Les jumeaux numériques de PLM offrent une vue virtuelle de la fabrication

Avec les derniers outils de gestion du cycle de vie des produits (PLM), les fabricants visent à accélérer les développements en utilisant le Digital Thread, un ensemble intégré de solutions CAD/CAM/CAE et cPDM (collaborative Product Data Management) qui tissent ensemble de nouveaux jumeaux numériques des processus de fabrication. Alors que les machines de l'usine sont plus connectées que jamais à l'ère de l'Internet industriel des objets (IIoT), les applications d'ingénierie du PLM sont de plus en plus étroitement liées au côté gestion des données de la pièce, permettant des communications plus rapides et plus faciles entre les grands organisations mondiales de fabrication.

Les systèmes PLM du secteur se développent à un rythme soutenu, selon la dernière analyse du chercheur de marché CIMdata Inc. (Ann Arbor, MI), qui a évalué le PLM global à près de 39 milliards de dollars en 2015. « Le marché du PLM a atteint 38,7 milliards de dollars en 2015, une croissance de 2,8 % par rapport à 2014 », a noté Stan Przybylinski, vice-président, Recherche chez CIMdata. "En devises constantes, ce taux de croissance serait de 8,2 % par rapport à 2014."

La plupart des leaders du marché du PLM ont connu une forte croissance à taux de change constants, et tous ont continué à faire des acquisitions stratégiques pour élargir leurs portefeuilles et, dans certains cas, pour pénétrer de nouveaux marchés, a déclaré Przybylinski. "En ce qui concerne 2020, CIMdata prévoit que le marché du PLM croîtra à un taux de croissance annuel composé [TCAC] de 6,3 % pour atteindre 52,3 milliards de dollars", a déclaré Przybylinski.

Les entreprises investissent dans le PLM dans de nombreux types de solutions, notamment la CAO mécanique, la simulation et l'analyse, la visualisation et la collaboration, la conception de bâtiments, etc., a noté Przybylinski, et cette diversité se reflète dans le fait qu'aucun type de fournisseur ne domine le secteur. En 2015, un plus grand nombre de fournisseurs ont généré des revenus substantiels qui représentent des investissements liés au PLM, avec 16 fournisseurs générant des revenus PLM supérieurs à 500 millions de dollars à la fois pour les outils et les segments cPDm, a déclaré Przybylinski. « Trois fournisseurs de solutions, Dassault Systèmes, PTC et Siemens PLM Software, sont des fournisseurs majeurs d'outils et de technologie cPDm », a-t-il noté, « tandis que d'autres, comme Autodesk et Mentor Graphics, sont principalement des fournisseurs d'outils qui se concentrent sur des segments spécifiques au sein de l'ensemble du marché."

Accélération des conceptions de produits

Travailler avec des concepteurs automobiles sur des équipes de course de Formule 1 a aidé les développeurs de Siemens PLM Software (Plano, TX) à apprendre comment déployer au mieux les systèmes PLM utilisés par les coureurs, a noté Jim Rusk, vice-président senior et directeur technique de Siemens PLM. « Nous pouvons apprendre d'eux. Ils se bousculent pendant une semaine pour fournir les meilleurs composants possibles à leurs équipes », a-t-il déclaré. "C'est vraiment un environnement très dynamique, et leurs concurrents font la même chose."

L'accélération des itérations de produits a permis à Siemens de voir comment aider au mieux les équipes de course en Formule 1 et aussi dans les courses d'avions avec l'équipe Red Bull. Siemens a récemment annoncé que son logiciel était utilisé depuis trois ans pour aider Land Rover BAR (Ben Ainslie Racing) à concevoir, évaluer, vérifier et produire le catamaran britannique America's Cup Class (ACC) dans les délais et le budget.

Plus de 85 000 heures de conception et de construction ont abouti à un bateau de 15 m comprenant 1 200 m de câblage électronique et électrique reliant 190 capteurs et quatre caméras vidéo. En collaboration avec Siemens, l'équipe a réussi à gérer son calendrier ambitieux en utilisant un environnement logiciel intégré pour le PLM reliant plusieurs disciplines de manière transparente. Siemens et Land Rover BAR ont baptisé le catamaran "Rita" en février lors d'une cérémonie sur l'île des Bermudes, visant à ramener la Coupe de l'America là où tout a commencé en 1851.

"La technologie logicielle de Siemens nous a permis de simuler, d'analyser et de tester des solutions de conception tout au long du processus de conception et de construction", a déclaré Andy Claughton, directeur de la technologie de Land Rover BAR. "L'utilisation de ce logiciel nous a fait gagner du temps et nous permettra de continuer à apporter des améliorations jusqu'à la compétition, où nous espérons ramener la Coupe en Grande-Bretagne pour la première fois de l'histoire de la course."

L'équipe de course de Land Rover BAR a choisi les solutions Siemens pour adopter un environnement virtuel intégré pour la modélisation et la simulation numériques. Land Rover BAR utilise Siemens NX pour la conception de produits, le logiciel de gestion de données Teamcenter, le portefeuille de logiciels Fibersim pour l'ingénierie des composites et le portefeuille de logiciels Simcenter de Siemens, y compris les logiciels Femap et Star CCM+ pour l'analyse par éléments finis (FEA) et la dynamique des fluides computationnelle (CFD) analyse.

