PLM: Den vernetzten Fertigungszukunft ermöglichen

Neue Releases bringen Cloud-Versionen, Simulation, Augmented/Virtual Reality und Additive Fertigung, mit Blick auf die IIoT-Zukunft der Fertigung

Komplexität ist allgegenwärtig in heutigen Komponenten-Design- und Fertigungsprozessen. In der neuesten Product-Lifecycle-Management (PLM)-Software erhalten Hersteller mehr Auswahlmöglichkeiten, mit neuen Funktionen, die helfen, Fertigungsprozesse mit Technologien wie Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) zu visualisieren. Diese Fähigkeiten ermöglichen es Herstellern, die erhöhte Komplexität von Designs mit dem Industrial Internet of Things (IIoT) und Industrie 4.0 zu bewältigen und helfen ihnen, zunehmend komplexe Produktentwicklungen in frühesten Phasen zu validieren, was Zeit und Fertigungskosten spart.

Hersteller-PLM-Portfolios umfassen Product-Data-Management (PDM)-Anwendungen plus das volle Spektrum von CAD/CAM/CAE für digitales Design, Fertigung und Visualisierungsfunktionen. Große Entwickler wie Siemens PLM Software (Plano, TX), Dassault Systèmes (Paris) und PTC (Needham, MA) beinhalten alle das volle Spektrum an PLM-Tools, aber einige, einschließlich Aras Corp. (Andover, MA) und andere, bieten PDM-spezifische Tools an, die umfangreiche CAD-Integration und -Unterstützung umfassen, aber keine traditionellen eigenständigen CAD/CAM/CAE-Systeme. Viele, aber nicht alle PLM-Angebote bieten entweder reine Cloud-Versionen oder, wie Aras, sowohl On-Premises- als auch Cloud-basierte Lösungen an. PLM umfasst auch die kritischen digitalen Fertigungstools, die es Herstellern ermöglichen, Fabrikausrüstung zu planen und Fabrikprozesse zu testen, bevor Fabrikdesigns finalisiert werden. Kürzlich haben Entwickler Module oder separate Anwendungen hinzugefügt, die ihre Reichweite in den Bereich der additiven Fertigung (AM) erweitern.

Fertigungsprozesse visualisieren

Die Beschleunigung von Produktentwicklungsprozessen und deren Verbesserung durch schnellere, bessere und präzisere Informationen sind wichtige Ziele für PLM, während die Branche in Richtung IIoT voranschreitet. Augmented Reality im Design-Review macht einen Unterschied, so François Lamy, PTC Vice President, PLM Solutions Management.

„Da Teams globaler verteilt werden, kann es manchmal schwierig sein, alle Beteiligten zeitnah an einer Produktdesign-Prüfung teilnehmen zu lassen, alle benötigten Informationen für den Review zu sammeln und Feedback für zukünftige Maßnahmen zu erfassen“, beobachtete Lamy. „Mit Augmented Reality (AR) können Teammitglieder Produktdesigns von überall auf der Welt visualisieren, damit interagieren und Feedback geben. AR ermöglicht es Stakeholdern, mit einem 3D-Modell des Produkts zu interagieren, beispielsweise darum herumzugehen und verschiedene Zustände des Modells anzusehen – einschließlich des Einblicks in das Modell selbst.“

Mit seinen Übernahmen von ThingWorx IoT-Anwendungen (2013) und der Vuforia AR-Plattform (2015) hat PTC stetig ein AR-fähiges PLM-Portfolio für das Industrie-4.0-Zeitalter aufgebaut.

„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. „Produktinformationen auf einer CAD-Zeichnung zu vermerken, wird nicht mehr ausreichen, da Produkte komplexer werden. Hersteller müssen ihren Produktentwicklungsprozess organisierter gestalten.“

Ein umfassendes PLM-System bietet eine starke Grundlage, um IoT-Fähigkeiten zu nutzen, fügte er hinzu. „Indem alle Produktinformationen in eine einzige digitale Produktdefinition konsolidiert werden, können Organisationen sicherstellen, dass alle Stakeholder auf die genauesten, aktuellsten Produktinformationen zugreifen“, sagte er. „Mit einem PLM-System werden alle Informationen in ein einziges Stücklistenformat [BOM] gestreamt.“

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

„Wir sehen großes Interesse an Unternehmen, die den Wert von Cloud-Bereitstellungen realisieren wollen“, 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, während sie Flexibilität und Skalierbarkeit haben, um mitzuwachsen.“

