PLM: Potenciando un futuro manufacturero conectado

Nuevas versiones añaden opciones en la nube, simulación, realidad aumentada/virtual y manufactura aditiva, mirando hacia el futuro IIoT de la manufactura

La complejidad es omnipresente en los procesos actuales de diseño y manufactura de componentes. En el software de gestión del ciclo de vida del producto (PLM) más reciente, los fabricantes obtienen más opciones, con nueva funcionalidad para visualizar procesos de manufactura con tecnologías que incluyen realidad aumentada (AR) y realidad virtual (VR). Estas capacidades permiten a los fabricantes manejar la complejidad creciente de los diseños con el Internet Industrial de las Cosas (IIoT) e Industria 4.0, ayudándoles a validar desarrollos de productos cada vez más complejos en las etapas más tempranas, ahorrando tiempo y costos de manufactura.

Los portafolios PLM de los fabricantes incluyen aplicaciones de gestión de datos de producto (PDM) más el espectro completo de CAD/CAM/CAE para diseño digital, manufactura y capacidades de visualización. Desarrolladores principales, como Siemens PLM Software (Plano, TX), Dassault Systèmes (París) y PTC (Needham, MA), incluyen toda la gama de herramientas PLM, pero algunos, como Aras Corp. (Andover, MA) y otros, ofrecen herramientas específicas de PDM que incluyen amplia integración y soporte CAD, pero no sistemas tradicionales CAD/CAM/CAE independientes. Muchas, pero no todas, las ofertas PLM presentan versiones solo en la nube, o como Aras están disponibles tanto en instalaciones locales como en soluciones basadas en la nube. PLM también incluye las herramientas críticas de manufactura digital que permiten a los fabricantes distribuir equipos de planta y probar procesos de fábrica antes de finalizar diseños de planta. Recientemente, los desarrolladores han añadido módulos o aplicaciones separadas que amplían su alcance hacia la manufactura aditiva (AM).

Visualizando el proceso de manufactura

Acelerar los procesos de desarrollo de producto y mejorarlos con información más rápida, mejor y más precisa son objetivos importantes para PLM a medida que la industria avanza hacia IIoT. La realidad aumentada en la revisión de diseño está marcando la diferencia, según Francois Lamy, vicepresidente de gestión de soluciones PLM de PTC.

"A medida que los equipos se vuelven más distribuidos globalmente, a veces es difícil lograr que todos los involucrados revisen un diseño de producto de manera oportuna, recopilen toda la información necesaria para la revisión y capturen retroalimentación para acción futura", observó Lamy. "Usando realidad aumentada (AR), los miembros del equipo pueden visualizar, interactuar y proporcionar retroalimentación sobre diseños de producto desde cualquier parte del mundo. AR permite a las partes interesadas interactuar con un modelo 3D del producto, como caminar alrededor de él y ver diferentes estados del modelo, incluyendo entrar dentro del propio modelo."

Con sus adquisiciones de aplicaciones IoT Thingworx (en 2013) y la plataforma AR Vuforia (en 2015), PTC ha estado construyendo constantemente un portafolio PLM habilitado para AR orientado a la era Industria 4.0.

"Para satisfacer suficientemente las expectativas de los clientes, los fabricantes necesitan transformar su proceso de desarrollo de producto para comprender y aprovechar los datos de productos en el campo", dijo Lamy. "Anotar información de producto en un dibujo CAD ya no basta a medida que los productos se vuelven más complejos. Los fabricantes necesitarán volverse más organizados con su proceso de desarrollo de producto."

Tener un sistema PLM integral proporciona una base sólida para aprovechar capacidades IoT, añadió. "Al consolidar toda la información del producto en una única definición digital de producto de vista única, las organizaciones pueden asegurar que las partes interesadas accedan a la información de producto más precisa y actualizada", dijo. "Con un sistema PLM, toda la información se agiliza en un formato de lista de materiales (BOM) único."

Los clientes buscan soluciones para lidiar con la complejidad creciente de sus sistemas, el impulso hacia soluciones personalizadas y la necesidad de entrega más rápida al cliente, agregó Garth Coleman, vicepresidente de marketing de la marca Enovia de Dassault Systèmes. "Al mismo tiempo, necesitan acelerar su innovación y reducir costos. Como resultado, las empresas buscan implementar plataformas de innovación de producto, que transformen digitalmente sus empresas."

