О роли малых форм

Для тех, кто любит детективные сюжеты, одним из самых интригующих в российской жизни остается вопрос: почему ТАМ могут строить дома, в которых горячая вода не отключается на лето, или автомобили, которые потом называются современными, а мы ЗДЕСЬ - не можем? Чего не хватает: научных знаний, талантливых инженеров? Может быть у нас просто плохо организовано производство или всему виной идеологическое наследие? Так или иначе интерес к данной теме постоянно присутствует на страницах изданий Открытых Систем, и это понятно: современные информационные технологии становятся действенными тогда, когда они начинают работать на производстве, а для этого должно, по крайней мере, работать само производство. В противном случае на долю специалистов-компьютерщиков только и останется, что гадать, хороша или плоха последняя версия продукта N и обсуждать, почему компания X покупает компанию Y.

Причин переживаемых производством трудностей, к большому сожалению, множество, и чтобы переломить ход событий в каждой конкретной области требуется квалифицированный анализ ситуации специалистами. Есть, однако, общие моменты и мировой опыт, пренебрегать которым в любом случае не следует. В предлагаемой статье хотелось бы еще раз обратить внимание на то, какую роль играют в западном бизнесе малые и средние фирмы.

Принято считать, что внедрение прогрессивных форм организации производства требует больших капиталовложений, а значит реально возможно только на больших предприятиях, либо под их влиянием. Поэтому откровением выглядит уровень понимания стратегических задач и своего места в их решении, который проявляют западные руководители, весьма далекие от министерских постов. Пример такого мышления демонстрирует, в частности, глава компании CADFORM Engineering (Homberg/Ohm, Германия) Вернер Зиммер, знакомство с которым послужило поводом для написания этой статьи. Его компания, основанная, в 1970 г., занимается инженерным обслуживанием производителей в автомобильной промышленности, а также поставщиков электроники и потребительских товаров. Штат CADFORM Engineering невелик - всего 160 сотрудников, но инженерное обслуживание получило здесь новое качество - заказчику предоставляется весь спектр услуг по подготовке производства: проектирование изделия, быстрое прототипирование, изготовление шаблонов, разработка программ для станков с ЧПУ. Переход на новые формы деятельности компании потребовал радикальных изменений. Как же их удалось осуществить?

 Положение дел в автомобильной промышленности

Трудности, переживаемые отечественной автомобильной промышленностью - конкуренция с импортными товарами, проблемы с финансированием, которые обычно связываются с тяжелым экономическим положением в России, на самом деле испытывают все производители во всем мире, это просто свойство открытого рынка. Отечественные поставшики озабочены конкуренцией с зарубежными производителями, но те в свою очередь находятся отнюдь не в тепличных условиях. Например, над европейскими и американскими компаниями в течение длительного времени довлеет мощный прессинг японцев.

Если говорить об экономических условиях и финансировании, то следует обратить внимание на две противоположные тенденции, связанные с жизненным циклом продукции предприятий автомобилестроения и возвратом инвестиций в Европе. Обнаруживается, что продолжительность такого цикла уменьшилась за последние 10 лет на 12,5%, и это плюс. Однако за этот же период срок окупаемости увеличился на 27,8%. В целом получается, что хотя путь до рынка стал короче, европейские автомобили ждут покупателя дольше, а следовательно динамика возврата вложенных поставщиками средств замедляется. Временной интервал, остающийся для возврата инвестиций, стал очень коротким.

Сравнение деятельности японских и европейских производителей показывает, что первые затрачивают меньше времени на подготовку изделий к выпуску (1,7 млн. часов против 2,9), и продают быстрее. Это при том, что стоимость производства японской продукции наименьшая как в самой Японии, так и за рубежом. Интересно, что Nissan в Великобритании предлагает такой же уровень цен, как в Японии. Дело в том, что японские производители создают более качественные продукты, которые быстрее доводятся до рынка. Почему это происходит? Во-первых, по сравнению с Европой в Японии отводится существенно больше времени на предварительные исследования и тестирование принятых решений. Nippon Seiko, например, тратит 35% всего времени разработки на экспериментирование, в то время как крупнейшие европейские производители - только 7%.

