PLM-Software nutzen, um Industrial IoT Adoption voranzutreiben

Mit modernen PLM-Tools können Hersteller bei der Implementierung digitaler Fertigung einen Vorsprung bei kollaborativem Design und Visualisierungslösungen erzielen.

Digitale Fertigungslösungen mit Product Lifecycle Management (PLM) Tools bergen großes Potenzial für Hersteller, das Versprechen des Industrial Internet of Things (IIoT) schließlich vollständig zu erschließen. In den letzten Jahren haben neue kollaborative virtuelle Tools in PLM-Lösungen, die hochrealistische Visualisierungen einschließlich Augmented Reality (AR) einbeziehen, geholfen, die Messlatte in Richtung einer stärkeren Verwirklichung von IIoTs Versprechen für die Fertigung zu verschieben.

Mit den neuesten PLM-Angeboten können Hersteller Best-in-Class CAD/CAM/CAE und PLMs Product Data Management (PDM) Tools nutzen, die zunehmend neuere Designtechniken wie Generative Engineering, AR-Visualisierungen und andere Simulationen einsetzen, die eng in einer Produktlebenszykluskette verknüpft sind, die durch heutige hochvernetzte, sensorbasierte fortschrittliche Automatisierungsanlagen stärker ermöglicht wird. Mehr On-Premises- und Cloud-basierte PLM-Lösungen können nun einen Digital Twin erstellen, der die virtuelle Welt präzise mit den physischen Assets der Hersteller auf dem Shopfloor verknüpft.

Zusätzlich erfordert der steigende Anteil an Software und Elektronik in Produkten für vernetzte Fertigung, dass Entwickler neue Wege finden, Firmware- und Elektronik-Inhalte zu erstellen und zu verwalten.

Digitale Transformation

Simulation spielt eine Schlüsselrolle bei der Transformation der digitalen Fertigung, und die meisten großen PLM-Entwickler haben fortgeschrittene Visualisierungstools vollständig in ihre PLM-Werkzeugkästen integriert.

„Wir beginnen, mehr in Richtung transformationaler Lösungen zu treiben, die Wert für unsere Kunden bringen. Natürlich haben wir große Investitionen in Tools und Simulationsprodukte“, sagte Jim Rusk, CTO der in Plano, Texas ansässigen Siemens PLM Software, Entwickler von Teamcenter PLM und mehreren verwandten CAD/CAM/CAE-Produkten. „Wir stellen fest, dass Kunden nach Wertaussagen rund um Generative Engineering, Integration von Elektronik in die Lösungen und wie sie Produktperformancedaten aus dem Internet of Things [IoT] einbringen, suchen – wirklich Cloud und Kollaboration nutzen, um den Informationsfluss zu ermöglichen.“

Siemens hat in den letzten Jahren mehrere große Simulationsübernahmen getätigt sowie den 4,5-Milliarden-Dollar-Kauf von Mentor Graphics (Entwickler von Electronic Design Automation (EDA) Software) im November 2016.

„Wir können diese Dinge nicht ohne die zugrundeliegenden Kerntools tun, die wir produzieren“, sagte Rusk zu den verwandten CAD/CAM/CAE-Stücken. „PLM hat eine zentrale Rolle dabei, und Electronic Design Automation ist ein weiterer wichtiger Teil, mit unserer Mentor-Übernahme. Wir haben große Fortschritte gemacht, wie wir das einbringen. Unsere Kunden bauen Produkte, die nicht nur einen enormen mechanischen Inhalt, sondern auch elektrische und Software-Anteile haben, daher müssen wir viel mehr lösungsorientierte Fähigkeiten bringen, wie Generative Engineering, integrierte Elektronik und autonomes Fahren. All dies sind wirklich kritische Elemente der Lösungen, die wir vorantreiben.“

Was diese digitale Transformation auch antreibt, ist, dass Hersteller einen frischen Blick auf ihre Abläufe werfen, mit der Bereitschaft, grundlegende Geschäftspraktiken zu ändern. „Alle Unternehmen, mit denen wir es zu tun haben, ohne Ausnahme, in Heavy Manufacturing, High Tech und Life Sciences, haben Digitalisierungsinitiativen, bei denen sie versuchen, grundlegend ihre Arbeitsweise zu ändern und neu zu denken, wie sie Wert für ihre Kunden liefern“, sagte Marc Lind, Senior VP bei Aras Corp., Andover, Mass., Entwickler von Aras Innovator PLM Software.

