Aprovechar software PLM para impulsar adopción del IIoT industrial

Con las últimas herramientas PLM, fabricantes pueden ganar ventaja implementando soluciones colaborativas de diseño y visualización de vanguardia de la fabricación digital.

Las soluciones de fabricación digital con herramientas de gestión del ciclo de vida del producto (PLM) tienen gran potencial para que fabricantes eventualmente desbloqueen plenamente la promesa del Internet Industrial de las Cosas (IIoT). En años recientes, nuevas herramientas virtuales colaborativas en soluciones PLM que incorporan visualizaciones altamente realistas, incluyendo realidad aumentada (AR), han ayudado a mover la barra hacia una mayor realización de la promesa del IIoT para la fabricación.

Con las últimas ofertas PLM, los fabricantes pueden aprovechar herramientas CAD/CAM/CAE de primera clase y las de gestión de datos de producto (PDM) de PLM que despliegan cada vez más técnicas de diseño más nuevas como ingeniería generativa, visualizaciones AR, y otras simulaciones vinculadas estrechamente en una cadena de ciclo de vida de producto que está más habilitada por los equipos de automatización avanzada basados en sensores y altamente conectados de hoy. Más soluciones PLM on-premise y basadas en nube pueden ahora crear un gemelo digital que ayuda a vincular con precisión el mundo virtual con los activos físicos de los fabricantes en la planta de fábrica.

Además, el nivel creciente de software y electrónica en productos dirigidos a fabricación conectada exige que los desarrolladores ideen nuevas formas de crear y gestionar firmware y contenido electrónico.

Transformación digital

La simulación juega un papel clave en la transformación de la fabricación digital, y la mayoría de los principales desarrolladores de PLM han pasado a incorporar completamente herramientas de visualización avanzada en sus cajas de herramientas PLM.

"Estamos empezando a impulsar más hacia soluciones transformacionales que ayuden a traer valor a nuestros clientes. Por supuesto, tenemos una gran inversión en herramientas y productos de simulación", dijo Jim Rusk, director técnico para Siemens PLM Software con base en Plano, Texas, desarrollador del PLM Teamcenter y sus varios productos CAD/CAM/CAE relacionados. "Estamos encontrando que los clientes buscan declaraciones de valor en torno a ingeniería generativa, integración de electrónica en las soluciones, y cómo traen datos de rendimiento de producto del Internet de las Cosas [IoT], realmente aprovechando la nube y colaboración para tener el flujo de información."

Siemens ha hecho varias adquisiciones de simulación a gran escala en años recientes, así como una compra de 4.500 millones de dólares en noviembre de 2016 de Mentor Graphics, desarrollador de software de automatización de diseño electrónico (EDA).

"No podemos hacer esas cosas sin las herramientas subyacentes centrales que producimos", dijo Rusk de las piezas CAD/CAM/CAE relacionadas de la empresa. "PLM tiene un papel central en esto, y la automatización de diseño electrónico es otra parte importante, con nuestra adquisición de Mentor. Hemos hecho muchos avances en cómo traemos eso. Nuestros clientes están construyendo productos que tienen no solo una tremenda cantidad de contenido mecánico sino también eléctrico y software, así que realmente tenemos que traer capacidades mucho más orientadas a solución, como ingeniería generativa, electrónica integrada, y vehículos autónomos. Todos estos son elementos realmente críticos de soluciones que estamos trayendo adelante."

Lo que también impulsa esta transformación digital es que los fabricantes miran de fresco las operaciones, con disposición a cambiar sus prácticas de negocio básicas. "Todas las empresas con las que tratamos, sin excepción, en fabricación pesada, alta tecnología y ciencias de la vida, tienen iniciativas de transformación digital donde realmente intentan cambiar fundamentalmente la forma en que operan y repensar cómo entregan valor a sus clientes", dijo Marc Lind, vicepresidente senior, Aras Corp., Andover, Mass., desarrollador del software PLM Aras Innovator.

"Todos tienen un nivel de urgencia que fuerza cambios profundos en el negocio y en operaciones. Así que no es solo la tecnología involucrada, sino la forma en que haces negocio", señaló Lind. "En el contexto del telón de fondo de tendencias de negocio, eso significa por definición que los procesos digitales de mañana no existen hoy", dijo Lind. "No hay software out-of-the-box que puedas comprar para satisfacer procesos y requisitos que no existen y están emergiendo."

