Gêmeos Digitais PLM Entregam Visão Virtual em Tempo Real na Manufatura

Com as mais recentes ferramentas de gestão de ciclo de vida do produto (PLM), fabricantes visam acelerar desenvolvimentos usando o Fio Digital, um conjunto integrado de soluções CAD/CAM/CAE e cPDM (gestão colaborativa de dados de produto) que tecem juntos novos Gêmeos Digitais de processos de manufatura. À medida que máquinas no chão de fábrica estão mais conectadas do que nunca na era da Internet Industrial das Coisas (IIoT), as aplicações de engenharia no PLM estão se tornando mais estreitamente entrelaçadas com o lado de gestão de dados da moeda, permitindo comunicações mais rápidas e fáceis entre grandes organizações globais de manufatura.

A indústria de sistemas PLM está crescendo a uma taxa saudável, segundo a mais recente análise do pesquisador de mercado CIMdata Inc. (Ann Arbor, MI), que avaliou o PLM geral em quase $39 bilhões em 2015. "O mercado PLM cresceu para $38,7 bilhões no geral em 2015, crescimento de 2,8% sobre 2014", notou Stan Przybylinski, vice-presidente de Pesquisa da CIMdata. "Quando olhado em moedas constantes, essa taxa de crescimento seria 8,2% sobre 2014."

A maioria dos líderes de mercado PLM tiveram forte crescimento em moedas constantes, e todos continuaram a fazer aquisições estratégicas para expandir seus portfólios e, em alguns casos, entrar em novos mercados, disse Przybylinski. "Olhando para 2020, a CIMdata prevê o mercado PLM crescer a uma taxa de crescimento anual composta [CAGR] de 6,3% para $52,3 bilhões", disse Przybylinski.

Empresas fazem investimentos PLM em muitos tipos de soluções incluindo CAD mecânico, simulação e análise, visualização e colaboração, design de construção, e outros, notou Przybylinski, e esta diversidade é refletida no fato de que nenhum tipo único de provedor domina a indústria. Em 2015, um número maior de provedores gerou receitas substanciais que representam investimentos relacionados a PLM, com 16 fornecedores gerando receita PLM em excesso de $500 milhões tanto das ferramentas quanto dos segmentos cPDM, disse Przybylinski. "Três provedores de solução, Dassault Systèmes, PTC e Siemens PLM Software, são grandes provedores de ambas ferramentas e tecnologia cPDM", ele notou, "enquanto outros, como Autodesk e Mentor Graphics, são principalmente provedores de ferramentas que focam em segmentos específicos dentro do mercado geral."

Acelerando Designs de Produto

Trabalhando com designers automotivos em equipes de corrida de Fórmula 1 ajudou os desenvolvedores na Siemens PLM Software (Plano, TX) a aprender como melhor implantar sistemas PLM usados pelos corredores, notou Jim Rusk, vice-presidente sênior e chief technical officer da Siemens PLM. "Somos capazes de aprender com eles. Eles estão correndo por uma semana para fornecer os melhores componentes possíveis para suas equipes", ele disse. "Realmente é um ambiente muito dinâmico — e a competição deles está fazendo a mesma coisa."

Acelerar iterações de produto permitiu à Siemens ver como melhor ajudar equipes de corrida na Fórmula 1 e também em corridas de aeronaves com a equipe Red Bull. A Siemens anunciou recentemente que seu software foi usado nos últimos três anos ajudando a Land Rover BAR (Ben Ainslie Racing) a projetar, avaliar, verificar e produzir o catamarã Britain's America's Cup Class (ACC) no prazo e no orçamento.

Mais de 85.000 horas de design e construção resultaram em um barco de 15 m que inclui 1.200 m de cabeamento eletrônico e elétrico conectando 190 sensores e quatro câmeras de vídeo. Trabalhando com a Siemens, a equipe gerenciou com sucesso seu cronograma ambicioso usando um ambiente de software integrado para PLM amarrando múltiplas disciplinas juntas perfeitamente. A Siemens e a Land Rover BAR batizaram o catamarã "Rita" em fevereiro em uma cerimônia na ilha de Bermuda, visando trazer a America's Cup de volta a onde tudo começou em 1851.

"A tecnologia de software da Siemens nos permitiu simular, analisar e testar soluções de design através do processo de design e construção", disse Andy Claughton, chief technology officer da Land Rover BAR. "Usar este software economizou tempo e nos permitirá continuar a fazer melhorias até a competição, onde esperamos trazer a Copa para a Grã-Bretanha pela primeira vez na história da corrida."

