladu węglowego czy zużycia surowców. System PLM pozwala zobaczyć rozkład emisji bezpośrednio w strukturze produktu, co może nagle ujawnić, że 30 proc. komponentów generuje ponad 70 proc. obciążenia środowiskowego. Takie odkrycia często prowadzą do decyzji (które bez danych byłyby niemożliwe) dotyczących zmiany materiału, modyfikacji technologii lub wyboru nowego dostawcy. Identyfikacja gorących punktów jest również paliwem dla strategii ESG: umożliwia precyzyjniejsze raportowanie, lepsze planowanie inwestycji i transparentną komunikację z rynkiem.
– Dobrym przykładem takiego podejścia jest projekt, który realizowaliśmy w średniej wielkości firmie z branży maszynowej – mówi Paweł Skwarek. – Wdrożyła ona PLM nie dlatego, że chciała mieć nowy system, ale dlatego, że zaczęła tracić panowanie nad coraz bardziej złożonymi danymi produktowymi. Prowadząc analizę, szybko odkryliśmy, że różne działy korzystają z różnych wersji tej samej dokumentacji, zmiany konstrukcyjne nie zawsze były odnotowywane, a dane w ERP nie pokrywały się ze stanem rzeczywistym. Firma planowała modernizację ERP, ale to PLM stał się naturalnym punktem wyjścia, fundamentem, na którym miała powstać cała architektura cyfrowa. W kolejnych miesiącach wdrożyliśmy model danych obejmujący asocjacyjne względem siebie listy materiałowe: inżynierskie (EBOM), technologiczne (MBOM) marszruty (BOP), zunifikowane zasady wersjonowania, proces ECR/ECO oraz moduł środowiskowy integrujący dane o emisjach, zużyciu wody i generowaniu odpadów.
Jednym z najciekawszych etapów projektu była analiza środowiskowa konstrukcji. PLM ujawnił, że 22 proc. komponentów odpowiada za 78 proc. całkowitego śladu węglowego produktu. Co więcej, zdecydowana większość śladu węglowego koncentruje się wokół jednego komponentu: dużej ramy nośnej wykonanej z aluminium pierwotnego. Po wprowadzeniu alternatywy materiałowej system automatycznie przeliczył parametry środowiskowe na poziomie całego wyrobu, pokazując, że zastosowanie aluminium z recyklingu zmniejsza emisję dwutlenku węgla aż o 31 proc. Po roku przedsiębiorstwo obniżyło całkowity ślad węglowy produktu o 24 proc., skróciło czas wprowadzenia nowej konstrukcji na rynek o jedną trzecią i obniżyło liczbę błędów dokumentacyjnych o 74 proc.

– Firma powinna w pierwszej kolejności określić strategię cyfryzacji, prześledzić, zweryfikować i udokumentować procesy biznesowe, ustanowić zasady zarządzania i utworzyć zespoły międzydziałowe, które będą odpowiedzialne za ocenę wdrażanego rozwiązania z punktu widzenia interesu całej organizacji, a nie tylko poszczególnych działów – podkreśla Krzysztof Jąkalski, konsultant ds. PLM w Siemens Digital Industries Software. – Bardzo ważnym aspektem jest także ocena kompatybilności infrastruktury informatycznej. Proces ten powinien również obejmować planowanie migracji danych, odpowiednie przygotowanie istniejących danych podstawowych i przeprowadzenie szkoleń dla użytkowników. Z technicznego punktu widzenia wymaga to wykorzystania najlepszych praktyk związanych z wdrażaniem, konfiguracją i integracją systemu Teamcenter. Ważna jest gotowość organizacyjna, czyli zarządzanie zmianami w organizacji, odpowiednia ich komunikacja w zaangażowanych zespołach oraz zapewnienie zrozumienia i wewnętrznego poparcia dla planowanych zmian.
