PLM: расширение возможностей связанного производства будущего

Новые релизы добавляют облачные версии, симуляцию, AR/VR и аддитивные технологии, глядя в будущее IIoT производства

Сложность всепроникающа в современном проектировании компонентов и производственных процессах. В новейшем ПО управления жизненным циклом изделия (PLM) производители получают больше возможностей: добавляется функционал для визуализации производственных процессов с использованием дополненной реальности (AR) и виртуальной реальности (VR). Эти возможности помогают справляться с растущей сложностью конструкций в условиях промышленного интернета вещей (IIoT) и Индустрии 4.0, позволяя валидировать сложные разработки на ранних этапах, экономя время и затраты.

Портфолио PLM производителей включает приложения управления данными изделия (PDM) и полный спектр CAD/CAM/CAE для цифрового проектирования, производства и визуализации. Крупные разработчики — Siemens PLM Software (Плано, Техас), Dassault Systèmes (Париж) и PTC (Нидхэм, Массачусетс) — предлагают полный набор инструментов PLM, но некоторые, включая Aras Corp. (Эндовер, Массачусетс), предоставляют специализированные PDM-инструменты с глубокой интеграцией CAD, но без традиционных автономных CAD/CAM/CAE систем. Многие решения PLM доступны как в облаке, так и on-premise (например, Aras). PLM также включает критически важные инструменты цифрового производства для планировки заводского оборудования и тестирования процессов до утверждения проектов заводов. Недавно разработчики добавили модули для аддитивного производства (AM).

Визуализация производственного процесса

Ускорение и улучшение процессов разработки продукта за счёт более быстрой, точной и полной информации — ключевые цели PLM на пути к IIoT. По словам Франсуа Лами, вице-президента PTC по управлению PLM-решениями, AR на этапе дизайн-ревью меняет правила игры.

«По мере глобального распределения команд становится сложно вовремя собрать всех заинтересованных для ревью дизайна, собрать нужную информацию и зафиксировать обратную связь», — отметил Лами. «С AR члены команды могут визуализировать, взаимодействовать с 3D-моделью продукта и давать обратную связь из любой точки мира. AR позволяет стейкхолдерам обходить модель, рассматривать её разные состояния — даже заглядывать внутрь».

Закупки ThingWorx (IoT, 2013) и Vuforia (AR, 2015) позволили PTC построить портфель PLM с AR для эры Индустрии 4.0.

«Чтобы соответствовать ожиданиям клиентов, производителям нужно трансформировать процесс разработки, чтобы понимать и использовать данные от продуктов в поле», — сказал Лами. «Просто аннотировать чертеж CAD уже недостаточно при растущей сложности. Нужна более организованная разработка».

Комплексная PLM-система создаёт прочную базу для использования IoT, добавил он. «Консолидируя всю информацию об изделии в едином цифровом определении, организации гарантируют, что все стейкхолдеры работают с актуальными данными. В PLM всё сводится к единому формату ведомости материалов (BOM)».

Клиенты ищут решения для растущей сложности систем, персонализации и ускорения поставок, добавил Гарт Коулман, вице-президент по маркетингу бренда Enovia Dassault Systèmes. «Одновременно нужно ускорять инновации и снижать затраты. Компании внедряют платформы продуктовой инновации для цифровой трансформации».

«Большой интерес к облачным решениям», — продолжил Коулман. «Они открывают предприятие для внутренних и внешних стейкхолдеров, обеспечивая гибкость и масштабируемость».

Интерес к аддитивным технологиям и AR растёт, сказал Коулман. «Наш центр 3DExperience в Вичите (сотрудничество с WSU и NIAR) принимает компании всех отраслей для изучения гибридных ячеек MRAM, интегрирующих VR/AR, IoT и машинное обучение для построения фабрик будущего с максимальной гибкостью».

Преодоление сложности

Сложные продукты и системы вызывают вызов даже у лучших инженеров; индустрии нужны творческие решения для навигации в этой сложности, часто вызванной высоким уровнем ПО в продуктах для IIoT.

