PLM: Een verbonden productietoekomst mogelijk maken

Nieuwe releases voegen cloud-versies, simulatie, AR/VR en additieve opties toe, met blik op IIoT-toekomst

Complexiteit is allgegenwoordig in hedendaagse componentontwerp en productieprocessen. In de nieuwste Product Lifecycle Management (PLM)-software krijgen fabrikanten meer keuzes, met nieuwe functionaliteit om productieprocessen te visualiseren met technologieën zoals augmented reality (AR) en virtual reality (VR). Deze mogelijkheden helpen fabrikanten de verhoogde complexiteit van ontwerpen aan te pakken met het Industrial Internet of Things (IIoT) en Industrie 4.0, zodat ze steeds complexere productontwikkelingen in de vroegste stadia kunnen valideren, wat tijd en productiekosten bespaart.

PLM-portfolio's van fabricanten omvatten Product Data Management (PDM)-applicaties plus het volledige spectrum van CAD/CAM/CAE voor digitaal ontwerp, productie en visualisatiemogelijkheden. Grote ontwikkelaars, waaronder Siemens PLM Software (Plano, TX), Dassault Systèmes (Parijs) en PTC (Needham, MA), bieden allemaal de volledige reeks PLM-tools, maar sommigen, zoals Aras Corp. (Andover, MA) en anderen, bieden PDM-specifieke tools met uitgebreide CAD-integratie en -ondersteuning, maar zonder traditionele standalone CAD/CAM/CAE-systemen. Veel, maar niet alle PLM-aanbiedingen bieden ofwel cloud-only versies, ofwel, zoals Aras, zowel on-premises als cloud-oplossingen. PLM omvat ook de cruciale digitale productietools die fabricanten in staat stellen fabrieksvloerapparatuur in te richten en fabrieksprocessen te testen voordat fabrieksontwerpen worden finaliseerd. Recentelijk hebben ontwikkelaars modules of afzonderlijke applicaties toegevoegd die hun bereik uitbreiden naar het domein van additieve productie (AM).

Het productieproces visualiseren

Het versnellen en verbeteren van productontwikkelingsprocessen met snellere, betere en nauwkeurigere informatie zijn belangrijke doelen voor PLM naarmate de industrie vooruitgaat in IIoT. Augmented reality in ontwerpbeoordeling maakt het verschil, aldus Francois Lamy, vicepresident PLM solutions management bij PTC.

"Naarmate teams wereldwijd gedistribueerd raken, kan het lastig zijn om iedereen betrokken te krijgen bij een tijdige beoordeling van een productontwerp, alle benodigde informatie te verzamelen en feedback vast te leggen voor toekomstige actie," observeerde Lamy. "Met augmented reality (AR) kunnen teamleden productontwerpen van overal ter wereld visualiseren, ermee interacteren en feedback geven. AR maakt het mogelijk voor stakeholders om te interacteren met een 3D-model van het product, zoals eromheen lopen en verschillende statussen van het model bekijken – inclusief het model zelf binnenstebuiten gaan."

Met de overnames van ThingWorx IoT-applicaties (in 2013) en het Vuforia AR-platform (in 2015) heeft PTC stapsgewijs een AR-ingeschakeld PLM-portfolio opgebouwd, gericht op de Industrie 4.0-era.

"Om voldoende aan de verwachtingen van klanten te voldoen, moeten fabricanten hun productontwikkelingsproces transformeren om data van producten in het veld te begrijpen en te benutten," zei Lamy. "Productinformatie op een CAD-tekening noteren gaat niet meer genoeg doen naarmate producten complexer worden. Fabricanten moeten georganiseerder worden in hun productontwikkelingsproces."

Een uitgebreid PLM-systeem biedt een stevige basis voor het benutten van IoT-mogelijkheden, voegde hij toe. "Door alle productinformatie te consolideren in een enkele digitale productdefinitie, kunnen organisaties ervoor zorgen dat alle stakeholders toegang hebben tot de meest accurate, up-to-date productinformatie," zei hij. "Met een PLM-systeem wordt alle informatie gestroomlijnd naar een enkele Bill of Materials [BOM]-lijstindeling."

Klanten zoeken oplossingen om te gaan met de toenemende complexiteit van hun systemen, de druk voor gepersonaliseerde oplossingen en de behoefte aan snellere levering aan de klant, voegde Garth Coleman toe, vicepresident marketing voor het Enovia-merken van Dassault Systèmes. "Tegelijkertijd moeten ze hun innovatie versnellen en kosten verlagen. Als gevolg zoeken bedrijven naar productinnovatieplatforms die hun ondernemingen digitaal transformeren."

