Promessa do PLM para uma indústria de manufatura conectada

Os novos lançamentos adicionam versões em nuvem, simulação, realidade aumentada/realidade virtual e ofertas aditivas, enquanto buscam o futuro da IIoT da manufatura

A complexidade é difundida no design de componentes e nos processos de fabricação de hoje. No mais recente software de gerenciamento do ciclo de vida do produto (PLM), os fabricantes têm mais opções, com novas funcionalidades sendo adicionadas para ajudar a visualizar os processos de fabricação com tecnologias que incluem realidade aumentada (VR) e realidade virtual (VR). Esses recursos permitem que os fabricantes lidem com a maior complexidade dos projetos com a Internet das Coisas Industrial (IIoT) e a Indústria 4.0, ajudando-os a validar desenvolvimentos de produtos cada vez mais complexos nos estágios iniciais, economizando tempo e custos de fabricação.

Os portfólios de PLM dos fabricantes incluem aplicativos de gerenciamento de dados de produtos (PDM), além de todo o espectro de CAD/CAM/CAE para recursos de design digital, fabricação e visualização. Os principais desenvolvedores, incluindo Siemens PLM Software (Plano, TX), Dassault Systèmes (Paris) e PTC (Needham, MA), incluem toda a gama de ferramentas PLM, mas algumas, incluindo Aras Corp. (Andover, MA) e outras oferecem Ferramentas específicas de PDM que incluem ampla integração e suporte a CAD, mas não sistemas CAD/CAM/CAE autônomos tradicionais. Muitas, mas nem todas as ofertas de PLM apresentam versões somente em nuvem ou, como Aras, estão disponíveis em soluções locais e baseadas em nuvem. O PLM também inclui as ferramentas críticas de manufatura digital que permitem que os fabricantes disponham os equipamentos de chão de fábrica e testem os processos de chão de fábrica antes de finalizar os projetos da fábrica. Ultimamente, os desenvolvedores adicionaram módulos ou aplicativos separados que expandem seu alcance na área de manufatura aditiva (AM).

Visualizando o processo de fabricação

Acelerar os processos de desenvolvimento de produtos e aprimorá-los com informações mais rápidas, melhores e mais precisas são metas importantes para o PLM à medida que o setor avança para a IIoT. A realidade aumentada na revisão de design está fazendo a diferença, de acordo com François Lamy, vice-presidente da PTC, gerenciamento de soluções PLM.

“À medida que as equipes se tornam mais distribuídas globalmente, às vezes pode ser difícil fazer com que todos os envolvidos revisem o design de um produto em tempo hábil, coletem todas as informações necessárias para a revisão e obtenham feedback para ações futuras”, observou Lamy. “Usando a realidade aumentada (AR), os membros da equipe podem visualizar, interagir e fornecer feedback sobre projetos de produtos de qualquer lugar do mundo. A RA possibilita que as partes interessadas interajam com um modelo 3D do produto, como caminhar ao redor dele e visualizar diferentes estados do modelo, incluindo entrar no próprio modelo.”

Com suas aquisições de aplicativos Thingworx IoT (em 2013) e a plataforma Vuforia AR (em 2015), a PTC vem construindo constantemente um portfólio de PLM habilitado para AR voltado para a era da Indústria 4.0.

“Para atender suficientemente às expectativas dos clientes, os fabricantes precisam transformar seu processo de desenvolvimento de produtos para entender e aproveitar os dados dos produtos em campo”, disse Lamy. “Observar as informações do produto em um desenho CAD não será mais suficiente à medida que os produtos se tornam mais complexos. Os fabricantes precisarão se tornar mais organizados com seu processo de desenvolvimento de produtos.”

Ter um sistema PLM abrangente fornece uma base sólida para aproveitar os recursos da IoT, acrescentou. “Ao consolidar todas as informações do produto em uma definição de produto digital de visualização única, as organizações podem garantir que todas as partes interessadas acessem as informações mais precisas e atualizadas do produto”, disse ele. “Com um sistema PLM, todas as informações são simplificadas em um único formato de lista de lista de materiais [BOM].”

Os clientes estão procurando soluções para lidar com a crescente complexidade de seus sistemas, a necessidade de soluções personalizadas e a necessidade de entrega mais rápida ao cliente, acrescentou Garth Coleman, vice-presidente de marketing da marca Enovia da Dassault Systèmes. “Ao mesmo tempo, eles precisam acelerar sua inovação e reduzir custos. Como resultado, as empresas estão procurando implementar plataformas de inovação de produtos, que transformam digitalmente suas empresas.