Viel Interesse zeigt sich darin, Wert durch Technologien wie AM hinzuzufügen, sagte Coleman, und in Augmented Reality. „Unser 3DExperience Center in Wichita, eine Zusammenarbeit zwischen WSU [Wichita State University] und 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 als Teil ihrer digitalen Transformation einbinden und nutzen können“, sagte er. „Ein Beispiel für diese Zusammenarbeit ist die Untersuchung, wie hybride MRAM [Multiple Robotic Manufacturing Advanced Manufacturing] Zellen flexibel verschiedene Technologien wie VR/AR, IoT und Machine Learning integrieren können, um Unternehmen beim Bau der Fabriken der Zukunft mit maximaler Produktionsagilität zu helfen.“

Komplexität aufbrechen

Komplexe Produkte und Systeme können selbst die klügsten Ingenieure heute herausfordern, und die Branche braucht kreativere Lösungen, um diese zunehmende Komplexität zu bewältigen, die oft auf dem hohen Softwareanteil in Produkten für das IIoT beruht.

„Es gab traditionell einen unverhältnismäßigen Schwerpunkt auf der CAD-Seite“, bemerkte Marc Lind, Senior Vice President Strategy für Aras. „Wir beginnen mit einer PLM-Perspektive, die funktionsübergreifende Fähigkeiten zur Entwicklung anspruchsvoller Produkte ermöglicht. Heutzutage geht es wirklich mehr um smarte, vernetzte Produkte, wo man Systeme von Systemen sieht.“

Diese vernetzten Produkte können die Software und Elektronik in Automobilkomponenten oder Luftfahrtteilen sein, die ein PLM-System wie Aras Innovator erfordern, das funktionsübergreifende Kompatibilität handhaben kann, fügte er hinzu. „Die Elektronikseite, der Kabelbaum [im Automobil] ist gleichwertig, wenn nicht größer als andere Aspekte.“ Konnektivität ist der Schlüssel, sagte Lind. „Was man bei den Bewegungen von Siemens sieht, sie gehen bis in die Authoring-Umgebung hinunter. Wir konzentrieren uns auf die Prozessebene, auf die Ermöglichung funktionsübergreifender, disziplinübergreifender Fähigkeiten, und wir reichen bis in den Field Service.“

„Wir sind CAD-agnostisch“, fügte Lind hinzu. „Wir starten von der Perspektive, dass Unternehmen viele verschiedene CAD-Tools haben und diese zusammenführen und in die Fabrik und in den Betrieb mit dem Digital Twin bewegen können.“

Komplexität nimmt exponentiell zu mit smarten, vernetzten Produkten, sagte Lind. „Produkte sind schlecht gerüstet, damit umzugehen. Was das wirklich bedeutet, ist, dass Unternehmen groß und klein branchenübergreifend disruptiert werden“, fügte er hinzu.

Im Januar gab Aras bekannt, dass es das Impresa Maintenance, Repair and Overhaul (MRO) Software-Geschäft von Infospectrum übernommen hat, was Aras zufolge eine Suite komplementärer MRO-Fähigkeiten bereitstellt, um Herstellern bei der digitalen Transformation von Entwicklung und Wartung komplexer Produkte zu helfen. Der Deal gibt Aras die Fähigkeit, PLM und MRO auf einer einzigen Plattform bereitzustellen und den Digital Thread bis in den Field Service zu erweitern.

Aras gab kürzlich bekannt, dass der deutsche Automobilhersteller BMW Group die Aras PLM-Plattform als Rückgrat für Testdatenmanagement implementiert. Das System wird die Planung, Terminierung, Ausführung und Dokumentation von Fahrzeugtests und Testergebnissen in verschiedenen Entwicklungsphasen unterstützen. Das Aras-System ermöglicht Rückverfolgbarkeit der Ergebnisse und wird eine wichtige Rolle in der Entwicklung von Serienfahrzeugen spielen, so Aras.

EDA, Generatives Design und Additive Fertigung hinzufügen

In den letzten Jahren hat Siemens PLM die Breite seines Electronic Design Automation (EDA) Simulationsportfolios stark erweitert, indem es den elektronischen CAD/CAM-Entwickler Mentor Graphics im November 2016 für 4,5 Milliarden Dollar übernahm und kürzlich Solido Design Automation Inc. (Saskatoon, SK) für einen nicht genannten Betrag erwarb. Siemens veröffentlichte letzten Herbst ein Update seines Simcenter CAE Simulationssoftware-Portfolios, ungefähr zur gleichen Zeit wie das neue NX 12 CAD/CAM-Update, das ein Additive-Fertigungsmodul enthält.

