PLM：赋能互联制造的未来

新版本增云部署、仿真、AR/VR 与增材功能，瞄准制造业的 IIoT 未来

当今零部件设计与制造流程复杂性无处不在。最新产品生命周期管理（PLM）软件为制造商提供更多选择，新增功能助力借助增强现实（AR）和虚拟现实（VR）等技术可视化制造流程。这些能力帮助制造商应对工业物联网（IIoT）和工业 4.0 时代日益复杂的设计，在最早阶段验证日益复杂的产品开发，节省时间与制造成本。

制造商的 PLM 组合包含产品数据管理（PDM）应用，以及用于数字化设计、制造和可视化的全谱系 CAD/CAM/CAE。西门子 PLM Software（德州普莱诺）、达索系统（巴黎）和 PTC（马萨诸塞尼德姆）等主要开发商均提供全套 PLM 工具；而 Aras Corp.（马萨诸塞安多弗）等则提供含广泛 CAD 集成与支持的 PDM 专用工具，不含传统独立 CAD/CAM/CAE 系统。许多 PLM 产品提供纯云版本，或如 Aras 同时支持本地部署与云部署。PLM 还包含关键的数字化制造工具，让制造商在定厂设计前布局车间设备、测试工厂流程。近期，开发商纷纷增设模块或独立应用，拓展增材制造（AM）领域。

可视化制造流程

加速产品开发、以更快、更好、更准的信息改进流程，是 PLM 迈向 IIoT 的重要目标。PTC 副总裁 Francois Lamy 表示，增强现实在设计评审中发挥实效。

“团队日益全球化分布，难以及时召集所有人评审设计、收集信息、捕捉反馈，”Lamy 说。“借助 AR，成员可在世界任何地方可视化、交互并反馈产品设计。AR 让利益相关者能与产品 3D 模型互动，如绕行走、查看不同状态、甚至进入模型内部。”

PTC 通过收购 ThingWorx 物联网应用（2013）和 Vuforia AR 平台（2015），稳步构建面向工业 4.0 时代的 AR 赋能 PLM 组合。

“为满足客户期望，制造商需转型产品开发流程，理解并利用现场产品数据，”Lamy 说。“在 CAD 图纸标注产品信息已不足以应对日益复杂的产品。制造商必须让开发流程更有条理。”

他补充，完善的 PLM 系统为利用物联网能力奠定坚实基础。“将所有产品信息汇聚为单一视图的数字化产品定义，确保干系人访问最准确、最新的信息，”他说。“PLM 系统将所有信息汇总为单一物料清单（BOM）格式。”

达索系统 Enovia 品牌营销副总裁 Garth Coleman 表示，客户寻求应对系统复杂性增加、个性化需求推进、交付加速的方案。“同时需加速创新、降低成本。因此企业致力于实施产品创新平台，数字化转型企业。”

“云就绪方案受高度关注，”Coleman 说。“云方案让企业向内外部干系人开放，随时随地协作，灵活扩展，随需增长。”

Coleman 称，增材制造与增强现实等增值技术备受关注。“我们与 WSU（威奇托州立大学）和 NIAR（国家航空研究院）合作的威奇托 3DExperience 中心去年开放，各行业企业纷至沓来，探索如何将最新技术融入数字化转型。例如研究混合 MRAM（多机器人制造先进制造）单元如何灵活整合 VR/AR、物联网、机器学习，帮助企业构建生产敏捷性最强的未来工厂。”

拆解复杂性

复杂产品与系统挑战最聪明的工程师，行业需要更有创意的方案应对指数级增长的复杂性，这往往源于 IIoT 产品中高比例的软件。

“传统上过度强调 CAD 端，”Aras 战略高级副总裁 Marc Lind 指出。“我们从 PLM 视角出发，赋能跨平台能力开发复杂产品。如今核心是智能互联产品，面对的是系统的系统。”

这些互联产品可以是汽车零部件、航空航天部件中的软件与电子，需要像 Aras Innovator 这样能处理跨平台兼容性的 PLM 系统。“电子端、线束（汽车）的重要性不亚于其他方面。”连接性是关键。Lind 说：“西门子深入创作环境；我们聚焦流程层，赋能跨职能跨学科能力，延伸至现场服务。”

“我们是 CAD 中立的，”Lind 补充。“从企业拥有多种 CAD 工具出发，将它们汇聚，借助数字孪生延伸至工厂与运营。”

Lind 称，智能互联产品让复杂性指数级增长，“产品难以应对。归根结底，大大小小的公司都在被颠覆。”

1 月，Aras 收购 Infospectrum 的 Impresa MRO（维修大修）软件业务，提供互补 MRO 能力，助力制造商数字化转型复杂产品的开发与维护。该交易使 Aras 能在单一平台交付 PLM 与 MRO，将数字主线延伸至现场。

Aras 近期宣布，德国宝马集团采用 Aras PLM 平台作为测试数据管理骨干。系统将支持该车企在各开发阶段的车辆测试规划、调度、执行与文档记录，实现结果追溯，在量产车型开发中发挥重要作用。

引入 EDA、生成式设计与增材制造

过去几年，西门子 PLM 大幅拓展电子设计自动化（EDA）仿真组合：2016 年 11 月以 45 亿美元收购电子 CAD/CAM 开发商 Mentor Graphics，随后收购 Solido Design Automation Inc.（萨斯喀彻温萨斯卡通）。西门子去秋发布 Simcenter CAE 仿真软件组合更新，同期推出含增材制造模块的 NX 12 CAD/CAM 更新。

