使用 PLM 软件解锁工业物联网

借助最新的 PLM 工具，制造商可以在实施数字制造的尖端协作设计和可视化解决方案方面获得优势。

带有产品生命周期管理 (PLM) 工具的数字制造解决方案为制造商最终完全释放工业物联网 (IIoT) 的承诺提供了巨大潜力。近年来，PLM 解决方案中的新协作虚拟工具结合了高度逼真的可视化，包括增强现实 (AR)，帮助将标准推向更大地实现 IIoT 对制造的承诺。

借助最新的 PLM 产品，制造商可以利用一流的 CAD/CAM/CAE 和 PLM 的产品数据管理 (PDM) 工具，这些工具越来越多地部署更新的设计技术，如生成工程、AR 可视化和其他在产品生命周期中紧密关联的模拟当今高度连接、基于传感器的先进自动化设备更能实现这一链条。现在，更多本地和基于云的 PLM 解决方案可以创建数字孪生，帮助将虚拟世界准确地与制造商在工厂车间的物理资产联系起来。

此外，面向互联制造的产品中的软件和电子产品水平不断提高，这要求开发人员设计新的方法来创建和管理固件和电子产品内容。

数字化转型

仿真在数字化制造转型中发挥着关键作用，大多数主要 PLM 开发人员已开始将高级可视化工具完全整合到他们的 PLM 工具箱中。

“我们开始更多地推动转型解决方案，帮助为我们的客户带来价值。当然，我们在工具和仿真产品方面进行了大量投资，”位于德克萨斯州普莱诺的 Siemens PLM Software 首席技术官 Jim
Rusk 说道，他是 Teamcenter PLM 及其几个相关 CAD/CAM/CAE 的开发者产品。 “我们发现客户正在寻找关于生成工程、将电子设备集成到解决方案中以及他们如何从物联网 [IoT] 中引入产品性能数据的有价值的陈述，真正利用云和协作来获得信息流。”

西门子近年来进行了多次大规模仿真收购，并在 2016 年 11 月以 45 亿美元收购了电子设计自动化 (EDA) 软件开发商 Mentor Graphics。

“如果没有我们生产的核心基础工具，我们就无法做这些事情，”Rusk 谈到公司的相关 CAD/CAM/CAE 件时说。 “PLM 在这方面发挥着核心作用，电子设计自动化是另一个重要部分，我们收购了 Mentor。我们在如何将其引入方面取得了很大进步。我们的客户正在构建的产品不仅具有大量的机械内容，而且还具有电气和软件，因此我们确实必须带来更多以解决方案为导向的功能，例如作为生成工程、集成电子和自动驾驶[车辆]。所有这些都是我们提出的解决方案的关键要素。”

推动这种数字化转型的还有制造商重新审视运营，并愿意改变他们的基本业务实践。 “我们正在与之打交道的所有公司，无一例外，在重型制造、高科技和生命科学领域，都有数字化转型计划，他们真正试图从根本上改变他们的运营方式并重新思考他们的交付方式马萨诸塞州安多弗市 Aras Corp. 高级副总裁兼 Aras Innovator PLM 软件开发商 Marc Lind 说。

“每个人都有一定程度的紧迫感，这迫使业务和运营发生深刻变化。所以这不仅仅是所涉及的技术，还有你做生意的方式，”林德指出。 “在商业趋势背景的背景下，这意味着明天的数字流程今天不存在，”林德说。 “没有开箱即用的软件可以满足不存在且正在出现的流程和要求。”

Lind 补充说，根据公司的不同，这种转变采用不同的形式和结构。 “我们正在与他们密切合作，重新思考他们已经知道的过程，他们正在努力完成的事情，[以及他们如何开发]一种比五年项目更快地实现目标的方法。”

达索 Enovia 营销副总裁 Garth Coleman 表示，支持虚拟体验的数字技术正在推动行业复兴，它以真实和虚拟的发明、学习、生产和交易的新方式震撼着社会各行各业Systèmes，马萨诸塞州沃尔瑟姆和法国 Vélizy-Villacoublay。

“在世界各地的 fablabs 中，任何人都可以在短短几个小时内创建一个智能的、连接的对象，”他说。 “初创公司正在颠覆整个行业，实体店的中流砥柱正在通过新的、服务驱动的商业模式进行自我改造。 OEM 正在与供应商建立深度数字连接，将供应链转变为价值网络。正在发生的事情远比‘数字化转型’之类的概念所能解释的要大得多。”

Coleman 表示，虚拟世界——允许用户扩展和改进现实世界的完整数字生态系统——使创新者首次能够同时想象、映射、建模和设计全新的环境。

“而数字体验平台是这些虚拟世界的基础设施，将地点、人员、想法和解决方案之间的距离减少到零，同时支持新的思维、学习、行动和互动方式，”他说。 “IDC 预测，到 2020 年，至少 55% 的组织将通过数字化确定，通过新的商业模式和数字化产品和服务改变市场并重新构想未来。