Второй ключевой момент: в США, например, японские автомобили пользуются большим спросом, чем немецкие и американские. Вероятно, производителям нужно иначе смотреть на качество продукции: качество - это то, что нужно покупателю, а не то, что способна произвести промышленность. Отсюда следует, что необходима тесная интеграция процесса проектирования и маркетинга, изучения рынка и обратной связи с потребителями.

CADFORM в полной мере несет ответственность перед своими заказчиками за все выполняемые услуги - взаимодействие с ними начинается при проектировании и продолжается после запуска продукта в производство. При том, что в год выполняется до 400 проектов, сбор замечаний, мнений, ответов от всех заказчиков - огромная работа, но это единственный выход, когда идет борьба за качество.

В течение последних 10-15 лет Япония завоевала себе место на рынках всех континентов. Этим успехом она во многом обязана заранее разработанной Стратегии Выхода на Рынок, в ходе реализации которой были выполнены 4 задачи: прямой экспорт в европейские страны, открытие транснациональных заводов в США, экспорт в Европу через США и открытие собственных заводов в Европе. Вполне могло сложиться так, что и европейское, и американское, автомобильное производство было бы свернуто. До этого, однако, не дошло, и прежде всего потому, что производители в Европе и США не прячут голову в песок на манер страуса, понимают масштабы угрозы и противопоставляют ей продуктивные контрдействия. Определенную роль в отстаивании национальных интересов играют крупные корпорации и правительства, однако возможно решающей оказалась позиция небольших компаний, которые, как оказалось, создают основу производства.

 Организация автомобильной промышленности

Индустрия автомобилестроения состоит вовсе не из гигантских корпораций типа General Motors. На самом деле все держится на «основных» производителях, которые занимаются исследованием альтернативных проектных решений, предварительной их разработкой, поиском источников материально-технического снабжения, определением поставщиков модулей, сборкой, а также маркетингом и продажей. «Системные поставщики» сосредоточены на исследованиях и разработках систем и компонентов, прототипировании и тестировании, технологии производства, материально-техническом снабжении, сборке систем и подсистем на производственных линиях. «Вторичные поставщики» занимаются разработкой компонентов, прототипированием, выпуском штампов, шаблонов и форм для их производства и собственно производством.

При таком раскладе все поставщики становятся как бы тоже главными. Получив заказ от основных производителей, они полностью отвечают за его своевременное и качественное исполнение. Очевидно, что при такой децентрализации сбой хотя бы одного поставщика приводит к провалу всего проекта, равно как и качество изделия в целом складывается из качества разработок отдельных поставщиков.

Однако когда согласно Стратегии Выхода на Рынок японские компании - поставщики пришли в Европу, справиться оказалось гораздо сложнее. Многие аналогичные европейские компании не стали ждать пока Япония купит их и выбросит на свалку. Они оказались способными выработать собственную стратегию и собственное видение реальности.

Рис. 2. Двигатель GM/Opel

Все это происходило в условиях ужесточающейся конкуренции. Количество системных поставщиков класса А (в США они называются поставщиками уровня 1), которые непосредственно снабжают автомобильную промышленность (именно к ним относится CADFORM Engineering), увеличилось на 7%, в то время как число заказчиков из автомобильной промышленности уменьшилось на 11%. Ясно, что в таких условиях удержаться на плаву могли только те, кто обеспечивает более высокий уровень качества и технологий при низкой стоимости. Выбирают-то основные производители и, например, General Motors добивается того, чтобы ее поставщики в 21-ом веке стали лучшими в своем классе в вопросах качества, обслуживания и цены.

Но вернемся в Россию. Вслух отечественные специалисты рассуждают примерно так: для выпуска нового современного автомобиля требуется порядка 1 млрд. долл. инвестиций - их нет - вот главная причина упадка отечественного автомобилестроения. Так ли это на самом деле и исправит ли положение авральный выпуск новой модели?

Предположим, что деньги найдены, и автомобиль выпущен. Только будет ли он конкурентоспособен? Ответ можно дать заранее - нет. Для этого нужны самые современные технические решения для всех элементов конструкции, а это уже задача совершенно иного качества, других затрат и других временных масштабов.

