PLM-Digitale Zwillinge liefern Echtzeit-virtuelle Einblicke in die Fertigung

Mit aktuellen Product Lifecycle Management (PLM) Tools zielen Hersteller auf Beschleunigung der Entwicklung via Digital Thread – integrierter Satz aus CAD/CAM/CAE und cPDM (collaborative Product Data Management) Lösungen, die neue Digitale Zwillinge von Fertigungsprozessen verweben. Da Maschinen auf dem Shopfloor im Zeitalter des Industrial Internet of Things (IIoT) vernetzter denn je sind, verknüpfen sich Engineering-Applikationen im PLM enger mit der Datenmanagement-Seite – ermöglichen schnellere, einfachere Kommunikation in großen globalen Fertigungsorganisationen.

PLM-Systeme wachsen gesund, laut aktueller Analyse von CIMdata Inc. (Ann Arbor, MI): PLM-Gesamtwert 2015 fast 39 Mrd. $. „PLM-Markt wuchs 2015 auf 38,7 Mrd. $, +2,8 % ggü. 2014“, so Stan Przybylinski, CIMdata VP Research. „In konstanten Währungen: +8,2 %.“

Die meisten PLM-Marktführer wuchsen in konstanten Währungen stark, alle machten strategische Akquisitionen für Portfolioerweiterung/Markteintritt. „Ausblick 2020: CIMdata prognostiziert CAGR 6,3 % auf 52,3 Mrd. $“, so Przybylinski.

Unternehmen investieren in diverse PLM-Lösungen: Mechanical CAD, Simulation/Analyse, Visualisierung/Kollaboration, Building Design u. a. – Vielfalt spiegelt sich wider: Kein einzelner Anbieter dominiert. 2015: 16 Anbieter mit >500 Mio. $ PLM-Umsatz (Tools + cPDM). „Drei Anbieter – Dassault Systèmes, PTC, Siemens PLM Software – sind Major-Provider für Tools UND cPDM“, so Przybylinski. „Andere wie Autodesk, Mentor Graphics primär Tool-Provider für spezifische Segmente.“

Produktdesigns beschleunigen

Arbeit mit Automotive-Designern von Formel-1-Teams half Siemens PLM Software (Plano, TX) Entwicklern, PLM-Systeme optimal für Racer einzusetzen, so Jim Rusk, Siemens PLM SVP & CTO. „Wir lernen von ihnen. Sie scramblen eine Woche für beste Komponenten für ihre Teams. Sehr dynamisches Umfeld – Konkurrenz macht dasselbe.“

Beschleunigte Produktiterationen zeigten Siemens, wie man Racing-Teams in F1 und Aircraft Racing (Red Bull Team) optimal unterstützt. Siemens: Software seit 3 Jahren für Land Rover BAR (Ben Ainslie Racing) – Design, Evaluierung, Verifikation, Produktion von Britanniens America's Cup Class (ACC) Katamaran on-time, on-budget.

85.000+ Design/Build-Stunden → 15-m-Boot mit 1.200 m Elektronik-/Elektrik-Verkabelung, 190 Sensoren, 4 Videokameras. Mit Siemens: ambitionierter Schedule via integrierte Software-Umgebung für PLM – multiple Disziplinen nahtlos verbunden. Siemens & Land Rover BAR tauften „Rita“ Katamaran Februar auf Bermuda – Ziel: America's Cup zurück nach Großbritannien (Ursprung 1851).

„Siemens Software-Technologie ermöglichte Simulation, Analyse, Test von Designlösungen durch gesamten Design/Build-Prozess“, so Andy Claughton, CTO Land Rover BAR. „Zeitersparnis, ermöglicht Verbesserungen bis Competition – Hoffnung: Cup nach Hause holen, erstmals in Renngeschichte.“

Land Rover BAR wählte Siemens für integrierte virtuelle Umgebung: Digital Modeling & Simulation. Nutzung: Siemens NX (Produktdesign), Teamcenter (Datenmanagement), Fibersim (Composites Engineering), Simcenter Portfolio (Femap, Star CCM+ für FEA & CFD).

„Sie scramblen eine Woche für beste Komponenten. Sehr dynamisch – Konkurrenz dasselbe.“

Schnellste, effizienteste Designumgebung = Schlüssel für Racing-Teams – Land, Luft, Wasser. Rusk: NASCAR Teams operieren ähnlich F1 – schnelle Designs, hochpräzise Komponenten, oft Exotic Materials (Advanced Composites via Additive Manufacturing).

„Wir sehen das in US: NASCAR Teams machen Ähnliches. Prep für nächstes Rennen. Auch in großen globalen Fertigungsunternehmen im großen Deployment.“

Treiber: Bedarf an Advanced Systems Engineering – schnellste, effizienteste Wege für innovative Produktdesigns. „Unternehmen sagen: ‚Wir wollen FRÜHER in Designzyklus.‘“, so Rusk. „Detailed Design Simulation & Management dieser Prozesse.“

„Größere PLM-Definition: Wie helfen wir Unternehmen FRÜHER in Designzyklus. Sie wollen wissen: Wie performt Produkt vs. Design. Wir tun das mit viel Vorwissen, geben flexible Kollaborationswege.“ Wichtige Elemente: Neue Architecture Diagram Capabilities in Siemens Teamcenter, zusätzliche Simulationsfähigkeiten (Akquisition LMS vor Jahren → Image Lab für Real-World-Testing). Kürzlich: CD-adapco Akquisition (CCM+ für Advanced 3D Thermal Simulation). „Produkt skaliert sehr gut“, so Rusk. CCM+ in subsonic/sonic flow Aerospace, Air-Fuel-Mixing Verbrennungsmotoren.