Dependiendo de la empresa, esta transformación toma diferentes formas y estructuras, añadió Lind. "Estamos trabajando íntimamente con ellos para repensar los procesos todo el camino hasta lo que ya saben, lo que intentan lograr, [y cómo pueden desarrollar] una forma de llegar allí mucho más rápido que con un proyecto de cinco años."

La tecnología digital, que permite experiencias virtuales, está impulsando un renacimiento de la industria que está sacudiendo todos los sectores de la sociedad con nuevas formas —tanto reales como virtuales— de inventar, aprender, producir y comerciar, según Garth Coleman, vicepresidente de marketing de Enovia para Dassault Systèmes, Waltham, Mass., y Vélizy-Villacoublay, Francia.

"En fablabs alrededor del mundo, cualquiera puede crear un objeto inteligente y conectado en solo unas horas", dijo. "Startups están disruptando industrias enteras y los pilares de ladrillo y mortero se están reinventando con nuevos modelos de negocio impulsados por servicios. Los OEMs están diseñando conexiones digitales profundas con sus proveedores, transformando cadenas de suministro en redes de valor. Lo que está pasando es mucho más grande que conceptos como 'transformación digital' pueden explicar."

Los mundos virtuales —ecosistemas digitales completos que permiten a usuarios extender y mejorar el mundo real— están permitiendo a innovadores imaginar, mapear, modelar e ingeniar simultáneamente entornos totalmente nuevos por primera vez, según Coleman.

"Y las plataformas de experiencia digital son la infraestructura de estos mundos virtuales, reduciendo a cero la distancia entre lugares, personas, ideas y soluciones mientras permiten nuevas formas de pensar, aprender, actuar e interactuar", dijo. "IDC predice que para 2020, al menos el 55 por ciento de las organizaciones serán digitalmente determinadas, transformando mercados y reimaginando el futuro a través de nuevos modelos de negocio y productos y servicios habilitados digitalmente."

"Ofrecer experiencias individualizadas profundas requiere una sinergia perfecta de tecnologías", continuó. En esta sinergia, "lo real y lo virtual se fusionan en plataformas de experiencia virtual para extender la colaboración a ecosistemas completos de contribuyentes, tanto dentro de una empresa como a redes virtuales de proveedores, socios, clientes y prospectos. ¡Definitivamente no es el PLM de tu padre!"

Liderando el camino

Las herramientas de visualización, particularmente el uso más amplio de aplicaciones AR y CAE, están ayudando a fabricantes a transformar los procesos de diseño e ingeniería de PLM para adaptarse a la nueva era de Industria 4.0 y el IIoT. Asimismo, la ingeniería generativa ayuda a acelerar los diseños de clientes y añade capacidades de optimización a la mezcla para mejores resultados generales.

En enero de 2019, Siemens emitió la última actualización de su serie Simcenter 3D de aplicaciones de simulación para aplicaciones CAE, incluyendo herramientas de dinámica de fluidos computacional (CFD) y análisis de elementos finitos (FEA). El año pasado, la empresa compró Comsa Computer und Software GmbH, un desarrollador con base en Múnich de software para diseño de sistemas eléctricos e ingeniería de arneses de cable. La suite LDorado de Comsa de herramientas de diseño e ingeniería de arneses automotrices se unirá a la cartera de aplicaciones de Mentor de Siemens.

"Estamos viendo más interés en traer más ingeniería de sistemas de concepto temprano —realmente ingeniería de sistemas", dijo Rusk de Siemens, notando que los clientes buscan requisitos de producto más tempranos, parámetros, y modelos de simulación. En el mundo automotriz, particularmente vehículos autónomos, "hay una tremenda cantidad de ingeniería de sistemas y eléctrico que entra en esto", dijo Rusk. "Queremos dejar a nuestros clientes integrar esos sistemas sin fisuras."

Las simulaciones se extienden a aplicaciones de fabricación aditiva, que son parte de Simcenter 3D, y ayudan a cerrar el ciclo en fabricación, alimentando información alrededor de gemelos digitales y de vuelta a la fábrica, añadió.

Hay un nuevo nivel de énfasis en ingeniería de sistemas, dijo Lind de Aras, y particularmente en ingeniería basada en modelos, mientras los fabricantes lidian con diseños habilitados por software, electrónica y sensores. "Con electrificación y autónomo, la industria auto está en agitación, y la aviación también", dijo Lind. "Realmente es en general."