Преобразования, происходящие в европейском автомобилестроении, показывают, что альтернатива такому подходу есть. Если судить по зарубежному опыту, можно успешно расти снизу, когда небольшие фирмы разрабатывают оптимальные решения пусть для самых простых деталей, например, замка зажигания. Непременное условие такой стратегии - работа на глобальной основе, когда поставщики услуг не замкнуты на одного потребителя, а борются за выход на региональные и мировые рынки. Остались ли у нас умельцы с достаточными профессиональными знаниями?

 Как стать лучшим - опыт CADFORM

В 1992 г. начался процесс внутренней реорганизации компании CADFORM, в основу которого была положена концепция виртуальной команды, заменившая прежнюю иерархическую структуру. Принято считать, что в организации процесса проектирования важнейшую роль играет максимально тесная интеграция всех его этапов. Не уменьшая значение интеграции, концепция виртуальной команды делает акцент на эффективность узкой специализации участников проекта.

Теперь работа над заказом происходит следующим образом. Отдел планирования выделяет наиболее важные подпроекты и на каждый из них назначает базовую команду. В течение всего периода разработки этот же отдел постоянно отслеживает, насколько успешно каждая из команд справляется со своим заданием. В чем преимущества такого подхода по сравнению с иерархической организацией?

Кроме того, что здесь в полную силу работает метод модульного проектирования, достигается большая гибкость управления человеческими ресурсами. Специалист - самый лучший в своей области - при таком подходе не привязан к определенной детали конструкции, а используется там, где это нужно и запланировано. Богатый опыт дает ему возможность не тратить много времени на исследовательскую работу, а быстро выбирать подходящие материалы и принимать оптимальные решения.

Виртуальная организация позволяет минимизировать стоимость разработки и все принципиальные решения принимать на ранних этапах. Если все же необходимо внести изменение, которое может сказаться на стоимости, каждый инженер, работающий над ним, оповещается об этом немедленно. На практике специалистам CADFORM удается избегать внесения поздних изменений. Известно, что корректировки на этапе разработки шаблонов могут увеличить затраты в 10 раз, и еще дороже обходятся исправления, которые вносятся после запуска изделия в производство.

Такую модель, как виртуальная команда, трудно реализовать чисто бюрократическими мероприятиями - для этого нужны адекватные средства автоматизации. Здесь главную роль играет другая идея реинжиниринга CADFORM - опора на электронную 3D мастер-модель. 15 лет назад CADFORM выбрала в качестве рабочего инструмента UG Solutions. Версии этой системы не раз менялись, но она по-прежнему установлена на каждом рабочем месте.

Рис. 1. Кокпит автомобиля Daimler - Benz

Довольно часто компьютерное 3D конструирование используется как опция или один из производственных вариантов. Подход CADFORM не допускает компромисса - все разработки начинаются (естественно после определения концепции) с создания мастер-модели в 3D. Она служит рамками для всего дальнейшего процесса, от уточнения деталей проекта до выпуска прототипов, шаблонов, оснастки, упаковки, разработки и верификации программ ЧПУ.

Достоинства такой схемы работы известны: во-первых, мастер-модель служит гарантией пространственной совместимости деталей по допускам и отсутствия их взаимопересечений. Во-вторых, мастер-модель - это средство оперативного обмена информацией между всеми членами виртуальной команды.

В третьих, 3D мастер-модель и компьютерная автоматизация Unigraphics помогает исключить последовательные процессы. Деталировка и производство прототипов начинается на очень ранней стадии, так что выполнение деталировочных работ совмещено с фазой тестирования изделия. Одновременно ведется проработка решений и исследования альтернативных подходов, при этом информация доводится до сведения всех членов виртуальной команды. Урок японских производителей усвоен - циклы тестирования длятся значительно дольше, чем раньше. Концепции шаблонов начинают прорабатываться прямо с момента изготовления первого прототипа (рис. 1). Получается, что параллельно с проектированием и отладкой моделей разрабатываются шаблоны и начинается их изготовление.

CADFORM имеет многолетний опыт работы в таком режиме, что заставляет с достаточным почтением отнестись к оценкам эффективности, согласно которым данный подход экономит 20-25% стоимости и времени разработки. Фактически каждый новый продукт, реализуемый CADFORM, подтверждает эти доказанные измерениями данные.

