PLM: Capacitando um Futuro de Manufatura Conectada

Novos lançamentos adicionam versões em nuvem, simulação, realidade aumentada/virtual e ofertas aditivas, mirando o futuro IIoT da manufatura

A complexidade é onipresente nos processos atuais de projeto e manufatura de componentes. Nos mais recentes softwares de gerenciamento do ciclo de vida do produto (PLM), os fabricantes obtêm mais opções, com novas funcionalidades sendo adicionadas para ajudar a visualizar processos de manufatura com tecnologias que incluem realidade aumentada (AR) e realidade virtual (VR). Essas capacidades permitem que os fabricantes lidem com a complexidade crescente dos projetos com a Internet Industrial das Coisas (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 manufatura.

Os portfólios de PLM dos fabricantes incluem aplicações de gerenciamento de dados do produto (PDM) mais o espectro completo de CAD/CAM/CAE para projeto digital, manufatura e capacidades de visualização. Grandes desenvolvedores, incluindo Siemens PLM Software (Plano, TX), Dassault Systèmes (Paris) e PTC (Needham, MA), incluem toda a gama de ferramentas de PLM, mas alguns, incluindo Aras Corp. (Andover, MA) e outros, oferecem ferramentas específicas de PDM que incluem extensa integração e suporte a CAD, mas não sistemas tradicionais de CAD/CAM/CAE autônomos. Muitas, mas nem todas, as ofertas de PLM apresentam versões apenas em nuvem ou, como a Aras, estão disponíveis em soluções tanto on-premise quanto baseadas em nuvem. O PLM também inclui as ferramentas críticas de manufatura digital que permitem aos fabricantes dispor equipamentos de chão de fábrica e testar processos antes de finalizar projetos de plantas. Recentemente, desenvolvedores adicionaram módulos ou aplicações separadas que expandem seu alcance na arena da manufatura aditiva (AM).

Visualizando o Processo de Manufatura

Acelerar processos de desenvolvimento de produtos e melhorá-los com informações mais rápidas, melhores e precisas são objetivos importantes para o PLM à medida que a indústria avança rumo ao IIoT. A realidade aumentada na revisão de design está fazendo a diferença, segundo Francois Lamy, vice-presidente de gerenciamento de soluções PLM da PTC.

"À medida que as equipes se tornam mais globalmente distribuídas, às vezes pode ser difícil envolver todos na revisão de um projeto de produto de forma oportuna, coletar todas as informações necessárias e capturar feedback para ações futuras", observou Lamy. "Usando realidade aumentada (AR), os membros da equipe podem visualizar, interagir e fornecer feedback sobre projetos de produtos de qualquer lugar do mundo. A AR torna possível que os stakeholders 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 das aplicações IoT Thingworx (em 2013) e da plataforma AR Vuforia (em 2015), a PTC tem construído continuamente 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 produto para entender e aproveitar dados de produtos em campo", disse Lamy. "Anotar 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 produto."

Ter um sistema PLM abrangente fornece uma base sólida para aproveitar capacidades de IoT, acrescentou. "Consolidando todas as informações do produto em uma única definição digital de produto, as organizações podem garantir que os stakeholders estejam acessando as informações mais precisas e atualizadas do produto", disse. "Com um sistema PLM, todas as informações são simplificadas em um único formato de lista de materiais (BOM)."

Clientes buscam soluções para lidar com a complexidade crescente de seus sistemas, a demanda por 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, precisam acelerar a inovação e reduzir custos. Como resultado, as empresas buscam implementar plataformas de inovação de produto que transformem digitalmente suas empresas.

"Vemos grande interesse em empresas que buscam realizar o valor da implantação na nuvem", adicionou Coleman. "Usando uma solução pronta para nuvem, as empresas podem abrir a empresa para stakeholders internos e externos que, a qualquer hora, em qualquer lugar, podem participar da colaboração, com flexibilidade e escalabilidade para crescer conforme a necessidade."

Há muito interesse em agregar valor através de tecnologias como AM, disse Coleman, e em realidade aumentada. "Nosso Centro 3DExperience em Wichita, que é uma colaboração entre WSU [Wichita State University] e NIAR [National Institute for Aviation Research], abriu no ano passado e temos empresas de todas as indústrias visitando para ver como podem incorporar e aproveitar as tecnologias mais recentes como parte de sua transformação digital", disse. "Um exemplo dessa colaboração é examinar e aprender como células MRAM [Multiple Robotic Manufacturing Advanced Manufacturing] híbridas podem integrar flexivelmente diferentes tecnologias como VR/AR, IoT e machine learning para ajudar as empresas a construir as fábricas do futuro com máxima agilidade de produção."

