Gemelos digitales PLM ofrecen visión virtual en tiempo real de la fabricación

Con las últimas herramientas de gestión del ciclo de vida del producto (PLM), los fabricantes apuntan a acelerar desarrollos usando el Hilo Digital, un conjunto integrado de soluciones CAD/CAM/CAE y cPDM (gestión colaborativa de datos de producto) que entrelazan nuevos Gemelos Digitales de procesos de fabricación. A medida que las máquinas en la planta de fábrica están más conectadas que nunca en la era del Internet Industrial de las Cosas (IIoT), las aplicaciones de ingeniería en PLM se están entrelazando más estrechamente con el lado de gestión de datos, permitiendo comunicaciones más rápidas y fáciles entre grandes organizaciones manufactureras globales.

Los sistemas PLM de la industria están creciendo a un ritmo saludable, según el último análisis del investigador de mercado CIMdata Inc. (Ann Arbor, MI), que valoró el PLM global en casi 39 mil millones de dólares en 2015. "El mercado PLM creció a 38,7 mil millones globalmente en 2015, 2,8% de crecimiento sobre 2014", señaló Stan Przybylinski, vicepresidente de Investigación de CIMdata. "Mirado en monedas constantes, esa tasa de crecimiento sería 8,2% sobre 2014."

La mayoría de los líderes del mercado PLM tuvieron fuerte crecimiento en monedas constantes, y todos continuaron haciendo adquisiciones estratégicas para expandir sus carteras y, en algunos casos, entrar en nuevos mercados, dijo Przybylinski. "Mirando hacia 2020, CIMdata pronostica el mercado PLM creciendo a una tasa de crecimiento anual compuesta [CAGR] de 6,3% a 52,3 mil millones", dijo Przybylinski.

Las empresas hacen inversiones PLM en muchos tipos de soluciones incluyendo CAD mecánico, simulación y análisis, visualización y colaboración, diseño de edificios, y otros, señaló Przybylinski, y esta diversidad se refleja en el hecho de que ningún tipo único de proveedor domina la industria. En 2015, un mayor número de proveedores generaron ingresos sustanciales que representan inversiones relacionadas con PLM, con 16 proveedores generando ingresos PLM en exceso de 500 millones tanto de herramientas como de segmentos cPDM, dijo Przybylinski. "Tres proveedores de soluciones, Dassault Systèmes, PTC y Siemens PLM Software, son proveedores mayores de tanto herramientas como tecnología cPDM", señaló, "mientras que otros, como Autodesk y Mentor Graphics, son principalmente proveedores de herramientas que se centran en segmentos específicos dentro del mercado global."

Acelerando diseños de producto

Trabajando con diseñadores automotrices en equipos de carreras de Fórmula 1 ayudó a los desarrolladores en Siemens PLM Software (Plano, TX) a aprender cómo desplegar mejor sistemas PLM usados por los corredores, señaló Jim Rusk, vicepresidente senior y director técnico de Siemens PLM. "Podemos aprender de ellos. Se esfuerzan una semana para proveer los mejores componentes posibles a sus equipos", dijo. "Realmente es un entorno muy dinámico —y su competencia está haciendo lo mismo."

Acelerar iteraciones de producto permitió a Siemens ver cómo ayudar mejor a equipos de carreras en Fórmula 1 y también en carreras de aeronaves con el equipo Red Bull. Siemens anunció recientemente que su software se ha usado los últimos tres años ayudando a Land Rover BAR (Ben Ainslie Racing) a diseñar, evaluar, verificar y producir el catamarán Clase Copa América (ACC) de Gran Bretaña a tiempo y dentro de presupuesto.

Más de 85.000 horas de diseño y construcción resultaron en un barco de 15 m que incluye 1.200 m de cableado electrónico y eléctrico conectando 190 sensores y cuatro cámaras de vídeo. Trabajando con Siemens, el equipo gestionó exitosamente su ambicioso cronograma usando un entorno de software integrado para PLM uniendo múltiples disciplinas sin fisuras. Siemens y Land Rover BAR bautizaron el catamarán "Rita" en febrero en una ceremonia en la isla de Bermudas, con el objetivo de traer la Copa América de vuelta a donde todo comenzó en 1851.

"La tecnología de software de Siemens nos ha permitido simular, analizar y probar soluciones de diseño a lo largo del proceso de diseño y construcción", dijo Andy Claughton, director técnico de Land Rover BAR. "Usar este software ha ahorrado tiempo y nos permitirá seguir haciendo mejoras hasta la competición, donde esperamos traer la Copa a Gran Bretaña por primera vez en la historia de la carrera."