A equipe de corrida da Land Rover BAR escolheu soluções Siemens para adotar um ambiente virtual integrado para modelagem digital e simulação. A Land Rover BAR usa Siemens NX para design de produto, software de gestão de dados Teamcenter, portfólio de software Fibersim para engenharia de compósitos e portfólio de software Simcenter da Siemens, incluindo software Femap e Star CCM+ para análise de elementos finitos (AEF) e análise de dinâmica de fluidos computacional (CFD).

"Eles estão correndo por uma semana para fornecer os melhores componentes possíveis para suas equipes. Realmente é um ambiente muito dinâmico — e a competição deles está fazendo a mesma coisa."

Criar o ambiente de design mais rápido e eficiente é chave para equipes de corrida — seja em terra, ar ou mar. Rusk notou que equipes NASCAR operam similarmente aos modelos de Fórmula 1, requerendo designs rápidos e componentes altamente precisos, frequentemente criados com materiais exóticos incluindo compósitos avançados feitos com processos de manufatura aditiva.

"Vemos isso nos EUA também, onde há um número de equipes NASCAR fazendo trabalho similar. Eles passam pela mesma coisa, preparando para a próxima corrida", disse Rusk. "Também estamos em implantações muito grandes em grandes empresas globais de manufatura."

Impulsionando estes desenvolvimentos está uma necessidade de engenharia de sistemas avançada, encontrando as formas mais rápidas e eficientes de desenvolver designs de produtos inovadores. "Empresas estão dizendo 'Queremos chegar mais cedo e mais cedo', em seus designs", disse Rusk, "e oferecemos simulação e gestão detalhada daqueles processos.

"A definição maior de PLM é como podemos ajudar empresas mais cedo em seu ciclo de design. Eles querem saber como o produto vai performar contra o design. Fazemos isso com muito conhecimento antecipado, dando a eles formas boas e flexíveis de colaborar." Elementos importantes para ajudar designers incluem novas capacidades de diagrama de arquitetura adicionadas no Siemens Teamcenter e capacidades adicionais de simulação, como a aquisição da LMS pela Siemens alguns anos atrás que adicionou o Image Lab, dando aos usuários testes necessários contra cenários do mundo real, ele notou. A Siemens também adquiriu mais recentemente a CD-adapco, que inclui o software CCM+ usado para simulações térmicas 3D avançadas. "É realmente um produto que escala muito bem", disse Rusk, notando que CCM+ é usado em fluxo subsônico e sônico para aeroespacial, ele disse, e para mistura ar-combustível para motores de combustão interna.

Chamando os Gêmeos Digitais

Virtualmente todos desenvolvedores PLM enfatizam este conceito de gêmeo digital em estratégias de software de desenvolvimento de produto, junto com muitos outros elementos incluindo a expansão contínua de funcionalidades de design e desenvolvimento colaborativo de produto.

Tendências-chave suportadas pela plataforma 3DExperience da Dassault Systèmes (Paris) e aplicações de marca associadas incluem desenvolvimento orientado ao cliente, simulação/teste/otimização de experiência virtual, empresa baseada em modelo, implantação em nuvem com Software-as-a-Service (SaaS), aplicações orientadas a dados, fio digital, gêmeo digital e gêmeo virtual, big data, IoT, aplicações baseadas em navegador sem plugin, dashboards e widgets, e business intelligence com analytics PLM, notou Eric Green, vice-presidente da Dassault Systèmes, Experiência do Usuário Delmia e Advocacia.

"Eficiência de inovação é frequentemente impedida por múltiplas passagens de mão através de disciplinas e funções, devido a descontinuidade em processos e sistemas, resultando em alongamento de cronogramas e retrabalho", disse Green. "A geração mais antiga de sistemas PLM eletrônicos conectava os silos juntos, enquanto em uma plataforma digital, os silos são eliminados." A arquitetura digital V6, introduzida pela Dassault em 2008, definiu um modelo de dados comum através do CATIA para design, Simulia para simulação, Delmia para manufatura e Enovia para aplicações de governança, disse Green, permitindo usuários conectarem online a uma única definição digital e colaborarem em tempo real.

Proliferação de dados fez todo negócio dependente de dados, e todo negócio precisa transformar suas metodologias para se tornar tanto orientado a dados quanto orientado a analytics para garantir que toda decisão de negócio maximizará performance global, disse Green. O desafio do negócio de hoje é tanto como lidar com o caos de dados e proliferação de novas fontes de informação, e como garantir que toda decisão de negócio é baseada neste caos de dados, ele disse.

