Gestion du cycle de vie produit (PLM) : renforcer un avenir manufacturier connecté

Nouvelles versions : cloud, simulation, réalité augmentée/virtuelle et fabrication additive, vers l'avenir IIoT de la fabrication

La complexité est omniprésente dans les processus de conception et de fabrication de composants actuels. Dans les derniers logiciels de gestion du cycle de vie produit (PLM), les fabricants disposent de plus de choix, avec de nouvelles fonctionnalités pour visualiser les processus de fabrication grâce à des technologies incluant la réalité augmentée (RA) et la réalité virtuelle (RV). Ces capacités permettent aux fabricants de gérer la complexité accrue des designs avec l'Internet industriel des objets (IIoT) et l'Industrie 4.0, les aidant à valider des développements de produits de plus en plus complexes aux stades les plus précoces, économisant temps et coûts de fabrication.

Les portefeuilles PLM des fabricants incluent des applications de gestion des données produit (GDP) plus l'ensemble du spectre CAO/FAO/IAO pour la conception numérique, la fabrication et la visualisation. Les grands développeurs, notamment Siemens PLM Software (Plano, TX), Dassault Systèmes (Paris) et PTC (Needham, MA), intègrent tous la gamme complète d'outils PLM, mais certains, comme Aras Corp. (Andover, MA) et d'autres, offrent des outils spécifiques à la GDP incluant une intégration CAO étendue et un support, mais pas de systèmes CAO/FAO/IAO autonomes traditionnels. De nombreuses offres PLM, mais pas toutes, proposent soit des versions cloud uniquement, soit, comme Aras, des solutions disponibles à la fois sur site et dans le cloud. Le PLM inclut également les outils critiques de fabrication numérique permettant aux fabricants d'agencer l'équipement d'atelier et de tester les processus d'usine avant de finaliser les conceptions d'usine. Récemment, les développeurs ont ajouté des modules ou applications distinctes étendant leur portée vers la fabrication additive (FA).

Visualiser le processus de fabrication

Accélérer et améliorer les processus de développement produit avec des informations plus rapides, meilleures et plus précises sont des objectifs importants pour le PLM alors que l'industrie avance vers l'IIoT. La réalité augmentée dans la revue de design fait la différence, selon François Lamy, vice-président gestion des solutions PLM chez PTC.

« À mesure que les équipes deviennent plus distribuées globalement, il peut parfois être difficile de faire participer tout le monde à la revue d'un design produit en temps voulu, de collecter toutes les informations nécessaires et de capturer les retours pour actions futures », observe Lamy. « En utilisant la réalité augmentée (RA), les membres d'équipe peuvent visualiser, interagir avec et fournir un retour sur les designs produits depuis n'importe où dans le monde. La RA permet aux parties prenantes d'interagir avec un modèle 3D du produit, comme marcher autour et visualiser différents états du modèle — y compris aller à l'intérieur du modèle lui-même. »

Avec ses acquisitions des applications IoT ThingWorx (en 2013) et de la plateforme RA Vuforia (en 2015), PTC construit régulièrement un portefeuille PLM compatible RA pour l'ère Industrie 4.0.

« Pour répondre suffisamment aux attentes des clients, les fabricants doivent transformer leur processus de développement produit pour comprendre et exploiter les données des produits sur le terrain », déclare Lamy. « Noter les informations produit sur un dessin CAO ne suffira plus à mesure que les produits deviennent plus complexes. Les fabricants devront devenir plus organisés dans leur processus de développement produit. »

Disposer d'un système PLM complet fournit une base solide pour tirer parti des capacités IoT, ajoute-t-il. « En consolidant toutes les informations produit dans une définition numérique unique de produit, les organisations peuvent s'assurer que toutes les parties prenantes accèdent aux informations produit les plus précises et à jour. Avec un système PLM, toutes les informations sont rationalisées dans un format unique de nomenclature [BOM]. »

Les clients recherchent des solutions pour faire face à la complexité croissante de leurs systèmes, à la demande de solutions personnalisées et au besoin de livraison plus rapide au client, ajoute Garth Coleman, vice-président marketing pour la marque Enovia de Dassault Systèmes. « En même temps, ils doivent accélérer leur innovation et réduire les coûts. En conséquence, les entreprises cherchent à mettre en œuvre des plateformes d'innovation produit, celles qui transforment numériquement leurs entreprises. »

