PLM Digitale Tweelingen Leveren Real-Time Virtuele Inzichten in Productie

Met de nieuwste product lifecycle management (PLM) tools, richten fabricanten zich op het versnellen van ontwikkelingen met behulp van de Digital Thread, een geïntegreerde set van CAD/CAM/CAE en cPDM (collaborative Product Data Management) oplossingen die nieuwe Digitale Tweelingen van productieprocessen samenweven. Naarmate machines op de fabrieksvloer meer verbonden zijn dan ooit in het tijdperk van het Industrial Internet of Things (IIoT), worden de engineering applicaties in PLM steeds fester verweven met de datamanagementkant van de medaille, wat snellere, makkelijkere communicatie onder grote globale productieorganisaties mogelijk maakt.

De PLM-systemen van de industrie groeien op een gezond tempo, volgens de meest recente analyse door marktonderzoeker CIMdata Inc. (Ann Arbor, MI), die PLM in het geheel waardeerde op bijna $39 miljard in 2015. "De PLM-markt groeide tot $38,7 miljard in het geheel in 2015, 2,8% groei over 2014," merkte Stan Przybylinski, CIMdata's vice president, Research op. "Wanneer gekeken in constante valuta's, zou die groeisnelheid 8,2% over 2014 zijn."

De meeste PLM-marktleiders hadden sterke groei in constante valuta's, en allen bleven strategische overnames maken 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 compound annual growth rate [CAGR] van 6,3% tot $52,3 miljard," zei Przybylinski.

Bedrijven maken PLM-investeringen in veel typen oplossingen inclusief mechanische CAD, simulatie en analyse, visualisatie en collaboratie, bouwontwerp, en anderen, merkte Przybylinski op, en deze diversiteit weerspiegelt zich in het feit dat geen enkele type provider de industrie domineert. In 2015, genereerde een groter aantal leveranciers substantiële opbrengsten die PLM-gerelateerde investeringen vertegenwoordigen, met 16 leveranciers die PLM-opbrengsten in excess van $500 miljoen genereerden vanuit zowel de tools als de cPDM segmenten, zei Przybylinski. "Drie oplossingsleveranciers, Dassault Systèmes, PTC, en Siemens PLM Software, zijn grote leveranciers van zowel tools als cPDM technologie," merkte hij op, "terwijl anderen, zoals Autodesk en Mentor Graphics, voornamelijk tool-leveranciers zijn die zich richten op specifieke segmenten binnen de algehele markt."

Productontwerpen Versnellen

Het werken met automotive ontwerpers op Formula 1 raceteams hielp de ontwikkelaars bij Siemens PLM Software (Plano, TX) leren hoe PLM-systemen die door de racers gebruikt worden het beste te deployen, merkte Jim Rusk, Siemens PLM senior vice president en chief technical officer op. "We kunnen van hen leren. Ze scharrelen een week om de best mogelijke componenten aan hun teams te leveren," zei hij. "Het is echt een heel dynamische omgeving - en hun concurrenten doen hetzelfde."

Het versnellen van productiteraties stelde Siemens in staat te zien hoe raceteams in Formula 1 en ook in vliegtuigraces met het Red Bull team het beste geholpen konden worden. Siemens kondigde recent aan dat hun software de afgelopen drie jaar gebruikt is om Land Rover BAR (Ben Ainslie Racing) te helpen ontwerpen, evalueren, verifiëren en produceren van Britannië's America's Cup Class (ACC) katamaran op tijd en binnen budget.

Meer dan 85.000 uur ontwerp en bouw resulteerden in een 15-m boot die 1200 m elektronische en elektrische bekabeling omvat die 190 sensoren en vier videocamera's verbindt. Werknemend met Siemens, beheerde het team zijn ambitieuze schema met succes met een geïntegreerde softwareomgeving voor PLM die meerdere disciplines naadloos verbond. Siemens en Land Rover BAR doopten de "Rita" katamaran in februari in een ceremonie op het eiland Bermuda, met als doel de America's Cup terug te brengen naar waar het allemaal begon in 1851.

"Siemens' softwaretechnologie heeft ons in staat gesteld om ontwerpoplossingen door het hele ontwerp- en bouwproces te simuleren, analyseren en testen," zei Andy Claughton, chief technology officer van Land Rover BAR. "Het gebruik van deze software heeft tijd bespaard en zal ons in staat stellen om verbeteringen door te voeren tot de wedstrijd, waar we hopen de Cup naar Britannië te brengen voor de eerste keer in racegeschiedenis."

Het race-team van Land Rover BAR koos Siemens-oplossingen om een geïntegreerde virtuele omgeving voor digitale modellering en simulatie te adopteren. Land Rover BAR gebruikt Siemens NX voor productontwerp, Teamcenter datamanagement software, het Fibersim portfolio van software voor composiet engineering en Siemens' Simcenter software portfolio, inclusief Femap en Star CCM+ software voor finite element analyse (FEA) en computational fluid dynamics (CFD) analyse.