„Alle haben einen Dringlichkeitsgrad, der tiefgreifende Veränderungen im Geschäft und in den Operationen erzwingt. Es geht also nicht nur um die Technologie, sondern um die Art, wie Sie Geschäfte machen“, stellte Lind fest. „Im Kontext des Geschäftstrend-Hintergrunds bedeutet das per Definition, dass die digitalen Prozesse von morgen heute nicht existieren“, sagte Lind. „Es gibt keine Out-of-the-Box-Software, die man kaufen kann, um Prozesse und Anforderungen zu befriedigen, die nicht existieren und gerade entstehen.“

Je nach Unternehmen nimmt diese Transformation unterschiedliche Formen und Strukturen an, fügte Lind hinzu. „Wir arbeiten eng mit ihnen zusammen, um die Prozesse bis hin zu dem, was sie schon wissen, was sie erreichen wollen, [und wie sie] einen Weg dorthin viel schneller als mit einem Fünfjahresprojekt entwickeln können.“

Digitale Technologie, die virtuelle Erlebnisse ermöglicht, treibt eine Branchenrenaissance an, die alle Sektoren der Gesellschaft mit neuen Wegen – sowohl real als auch virtuell – des Erfindens, Lernens, Produzierens und Handelns erschüttert, laut Garth Coleman, VP Enovia Marketing für Dassault Systèmes, Waltham, Mass., und Vélizy-Villacoublay, Frankreich.

„In FabLabs weltweit kann jeder in wenigen Stunden ein intelligentes, vernetztes Objekt erstellen“, sagte er. „Startups disruptieren ganze Industrien und stationäre Hauptakteure erfinden sich mit neuen, servicegetriebenen Geschäftsmodellen neu. OEMs entwickeln tiefe digitale Verbindungen zu ihren Lieferanten und transformieren Lieferketten in Wertnetzwerke. Was passiert, ist weit größer als Konzepte wie ‚digitale Transformation‘ erklären können.“

Virtuelle Welten – vollständige digitale Ökosysteme, die Nutzern erlauben, die reale Welt zu erweitern und zu verbessern – ermöglichen Innovatoren, gleichzeitig zu imaginieren, zu kartieren, zu modellieren und völlig neue Umgebungen zum ersten Mal zu engineerieren, laut Coleman.

„Und digitale Erlebnisplattformen sind die Infrastruktur dieser virtuellen Welten, die die Distanz zwischen Orten, Menschen, Ideen und Lösungen auf null reduzieren und neue Wege des Denkens, Lernens, Handelns und Interagierens ermöglichen“, sagte er. „IDC prognostiziert, dass bis 2020 mindestens 55 % der Organisationen digital determiniert sein werden, Märkte transformieren und die Zukunft durch neue Geschäftsmodelle und digital ermöglichte Produkte und Services neu erfinden.“

„Das Anbieten profund individualisierter Erlebnisse erfordert eine nahtlose Synergie von Technologien“, fuhr er fort. In dieser Synergie „verschmelzen reale und virtuelle Welten auf virtuellen Erlebnisplattformen, um Kollaboration auf vollständige Ökosysteme von Beitragenden auszuweiten, sowohl innerhalb eines Unternehmens als auch zu virtuellen Netzwerken von Lieferanten, Partnern, Kunden und Interessenten. Das ist definitiv nicht das PLM Ihres Vaters!“

Vorwärts gehen

Visualisierungstools, insbesondere der breitere Einsatz von AR und CAE-Applikationen, helfen Herstellern, PLMs Design- und Engineering-Prozesse zu transformieren, um sich an das neue Zeitalter von Industrie 4.0 und IIoT anzupassen. Ebenso hilft Generative Engineering, Kundendesigns zu beschleunigen und Optimierungsfähigkeiten hinzuzufügen für bessere Gesamtergebnisse.