„Wir sehen eine Reihe von Kernbotschaften, die von unseren Kunden zurückkommen. Erstens, die anhaltende Expansion eingebetteter Elektronik und Software in Produkten wächst schneller denn je; Unternehmen, die sich früher als mechanisches Engineering klassifizierten, finden sich nun in einer Welt wieder, in der integrierte Systeme regieren“, 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, wobei Unternehmen danach suchen, Produkte zu entwickeln, um entweder die Leistung zu verbessern, die Teileanzahl zu reduzieren oder das Gewicht zu verringern. „Das ist mehr als nur ein Fertigungsproblem. Es ist ein Problem, das wir über den gesamten Lebenszyklus vom Design bis zur Maschine lösen müssen“, sagte er.

Die neuesten NX-Tools nutzen Siemens' Convergent Modeling, bemerkte Brown. Das neue NX 12 beinhaltet neue Tools, die die Fähigkeiten im Bereich generatives Design erweitern, aufbauend auf Lösungen wie Convergent Modeling und dem Einsatz von Technologien wie Topologie-Optimierung.

„In der NX-Produktlinie liefern wir weiterhin neue Lösungen wie unsere Convergent Modeling Technologien, um Unternehmen zu ermöglichen, neue Modellierungstechniken zu nutzen, um komplexe Designs schneller als je zuvor zu erstellen. Convergent Modeling hilft auch Unternehmen, die Reverse-Engineering-Ansätze zum Design nutzen, indem es die zeitaufwändigen Elemente der Konvertierung von Daten in nutzbare Formen für nachgelagerte Anwendungen entfernt“, sagte Brown.

„Generative Modellierungstechniken werden von unseren Kunden sowohl akzeptiert als auch erwartet, indem das System hilft, Lösungen für Designprobleme vorzuschlagen, die iteriert werden können. Die Nutzung der stetig wachsenden Rechenleistung auf dem Desktop, um mehr Designalternativen zu erkunden, ermöglicht Ingenieuren, neue Lösungen für ihre Designprobleme zu übernehmen“, fügte er hinzu.

Der vermehrte Einsatz von AM hat Ingenieuren auch ermöglicht, neue Lösungen im Design zu betrachten, Ansätze, die Dinge wie Leichtbau durch Gitterstrukturen oder neue Formen verbessern, die Teileanzahl reduzieren und Vorteile in Bezug auf die Erreichung von Produktzielen mit weniger Material und Dingen wie weniger Montagezeit liefern, so Brown. „Diese Ansätze verknüpfen sich zurück zum Einsatz generativer Techniken im Design“, sagte er.

Siemens investiert weiterhin in AM, „sowohl aus einer Fertigungsunterstützungsperspektive mit Blick auf neue aufkommende Technologien wie Mehrmaterial und Texturen, als auch in den Designaspekten mit Funktionalitäten wie Gitter- und Stützstrukturen“, sagte Brown.

Das NX erweitert die neue AM-Lösung in NX um das neue Modul NX AM für HP Multi Jet Fusion, zertifiziert von HP und angetrieben von Materialise, 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 Drittanbieter-Tools zu vermeiden und die Gesamteffizienz des Design-zu-Fertigteil-Workflows zu verbessern.

Zusätzlich entwickelt Siemens Anwendungen für AM-Prozesssimulation in Simcenter 3D, was das Unternehmen als entscheidendes Werkzeug bezeichnet, um Herstellern zu helfen, AM zu industrialisieren, indem Komponenten 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 fortgeschrittene Robotik bieten Herstellern aller Größen enormes Potenzial, einen Wettbewerbsvorteil zu erlangen“, sagte Zvi Feuer, Senior Vice President Manufacturing Engineering Software für Siemens PLM Software, in einer Erklärung. „NX bietet eine integrierte Lösung für Teilehersteller, um diese leistungsstarken Technologien zu nutzen, was die Fähigkeit schafft, die Gesamtgeschäftsleistung zu verbessern und hilft, eine echte digitale Werkstatt zu schaffen.“

Alles zum Laufen bringen

Ein großes Problem für PLM ist, wie man es über die Engineering-Organisation hinaus ausdehnt, wo PLM geboren wurde, bemerkte Bob Yancey, Director, Manufacturing and Production Industry Strategy, Autodesk Inc. (San Rafael, CA). „Produktentwicklung umfasst mehr als Engineering, und die Verbindung des Datenflusses vom Design bis hin zur Fertigungsproduktion ist essenziell, um den vollen Wert von PLM zu erzielen“, sagte Yancey. „PLM hilft Herstellern sicherzustellen, dass Einzelpersonen und Geschäftssysteme präzise und zeitnahe Produktentwicklungsinformationen erhalten, was Menschen hilft, schneller bessere Entscheidungen zu treffen.“