Korzyści z wdrożenia systemu PLM obejmują stworzenie jednego źródła informacji dla całej organizacji, automatyzację procesów, lepszą współpracę między działami zaangażowanymi w proces rozwoju produktu, nawet w sytuacji rozproszonych lokalizacji, skrócenie czasu wprowadzania produktów na rynek oraz zgodność z przepisami. Ponadto PLM pomaga obniżyć koszty, optymalizując zasoby, minimalizując przeróbki i obniżając poziom zapasów, jednocześnie wspierając inicjatywy z zakresu zrównoważonego rozwoju przez narzędzia, które zarządzają wpływem na środowisko, takim jak ślad węglowy i zużycie materiałów, i oceniają ten wpływ.
Systemy PLM, takie jak Teamcenter, umożliwiają dekarbonizację przez udostępnianie danych środowiskowych dotyczących produktów na wczesnym etapie procesu projektowania, wybór alternatywnych materiałów i dostawców, automatyzację zapewnienia zgodności z przepisami oraz ułatwienie współpracy między różnymi dziedzinami inżynierskimi. Poziom dekarbonizacji, jaki można osiągnąć, zależy od stopnia, w jakim organizacje wykorzystują te informacje. Wdrożenia pokazują, że wykorzystanie praktyk PLM może bezpośrednio zmniejszyć emisje związane z produktami o 10–20 proc., a nawet więcej, w połączeniu z solidnym zarządzaniem zmianami i optymalizacją łańcucha dostaw. Prawdziwa dekarbonizacja wynika z połączenia danych PLM, przejrzystości procesów oraz proaktywnych decyzji dotyczących projektowania lub zaopatrzenia.
– Zakres wdrażanych rozwiązań w każdej firmie zwykle się różni, ale mówiąc ogólnie, raportowanie zrównoważonego rozwoju to transparentne ujawnianie wpływu organizacji na środowisko i społeczeństwo – opowiada Krzysztof Jąkalski. – Te scentralizowane dane są fundamentalne dla śledzenia i analizowania wskaźników zrównoważonego rozwoju w całym cyklu życia produktu. Poruszanie się po skomplikowanych globalnych przepisach, takich jak RoHS i REACH, jest proste dzięki Teamcenter. Pomaga on zarządzać i śledzić substancje objęte ograniczeniami w materiałach i komponentach, zapewniając zgodność produktów z rygorystycznymi normami środowiskowymi. Usprawnia również zbieranie deklaracji materiałowych od dostawców, zapewniając przejrzysty obraz każdego składnika.

– Z naszego doświadczenia wynika, że przygotowanie do wdrożenia PLM zaczyna się dużo wcześniej niż instalacja systemu – podkreśla Robert Tomasiewicz, prezes firmy ELPLC. – Najpierw trzeba uporządkować dane produktowe. W wielu przedsiębiorstwach dokumentacja konstrukcyjna jest rozproszona, BOM-y są powielane w różnych wersjach, a nazewnictwo materiałów i podzespołów – niespójne. PLM wymaga dyscypliny, a więc pierwszym krokiem jest ujednolicenie tych danych. Drugi element to integracja. Firmy często nie zdają sobie sprawy, jak kluczowa jest komunikacja między PLM a ERP, MES czy naszym TOMAI Factory System. To właśnie ta integracja pozwala zamknąć cały cykl informacji: od projektowania przez planowanie po produkcję.
PLM stanowi źródło prawdy o produkcie. Dzięki temu konstruktor nie projektuje części, która istnieje, technolog nie opiera się na przestarzałej wersji rysunku, a produkcja nie dopłaca do błędów wynikających z nieaktualnych danych. I jeszcze jedno: system daje możliwość oceny wpływu produktu na środowisko i raportowanie do ESG. W tym wypadku PLM staje się narzędziem praktycznie niezastąpionym.