Im Januar 2019 veröffentlichte Siemens das neueste Update seiner Simcenter 3D Serie von Simulationsapplikationen für CAE, einschließlich Computational Fluid Dynamics (CFD) und Finite Element Analysis (FEA) Tools. Letztes Jahr kaufte das Unternehmen Comsa Computer und Software GmbH, einen in München ansässigen Entwickler von Software für elektrisches Systemdesign und Kabelbaum-Engineering. Comsas LDorado-Suite für Automobil-Kabelbaumdesign und -Engineering wird sich Siemens' Mentor-Applikationsportfolio anschließen.

„Wir sehen mehr Interesse daran, mehr Front-End, frühes Konzept-Engineering – wirklich Systems Engineering – einzubringen“, sagte Siemens' Rusk, und merkte an, dass Kunden nach früheren Produktanforderungen, Parametern und Simulationsmodellen suchen. In der Automobilwelt, besonders bei autonomen Fahrzeugen, „geht eine enorme Menge an Systems Engineering und Elektronik hinein“, sagte Rusk. „Wir wollen unseren Kunden ermöglichen, diese Systeme nahtlos zu integrieren.“

Die Simulationen erstrecken sich auf Additive Manufacturing Applikationen, die Teil von Simcenter 3D sind, und helfen, den Loop in der Fertigung zu schließen, indem Informationen um digitale Zwillinge und zurück zur Fabrik geführt werden, fügte er hinzu.

Es gibt einen neuen Schwerpunkt auf Systems Engineering, sagte Aras' Lind, und besonders auf Model-Based Engineering, da Hersteller mit software-enabled Designs, Elektronik und Sensoren ringen. „Mit Elektrifizierung und autonomem Fahren ist die Autoindustrie im Umbruch, und die Luftfahrt auch“, sagte Lind. „Es ist wirklich branchenübergreifend.“

Neue Technologie in Aras' neuester PLM-Plattform ist die Fähigkeit, Varianz und Optionen zu handhaben, sagte Lind, was umfangreiche Anpassungen von Optionen in Automobilprodukten ermöglicht, sowohl mechanisch als auch in software-enabled Features wie Electronic Control Units (ECUs) und anderen software-spezifischen Artikeln. „Das Variationsniveau schießt wirklich in die Höhe“, sagte er. „Man muss wissen, welche Software auf den Chip [in Firmware] geflasht wird, also ist das Softwareniveau [angepasst] auf VIN-Ebene.“

Auf der Simulationsfront hat Aras auch dringend benötigte Funktionalität durch den Kauf von Comet Solutions Inc. (Albuquerque, N.M.) im September 2018 hinzugewonnen, einem Entwickler von Simulation Process and Data Management (SPDM) Tools zur Verbindung von Simulationsnutzern mit dem Unternehmen. Jetzt als Teil von Aras' PLM-Abonnement angeboten, sind die SimApps des Unternehmens vendor-agnostische Applikationen, die mit Aras' offenem Ansatz zusammenarbeiten, um Nutzer mit einer Reihe von CAD, FEA, Meshing, 0D/1D Simulationswerkzeugen und anderen Applikationen für Lebenszyklus-Produktkonfiguration und Cross-Disziplin-Design zu verbinden.

„Mit all den Dingen, über die wir sprechen – MBE und MBSE, Digital Twin, Factory Definition – sobald Sie eine digitale Konfiguration oder ein Modell haben, wollen Sie es in realen Bedingungen simulieren“, sagte Lind. „Sie wollen wissen, ob dieses Ding performen wird, was die erwartete mittlere Zeit bis zum Ausfall [MTBF] ist, und wie ich Ausfälle in der Fabrik oder mit Flugzeugen im Feld antizipiere. Sie wollen das simulieren können.“

Prozesse mit Comets SimApps zu simulieren, gibt Aras-Kunden ein neues Werkzeug, um riesige Volumen an Simulationsdaten zu managen, merkte Lind an. „Die Idee der Simulation ist auch sehr spezialisiert“, sagte er. „Genau wie im Design sind diese tatsächlichen Simulationsfähigkeiten isoliert, spezifische Analysetypen wie FEA und CFD, die Turbulenzen oder ESD [elektrostatische Entladung] zeigen. Es ist so spezialisiert und das, was unsere größten Kunden wollen, weil diese Simulationen überall auftauchen und es keinen guten Weg gab, die dabei generierten Daten zu managen.“

Herstellerprozesse beinhalten typischerweise große Läufe inkrementeller Simulationen, sagte er. „Es ist kein einzelner Lauf. Parameter ändern, inkrementieren, dann Simulation erneut laufen lassen. Das macht man immer wieder und man landet mit einer Menge Dateneingabe“, sagte Lind von Prozessen, die fünf bis sieben verschiedene Solver-Umgebungen involvieren könnten. Einen offenen Ansatz zu verfolgen, sei auch ein Vorteil, sagte er.