«Ils se bousculent pendant une semaine pour fournir les meilleurs composants possibles à leurs équipes. C'est vraiment un environnement très dynamique, et leurs concurrents font la même chose."

Créer l'environnement de conception le plus rapide et le plus efficace est essentiel pour les équipes de course, que ce soit sur terre, dans les airs ou sur mer. Rusk a noté que les équipes NASCAR fonctionnent de la même manière que les modèles de Formule 1, nécessitant des conceptions rapides et des composants très précis, souvent créés avec des matériaux exotiques, notamment des composites avancés fabriqués avec des procédés de fabrication additive.

"Nous le voyons également aux États-Unis, où un certain nombre d'équipes NASCAR font un travail similaire. Ils traversent la même chose, se préparant pour la prochaine course », a déclaré Rusk. "Nous sommes également dans de très grands déploiements dans de grandes entreprises manufacturières mondiales."

Ces développements nécessitent une ingénierie avancée des systèmes, afin de trouver les moyens les plus rapides et les plus efficaces de développer des conceptions de produits innovantes. "Les entreprises disent" Nous voulons aller de l'avant de plus en plus "dans leurs conceptions", a déclaré Rusk, "et nous proposons une simulation de conception détaillée et la gestion de ces processus.

« La définition plus large du PLM est de savoir comment pouvons-nous aider les entreprises plus tôt dans leur cycle de conception. Ils veulent savoir comment le produit se comportera par rapport à la conception. Nous le faisons avec beaucoup de connaissances initiales, ce qui leur donne de bons moyens flexibles de collaborer. » Les éléments importants pour aider les concepteurs incluent les nouvelles capacités de diagramme d'architecture ajoutées dans Siemens Teamcenter et des capacités de simulation supplémentaires, telles que l'acquisition de LMS par Siemens il y a quelques années qui a ajouté le laboratoire d'images, offrant aux utilisateurs les tests nécessaires par rapport à des scénarios réels, a-t-il noté. Siemens a également acquis plus récemment CD-adapco, qui comprend le logiciel CCM+ utilisé pour les simulations thermiques 3D avancées. "C'est vraiment un produit qui évolue très bien", a déclaré Rusk, notant que CCM + est utilisé dans les flux subsoniques et soniques pour l'aérospatiale, a-t-il déclaré, et pour le mélange air-carburant pour les moteurs à combustion interne.

Appeler les jumeaux numériques

Pratiquement tous les développeurs PLM mettent l'accent sur ce concept de jumeau numérique dans les stratégies logicielles de développement de produits, ainsi que sur de nombreux autres éléments, notamment l'expansion continue des fonctionnalités de conception et de développement de produits collaboratifs.

Les principales tendances prises en charge par la plate-forme 3DExperience de Dassault Systèmes (Paris) et les applications de marque associées incluent le développement axé sur le client, la simulation/le test/l'optimisation de l'expérience virtuelle, l'entreprise basée sur des modèles, le déploiement dans le cloud avec Software-as-a-Service (SaaS ), les applications basées sur les données, le fil numérique, le jumeau numérique et le jumeau virtuel, le big data, l'IoT, les applications basées sur un navigateur sans plug-in, les tableaux de bord et les widgets, et l'informatique décisionnelle avec l'analyse PLM, a noté Eric Green, vice-président de Dassault Systèmes, Delmia Expérience utilisateur et plaidoyer.

"L'efficacité de l'innovation est souvent entravée par de multiples transferts entre disciplines et fonctions, en raison de la discontinuité des processus et des systèmes, ce qui entraîne un allongement des délais et des reprises", a déclaré Green. "Les systèmes PLM électroniques d'ancienne génération connectaient les silos entre eux, alors que dans une plate-forme numérique, les silos sont éliminés." L'architecture numérique V6, introduite par Dassault en 2008, a défini un modèle de données commun à travers CATIA pour la conception, Simulia pour la simulation, Delmia pour la fabrication et Enovia pour les applications de gouvernance, a déclaré Green, permettant aux utilisateurs de se connecter en ligne à une définition numérique unique et de collaborer dans en temps réel.

La prolifération des données a rendu chaque entreprise dépendante des données, et chaque entreprise doit transformer ses méthodologies pour devenir à la fois axées sur les données et axées sur l'analyse afin de s'assurer que chaque décision commerciale maximisera les performances globales, a déclaré Green. Le défi des entreprises d'aujourd'hui est à la fois de savoir comment gérer le chaos des données et la prolifération de nouvelles sources d'informations, et comment s'assurer que chaque décision commerciale est basée sur ce chaos de données, a-t-il déclaré.