Nueva tecnología incluida en la última plataforma PLM de Aras es la capacidad de manejar varianzas y opciones, dijo Lind, permitiendo personalizaciones mayores de opciones en productos automotrices, tanto mecánicas como en características habilitadas por software como unidades de control electrónico (ECU) y otros elementos específicos de software. "El nivel de variación se está disparando realmente", dijo. "Necesitas saber qué software flashear en el chip [en firmware], así que el nivel de software está [personalizado] a nivel de VIN."

En el frente de simulación, Aras también adquirió funcionalidad muy necesaria con su compra en septiembre de 2018 de Comet Solutions Inc., un desarrollador con base en Albuquerque, N.M. de herramientas de gestión de datos y procesos de simulación (SPDM) para conectar usuarios de simulación a la empresa. Ofrecido ahora como parte de la suscripción PLM de Aras, las SimApps de la empresa son aplicaciones agnósticas de proveedor que se unen con el enfoque abierto de Aras para conectar usuarios con una variedad de herramientas CAD, FEA, mallas, simulación 0D/1D y otras aplicaciones para configuración de producto de ciclo de vida y diseño transdisciplinario.

"Con todas las cosas de las que hablamos —MBE y MBSE, gemelo digital, definición de fábrica— una vez que tienes una configuración digital o un modelo, lo que quieres hacer es simularlo en condiciones del mundo real", dijo Lind. "Quieres saber si esto va a rendir, cuál es el tiempo medio anticipado antes de fallo [MTBF], y cómo anticipo fallos en la fábrica, o con aeronaves en el campo? Quieres poder simular eso."

Simular procesos con SimApps de Comet da a clientes de Aras una nueva herramienta para gestionar enormes volúmenes de datos de simulación, notó Lind. "La idea de simulación también es muy especializada", dijo. "Al igual que en diseño, estas capacidades de simulación reales están aisladas, tipos específicos de análisis como FEA y CFD que muestran turbulencia o ESD [descarga electrostática]. Es tan especializado y es lo que nuestros mayores clientes quieren porque estas simulaciones aparecen por todas partes y no ha habido buena forma de gestionar los datos que se generan de ellas."

Los procesos de fabricantes típicamente involucran grandes corridas de simulaciones incrementales, dijo. "No es una sola corrida. Cambias un parámetro, lo incrementas, luego corres la simulación de nuevo. Haces eso una y otra vez y terminas con un montón de datos de entrada", dijo Lind de procesos que podrían involucrar cinco a siete entornos de solucionador diferentes. Tomar un enfoque abierto también es una ventaja, dijo.

"Los mayores proveedores de simulaciones tienden a organizarse alrededor de sus propios conjuntos de herramientas. No hay nadie que diga 'tomemos un enfoque abierto'. Lo estamos haciendo un campo de juego nivelado. Gestionaremos a través del mercado, de forma consistente, y podrás proceduralizar disciplinas cruzadas aguas abajo. La simulación de gemelo digital está viniendo. No mucha gente la hace ahora."

Dassault también hizo un movimiento reciente en simulación con una asociación anunciada en enero de 2019 para integrar la Suite de Simulación de Vehículo Autónomo de Cognata Ltd., un desarrollador con base en Rehovot, Israel, en la plataforma PLM 3DExperience de Dassault Systèmes. Dassault dijo que la asociación ofrecerá una solución primera en su tipo para fabricantes de vehículos autónomos para definir, probar y experimentar conducción autónoma a lo largo del ciclo de desarrollo dentro de la plataforma 3DExperience. Esto promete acelerar la adición de procesos de desarrollo de vehículo autónomo totalmente integrados para vehículos autónomos más precisos y seguros en la carretera.

"La asociación con Dassault Systèmes acelerará el desarrollo de vehículos autónomos al hacer de la simulación un componente integral, sin fisuras del proceso de ingeniería", dijo Danny Atsmon, CEO y fundador de Cognata, en un comunicado. "Cuanto antes se utilice la simulación, más fácil es para ingenieros modificar cada componente del vehículo autónomo y probarlo a través de un entorno virtual, para ver cómo funciona una vez incorporado en el vehículo y confrontado con casos edge inesperados."

Muchas empresas están utilizando simulación por computadora para probar conceptos novedosos en entornos virtuales, trabajando más rápido y asegurando resultados optimizados antes de lanzar productos al mundo real, añadió Coleman de Dassault.

"La simulación acelera la planificación, reduce costes y ayuda a la toma de decisiones con mayor precisión", dijo. "Esto permite a investigadores probar, verificar y optimizar rápidamente un diseño para fabricabilidad para reducir materiales; para seguridad en fabricación para proteger trabajadores; para mantenimiento a largo plazo para extender la vida útil del producto; y para impacto ambiental, incluyendo factores como minimizar la cantidad total de material consumido, encontrar alternativas a materiales peligrosos y diseñar para simplificar reciclaje."