"É por isso que analytics de auto-serviço está aqui para impor governança de dados em todo nível da empresa, empoderando todo usuário de negócio a analisar diferentes fontes de dados e realizar sua própria análise sem qualquer tipo de suporte de TI", disse Green. "Usuários de negócio estão principalmente confiando em equipes de TI para fornecer novas views de analytics que tornam a responsividade a nova informação lenta e ineficaz. Além disso, eles aproveitam Excel para modificar os dados e construir relatórios que fornecerão apenas uma parte da realidade; não há fonte única de verdade."

Ao entregar analytics de auto-serviço, usuários são capazes de acelerar o tempo de ciclo para criar novas views, ele disse, onde todo usuário de negócio pode arrastar-e-soltar caixas para construir novas views que são baseadas ou diretamente ligadas ao sistema de informação.

O surgimento de novas tecnologias para manufatura está aproveitando avanços técnicos PLM, especialmente nas áreas de novos materiais e processos de manufatura aditiva, afirmou Green. "Os ganhos econômicos da manufatura aditiva são dramáticos e as mudanças no design são ainda mais significativas", disse Green. "Manufatura aditiva permite tipos inteiramente novos de peças e produtos a serem criados. Designers terão pranchas de desenho em branco, por assim dizer, que lhes permitem perguntar, 'Em um mundo ideal, como esta peça deveria parecer?' Designers estão descobrindo que formas orgânicas encontradas na natureza são às vezes melhores e mais aerodinâmicas que as formas industriais desajeitadas que prevaleceram no passado.

"Este tipo de 'design generativo, funcional' alimenta a Economia da Experiência e revolucionará a manufatura, requerendo que fabricantes redesenhem produção e planejamento de processo e a forma como engenharia de materiais é conduzida", disse Green. "Ter as capacidades para habilitar esta nova forma de pensar, de ciências de materiais, através de design 3D, simulação, e operando com manufatura aditiva, ajuda empresas a transformar seus negócios."

Integrando PLM no Processo

Com o surgimento da IIoT, empresas com produtos complexos estão procurando formas melhores de integrar suas operações de manufatura, notou Doug Macdonald, diretor de marketing de produto, Aras Corp. (Andover, MA), desenvolvedora da plataforma PLM Aras Innovator. Mas com sistemas desconectados de hoje, autorar e reconciliar MBOMs, planos de processo e instruções de trabalho, e garantir sincronização com designs de produtos em evolução pode ser demorado e propenso a erros.

Fabricantes podem ganhar vantagem competitiva quando Planejamento de Processo de Manufatura (MPP) é integrado e capaz de rastrear perfeitamente dados e processos de manufatura, ele notou. "A chave é alavancar uma plataforma PLM que suporte plano de processo gráfico e concorrente, MBOM [Lista de Materiais de Manufatura] e autoria de instruções de trabalho mais reconciliação automática EBOM/MBOM [BOM Eletrônica/MBOM] em tempo real."

Algumas novas capacidades da Aras abordam estes desafios, com nova funcionalidade que integra PLM e MPP. Estas novas features incluem planos de processo controlados por versão detalhando operações, passos, peças consumidas, recursos utilizados, habilidades, documentos referenciados; autoria concorrente de instruções de trabalho eletrônicas visualmente ricas; MBOM controlado por versão derivado de EBOM usando edição drag-and-drop; criação concorrente de plano de processo e MBOM; reconciliação automática EBOM/MBOM e MBOMs e planos de processo específicos de planta.

A Aras cita pesquisa do Digital Manufacturing and Design Innovation Institute (DMDII; Chicago) mostrando 81% das empresas reconhecem que uma transformação digital na manufatura é um elemento chave para sua competitividade futura, mas apenas 14% dizem que estão adequadamente equipadas hoje com as tecnologias e expertise necessárias. O MPP da Aras é construído em uma única plataforma que é flexível, escalável e atualizável, e fornece capacidades conectadas para EBOM, configuração e gestão de mudanças, requisitos, qualidade e outras áreas. O MPP da Aras também é projetado para integrar com ambientes ERP, MES e PDM legados existentes para fornecer estas novas capacidades de processo no topo de sistemas empresariais existentes. Ao sobrepor a plataforma Aras sobre sistemas existentes, grandes empresas podem evitar o risco e disrupção de uma abordagem "rip-and-replace" e impulsionar transformação digital mais rapidamente.

"Acreditamos que os processos que abrangem desenvolvimento de produto e engenharia de manufatura são uma fundação necessária que deve ser abordada upfront para Indústria 4.0 ou IoT funcionar", disse Peter Schroer, CEO da Aras. "Empresas com fábricas por todo o mundo precisam de uma forma melhor para impulsionar transformação mais rápido, é por isso que você pode sobrepor legado existente com nossa plataforma e obter novas capacidades imediatamente que suportam diretamente sua estratégia."