Verbesserte Datenintegrität und Prozessleistung über den gesamten Lebenszyklus können die Gesamtzeit bis zum Markteintritt erheblich reduzieren, wobei Autodesk-Kunden Verbesserungen von 50 % und mehr berichten. Zum Beispiel wurde der Änderungsprozess des Autodesk Fusion Lifecycle Kunden Mesa Labs von zwei Wochen auf zwei Tage reduziert seit der Implementierung von Autodesk PLM in der Cloud, sagte Yancey. „Das ist eine 80%ige Verbesserung, erreicht durch die Verbindung ihrer Produktdaten mit ihrem ERP-System. Pre-PLM berichteten Autodesk-Kunden, dass bis zu 90 % der Fehler in der Fertigung auf fehlenden oder falschen Informationen beruhen, was Qualitätsprobleme und hohe Ausschussraten verursacht.“

Ein weiterer Kunde, Novacentrix, ein Entwickler von photonischen Aushärtungslösungen, implementierte Fusion Lifecycle und sah Reduktionen im Abfall von 84 %, sagte Yancey. Willerby, ein Hersteller von Ferienhäusern und -heimen, sah eine Reduktion von NCRs von 54 pro Monat auf sechs, mit BOM-Genauigkeitsraten von über 99 %, eine 20%ige Verbesserung gegenüber den vorangegangenen 12 Monaten, sagte er.

„Fehler werden weiterhin passieren und Änderungen werden nötig sein, aber das Schließen der Schleife zwischen Fertigung, Produktentwicklung und Unternehmenssystemen mit PLM erhöht die Fähigkeit eines Unternehmens zu lernen“, bemerkte Yancey. „Dieses Lernen basiert auf aggregierten Daten [Fakten vs. Mythen] und schafft eine Umgebung kontinuierlicher Verbesserung und gewährleistet Best-in-Class-Ausführung.“

Autodesk konzentriert sich darauf, Design mit nachgelagerten Fertigungsprozessen zu verbinden, sagte Yancey, und sowohl Produktsimulation als auch Fertigungssimulation sind Teil der Verbindung von Design mit Fertigung. „Autodesk hat ein breites Portfolio an Design-, Simulations-, Fertigungs- und Datenmanagementlösungen und war führend bei der Nutzung Cloud-basierter Lösungen, um Design besser mit Fertigung über eine verteilte Produktentwicklungs-Lieferkette zu verbinden. Die Cloud ist zum Gamechanger geworden, macht PLM für Hersteller aller Größen erreichbar, beseitigt Technologie- und Ressourcenbarrieren und bietet sichere, vernetzte Echtzeit-Zusammenarbeit überall auf der Welt über einen Webbrowser.“

Mit aufkommenden Technologien wie AM, Industrie 4.0 und IoT, Machine Learning und künstlicher Intelligenz ändern sich die Natur von PLM und was es liefern muss, sagte Yancey. „PLM muss über das bloße Archivieren von Daten hinausgehen zu Analysieren von Daten, Lernen aus Daten und [Extrahieren] prädiktiver Trends aus den Daten, um die riesigen Mengen an Informationen zu nutzen, die jetzt oder in Zukunft im Produktentwicklungsprozess existieren werden.“

PLM war ursprünglich hauptsächlich auf Produktdatenmanagement fokussiert, aber seine Rolle erweitert sich mit AR-Nutzung, bemerkte Stuart Weiler, Director of PLM bei Elite Aerospace Group (EAG; Irvine, CA), ein Luftfahrtkomponentenhersteller und Nutzer von PTC Windchill PLM Software. Weiler behandelte das Thema kürzlich in einem Artikel „PLM, Augmented Reality Sharpen the Cutting Edge“, Manufacturing Engineering, März 2017.

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

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

Neuere Tools wie AR mit PLM sind ein Segen für Nutzer an weit verstreuten Standorten globaler Operationen. „Jeder muss auf die Informationen zugreifen“, sagte Weiler. „PTC hat [Thingworks] Navigate und man muss PLM nicht kennen. Man kann von 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 einen Mashup“, fügte Weiler hinzu. Die Software ist wie ein Single Pane of Glass für alle Dinge im System, fügte er hinzu, und EAG hat gerade begonnen, einige seiner AR-Fähigkeiten zu nutzen.

„Wir nutzen ein wenig Augmented Reality“, sagte er. „Unser Ziel ist es, das auf dem Shopfloor einzusetzen.“