Maturity matrix of digital lean manufacturing

Full Text

Введение

Цифровая трансформация производственных систем в промышленности требует комплексной модернизации не только технологической инфраструктуры, но и организационных подходов к управлению процессами. В большей степени эта потребность проявляется в наукоемких отраслях промышленности, таких как транспортное машиностроение, где необходима высокая степень точности, надежности и адаптивности к изменениям внешней среды. Предприятия данной отрасли сталкиваются с необходимостью синхронного внедрения цифровых решений (например, интеллектуальных систем мониторинга, цифровых двойников, адаптивного планирования) и организационных методов повышения эффективности, таких как бережливое производство [1].

На этом фоне активно развивается парадигма цифрового бережливого производства (ЦБП), интегрирующая принципы бережливого производства (БП) и возможности цифровизации (Ц). ЦБП рассматривается как системный подход, обеспечивающий адаптивность, прозрачность и устойчивое совершенствование производственной системы за счет устранения потерь и цифровизации потоков создания ценности [2, 3]. Однако практика внедрения показывает, что в условиях отсутствия архитектурной согласованности между инициативами бережливого производства и цифровизации возникают риски фрагментации, дублирования процессов, роста издержек и утраты управляемости [4, 5].

В этих условиях актуальной задачей становится разработка модели зрелости, позволяющей не только оценить текущее состояние предприятия, но и определить сбалансированную траекторию интеграции цифровых и бережливых решений. Такая модель должна учитывать не только степень внедрения конкретных инструментов, но и логику их взаимосвязи, фазность развития производственной системы и потенциал синергии [6].

Целью настоящего исследования является разработка и обоснование матрицы зрелости цифрового бережливого производства, предназначенной для диагностики, стратегического планирования и управления рисками несбалансированной трансформации. В отличие от существующих моделей цифровой зрелости, предложенный подход основан на двумерной фазной структуре, включающей четыре уровня зрелости цифровизации и четыре уровня зрелости бережливого производства, что обеспечивает целостное представление об организационно-технологической конфигурации предприятия.

Статья структурирована следующим образом: в первом разделе раскрывается логика фазного внедрения инструментов цифровизации и бережливого производства, формулируются критерии их классификации; далее описывается структура матрицы зрелости, ее содержательное наполнение и сценарии практического применения; завершающая часть работы посвящена идентификации рисков несогласованного внедрения и выводам о возможностях стратегического управления цифрово-бережливой трансформацией на предприятиях машиностроительного профиля.

Логика фазного внедрения инструментов цифровизации и бережливого производства

Интеграция инструментов бережливого производства и цифровизации в рамках подхода цифрового бережливого производства требует системного и поэтапного анализа.

В настоящей работе под цифровым бережливым производством понимается – комплексный подход к организации бизнеса, объединяющий принципы, инструменты бережливого производства и цифровизации в целях создания ценности для всех заинтересованных сторон посредством полного охвата процессов, их постоянного совершенствования и устранения потерь.

Как показано в ряде исследований [7, 8], эффективность цифровизации промышленного предприятия в значительной степени определяется не только уровнем технологической зрелости, но и последовательностью внедрения инструментов, их взаимосвязанностью и соответствием текущему состоянию производственной системы.

В этой связи особую значимость приобретает системный анализ прикладного состава и классификации инструментов бережливого производства и цифровизации. Современные классификации инструментов преимущественно опираются на функциональные, методологические или технологические основания (например, по видам устраняемых потерь, по направлениям улучшений, по типам технологий) [9–11]. Несмотря на их теоретическую ценность, такие классификации зачастую не учитывают необходимость поступательного развития предприятия и не обеспечивают управленческой привязки к этапам организационной зрелости. В частности, ориентация исключительно на метод или область применения инструмента ограничивает возможность их системной интеграции и последовательного внедрения.

Для преодоления указанных ограничений в настоящем исследовании предложен фазный подход, предполагающий распределение инструментов бережливого производства и цифровизации по этапам зрелости производственной системы. Такой подход базируется на логике эволюционного развития предприятия – от первичной стандартизации и стабилизации процессов до стратегической цифровой трансформации, и внедрения самообучающихся систем управления.

Фазное распределение инструментов позволяет:

• обеспечить согласованность между возможностями цифровизации и рационализацией бережливого производства;
• минимизировать риски изолированного или преждевременного внедрения сложных технологий;
• последовательно наращивать потенциал экономической эффективности предприятия за счет взаимного усиления внедренных решений.

