PLM и цифровые двойники дают реальное виртуальное понимание производства

С новейшими инструментами управления жизненным циклом продукта (PLM), производители нацеливаются на ускорение разработок с использованием Цифровой Нити — интегрированного набора решений CAD/CAM/CAE и cPDM (коллаборативное управление данными продукта), которые переплетают новые Цифровые Двойники производственных процессов. По мере того как станки на заводском полу становятся более связанными чем когда-либо в эпоху Промышленного Интернета Вещей (IIoT), инженерные приложения в PLM становятся более тесно переплетенными со стороной управления данными, обеспечивая более быструю, более легкую коммуникацию среди крупных глобальных производственных организаций.

Отраслевые PLM-системы растут в здоровом темпе, согласно последнему анализу исследователя рынка CIMdata Inc. (Анн-Арбор, Мичиган), который оценил PLM в целом почти в 39 миллиардов долларов в 2015 году. «Рынок PLM вырос до 38,7 миллиардов долларов в целом в 2015 году, рост 2,8% над 2014 годом», — отметил Стэн Прибылински, вице-президент исследований CIMdata. «Когда смотреть в постоянных валютах, темп роста был бы 8,2% над 2014 годом».

Большинство лидеров рынка PLM имели сильный рост в постоянных валютах, и все продолжали делать стратегические приобретения для расширения своих портфолио и, в некоторых случаях, для входа в новые рынки, сказал Прибылински. «Смотря в сторону 2020 года, CIMdata прогнозирует рынок PLM расти с составной годовой скоростью роста [CAGR] 6,3% до 52,3 миллиардов долларов», — сказал Прибылински.

Компании делают PLM-инвестиции во многие типы решений, включая механический САПР, симуляцию и анализ, визуализацию и коллаборацию, дизайн зданий и другие, отметил Прибылински, и это разнообразие отражается в факте, что ни один тип провайдера не доминирует в отрасли. В 2015 году большее количество провайдеров генерировали существенные доходы, представляющие PLM-инвестиции, с 16 поставщиками, генерирующими PLM-доход свыше 500 миллионов долларов как от инструментов, так и от сегментов cPDM, сказал Прибылински. «Три провайдера решений, Dassault Systèmes, PTC и Siemens PLM Software, являются главными провайдерами и инструментов, и cPDM-технологий», — заметил он, «в то время как другие, такие как Autodesk и Mentor Graphics, в основном провайдеры инструментов, фокусирующиеся на конкретных сегментах в общем рынке».

Ускорение дизайнов продуктов

Работа с автодизайнерами на командах Формулы-1 помогла разработчикам Siemens PLM Software (Плейно, Техас) научиться лучше развертывать PLM-системы, используемые гонщиками, отметил Джим Раск, старший вице-президент и главный технический директор Siemens PLM. «Мы можем учиться у них. Они в суматохе на неделю, чтобы предоставить лучшие компоненты для своих команд», — сказал он. «Это действительно очень динамичная среда — и их конкуренция делает то же самое».

Ускорение итераций продуктов позволило Siemens увидеть, как лучше помочь гонщикам в Формуле-1 и также в авиагоночках с командой Red Bull. Siemens недавно объявила, что их софт использовался последние три года, помогая Land Rover BAR (Ben Ainslie Racing) проектировать, оценивать, верифицировать и производить британский.catamaran класса America's Cup (ACC) вовремя и в бюджете.

Более 85 000 часов дизайна и строительства привели к 15-метровому катеру, включающему 1200 м электронной и электрической кабельной проводки, соединяющей 190 датчиков и четыре видеокамеры. Работая с Siemens, команда успешно управла своим амбициозным графиком с использованием интегрированной программной среды для PLM, связывающей множество дисциплин бесшовно. Siemens и Land Rover BAR христосовали катеран «Rita» в феврале на церемонии на острове Бермуды, стремясь вернуть Кубок Америки туда, где все началось в 1851 году.

«Технология софта Siemens позволила нам симулировать, анализировать и тестировать дизайн-решения через весь процесс дизайна и строительства», — сказал Энди Клаутон, главный технологический директор Land Rover BAR. «Использование этого софта сэкономило время и позволит нам продолжать делать улучшения до соревнований, где мы надеемся привезти Кубок домой в Британию впервые в истории гонок».