"Vemos gran interés en empresas que buscan realizar el valor de implementar sobre la nube", añadió Coleman. "Usando una solución lista para la nube, las empresas pueden abrir la empresa a partes interesadas internas y externas que en cualquier momento, en cualquier lugar, pueden participar en la colaboración, mientras tienen flexibilidad y escalabilidad para crecer a medida que avanzan."

Se muestra mucho interés en añadir valor a través de tecnologías como AM, dijo Coleman, y en realidad aumentada. "Nuestro Centro 3DExperience en Wichita, que es una colaboración entre WSU [Wichita State University] y NIAR [National Institute for Aviation Research], abrió el año pasado y tenemos empresas de todas las industrias visitando para ver cómo pueden incorporar y aprovechar las tecnologías más nuevas como parte de su transformación digital", dijo. "Un ejemplo de esta colaboración es examinar y aprender cómo celdas MRAM [Multiple Robotic Manufacturing Advanced Manufacturing] híbridas pueden integrar flexiblemente diferentes tecnologías como VR/AR, IoT y machine learning para ayudar a las empresas a construir las fábricas del futuro con máxima agilidad de producción."

Desglosando la complejidad

Los productos y sistemas complejos pueden desafiar a los ingenieros más inteligentes hoy, y la industria necesita soluciones más creativas para navegar esta complejidad creciente, a menudo debida al alto nivel de software inherente en productos para IIoT.

"Ha habido tradicionalmente un énfasis desproporcionado en el lado CAD", señaló Marc Lind, vicepresidente senior de estrategia para Aras. "Empezamos desde una perspectiva PLM, permitiendo capacidades multiplataforma para desarrollar productos sofisticados. Hoy en día se trata realmente de productos inteligentes y conectados, donde ves sistemas de sistemas."

Estos productos conectados pueden ser el software y la electrónica en componentes automotrices, o piezas aeroespaciales, que requieren un sistema PLM como Aras Innovator capaz de manejar compatibilidad multiplataforma, añadió. "El lado electrónico, el cableado [en automotriz] es igual o mayor que otros aspectos." La conectividad es clave, dijo Lind. "Lo que ves con los movimientos de Siemens, están metidos en el entorno de autoría. Nosotros nos enfocamos en el nivel de proceso, permitiendo capacidades cross-funcionales y cross-disciplinarias, y llegamos hasta el servicio de campo."

"Somos CAD-agnósticos", añadió Lind. "Partimos de la perspectiva de que las empresas tienen muchas herramientas CAD diferentes y podrán unirlas y moverse a la fábrica y a operaciones con el Gemelo Digital."

La complejidad aumenta exponencialmente con productos inteligentes y conectados, dijo Lind. "Los productos están mal equipados para lidiar con eso. Lo que realmente se reduce es que, en general, empresas grandes y pequeñas están siendo disruptivas", añadió.

En enero, Aras anunció que había adquirido el negocio de software de mantenimiento, reparación y revisión (MRO) Impresa de Infospectrum, lo que Aras dijo proporcionaría un conjunto de capacidades MRO complementarias para ayudar a los fabricantes a transformar digitalmente el desarrollo y mantenimiento de productos complejos. El acuerdo da a Aras la capacidad de entregar PLM y MRO en una sola plataforma y extender el Hilo Digital al campo.

Aras anunció recientemente que el fabricante alemán BMW Group está implementando la plataforma PLM de Aras como columna vertebral para la gestión de datos de prueba. El sistema apoyará la planificación, programación, ejecución y documentación de pruebas de vehículos y resultados de pruebas en varias etapas de desarrollo. El sistema Aras permite trazabilidad de resultados y jugará un papel importante en el desarrollo de vehículos de producción, según Aras.

Añadiendo EDA, diseño generativo y manufactura aditiva

En los últimos dos años, Siemens PLM ha expandido enormemente la amplitud de su portafolio de simulación de automatización de diseño electrónico (EDA), adquiriendo al desarrollador de CAD/CAM electrónico Mentor Graphics por 4.500 millones de dólares en noviembre de 2016 y más recientemente comprando Solido Design Automation Inc. (Saskatoon, SK) por una suma no revelada. Siemens lanzó el otoño pasado una actualización de su portafolio de software de simulación CAE Simcenter, aproximadamente al mismo tiempo que la nueva actualización NX 12 CAD/CAM que incluye un módulo de manufactura aditiva.

