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【客户分享】PLM用于光伏电站研发,助力企业核心竞争力提升

作者:协鑫集团设计研究总院   陆荣


摘要:文章从现代企业战略发展的视角,聚焦信息数字化领域,以企业核心业务流程产品开发为主线,结合光伏行业的现状,指出高效研发是提升光伏企业竞争力的关键。针对光伏电站研发存在的普遍问题和核心需求,分析了高效研发PLM解决方案,同时也展望了光伏行业的未来PLM应用,从而论述了PLM将助力光伏企业核心竞争力的提升。


关键词:PLM  产品全生命周期管理  光伏  研发  核心竞争力


0 引言


PLM对产品(如光伏电站)从创建到使用,到最终报废全生命周期的数据(如项目信息、原材料信息、图文档信息、结构信息等)及其流程(如研发流程、变更流程、发布流程等)进行管理。PLM广泛应用于航空、汽车、高科技、工业制造、建筑、能源(核电)等行业,加速了产品不断创新,提高了产品开发效率,增强了企业核心竞争力。但是,在可再生绿色能源应用领域具有广阔发展前景的光伏行业,PLM还鲜有应用。产品是企业生存和发展的核心,作为产品数据的源头,研发是至关重要的,也是衡量企业核心竞争力的关键指标。以下分析了PLM在光伏电站研发中的应用,同时探讨了PLM在光伏行业未来的应用。


1  企业战略发展与信息化


现代企业的竞争与协同,促使企业的战略发展呈现以下4个特征:

1)产业化:将产业发展与外部环境相协同,将自身资源与外部资源相融合,与利益相关方协力构建产业有机生态圈,共同抵御风险、携手发展成长。

2)数字化:借助信息技术,推动物联网、云计算、大数据、人工智能与传统行业的深度融合,提升智慧制造水平,创新数字化商业模式。

3)国际化:业务国际化、人才国际化、管理国际化、品牌国际化、资本国际化。

4)平台化:建立开放、协作、透明的社会化经济合作平台,获得杠杆力量,吸纳整合广阔的外部资源和能力,赢得更开放、更多元的发展机遇。

其中,数字化是支撑战略发展的利器,也是企业信息化建设的重任。企业信息化建设是通过信息技术的部署来助力企业的产品开发创新,提高企业的商品运营效率,从而增加企业获利和持续经营的能力。企业通过专设信息机构、信息主管,配备适应企业产品开发和商品运营的自动化、智能化等软硬件设备、设施,建立包括网络、数据库和各类信息管理系统在内的工作平台,提高企业的业务经营效率。



图1  创新和运营两大业务流程


贯穿于企业产品开发和商品运营过程的是集成产品开发和集成供应链流程,与之相对应的信息化核心管理系统是PLM和ERP。PLM的目标是期望通过对产品数据或流程的有效管理,从设计源头控制产品质量,实现“开源”、“生钱”,降低直接成本,提高企业的研发能力和核心竞争力;ERP的目的是“节流”、“省钱”,希望通过对于企业资源的有效管理,降低间接成本,提高商品运营能力。


2  光伏行业现状


以化石能源为主体的能源消费结构带来了环境污染和气候变化等严峻挑战,全球能源结构转型成为当务之急,以清洁能源为主体的结构调整趋势初步形成。自2011年以来,全球每年新增发电能力中几乎超过一半都来自于可再生能源,去年这一比例更是达到创纪录的62%。推动能源革命,实现清洁能源转型,是全球经济、社会、环境可持续发展的必由之路。目前全球整体电力的近四分之一(24.5%)来自可再生能源。

进入21世纪,太阳能能源发展迅猛,2000~2016年,全球太阳能发电装机容量由125万千瓦增长到3亿千瓦,增长了238倍,年均增长率达到40%以上。但由于基数小,太阳能可再生能源比重仍然较低,发展前景广阔。不过,受当前全球经济的影响,电力需求放缓,能源投资下滑,行业竞争加剧,光伏企业正面临以下越发严峻的挑战:

• 企业的资金实力与融资能力 - 投资下滑、融资困难

• 光伏面临严重限电问题 - 弃光率高居不下,投资风险高

• 土地政策和税赋问题 - 光伏电站用地政策和税赋加大企业负担

• 技术门槛较低 - 产品研发创新不够,产品效率和质量制约应用

• 国际反倾销频频发生 - 此起彼伏的反倾销

• 光伏的补贴力度减弱 - 不再享受政策红利


3 高效研发是提升核心竞争力的关键

在优化管理、降低成本、提升效率的道路上,很多光伏企业已经做了努力,也取得了不错的效果,如“精益生产”、“全面质量管理”等理念的引入,ERP、MES等信息化技术的应用,这些都大大提升了企业运营效率,降低了运营成本。但是,由于竞争环境的不断变化,集中于制造等运营环节的优势已经变得不再明显,而且难有较大幅度的提升。光伏企业需借鉴其他行业的成熟经验,注重产品研发水平的提高,逐步形成高效的产品开发体系,来寻求在核心竞争力上的新突破,从而在市场竞争中立于不败之地。