Гоночная команда Land Rover BAR выбрала решения Siemens для принятия интегрированной виртуальной среды для цифрового моделирования и симуляции. Land Rover BAR использует Siemens NX для дизайна продукта, Teamcenter для управления данными, портфолио софта Fibersim для инженерии композитов и портфолио софта Siemens Simcenter, включая Femap и Star CCM+ для конечно-элементного анализа (FEA) и вычислительной гидродинамики (CFD) анализа.

«Они в суматохе на неделю, чтобы предоставить лучшие компоненты для своих команд. Это действительно очень динамичная среда — и их конкуренция делает то же самое».

Создание самой быстрой, наиболее эффективной дизайн-среды — ключ для гоночных команд — будь то на земле, в воздухе или на море. Раск отметил, что команды NASCAR работают похоже на модели Формулы-1, требуя быстрых дизайнов и высокоточных компонентов, часто создаваемых с экзотическими материалами, включая передовые композиты, сделанные аддитивными производственными процессами.

«Мы видим это в США также, где есть количество команд NASCAR, делающих похожую работу. Они проходят через то же самое, готовясь к следующей гонке», — сказал Раск. «Мы также в очень крупных развертываниях в крупных глобальных производственных компаниях».

Движущей силой этих разработок является потребность в передовых системных инженерных решениях, нахождении самых быстрых, наиболее эффективных способов разработки инновационных дизайнов продуктов. «Компании говорят "Мы хотим попасть раньше и раньше" в своих дизайнах», — сказал Раск, «и мы предлагаем детальную симуляцию дизайна и управление теми процессами».

«Большее определение PLM — это как мы можем помочь компаниям раньше в их цикле дизайна. Они хотят знать, как продукт будет выполняться против дизайна. Мы делаем это с большим количеством предварительных знаний, давая им хорошие гибкие способы коллаборации». Важные элементы для помощи дизайнерам включают новые возможности диаграмм архитектуры, добавленные в Siemens Teamcenter и дополнительные возможности симуляции, такие как приобретение Siemens LMS несколько лет назад, которое добавило Image Lab, давая пользователям нужное тестирование против реальных сценариев, заметил он. Siemens также недавно приобрела CD-adapco, которая включает софт CCM+ для передовых 3D термических симуляций. «Это действительно продукт, который масштабируется очень хорошо», — сказал Раск, отмечая, что CCM+ используется в субзвуковых и звуковых потоках для аэрокосмики, сказал он, и для смешивания воздуха-топлива для двигателей внутреннего сгорания.

Вызов цифровых двойников

Практически все разработчики PLM подчеркивают концепцию цифрового двойника в стратегиях софта разработки продуктов, вместе со многими другими элементами, включая продолжающееся расширение коллаборативных функциональностей дизайна и разработки продукта.

Ключевые тренды, поддерживаемые платформой 3DExperience Dassault Systèmes (Париж) и ассоциированными брендовыми приложениями, включают клиенто-ориентированную разработку, виртуальный опыт симуляции/тестирования/оптимизации, model-based enterprise, облачное развертывание с Software-as-a-Service (SaaS), data-driven приложения, цифровая нить, цифровой двойник и виртуальный двойник, big data, IoT, plugin-less браузерные приложения, дашборды и виджеты, и бизнес-интеллект с PLM-аналитикой, отметил Эрик Грин, вице-президент Dassault Systèmes, Delmia Пользовательский Опыт и Адвокация.

«Эффективность инноваций часто препятствует множественным передачам между дисциплинами и функциями, из-за разрыва в процессах и системах, приводящему к удлинению сроков и переработке», — сказал Грин. «Старое поколение электронных PLM-систем соединяло силосы вместе, в то время как в цифровой платформе силосы устраняются». V6 цифровая архитектура, введенная Dassault в 2008 году, определила общую модель данных через CATIA для дизайна, Simulia для симуляции, Delmia для производства и Enovia для приложений управления, сказал Грин, позволяя пользователям подключаться онлайн к единому цифровому определению и коллаборациям в реальном времени.

Пролиферация данных сделала каждый бизнес зависимым от данных, и каждый бизнес должен трансформировать свои методологии, чтобы стать и data-driven, и analytics-driven, чтобы убедиться, что каждое бизнес-решение будет максимизировать глобальную производительность, сказал Грин. Вызов сегодняшнего бизнеса — и как обработать хаос данных и пролиферацию новых источников информации, и как убедиться, что каждое бизнес-решение основано на этом хаосе данных, сказал он.