El equipo de carreras de Land Rover BAR eligió soluciones Siemens para adoptar un entorno virtual integrado para modelado digital y simulación. Land Rover BAR usa Siemens NX para diseño de producto, software de gestión de datos Teamcenter, la cartera de software Fibersim para ingeniería de compuestos y la cartera de software Simcenter de Siemens, incluyendo Femap y Star CCM+ para análisis de elementos finitos (FEA) y dinámica de fluidos computacional (CFD).

"Se esfuerzan una semana para proveer los mejores componentes posibles a sus equipos. Realmente es un entorno muy dinámico —y su competencia está haciendo lo mismo."

Crear el entorno de diseño más rápido y eficiente es clave para equipos de carreras —ya sea en tierra, aire o mar. Rusk señaló que los equipos NASCAR operan similarmente a los modelos de Fórmula 1, requiriendo diseños rápidos y componentes altamente precisos, a menudo creados con materiales exóticos incluyendo compuestos avanzados hechos con procesos de fabricación aditiva.

"Vemos esto en EE. UU. también, donde hay varios equipos NASCAR haciendo trabajo similar. Pasan por lo mismo, preparando la siguiente carrera", dijo Rusk. "También estamos en despliegues muy grandes en grandes empresas manufactureras globales."

Impulsando estos desarrollos está la necesidad de ingeniería de sistemas avanzada, encontrando las formas más rápidas y eficientes de desarrollar diseños de producto innovadores. "Las empresas dicen 'Queremos entrar cada vez más temprano en sus diseños'", dijo Rusk, "y ofrecemos simulación y gestión detallada de esos procesos.

"La definición más grande de PLM es cómo podemos ayudar a las empresas más temprano en su ciclo de diseño. Quieren saber cómo el producto rendirá contra el diseño. Hacemos eso con mucho conocimiento previo, dándoles formas flexibles para colaborar." Elementos importantes para ayudar a diseñadores incluyen las nuevas capacidades de diagrama de arquitectura añadidas en Siemens Teamcenter y capacidades de simulación adicionales, como la adquisición de LMS por Siemens hace unos años que añadió Image Lab, dando a usuarios pruebas necesarias contra escenarios del mundo real, señaló. Siemens también adquirió más recientemente CD-adapco, que incluye el software CCM+ usado para simulaciones térmicas 3D avanzadas. "Realmente es un producto que escala muy bien", dijo Rusk, señalando que CCM+ se usa en flujo subsónico y sónico para aeroespacial, y para mezcla aire-combustible en motores de combustión interna.

Llamando a los Gemelos Digitales

Virtualmente todos los desarrolladores PLM enfatizan este concepto de gemelo digital en estrategias de software de desarrollo de producto, junto con muchos otros elementos incluyendo la expansión continua de funcionalidades de diseño y desarrollo de producto colaborativo.

Tendencias clave soportadas por la plataforma 3DExperience de Dassault Systèmes (París) y aplicaciones de marca asociadas incluyen desarrollo impulsado por cliente, simulación/prueba/optimización de experiencia virtual, empresa basada en modelos, despliegue en nube con Software-como-Servicio (SaaS), aplicaciones basadas en datos, hilo digital, gemelo digital y gemelo virtual, big data, IoT, aplicaciones basadas en navegador sin plugins, paneles y widgets, e inteligencia de negocio con analíticas PLM, señaló Eric Green, vicepresidente de Experiencia de Usuario y Promoción Delmia de Dassault Systèmes.

"La eficiencia de innovación a menudo se ve impedida por múltiples traspasos entre disciplinas y funciones, debido a discontinuidad en procesos y sistemas, resultando en alargamiento de plazos y reelaboración", dijo Green. "Los sistemas PLM electrónicos de generación anterior conectaban los silos, mientras que en una plataforma digital, los silos se eliminan." La arquitectura digital V6, introducida por Dassault en 2008, definió un modelo de datos común a través de CATIA para diseño, Simulia para simulación, Delmia para fabricación y Enovia para aplicaciones de gobernanza, dijo Green, permitiendo a usuarios conectarse online a una única definición digital y colaborar en tiempo real.

La proliferación de datos ha hecho a cada negocio dependiente de datos, y cada negocio necesita transformar sus metodologías para volverse tanto orientado a datos como orientado a analíticas para asegurar que cada decisión de negocio maximice el rendimiento global, dijo Green. El reto del negocio actual es tanto cómo manejar el caos de datos y proliferación de nuevas fuentes de información, y cómo asegurar que cada decisión de negocio se base en este caos de datos, dijo.

