PLMs Versprechen für eine vernetzte Fertigungsindustrie

Neue Versionen fügen Cloud-Versionen, Simulation, Augmented Reality/Virtual Reality und additive Angebote hinzu und blicken gleichzeitig auf die IIoT-Zukunft der Fertigung

Komplexität ist in den heutigen Konstruktions- und Herstellungsprozessen von Komponenten allgegenwärtig. In der neuesten Produktlebenszyklus-Management-Software (PLM) erhalten Hersteller eine größere Auswahl, da neue Funktionen hinzugefügt werden, um Fertigungsprozesse mit Technologien wie Augmented Reality (VR) und Virtual Reality (VR) zu visualisieren. Diese Fähigkeiten ermöglichen es Herstellern, die zunehmende Komplexität von Designs mit dem Industrial Internet of Things (IIoT) und Industrie 4.0 zu bewältigen, und helfen ihnen, immer komplexere Produktentwicklungen in den frühesten Phasen zu validieren, wodurch Zeit und Herstellungskosten gespart werden.

Die PLM-Portfolios der Hersteller umfassen Anwendungen für das Produktdatenmanagement (PDM) sowie das gesamte Spektrum von CAD/CAM/CAE für digitale Konstruktions-, Fertigungs- und Visualisierungsfunktionen. Große Entwickler, darunter Siemens PLM Software (Plano, TX), Dassault Systèmes (Paris) und PTC (Needham, MA), bieten alle die gesamte Palette an PLM-Tools an, aber einige, darunter Aras Corp. (Andover, MA) und andere, bieten sie an PDM-spezifische Tools, die eine umfassende CAD-Integration und -Unterstützung umfassen, jedoch keine herkömmlichen eigenständigen CAD/CAM/CAE-Systeme. Viele, aber nicht alle PLM-Angebote verfügen entweder über reine Cloud-Versionen oder sind wie Aras sowohl in lokalen als auch in Cloud-basierten Lösungen verfügbar. PLM umfasst auch die entscheidenden Tools für die digitale Fertigung, die es Herstellern ermöglichen, Betriebsanlagen zu entwerfen und Fertigungsprozesse zu testen, bevor die Werkskonstruktionen abgeschlossen werden. In letzter Zeit haben Entwickler Module oder separate Anwendungen hinzugefügt, die ihre Reichweite auf den Bereich der additiven Fertigung (AM) ausdehnen.

Visualisierung des Fertigungsprozesses

Die Beschleunigung von Produktentwicklungsprozessen und deren Verbesserung durch schnellere, bessere und genauere Informationen sind wichtige Ziele für PLM, während die Branche in Richtung IIoT vordringt. Laut Francois Lamy, PTC Vice President, PLM Solutions Management, macht Augmented Reality bei der Designprüfung einen Unterschied.

„Da Teams globaler verteilt werden, kann es manchmal schwierig sein, alle Beteiligten dazu zu bringen, ein Produktdesign rechtzeitig zu überprüfen, alle für die Überprüfung erforderlichen Informationen zu sammeln und Feedback für zukünftige Maßnahmen zu erfassen“, bemerkte Lamy. „Mit Augmented Reality (AR) können Teammitglieder von überall auf der Welt Produktdesigns visualisieren, damit interagieren und Feedback dazu geben. AR ermöglicht es Stakeholdern, mit einem 3D-Modell des Produkts zu interagieren, z. B. darum herumzugehen und verschiedene Zustände des Modells zu betrachten – einschließlich des Betretens des Modells selbst.“

Mit der Übernahme von Thingworx IoT-Anwendungen (im Jahr 2013) und der Vuforia AR-Plattform (im Jahr 2015) hat PTC kontinuierlich ein AR-fähiges PLM-Portfolio aufgebaut, das auf das Industrie-4.0-Zeitalter ausgerichtet ist.