"We zien groot belangstelling van bedrijven die de waarde van cloud-implementatie willen realiseren," voegde Coleman toe. "Met een cloud-klaare oplossing kunnen bedrijven de onderneming openen voor interne en externe stakeholders die altijd en overal kunnen deelnemen aan samenwerking, met flexibiliteit en schaalbaarheid om te groeien naarmate ze groeien."

Er is veel belangstelling voor waardetoevoeging via technologieën zoals AM, zei Coleman, en in augmented reality. "Ons 3DExperience Center in Wichita, een samenwerking tussen WSU [Wichita State University] en NIAR [National Institute for Aviation Research], opende vorig jaar en we hebben bedrijven uit alle industrieën die bezoeken om te zien hoe ze de nieuwste technologieën als onderdeel van hun digitale transformatie kunnen incorporeren en benutten," zei hij. "Een voorbeeld van deze samenwerking is het onderzoeken en leren hoe hybride MRAM [Multiple Robotic Manufacturing Advanced Manufacturing] cellen flexibel verschillende technologieën zoals VR/AR, IoT en machine learning kunnen integreren om bedrijven te helpen de fabrieken van de toekomst te bouwen met maximale productie-agiliteit."

Complexiteit doorbreken

Complexe producten en systemen kunnen de slimste ingenieurs van vandaag de dag uitdagen, en de industrie heeft meer creatieve oplossingen nodig om navigeren in deze toenemende complexiteit, die vaak voortkomt uit het hoge niveau aan software inherent in producten voor IIoT.

"Er is traditioneel een onevenredige nadruk geweest op de CAD-kant," merkte Marc Lind op, senior vicepresident strategie bij Aras. "We beginnen vanuit een PLM-perspectief, wat cross-platform mogelijkheden mogelijk maakt om gesofisticeerde producten te ontwikkelen. Tegenwoordig gaat het echt meer om slimme, verbonden producten, waar je systemen van systemen ziet."

Deze verbonden producten kunnen de software en elektronica in automobilcomponenten of luchtvaartonderdelen zijn, die een PLM-systeem vereisen zoals Aras Innovator dat cross-platform compatibiliteit kan aan, voegde hij toe. "De elektronica-kant, de draadbundels [in auto's] is gelijk aan of zelfs groter dan andere aspecten." Connectiviteit is de sleutel, aldus Lind. "Wat je ziet met de stappen van Siemens, ze gaan helemaal naar beneden in de authoring-omgeving. We richten ons op het procesniveau, over het mogelijk maken van cross-functionele, cross-disciplinaire mogelijkheden, en we strekken ons uit naar veldservice."

"We zijn CAD-agnostisch," voegde Lind toe. "We beginnen vanuit het perspectief dat bedrijven veel verschillende CAD-tools hebben en ze in staat zijn om die samen te brengen en over te gaan naar de fabriek en operaties met de Digital Twin."

Complexiteit neemt exponentieel toe met slimme, verbonden producten, zei Lind. "Producten zijn slecht toegerust om daarmee om te gaan. Wat dat echt op neerkomt is dat bedrijven groot en klein overal worden ontwricht," voegde hij toe.

In januari kondigde Aras aan dat het de Impresa Maintenance, Repair and Overhaul (MRO) software-activiteit had overgenomen van Infospectrum, wat Aras zei een suite van complementaire MRO-mogelijkheden zou bieden om fabricanten te helpen de ontwikkeling en onderhoud van complexe producten digitaal te transformeren. De deal geeft Aras de mogelijkheid om PLM en MRO op een enkel platform te leveren en de Digital Thread uit te breiden naar het veld.

Aras kondigde onlangs aan dat de Duitse automaker BMW Group het Aras PLM-platform implementeert als ruggengraat voor testdatamanagement. Het systeem zal de planning, planning, uitvoering en documentatie van voertuigtests en testresultaten in verschillende ontwikkelingsfasen ondersteunen. Het Aras-systeem maakt traceerbaarheid van resultaten mogelijk en zal een belangrijke rol spelen in de ontwikkeling van productievoertuigen, volgens Aras.

EDA, Generatief Ontwerp en Additieve Productie Toevoegen

In de afgelopen paar jaar heeft Siemens PLM de breedte van zijn Electronic Design Automation (EDA)-simulatieportfolio aanzienlijk uitgebreid, met de overname van elektronische CAD/CAM-ontwikkelaar Mentor Graphics voor 4,5 miljard dollar in november 2016 en onlangs de aankoop van Solido Design Automation Inc. (Saskatoon, SK) voor een onbekend bedrag. Siemens lanceerde vorige herfst een update van zijn Simcenter CAE-simulatiesoftwareportfolio, ongeveer op hetzelfde moment als de nieuwe NX 12 CAD/CAM-update die een additieve productiemodule bevat.