"Ze scharrelen een week om de best mogelijke componenten aan hun teams te leveren. Het is echt een heel dynamische omgeving - en hun concurrenten doen hetzelfde."

Het creëren van de snelste, meest efficiënte ontwerpomgeving is cruciaal voor race teams - of op land, in de lucht of op zee. Rusk merkte op dat NASCAR teams vergelijkbaar opereren met de Formula 1 modellen, die snelle ontwerpen en hoog nauwkeurige componenten vereisen, vaak gecreëerd met exotische materialen inclusief geavanceerde composieten gemaakt met additive manufacturing processen.

"We zien dit in de VS ook, waar er een aantal NASCAR teams zijn die vergelijkbaar werk doen. Ze gaan door hetzelfde, voorbereiding op de volgende race," zei Rusk. "We zijn ook in heel grote implementaties in grote globale productiebedrijven."

De drijvende kracht achter deze ontwikkelingen is een behoefte aan geavanceerde systems engineering, het vinden van de snelste, meest efficiënte manieren om innovatieve productontwerpen te ontwikkelen. "Bedrijven zeggen 'We willen eerder en eerder komen,' in hun ontwerpen," zei Rusk, "en we bieden gedetailleerde ontwerpsimulatie en beheer van die processen.

"De bredere definitie van PLM is hoe kunnen we bedrijven eerder in hun ontwerpcylus helpen. Ze willen weten hoe het product zal presteren tegen het ontwerp. We doen dat met veel vooraf kennis, hen goede flexibele manieren bieden om te collaboreren." Belangrijke elementen om ontwerpers te helpen omvatten de nieuwe architectuur diagram mogelijkheden toegevoegd in Siemens Teamcenter en additionele simulatiecapaciteiten, zoals Siemens' overname van LMS een paar jaar geleden die de Image Lab toevoegde, gebruikers de nodige testen tegen real-world scenario's biedend, merkte hij op. Siemens heeft ook onlangs CD-adapco overgenomen, wat de CCM+ software omvat die gebruikt wordt voor geavanceerde 3D thermische simulaties. "Het is echt een product dat heel goed schaalt," zei Rusk, merkte op dat CCM+ gebruikt wordt in subsonische en sonische stroom voor aerospace, zei hij, en voor lucht-brandstof menging voor interne verbrandingsmotoren.

De Digitale Tweelingen Bellen

Virtueel alle PLM-ontwikkelaars benadrukken dit digitale tweeling concept in productontwikkeling software strategieën, samen met veel andere elementen inclusief de voortgezette uitbreiding van collaboratieve productontwerp- en ontwikkelfunctionaliteiten.

Belangrijke trends die ondersteund worden door Dassault Systèmes' (Parijs) 3DExperience platform en geassocieerde merkapplicaties omvatten klant-gedreven ontwikkeling, virtuele ervaring simulatie/testen/optimalisatie, model-based enterprise, cloud deployment met Software-as-a-Service (SaaS), data-gedreven applicaties, digitale draad, digitale tweeling en virtuele tweeling, big data, IoT, plugin-loze browser-gebaseerde applicaties, dashboards en widgets, en business intelligence met PLM analytics, merkte Eric Green, Dassault Systèmes vice president, Delmia User Experience en Advocacy op.

"Innovatie-efficiëntie wordt vaak belemmerd door meerdere overdrachten over disciplines en functies heen, door discontinuïteit in processen en systemen, resulterend in verlengde tijdlijnen en herwerk," zei Green. "De oudere generatie elektronische PLM-systemen verbonden de silo's samen, terwijl in een digitaal platform, de silo's geëlimineerd worden." De V6 digitale architectuur, geïntroduceerd door Dassault in 2008, definieerde een gemeenschappelijk datamodel over CATIA voor ontwerp, Simulia voor simulatie, Delmia voor productie en Enovia voor governance applicaties, zei Green, wat gebruikers in staat stelt om online te verbinden met een enkele digitale definitie en in real-time te collaboreren.

Dataproliferatie heeft elk bedrijf afhankelijk van data gemaakt, en elk bedrijf moet zijn methodologieën transformeren om zowel data-gedreven als analytics-gedreven te worden om ervoor te zorgen dat elke zakelijke beslissing de globale prestaties maximaliseert, zei Green. De uitdaging van vandaag voor het bedrijf is zowel hoe de data-chaos en de proliferatie van nieuwe informatiebronnen te hanteren, en hoe ervoor te zorgen dat elke zakelijke beslissing op deze data-chaos gebaseerd is, zei hij.