"Estamos viendo una serie de mensajes clave que vuelven de nuestros clientes. Primero, la continua expansión de electrónica y software embebidos en productos crece más rápido que nunca; empresas que solían clasificarse como ingeniería mecánica ahora se encuentran teniendo que competir en un mundo donde los sistemas integrados mandan", dijo Paul Brown, director senior de marketing de producto NX. "Como proveedores de herramientas PLM, tenemos que satisfacer esas demandas."

Los fabricantes están expandiendo su uso de AM, añadió Brown, con empresas que buscan evolucionar productos para mejorar rendimiento, reducir conteo de piezas o reducir peso. "Esto es más que un problema de manufactura. Es un problema que tenemos que resolver a lo largo de todo el ciclo de vida, desde el diseño hasta la máquina", dijo.

Las últimas herramientas NX aprovechan el modelado convergente de Siemens, señaló Brown. El nuevo NX 12 incluye nuevas herramientas que expanden capacidades en el área de diseño generativo, construyendo sobre soluciones como modelado convergente y el uso de tecnologías como optimización topológica.

"En la línea de productos NX continuamos entregando nuevas soluciones como nuestras tecnologías de Modelado Convergente para permitir a las empresas usar nuevas técnicas de modelado para crear diseños complejos más rápido que nunca. El modelado convergente también ayuda a empresas que usan enfoques de ingeniería inversa para diseñar eliminando los elementos que consumen tiempo de convertir datos en formas utilizables para aplicaciones posteriores", dijo Brown.

"Las técnicas de modelado generativo se están volviendo tanto aceptadas como esperadas por nuestros clientes, teniendo el sistema ayudar a sugerir soluciones a problemas de diseño que pueden iterarse. Usando el poder de cómputo cada vez mayor en el escritorio para explorar más alternativas de diseño permite a los ingenieros adoptar nuevas soluciones a sus problemas de diseño", añadió.

El uso aumentado de AM también ha permitido a los ingenieros buscar nuevas soluciones en diseño, enfoques que mejoran cosas como aligeramiento usando estructuras tipo celosía, o nuevas formas que reducen el conteo de piezas y entregan ganancias en términos de cumplir objetivos de producto con menos material y cosas como menos tiempo de ensamblaje, según Brown. "Estos enfoques se vinculan al uso de técnicas generativas en diseño", dijo.

Siemens continúa invirtiendo en AM, "tanto desde un aspecto de soporte de manufactura mirando nuevas tecnologías emergentes como múltiples materiales y texturas, como en aspectos de diseño con funcionalidad como estructuras de celosía y soporte", dijo Brown.

El NX expande la nueva solución AM en NX incluyendo el nuevo módulo, NX AM para HP Multi Jet Fusion, certificado por HP y impulsado por Materialise, para preparar trabajos de impresión para impresoras 3D HP Jet Fusion 4200, según Siemens. Se dice que el módulo NX permite a los clientes desarrollar y gestionar piezas en un único entorno de software para soluciones de impresión Multi Jet Fusion, evitar conversiones de datos costosas y que consumen tiempo y herramientas de terceros, y mejorar la eficiencia general del flujo de trabajo diseño-a-parte-terminada.

Además, Siemens desarrolla aplicaciones para simulación de procesos AM en Simcenter 3D, que la compañía dice es una herramienta crucial para ayudar a los fabricantes a industrializar AM imprimiendo componentes correctamente a la primera. Estas aplicaciones de simulación son parte integral dentro de la solución AM de extremo a extremo de Siemens.

"Tecnologías transformadoras como manufactura aditiva y robótica avanzada ofrecen un tremendo potencial para fabricantes de todos los tamaños para ganar ventaja competitiva", dijo Zvi Feuer, vicepresidente senior de software de ingeniería de manufactura para Siemens PLM Software, en un comunicado. "NX proporciona una solución integrada para fabricantes de piezas para utilizar estas poderosas tecnologías, creando la capacidad de mejorar el rendimiento general del negocio y ayudando a crear un taller de máquinas verdaderamente digital."

Haciendo que todo funcione

Un tema importante para PLM es cómo extenderlo más allá de la organización de ingeniería donde nació PLM, señaló Bob Yancey, director de estrategia de industria de manufactura y producción, Autodesk Inc. (San Rafael, CA). "El desarrollo de producto abarca más que ingeniería, y conectar el flujo de datos desde el diseño hasta la producción de manufactura es esencial para derivar el valor total de PLM", dijo Yancey. "PLM ayuda a los fabricantes a asegurar que individuos y sistemas de negocio reciban información de desarrollo de producto precisa y oportuna, ayudando a la gente a tomar mejores decisiones más rápido."

