PLM's Digital Twins bieden virtueel zicht op productie

Met de nieuwste PLM-tools (Product Lifecycle Management) streven fabrikanten ernaar de ontwikkelingen te versnellen met behulp van Digital Thread, een geïntegreerde set CAD/CAM/CAE- en cPDM-oplossingen (collaborative Product Data Management) die nieuwe Digital Twins van productieprocessen met elkaar verweven. Aangezien machines op de fabrieksvloer meer dan ooit verbonden zijn in het tijdperk van het Industrial Internet of Things (IIoT), raken de technische toepassingen in PLM nauwer verweven met de databeheerkant van de medaille, waardoor snellere, gemakkelijkere communicatie tussen grote wereldwijde productieorganisaties.

Volgens de laatste analyse van marktonderzoeker CIMdata Inc. (Ann Arbor, MI), die PLM in 2015 in totaal op bijna 39 miljard dollar waardeerde, groeien de PLM-systemen in de sector in een gezond tempo. 2015, 2,8% groei ten opzichte van 2014”, aldus Stan Przybylinski, vice-president Research van CIMdata. "In constante valuta's zou dat groeipercentage 8,2% bedragen over 2014."

De meeste PLM-marktleiders hadden een sterke groei in constante valuta's, en ze bleven allemaal strategische acquisities doen om hun portefeuilles uit te breiden en, in sommige gevallen, om nieuwe markten te betreden, zei Przybylinski. "Kijkend naar 2020 voorspelt CIMdata dat de PLM-markt zal groeien met een samengesteld jaarlijks groeipercentage [CAGR] van 6,3% tot 52,3 miljard dollar", aldus Przybylinski.

Bedrijven doen PLM-investeringen in vele soorten oplossingen, waaronder mechanische CAD, simulatie en analyse, visualisatie en samenwerking, gebouwontwerp en andere, merkte Przybylinski op, en deze diversiteit wordt weerspiegeld in het feit dat geen enkel type provider de industrie domineert. In 2015 genereerde een groter aantal providers substantiële inkomsten die PLM-gerelateerde investeringen vertegenwoordigen, waarbij 16 leveranciers PLM-inkomsten van meer dan $ 500 miljoen genereerden uit zowel de tools als de cPDm-segmenten, zei Przybylinski. "Drie solution providers, Dassault Systèmes, PTC en Siemens PLM Software, zijn belangrijke leveranciers van zowel tools als cPDm-technologie," merkte hij op, "terwijl anderen, zoals Autodesk en Mentor Graphics, voornamelijk toolproviders zijn die zich richten op specifieke segmenten binnen de totale markt.”

Versnelde productontwerpen

Door samen te werken met auto-ontwerpers in Formule 1-raceteams hebben de ontwikkelaars van Siemens PLM Software (Plano, TX) geleerd hoe ze het beste PLM-systemen kunnen inzetten die door de racers worden gebruikt, merkte Jim Rusk op, Siemens PLM senior vice president en chief technical officer. “We kunnen van ze leren. Ze klauteren een week lang om de best mogelijke componenten aan hun teams te leveren, "zei hij. "Het is echt een zeer dynamische omgeving - en hun concurrentie doet hetzelfde."

Door productiteraties te versnellen, kon Siemens zien hoe raceteams in de Formule 1 en ook in vliegtuigraces met het Red Bull-team het beste kunnen worden geholpen. Siemens heeft onlangs aangekondigd dat zijn software de afgelopen drie jaar is gebruikt om Land Rover BAR (Ben Ainslie Racing) te helpen bij het ontwerpen, evalueren, verifiëren en produceren van de Britse America's Cup Class (ACC)-catamaran op tijd en binnen het budget.