Основу предлагаемого подхода составляют четыре прикладных критерия:

1. Стоимость внедрения, включая капитальные затраты и операционные расходы.
2. Сложность внедрения, учитывающая как технологические, так и организационно-культурные барьеры.
3. Взаимосвязанность инструментов, определяющая логическую и функциональную последовательность внедрения.
4. Влияние на экономическую эффективность, отражающее эффект от применения инструмента на ключевые показатели: производительность труда, фондоотдачу, материалоотдачу.

Без применения философии бережливого производства позволяющей оптимизировать производственные процессы, цифровизация может привести к автоматизации неэффективных процессов и росту издержек. В то же время внедрение бережливых инструментов без цифровой аналитики и мониторинга ограничивает возможности масштабируемости и устойчивости улучшений [12].

Следовательно, логика фазного внедрения формирует обоснованную траекторию развития производственной системы, где каждый инструмент служит не только локальным улучшением, но и базой для последующих решений. Такая траектория позволяет достигать синергетического эффекта – не просто суммирования эффектов, а формирования новой системной конфигурации управления, способной обеспечить экспоненциальный рост эффективности.

Четыре фазы внедрения

На основании изложенного подхода, сформирована классификация инструментов бережливого производства и цифровизации по признаку - фаза внедрения. Она включает четыре последовательные стадии трансформации производственной системы, отражающие нарастающую сложность решений, уровень зрелости предприятия и масштабы ожидаемого эффекта. Каждая фаза представляет собой не просто совокупность инструментов, а логически обоснованный этап цифрово-бережливого развития (Рис. 1).

Фаза 1. Базовое внедрение

Начальный этап направлен на устранение наиболее очевидных потерь, стабилизацию процессов и формирование производственной дисциплины. Применяются недорогие и относительно простые в реализации инструменты, такие как 5S, визуализация, стандартизация, чек-листы, система предложений [13]. Основной целью является обеспечение прозрачности, вовлеченности и предсказуемости процессов. Эти инструменты не требуют масштабных инвестиций и могут быть внедрены в условиях ограниченного бюджета и начальной организационной зрелости.

Фаза 2. Процессная оптимизация

На втором этапе внимание смещается к управлению потоком создания ценности и устранению внутренних отклонений. Внедряются более структурные решения: картирование потоков (VSM), SMED, TPM, система вытягивания (Kanban), а также начальные цифровые инструменты (например, мониторинг простоев, MES начального уровня). Для реализации инструментов данной фазы требуется базовая цифровая и организационная инфраструктура, вовлечение кросс-функциональных команд и наличие стандартизированных процессов [14, 15]. Эффект выражается в снижении потерь времени, брака, переналадок и неэффективных перемещений.

 

Рис. 1. Классификация инструментов бережливого производства и цифровизации по признаку - фаза внедрения

Fig. 1. Classification of lean manufacturing and digitalization tools by implementation phase

 

Фаза 3. Стратегическая интеграция

На третьей фазе происходит объединение ранее внедренных решений в единую управленческую систему. Осуществляется интеграция цифровых и бережливых практик, внедряются аналитические инструменты (BI, производственные дашборды, системы мониторинга в реальном времени), цифровые двойники и управление отклонениями на основе данных [16, 17]. Уровень зрелости предприятия на этом этапе предполагает наличие формализованных процессов, устойчивой производственной культуры и развитой ИТ-архитектуры. Целью фазы является согласованное управление, адаптивность и предсказуемость системы.

Фаза 4. Базисные инновации

Заключительная стадия характеризуется внедрением прорывных, трансформирующих решений, способных изменить не только эффективность, но и архитектуру бизнеса. Применяются интеллектуальные и самообучающиеся системы, киберфизические производственные среды, автономная логистика, цифровые экосистемы поставщиков и клиентов, расширенная реальность, распределенные цифровые платформы. Такие инструменты требуют зрелой цифровой среды, высоких компетенций, гибкой структуры управления и развитой организационной культуры. Эффект от их применения выходит за пределы отдельных улучшений и формирует устойчивое конкурентное преимущество на уровне бизнес-модели [18–20].

Таким образом, предложенная фазная структура отражает логику нарастающей сложности, отдачи и взаимосвязанности внедряемых инструментов. Каждая последующая фаза строится на основе достижений предыдущих и создает предпосылки для реализации следующей. Это позволяет перейти от фрагментарного внедрения к управляемой и синергетически согласованной трансформации производственной системы.

