PLM 策略通过改进数字线程中的模拟和最新的工业物联网 (IIoT) 应用程序推动制造商前进
制造业对产品开发计划速度的需求从未如此强烈。随着产品开发窗口的不断缩短，制造商需要产品生命周期管理 (PLM) 软件系统，以提供最佳、最快的产品设计和构建方法，同时确保一流的功能和质量。
In近年来，主要软件开发商提供的 PLM 系统被认为难以使用且价格昂贵，最有效的 PLM 实施主要部署在航空航天和国防项目中。但随着主要行业 PLM 用户的需求，以及新的工业物联网 (IIoT) 应用的兴起，PLM 正在被重新定义和改变。
PLM 市场在 2015 年整体增长至 387 亿美元，比 2 增长 2.8%014，CIMdata Inc.（密歇根州安娜堡）研究副总裁 Stan Przybylinski 指出。 “如果以固定汇率计算，2014 年的增长率将达到 8.2%，”Przybylinski 说。 “大多数 PLM 市场领导者在固定汇率下实现强劲增长，并且都继续进行战略收购以扩大其产品组合，在某些情况下还进入新市场。展望 2020 年，CIMdata 预测 PLM 市场将以 6.3% 的复合年增长率 [CAGR] 增长，达到 523 亿美元。”
公司在许多不同领域和许多类型的解决方案上进行 PLM 投资，包括机械 CAD、模拟和分析、可视化和协作、建筑设计等，Przybylinski 补充道。 “这种多样性反映在 PLM 市场有许多不同的解决方案供应商，事实上没有单一类型的供应商在行业中占主导地位，”他说。
2015 年期间，许多开发人员产生了大量代表 PLM 相关投资的收入，有 16 家供应商从工具和 cPDm [协作产品定义管理] 部分产生了超过 5 亿美元的 PLM 收入，他说。 Przybylinski 补充说：“达索系统、PTC 和 Siemens PLM Software 这三个解决方案提供商是工具和 cPDm 技术的主要提供商，而其他公司，例如 Autodesk 和 Mentor Graphics，主要是专注于特定细分市场的工具提供商
复杂性需要新的 PLM 策略
由于当今产品开发计划的复杂性，许多开发人员认为需要采用新的 PLM 系统方法。
“在过去 10 年里，产品的复杂性显着增加，并且随着电子产品和现在软件主导几乎所有类型的产品，并且物联网成为一个引人注目的现实，这种情况还在继续加速，”Director Doug Macdonald 说道。Aras Corp.（马萨诸塞州安多弗）的产品营销主管，Aras Innovator PLM 解决方案的开发商。 “但是，随着制造商加紧准备以满足市场对复杂互联产品日益增长的需求，他们面临着来自精通技术的新进入者的竞争，这些新进入者可能会破坏他们的业务。
“当他们努力将新产品推向市场时，制造商意识到，为更简单的时代设计的流程正在被拉伸，导致大量质量问题，并导致产品召回、保修索赔和责任问题不断增加，”Macdonald 说。 “事实上，他们面临着一场完美的挑战风暴，包括协调世界各地的机械、软件和电子/电气工程师；管理拥有设计权和控制关键技术的供应商；在现场更新和解释物联网数据时确保产品安全；并保持遵守迷宫般的法规。”
到为了加速创新，Callaway Golf 使用 Siemens PLM Software 的 Shop Floor Connect for Teamcenter from Siemens PLM Software 连接从产品设计到车间执行点的数字主线。图片由 Siemens PLM Software 提供
二十多年前，主要制造商开始实施 PLM 系统以应对这些挑战，Macdonald 说。“随着产品和业务流程的复杂性增加，愿景也随之增加。但 PLM 技术未能跟上步伐，导致实施甚至滞后进一步落后于要求，”他补充道。“今天，遗留系统几乎仍然完全专注于管理 3D CAD 数据的 PDM 角色，我们称之为工程科学，同时忽略了无数其他必要的流程努力将有利可图的产品推向市场——工程业务。”
随着基于云的替代方案和市场对 IIoT 解决方案的强烈要求，包括数字制造解决方案在内的新 PLM 系统正在取得进展并将影响市场在未来几年。 PTC（马萨诸塞州尼德姆）营销副总裁 Mark Taber 指出，有几个主要趋势将影响 PLM。
“我们看到以下主要趋势影响当今 PLM 系统的开发人员：云交付；将物联网纳入设计实践，利用整个企业的物联网数据；跨企业的数据管理，意味着访问完整的产品定义，结合来自企业和外部系统（ERP、MES、CRM）的聚合信息；产品即服务；和视觉决策制定，”Taber 说。