“客户反馈关键信息：嵌入式电子与软件在产品中增长前所未有；自诩机械工程的企业发现自己必须在集成系统主导的世界竞争，”NX 产品营销高级总监 Paul Brown 说。“作为 PLM 工具提供商，我们必须满足这些需求。”

Brown 补充，制造商扩大 AM 应用，旨在提升性能、减少零件数、减重。“这不只是制造问题，而是贯穿设计到机床的全生命周期问题。”

最新 NX 工具利用西门子的融合建模。NX 12 新增工具拓展生成式设计能力，基于融合建模与拓扑优化等技术。

“NX 产品线持续交付融合建模等新方案，让企业用新建模技术更快创建复杂设计。融合建模也帮助采用反向工程设计的企业，省去将数据转为下游应用可用形式的耗时步骤，”Brown 说。

“生成式建模技术日益被客户接受并期待，让系统协助提出可迭代的设计问题解决方案。利用桌面端日益增长的算力探索更多设计备选，让工程师采纳新设计方案，”他加道。

AM 使用增加也让工程师审视新设计方案，如利用晶格结构轻量化、减少零件数的新形态，以更少材料、更少装配时间达成产品目标。“这些方法回溯到设计中的生成式技术应用，”Brown 说。

西门子持续投资 AM，“从制造支持角度关注多材料、多纹理等新兴技术，在设计端提供晶格与支撑结构等功能，”Brown 说。

NX 扩展新 AM 方案，含 NX AM for HP Multi Jet Fusion 模块，经 HP 认证、由 Materialise 提供支持，用于准备 HP Jet Fusion 4200 3D 打印机的打印作业。该模块让客户在单一软件环境开发、管理 Multi Jet Fusion 打印零件，避免昂贵耗时的数据转换与第三方工具，提升设计到成品的工作流效率。

此外，西门子在 Simcenter 3D 开发 AM 工艺仿真应用，称其为帮助制造商实现 AM 产业化、首次打印成功的关键工具。这些仿真应用是西门子端到端 AM 方案的核心部分。

“增材制造和先进机器人等变革性技术，为各规模制造商提供巨大竞争优势潜力，”西门子 PLM Software 制造工程软件高级副总裁 Zvi Feuer 说。“NX 为零件制造商提供集成方案利用这些强大技术，提升整体业务绩效，助力打造真正的数字化机床车间。”

让一切协同运作

PLM 如何延伸至工程部门之外是主要议题，Autodesk 制造与生产行业战略总监 Bob Yancey 指出。“产品开发不止工程，将数据流从设计连接到制造生产，才能发挥 PLM 全部价值，”Yancey 说。“PLM 确保个人和业务系统获得准确及时的产品开发信息，帮助人们更快做出更好决策。”

生命周期全程的数据保真度与流程绩效提升能显著缩短上市时间，Autodesk 客户报告改善 50% 以上。例如，Fusion Lifecycle 客户 Mesa Labs 的变更流程从两周缩至两天，Yancey 称。“这是 80% 改善，通过将产品数据与 ERP 系统连接实现。PLM 前，客户报告高达 90% 制造错误源于信息缺失或错误，导致质量问题和高废品率。”

另一客户 Novacentrix（光子固化方案开发商）实施 Fusion Lifecycle 后废料减少 84%。Willerby（假日别墅与住宅制造商）NCR 从月均 54 降至 6，BOM 准确率超 99%，较 12 月前提升 20%。

“错误仍会发生，变更仍会需要，但用 PLM 闭合制造、产品开发与企业业务系统的环路，增强企业学习能力，”Yancy 指出。“这种学习基于聚合数据（事实而非臆测），创造持续改进环境，确保最佳执行。”

Autodesk 专注连接设计与下游制造流程，Yancey 称，产品仿真与制造仿真都是连接设计与制造的一部分。“Autodesk 拥有广泛的设计、仿真、制造、数据管理解决方案，率先用云方案更好连接分布式产品开发供应链的设计与制造。云成游戏规则改变者，让各规模制造商都能负担 PLM，消除技术与资源障碍，通过浏览器提供安全、连接的实时全球协作。”

面对 AM、工业 4.0、物联网、机器学习、人工智能等新兴技术，PLM 的本质与交付在改变，Yancey 说。“PLM 需超越单纯归档数据，转向分析数据、从数据学习、提取预测趋势，利用产品开发过程中现有或将存在的海量信息。”

PLM 最初聚焦产品数据管理，但角色随 AR 使用而扩展，Elite Aerospace Group（EAG；加州欧文）航空航天零部件制造商、PTC Windchill PLM 用户的 PLM 总监 Stuart Weiler 指出。Weiler 近期在《制造工程》（2017 年 3 月）撰文《PLM 与增强现实磨砺切削锋芒》探讨此题。

“最初只是 PDM，”Weiler 说。“逐渐成为单一事实来源。但集成仍不足。”

随着更多制造商采用最新开放标准如 STEP 242，PLM 集成变得更易。他说：“未来将有大量人使用——STEP 242 正成公认标准。大多数 CAD 系统将良好兼容。”

AR 等新工具结合 PLM 是全球运营远程用户的福音。“人人需要访问信息，”Weiler 说。“PTC 有 ThingWorx Navigate，无需懂 PLM 即可随时随地访问，这正是所需趋势。”

Navigate 最新 1.6 版给用户“一种物联网仪表盘，他们称之为混搭”，Weiler 补充。软件像系统中所有事物的单一玻璃窗，EAG 刚开始使用其 AR 能力。

“我们用一点增强现实，”他说。“目标是用到车间现场。”