Są trzy kluczowe moduły systemu. Naturalnie producenci nazywają je różnie, ale mają one wspólne zadania. Environmental Footprint albo Eco-Design Dashboard odpowiada za szczegółowe pokazanie śladu środowiskowego produktu. System potrafi przeliczyć emisję dwutlenku węgla dla każdego materiału, dowolnej operacji obróbczej, a także transportu. Typowe wartości (na 1 kg), jakie widzimy w praktyce:
• stal – 1,8–2,0 kg CO₂e ,
• aluminium – 10–14 kg CO₂e,
• tworzywa – 2–6 kg CO₂e.
Podobnie wygląda to w wypadku zużycia wody. Aluminium to nawet 80 litrów na kilogram, stal – około 20 litrów. Do tego dochodzi ocena odpadów – np. przy obróbce skrawaniem może to być 10–40 proc. masy użytego materiału, który trafia do odpadu.
Drugi moduł to LCA Viewer (Life Cycle Assessment), który analizuje cały cykl życia produktu: od pozyskania surowców aż po recykling. Trzeci moduł to Material Compliance (zgodność materiałowa). Zaczęło się od norm typu RoHS czy REACH, ale dziś ten moduł często zawiera również dane środowiskowe o materiałach. W praktyce te trzy moduły dają przedsiębiorstwu pełny obraz środowiskowej mapy produktu. Mówiąc najprościej, po identyfikacji gorących punktów firmy nie muszą zgadywać, który element ma największy wpływ na emisję, bo po prostu to wiedzą. Zaskakująco często okazuje się, że 70–80 proc. śladu węglowego jest związane nie z procesem produkcji, ale z jednym materiałem albo podzespołem kupowanym od dostawcy. PLM potrafi to policzyć i bardzo wyraźnie pokazać. Dzięki takiej wiedzy konstruktor zmienia geometrię, technolog modyfikuje proces, a dział zakupów wybiera dostawcę o niższym śladzie środowiskowym. Wcześniej te decyzje były intuicyjne.
System PLM pomaga w dekarbonizacji końcowych produktów. Pozwala podejmować decyzje środowiskowe w najważniejszym momencie: na etapie projektowania, kiedy każda zmiana kosztuje najmniej, a jej efekt jest największy. Dzięki integracji z systemami takimi jak TOMAI Factory System, PLM przestaje być tylko narzędziem projektowym – twierdzi Robert Tomasiewicz. Staje się częścią zamkniętej pętli optymalizacji, w której dane środowiskowe są weryfikowane w procesie produkcji.
A oto korzyści notowane w praktyce:
• 5–20 proc. redukcji emisji dwutlenku węgla dzięki zmianom materiałowym,
• 10–30 proc. mniejsza ilość odpadów przy lepszym projektowaniu i zarządzaniu zmianami,
• 5–15 proc. oszczędności energii po optymalizacji procesów.
Największe korzyści odnotowują firmy z branż wykorzystujących aluminium, stal czy odlewy. Ostatnio ELPLC pracowała dla firmy produkującej konstrukcje aluminiowe do automatyki przemysłowej. Początkowo problem był klasyczny: duża liczba odpadów przy cięciu profili, nieoptymalne materiały i brak informacji o środowiskowym koszcie produktu. Po wdrożeniu PLM okazało się, że aż 78 proc. emisji dwutlenku węgla wynikało z jednego profilu aluminiowego. System zaproponował symulację wariantów, m.in. zmianę dostawcy na takiego, który oferował aluminium z recyklingu. Tylko ta decyzja dała 55 proc. redukcji emisji w tym jednym elemencie. Konstruktorzy odkryli też, że profil jest przewymiarowany o 12 proc. Po zmianie jego geometrii emisja spadła jeszcze bardziej.
– W kolejnym kroku dane z PLM zostały wysłane do TOMAI Factory System, gdzie mogliśmy zweryfikować energię zużywaną w produkcji – opowiada Robert Tomasiewicz. – W ciągu kilku miesięcy odpady zmniejszyły się o 22 proc., a zużycie energii spadło o 9 proc. Ostatecznie udało się zredukować o 38 proc. ślad węglowy całego produktu przy jednoczesnym jedenastoprocentowym spadku kosztów materiałowych.