"Daarom is self-service analytics hier om data governance op elk niveau van het bedrijf af te dwingen, door elke zakelijke gebruiker in staat te stellen de verschillende bronnen van data te analyseren en hun eigen analyse uit te voeren zonder enige IT-ondersteuning," zei Green. "Zakelijke gebruikers vertrouwen voornamelijk op IT-teams om nieuwe analytics views te leveren wat de responsiviteit op nieuwe informatie traag en oneffectief maakt. Daarnaast benutten ze Excel om de data te wijzigen en rapporten te bouwen die slechts één deel van de realiteit leveren; er is geen enkele bron van waarheid."

Door self-service analytics te leveren, zijn gebruikers in staat om de cyclus tijd om nieuwe views te creëren te versnellen, zei hij, waar elke zakelijke gebruiker boxen kan slepen en neerzetten om nieuwe views te bouwen die gebaseerd zijn of direct gelinkt aan het informatiesysteem.

De opkomst van nieuwe technologieën voor productie benutten PLM technische vooruitgang, met name in de gebieden van nieuwe materialen en additive manufacturing processen, stelde Green. "De economische winsten uit additive manufacturing zijn dramatisch en de veranderingen in ontwerp zijn nog significanter," zei Green. "Additive manufacturing stelt volledig nieuwe typen onderdelen en producten in staat om gecreëerd te worden. Ontwerpers zullen blanco tekenborden hebben, zo te spreken, die hen in staat stellen te vragen, 'In een ideale wereld, hoe zou dit onderdeel eruit moeten zien?' Ontwerpers ontdekken dat organische vormen die in de natuur gevonden worden, soms beter en meer gestroomlijnd zijn dan de klonterige industriële stijlen die in het verleden heerste."

"Dit type 'generatieve, functionele ontwerp' brandt de Experience Economy en zal productie revolutioneren, wat fabricanten vereist om productie en procesplanning en de manier waarop materiaal engineering uitgevoerd wordt, te herontwerpen," zei Green. "Het hebben van de capaciteiten om deze nieuwe manier van denken te ermöglichen, van materiaalwetenschappen, door 3D-ontwerp, simulatie, en opereren met additive manufacturing, helpt bedrijven hun business te transformeren."

PLM Integreren in het Proces

Met de opkomst van de IIoT, zoeken bedrijven met complexe producten naar betere manieren om hun productieoperaties te integreren, merkte Doug Macdonald, director of product marketing, Aras Corp. (Andover, MA), ontwikkelaar van het Aras Innovator PLM platform. Maar met vandaag de dag onverbonden systemen, is het ontwerpen en reconciliëren van MBOMs, procesplannen en werkinstructies, en het waarborgen van synchronisatie met evolutieve productontwerpen tijdrovend en foutgevoelig.

Fabrikanten kunnen een competitief voordeel behalen wanneer Manufacturing Process Planning (MPP) geïntegreerd is en in staat is om productiedata en processen naadloos te tracken, merkte hij op. "De sleutel is om een PLM-platform te benutten dat de grafische en gelijktijdige procesplan, MBOM [Manufacturing Bill of Materials] en werkinstructies ontwerpen plus real-time automatische EBOM/MBOM [Electronic BOM/MBOM] reconciliatie ondersteunt."

Enkele nieuwe mogelijkheden van Aras adresseren deze uitdagingen, met nieuwe functionaliteit die PLM en MPP integreert. Deze nieuwe features omvatten versie-gecontroleerde procesplannen met details over operaties, stappen, verbruikte onderdelen, benutte bronnen, vaardigheden, gerefereerde documenten; gelijktijdig ontwerpen van visueel rijke elektronische werkinstructies; versie-gecontroleerde MBOM afgeleid van EBOM met drag-and-drop bewerken; gelijktijdige procesplan en MBOM creatie; automatische EBOM/MBOM reconciliatie en plant-specifieke MBOMs en procesplannen.

Aras citeert onderzoek door het Digital Manufacturing and Design Innovation Institute (DMDII; Chicago) dat toont dat 81% van ondernemingen erken dat een digitale transformatie in productie een sleutelelement is voor hun toekomstige concurrentiekracht, maar slechts 14% zegt dat ze vandaag de dag voldoende uitgerust zijn met de benodigde technologieën en expertise. De Aras MPP is gebouwd op een enkel platform dat flexibel, schaalbaar en upgradebaar is, en verbonden mogelijkheden biedt 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 procescapaciteiten bovenop bestaande enterprise systemen te leveren. Door het Aras-platform over bestaande systemen te leggen, kunnen grote ondernemingen het risico en de storende "rip-and-replace" benadering vermijden en digitale transformatie sneller drijven.

"We geloven dat de processen die productontwikkeling en manufacturing engineering overspannen, een noodzakelijke fundering zijn die vooraf aangepakt moet worden voor Industry 4.0 of IoT om te werken," zei Aras CEO Peter Schroer. "Bedrijven met fabrieken over de hele wereld hebben een betere manier nodig om transformatie sneller te drijven, weshalb je bestaande legacy met ons platform kunt overlappen en direct nieuwe capaciteiten krijgt die direct je strategie ondersteunen."