Meer dan 85.000 uur aan ontwerp en bouw resulteerde in een boot van 15 m met 1200 m elektronische en elektrische bekabeling die 190 sensoren en vier videocamera's verbindt. In samenwerking met Siemens slaagde het team erin om zijn ambitieuze planning met succes te beheren met behulp van een geïntegreerde softwareomgeving voor PLM die meerdere disciplines naadloos aan elkaar koppelde. Siemens en Land Rover BAR doopten de catamaran "Rita" in februari tijdens een ceremonie op het eiland Bermuda, met als doel de America's Cup terug te brengen naar waar het allemaal begon in 1851.

"De softwaretechnologie van Siemens heeft ons in staat gesteld om ontwerpoplossingen te simuleren, analyseren en testen tijdens het ontwerp- en bouwproces", zegt Andy Claughton, Chief Technology Officer van Land Rover BAR. "Het gebruik van deze software heeft tijd bespaard en stelt ons in staat om verbeteringen aan te brengen aan de concurrentie, waar we hopen de Cup voor het eerst in de racegeschiedenis naar Groot-Brittannië te brengen."

Het raceteam van Land Rover BAR koos Siemens-oplossingen voor een geïntegreerde virtuele omgeving voor digitale modellering en simulatie. Land Rover BAR gebruikt Siemens NX voor productontwerp, Teamcenter-software voor gegevensbeheer, het Fibersim-portfolio van software voor composiettechniek en het Simcenter-softwareportfolio van Siemens, inclusief Femap- en Star CCM+-software voor eindige-elementenanalyse (FEA) en computationele vloeistofdynamica (CFD) analyse.

“Ze klauteren een week lang om de best mogelijke componenten aan hun teams te leveren. Het is echt een zeer dynamische omgeving - en hun concurrentie doet hetzelfde."

Het creëren van de snelste, meest efficiënte ontwerpomgeving is de sleutel tot raceteams - op het land, in de lucht of op zee. Rusk merkte op dat NASCAR-teams op dezelfde manier werken als de Formule 1-modellen, waarvoor snelle ontwerpen en zeer nauwkeurige componenten nodig zijn, vaak gemaakt met exotische materialen, waaronder geavanceerde composieten gemaakt met additieve productieprocessen.

“We zien dit ook in de VS, waar een aantal NASCAR-teams soortgelijk werk doen. Ze maken hetzelfde mee en bereiden zich voor op de volgende race, 'zei Rusk. "We zijn ook in zeer grote implementaties in grote wereldwijde productiebedrijven."

Het aansturen van deze ontwikkelingen is een behoefte aan geavanceerde systeemtechniek, het vinden van de snelste en meest efficiënte manieren om innovatieve productontwerpen te ontwikkelen. "Bedrijven zeggen in hun ontwerpen:'We willen steeds vroeger komen'," zei Rusk, "en we bieden gedetailleerde ontwerpsimulatie en beheer van die processen.

“De grotere definitie van PLM is hoe we bedrijven eerder in hun ontwerpcyclus kunnen helpen. Ze willen weten hoe het product presteert ten opzichte van het ontwerp. We doen dat met veel voorkennis, waardoor ze goede flexibele manieren hebben om samen te werken.” Belangrijke elementen om ontwerpers te helpen zijn onder meer de nieuwe mogelijkheden voor architectuurdiagrammen die zijn toegevoegd in Siemens Teamcenter en aanvullende simulatiemogelijkheden, zoals de overname door Siemens van LMS een paar jaar geleden die het Image Lab toevoegde, waardoor gebruikers moesten worden getest tegen realistische scenario's, merkte hij op. Siemens heeft recentelijk ook CD-adapco overgenomen, dat de CCM+-software bevat die wordt gebruikt voor geavanceerde thermische 3D-simulaties. "Het is echt een product dat heel goed schaalt", zei Rusk, en merkte op dat CCM+ wordt gebruikt in subsonische en sonische stroming voor de ruimtevaart, zei hij, en voor het mengen van lucht en brandstof voor interne verbrandingsmotoren.