„Um die Erwartungen der Kunden ausreichend zu erfüllen, müssen Hersteller ihren Produktentwicklungsprozess transformieren, um Daten von Produkten im Feld zu verstehen und zu nutzen“, sagte Lamy. „Das Vermerken von Produktinformationen auf einer CAD-Zeichnung reicht nicht mehr aus, wenn die Produkte komplexer werden. Hersteller müssen ihren Produktentwicklungsprozess besser organisieren.“

Ein umfassendes PLM-System bietet eine starke Grundlage für die Nutzung der IoT-Funktionen, fügte er hinzu. „Durch die Konsolidierung aller Produktinformationen in einer digitalen Produktdefinition mit einer einzigen Ansicht können Unternehmen sicherstellen, dass alle Beteiligten auf die genauesten und aktuellsten Produktinformationen zugreifen können“, sagte er. „Mit einem PLM-System werden alle Informationen in einem einzigen Stücklistenformat [BOM] gestrafft.“

Kunden suchen nach Lösungen, um mit der zunehmenden Komplexität ihrer Systeme, dem Drang nach personalisierten Lösungen und der Notwendigkeit einer schnelleren Lieferung an den Kunden umzugehen, fügte Garth Coleman, Vice President, Marketing für die Marke Enovia von Dassault Systèmes, hinzu. „Gleichzeitig müssen sie ihre Innovation beschleunigen und die Kosten senken. Daher suchen Unternehmen nach Produktinnovationsplattformen, die ihre Unternehmen digital transformieren.

„Wir sehen großes Interesse bei Unternehmen, die den Wert der Bereitstellung über die Cloud erkennen möchten“, fügte Coleman hinzu. „Mit einer Cloud-fähigen Lösung können Unternehmen das Unternehmen für interne und externe Stakeholder öffnen, die jederzeit und überall an der Zusammenarbeit teilnehmen können, und gleichzeitig Flexibilität und Skalierbarkeit haben, um mit der Zeit zu wachsen.“

Es bestehe großes Interesse an der Wertschöpfung durch Technologien wie AM, sagte Coleman, und an Augmented Reality. „Unser 3DExperience Center in Wichita, eine Zusammenarbeit zwischen der WSU [Wichita State University] und dem NIAR [National Institute for Aviation Research], wurde letztes Jahr eröffnet und wir haben Unternehmen aus allen Branchen zu Besuch, um zu sehen, wie sie die neuesten Technologien integrieren und nutzen können als Teil ihrer digitalen Transformation“, sagte er. „Ein Beispiel für diese Zusammenarbeit ist die Untersuchung und das Lernen, wie hybride MRAM-Zellen (Multiple Robotic Manufacturing Advanced Manufacturing) verschiedene Technologien wie VR/AR, IoT und maschinelles Lernen flexibel integrieren können, um Unternehmen beim Bau der Fabriken der Zukunft mit maximaler Produktionsagilität zu unterstützen .“

Komplexität aufschlüsseln

Komplexe Produkte und Systeme können die klügsten Ingenieure von heute herausfordern, und die Branche benötigt kreativere Lösungen, um diese zunehmende Komplexität zu bewältigen, die häufig auf den hohen Softwareanteil zurückzuführen ist, der Produkten für das IIoT innewohnt.

„Traditionell wurde die CAD-Seite überproportional betont“, bemerkte Marc Lind, Senior Vice President, Strategy, bei Aras. „Wir beginnen mit einer PLM-Perspektive, die die plattformübergreifenden Fähigkeiten zur Entwicklung anspruchsvoller Produkte ermöglicht. Heutzutage geht es wirklich mehr um intelligente, vernetzte Produkte, bei denen Sie Systeme von Systemen sehen.“

Diese verbundenen Produkte können die Software und die Elektronik in Automobilkomponenten oder Luft- und Raumfahrtteilen sein, die ein PLM-System wie Aras Innovator erfordern, das in der Lage ist, plattformübergreifende Kompatibilität zu handhaben, fügte er hinzu. „Die Elektronikseite, die Kabelkonfektionierung [in der Automobilindustrie] ist gleichwertig, wenn nicht sogar größer als andere Aspekte.“ Konnektivität ist der Schlüssel, sagte Lind. „Was Sie an den Moves von Siemens sehen, das reicht bis in die Authoring-Umgebung. Wir konzentrieren uns auf die Prozessebene, um die funktionsübergreifenden und disziplinübergreifenden Fähigkeiten zu ermöglichen, und wir sind im Außendienst tätig.

„Wir sind CAD-agnostisch“, fügte Lind hinzu. „Wir gehen davon aus, dass Unternehmen über viele verschiedene CAD-Tools verfügen und in der Lage sein werden, diese zusammenzuführen und mit dem Digital Twin in die Fabrik und in den Betrieb zu gehen.