"Por eso la analítica de autoservicio está aquí para imponer gobernanza de datos en cada nivel de la empresa, empoderando a cada usuario de negocio para analizar diferentes fuentes de datos y realizar su propio análisis sin ningún tipo de soporte TI", dijo Green. "Los usuarios de negocio dependen principalmente de equipos TI para proporcionar nuevas vistas analíticas lo que hace la capacidad de respuesta a nueva información lenta e inefectiva. Además, aprovechan Excel para modificar los datos y construir informes que proporcionarán solo una parte de la realidad; no hay única fuente de verdad."

Al entregar analítica de autoservicio, los usuarios pueden acelerar el tiempo de ciclo para crear nuevas vistas, dijo, donde cada usuario de negocio puede arrastrar y soltar cajas para construir nuevas vistas basadas o directamente vinculadas al sistema de información.

La aparición de nuevas tecnologías para fabricación está aprovechando avances técnicos PLM, especialmente en áreas de nuevos materiales y procesos de fabricación aditiva, afirmó Green. "Las ganancias económicas de la fabricación aditiva son dramáticas y los cambios en diseño son aún más significativos", dijo Green. "La fabricación aditiva permite crear tipos enteramente nuevos de piezas y productos. Los diseñadores tendrán tableros de dibujo en blanco, por así decirlo, que les permiten preguntar, 'En un mundo ideal, ¿cómo debería verse esta pieza?' Los diseñadores están descubriendo que formas orgánicas encontradas en la naturaleza a veces son mejores y más aerodinámicas que las formas industriales toscas que han prevalecido en el pasado.

"Este tipo de 'diseño funcional generativo' alimenta la Economía de la Experiencia y revolucionará la fabricación, requiriendo que los fabricantes rediseñen producción y planificación de procesos y la forma en que se conduce la ingeniería de materiales", dijo Green. "Tener las capacidades para permitir esta nueva forma de pensar, desde ciencias de materiales, a través de diseño 3D, simulación, y operando con fabricación aditiva, ayuda a las empresas a transformar su negocio."

Integrando PLM en el proceso

Con la aparición del IIoT, empresas con productos complejos buscan mejores formas de integrar sus operaciones de fabricación, señaló Doug Macdonald, director de marketing de producto, Aras Corp. (Andover, MA), desarrollador de la plataforma PLM Aras Innovator. Pero con los sistemas desconectados de hoy, crear y reconciliar MBOMs, planes de proceso e instrucciones de trabajo, y asegurar sincronización con diseños de producto en evolución puede consumir mucho tiempo y ser propenso a errores.

Los fabricantes pueden ganar ventaja competitiva cuando la Planificación de Proceso de Fabricación (MPP) está integrada y puede rastrear sin fisuras datos y procesos de fabricación, señaló. "La clave es aprovechar una plataforma PLM que soporte plan de proceso gráfico y concurrente, MBOM [Lista de Materiales de Fabricación] e instrucciones de trabajo de autoría visualmente rica; autoría concurrente de instrucciones de trabajo electrónicas visualmente ricas; MBOM controlado por versión derivado de EBOM usando edición drag-and-drop; creación concurrente de plan de proceso y MBOM; reconciliación automática EBOM/MBOM [Lista de Materiales Electrónica/MBOM] y MBOMs y planes de proceso específicos de planta."

Aras cita investigación del Instituto de Innovación en Diseño y Fabricación Digital (DMDII; Chicago) mostrando que el 81% de empresas reconocen que una transformación digital en fabricación es un elemento clave para su competitividad futura, pero solo el 14% dice que están adecuadamente equipadas hoy con las tecnologías y experiencia necesarias. El MPP de Aras está construido sobre una sola plataforma que es flexible, escalable y actualizable, y proporciona capacidades conectadas para EBOM, configuración y gestión de cambios, requisitos, calidad y otras áreas. El MPP de Aras también está diseñado para integrar con entornos ERP, MES y PDM heredados existentes para proporcionar estas nuevas capacidades de proceso sobre sistemas empresariales existentes. Al superponer la plataforma Aras sobre sistemas existentes, las grandes empresas pueden evitar el riesgo y disrupción de un enfoque "arrancar-y-reemplazar" e impulsar transformación digital más rápidamente.

"Creemos que los procesos que abarcan desarrollo de producto e ingeniería de fabricación son una base necesaria que debe abordarse al frente para que Industria 4.0 o IoT funcionen", dijo Peter Schroer, CEO de Aras. "Las empresas con fábricas por todo el mundo necesitan una mejor forma de impulsar transformación más rápido, por eso puedes superponer legado existente con nuestra plataforma y obtener nuevas capacidades inmediatamente que apoyen directamente tu estrategia."