Desmembrando a Complexidade

Produtos e sistemas complexos podem desafiar os engenheiros mais inteligentes hoje, e a indústria precisa de soluções mais criativas para ajudar a navegar essa complexidade crescente, frequentemente devida ao alto nível de software inerente a produtos para o IIoT.

"Tradicionalmente houve uma ênfase desproporcional no lado CAD", observou Marc Lind, vice-presidente sênior de estratégia da Aras. "Começamos com uma perspectiva de PLM, capacitando capacidades cross-platform para desenvolver produtos sofisticados. Hoje em dia é realmente mais sobre 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 compatibilidade cross-platform, acrescentou. "O lado da eletrônica, o chicote de fios [em automotivo] é igual ou maior que outros aspectos." Conectividade é chave, disse Lind. "O que você vê com os movimentos da Siemens, eles estão direto no ambiente de autoramento. Estamos focados no nível de processo, sobre capacitar capacidades cross-funcionais cross-disciplina, e estamos no serviço de campo.

"Somos CAD-agnósticos", adicionou Lind. "Começamos da perspectiva de que as empresas têm muitas ferramentas CAD diferentes e elas poderão trazê-las juntas e mover para a fábrica e para operações com o Digital Twin.

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

Em janeiro, a Aras anunciou que havia adquirido o negócio de software de manutenção, reparo e revisão (MRO) Impresa da Infospectrum, o que, segundo a Aras, forneceria um conjunto de capacidades MRO complementares para ajudar fabricantes a transformar digitalmente o desenvolvimento e 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.

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

Adicionando EDA, Design Generativo e Manufatura Aditiva

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

"Estamos vendo várias mensagens-chave voltando de nossos clientes. Primeiro, a expansão contínua de eletrônica e software embarcados em produtos está crescendo mais rápido do que nunca; empresas que costumavam se classificar como engenharia mecânica agora se veem tendo que competir em um mundo onde sistemas integrados dominam", disse Paul Brown, diretor sênior de marketing de produto NX. "Como fornecedores de ferramentas PLM, temos que atender a essas demandas."

Fabricantes estão expandindo seu uso de AM, adicionou Brown, com empresas buscando evoluir produtos para melhorar desempenho, reduzir contagem de peças ou reduzir peso. "Isso é mais do que apenas um problema de manufatura. É um problema que temos que resolver através de todo o ciclo de vida, do projeto à máquina", disse.

As ferramentas NX mais recentes aproveitam o modelamento convergente da Siemens, observou Brown. O novo NX 12 inclui novas ferramentas que expandem capacidades na área de design generativo, baseando-se em soluções como modelamento convergente e uso de tecnologias como otimização topológica.

"Na linha de produtos NX continuamos a entregar novas soluções como nossas tecnologias de Modelamento Convergente para permitir que empresas usem novas técnicas de modelagem para criar projetos complexos mais rápido do que nunca. O modelamento convergente também ajuda empresas que usam abordagens de engenharia reversa para projetar, removendo elementos demorados de conversão de dados em formas utilizáveis para aplicações downstream trabalharem", disse Brown.

"Técnicas de modelagem generativa estão se tornando tanto aceitas quanto esperadas por nossos clientes, tendo o sistema ajudar a sugerir soluções para problemas de projeto que podem ser iteradas. Usando o poder computacional cada vez maior no desktop para explorar mais alternativas de projeto permite que engenheiros adotem novas soluções para seus problemas de projeto", acrescentou.

O uso aumentado de AM também permitiu que engenheiros olhassem para novas soluções em projeto, abordagens que melhoram coisas como leveza usando estruturas tipo treliça, ou novas formas que reduzem contagem de peças e entregam ganhos em termos de atingir metas de produto com menos material e coisas como menos tempo de montagem, segundo Brown. "Essas abordagens voltam ao uso de técnicas generativas no projeto", disse.

A Siemens continua investindo em AM, "tanto do aspecto de suporte à manufatura olhando para novas tecnologias emergentes como múltiplos materiais e texturas, quanto nos aspectos de projeto com funcionalidades como estruturas de treliça e 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 alimentado pela Materialise, para preparar trabalhos de impressão para impressoras 3D HP Jet Fusion 4200, segundo a Siemens. O módulo NX permite que clientes desenvolvam e gerenciem peças em um único ambiente de software para soluções de impressão Multi Jet Fusion, evitem conversões de dados custosas e demoradas e ferramentas de terceiros, e melhorem a eficiência geral do fluxo de trabalho design-to-finished-part.

Adicionalmente, a Siemens desenvolve aplicações para simulação de processo AM no Simcenter 3D, que a empresa diz ser uma ferramenta crucial para ajudar fabricantes a industrializar AM imprimindo componentes right-first-time. Essas aplicações de simulação são parte integral da solução AM ponta a ponta da Siemens.