Die Komplexität nimmt mit intelligenten, vernetzten Produkten exponentiell zu, sagte Lind. „Produkte sind dafür schlecht gerüstet. Worauf es wirklich ankommt, ist, dass große und kleine Unternehmen auf breiter Front gestört werden“, fügte er hinzu.

Im Januar gab Aras bekannt, dass es das Impresa-Softwaregeschäft für Wartung, Reparatur und Überholung (MRO) von Infospectrum übernommen hat, das laut Aras eine Reihe ergänzender MRO-Funktionen bieten würde, um Herstellern bei der digitalen Transformation der Entwicklung und Wartung komplexer Produkte zu helfen. Der Deal gibt Aras die Möglichkeit, PLM und MRO auf einer einzigen Plattform bereitzustellen und den Digital Thread auf den Außendienst auszudehnen.

Aras gab kürzlich bekannt, dass der deutsche Automobilhersteller BMW Group die Aras PLM-Plattform als Rückgrat für das Testdatenmanagement implementiert. Das System wird den Automobilhersteller bei der Planung, Terminierung, Durchführung und Dokumentation von Fahrzeugtests und Testergebnissen in verschiedenen Entwicklungsstadien unterstützen. Das Aras-System ermöglicht Rückverfolgbarkeitsergebnisse und wird laut Aras eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Serienfahrzeugen spielen.

Hinzufügen von EDA, generativem Design und additiver Fertigung

In den letzten Jahren hat Siemens PLM die Breite seines Simulationsportfolios für elektronische Designautomatisierung (EDA) erheblich erweitert, indem es im November 2016 den elektronischen CAD/CAM-Entwickler Mentor Graphics für 4,5 Milliarden US-Dollar und vor kurzem den Kauf von Solido Design Automation Inc. (Saskatoon, SK) für eine nicht genannte Summe. Siemens hat im vergangenen Herbst ein Update seines CAE-Simulationssoftware-Portfolios Simcenter veröffentlicht, ungefähr zur gleichen Zeit wie das neue NX 12 CAD/CAM-Update des Unternehmens, das ein Modul für additive Fertigung enthält.

„Wir sehen eine Reihe von Schlüsselbotschaften, die von unseren Kunden zurückkommen. Erstens wächst die kontinuierliche Expansion von eingebetteter Elektronik und Software in Produkten schneller als je zuvor; Unternehmen, die sich früher als Maschinenbauer einstuften, müssen sich nun in einer Welt behaupten, in der integrierte Systeme herrschen“, sagte Paul Brown, Senior Director of NX Product Marketing. „Als Anbieter von PLM-Tools müssen wir diesen Anforderungen gerecht werden.“

Hersteller erweitern ihren Einsatz von AM, fügte Brown hinzu, da Unternehmen Produkte weiterentwickeln wollen, um entweder die Leistung zu verbessern, die Anzahl der Teile zu reduzieren oder das Gewicht zu reduzieren. „Das ist mehr als nur ein Herstellungsproblem. Es ist ein Problem, das wir über den gesamten Lebenszyklus vom Design bis zur Maschine lösen müssen“, sagte er.

Die neuesten NX-Tools nutzen die konvergente Modellierung von Siemens, so Brown. Das neue NX 12 enthält neue Tools, die die Möglichkeiten im Bereich des generativen Designs erweitern und auf Lösungen wie der konvergenten Modellierung und dem Einsatz von Technologien wie der Topologieoptimierung aufbauen.

„In der NX-Produktlinie liefern wir weiterhin neue Lösungen wie unsere konvergenten Modellierungstechnologien, damit Unternehmen neue Modellierungstechniken verwenden können, um komplexe Designs schneller als je zuvor zu erstellen. Die konvergente Modellierung hilft auch Unternehmen, die Reverse-Engineering-Ansätze für das Design verwenden, indem sie die zeitaufwändigen Elemente der Konvertierung von Daten in verwendbare Formen für die Bearbeitung nachgelagerter Anwendungen eliminiert“, sagte Brown.

„Generative Modellierungstechniken werden von unseren Kunden sowohl akzeptiert als auch erwartet, da das System dabei hilft, Lösungen für Designprobleme vorzuschlagen, die wiederholt werden können. Durch die Nutzung der ständig steigenden Rechenleistung auf dem Desktop, um mehr Designalternativen zu erkunden, können Ingenieure neue Lösungen für ihre Designprobleme annehmen“, fügte er hinzu.