– Fundamentem jest wyznaczenie osoby odpowiedzialnej za realizację wdrożenia, osoby, która rozumie procesy zachodzące w przedsiębiorstwie i może podjąć decyzję, jeśli któryś z nich wymaga zmiany, dzięki czemu będzie lepiej skorelowany z wdrażanym oprogramowaniem – uważa Kamil Wilkosz, technical manager w firmie SOLIDEXPERT. – Rekomenduję technikę małych kroków. Lepiej uruchomić system dla jednego zespołu (nawet w formie pilotażu) i rozpocząć czerpanie korzyści biznesowych, a później – zespół po zespole – skalować wdrożenie na całą firmę niż układać duży projekt transformacji, który może nigdy się nie zacząć. Warto w tym procesie skorzystać z wiedzy doświadczonych partnerów, którzy pomogą rozdzielić wymagania krytyczne od nawyków, co znacznie zwiększy prawdopodobieństwo sukcesu projektu.
Korzyści jest wiele i w dużym stopniu zależą one od potrzeb organizacji. Na pewno można wyszczególnić kilka, które są wspólne dla większości przedsiębiorstw:
• One Source of Truth. Eliminujemy silosy danych. Dział inżynierski, produkcja, zakupy i inne działy widzą ten sam, zawsze aktualny stan projektu. Unikamy duplikatów i nieaktualnych wersji.
• Współpraca w czasie rzeczywistym. Widzimy, co dzieje się z projektem w czasie rzeczywistym. Funkcjonalność rezerwacji danych do edycji pozwala uniknąć sytuacji, gdy dwie osoby modyfikują ten sam plik, tworząc konflikt skutkujący tym, że praca jednej z nich zostanie utracona.
• Efektywność. Dzięki współdzieleniu danych oraz pracy opartej na jednym źródle kolejny etap można rozpocząć, jeszcze zanim zostanie zakończony poprzedni. Na przykład dane do symulacji, dokumentację wykonawczą, wizualizacje czy przygotowanie Bill of Materials można zacząć robić, zanim zostanie w pełni ukończony model 3D. Skraca to istotnie czas realizacji projektu.
• Bezpieczeństwo. Wysokiej klasy systemy PLM spełniają najwyższe standardy bezpieczeństwa danych. Odpowiedzialność za ten obszar spoczywa na producencie rozwiązania, który zapewnia spełnienie restrykcyjnych norm.
W portfolio platformy 3DEXPERIENCE kluczową rolę odgrywa Eco Design Engineer. To narzędzie opierające się na metodykach IPCC, ReCiPe, EPS, EF 3.0 czy TRACI, zapewniając zgodność z normami ISO 14040/14044 i przeprowadzenie oceny cyklu życia bezpośrednio w środowisku projektowym. Pozwala to szacować ekwiwalent dwutlenku węgla (global warming potential, GWP – potencjał tworzenia efektu cieplarnianego) czy zakwaszenie gleby, dając inżynierom wczesny wgląd w tendencję zmian środowiskowych, jeszcze przed zatwierdzeniem technologii.
System generuje raporty wskazujące, które komponenty lub procesy są najbardziej obciążające dla środowiska. Dzięki temu inżynierowie wyraźnie widzą, czy redukcja masy elementu, np. zmiana stali na kompozyt, nie spowoduje nieproporcjonalnego wzrostu emisji w fazie produkcji lub utylizacji. Taka analiza pozwala na podejmowanie decyzji, opierając się na rzeczywistych danych, a nie intuicji, a tym samym wymiernie skraca czas udoskonalenia produktu.
– Systemy PLM zdecydowanie wpływają na dekarbonizację końcowych produktów. Około 80 proc. wpływu produktu na środowisko określa się bowiem na etapie jego projektowania. PLM pozwala symulować nie tylko wytrzymałość, ale także właśnie wpływ na środowisko przed wyprodukowaniem prototypu – mówi Kamil Wilkosz.