Aproveitando Software PLM para Impulsionar Adoção do Industrial IoT

Com as mais recentes ferramentas PLM, fabricantes podem ganhar vantagem na implementação de soluções colaborativas de design e visualização de ponta da manufatura digital.

Soluções de manufatura digital com ferramentas de gestão de ciclo de vida de produto (PLM) têm grande potencial para fabricantes eventualmente desbloquearem totalmente a promessa da Internet Industrial das Coisas (IIoT). Nos últimos anos, novas ferramentas virtuais colaborativas em soluções PLM que incorporam visualizações altamente realistas, incluindo realidade aumentada (AR), ajudaram a mover a barra rumo a uma maior realização da promessa do IIoT para manufatura.

Com as mais recentes ofertas PLM, fabricantes podem alavancar ferramentas best-in-class de CAD/CAM/CAE e gestão de dados de produto (PDM) do PLM que cada vez mais implantam técnicas de design mais novas como engenharia generativa, visualizações AR, e outras simulações vinculadas firmemente em uma cadeia de ciclo de vida de produto que é mais habilitada pelos equipamentos de automação avançada altamente conectados, baseados em sensores de hoje. Mais soluções PLM on-premises e baseadas em nuvem podem agora criar um gêmeo digital que ajuda a vincular precisamente o mundo virtual aos ativos físicos dos fabricantes no chão de fábrica.

Além disso, o nível crescente de software e eletrônica em produtos voltados para manufatura conectada exige que desenvolvedores criem novas formas de criar e gerenciar firmware e conteúdo eletrônico.

Transformação Digital

Simulação desempenha papel chave na transformação da manufatura digital, e a maioria dos principais desenvolvedores PLM moveram-se para incorporar totalmente ferramentas avançadas de visualização em suas caixas de ferramentas PLM.

"Estamos começando a impulsionar mais rumo a soluções transformacionais que ajudam a trazer valor a nossos clientes. Claro, temos grande investimento em ferramentas e produtos de simulação", disse Jim Rusk, diretor técnico chefe para Siemens PLM Software baseada em Plano, Texas, desenvolvedora do PLM Teamcenter e seus vários produtos relacionados CAD/CAM/CAE. "Estamos descobrindo que clientes buscam declarações de valor em torno de engenharia generativa, integração de eletrônica nas soluções, e como trazem dados de desempenho de produto da Internet das Coisas [IoT], realmente alavancando nuvem e colaboração para ter o fluxo de informação."

A Siemens fez várias aquisições de simulação em grande escala nos últimos anos, bem como compra de US$ 4,5 bilhões em novembro de 2016 da Mentor Graphics, desenvolvedora de software de automação de design eletrônico (EDA).

"Não podemos fazer essas coisas sem as ferramentas centrais subjacentes que produzimos", disse Rusk das peças relacionadas CAD/CAM/CAE da empresa. "PLM tem papel central nisso, e automação de design eletrônico é outra parte importante, com nossa aquisição da Mentor. Fizemos muitos avanços em como trazemos isso. Nossos clientes estão construindo produtos que não têm apenas tremendo conteúdo mecânico mas também elétrico e software, então realmente temos que trazer capacidades muito mais orientadas a solução, como engenharia generativa, eletrônica integrada, e [veículos] autônomos. Todos estes são elementos realmente críticos das soluções que estamos trazendo adiante."

O que também está impulsionando esta transformação digital é fabricantes olhando de forma renovada para operações, com disposição para mudar suas práticas básicas de negócio. "Todas as empresas com as quais lidamos, sem exceção, em manufatura pesada, alta tecnologia e ciências da vida, têm iniciativas de transformação digital onde estão realmente tentando mudar fundamentalmente a forma como operam e repensar como entregam valor a seus clientes", disse Marc Lind, vice-presidente sênior, Aras Corp., Andover, Mass., desenvolvedora do software PLM Aras Innovator.

"Todos têm nível de urgência forçando mudanças profundas no negócio e nas operações. Então não é apenas a tecnologia envolvida, mas a forma como você faz negócio", notou Lind. "No contexto do pano de fundo da tendência de negócio, isso significa por definição que os processos digitais de amanhã não existem hoje", disse Lind. "Não há software out-of-the-box que você pode comprar para satisfazer processos e requisitos que não existem e estão emergindo."

Dependendo da empresa, esta transformação toma diferentes formas e estruturas, adicionou Lind. "Estamos trabalhando intimamente com eles para repensar processos até o que já sabem, o que estão tentando accomplir, [e como podem desenvolver] um jeito de chegar lá muito mais rápido que com projeto de cinco anos."