图2  高效的产品开发体系


产品研发管理是高效的产品开发体系中最为核心和基础的部分。研发环节的低效制约着光伏企业的高速发展,同时也是阻碍企业实现高效研发和自主创新的根本,这在产品规模和复杂程度不断提高的今天则显得愈加明显。如果缺乏有效的管理和解决办法会使得企业在研发环节很难得到有效的改善,导致研发能力弱、开发效率低、自主创新能力不足等问题。


4  光伏电站研发对PLM的核心需求


目前制约光伏电站高效研发的挑战主要集中于以下方面:

• 未形成完整的数字化研发流程,研发任务活动主要依靠线下进行衔接,缺乏规范的研发流程,如设计、校核、审批流程来指导研发工作;

• 研发项目缺乏科学的策划和管理,执行层的工作效率低,任务状态和进度难以管控;

• 研发体系中,职能特征明显的组织结构阻碍了跨团队、跨部门的协作,不能及时高效地进行设计、数据和意见等的共享;

• 设计、项目等研发数据种类复杂,缺乏统一、有效的管理;

• 质量管理没有融入到研发体系管理中,研发质量难以保证;

• 缺乏有效的管理手段进行研发知识和经验的积累,并将其融入到研发流程和设计重用中;

• 对于各专业的研发数量、质量、时效等方面缺乏有效的绩效评价依据;

• 没有形成有效的设备、材料、工艺等材料清单管理,无法实现模块化设计,新材料创新应用不足。

通过PLM的实施,能实现对光伏电站研发的标准化管理和工作流协同,实现研发精益管理。同时通过对专业、卷册、设计图文档的管理,逐步建立光伏电站研发知识库,支持研发知识的不断复用和创新,达成以下目标:

• 研发业务信息化,实现从需求、计划、资源、进度、设计、变更、任务交付的全过程信息化管理;

• 专业、职能协同,完成光伏、土建、电气、技经等专业协同管理,不断提升研发效率,缩短研发周期,提高研发质量;

• 通过优化设计、模板设计,逐步形成可复用、可推广的典型设计应用,形成具有新能源特色和行业领先的研发知识库;

• 提供量化的项目统计分析,作为项目人员绩效考核的依据;

• 实现物料清单管理,对设备、材料、工艺等进行属性管理,降低项目成本、逐步具备模块化设计能力;

• 通过物料清单管理,有效管理项目设计概算和执行概算;

• 以光伏电站数据为中心,实现供应链、财务协作等,结合企业战略,实现产品全生命周期管理。


5  光伏电站研发PLM解决方案


信息化技术支撑的PLM系统首要任务就是帮助构建协同开发设计环境,保障开发设计活动在一个可知、可控、有序、高效的协同环境中进行,通过开发设计任务驱动模式,对开发设计活动相关的人与组织、规范与标准、工具与技术、数据与知识等进行科学的管控,最终形成一个科学工作协同、高效产品研发、充分资源利用、高度知识共享的环境。PLM在光伏电站研发的核心功能主要体现在以下方面:


 项目管理 

开发设计项目管理是对PLM最基本的功能,涉及项目任务分解、项目状态与进度、团队人员、沟通机制、概算成本及风险等一系列因素。PLM中的开发设计项目管理是一种并行系统工程,需要从项目的整体任务分解状况和进展状况来控制光伏电站设计生命周期过程,监控项目的状态信息以便规划项目的优化路径,可视化地找到影响项目的障碍环节,进行相应的调整,以保证项目的进度,缩短光伏电站开发设计周期、提高产品质量、降低产品成本。



图3  PLM项目看板


 流程管理 

缺乏统一的开发设计流程,对人的依赖度高,因人而异的光伏电站开发设计过程,是流程管理上普遍存在的问题。在PLM中需要将开发设计流程和步骤进行规范,并对最佳开发设计方法和实践给予固化,帮助设计人员提高工作效率,减少人为错误。PLM开发设计流程按照角色来设计,不管组织结构如何变化,流程的整体架构不会变化,确保流程稳定执行,同时也可不断细化流程,达到持续改进的目的。为适应快速、复杂的光伏电站开发设计需求,通过PLM进行全过程、全方位的多专业并行协同的开发设计流程梳理,将开发设计的目标进行层层分解,形成有不同专业、各司其职的层次化的任务集合,以及这些任务之间的逻辑和数据关系,从而帮助实现开发设计流程的优化和再造。