"We zien een aantal kernboodschappen terugkomen van onze klanten. Ten eerste, de voortdurende uitbreiding van ingesloten elektronica en software in producten groeit sneller dan ooit; bedrijven die zich voorheen als mechanische engineering klassificeerden, ontdekken nu dat ze moeten concurreren in een wereld waarin geïntegreerde systemen heersen," zei Paul Brown, senior director NX product marketing. "Als leveranciers van PLM-tools moeten we aan die eisen voldoen."

Fabrikanten breiden hun gebruik van AM uit, voegde Brown toe, met bedrijven die kijken naar het evolueren van producten om prestaties te verbeteren, onderdeelaantal te verminderen of gewicht te besparen. "Dit is meer dan alleen een productieprobleem. Het is een probleem dat we door de hele levenscyclus moeten oplossen, van ontwerp tot aan de machine," zei hij.

De nieuwste NX-tools benutten Siemens' convergent modeling, merkte Brown op. De nieuwe NX 12 bevat nieuwe tools die de mogelijkheden op het gebied van generatief ontwerp uitbreiden, voortbouwend op oplossingen zoals convergent modeling en het gebruik van technologieën zoals topologie-optimalisatie.

"In de NX-productlijn leveren we voortdurend nieuwe oplossingen zoals onze Convergent Modeling-technologieën om bedrijven in staat te stellen nieuwe modeleringstechnieken te gebruiken om complexe ontwerpen sneller dan ooit te creëren. Convergent modeling helpt ook bedrijven die reverse-engineering-benaderingen gebruiken voor ontwerp door de tijdrovende elementen van het converteren van data in bruikbare vormen voor downstream-applicaties te verwijderen," zei Brown.

"Generatieve modeleringstechnieken worden door onze klanten zowel geaccepteerd als verwacht, met het systeem dat helpt oplossingen voor ontwerpproblemen te suggereren die geïtereerd kunnen worden. Het gebruik van de steeds toenemende rekenkracht op het bureau om meer ontwerpalternatieven te verkennen, stelt ingenieurs in staat nieuwe oplossingen voor hun ontwerpproblemen aan te nemen," voegde hij toe.

Het verhoogde gebruik van AM heeft ingenieurs ook in staat gesteld om naar nieuwe oplossingen in ontwerp te kijken, benaderingen die dingen verbeteren zoals gewichtsbesparing met behulp van roosterachtige structuren, of nieuwe vormen die onderdeelaantal verminderen en winst leveren in termen van het halen van productdoelen met minder materiaal en dingen zoals minder montage tijd, volgens Brown. "Deze benaderingen linken terug naar het gebruik van generatieve technieken in ontwerp," zei hij.

Siemens blijft investeren in AM, "zowel vanuit een productie-ondersteuningsaspect kijkend naar nieuwe opkomende technologieën zoals meerdere materialen en texturen, als in de ontwerpaspecten met functionaliteit zoals rooster- en ondersteuningsstructuren," zei Brown.

De NX breidt de nieuwe AM-oplossing in NX uit door de nieuwe module NX AM voor HP Multi Jet Fusion op te nemen, gecertificeerd door HP en aangedreven door Materialise, om printjobs voor te bereiden voor HP Jet Fusion 4200 3D-printers, volgens Siemens. De NX-module staat klanten toe om onderdelen in een enkele softwareomgeving te ontwikkelen en te beheren voor Multi Jet Fusion-printoplossingen, kostbare en tijdrovende dataconversies en derde-partij-tools te vermijden, en de algehele efficiëntie van de design-naar-gereed-onderdeel-workflow te verbeteren.

Daarnaast ontwikkelt Siemens applicaties voor AM-proces-simulatie in Simcenter 3D, wat het bedrijf een cruciale tool noemt om fabricanten te helpen AM te industrialiseren door componenten first-time-right te printen. Deze simulatie-applicaties zijn een integraal onderdeel binnen Siemens' end-to-end AM-oplossing.

"Transformatieve technologieën zoals additieve productie en geavanceerde robotica bieden enorme potentiël voor fabricanten van alle maten om een competitief voordeel te behalen," zei Zvi Feuer, senior vicepresident manufacturing engineering software voor Siemens PLM Software, in een verklaring. "NX biedt een geïntegreerde oplossing voor onderdeelfabrikanten om deze krachtige technologieën te benutten, wat de mogelijkheid creëert om de algehele bedrijfsprestaties te verbeteren en helpt een echte digitale machineshop te creëren."

Alles laten werken

Een groot probleem voor PLM is hoe het verder te strekken dan de engineering-organisatie waar PLM ooit ontstond, merkte Bob Yancey op, director manufacturing and production industry strategy bij Autodesk Inc. (San Rafael, CA). "Productontwikkeling omvat meer dan engineering, en het verbinden van de dataflow van ontwerp helemaal tot productie is essentieel om de volledige waarde van PLM te halen," zei Yancey. "PLM helpt fabricanten ervoor te zorgen dat individuen en bedrijfssystemen accurate en tijdige productontwikkelingsinformatie ontvangen, wat mensen helpt betere beslissingen sneller te nemen."