« Nous voyons un grand intérêt pour le déploiement sur le cloud », ajoute Coleman. « En utilisant une solution cloud-ready, les entreprises peuvent ouvrir l'entreprise aux parties prenantes internes et externes qui peuvent participer à la collaboration n'importe quand, n'importe où, avec flexibilité et évolutivité pour grandir au fur et à mesure. »

Beaucoup d'intérêt se porte sur l'apport de valeur par des technologies telles que la FA, dit Coleman, et la réalité augmentée. « Notre centre 3DExperience à Wichita, une collaboration entre WSU [Wichita State University] et NIAR [National Institute for Aviation Research], ouvert l'an dernier, accueille des entreprises de toutes industries venues voir comment incorporer et exploiter les technologies les plus récentes dans leur transformation numérique », dit-il. « Un exemple de cette collaboration consiste à examiner et apprendre comment des cellules MRAM [Multiple Robotic Manufacturing Advanced Manufacturing] hybrides peuvent intégrer de manière flexible différentes technologies telles que RV/RA, IoT et apprentissage automatique pour aider les entreprises à construire les usines du futur avec une agilité de production maximale. »

Décomposer la complexité

Les produits et systèmes complexes peuvent défier les ingénieurs les plus brillants aujourd'hui, et l'industrie a besoin de solutions plus créatives pour naviguer dans cette complexité croissante, souvent due au niveau élevé de logiciel inhérent aux produits pour l'IIoT.

« Il y a traditionnellement eu un accent disproportionné du côté CAO », note Marc Lind, vice-président senior stratégie pour Aras. « Nous partons d'une perspective PLM, permettant les capacités inter-plateformes pour développer des produits sophistiqués. Aujourd'hui, il s'agit vraiment de produits intelligents et connectés, où l'on voit des systèmes de systèmes. »

Ces produits connectés peuvent être le logiciel et l'électronique dans les composants automobiles ou les pièces aérospatiales, qui nécessitent un système PLM comme Aras Innovator capable de gérer la compatibilité inter-plateformes, ajoute-t-il. « Le côté électronique, le câblage [dans l'automobile] est égal sinon supérieur aux autres aspects. » La connectivité est clé, dit Lind. « Ce que vous voyez avec les mouvements de Siemens, ils vont droit dans l'environnement d'auteur. Nous sommes concentrés au niveau processus, sur l'activation des capacités inter-fonctionnelles inter-disciplines, et nous allons jusqu'au service terrain. »

« Nous sommes agnostiques CAO », ajoute Lind. « Nous partons de la perspective que les entreprises ont de nombreux outils CAO différents et qu'elles pourront les réunir et aller vers l'usine et les opérations avec le Jumeau Numérique. »

La complexité augmente exponentiellement avec les produits intelligents et connectés, dit Lind. « Les produits sont mal équipés pour y faire face. Ce qui revient vraiment à dire que, 전반적으로, les entreprises grandes et petites sont perturbées », ajoute-t-il.

En janvier, Aras a annoncé l'acquisition de l'activité logicielle de maintenance, réparation et révision (MRO) Impresa d'Infospectrum, ce qui, selon Aras, fournirait une suite de capacités MRO complémentaires pour aider les fabricants à transformer numériquement le développement et la maintenance de produits complexes. L'accord donne à Aras la capacité de fournir PLM et MRO sur une seule plateforme et d'étendre le Fil Numérique au terrain.

Aras a récemment annoncé que le constructeur automobile allemand BMW Group met en œuvre la plateforme PLM Aras comme colonne vertébrale pour la gestion des données de test. Le système soutiendra la planification, l'ordonnancement, l'exécution et la documentation des tests de véhicules et des résultats de tests à divers stades de développement. Le système Aras permet la traçabilité des résultats et jouera un rôle important dans le développement des véhicules de production, selon Aras.

Ajout de CAE électronique, conception générative et fabrication additive

Ces dernières années, Siemens PLM a considérablement élargi la portée de son portefeuille de simulation d'automatisation de conception électronique (CAE), acquérant le développeur CAO/FAO électronique Mentor Graphics pour 4,5 milliards de dollars en novembre 2016 et achetant plus récemment Solido Design Automation Inc. (Saskatoon, SK) pour une somme non divulguée. Siemens a publié l'automne dernier une mise à jour de son portefeuille de logiciels de simulation CAE Simcenter, à peu près au même moment que la nouvelle mise à jour NX 12 CAO/FAO qui inclut un module de fabrication additive.