Tecnologia digital, que habilita experiências virtuais, está impulsionando um renascimento da indústria que está abalando todos os setores da sociedade com novas formas — tanto reais quanto virtuais — de inventar, aprender, produzir e negociar, segundo Garth Coleman, vice-presidente de marketing Enovia para Dassault Systèmes, Waltham, Mass., e Vélizy-Villacoublay, França.

"Em fablabs ao redor do mundo, qualquer um pode criar um objeto inteligente, conectado, em apenas algumas horas", disse ele. "Startups estão disruptando indústrias inteiras e pilares de tijolo e argamassa estão se reinventando com novos modelos de negócio orientados a serviço. OEMs estão engenheirando conexões digitais profundas com seus fornecedores, transformando cadeias de suprimento em redes de valor. O que está acontecendo é muito maior que conceitos como 'transformação digital' podem explicar."

Mundos virtuais — ecossistemas digitais completos que permitem usuários estender e melhorar o mundo real — estão habilitando inovadores a simultaneamente imaginar, mapear, modelar e engenheirar ambientes inteiramente novos pela primeira vez, segundo Coleman.

"E plataformas de experiência digital são a infraestrutura destes mundos virtuais, reduzindo a zero a distância entre lugares, pessoas, ideias e soluções enquanto habilitam novas formas de pensar, aprender, agir e interagir", disse ele. "IDC prevê que até 2020, pelo menos 55% das organizações serão digitalmente determinadas, transformando mercados e reimaginando o futuro através de novos modelos de negócio e produtos e serviços digitalmente habilitados.

"Oferecer experiências individualizadas profundas requer sinergia perfeita de tecnologias", ele continuou. Nesta sinergia, "o real e virtual se fundem em plataformas de experiência virtual para estender colaboração a ecossistemas completos de contribuidores, tanto dentro de uma empresa quanto a redes virtuais de fornecedores, parceiros, clientes e prospects. Isso definitivamente não é o PLM do seu pai!"

Liderando o Caminho

Ferramentas de visualização, particularmente uso mais amplo de aplicações AR e CAE, estão ajudando fabricantes a transformar processos de design e engenharia do PLM para adaptar-se à nova era da Indústria 4.0 e IIoT. Da mesma forma, engenharia generativa ajuda a acelerar designs dos clientes e adiciona capacidades de otimização à mistura para melhores resultados gerais.

Em janeiro de 2019, a Siemens emitiu a mais recente atualização de sua série Simcenter 3D de aplicações de simulação para aplicações CAE, incluindo ferramentas de dinâmica de fluidos computacional (CFD) e análise de elementos finitos (FEA). No ano passado, a empresa comprou a Comsa Computer und Software GmbH, desenvolvedora baseada em Munique de software para design de sistemas elétricos e engenharia de chicotes. A suíte LDorado da Comsa de design e engenharia de chicotes automotivos juntar-se-á ao portfólio de aplicações Mentor da Siemens.

"Estamos vendo mais interesse em trazer mais engenharia de conceito inicial, front-end — realmente engenharia de sistemas", disse Rusk da Siemens, notando que clientes buscam requisitos de produto iniciais, parâmetros, e modelos de simulação. No mundo automotivo, particularmente veículos autônomos, "há tremenda quantidade de engenharia de sistemas e elétrica que entra nisso", disse Rusk. "Queremos deixar nossos clientes integrar perfeitamente aqueles sistemas."

As simulações estendem-se a aplicações de manufatura aditiva, que são parte do Simcenter 3D, e ajudam a fechar o ciclo na manufatura, alimentando informação em torno de gêmeos digitais e de volta à fábrica, ele adicionou.

Há novo nível de ênfase em engenharia de sistemas, disse Lind da Aras, e particularmente em engenharia baseada em modelo, enquanto fabricantes lidam com designs habilitados por software, eletrônica e sensores. "Com eletrificação e autônomo, a indústria auto está em convulsão, e aviação também", disse Lind. "É realmente across the board."

Nova tecnologia incluída na mais recente plataforma PLM da Aras é a capacidade de lidar com variância e opções, disse Lind, permitindo customizações maiores de opções em produtos automotivos, tanto mecânicos quanto em recursos habilitados por software como unidades de controle eletrônico (ECUs) e outros itens específicos de software. "O nível de variação está realmente disparando", disse ele. "Você precisa saber qual software flashar no chip [em firmware], então o nível de software é [customizado] no nível do VIN."