Концепция и структура матрицы зрелости цифрового бережливого производства

Эффективная реализация интеграционной модели цифрового бережливого производства требует формализации критериев оценки степени зрелости предприятия в части внедрения как инструментов бережливого производства, так и цифровых технологий. Для достижения данной цели разработана матрица зрелости, отражающая текущее состояние предприятия с точки зрения согласованности и глубины внедрения цифровых и бережливых решений. В отличие от существующих моделей цифровой зрелости, таких как модели Capgemini, PwC, Deloitte и др., предложенная матрица ориентирована на двумерную структуру, обеспечивающую одновременное отображение уровня развития обоих направлений трансформации.

В основе построения матрицы лежит фазный подход к классификации инструментов. Согласно данному подходу, и цифровизация, и бережливое производство внедряются четырьмя фазами: базовое внедрение, процессная оптимизация, стратегическая интеграция и базисные инновации. Это обеспечивает разбиение пространства зрелости цифрового бережливого производства на 16 уникальных состояний, по четыре уровня для каждого из направлений. Таким образом, матрица имеет размерность 4×4, где по горизонтальной оси (ось X) откладывается уровень зрелости цифровизации, а по вертикальной (ось Y) – уровень зрелости бережливого производства.

Каждая ячейка матрицы отражает типовую конфигурацию предприятия в терминах цифрово-бережливой трансформации и включает следующие компоненты:

• характеристика состояния: описание производственной, управленческой и организационной конфигурации предприятия на данном этапе зрелости, включая уровень стандартизации процессов, степень автоматизации и зрелость аналитической поддержки;
• ключевые барьеры: ограничивающие факторы, препятствующие переходу к следующему уровню зрелости, в том числе кадровые, технические, методологические и культурные препятствия;
• рекомендации по развитию: направления совершенствования и предложения по внедрению инструментов, развитию компетенций, структурной перестройке и синхронизации цифровых и бережливых инициатив.

Методологически матрица базируется на логике эволюционного и взаимосвязанного внедрения, где каждое последующее решение строится на базе ранее достигнутой зрелости, а также на идее архитектурной синхронизации, при которой цифровые технологии и инструменты бережливого производства не конкурируют, а усиливают друг друга. Это обеспечивает формирование синергетического эффекта, при котором достигается экспоненциальный рост показателей экономической эффективности (включая производительность труда, фондоотдачу и материалоотдачу).

Таким образом, предложенная матрица зрелости цифрового бережливого производства выполняет двойную функцию:

1. Диагностическую – позволяя оценить текущее состояние предприятия в координатах зрелости цифровизации и бережливого производства;
2. Прогностико-управленческую – предоставляя основу для планирования траектории дальнейшей трансформации, включая приоритеты развития, устранение барьеров и формирование синергетических взаимодействий между инструментами.

Содержательное наполнение матрицы зрелости цифрового бережливого производства

Матрица зрелости цифрового бережливого производства представляет собой не только инструмент формальной оценки уровня трансформации предприятия, но и содержательную модель типовых состояний, возникающих в результате различных комбинаций зрелости цифровизации и бережливого производства (Рис. 2).

Каждая ячейка матрицы отражает конкретную организационно-технологическую конфигурацию предприятия, обусловленную уровнем внедрения инструментов соответствующих фаз.

В крайних точках матрицы фиксируются предельные состояния, отражающие наиболее контрастные сценарии трансформации:

 

Рис. 2. Матрица зрелости цифрового бережливого производства

Fig. 2. Maturity matrix of digital lean manufacturing

 

Координата (1:1) – начальное состояние. На предприятии отсутствует как зрелая цифровая архитектура, так и элементы бережливого производства. Характерна ручная или полуавтоматическая работа, фрагментарные процессы, отсутствие стандартизации и низкая прозрачность. Потенциал экономической эффективности практически не реализуется.

Координата (4:1) – цифровизация осуществляется при отсутствии бережливых основ. Внедрены ИТ-системы (MES, ERP, IoT), однако при этом наблюдается низкий уровень стандартизации, слабая управляемость и высокая нестабильность процессов. Отсутствие бережливой культуры препятствует эффективному использованию цифровых данных. Имеет место риск автоматизации неэффективных процессов, что приводит к росту издержек и фрагментации управления.

Координата (1:4) – зрелое бережливое производство при отсутствии цифровой поддержки. Производственные процессы стандартизированы, применяется VSM, 5S, TPM и другие инструменты, но отсутствуют системы сбора, анализа и интерпретации данных. Потенциал контроля и масштабирования улучшений ограничен.

Координата (4:4) – целевое интеграционное состояние. Предприятие располагает высокоразвитой архитектурой цифрово-бережливого управления. Внедрены системы интеллектуального мониторинга, цифровые двойники, аналитические платформы, верифицированные стандартами бережливого производства. Достигается эффект самонастраиваемой, адаптивной производственной системы с устойчивым приростом экономических показателей.