«Именно поэтому самообслуживаемая аналитика здесь, чтобы обеспечить управление данными на каждом уровне компании, уполномачивая каждого бизнес-пользователя анализировать разные источники данных и выполнять свой собственный анализ без какого-либо ИТ-поддержки», — сказал Грин. «Бизнес-пользователи в основном полагаются на ИТ-команды для предоставления новых аналитических представлений, что делает отзывчивость на новую информацию медленной и неэффективной. Кроме того, они используют Excel для модификации данных и построения отчетов, которые дадут только одну часть реальности; нет единого источника правды».

Доставляя самообслуживаемую аналитику, пользователи способны ускорить цикл времени для создания новых представлений, сказал он, где каждый бизнес-пользователь может перетаскивать коробки для построения новых представлений, основанных или напрямую связанных с информационной системой.

Появление новых технологий для производства использует технические достижения PLM, особенно в областях новых материалов и аддитивных производственных процессов, заявил Грин. «Экономические выгоды от аддитивного производства драматичны и изменения в дизайне даже более значительны», — сказал Грин. «Аддитивное производство позволяет создавать полностью новые типы деталей и продуктов. Дизайнеры будут иметь чистые чертежные доски, так сказать, позволяющие им спрашивать: "В идеальном мире, как должна выглядеть эта деталь?" Дизайнеры находят, что органические формы, найденные в природе, иногда лучше и более обтекаемые, чем громоздкие промышленные формы, что преобладали в прошлом».

«Этот тип "генеративного, функционального дизайна" топливает Экономику Впечатлений и будет революционизировать производство, требуя от производителей перепроектировать производство и планирование процессов и способ, которым проводится материаловедение», — сказал Грин. «Наличие возможностей для обеспечения этого нового способа мышления, от материаловедения, через 3D-дизайн, симуляцию и работу с аддитивным производством, помогает компаниям трансформировать свой бизнес».

Интеграция PLM в процесс

С появлением IIoT, компании со сложными продуктами ищут лучшие способы интеграции своих производственных операций, отметил Даг Макдональд, директор по маркетингу продукта, Aras Corp. (Эндовера, Массачусетс), разработчик платформы PLM Aras Innovator. Но с сегодняшними разрозненными системами, авторство и примириение MBOM, планов процессов и инструкций работы, и обеспечение синхронизации с эволюционирующими дизайнами продуктов может быть затратным по времени и подверженным ошибкам.

Производители могут получить конкурентное преимущество, когда Планирование Производственного Процесса (MPP) интегрировано и способно бесшовно отслеживать производственные данные и процессы, отметил он. «Ключ — использовать PLM-платформу, поддерживающую графический и конкурентный план процесса, MBOM [Спецификация Производственных Материалов] и авторство электронных инструкций работы плюс автоматическое примириение EBOM/MBOM [Электронная BOM/MBOM] в реальном времени».

Некоторые новые возможности от Aras адресуют эти вызовы, с новой функциональностью, интегрирующей PLM и MPP. Эти новые функции включают версионно-контролируемые планы процессов с детализацией операций, шагов, потребляемых деталей, используемых ресурсов, навыков, ссылающихся документов; конкурентное авторство визуально насыщенных электронных инструкций работы; версионно-контролируемые MBOM, производные от EBOM с drag-and-drop редактированием; конкурентное создание плана процесса и MBOM; автоматическое примириение EBOM/MBOM и завод-специфичные MBOM и планы процессов.

Aras ссылается на исследование Digital Manufacturing and Design Innovation Institute (DMDII; Чикаго), показывающее, что 81% предприятий признают цифровую трансформацию в производстве как ключевой элемент их будущей конкурентоспособности, но только 14% говорят, что они адекватно оснащены сегодня необходимыми технологиями и экспертизой. Aras MPP построен на единой платформе, которая гибка, масштабируема и обновляема, и предоставляет связанные возможности для EBOM, конфигурации и управления изменениями, требований, качества и других областей. Aras MPP также спроектирован для интеграции с существующими ERP, MES и наследием PDM сред для предоставления этих новых процессных возможностей поверх существующих корпоративных систем. Наложением платформы Aras поверх существующих систем, крупные предприятия могут избежать риска и срыва подхода «рви и заменяй» и ускорить цифровую трансформацию.

«Мы верим, что процессы, охватывающие разработку продукта и производственную инженерию, являются необходимым фундаментом, который должен быть адресован вперед для Индустрии 4.0 или IoT, чтобы работать», — сказал CEO Aras Питер Шрер. «Компании с заводами по всему миру нуждаются в лучшем способе вести трансформацию быстрее, поэтому вы можете наложить существующее наследие с нашей платформой и получить новые возможности немедленно, которые напрямую поддерживают вашу стратегию».