Verbeterde data-uitgebreidheid en procesprestaties door de hele levenscyclus heen kunnen de algehele time-to-market aanzienlijk verminderen, met Autodesk-klanten die verbeteringen van 50% en hoger rapporteren. Bijvoorbeeld, de wijzigingsproces van Autodesk Fusion Lifecycle-klant Mesa Labs is verminderd van twee weken tot twee dagen sinds de implementatie van Autodesk PLM in de cloud, zei Yancey. "Dat is een verbetering van 80%, bereikt door hun productdata met hun ERP-systeem te verbinden. Pre-PLM hebben Autodesk-klanten tot 90% van fouten in productie gerapporteerd als gevolg van ontbrekende of onjuiste informatie, wat kwaliteitsproblemen en hoge schrotpercentages creëert."

Een andere klant, Novacentrix, een ontwikkelaar van fotonische curing-oplossingen, implementeerde Fusion Lifecycle en zag een vermindering van afval van 84%, zei Yancey. Willerby, een fabrikant van vakantiewoningen, zag een vermindering van NCR's van 54 per maand tot zes, met BOM-nauwkeurigheidscijfers boven de 99%, een verbetering van 20% op 12 maanden eerder, zei hij.

"Fouten zullen blijven gebeuren en wijzigingen zullen nodig zijn, maar het sluiten van de lus tussen productie, productontwikkeling en bedrijfssystemen met PLM verhoogt de capaciteit van een bedrijf om te leren," merkte Yancey op. "Dit leren is gebaseerd op geaggregeerde data [feiten vs. myths] en creëert een omgeving van continue verbetering en zorgt voor best-in-class uitvoering."

Autodesk richt zich op het verbinden van ontwerp met downstream productieprocessen, zei Yancey, en zowel productsimulatie als productiesimulatie maken deel uit van het verbinden van ontwerp met productie. "Autodesk heeft een breed portfolio van ontwerp, simulatie, productie en datamanagement-oplossingen, en is voortdurend aan de voorhoede van het gebruik van cloud-oplossingen om ontwerp beter met productie te verbinden door een gedistribueerde productontwikkelingsupply chain. De cloud is een game-changer geworden, waardoor PLM bereikbaar is voor fabricanten van alle maten, technologie- en resourcebarrières wegnemend en veilige, verbonden realtime samenwerking overal ter wereld via een webbrowser biedend."

Met opkomende technologieën zoals AM, Industrie 4.0 en IoT, machine learning en kunstmatige intelligentie, verandert de aard van PLM en wat het moet leveren, zei Yancey. "PLM moet verder gaan dan alleen data archiveren naar data analyseren, leren van data, en [halen] voorspellende trends uit de data om de enorme hoeveelheden informatie te benutten die nu of in de toekomst zullen bestaan in het productontwikkelingsproces."

PLM was aanvankelijk vooral gericht op productdatamanagement, maar zijn rol breidt uit met AR-gebruik, merkte Stuart Weiler op, director of PLM bij Elite Aerospace Group (EAG; Irvine, CA), een luchtvaartcomponentenfabrikant en gebruiker van PTC Windchill PLM-software. Weiler sprak recent het onderwerp aan in een artikel, "PLM, Augmented Reality Sharpen the Cutting Edge," Manufacturing Engineering, maart 2017.

"Ik zou zeggen dat het oorspronkelijk puur over PDM ging," zei Weiler. "In de loop van de tijd is [PLM] de single source of truth geworden. Maar het integreert nog steeds niet zoals het moet."

PLM-integratie wordt makkelijk naarmate meer fabricanten de nieuwste open standaarden gebruiken, zoals STEP 242, zei hij. "Vooruitgaand, gaan er veel mensen het gebruiken – STEP 242 komt de geaccepteerde standaard te zijn. Meeste CAD-systemen zullen er goed mee samenwerken."

Nieuwere tools zoals AR met PLM zijn een vरदान voor gebruikers in verafgelegen locaties van wereldwijde operaties. "Iedereen moet toegang hebben tot de informatie," zei Weiler. "PTC heeft [Thingworks] Navigate en je hoeft PLM niet te kennen. Je kunt het overal benaderen, en dat is echt de trend die we nodig hebben."

De nieuwste versie 1.6 van Navigate geeft gebruikers "soort van een dashboard voor IoT. Ze noemen het een mashup," voegde Weiler toe. De software is als een single pane of glass van alle dingen in het systeem, voegde hij toe, en EAG heeft net begonnen met het gebruik van enkele van zijn AR-mogelijkheden.

"We gebruiken een beetje augmented reality," zei hij. "Ons doel is om dat op de fabrieksvloer te gaan gebruiken."