De digitale tweeling inschakelen

Vrijwel alle PLM-ontwikkelaars benadrukken dit digitale tweelingconcept in strategieën voor productontwikkelingssoftware, samen met vele andere elementen, waaronder de voortdurende uitbreiding van gezamenlijke productontwerp- en ontwikkelingsfunctionaliteiten.

De belangrijkste trends die worden ondersteund door het 3DExperience-platform van Dassault Systèmes (Parijs) en de bijbehorende merkapplicaties zijn onder meer klantgestuurde ontwikkeling, simulatie/testen/optimalisatie van virtuele ervaringen, op modellen gebaseerde ondernemingen, cloudimplementatie met Software-as-a-Service (SaaS ), datagestuurde applicaties, digitale thread, digital twin en virtual twin, big data, IoT, browsergebaseerde applicaties zonder plug-in, dashboards en widgets, en business intelligence met PLM-analyse, merkte Eric Green op, vice-president van Dassault Systèmes, Delmia Gebruikerservaring en belangenbehartiging.

"Innovatie-efficiëntie wordt vaak belemmerd door meerdere overdrachten tussen disciplines en functies, als gevolg van discontinuïteit in processen en systemen, wat resulteert in langere tijdlijnen en herwerk," zei Green. "De oudere generatie elektronische PLM-systemen verbond de silo's met elkaar, terwijl in een digitaal platform de silo's worden geëlimineerd." De digitale V6-architectuur, geïntroduceerd door Dassault in 2008, definieerde een gemeenschappelijk datamodel voor CATIA voor ontwerp, Simulia voor simulatie, Delmia voor productie en Enovia voor governance-applicaties, zei Green, waardoor gebruikers online verbinding kunnen maken met een enkele digitale definitie en samenwerken in realtime.

Dataproliferatie heeft elk bedrijf afhankelijk gemaakt van data, en elk bedrijf moet zijn methodologieën transformeren om zowel data- als analytics-gedreven te worden om ervoor te zorgen dat elke zakelijke beslissing de wereldwijde prestaties zal maximaliseren, zei Green. De uitdaging van het bedrijf van vandaag is zowel hoe om te gaan met de datachaos en de verspreiding van nieuwe informatiebronnen, en hoe ervoor te zorgen dat elke zakelijke beslissing gebaseerd is op deze datachaos, zei hij.

"Daarom zijn selfservice-analyses hier om gegevensbeheer op elk niveau van het bedrijf af te dwingen, door elke zakelijke gebruiker in staat te stellen de verschillende gegevensbronnen te analyseren en hun eigen analyse uit te voeren zonder enige vorm van IT-ondersteuning", aldus Green. “Zakelijke gebruikers vertrouwen voornamelijk op IT-teams om nieuwe analyseweergaven te bieden, waardoor de respons op nieuwe informatie traag en ineffectief wordt. Bovendien maken ze gebruik van Excel om de gegevens aan te passen en rapporten op te stellen die slechts een deel van de realiteit weergeven; er is niet één bron van waarheid.”

Door selfservice-analyses te leveren, kunnen gebruikers de cyclustijd versnellen om nieuwe weergaven te creëren, zei hij, waar elke zakelijke gebruiker dozen kan slepen en neerzetten om nieuwe weergaven te bouwen die zijn gebaseerd op of direct gekoppeld aan het informatiesysteem.

De opkomst van nieuwe technologieën voor productie maken gebruik van de technische vooruitgang van PLM, vooral op het gebied van nieuwe materialen en additieve productieprocessen, aldus Green. "De economische voordelen van additive manufacturing zijn dramatisch en de veranderingen in het ontwerp zijn zelfs nog belangrijker", zei Green. “Additive manufacturing maakt het mogelijk om geheel nieuwe soorten onderdelen en producten te creëren. Ontwerpers zullen bij wijze van spreken lege tekentafels hebben waarmee ze kunnen vragen:"Hoe zou dit onderdeel er in een ideale wereld uit moeten zien?" Ontwerpers ontdekken dat organische vormen in de natuur soms beter en gestroomlijnder zijn dan de onhandige industriële -stijlvormen die in het verleden de overhand hadden.