« Nous voyons un certain nombre de messages clés revenir de nos clients. Premièrement, l'expansion continue de l'électronique embarquée et du logiciel dans les produits croît plus vite que jamais ; les entreprises qui se classaient comme ingénierie mécanique se trouvent maintenant devant la nécessité de concourir dans un monde où les systèmes intégrés dominent », déclare Paul Brown, directeur senior marketing produit NX. « En tant que fournisseurs d'outils PLM, nous devons répondre à ces demandes. »

Les fabricants étendent leur utilisation de la FA, ajoute Brown, les entreprises cherchant à faire évoluer les produits pour améliorer les performances, réduire le nombre de pièces ou réduire le poids. « C'est plus qu'un problème de fabrication. C'est un problème que nous devons résoudre tout au long du cycle de vie, de la conception à la machine », dit-il.

Les derniers outils NX exploitent la modélisation convergente de Siemens, note Brown. Le nouveau NX 12 inclut de nouveaux outils qui étendent les capacités dans le domaine de la conception générative, s'appuyant sur des solutions comme la modélisation convergente et l'utilisation de technologies comme l'optimisation topologique.

« Dans la gamme de produits NX, nous continuons à fournir de nouvelles solutions comme nos technologies de Modélisation Convergente pour permettre aux entreprises d'utiliser de nouvelles techniques de modélisation pour créer des designs complexes plus vite que jamais. La modélisation convergente aide aussi les entreprises qui utilisent des approches de rétro-ingénierie pour concevoir en supprimant les éléments chronophages de conversion de données en formes utilisables pour les applications en aval », déclare Brown.

« Les techniques de modélisation générative deviennent à la fois acceptées et attendues par nos clients, le système aidant à suggérer des solutions à des problèmes de design qui peuvent être itérées. L'utilisation de la puissance de calcul toujours croissante sur le poste de travail pour explorer plus d'alternatives de design permet aux ingénieurs d'adopter de nouvelles solutions à leurs problèmes de conception », ajoute-t-il.

L'utilisation accrue de la FA a aussi permis aux ingénieurs d'envisager de nouvelles solutions en design, des approches qui améliorent des choses comme l'allègement utilisant des structures en treillis, ou de nouvelles formes qui réduisent le nombre de pièces et apportent des gains en termes d'objectifs produit avec moins de matériel et moins de temps d'assemblage, selon Brown. « Ces approches renvoient à l'utilisation de techniques génératives en conception », dit-il.

Siemens continue d'investir dans la FA, « tant du côté support de fabrication en examinant de nouvelles technologies émergentes comme les matériaux et textures multiples, que dans les aspects conception avec des fonctionnalités comme les structures de treillis et de support », dit Brown.

Le NX étend la nouvelle solution FA dans NX en incluant le nouveau module, NX AM pour HP Multi Jet Fusion, certifié par HP et propulsé par Materialise, pour préparer les travaux d'impression pour les imprimantes 3D HP Jet Fusion 4200, selon Siemens. Le module NX permettrait aux clients de développer et gérer des pièces dans un environnement logiciel unique pour les solutions d'impression Multi Jet Fusion, d'éviter les conversions de données coûteuses et chronophages et les outils tiers, et d'améliorer l'efficacité globale du flux de travail conception-pièce finie.

De plus, Siemens développe des applications pour la simulation de processus FA dans Simcenter 3D, ce que l'entreprise dit être un outil crucial pour aider les fabricants à industrialiser la FA en imprimant les composants du premier coup. Ces applications de simulation font partie intégrante de la solution FA de bout en bout de Siemens.

« Des technologies transformatrices comme la fabrication additive et la robotique avancée offrent un potentiel énorme pour les fabricants de toutes tailles pour gagner un avantage concurrentiel », déclare Zvi Feuer, vice-président senior logiciels d'ingénierie de fabrication pour Siemens PLM Software, dans un communiqué. « NX fournit une solution intégrée pour les fabricants de pièces pour utiliser ces technologies puissantes, créant la capacité d'améliorer la performance globale de l'entreprise et aidant à créer un véritable atelier numérique. »

Faire fonctionner le tout

Un problème majeur pour le PLM est comment l'étendre au-delà de l'organisation d'ingénierie où le PLM est né, note Bob Yancey, directeur stratégie industrie fabrication et production, Autodesk Inc. (San Rafael, CA). « Le développement produit englobe plus que l'ingénierie, et connecter le flux de données de la conception jusqu'à la production de fabrication est essentiel pour tirer la pleine valeur du PLM », dit Yancey. « Le PLM aide les fabricants à s'assurer que les individus et systèmes d'entreprise reçoivent des informations de développement produit précises et opportunes, aidant les gens à prendre de meilleures décisions plus vite. »