Der verstärkte Einsatz von AM hat es Ingenieuren auch ermöglicht, neue Lösungen im Design zu prüfen, Ansätze, die Dinge wie Leichtgewichtigkeit durch Gitterstrukturen verbessern, oder neue Formen, die die Anzahl der Teile reduzieren und Vorteile in Bezug auf das Erreichen von Produktzielen mit weniger Material liefern und Dinge wie weniger Montagezeit, so Brown. „Diese Ansätze knüpfen an die Verwendung generativer Techniken im Design an“, sagte er.

Siemens investiert weiterhin in AM, „sowohl unter dem Aspekt der Fertigungsunterstützung, der sich mit neu entstehenden Technologien wie mehreren Materialien und Texturen befasst, als auch mit Designaspekten mit Funktionalität wie Gitter- und Stützstrukturen“, sagte Brown.

Der NX erweitert die neue AM-Lösung in NX um das neue Modul NX AM für HP Multi Jet Fusion, das von HP zertifiziert und von Materialise betrieben wird, um Druckaufträge für HP Jet Fusion 4200 3D-Drucker vorzubereiten, so Siemens. Das NX-Modul soll es Kunden ermöglichen, Teile in einer einzigen Softwareumgebung für Multi Jet Fusion-Drucklösungen zu entwickeln und zu verwalten, kostspielige und zeitaufwändige Datenkonvertierungen und Tools von Drittanbietern zu vermeiden und den gesamten Arbeitsablauf vom Design bis zum fertigen Teil zu verbessern Effizienz.

Darüber hinaus entwickelt Siemens Anwendungen für die AM-Prozesssimulation in Simcenter 3D, das nach Angaben des Unternehmens ein entscheidendes Werkzeug ist, um Herstellern bei der Industrialisierung von AM zu helfen, indem Komponenten gleich beim ersten Mal richtig gedruckt werden. Diese Simulationsanwendungen sind ein integraler Bestandteil der End-to-End-AM-Lösung von Siemens.
„Transformative Technologien wie additive Fertigung und fortschrittliche Robotik bieten Herstellern jeder Größe ein enormes Potenzial, um einen Wettbewerbsvorteil zu erzielen“, sagte Zvi Feuer , Senior Vice President of Manufacturing Engineering Software bei Siemens PLM Software, in einer Erklärung. „NX bietet eine integrierte Lösung für Teilehersteller, um diese leistungsstarken Technologien zu nutzen, die Möglichkeit zu schaffen, die Gesamtleistung des Unternehmens zu verbessern und dabei zu helfen, eine wirklich digitale Maschinenwerkstatt zu schaffen.“

Damit alles funktioniert

Ein großes Problem für PLM sei, wie man es über die Engineering-Organisation hinaus ausdehnt, in der PLM geboren wurde, bemerkte Bob Yancey, Director, Manufacturing and Production Industry Strategy, Autodesk Inc. (San Rafael, CA). „Die Produktentwicklung umfasst mehr als das Engineering, und die Verbindung des Datenflusses vom Design bis hin zur Fertigung ist unerlässlich, um den vollen Wert von PLM auszuschöpfen“, sagte Yancey. „PLM hilft Herstellern sicherzustellen, dass Einzelpersonen und Geschäftssysteme genaue und zeitnahe Produktentwicklungsinformationen erhalten, wodurch Menschen schneller bessere Entscheidungen treffen können.“

Verbesserte Datentreue und Prozessleistung während des gesamten Lebenszyklus können die Markteinführungszeit insgesamt erheblich verkürzen, wobei Autodesk-Kunden Verbesserungen von 50 % und mehr melden. Beispielsweise sei der Änderungsprozess des Autodesk Fusion Lifecycle-Kunden Mesa Labs seit der Implementierung von Autodesk PLM in der Cloud von zwei Wochen auf zwei Tage verkürzt worden, sagte Yancey. „Das ist eine Verbesserung von 80 %, die durch die Verbindung ihrer Produktdaten mit ihrem ERP-System erreicht wird. Vor PLM haben Autodesk-Kunden berichtet, dass bis zu 90 % der Fehler in der Fertigung auf fehlende oder falsche Informationen zurückzuführen sind, die zu Qualitätsproblemen und hohen Ausschussraten führen.“

Ein weiterer Kunde, Novacentrix, ein Entwickler von photonischen Härtungslösungen, implementierte Fusion Lifecycle und verzeichnete eine Abfallreduzierung von 84 %, sagte Yancey. Willerby, ein Hersteller von Ferienhäusern und -häusern, verzeichnete eine Reduzierung der NCRs von 54 auf sechs pro Monat, wobei die Stücklistengenauigkeitsraten über 99 % lagen, eine Verbesserung von 20 % gegenüber 12 Monaten zuvor, sagte er.