“Vemos um grande interesse em empresas que buscam perceber o valor da implantação na nuvem”, acrescentou Coleman. “Usando uma solução pronta para a nuvem, as empresas podem abrir a empresa para partes interessadas internas e externas que a qualquer hora e em qualquer lugar podem participar da colaboração, ao mesmo tempo em que têm flexibilidade e escalabilidade para crescer à medida que avançam.”

Muito interesse está sendo mostrado em agregar valor por meio de tecnologias como AM, disse Coleman, e em realidade aumentada. “Nosso 3DExperience Center em Wichita, que é uma colaboração entre a WSU [Wichita State University] e o NIAR [National Institute for Aviation Research], foi inaugurado no ano passado e temos empresas de todos os setores visitando para ver como podem incorporar e alavancar as mais novas tecnologias como parte de sua transformação digital”, disse ele. “Um exemplo dessa colaboração é examinar e aprender como as células híbridas MRAM [Multiple Robotic Manufacturing Advanced Manufacturing] podem integrar com flexibilidade diferentes tecnologias, como VR/AR, IoT e aprendizado de máquina para ajudar as empresas a construir as fábricas do futuro com máxima agilidade de produção .”

Decompondo a complexidade

Produtos e sistemas complexos podem desafiar os engenheiros mais inteligentes hoje, e o setor precisa de soluções mais criativas para ajudar a navegar nessa crescente complexidade, que geralmente se deve ao alto nível de software inerente aos produtos para a IIoT.

“Tradicionalmente, há uma ênfase desproporcional no lado CAD”, observou Marc Lind, vice-presidente sênior de estratégia da Aras. “Começamos com uma perspectiva de PLM, permitindo que os recursos de plataforma cruzada desenvolvam produtos sofisticados. Hoje em dia, trata-se realmente mais de produtos inteligentes e conectados, onde você vê sistemas de sistemas.”

Esses produtos conectados podem ser o software e a eletrônica em componentes automotivos ou peças aeroespaciais, que exigem um sistema PLM como o Aras Innovator, capaz de lidar com a compatibilidade entre plataformas, acrescentou. “O lado da eletrônica, o chicote de fios [no setor automotivo] é igual, se não maior, que outros aspectos.” A conectividade é fundamental, disse Lind. “O que você vê com os movimentos da Siemens, eles estão diretamente no ambiente de autoria. Estamos focados no nível do processo, em habilitar os recursos interdisciplinares multifuncionais e estamos no serviço de campo.

“Somos independentes de CAD”, acrescentou Lind. “Partimos da perspectiva de que as empresas têm muitas ferramentas CAD diferentes e serão capazes de reuni-las e passar para a fábrica e para as operações com o Digital Twin.

A complexidade está aumentando exponencialmente com produtos inteligentes e conectados, disse Lind. “Os produtos estão mal equipados para lidar com isso. O que isso realmente significa é que, em geral, empresas grandes e pequenas estão sendo interrompidas ”, acrescentou.

Em janeiro, Aras anunciou que adquiriu o negócio de software de manutenção, reparo e revisão (MRO) da Impresa da Infospectrum, que, segundo Aras, forneceria um conjunto de recursos complementares de MRO para ajudar os fabricantes a transformar digitalmente o desenvolvimento e a manutenção de produtos complexos. O acordo dá à Aras a capacidade de entregar PLM e MRO em uma única plataforma e estender o Digital Thread para o campo.

Aras anunciou recentemente que a montadora alemã BMW Group está implementando a plataforma Aras PLM como sua espinha dorsal para gerenciamento de dados de teste. O sistema dará suporte ao planejamento, programação, execução e documentação da montadora de testes de veículos e resultados de testes em vários estágios de desenvolvimento. O sistema Aras permite resultados de rastreabilidade e terá um papel importante no desenvolvimento de veículos de produção, segundo Aras.

Adição de EDA, design generativo e manufatura aditiva

Nos últimos dois anos, a Siemens PLM expandiu muito a amplitude de seu portfólio de simulação de automação de projeto eletrônico (EDA), adquirindo a Mentor Graphics, desenvolvedora de CAD/CAM eletrônico, por US$ 4,5 bilhões em novembro de 2016 e, mais recentemente, comprando a Solido Design Automation Inc. (Saskatoon, SK) por uma quantia não revelada. A Siemens lançou no outono passado uma atualização de seu portfólio de software de simulação Simcenter CAE, aproximadamente ao mesmo tempo que a nova atualização NX 12 CAD/CAM da empresa que inclui um módulo de manufatura aditiva.