Разработчики CADFORM отводят 3D мастер-модели важную роль в стратегии конкуренции с Японией, где она используется совершенно отличным от Европы и Америки способом. Японцы тоже продумывают концептуальный дизайн в 3D, но затем основная работа по проектированию ведется в 2D. Хотя и в Японии давно планируют перейти к 3D, но пока эта идея не реализована.

Таким образом, в свое время японские методы показали путь к сокращению времени разработки, к повышению качества продукции и ускорению возврата инвестиций. Однако сейчас CADFORM, как и многие другие европейские и американские компании, оперирует на более сложном уровне технологий CAD/CAM благодаря подходу 3D мастер-модели. Очевидно, что при сокращении региональных рынков конкуренция возможна только на глобальной основе, а тем, кто только собирается занять место на рынке, нужно не откладывая определить свою «стратегию победы».

 Процесс реинжиниринга в CADFORM

Переход на новую организацию всегда связан с определенной долей риска и дополнительными трудностями. В CADFORM действовали решительно, и может быть поэтому реорганизация прошла гладко, хотя возможно со временем о некоторых проблемах уже забыли.

В декабре 1993 г. CADFORM получила заказ от Adam OPEL - немецкого подразделения компании General Motors, поэтому реорганизация происходила параллельно с работами по этому проекту. Сразу на 20 рабочих станциях была установлена V10 Unigraphics и сформирована специальная команда из 20 инженеров. Разработчики CADFORM выбрали Unigraphics, - поскольку уже тогда эта система была полностью интегрированной, и в ней в принципе можно было делать все - от проектирования до быстрого прототипирования и изготовления шаблонов. Все виды деятельности велись в ней в одной и той же интегрированной среде.

Выделенная группа специалистов прошла недельный курс обучения и сразу приступила к проекту. Размер группы оказался оптимальным: она оставалась управляемой с точки зрения обучения, и в то же время было подготовлено достаточно исполнителей для быстрой реализации проекта. Нужно заметить, что срок обучения в одну неделю представляется чересчур оптимистичным, но как оказалось, полученных базовых знаний было достаточно для быстрого накопления навыков уже в процессе работы.

Задача поставленная перед CADFORM заключалась в том, чтобы разработать проекты трех силовых установок для новой модели автомобиля OPEL. Делая заказ, General Motors предложила изготовленный собственными силами традиционный 2D геометрический проект: чертежи двух четырехцилиндровых двигателей и одного шестицилиндрового. Чтобы перейти на новые принципы организации CADFORM была вынуждена продублировать большую часть работы, воссоздав двигатели в 3D. Каждый из четырехцилиндровых двигателей содержал 196 деталей в сборке, а 6-цилиндровый - более 200 деталей. Размер полученных файлов составил 120 Мбайт.

В ходе реализации проекта CADFORM модернизировала ПО, переходя к появлявшимся новым версиям UG: от V10.0 к V10.3. Определяющее значение имели два расширения. Во-первых, были усовершенствованы средства 3D моделирования деталей, что позволило создавать их на 20-30% быстрее. Во-вторых, отмечается значительный прогресс в работе со сборками. Были серьезные опасения, что Unigraphics не справится с большими файлами, так что в CADFORM даже первоначально намеревались упростить сборки. Однако уже в V10.3 сомнения развеялись: можно было взять сборку в 1.8 Мбайт и свободно перемещать ее устройством трехмерного позиционирования. К моменту завершения проекта было доказано, что можно спокойно строить сборки из 250-300 компонентов.

В целом можно отметить лишь один негативный момент: на фазе проектирования, когда проект или детали проекта еще точно не определены, параметрические средства время от времени становились препятствием. В таких случаях приходилось возвращаться к модулю моделирования.

В результате первый из заказанных двигателей был изготовлен за 2 месяца, второй за полтора, а третий меньше чем за месяц - заработала кривая обучения. Объединив возможности моделирования Unigraphics и реорганизовав процесс проектирования, CADFORM выпустила три версии двигателя Adam OPEL (рис. 2) на две недели раньше срока.