„Fehler werden weiterhin passieren und Änderungen werden erforderlich sein, aber das Schließen des Kreislaufs zwischen Fertigung, Produktentwicklung und Unternehmensgeschäftssystemen mit PLM erhöht die Lernfähigkeit eines Unternehmens“, bemerkte Yancey. „Dieses Lernen basiert auf aggregierten Daten [Fakten vs. Mythen] und schafft ein Umfeld der kontinuierlichen Verbesserung und gewährleistet eine erstklassige Ausführung.“

Autodesk konzentriert sich darauf, das Design mit nachgelagerten Fertigungsprozessen zu verbinden, sagte Yancey, und sowohl die Produktsimulation als auch die Fertigungssimulation sind Teil der Verbindung des Designs mit der Fertigung. „Autodesk verfügt über ein breites Portfolio an Konstruktions-, Simulations-, Fertigungs- und Datenverwaltungslösungen und war Vorreiter beim Einsatz von Cloud-basierten Lösungen, um Konstruktion und Fertigung in einer verteilten Lieferkette für die Produktentwicklung besser zu verbinden. Die Cloud hat sich zu einem Wendepunkt entwickelt, der PLM für Hersteller jeder Größe zugänglich macht, Technologie- und Ressourcenbarrieren beseitigt und eine sichere, verbundene Zusammenarbeit in Echtzeit überall auf der Welt über einen Webbrowser ermöglicht.“

Mit aufkommenden Technologien wie AM, Industrie 4.0 und IoT, maschinellem Lernen und künstlicher Intelligenz ändern sich die Natur von PLM und seine Anforderungen, sagte Yancey. „PLM muss über das bloße Archivieren von Daten hinausgehen, hin zum Analysieren von Daten, Lernen aus Daten und [Extrahieren] von Vorhersagetrends aus den Daten, um die riesigen Informationsmengen zu nutzen, die jetzt oder in Zukunft im Produktentwicklungsprozess vorhanden sind.“

PLM konzentrierte sich ursprünglich hauptsächlich auf das Produktdatenmanagement, aber seine Rolle erweitert sich mit der AR-Nutzung, bemerkte Stuart Weiler, Director of PLM bei der Elite Aerospace Group (EAG; Irvine, CA), einem Hersteller von Luft- und Raumfahrtkomponenten und Benutzer der PTC Windchill PLM-Software . Weiler hat sich kürzlich in einem Artikel mit dem Thema „PLM, Augmented Reality Sharpen the Cutting Edge“, Fertigungstechnik befasst , März 2017.

„Ich würde sagen, ursprünglich ging es nur um PDM“, sagt Weiler. „Im Laufe der Zeit ist [PLM] zur Single Source of Truth geworden. Aber es integriert sich immer noch nicht so, wie es sein sollte.“

Die PLM-Integration werde einfacher, da immer mehr Hersteller die neuesten offenen Standards wie STEP 242 verwenden, sagte er. „In Zukunft werden es viele Leute verwenden – STEP 242 wird zum akzeptierten Standard. Die meisten CAD-Systeme werden gut damit spielen.“

Neuere Tools wie AR mit PLM sind ein Segen für Benutzer an weit entfernten Standorten globaler Operationen. „Jeder muss auf die Informationen zugreifen können“, sagte Weiler. „PTC hat [Thingworks] Navigate und Sie müssen PLM nicht kennen. Sie können überall darauf zugreifen, und das ist wirklich der Trend, den wir brauchen.“

Die neueste Version 1.6 von Navigate gibt Benutzern „eine Art Dashboard für IoT. Sie nennen es ein Mashup“, fügte Weiler hinzu. Die Software ist wie eine einzige Glasscheibe für alle Dinge im System, fügte er hinzu, und EAG hat gerade begonnen, einige seiner AR-Fähigkeiten zu nutzen.

„Wir verwenden ein bisschen Augmented Reality“, sagte er. „Unser Ziel ist es, damit in der Fabrik zu arbeiten.“