Na frente de simulação, a Aras também adquiriu funcionalidade muito necessária com sua compra em setembro de 2018 da Comet Solutions Inc., desenvolvedora baseada em Albuquerque, N.M. de ferramentas de gestão de processo e dados de simulação (SPDM) para conectar usuários de simulação à empresa. Oferecido agora como parte da assinatura PLM da Aras, os SimApps da empresa são aplicações vendor-agnostic que se juntam à abordagem aberta da Aras para conectar usuários com uma gama de ferramentas CAD, FEA, malha, simulação 0D/1D e outras aplicações para configuração de produto de ciclo de vida e design cross-discipline.

"Com todas as coisas que estamos falando — MBE e MBSE, gêmeo digital, definição de fábrica — uma vez que você tem uma configuração digital ou modelo, o que você quer fazer é simular em condições reais", disse Lind. "Você quer saber se esta coisa vai performar, qual o tempo médio antecipado antes de falha [MTBF], e como antecipo falhas na fábrica, ou com aeronaves em campo? Você quer ser capaz de simular isso."

Simular processos com SimApps da Comet dá aos clientes da Aras nova ferramenta para gerenciar enormes volumes de dados de simulação, notou Lind. "A ideia de simulação também é muito especializada", disse ele. "Assim como no design, estas capacidades reais de simulação são isoladas, tipos específicos de análise como FEA e CFD que mostram turbulência ou ESD [descarga eletrostática]. É tão especializado e é o que nossos maiores clientes querem porque estas simulações pipocam por todo lado e não houve boa forma de gerenciar os dados que são gerados delas."

Processos de fabricantes tipicamente envolvem grandes execuções de simulações incrementais, ele disse. "Não é uma única execução. Muda um parâmetro, incrementa, então roda a simulação de novo. Você faz isso de novo e de novo e acaba com um monte de input de dados", disse Lind de processos que poderiam envolver cinco a sete ambientes de solver diferentes. Tomar abordagem aberta também é vantagem, disse ele.

"Grandes provedores das simulações tendem a organizar em torno de seus próprios toolsets. Não há ninguém que diga 'vamos tomar abordagem aberta'. Estamos fazendo um level playing field. Gerenciaremos across the market, de forma consistente, e você será capaz de proceduralizar cross disciplines downstream. Simulação de gêmeo digital está chegando. Não muita gente está fazendo isso agora."

A Dassault também fez movimento recente em simulação com parceria anunciada em janeiro de 2019 para incorporar o Autonomous Vehicle Simulation Suite da Cognata Ltd., desenvolvedora baseada em Rehovot, Israel, na plataforma PLM 3DExperience da Dassault Systèmes. A Dassault disse que a parceria oferecerá solução first-of-its-kind para fabricantes de veículos autônomos definirem, testarem e experimentarem direção autônoma ao longo do ciclo de desenvolvimento dentro da plataforma 3DExperience. Isso promete acelerar a adição de processos de desenvolvimento de veículos autônomos totalmente integrados para veículos autônomos mais precisos e seguros nas ruas.

"A parceria com Dassault Systèmes acelerará o desenvolvimento de veículos autônomos ao tornar simulação componente integral, seamless, do processo de engenharia", disse Danny Atsmon, CEO e fundador da Cognata, em declaração. "Quanto mais cedo a simulação é utilizada, mais fácil é para engenheiros modificar cada componente do veículo autônomo e testá-lo através de ambiente virtual, para ver como funciona uma vez incorporado no veículo e confrontado com edge cases inesperados."

Muitas empresas estão utilizando simulação computacional para testar conceitos novos em ambientes virtuais, trabalhando mais rápido e assegurando resultados otimizados antes de lançar produtos no mundo real, adicionou Coleman da Dassault.

"Simulação acelera planejamento, corta custos e auxilia tomada de decisão com maior precisão", disse ele. "Isso permite pesquisadores testar, verificar e otimizar rapidamente um design para manufaturabilidade para reduzir materiais; para segurança em manufatura para proteger trabalhadores; para manutenção de longo prazo para estender vida útil do produto; e para impacto ambiental, incluindo fatores como minimizar quantidade total de material consumido, encontrar alternativas a materiais perigosos e design para simplificar reciclagem."