"C'est pourquoi l'analyse en libre-service est là pour renforcer la gouvernance des données à tous les niveaux de l'entreprise, en permettant à chaque utilisateur professionnel d'analyser les différentes sources de données et d'effectuer sa propre analyse sans aucun type de support informatique", a déclaré Green. « Les utilisateurs professionnels comptent principalement sur les équipes informatiques pour fournir de nouvelles vues analytiques qui rendent la réactivité aux nouvelles informations lente et inefficace. De plus, ils exploitent Excel afin de modifier les données et de construire des rapports qui ne fourniront qu'une partie de la réalité; il n'y a pas de source unique de vérité."

En fournissant des analyses en libre-service, les utilisateurs peuvent accélérer le temps de cycle pour créer de nouvelles vues, a-t-il déclaré, où chaque utilisateur professionnel peut faire glisser et déposer des boîtes pour créer de nouvelles vues basées ou directement liées au système d'information.

L'émergence de nouvelles technologies pour la fabrication tire parti des avancées techniques du PLM, en particulier dans les domaines des nouveaux matériaux et des procédés de fabrication additive, a déclaré Green. "Les gains économiques de la fabrication additive sont spectaculaires et les changements apportés à la conception sont encore plus importants", a déclaré Green. « La fabrication additive permet de créer des types de pièces et de produits entièrement nouveaux. Les concepteurs auront des planches à dessin vierges, pour ainsi dire, qui leur permettront de se demander :" Dans un monde idéal, à quoi devrait ressembler cette pièce ?" -formes de style qui ont prévalu dans le passé.

"Ce type de" conception générative et fonctionnelle "alimente l'économie de l'expérience et révolutionnera la fabrication, obligeant les fabricants à repenser la planification de la production et des processus et la manière dont l'ingénierie des matériaux est menée", a déclaré Green. "Avoir les capacités nécessaires pour permettre cette nouvelle façon de penser, des sciences des matériaux à la conception 3D, à la simulation et à la fabrication additive, aide les entreprises à transformer leur activité."

Intégration du PLM dans le processus

Avec l'émergence de l'IIoT, les entreprises proposant des produits complexes recherchent de meilleures façons d'intégrer leurs opérations de fabrication, a noté Doug Macdonald, directeur du marketing produit, Aras Corp. (Andover, MA), développeur de la plateforme Aras Innovator PLM. Mais avec les systèmes déconnectés d'aujourd'hui, la création et la réconciliation des MBOM, des plans de processus et des instructions de travail, et la synchronisation avec l'évolution des conceptions de produits peuvent prendre du temps et être source d'erreurs.

Les fabricants peuvent obtenir un avantage concurrentiel lorsque la planification des processus de fabrication (MPP) est intégrée et capable de suivre de manière transparente les données et les processus de fabrication, a-t-il noté. "La clé est de tirer parti d'une plate-forme PLM qui prend en charge le plan de processus graphique et simultané, la MBOM [Manufacturing Bill of Materials] et la création d'instructions de travail, ainsi que le rapprochement automatique en temps réel EBOM/MBOM [Electronic BOM/MBOM]."

Certaines nouvelles capacités d'Aras répondent à ces défis, avec de nouvelles fonctionnalités qui intègrent PLM et MPP. Ces nouvelles fonctionnalités incluent des plans de processus contrôlés par version détaillant les opérations, les étapes, les pièces consommées, les ressources utilisées, les compétences, les documents référencés ; création simultanée d'instructions de travail électroniques visuellement riches ; MBOM à version contrôlée dérivé de EBOM utilisant l'édition par glisser-déposer ; plan de processus simultanés et création de MBOM ; réconciliation automatique EBOM/MBOM et MBOM et plans de processus spécifiques à l'usine.

Aras cite une étude menée par le Digital Manufacturing and Design Innovation Institute (DMDII ; Chicago) montrant que 81 % des entreprises reconnaissent qu'une transformation numérique dans la fabrication est un élément clé de leur compétitivité future, mais seulement 14 % déclarent qu'elles sont suffisamment équipées aujourd'hui avec le nécessaire techniques et savoir-faire. Le MPP Aras est construit sur une plate-forme unique qui est flexible, évolutive et évolutive, et fournit des capacités connectées pour l'EBOM, la gestion de la configuration et des changements, les exigences, la qualité et d'autres domaines. Aras MPP est également conçu pour s'intégrer aux environnements ERP, MES et PDM existants afin de fournir ces nouvelles capacités de processus en plus des systèmes d'entreprise existants. En superposant la plate-forme Aras aux systèmes existants, les grandes entreprises peuvent éviter les risques et les interruptions d'une approche "déchirer et remplacer" et accélérer la transformation numérique.

"Nous pensons que les processus qui couvrent le développement de produits et l'ingénierie de fabrication sont une base nécessaire qui doit être abordée dès le départ pour que l'industrie 4.0 ou l'IoT fonctionne", a déclaré le PDG d'Aras, Peter Schroer. "Les entreprises ayant des usines dans le monde entier ont besoin d'un meilleur moyen d'accélérer la transformation. C'est pourquoi vous pouvez superposer l'héritage existant avec notre plate-forme et obtenir immédiatement de nouvelles fonctionnalités qui soutiennent directement votre stratégie."