“Estamos vendo várias mensagens importantes voltando de nossos clientes. Primeiro, a expansão contínua de eletrônicos e softwares embarcados em produtos está crescendo mais rápido do que nunca; empresas que costumavam se classificar como engenharia mecânica agora precisam competir em um mundo onde os sistemas integrados dominam”, disse Paul Brown, diretor sênior de marketing de produtos NX. “Como fornecedores de ferramentas de PLM, temos que atender a essas demandas.”

Os fabricantes estão expandindo seu uso de AM, acrescentou Brown, com empresas que buscam desenvolver produtos para melhorar o desempenho, reduzir a quantidade de peças ou reduzir o peso. “Isso é mais do que apenas um problema de fabricação. É um problema que temos que resolver durante todo o ciclo de vida, desde o projeto até a máquina”, disse ele.

As ferramentas NX mais recentes aproveitam a modelagem convergente da Siemens, observou Brown. O novo NX 12 inclui novas ferramentas que expandem os recursos na área de design generativo, com base em soluções como modelagem convergente e uso de tecnologias como otimização de topologia.

“Na linha de produtos NX, continuamos a fornecer novas soluções, como nossas tecnologias de modelagem convergente, para permitir que as empresas usem novas técnicas de modelagem para criar projetos complexos mais rápido do que nunca. A modelagem convergente também ajuda as empresas que usam abordagens de engenharia reversa para projetar, removendo os elementos demorados de conversão de dados em formas utilizáveis ​​para aplicativos downstream trabalharem”, disse Brown.

“As técnicas de modelagem generativa estão se tornando aceitas e esperadas por nossos clientes, com o sistema ajudando a sugerir soluções para problemas de projeto que podem ser iterados. Usar o poder de computação cada vez maior no desktop para explorar mais alternativas de design permite que os engenheiros adotem novas soluções para seus problemas de design”, acrescentou.

O aumento do uso de AM também permitiu que os engenheiros olhassem para novas soluções em design, abordagens que melhoram coisas como peso leve usando estruturas do tipo treliça ou novas formas que reduzem a contagem de peças e proporcionam ganhos em termos de atender às metas do produto com menos material e coisas como menos tempo de montagem, de acordo com Brown. “Essas abordagens remetem ao uso de técnicas generativas no design”, disse ele.

A Siemens continua investindo em AM, “tanto no aspecto de suporte de fabricação, olhando para novas tecnologias emergentes, como vários materiais e texturas, quanto nos aspectos de design com funcionalidade, como treliça e estruturas de suporte”, disse Brown.

O NX expande a nova solução AM no NX incluindo o novo módulo, NX AM para HP Multi Jet Fusion, certificado pela HP e desenvolvido pela Materialise, para preparar trabalhos de impressão para impressoras 3D HP Jet Fusion 4200, de acordo com a Siemens. O módulo NX permite que os clientes desenvolvam e gerenciem peças em um único ambiente de software para soluções de impressão Multi Jet Fusion, evitem conversões de dados caras e demoradas e ferramentas de terceiros e melhorem o fluxo de trabalho geral do projeto à peça acabada eficiência.

Além disso, a Siemens desenvolve aplicativos para simulação de processos de AM no Simcenter 3D, que a empresa disse ser uma ferramenta crucial para ajudar os fabricantes a industrializar a AM ao imprimir componentes na primeira vez. Esses aplicativos de simulação são parte integrante da solução de AM de ponta a ponta da Siemens.
“Tecnologias transformadoras como manufatura aditiva e robótica avançada oferecem um tremendo potencial para fabricantes de todos os tamanhos obterem uma vantagem competitiva”, disse Zvi Feuer , vice-presidente sênior de software de engenharia de fabricação da Siemens PLM Software, em um comunicado. “O NX fornece uma solução integrada para fabricantes de peças utilizarem essas tecnologias poderosas, criando a capacidade de melhorar o desempenho geral dos negócios e ajudando a criar uma oficina de máquinas verdadeiramente digital.”

Fazendo tudo funcionar

Uma questão importante para o PLM é como estendê-lo para além da organização de engenharia onde o PLM nasceu, observou Bob Yancey, diretor de estratégia da indústria de manufatura e produção da Autodesk Inc. (San Rafael, CA). “O desenvolvimento de produtos abrange mais do que engenharia, e conectar o fluxo de dados desde o projeto até a produção de manufatura é essencial para obter o valor total do PLM”, disse Yancey. “O PLM ajuda os fabricantes a garantir que indivíduos e sistemas de negócios recebam informações precisas e oportunas sobre o desenvolvimento de produtos, ajudando as pessoas a tomar melhores decisões com mais rapidez.”