Visualizações Habilitadas por AR

Outra tecnologia chave em simulações é implantação mais ampla de aplicações PLM habilitadas por AR como a linha Vuforia do desenvolvedor CAD/CAM/CAE/PLM PTC, Needham, Mass. "PLM continua evoluindo para trazer transformações digitais dos fabricantes", disse Francois Lamy, vice-presidente de gestão de soluções PLM para PTC. "De fato, sem um sistema PLM sólido no lugar para 'colocar sua casa digital em ordem', pode ser difícil integrar capacidades inteligentes, conectadas ou obter melhor insight e analytics."

Para melhorar a forma como designs de produto são compartilhados, a PTC desenvolveu aplicações ThingWorx e Vuforia em seu software após adquirir as tecnologias alguns anos atrás.

"Estamos constantemente fazendo melhorias em nosso portfólio PLM para fazer da PTC o vendor PLM que dará kickstart nas transformações digitais de nossos clientes", disse Lamy. "Estamos alavancando Vuforia, tecnologia de realidade aumentada da PTC, para publicar dados multi-CAD. Com AR, a necessidade de construir protótipos caros é virtualmente eliminada. E o risco de compartilhar IP valioso da empresa com stakeholders externos, como cadeia de suprimentos, desaparece quando você compartilha uma experiência AR de um design de produto em vez dos dados CAD reais."

As aplicações ThingWorx Navigate out-of-the-box baseadas em role e task da PTC tornam mais fácil para usuários "lightweight" que não tipicamente interagem com PLM obter os dados de produto que precisam, adicionou Lamy. "Clientes estão focados em construir um backbone digital consistente e moderno de processos, dados e sistemas, incorporando tecnologias state-of-the-art [produtos inteligentes conectados, máquinas inteligentes conectadas, inteligência artificial, realidade aumentada] para colaboração cross-discipline através de engenharia, manufatura, operações, serviço e apps de cadeia de suprimentos", disse Lamy.

No verão passado, PTC e desenvolvedor de simulação Ansys Inc., Canonsburg, Pa., anunciaram que as empresas estavam fazendo parceria para trazer simulação em tempo real da Ansys a clientes através do software CAD Creo da PTC. "Esta nova solução, Creo Simulation Live, dá aos engenheiros simulação rápida, fácil de usar, totalmente integrada ao ambiente de modelagem CAD", disse Lamy. "Elimina o vai-e-vem entre design e simulação. Quando mudanças são feitas nos modelos, engenheiros obtêm feedback em tempo real sobre suas decisões de design, permitindo-lhes iterar mais rapidamente e projetar com maior confiança."

Acesso em Qualquer Lugar, a Qualquer Hora

Acesso aumentado a dados de manufatura via nuvem tornou-se rapidamente a norma em vez da exceção, impulsionado pelas vantagens de custo inerentes de sistemas PLM baseados em nuvem sobre aqueles disponíveis apenas como versões on-premise. A oferta na nuvem da Autodesk é Fusion Lifecycle PLM, que oferece usuários ambiente altamente colaborativo para compartilhamento de dados de manufatura.

"Uma das tendências subjacentes que vemos em manufatura é a convergência de design e make, mesmo para clientes que não manufaturam [produtos] eles mesmos", disse Charlie Candy, gerente sênior, estratégia global de negócios GTM [Go to Market] para design na Autodesk Inc., San Rafael, Calif. "Linha de visão para o processo de manufatura está ajudando clientes a aumentar inovação experimentando mais, assumindo maiores riscos no design iterando rapidamente entre digital e físico. Ao mesmo tempo, eles conseguem manter melhor controle de custo e escopo simulando performance de produto e processo de manufatura. A Autodesk investiu mais de US$ 1 bilhão em tecnologias de manufatura para conectar design a make e ajudar nossos clientes a se manterem à frente."

O impacto desta tendência no PLM é que negócios precisam conectar com mais pessoas, através de mais disciplinas, mais cedo no processo, disse Candy. "Para competir e diferenciar, fabricantes estão olhando para evoluir as formas como trabalham, bem como as ferramentas e processos de suporte. Isso requer uma estratégia digital."

Ele notou que abordagem PLM da Autodesk foca em cinco pilares que formam a fundação da estratégia digital de um cliente: mass customization; colaboração; experiência do cliente; manufatura flexível; e serviços conectados. "Destes cinco pilares, colaboração é consistentemente ranqueada por clientes como prioridade mais alta", disse Candy. "Envolver as pessoas certas no estágio certo para impulsionar decisões críticas é o que define o sucesso de um projeto ou produto."