„Große Anbieter von Simulationen neigen dazu, sich um ihre eigenen Toolsets zu organisieren. Niemand sagt ‚lasst uns einen offenen Ansatz verfolgen‘. Wir machen es zu einem Level Playing Field. Wir managen marktübergreifend konsistent, und Sie können cross-disziplinär downstream proceduralisieren. Digital Twin Simulation kommt. Noch nicht viele Leute machen es.“

Dassault machte auch einen jüngeren Schritt in der Simulation mit einer im Januar 2019 angekündigten Partnerschaft, um die Autonomous Vehicle Simulation Suite von Cognata Ltd. (Rehovot, Israel) in die 3DExperience PLM-Plattform von Dassault Systèmes einzubetten. Dassault sagte, die Partnerschaft werde eine First-of-its-kind-Lösung für autonome Fahrzeughersteller bieten, um autonomes Fahren während des gesamten Entwicklungszyklus innerhalb der 3DExperience-Plattform zu definieren, zu testen und zu erleben. Dies verspricht, die Hinzufügung voll integrierter autonomer Fahrzeugentwicklungsprozesse für genauere, sicherere autonome Fahrzeuge auf der Straße zu beschleunigen.

„Die Partnerschaft mit Dassault Systèmes wird die Entwicklung autonomer Fahrzeuge beschleunigen, indem Simulation ein integraler, nahtloser Bestandteil des Engineering-Prozesses wird“, sagte Danny Atsmon, Cognata CEO und Gründer. „Je früher Simulation genutzt wird, desto einfacher ist es für Ingenieure, jede Komponente des autonomen Fahrzeugs zu modifizieren und sie durch eine virtuelle Umgebung zu testen, um zu sehen, wie sie funktioniert, sobald sie im Fahrzeug integriert und mit unerwarteten Edge Cases konfrontiert wird.“

Viele Unternehmen nutzen Computersimulation, um neuartige Konzepte in virtuellen Umgebungen zu testen, schneller zu arbeiten und optimierte Ergebnisse sicherzustellen, bevor Produkte in die reale Welt gelangen, fügte Dassaults Coleman hinzu.

„Simulation beschleunigt Planung, senkt Kosten und unterstützt Entscheidungsfindung mit größerer Genauigkeit“, sagte er. „Das erlaubt Forschern, zu testen, zu verifizieren und ein Design für Fertigbarkeit schnell zu optimieren, um Material zu reduzieren; für Sicherheit in der Fertigung, um Arbeiter zu schützen; für langfristige Wartung, um die Lebensdauer des Produkts zu verlängern; und für Umweltauswirkungen, einschließlich Faktoren wie Minimierung des gesamten Materialverbrauchs, Finden von Alternativen zu Gefahrstoffen und Design für vereinfachtes Recycling.“

AR-aktivierte Visualisierungen

Eine weitere Schlüsseltechnologie in Simulationen ist der breitere Einsatz AR-aktivierter PLM-Applikationen wie der Vuforia-Linie von CAD/CAM/CAE/PLM-Entwickler PTC, Needham, Mass. „PLM entwickelt sich weiter, um die digitale Transformation der Hersteller voranzutreiben“, sagte Francois Lamy, VP PLM Solutions Management bei PTC. „Tatsächlich kann es ohne ein solides PLM-System, um ‚Ihr digitales Haus in Ordnung zu bringen‘, schwierig sein, smarte, vernetzte Fähigkeiten zu integrieren oder bessere Einblicke und Analysen zu erhalten.“

Um die Art zu verbessern, wie Produktdesigns geteilt werden, entwickelte PTC ThingWorx und Vuforia Applikationen in seine Software, nachdem es die Technologien vor einigen Jahren übernommen hatte.