A fidelidade de dados aprimorada e o desempenho do processo ao longo do ciclo de vida podem reduzir significativamente o tempo geral de lançamento no mercado, com os clientes da Autodesk relatando melhorias de 50% ou mais. Por exemplo, o processo de mudança da Mesa Labs, cliente do Autodesk Fusion Lifecycle, foi reduzido de duas semanas para dois dias desde a implementação do Autodesk PLM na nuvem, disse Yancey. “Isso é uma melhoria de 80%, alcançada através da conexão de seus dados de produtos com seu sistema ERP. Antes do PLM, os clientes da Autodesk relataram até 90% dos erros na fabricação resultantes de informações ausentes ou incorretas, criando problemas de qualidade e altas taxas de refugo.”

Outro cliente, a Novacentrix, desenvolvedora de soluções de cura fotônica, implementou o Fusion Lifecycle e viu reduções no desperdício de 84%, disse Yancey. A Willerby, fabricante de pousadas e casas de férias, viu uma redução de NCRs de 54 por mês para seis, com taxas de precisão de BOM superiores a 99%, uma melhoria de 20% em 12 meses antes, disse ele.

“Erros continuarão a acontecer e mudanças serão necessárias, mas fechar o ciclo entre manufatura, desenvolvimento de produtos e sistemas de negócios corporativos com o PLM aumenta a capacidade de aprendizado de uma empresa”, observou Yancey. “Esse aprendizado é baseado em dados agregados [fatos versus mitos] e cria um ambiente de melhoria contínua e garante a melhor execução da classe.”

A Autodesk está focada em conectar o design com os processos de fabricação downstream, disse Yancey, e tanto a simulação de produto quanto a simulação de fabricação fazem parte da conexão do design com a fabricação. “A Autodesk tem um amplo portfólio de soluções de design, simulação, fabricação e gerenciamento de dados e está na vanguarda do uso de soluções baseadas em nuvem para conectar melhor o design à fabricação em toda a cadeia de fornecimento de desenvolvimento de produto distribuído. A nuvem se tornou um divisor de águas, tornando o PLM acessível para fabricantes de todos os tamanhos, removendo barreiras de tecnologia e recursos e fornecendo colaboração segura e conectada em tempo real em qualquer lugar do mundo por meio de um navegador da web.”

Com tecnologias emergentes como AM, Indústria 4.0 e IoT, aprendizado de máquina e inteligência artificial, a natureza do PLM e o que ele precisa entregar estão mudando, disse Yancey. “O PLM precisa ir além do arquivamento de dados para analisar dados, aprender com os dados e [extrair] tendências preditivas dos dados para aproveitar as vastas quantidades de informações que agora ou existirão no processo de desenvolvimento de produtos.”

O PLM inicialmente estava focado principalmente no gerenciamento de dados do produto, mas seu papel está se expandindo com o uso de AR, observou Stuart Weiler, diretor de PLM do Elite Aerospace Group (EAG; Irvine, CA), fabricante de componentes aeroespaciais e usuário do software PTC Windchill PLM . Weiler recentemente abordou o tópico em um artigo, “PLM, Realidade Aumentada Sharpen the Cutting Edge,” Engenharia de Manufatura , março de 2017.

“Eu diria que originalmente era apenas sobre PDM”, disse Weiler. “Com o tempo, [PLM] se tornou a única fonte de verdade. Mas ainda não se integra da maneira que precisa.”

A integração do PLM está se tornando mais fácil à medida que mais fabricantes usam os mais recentes padrões abertos, como o STEP 242, disse ele. “No futuro, muitas pessoas o usarão – o STEP 242 está se tornando o padrão aceito. A maioria dos sistemas CAD funcionará bem com isso.”

Ferramentas mais recentes, como AR com PLM, representam um benefício para usuários em locais distantes de operações globais. “Todo mundo precisa acessar as informações”, disse Weiler. “A PTC tem o [Thingworks] Navigate e você não precisa conhecer o PLM. Você pode acessá-lo em qualquer lugar, e essa é realmente a tendência que precisamos.”

A última versão 1.6 do Navigate oferece aos usuários “uma espécie de painel para IoT. Eles chamam isso de mashup”, acrescentou Weiler. O software é como um único painel de vidro de todas as coisas no sistema, acrescentou, e o EAG acaba de começar a usar alguns de seus recursos de AR.

“Estamos usando um pouco de realidade aumentada”, disse ele. “Nosso objetivo é começar a usar isso no chão de fábrica.”