"Tecnologias transformadoras como manufatura aditiva e robótica avançada oferecem tremendo potencial para fabricantes de todos os tamanhos ganharem vantagem competitiva", disse Zvi Feuer, vice-presidente sênior de software de engenharia de manufatura da Siemens PLM Software, em comunicado. "O NX fornece uma solução integrada para fabricantes de peças utilizarem essas poderosas tecnologias, criando a capacidade de melhorar o desempenho geral do negócio e ajudando a criar uma verdadeira oficina de máquinas digital."

Fazendo Tudo Funcionar

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

Melhor fidelidade de dados e desempenho de processos ao longo do ciclo de vida pode reduzir significativamente o tempo total de colocação no mercado, com clientes da Autodesk reportando melhorias de 50% ou mais. Por exemplo, o processo de mudança do cliente Autodesk Fusion Lifecycle Mesa Labs foi reduzido de duas semanas para dois dias desde a implementação do PLM Autodesk na nuvem, disse Yancey. "Isso é uma melhoria de 80%, alcançada conectando seus dados de produto com seu sistema ERP. Pré-PLM, clientes Autodesk reportaram até 90% dos erros em manufatura resultam de informações ausentes ou incorretas, criando problemas de qualidade e altas taxas de sucata."

Outro cliente, Novacentrix, desenvolvedor de soluções de cura fotônica, implementou Fusion Lifecycle e viu reduções de desperdício de 84%, disse Yancey. Willerby, fabricante de lodges e casas de férias, viu redução de NCRs de 54 por mês para seis, com taxas de precisão de BOM excedendo 99%, uma melhoria de 20% em 12 meses anteriores, disse.

"Erros continuarão a acontecer e mudanças serão necessárias, mas fechar o ciclo entre manufatura, desenvolvimento de produto e sistemas de negócios empresariais com PLM aumenta a capacidade de uma empresa de aprender", observou Yancey. "Essa aprendizagem é baseada em dados agregados [fatos vs. mitos] e cria um ambiente de melhoria contínua e garante execução best-in-class."

A Autodesk está focada em conectar projeto com processos de manufatura downstream, disse Yancey, e tanto simulação de produto quanto simulação de manufatura são parte de conectar projeto com manufatura. "A Autodesk tem um amplo portfólio de soluções de projeto, simulação, manufatura e gerenciamento de dados, e tem estado na vanguarda do uso de soluções baseadas em nuvem para conectar melhor projeto a manufatura através de uma cadeia de suprimentos de desenvolvimento de produto distribuída. A nuvem se tornou um game-changer, tornando PLM acessível para fabricantes de todos os tamanhos, removendo barreiras de tecnologia e recursos e fornecendo colaboração segura, conectada e em tempo real em qualquer lugar do mundo através de um navegador web."

Com tecnologias emergentes como AM, Indústria 4.0 e IoT, machine learning e inteligência artificial, a natureza do PLM e o que ele precisa entregar estão mudando, disse Yancey. "O PLM precisa ir além de apenas arquivar dados para analisar dados, aprender com dados, e [extrair] tendências preditivas dos dados para aproveitar as vastas quantidades de informação que agora ou existirão no processo de desenvolvimento de produto."

O PLM inicialmente focava principalmente em gerenciamento de dados do produto, mas seu papel está se expandindo com o uso de AR, observou Stuart Weiler, diretor de PLM no Elite Aerospace Group (EAG; Irvine, CA), fabricante de componentes aeroespaciais e usuário do software PTC Windchill PLM. Weiler abordou recentemente o tema em um artigo, "PLM, Realidade Aumentada Afiam o Corte", Manufacturing Engineering, março de 2017.

"Diria que originalmente era apenas sobre PDM", disse Weiler. "Com o tempo, [o PLM] tornou-se a única fonte da verdade. Mas ainda não integra da maneira que precisa."

A integração do PLM está se tornando mais fácil à medida que mais fabricantes usam os padrões abertos mais recentes, como STEP 242, disse. "Daqui para frente, haverá muitas pessoas usando — STEP 242 está se tornando o padrão aceito. A maioria dos sistemas CAD vai funcionar bem com ele."

Ferramentas mais novas como AR com PLM representam um benefício para usuários em locais distantes de operações globais. "Todos precisam acessar a informação", disse Weiler. "A PTC tem [Thingworks] Navigate e você não precisa conhecer PLM. Pode acessar de qualquer lugar, e essa é realmente a tendência que precisamos."

A versão 1.6 mais recente do Navigate dá aos usuários "tipo de um dashboard para IoT. Eles chamam de mashup", adicionou Weiler. O software é como um único painel de vidro de todas as coisas no sistema, adicionou, e a EAG começou a usar algumas de suas capacidades de AR.

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