Digitale Zwillinge rufen

Praktisch alle PLM-Entwickler betonen Digital Twin Concept in Produktentwicklungs-Software-Strategien, plus kollaboratives Produktdesign/Entwicklung.

Key Trends unterstützt von Dassault Systèmes 3DExperience Platform & Markenanwendungen: Customer-driven Development, Virtual Experience Simulation/Testing/Optimization, Model-Based Enterprise, Cloud Deployment SaaS, Data-Driven Applications, Digital Thread, Digital Twin, Virtual Twin, Big Data, IoT, Plugin-less Browser Apps, Dashboards/Widgets, Business Intelligence mit PLM Analytics – so Eric Green, Dassault Systèmes VP Delmia User Experience & Advocacy.

„Innovationseffizienz oft behindert durch multiple Hand-offs über Disziplinen/Funktionen – Diskontinuität in Prozessen/Systemen → verlängerte Timelines, Rework“, so Green. „Ältere Generation elektronischer PLM-Systeme verband Silos, in digitaler Plattform werden Silos ELIMINIERT.“ V6 Digital Architecture (Dassault 2008) definierte Common Data Model across CATIA (Design), Simulia (Simulation), Delmia (Manufacturing), Enovia (Governance) – User verbinden online zu EINER digitalen Definition, kollaborieren real-time.

Datenproliferation macht JEDES Business datenabhängig – jedes muss Methodologien transformieren zu data-driven UND analytics-driven, damit JEDE Entscheidung globale Performance maximiert. Herausforderung: Datenchaos & neue Quellen handhaben, UND sicherstellen, dass JEDE Entscheidung auf diesem Chaos basiert.

„Deshalb Self-Service Analytics: Data Governance auf JEDER Unternehmensebene erzwingen, indem JEDER Business User verschiedene Datenquellen analysiert, eigene Analysen OHNE IT-Support durchführt“, so Green. „Business User verlassen sichmainly auf IT für neue Analytics Views → Responsiveness auf neue Info langsam/ineffektiv. Dazu Excel für Datenmodifikation/Reports → nur Teil der Realität, keine Single Source of Truth.“

Self-Service Analytics beschleunigt Cycle Time für neue Views – jeder Business User drag-and-droppt Boxen für neue Views, basierend/direkt verlinkt auf Informationssystem.

Neue Fertigungstechnologien nutzen PLM-technische Fortschritte, besonders neue Materialien & Additive Manufacturing, so Green. „Ökonomische Gewinne aus Additive Manufacturing dramatisch, Designänderungen noch signifikanter. AM ermöglicht völlig neue Teil-/Produkttypen. Designer haben ‚blank drawing boards‘ – fragen: ‚In idealer Welt, wie sollte dieses Teil aussehen?‘ Organische Formen aus Natur manchmal besser/streamlined als klobige Industrie-Forms.“

„Diese Art ‚generatives, funktionales Design‘ treibt Experience Economy an, revolutioniert Fertigung – Hersteller müssen Produktion/Prozessplanung & Material Engineering redesignen. Capabilities für neue Denkweise: Material Science → 3D Design → Simulation → Additive Manufacturing → Business Transformation.“

PLM in den Prozess integrieren

Mit IIoT suchen Unternehmen mit komplexen Produkten bessere Integration der Fertigungsoperationen, so Doug Macdonald, Director Product Marketing, Aras Corp. (Andover, MA), Entwickler Aras Innovator PLM Platform. Aber bei heutigen disconnected Systems: Authoring/Reconciling MBOMs, Process Plans, Work Instructions, Synchronisation mit evolving Product Designs = zeitaufwendig, fehleranfällig.

Wettbewerbsvorteil wenn Manufacturing Process Planning (MPP) integriert & nahtlos Manufacturing Data/Prozesse trackt. „Schlüssel: PLM-Plattform, die grafischen, concurrent Process Plan, MBOM [Manufacturing BOM], Work Instructions Authoring + Real-time Auto EBOM/MBOM Reconciliation unterstützt.“

Neue Aras-Fähigkeiten adressieren Herausforderungen: PLM + MPP Integration. Features: Version-controlled Process Plans (Operationen, Steps, verbrauchte Parts, Ressourcen, Skills, referenzierte Dokumente); Concurrent Authoring visuell reichhaltiger elektronischer Work Instructions; Version-controlled MBOM aus EBOM via Drag-and-Drop; Concurrent Process Plan & MBOM Creation; Auto EBOM/MBOM Reconciliation & Plant-spezifische MBOMs/Process Plans.

Aras zitiert DMDII (Chicago) Research: 81 % Unternehmen erkennen Digital Transformation in Manufacturing als Schlüssel für zukünftige Wettbewerbsfähigkeit, aber nur 14 % sagen: heute adäquat ausgestattet mit nötigen Technologien/Expertise. Aras MPP auf Single Platform – flexibel, skalierbar, upgradbar – connected Capabilities für EBOM, Configuration, Change Management, Requirements, Quality u. a. Aras MPP designed für Integration mit bestehendem ERP, MES, Legacy PDM – neue Prozess-Capabilities ON TOP existing Enterprise Systems. Durch Layering Aras Platform über bestehende Systeme: Large Enterprises vermeiden Risk/Disruption „Rip-and-Replace“, treiben Digital Transformation schneller.

„Prozesse, die Product Development & Manufacturing Engineering spannen, sind notwendige Foundation, die UPFRONT adressiert werden muss für Industry 4.0/IoT“, so Aras CEO Peter Schroer. „Unternehmen mit Fabriken weltweit brauchen besseren Weg, Transformation schneller zu treiben – Overlay Legacy mit unserer Platform → sofort neue Capabilities, die Strategie direkt unterstützen.“