 Поставщики третьего уровня

Главный козырь виртуальной команды - это то, что каждый раз для выполнения конкретной работы основной производитель или системный поставщик может нанять лучшего исполнителя. Стремясь выполнять полный цикл разработки продукции, CADFORM не ограничивается только собственным персоналом. В последнее время компания часто выступает в качестве руководителя разработки, успев отработать постоянные связи, которые естественно наиболее ценны. Сейчас стратегический альянс CADFORM Engineering - T.E.A.M. включает 4 компании с 2100 служащими в 40 странах. Одна из них - MODEL TECHNIK Rapid Prototyping GmbH - специалист по быстрому прототипированию.

Хотя производственная деятельность по настоящему начинается с 3D модели, MODEL TECHNIK готова к тому, что заказ приходит в виде наброска или чертежа. Ее собственный персонал достаточно квалифицирован, чтобы с помощью CAD-системы самостоятельно создать 3D модель.

В арсенале компании имеется несколько методов и установок для изготовления быстрых прототипов. В процессе стереолитографии (STL) по электронной 3D модели компьютер генерирует набор - поперечных сечений толщиной 0.1 мм. Эти данные управляют движением лазерного луча, под воздействием которого из жидкого фотополимера последовательно выделяются отдельные слои модели. Они быстро застывают, превращаясь в твердую резину. Так слой за слоем строится 3D репродукция конструкции. На установке, которая используется в MODEL TECHNIK, существуют ограничения на габариты (508х508х610 мм), но большие компоненты строятся здесь по частям, а затем их соединяют, так что практически размер изделий неограничен.

То, что получилось - это исходная модель, затем по ней изготавливается пресс-форма из кремния. Далее в вакуумной камере пресс-форма заполняется двухкомпонентной резиной. В зависимости от ее типа изделие можно наделить различными свойствами - от ударостойкости до эластичности. После отвердевания из кремниевой формы извлекается готовый прототип, очень точно воспроизводящий не только геометрию, но и физические характеристики продукта.

Метод вакуумного прототипирования достаточно трудоемкий и дорогой, однако его цена и временные затраты не идут ни в какое сравнение с ручным моделированием. В общем цикле подготовки производства полученный таким способом быстрый прототип дает возможность немедленно оценить продукт, так что тут же можно внести любые изменения.

Чтобы оставаться конкурентоспособными, такие компании как MODEL TECHNIK должны непрерывно отслеживать нововведения в технологиях и внедрять их в собственное производство. Сейчас MODEL TECHNIK владеет несколькими модификациями метода стереолитографии, в которых варьируются материал для пресс-форм и наполнители.

MODEL TECHNIK умеет создавать и металлические прототипы - а здесь требуется не только воссоздать геометрию, но и максимально приблизиться к физическим и техническим свойствам оригинала. Для этого пресс-форма изготавливается из специального материала, а отливка производится различными алюминиевыми и магниевыми сплавами.

Рис. 3. Посудомоечная машина, спроектированная компаниями Whirlpool, Banknecht и Ignis.

Полный цикл изготовления вакуумного прототипа занимает немалое время, однако по завершении каждого этапа производитель может сделать выводы и внести изменения в конструкцию. Практика показывает, что быстрое прототипирование выгодно. У MODEL TECHNIK большой рынок, она не ограничивается только автомобилестроением. Примером плодотворного взаимодействия может служить заказ от компании Whirlpool на детали посудомоечной машины (рис. 3).

Перед запуском серийного производства клиент хотел проверить, как эти детали будут работать в готовом продукте. Когда по представленным чертежам была построена 3D модель, обнаружились конструктивные ошибки. Далее были изготовлены STL-варианты деталей и вакуумные прототипы. Весь процесс занял 9 недель, но в ходе выполнения проекта заказчик мог проводить различные эксперименты, нацеленные на повышение качества всего продукта. Было выявлено еще несколько недостатков, исправление которых после запуска производства, стоило бы дорого и привело бы к задержке выпуска продукта.

Выбор правильной стратегической линии развития автомобильной промышленности - необходимое условие выживания на открытом рынке. Опыт компании CADFORM говорит о том, что есть альтернатива «отверточному производству». Если она будет задействована у нас, мы сможем сказать, что отечественная автомобильная промышленность выздоравливает, и вовсе не тогда, когда по телевизору покажут очередной сверкающий лимузин, а когда мы услышим, что для последней модели, скажем Mercedes Benz, замок зажигания, например, поставляет самарский производитель.