«Традиционно акцент был смещён на CAD», — заметил Марк Линд, старший вице-президент по стратегии Aras. «Мы начинаем с перспективы PLM, обеспечивая кроссплатформенные возможности для разработки сложных продуктов. Сегодня речь о «умных, коннектед» продуктах — системах систем».

Эти коннектед продукты — ПО и электроника в авто и авиа, требующие PLM вроде Aras Innovator для кроссплатформенной совместимости. «Электроника, проводка в авто — равны или превосходят другие аспекты». Ключ — коннективность, сказал Линд. «Siemens погружается в авторскую среду. Мы фокусируемся на уровне процессов — кроссфункциональные, междисциплинарные возможности, и выходим в сервис».

«Мы CAD-агностичны», — добавил Линд. «Компании используют разные CAD-инструменты; мы объединяем их и выводим на завод и в операции через Digital Twin».

Сложность растёт экспоненциально с умными коннектед продуктами, сказал Линд. «Продукты не готовы к этому. Вообще, компании всех размеров испытывают срыв».

В январе Aras приобрела бизнес Impresa по MRO (обслуживанию, ремонту и разборке) от Infospectrum, получив комплементарные возможности MRO для цифровой трансформации разработки и обслуживания сложных продуктов. Сделка позволяет доставлять PLM и MRO на одной платформе и расширять Digital Thread до поля.

Недавно Aras объявила, что BMW Group внедряет платформу Aras PLM как основу управления тестовыми данными. Система поддерживает планирование, планирование, выполнение и документирование тестов автомобилей на разных стадиях. Обеспечивает прослеживаемость и играет ключевую роль в разработке серийных авто.

Добавление EDA, генеративного дизайна и аддитивного производства

За последние годы Siemens PLM сильно расширила портфель EDA-симуляции, приобретя Mentor Graphics за $4.5 млрд (ноябрь 2016) и Solido Design Automation (Скатун, Канада). Осенью выпущен обновлённый портфель Simcenter CAE и NX 12 CAD/CAM с модулем аддитивного производства.

«Клиенты говорят: встраиваемая электроника и ПО в продукты растут быстрее чем когда-либо; механические инженеры оказываются в мире, где правят интегрированные системы», — сказал Пол Браун, старший директор по маркетингу NX. «Как поставщики PLM, мы должны отвечать на этот вызов».

Производители расширяют использование AM, добавил Браун, стремясь улучшить производительность, снизить число деталей или вес. «Это не просто производственная задача. Её нужно решать на всём жизненном цикле — от дизайна до станка».

Новые инструменты NX используют конвергентное моделирование Siemens, сказал Браун. NX 12 расширяет генеративный дизайн на базе топологической оптимизации.

«В NX мы продолжаем доставлять решения вроде Convergent Modeling для создания сложных дизайнов быстрее. Оно помогает при реверс-инжиниринге, устраняя трудоёмкую конвертацию данных для downstream-приложений», — сказал Браун.

«Генеративные методы становятся принятыми и ожидаемыми клиентами: система помогает предлагать решения для итераций. Растущая вычислительная мощность позволяет инженерам исследовать больше альтернатив», — добавил он.

Рост AM позволяет инженерам рассматривать новые дизайнерские решения: лёгкие решётчатые структуры, формы, сокращающие число деталей и сборку, с меньшим материалом, сказал Браун. «Это связано с генеративными техниками в дизайне».

Siemens продолжает инвестиции в AM: «как в поддержку производства (новые материалы, текстуры), так и в дизайн (решётки, поддерживающие структуры)», — сказал Браун.

NX расширяет AM-модуль, добавляя NX AM для HP Multi Jet Fusion, сертифицированный HP и работающий на Materialise, для подготовки печати на HP Jet Fusion 4200. Модуль позволяет разрабатывать и управлять деталями в единой среде, избегая дорогостоящих конвертаций и сторонних инструментов, улучшая workflow от дизайна к готовой детали.