"Dit type 'generatief, functioneel ontwerp' voedt de ervaringseconomie en zal een revolutie teweegbrengen in de productie, waarbij fabrikanten de productie- en procesplanning en de manier waarop materiaalengineering wordt uitgevoerd opnieuw moeten ontwerpen," zei Green. "Met de mogelijkheden om deze nieuwe manier van denken mogelijk te maken, van materiaalwetenschappen tot 3D-ontwerp, simulatie en werken met additive manufacturing, kunnen bedrijven hun bedrijf transformeren."

PLM integreren in het proces

Met de opkomst van het IIoT zoeken bedrijven met complexe producten naar betere manieren om hun productieactiviteiten te integreren, merkte Doug Macdonald op, directeur productmarketing bij Aras Corp. (Andover, MA), ontwikkelaar van het Aras Innovator PLM-platform. Maar met de huidige losgekoppelde systemen kan het opstellen en afstemmen van MBOM's, procesplannen en werkinstructies, en zorgen voor synchronisatie met evoluerende productontwerpen tijdrovend en foutgevoelig zijn.

Fabrikanten kunnen een concurrentievoordeel behalen wanneer Manufacturing Process Planning (MPP) is geïntegreerd en in staat is om productiegegevens en -processen naadloos te volgen, merkte hij op. "De sleutel is om gebruik te maken van een PLM-platform dat het grafische en gelijktijdige procesplan ondersteunt, MBOM [Manufacturing Bill of Materials] en het schrijven van werkinstructies plus realtime automatische EBOM/MBOM [Electronic BOM/MBOM]-reconciliatie."

Enkele nieuwe mogelijkheden van Aras pakken deze uitdagingen aan, met nieuwe functionaliteit die PLM en MPP integreert. Deze nieuwe functies omvatten versiegestuurde procesplannen met details over bewerkingen, stappen, verbruikte onderdelen, gebruikte bronnen, vaardigheden, documenten waarnaar wordt verwezen; gelijktijdig schrijven van visueel rijke elektronische werkinstructies; versie-gecontroleerde MBOM afgeleid van EBOM met behulp van slepen en neerzetten; gelijktijdig procesplan en MBOM-creatie; automatische EBOM/MBOM-afstemming en fabrieksspecifieke MBOM's en procesplannen.

Aras citeert onderzoek van het Digital Manufacturing and Design Innovation Institute (DMDII; Chicago) waaruit blijkt dat 81% van de ondernemingen erkent dat een digitale transformatie in de productie een sleutelelement is voor hun toekomstige concurrentievermogen, maar slechts 14% zegt dat ze vandaag voldoende zijn uitgerust met de nodige technologieën en expertise. De Aras MPP is gebouwd op een enkel platform dat flexibel, schaalbaar en opwaardeerbaar is, en biedt verbonden mogelijkheden voor EBOM, configuratie- en wijzigingsbeheer, vereisten, kwaliteit en andere gebieden. Aras MPP is ook ontworpen om te integreren met bestaande ERP-, MES- en legacy PDM-omgevingen om deze nieuwe procesmogelijkheden te bieden bovenop bestaande bedrijfssystemen. Door het Aras-platform over bestaande systemen te leggen, kunnen grote ondernemingen het risico en de verstoring van een 'rip-and-replace'-aanpak vermijden en de digitale transformatie sneller stimuleren.

"Wij zijn van mening dat de processen die productontwikkeling en fabricagetechniek omvatten, een noodzakelijke basis zijn die vooraf moet worden aangepakt om Industry 4.0 of IoT te laten werken", aldus Aras CEO Peter Schroer. "Bedrijven met fabrieken over de hele wereld hebben een betere manier nodig om transformatie sneller te stimuleren. Daarom kun je bestaande legacy overlappen met ons platform en meteen nieuwe mogelijkheden krijgen die je strategie direct ondersteunen."