La fidelidad de datos mejorada y el rendimiento del proceso a lo largo del ciclo de vida pueden reducir significativamente el tiempo total de comercialización, con clientes de Autodesk reportando mejoras del 50% o más. Por ejemplo, el proceso de cambio de cliente de Autodesk Fusion Lifecycle Mesa Labs se redujo de dos semanas a dos días desde la implementación de Autodesk PLM en la nube, dijo Yancey. "Eso es una mejora del 80%, lograda conectando sus datos de producto con su sistema ERP. Pre-PLM, clientes de Autodesk han reportado hasta 90% de errores en manufactura resultan de información faltante o incorrecta, creando problemas de calidad y altas tasas de desecho."

Otro cliente, Novacentrix, desarrollador de soluciones de curado fotónico, implementó Fusion Lifecycle y vio reducciones en desperdicio del 84%, dijo Yancey. Willerby, fabricante de lodges y casas vacacionales, vio una reducción de NCRs de 54 por mes a seis, con tasas de precisión de BOM superando 99%, una mejora del 20% respecto a 12 meses antes, dijo.

"Los errores seguirán ocurriendo y se necesitarán cambios, pero cerrar el ciclo entre manufactura, desarrollo de producto y sistemas de negocio empresariales con PLM aumenta la capacidad de una empresa para aprender", señaló Yancey. "Este aprendizaje se basa en datos agregados [hechos vs. mitos] y crea un entorno de mejora continua y asegura ejecución de clase mundial."

Autodesk se enfoca en conectar diseño con procesos de manufactura posteriores, dijo Yancey, y tanto la simulación de producto como la simulación de manufactura son parte de conectar diseño con manufactura. "Autodesk tiene un amplio portafolio de soluciones de diseño, simulación, manufactura y gestión de datos, y ha estado a la vanguardia del uso de soluciones basadas en la nube para conectar mejor diseño con manufactura a lo largo de una cadena de suministro de desarrollo de producto distribuida. La nube se ha vuelto un cambio de juego, haciendo PLM accesible para fabricantes de todos los tamaños, eliminando barreras tecnológicas y de recursos y proporcionando colaboración segura, conectada y en tiempo real en cualquier parte del mundo a través de un navegador web."

Con tecnologías emergentes como AM, Industria 4.0 e IoT, machine learning e inteligencia artificial, la naturaleza de PLM y lo que necesita entregar están cambiando, dijo Yancey. "PLM necesita ir más allá de solo archivar datos a analizar datos, aprender de datos y [extraer] tendencias predictivas de los datos para aprovechar las vastas cantidades de información que ahora o existirán en el proceso de desarrollo de producto."

PLM inicialmente se centró principalmente en gestión de datos de producto, pero su rol se está expandiendo con el uso de AR, señaló Stuart Weiler, director de PLM en Elite Aerospace Group (EAG; Irvine, CA), fabricante de componentes aeroespaciales y usuario de software PTC Windchill PLM. Weiler abordó recientemente el tema en un artículo, "PLM, Realidad Aumentada Afilan el Filo Cortante", Manufacturing Engineering, marzo 2017.

"Diría que originalmente era solo sobre PDM", dijo Weiler. "Con el tiempo, [PLM se ha] convertido en la única fuente de verdad. Pero todavía no se integra como necesita."

La integración PLM se está volviendo más fácil a medida que más fabricantes usan los últimos estándares abiertos, como STEP 242, dijo. "De cara al futuro, habrá mucha gente usándolo — STEP 242 está llegando a ser el estándar aceptado. La mayoría de sistemas CAD jugarán bien con él."

Herramientas más nuevas como AR con PLM representan un beneficio para usuarios en ubicaciones lejanas de operaciones globales. "Todos necesitan acceder a la información", dijo Weiler. "PTC tiene [Thingworks] Navigate y no tienes que saber PLM. Puedes acceder en cualquier lugar, y esa es realmente la tendencia que necesitamos."

La última versión 1.6 de Navigate da a los usuarios "una especie de tablero para IoT. Lo llaman mashup", añadió Weiler. El software es como un único panel de vidrio de todas las cosas en el sistema, añadió, y EAG acaba de empezar a usar algunas de sus capacidades AR.

"Estamos usando un poco de realidad aumentada", dijo. "Nuestro objetivo es empezar a usarla en la planta de fábrica."