“行业转变正在创造新的商业模式，制造商正在从提供需要服务的产品转向提供智能、协作连接产品即服务，”泰伯谈到产品即服务部分时说。 “IDC 表示，到 2018 年，前 100 名离散制造商中的 40% 和前 100 名流程制造商中的 20% 将提供产品即服务平台。互联产品和互联客户有助于推动创新。这种连通性还意味着在产品生命周期内通过软件升级持续改进产品。”
随着增强现实 (AR) 和虚拟现实 (VR) 变得越来越主流和易于使用，Taber 说，设计审查过程集成来自不同来源的数据的能力将彻底改变产品开发过程，在连接到产品开发系统环境的同时为审阅者提供直观的 3D 体验。
数字主线
随着制造业各个方面数字化的推进，PLM 供应商需要与用户合作以改进整体自动化流程。作为产品我Siemens PLM Software（德克萨斯州普莱诺）制造工程软件高级营销总监 Aaron Frankel 指出，随着变得越来越复杂，PLM 供应商必须为设计师和工程师提供合适的工具，以便能够以数字方式捕捉创意。 Frankel 说：“我们正在努力支持使人们能够进行更复杂的设计并创造出功能更多的产品的能力，我们看到了机械技术和数字技术的结合。”
他补充说，对于 PLM 开发人员来说，一个有趣的挑战是不仅要管理产品的机械设计，还要从系统的角度看待产品。 “你必须能够管理所有系统的设计，不仅仅是系统的物理方面，还有数字方面，并且能够设计和模拟所有这些，以便你知道它在真实环境中的行为方式世界，”弗兰克尔说，“然后能够创建制造过程和生产系统，以便能够构建和制造它。
“随着产品变得越来越复杂，生产系统也变得越来越复杂，也越来越智能，”他说。 “我们看到越来越多的人对传感器和设备在制造环境中的应用越来越感兴趣，这些传感器和设备现在正在从现实环境中收集信息和数据，以及这些设备、设备和流程的运行情况。作为 PLM 公司，我们正在想方设法研究这些数据并找到有意义的数据，并从中提取意义，以便我们可以就如何提高绩效做出更好的决策。”
一些最近的支持技术包括 Simcenter，西门子于 6 月推出的一套新的仿真软件和测试解决方案，旨在解决设计高度复杂产品的工程挑战。 Simcenter 将模拟和物理测试与智能报告相结合和数据分析，创建数字双胞胎以预测产品开发所有阶段的性能。西门子还推出了其 Simcenter 3D CAE 解决方案，该解决方案基于其 NX 软件构建，结合了多个仿真学科。
在 LiveWorx 2016 上，PTC 展示了多项支持 IIoT 的产品开发工作，例如这款适用于工厂车间的 Caterpillar 发电机应用程序。图片由 PTC 提供
“这里发生的另一件非常重要的事情是，我们不仅仅是为了一次性使用而数字化，”Frankel 说。 “公司希望能够利用他们的制造知识，他们希望重用和利用他们的流程。我们将 MOM [制造运营管理] 与 PLM 相结合，因此我们可以更好地了解流程的执行情况。”西门子的客户之一Heidelmeier GmbH & Co.（德国巴特布吕肯瑙）正在使用该公司的 CAD/CAM 及其 Geolus 3D 形状工具，该工具能够从零件设计中提取产品制造信息并找到切割它所需的所有工具和 CAD，他说。 “这是一个非常强大的工具，”Frankel 补充道，“它为您提供了一种重用制造专业知识的方法。”
融入 IIoT
新的 PLM 系统越来越多地利用推动 IIoT 应用程序的完全数字化和开发。 “在 Aras，我们继续与领先的制造商合作，以完成工程业务的数字化转型，同时避免遗留 PDM 的失败，”Macdonald 说，并补充说，实现这一目标的关键是公司的弹性 PLM 平台，即：
- 基于模型，能够适应组织的独特需求并随时更改，避免复杂的编程，并且具有简单的与传统 PDM 相关的时间很短；
- 构建在单一平台上，为跨学科、职能和扩展企业的广泛用户提供应用程序支持； 易于升级，允许制造商通过及时、经济地部署新版本来利用软件增强功能并避免遗留问题。
IIoT 的主要推动力是数字主线，Macdonald争论。 “连接的数字信息涉及产品的任何方面，从最初的概念和设计，到制造和现场维护。但是，虽然专家们正在描绘令人难以置信的“智能”工厂的未来，但大多数制造商尚未在其公司内实现 IIoT 是有原因的。他们的数据驻留在未连接的孤岛中并且缺乏上下文。未来 PLM 架构的关键是它建立在单一的跨越企业的电子平台。因此，当出现新产品设计时，制造工程可以自动包含在工艺流程中，以准备实际制造相关产品所需的一切。”