Между этими крайними точками расположены промежуточные состояния, отражающие реальные конфигурации предприятий, например:

(2:3) – предприятие активно применяет бережливые инструменты на уровне стратегической интеграции, однако цифровизация ограничивается базовыми решениями (электронные таблицы, разрозненные ИТ-системы, ручной сбор данных). Это ограничивает возможности для аналитики и принятия обоснованных управленческих решений.

(3:2) – внедрены цифровые средства визуализации, MES и BI, но при этом отсутствует потоковое мышление, стандартизация и системный контроль по бережливым подходам. В результате цифровые данные собираются, но используются фрагментарно, что снижает управляемость и отдачу от инвестиций.

Такая детализация ячеек позволяет формировать диагностическую карту зрелости, выявлять неравномерность трансформации, оценивать степень согласованности направлений и формулировать обоснованные рекомендации по дальнейшему развитию.

Матрица зрелости цифрового бережливого производства, может быть использована не только как инструмент диагностики, но и как основа для стратегического планирования развития производственной системы. Ее двумерная структура позволяет оценивать характер и степень интеграции цифровых и бережливых инструментов, а также прогнозировать последствия несбалансированного или несогласованного внедрения.

Одним из ключевых практических применений матрицы является формализация возможных траекторий движения предприятия в ячейках зрелости. В зависимости от исходного положения и организационных приоритетов, выделяются три базовых сценария развития:

1. Равномерная траектория (по диагонали от 1:1 к 4:4) Это наиболее предпочтительный и сбалансированный путь, при котором развитие бережливого производства и цифровизации осуществляется синхронно, с учетом их взаимосвязанности и последовательности фаз. На каждой стадии создаются предпосылки для следующей, обеспечивается нарастающий синергетический эффект и минимизируются организационные дисбалансы. Такой сценарий требует наличия координирующей структуры трансформации и архитектурного проектирования внедрения.
2. Сценарий с приоритетом бережливого производства (движение со смещением в сторону 4:1) Данный сценарий реализуется в условиях, когда предприятие сталкивается с высокой долей ручного труда, значительными потерями, нестабильными процессами и слабой дисциплиной исполнения. В таких условиях целесообразно начинать с формирования стандартизированной среды, визуального контроля, потокового мышления и устранения отклонений. После стабилизации процессов и достижения базовой эффективности возможно подключение цифровых решений, обеспечивающих масштабирование, мониторинг и предиктивную аналитику. Недостатком этого подхода является возможная задержка в реализации цифровых инициатив.
3. Сценарий с приоритетом цифровизации (движение со смещением в сторону 1:4) Характерен для предприятий с высокой технической оснащенностью, высокой долей автоматизации или ориентированных на работу в высокотехнологичных сегментах. Здесь цифровые технологии (MES, IoT, цифровые двойники) внедряются в первую очередь для решения задач управления качеством, гибкости и интеграции данных. Однако при отсутствии предварительной стандартизации, потокового управления и вовлеченности персонала такие решения часто сталкиваются с проблемами интерпретации данных, фрагментацией системы и высокой зависимостью от ИТ-специалистов. Приоритет цифровизации без организационной зрелости может привести к автоматизации неэффективных процессов и росту издержек.

Выбор сценария определяется отраслевыми характеристиками, уровнем зрелости процессов, кадровым потенциалом, доступными ресурсами и стратегическими целями предприятия. В то же время равномерная траектория по-прежнему остается предпочтительной с точки зрения обеспечения устойчивой синергии и минимизации рисков.

Применение матрицы зрелости также позволяет выявить и систематизировать риски, связанные с несогласованным или несинхронным внедрением инструментов цифровизации и бережливого производства. При отсутствии координации между программами трансформации возникает опасность формирования параллельных, но несвязанных между собой управленческих контуров, что приводит к неэффективности и даже деградации производственной системы.

К числу наиболее типичных рисков относится:

• Несогласованность инициатив. Проекты по цифровизации и бережливому производству развиваются независимо, с различными приоритетами и на разных уровнях управления. Это приводит к конфликту целей, дублированию функций, увеличению нагрузки на персонал и снижению общей отдачи от программ. Результатом становится утрата эффекта взаимного усиления и расфокусировка трансформационных усилий.
• Ресурсное рассредоточение. При одновременном, но неинтегрированном запуске цифровых и бережливых инициатив наблюдается перегрузка управленческих и производственных команд, снижение вовлеченности и увеличение операционных затрат. Отсутствие приоритетов и архитектурной логики приводит к хаотичному распределению усилий, особенно в условиях ограниченных ресурсов.
• Стратегическая фрагментация. Возникает в случае, когда цифровизация и бережливое производство трактуются как изолированные направления, без формирования единой архитектурной концепции. В результате трансформация приобретает разрозненный, тактический характер, не достигая долгосрочных целей. Нарастают внутренние противоречия, ослабляется стратегическое управление, снижается рентабельность инвестиций.
• Неполная реализация потенциала ЦБП. Внедряемые цифровые и бережливые инструменты не поддерживают и не усиливают друг друга, функционируя, как отдельные модули. В таких условиях невозможно достичь системного эффекта, основанного на архитектурной интеграции. Потенциал цифрового бережливого производства как источника экспоненциального роста производительности и рентабельности остается нереализованным.