“提供深刻的个性化体验需要技术的无缝协同，”他继续说道。在这种协同作用中，“虚拟体验平台上的真实和虚拟融合，以将协作扩展到完整的贡献者生态系统，包括企业内部以及供应商、合作伙伴、客户和潜在客户的虚拟网络。这绝对不是你父亲的 PLM！”

引领潮流

可视化工具，尤其是 AR 和 CAE 应用程序的广泛使用，正在帮助制造商转变 PLM 的设计和工程流程，以适应工业 4.0 和 IIoT 的新时代。同样，生成式工程有助于加快客户的设计速度，并为组合添加优化功能以获得更好的整体结果。

2019 年 1 月，西门子发布了用于 CAE 应用的 Simcenter 3D 系列仿真应用程序的最新更新，包括计算流体动力学 (CFD) 和有限元分析 (FEA) 工具。去年，该公司收购了位于慕尼黑的电气系统设计和线束工程软件开发商 Comsa Computer und Software GmbH。 Comsa 的 LDorado 汽车线束设计和工程工具套件将加入西门子的 Mentor 应用程序组合。

西门子的 Rusk 表示：“我们对引入更多前端、早期概念工程——真正的系统工程——越来越感兴趣。”他指出，客户正在寻找更早的产品要求、参数和仿真模型。在汽车领域，尤其是自动驾驶汽车，“涉及到大量的系统工程和电气，”Rusk 说。 “我们想让我们的客户无缝集成这些系统。”

他补充说，这些模拟扩展到了作为 Simcenter 3D 一部分的增材制造应用，并有助于关闭制造循环、围绕数字双胞胎提供信息并返回工厂。

Aras 的 Lind 表示，系统工程的重视程度达到了一个新的水平，尤其是基于模型的工程，因为制造商正在努力应对支持软件的设计、电子设备和传感器。 “随着电气化和自动化，汽车行业正在发生巨变，航空业也是如此，”林德说。 “这真的是全面的。”

Lind 表示，Aras 最新 PLM 平台中包含的新技术能够处理差异和选项，从而可以对汽车产品中的选项进行重大定制，包括机械和软件功能，如电子控制单元 (ECU) 和其他特定软件项目。 “变化的程度真的在飞涨，”他说。 “你需要知道 [infirmware] 将哪些软件闪存到芯片上，因此软件的级别是 [customized] 在 VIN 级别。”

在模拟方面，Aras 还在 2018 年 9 月收购了 Comet Solutions Inc.，这是一家位于新墨西哥州阿尔伯克基的模拟过程和数据管理 (SPDM) 工具开发商，用于将模拟用户与企业联系起来，从而获得了急需的附加功能。现在作为 Aras 的 PLM 订阅的一部分提供，该公司的 SimApps 是与供应商无关的应用程序，它与 Aras 的开放式方法合作，将用户与一系列 CAD、FEA、网格划分、0D/1D 模拟工具和其他应用程序连接起来，用于生命周期产品配置和跨学科设计。

“对于我们正在谈论的所有事情——MBE 和 MBSE、数字双胞胎、工厂定义——一旦你有了数字配置或模型，你想要做的就是在现实世界条件下对其进行模拟，”林德说. “你想知道这件事是否会发挥作用，预计平均故障前时间是多少 [MTBF]，以及我如何预测工厂或现场飞机的故障？你希望能够模拟它。”

Lind 指出，使用 Comet 的 SimApps 模拟流程为 Aras 客户提供了管理大量模拟数据的新工具。 “模拟的想法也非常专业，”他说。 “就像在设计中一样，这些实际仿真功能是孤立的、特定类型的分析，如 FEA 和 CFD，它们显示湍流或 ESD [静电放电]。它非常专业，也是我们最大的客户想要的，因为这些模拟无处不在，而且没有好的方法来管理从中生成的数据。”

他说，制造商的流程通常涉及大量增量模拟。 “这不是一次跑步。更改一个参数，增加它，然后再次运行模拟。你一遍又一遍地这样做，你会得到大量的数据输入，”Lind 谈到可能涉及五到七个不同求解器环境的过程时说。他说，采取开放的方法也是一个优势。

“模拟的主要供应商倾向于围绕他们自己的工具集进行组织。没有人说“让我们采取开放的方法”。我们正在使它成为一个公平的竞争环境。我们将以一致的方式管理整个市场，您可以在下游进行跨学科的程序化。数字孪生模拟即将到来。现在做的人不多。”