由于一切都建立在同一平台上，信息可以轻松流动并交叉-功能流程得到适当支持，Macdonald 补充说，遗留系统无法提供的好处。 “例如，制造 BOM [物料清单] 可以从将其与工程 BOM 连接起来的流程中生成。与此同时，其他流程也在发生。从事质量控制工作的制造工程师可以让他们的质量管理系统自动参考制造过程计划和工作说明，以确保产品质量稳健。”
Taber 说，PTC 开发了多项新的 PLM，包括：云/PLM SaaS（软件即服务）产品； PTC Navigate 应用程序n 用于 PLM；医疗设备价值就绪部署，为医疗设备制造商提供一组预先配置的最佳实践；物联网闭环质量，包括自动故障记录、风险规划、分析和利用连接设备数据的纠正措施；以及分布式 AR/VR 产品审查，使分布式利益相关者能够与该领域的产品进行虚拟交互。
“IIoT 正在产生巨大的影响，”Taber 补充道。 “物联网使 PLM 用户能够设计产品、系统和系统的系统，以提供您需要的安全、自定义数据流。它提供来自多个产品和来源的真实世界数据，并通过更明智的设计决策取代假设以改善业务。
“通过持续监控单个资产或产品群的性能，用户可以自动检测故障并向现场提供修复以减少产品停机时间并提高客户满意度，”Taber add。 “借助物联网，用户可以在创建现有产品的新迭代时应用预测数据分析，以更好地满足和超越客户期望，并通过更具竞争力的产品创造新的市场机会。”
模拟的影响
借助当今可用的新仿真工具，产品设计师和制造商比以往任何时候都更有能力设计、可视化和构建创新的新产品。
Siemens PLM 客户 Callaway Golf 就是一个例子，它使用 Shop Floor Connect for Siemens 的 Teamcenter PLM 将数字主线从产品设计一直连接到车间。借助西门子的软件，这家高尔夫设备制造商位于加利福尼亚州卡尔斯巴德的原型设计中心能够将新球杆的开发速度从数年缩短到数月，从而制造出挥杆更轻、击球速度更快的高尔夫球杆，例如 Callaway 的 Great Big Bertha 一号木杆, 更容易击中甜蜜点。
“我们正在努力将虚拟世界和物理世界结合在一起。它还涉及能够将您创建的制造指令（连接数字主线）从制造计划连接到将要使用它的人员，”Frankel 说。
其他模拟开发包括西门子新的 NX在 IMTS 上发布的版本 11，其中包括用于使用 DMG Mori（伊利诺伊州霍夫曼庄园）的混合增材/减材机床的新工具。 Frankel 说，NX 11 设计和制造软件是与 DMG Mori 合作开发的，能够超越 CNC，支持更新的混合增材/减材机床。 Frankel 说，激光烧结添加剂技术正被 Hoedtke GmbH & Co.（德国基尔）等制造公司用于制造船用发动机螺旋桨，制造零件的速度比使用近净-的传统工艺快得多。形状组件需要
“以传统方式制造这样的道具需要六到八周的时间，而基于这台机器，他们能够在 36 小时内完成，”Frankel 说。 “这只是这项技术的冰山一角。这是非常令人兴奋的。
“添加剂将使我们能够以不同的方式设计零件，”他补充说，“具有更复杂的冷却通道，或者可以优化形状的设计，或者我们所说的PTC 的 Taber 补充道。
PLM 和 CAD 的许多进步正在对 CAE/仿真产生影响。
“智能互联产品正在使越来越多的产品成为可能在设计过程中有效使用真实世界的数据，”Taber 说。 “物联网平台，如 ThingWorx，允许用户收集和分析海量数据集，从而清楚地了解实际产品使用情况。反过来，这使设计人员能够替换他们中的假设r requirements and analysis with real-world data, creating greater levels confidence in their results.”
此外，Taber 表示，PTC 的 Creo 产品设计软件将引入新技术，使设计人员能够构建和管理组件中的传感器，并在物理世界和数字世界之间建立双向连接。 “为智能互联产品设计将使组织能够更好地优化他们当前和未来的产品。
“在增材制造/3D 打印领域，PTC 将引入允许用户设计、验证、在 Creo 中优化和打印检查他们的模型，而不是在打印前导出 CAD 数据并运行一个或多个附加程序，”Taber 补充道。 “这消除了 CAD 数据与最终零件设计之间的脱节，使 Windchill [PLM 软件] 能够在整个过程中更有效地管理设计。此外, 由于设计、验证和优化是使用 CAD 执行的，包括晶格结构的设计和优化，它仍然是参数化数据，使用户能够运行他们需要的任何分析和模拟。”
这篇文章是首次发表于 2016 年 10 月版的《制造工程》杂志。