Особую значимость данные риски приобретают на третьей и четвертой фазах зрелости, когда от предприятия требуется не только внедрение сложных решений, но и их согласованная интеграция в рамках единой производственной архитектуры. В этих условиях формируется синергетический эффект, не как сумма локальных улучшений, а как эмерджентное качество системы, обеспечивающее ее адаптивность, интеллектуальность и устойчивость к изменениям.

Таким образом, матрица зрелости цифрового бережливого производства выступает не только инструментом диагностики, но и средством управления стратегической целостностью трансформации, позволяя выстраивать сбалансированную и согласованную траекторию цифрово-бережливого развития.

Заключение

Современные вызовы, стоящие перед предприятиями машиностроительного сектора, включая стратегически значимые направления такие как вагоностроение, судостроение, авиастроение требуют интеграции гибких производственных систем с интеллектуальными цифровыми решениями. В условиях цифровой трансформации особую актуальность приобретает необходимость системной координации цифровизации и организационных изменений на основе принципов бережливого производства.

В рамках настоящего исследования предложена концептуально и методически обоснованная матрица зрелости цифрового бережливого производства, предназначенная для оценки, планирования и управления интеграцией цифровых и бережливых подходов. В отличие от традиционных моделей зрелости, ориентированных преимущественно на цифровые аспекты, разработанная матрица учитывает двумерную структуру зрелости как цифровизации, так и бережливого производства, включая их поэтапное развитие по четырем фазам: базовое внедрение, процессная оптимизация, стратегическая интеграция, базисные инновации.

Каждая из 16 ячеек матрицы отражает типовое состояние предприятия, соответствующее различным комбинациям зрелости, и сопровождается аналитическим описанием, выявлением барьеров и рекомендациями по развитию. Такой подход позволяет использовать матрицу не только как инструмент диагностики текущего состояния, но и как основу для планирования стратегически согласованных траекторий трансформации.

Особое внимание в работе уделено идентификации рисков несогласованного внедрения цифровых и бережливых инициатив, что критично для высокотехнологичных производств, таких как вагоностроительные предприятия, находящиеся на стыке машиностроения и цифровой логистики. Показано, что фрагментарная цифровизация без организационной зрелости, так же, как и изолированное применение бережливых методов без аналитической поддержки, может привести к автоматизации неэффективных процессов, росту издержек и снижению управляемости.

Предложенный подход в первую очередь будет востребован под задачи цифрово-бережливой трансформации предприятий транспортного машиностроения, где требуется высокая степень точности, гибкости, предсказуемости и рентабельности при одновременной модернизации инфраструктуры и логистических процессов.

Направления дальнейших исследований включают:

• практическую верификацию матрицы зрелости цифрового бережливого производства;
• развитие цифрового инструментария для оценки зрелости на основе предложенной модели;
• исследование связи зрелости цифрового бережливого производства с устойчивостью и адаптивностью производственных систем.

Таким образом, представленная матрица зрелости цифрового бережливого производства закладывает методологическую и прикладную основу для стратегического управления трансформацией как машиностроительных производств, так и промышленных предприятий в целом и может служить ориентиром для повышения их технологической, экономической и организационной эффективности в условиях цифровой экономики.

Авторы заявляют, что:

1. У них нет конфликта интересов;
2. Настоящая статья не содержит каких-либо исследований с участием людей в качестве объектов исследований.

The authors state that:

1. They have no conflict of interest;
2. This article does not contain any studies involving human subjects.

About the authors

S. S. Vagin

State Marine Technical University

Author for correspondence.
Email: vaginms@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0002-3833-4623
SPIN-code: 3582-4226

Applicant

Russian Federation, St. Petersburg

E. S. Palkina

State Marine Technical University

Email: elena_palkina@hotmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4702-3512
SPIN-code: 8447-6777

Dr. Sci. (Economics), Associated Professor

Russian Federation, St. Petersburg

References

Supplementary files