图4  PLM流程模板


图5  PLM流程定义


 数据管理 

与光伏电站开发设计相关的设计数据、分析数据等数据类型、内容、格式、大小都大不相同,PLM将其统一管理,使得这些数据可被容易地检索和重用,此外还从数据过程一体化的角度出发,将数据与过程作为两个密不可分的核心要素,管理相关的操作和过程及其之间的关联关系,从而实现数据项变化的快速分析和响应,满足数据项的可追溯性、过程的可复现性,并以此为基础进一步统一设计数据、分析数据的管理,提高数据的易用性和工程价值。


图6  PLM电站项目数据结构


 知识管理 

光伏电站开发设计是企业最宝贵的财富,对产品的不断技术创新和提升显得尤为重要。然而很多光伏企业的技术传承仍是无序的管理方式,知识组织无序,现有知识利用价值低,知识以档案等固定载体形式长期保存在档案室中无法得到有效利用,同时存在安全风险。企业没有科学、有效的知识搜集和组织的方法和手段,更谈不上用知识支持整个光伏电站与系统开发设计过程的实现。通过PLM能快速提升企业的知识管理和应用能力,PLM中知识工程的建设,将开发设计任务与知识管理融为一体,能使企业的知识得以沉淀和传承,并为企业注入创新的活力。


图7  PLM研发项目清单


工具集成 

光伏电站设计需要借助软件工具,但是通常这些设计软件缺乏有效的集成,设计效率和质量不能得到保证。软件工具使用因人而异,权限模糊,多学科应用软件无法有效协同。PLM支持主流光伏电站设计软件的集成与协同,提高了光伏电站的设计效率和质量。



图8  PLM校审软件集成


 协同环境 

光伏电站的研发涉及多部门、多专业、多卷册,包括异地人员的协同工作,而且需要联合不同领域的研发工具、不同学科的研发方法。PLM提供了一个集成化、综合化研发环境,能支持跨部门、异地之间工作和交流,并通过软件集成和关联模型,实现多学科优化、知识工程等技术的融合。



图9  PLM项目协同界面


绩效管理

PLM通过项目任务分解,可以将光伏电站研发项目计划转化为个人的绩效目标,从而量化个人绩效管理。通过项目计划,可以全面反映项目进展的真实执行情况,通过个人绩效管理,更加公平客观地对某个员工的工作进行评价,通过量化绩效数据自动汇总,提升绩效评价的客观性。


图10  PLM项目WBS


6  光伏行业PLM应用展望

PLM用于光伏电站研发阶段的管理,是PLM在光伏行业应用的开始,光伏电站的全生命周期管理应是光伏行业PLM应用的发展趋势。“数字化光伏电站”是光伏电站全生命周期管理的数字化应用,其完整的数字化电站与系统的内容,涵盖研发、建造及运维等主要业务阶段,可涉及的主体包括了投资方、业主、设计单位、施工单位、及设备材料厂家等。



图11  数字化光伏电站与系统资产


在光伏电站的全生命周期中,逐步地建立补充、修正、完善数字化光伏电站的资产,伴随着过程管理,辅以完整、全面、严格的质量控制手段及数字化平台辅助,在光伏电站与系统项目研发和建造完成之时,自然而然地形成一份具有数据完整性、准确性的数字化光伏电站资产,从而实现:


设计施工一体化

整个电站生命周期的主要参与主体都具有自己独特的业务要求,作为设计方,最为主要的是完成设计,目前相关行业推行EPC总承包业务,因此,总承包之路是各级设计单位的未来发展战略,因此,如何提高总承包的业务能力,在未来的发展中会比单纯的提高设计能力及设计应用水平更为重要,也是长远的可持续性发展的指导方针思想。


 产业化和平台化 

PLM做到让和光伏电站信息相关的参与者和数据都与业务流程紧密结合,使得利益相关者对于光伏电站的构成、状态、如何设计、如何建造、所依据的技术或者业务理由等具有充足便捷的获知渠道,真正的在共识之下开展各自的工作,实现产业协同与平台协作。


 运维服务智能化 

业主运维方面的“数字化光伏电站”应用,是以交付的数字化光伏电站为基础的,在运维过程中发挥其价值。业主基于数字化光伏电站资产,对自身的业务实现管理标准化、信息集成化、业务可视化。通过PLM承载的数字化光伏电站资产,面向光伏电站的运维监控等系统收集有效数据,使前端的数字化交付资产跟后期运维过程实时数据能有效结合起来,为业主提供一个完整的光伏电站数字化业务应用完整平台。


7 结语

激烈的市场竞争环境促使市场的细分和产品的多样化越来越明显,对光伏电站的全生命周期管理也提出了更高要求,当光伏企业面临越来越大的时间、成本和质量压力的时候,跨职能、跨学科的团队之间关于光伏电站的构成、状态和过程,高效率的协同形成共识并在共识之下开展各自的工作显得尤为重要。PLM管理光伏电站的全生命周期,助力光伏企业提升核心竞争力,和实现战略发展的目标。而研发管理,是PLM在光伏企业成功应用的关键。