达索最近还在模拟方面采取了一项举措，2019 年 1 月宣布建立合作伙伴关系，将来自以色列雷霍沃特的开发商 Cognata Ltd. 的自动驾驶汽车模拟套件嵌入达索系统的 3DExperience PLM 平台。达索表示，此次合作将为自动驾驶汽车制造商提供首创的解决方案，以在 3DExperience 平台内的整个开发周期中定义、测试和体验自动驾驶。这有望加快添加完全集成的自动驾驶汽车开发流程，从而在道路上实现更准确、更安全的自动驾驶汽车。

Cognata 首席执行官兼创始人 Danny Atsmon 在一份声明中表示：“与 Dassault Systèmes 的合作将通过让仿真成为工程过程中不可或缺的无缝组件来加速自动驾驶汽车的开发。” “使用越早的模拟，工程师就越容易修改自动驾驶汽车的每个组件并通过虚拟环境对其进行测试，以了解它在集成到车辆中并遇到意外的边缘情况后如何工作。”

达索的 Coleman 补充说，许多公司正在利用计算机模拟在虚拟环境中测试新概念，从而加快工作速度并确保在将产品投放到现实世界之前获得优化的结果。

“Simulation speeds planning, cuts costs and aids decision-making with greater accuracy,” he said. “This allows researchers to test, verify and quickly optimize a design for manufacturability to reduce materials; for safety in manufacturing to protect workers; for long-term maintenance to extend the product’s useful life; and for environmental impact, including factors such as minimizing the total amount of material consumed, finding alternatives to hazardous materials and designing to simplify recycling.”

AR-Enabled Visualizations

Another key technology in simulations is a wider deployment of AR-enabled PLM applications like the Vuforia lineup from CAD/CAM/CAE/PLM developer PTC, Needham, Mass. “PLM is continuing to evolve to bring about manufacturers’ digital transformations,” said Francois Lamy, vice president of PLM solutions management for PTC. “In fact, without a solid PLM system in place to ‘put your digital house in order,’ it can be difficult to integrate smart, connected capabilities or get better insight and analytics.”

To improve the way product designs are shared, PTC developed ThingWorx and Vuforia applications into its software after acquiring the technologies a few years ago.

“We are constantly making improvements to our PLM portfolio to make PTC the PLM vendor that will kickstart our customers’ digital transformations,” Lamy said. “We are leveraging Vuforia, PTC’s augmented reality technology, to publish multi-CAD data. With AR, the need for building expensive prototypes is virtually eliminated. And the risk of sharing valuable company IP with external stakeholders, such as the supply chain, disappears when you are sharing an AR experience of a product design rather than the actual CAD data itself.”

PTC’s ThingWorx Navigate out-of-the-box role- and task-based applications make it easier for “lightweight” users who don’t typically interact with PLM to get the product data that they need, Lamy added. “Customers are focused on building a consistent and modern digital backbone of processes, data, and systems, incorporating state-of-the-art technologies [smart connected products, smart connected machines, artificial intelligence, augmented reality] for cross-discipline collaboration through engineering, manufacturing, operations, service, and supply chain apps,” Lamy said.

Last summer, PTC and simulation developer Ansys Inc., Canonsburg, Pa., announced the companies were partnering to bring Ansys’ real-time simulation to customers through PTC’s Creo CAD software. “This new solution, Creo Simulation Live, gives engineers fast, easy-to-use simulation that is fully integrated into the CAD modeling environment,” Lamy said. “It eliminates the back and forth between design and simulation. When changes are made to models, engineers get real-time feedback on their design decisions, enabling them to iterate more quickly and design with greater confidence.”

Access Anywhere, Anytime

Increased accessibility to manufacturing data via the cloud has fast become the norm rather than the exception, driven by the inherent cost advantages of cloud-based PLM systems over those available solely as on-premise versions. Autodesk’s cloud offering is Fusion Lifecycle PLM, which offers users a highly collaborative environment for sharing manufacturing data.

“One of the underlying trends we see in manufacturing is the convergence of design and make, even for customers that do not manufacture [products] themselves,” said Charlie Candy, senior manager, global GTM [Go to Market] business strategy for design at Autodesk Inc., San Rafael, Calif. “Line of sight to the manufacturing process is helping customers increase innovation by experimenting more, taking greater risks in design by rapidly iterating between digital and physical. At the same time, they’re able to maintain better cost control and scope by simulating product performance and the manufacturing process. Autodesk has invested more than $1 billion in manufacturing technologies to connect design to make and help our customers stay ahead.”

The impact of this trend on PLM is that businesses need to connect with more people, across more disciplines, earlier in the process, Candy said. “To compete and differentiate, manufacturers are looking to evolve the ways they work, as well as the supporting tools and processes. This requires a digital strategy.”

He noted Autodesk’s PLM approach focuses on five pillars that form the foundation of a customer’s digital strategy:mass customization; collaboration; customer experience; flexible manufacturing; and connected services. “Of these five pillars, collaboration is consistently ranked by customers as the highest priority,” Candy said. “Involving the right people at the right stage to drive critical decisions is what defines the success of a project or product.”