„Wir verbessern ständig unser PLM-Portfolio, um PTC zum PLM-Anbieter zu machen, der die digitale Transformation unserer Kunden kickstartet“, sagte Lamy. „Wir nutzen Vuforia, PTCs Augmented Reality Technologie, um Multi-CAD-Daten zu publizieren. Mit AR entfällt die Notwendigkeit, teure Prototypen zu bauen, praktisch. Und das Risiko, wertvolles Unternehmens-IP mit externen Stakeholdern wie der Lieferkette zu teilen, verschwindet, wenn man ein AR-Erlebnis eines Produktdesigns teilt statt der eigentlichen CAD-Daten.“

PTCs ThingWorx Navigate Out-of-the-Box rollen- und aufgabenbasierte Applikationen machen es „Lightweight“-Nutzern, die typischerweise nicht mit PLM interagieren, leichter, die Produktdaten zu erhalten, die sie brauchen, fügte Lamy hinzu. „Kunden fokussieren sich auf den Aufbau eines konsistenten und modernen digitalen Rückgrats aus Prozessen, Daten und Systemen, die State-of-the-Art-Technologien [smart connected products, smart connected machines, KI, AR] für cross-disziplinäre Kollaboration durch Engineering, Manufacturing, Operations, Service und Supply Chain Apps einbeziehen“, sagte Lamy.

Letzten Sommer kündigten PTC und Simulationsentwickler Ansys Inc., Canonsburg, Pa., an, dass die Unternehmen partnerschaftlich Ansys' Echtzeitsimulation für Kunden durch PTCs Creo CAD Software bringen. „Diese neue Lösung, Creo Simulation Live, gibt Ingenieuren schnelle, einfach zu nutzende Simulation, die vollständig in die CAD-Modellierungsumgebung integriert ist“, sagte Lamy. „Sie eliminiert das Hin und Her zwischen Design und Simulation. Wenn Änderungen an Modellen vorgenommen werden, erhalten Ingenieure Echtzeit-Feedback zu ihren Designentscheidungen, was ihnen ermöglicht, schneller zu iterieren und mit größerem Vertrauen zu designen.“

Zugriff überall, jederzeit

Erhöhter Zugriff auf Fertigungsdaten über die Cloud ist schnell zur Norm geworden statt zur Ausnahme, getrieben durch die inhärenten Kostenvorteile cloud-basierter PLM-Systeme gegenüber reinen On-Premise-Versionen. Autodesks Cloud-Angebot ist Fusion Lifecycle PLM, das Nutzern eine hochkollaborative Umgebung für den Austausch von Fertigungsdaten bietet.

„Einer der zugrundeliegenden Trends, den wir in der Fertigung sehen, ist die Konvergenz von Design und Fertigung, sogar für Kunden, die nicht selbst [Produkte] fertigen“, sagte Charlie Candy, Senior Manager, Global GTM Business Strategy für Design bei Autodesk Inc., San Rafael, Calif. „Einblick in den Fertigungsprozess hilft Kunden, Innovation zu steigern, indem sie mehr experimentieren, größere Risiken im Design eingehen durch schnelles Iterieren zwischen digital und physisch. Gleichzeitig können sie bessere Kostenkontrolle und Scope wahren, indem sie Produktperformance und Fertigungsprozess simulieren. Autodesk hat mehr als 1 Milliarde Dollar in Fertigungstechnologien investiert, um Design mit Fertigung zu verbinden und unseren Kunden zu helfen, vorn zu bleiben.“

Die Auswirkung dieses Trends auf PLM ist, dass Unternehmen mit mehr Menschen, über mehr Disziplinen hinweg, früher im Prozess in Verbindung treten müssen, sagte Candy. „Um zu konkurrieren und sich zu differenzieren, suchen Hersteller nach Wegen, ihre Arbeitsweise sowie die unterstützenden Tools und Prozesse zu evolvieren. Das erfordert eine digitale Strategie.“

Er merkte an, dass Autodesks PLM-Ansatz auf fünf Säulen fokussiert, die das Fundament einer kundenspezifischen digitalen Strategie bilden: Mass Customization; Kollaboration; Kundenerlebnis; Flexible Fertigung; und Connected Services. „Von diesen fünf Säulen wird Kollaboration von Kunden konsistent als höchste Priorität eingestuft“, sagte Candy. „Die richtigen Leute zum richtigen Zeitpunkt einzubeziehen, um kritische Entscheidungen zu treiben, definiert den Erfolg eines Projekts oder Produkts.“