Кроме того, Siemens разрабатывает приложения для симуляции AM-процессов в Simcenter 3D — критичный инструмент для индустриализации AM с печатью «с первого раза». Эти приложения — неотъемлемая часть комплексного AM-решения Siemens.

«Трансформационные технологии вроде AM и передовых роботов дают производителям всех размеров конкурентное преимущество», — сказал Зви Фойер, старший вице-президент по ПО для производственной инженерии Siemens PLM. «NX даёт интегрированное решение для использования этих технологий, улучшая бизнес-производительность и создавая настоящий цифровой цех».

Заставляем всё это работать

Главная проблема PLM — выйти за пределы инженерного отдела, где оно родилось, отметил Боб Янси, директор по стратегии производства Autodesk (Сан-Рафаэль, Калифорния). «Разработка продукта шире инженерии; связь потока данных от дизайна до производства критична для полной ценности PLM».

Повышенная точность данных и производительность процессов на всём цикле могут сократить time-to-market на 50% и более. Клиент Autodesk Fusion Lifecycle Mesa Labs сократил процесс изменений с двух недель до двух дней — улучшение 80% — за счёт связывания данных продукта с ERP. До PLM до 90% ошибок в производстве были из-за отсутствующей или неверной информации, создавая брак и высокий скрап.

Другой клиент, Novacentrix (фотонное отжигание), внедрил Fusion Lifecycle и сократил отходы на 84%. Willerby (дома для отдыха) снизил NCR с 54 в месяц до 6, точность BOM превысила 99%, улучшение на 20% за год.

«Ошибки будут случаться, изменения нужны, но замыкание цикла между производством, разработкой и бизнес-системами через PLM повышает способность компании учиться», — отметил Янси. «Это обучение на агрегированных данных [факты vs мифы] создаёт среду непрерывного улучшения и лучшего исполнения».

Autodesk фокусируется на связи дизайна с downstream-производством, сказал Янси. Симуляция продукта и производства — часть этой связи. «У Autodesk широкий портфель дизайна, симуляции, производства и управления данными; мы на передовой облачных решений для связи дизайна с производством в распределённой цепочке поставок. Облако стало гейм-чейнджером, сделав PLM доступным для всех, устраняя барьеры технологий и ресурсов, обеспечивая безопасное التعاون в реальном времени через браузер».

С новыми технологиями — AM, Индустрия 4.0, IoT, ML, ИИ — природа PLM меняется, сказал Янси. «PLM должен выйти за рамки архивирования данных к их анализу, обучению на данных и извлечению предиктивных трендов для использования огромных объёмов информации в разработке».

PLM изначально фокусировался на PDM, но роль расширяется с AR, отметил Стюарт Вайлер, директор PLM в Elite Aerospace Group (EAG, Ирвайне, Калифорния), пользователе PTC Windchill. Вайлер писал статью «PLM, Augmented Reality Sharpen the Cutting Edge», Manufacturing Engineering, март 2017.

«Изначально это был просто PDM», — сказал Вайлер. «Со временем PLM стал единственным источником правды. Но интеграция всё ещё недостаточна».

Интеграция PLM упрощается с открытыми стандартами вроде STEP 242, сказал он. «Вперёд многие будут его использовать — STEP 242 становится принятым стандартом. Большинство CAD-систем будут с ним совместимы».

Новые инструменты вроде AR с PLM — благо для пользователей в глобальных операциях. «Все должны иметь доступ к информации», — сказал Вайлер. «PTC имеет ThingWorx Navigate — не нужно знать PLM. Доступно отовсюду, и это тренд, который нам нужен».

Последняя версия Navigate 1.6 даёт «дашборд для IoT — они называют это машапом», — добавил Вайлер. ПО — как единое стекло для всего в системе, и EAG только начинает использовать AR.

«Мы используем немного AR», — сказал он. «Цель — начать применять это на заводском полу».