Une fidélité des données et une performance des processus améliorées tout au long du cycle de vie peuvent réduire significativement le délai de mise sur le marché global, les clients Autodesk rapportant des améliorations de 50 % et plus. Par exemple, le processus de changement du client Autodesk Fusion Lifecycle Mesa Labs a été réduit de deux semaines à deux jours depuis l'implémentation d'Autodesk PLM dans le cloud, dit Yancey. « C'est une amélioration de 80 %, réalisée en connectant leurs données produit à leur système ERP. Avant PLM, les clients Autodesk ont rapporté jusqu'à 90 % des erreurs en fabrication résultant d'informations manquantes ou incorrectes, créant des problèmes qualité et des taux de rebut élevés. »

Un autre client, Novacentrix, développeur de solutions de photopolymérisation, a implémenté Fusion Lifecycle et vu une réduction des déchets de 84 %, dit Yancey. Willerby, fabricant de lodges et maisons de vacances, a vu une réduction des NCR de 54 par mois à six, avec des taux de précision BOM dépassant 99 %, une amélioration de 20 % sur 12 mois précédents, dit-il.

« Les erreurs continueront d'arriver et des changements seront nécessaires, mais boucler la boucle entre fabrication, développement produit et systèmes d'entreprise avec le PLM augmente la capacité d'une entreprise à apprendre », note Yancey. « Cet apprentissage est basé sur des données agrégées [faits vs mythes] et crée un environnement d'amélioration continue et assure une exécution de classe mondiale. »

Autodesk se concentre sur la connexion de la conception aux processus de fabrication en aval, dit Yancey, et la simulation produit et la simulation fabrication font partie de la connexion conception-fabrication. « Autodesk a un large portefeuille de solutions de conception, simulation, fabrication et gestion de données, et a été à l'avant-garde de l'utilisation de solutions cloud pour mieux connecter la conception à la fabrication tout au long d'une chaîne d'approvisionnement de développement produit distribuée. Le cloud est devenu un game-changer, rendant le PLM accessible aux fabricants de toutes tailles, supprimant les barrières technologiques et de ressources et fournissant une collaboration sécurisée, connectée, en temps réel n'importe où dans le monde via un navigateur web. »

Avec des technologies émergentes telles que la FA, l'Industrie 4.0 et l'IoT, l'apprentissage automatique et l'intelligence artificielle, la nature du PLM et ce qu'il doit fournir changent, dit Yancey. « Le PLM doit aller au-delà de l'archivage de données pour analyser les données, apprendre des données, et [extraire] des tendances prédictives des données pour exploiter les vastes quantités d'informations qui existent maintenant ou existeront dans le processus de développement produit. »

Le PLM était initialement axé principalement sur la gestion des données produit, mais son rôle s'étend avec l'utilisation de la RA, note Stuart Weiler, directeur PLM chez Elite Aerospace Group (EAG ; Irvine, CA), fabricant de composants aérospatiaux et utilisateur du logiciel PLM PTC Windchill. Weiler a récemment abordé le sujet dans un article, « PLM, Augmented Reality Sharpen the Cutting Edge », Manufacturing Engineering, mars 2017.

« Je dirais qu'à l'origine c'était juste de la GDP », dit Weiler. « Avec le temps, [le PLM] est devenu la source unique de vérité. Mais il n'intègre toujours pas comme il le devrait. »

L'intégration PLM devient plus facile à mesure que plus de fabricants utilisent les derniers standards ouverts, comme STEP 242, dit-il. « À l'avenir, il y aura beaucoup de gens qui l'utilisent — STEP 242 devient le standard accepté. La plupart des systèmes CAO joueront bien avec. »

De nouveaux outils comme la RA avec le PLM représentent un atout pour les utilisateurs dans des lieux éloignés d'opérations globales. « Tout le monde a besoin d'accéder à l'information », dit Weiler. « PTC a [Thingworks] Navigate et vous n'avez pas à connaître le PLM. Vous pouvez y accéder n'importe où, et c'est vraiment la tendance dont nous avons besoin. »

La dernière version 1.6 de Navigate donne aux utilisateurs « une sorte de tableau de bord pour l'IoT. Ils l'appellent un mashup », ajoute Weiler. Le logiciel est comme un verre unique pour tout dans le système, ajoute-t-il, et EAG vient de commencer à utiliser certaines de ses capacités RA.

« Nous utilisons un peu de réalité augmentée », dit-il. « Notre objectif est de commencer à l'utiliser sur le terrain d'usine. »