Visualizaciones habilitadas por AR

Otra tecnología clave en simulaciones es un despliegue más amplio de aplicaciones PLM habilitadas por AR como la línea Vuforia del desarrollador CAD/CAM/CAE/PLM PTC, Needham, Mass. "PLM continúa evolucionando para lograr las transformaciones digitales de los fabricantes", dijo Francois Lamy, vicepresidente de gestión de soluciones PLM para PTC. "De hecho, sin un sistema PLM sólido para 'poner tu casa digital en orden', puede ser difícil integrar capacidades inteligentes y conectadas u obtener mejor insight y analíticas."

Para mejorar la forma en que se comparten diseños de producto, PTC desarrolló aplicaciones ThingWorx y Vuforia en su software tras adquirir las tecnologías hace unos años.

"Constantemente hacemos mejoras a nuestra cartera PLM para hacer de PTC el proveedor PLM que arrancará las transformaciones digitales de nuestros clientes", dijo Lamy. "Estamos aprovechando Vuforia, la tecnología de realidad aumentada de PTC, para publicar datos multi-CAD. Con AR, la necesidad de construir prototipos caros se elimina virtualmente. Y el riesgo de compartir valiosa PI de la empresa con partes interesadas externas, como la cadena de suministro, desaparece cuando compartes una experiencia AR de un diseño de producto en lugar de los datos CAD reales."

Las aplicaciones ThingWorx Navigate out-of-the-box basadas en roles y tareas de PTC hacen más fácil para usuarios "ligeros" que no suelen interactuar con PLM obtener los datos de producto que necesitan, añadió Lamy. "Los clientes se centran en construir una columna vertebral digital consistente y moderna de procesos, datos y sistemas, incorporando tecnologías de vanguardia [productos inteligentes conectados, máquinas inteligentes conectadas, inteligencia artificial, realidad aumentada] para colaboración transdisciplinaria a través de aplicaciones de ingeniería, fabricación, operaciones, servicio y cadena de suministro", dijo Lamy.

El verano pasado, PTC y el desarrollador de simulación Ansys Inc., Canonsburg, Pa., anunciaron que las empresas se asociaban para llevar la simulación en tiempo real de Ansys a clientes a través del software CAD Creo de PTC. "Esta nueva solución, Creo Simulation Live, da a ingenieros simulación rápida, fácil de usar que está totalmente integrada en el entorno de modelado CAD", dijo Lamy. "Elimina la ida y vuelta entre diseño y simulación. Cuando se hacen cambios a modelos, los ingenieros obtienen retroalimentación en tiempo real sobre sus decisiones de diseño, permitiéndoles iterar más rápido y diseñar con mayor confianza."

Acceso en cualquier lugar, en cualquier momento

La accesibilidad aumentada a datos de fabricación vía nube se ha convertido rápidamente en la norma en lugar de la excepción, impulsada por las ventajas de coste inherentes de sistemas PLM basados en nube sobre aquellos disponibles solo como versiones on-premise. La oferta en nube de Autodesk es Fusion Lifecycle PLM, que ofrece a usuarios un entorno altamente colaborativo para compartir datos de fabricación.

"Una de las tendencias subyacentes que vemos en fabricación es la convergencia de diseño y fabricación, incluso para clientes que no fabrican [productos] ellos mismos", dijo Charlie Candy, gerente senior, estrategia global GTM [Go to Market] de negocio para diseño en Autodesk Inc., San Rafael, Calif. "La línea de vista al proceso de fabricación está ayudando a clientes a aumentar innovación experimentando más, tomando mayores riesgos en diseño iterando rápidamente entre digital y físico. Al mismo tiempo, son capaces de mantener mejor control de coste y alcance simulando rendimiento de producto y proceso de fabricación. Autodesk ha invertido más de 1.000 millones de dólares en tecnologías de fabricación para conectar diseño con fabricación y ayudar a nuestros clientes a mantenerse adelante."

El impacto de esta tendencia en PLM es que las empresas necesitan conectar con más gente, a través de más disciplinas, más temprano en el proceso, dijo Candy. "Para competir y diferenciar, los fabricantes buscan evolucionar las formas en que trabajan, así como las herramientas y procesos de soporte. Esto requiere una estrategia digital."

Señaló que el enfoque PLM de Autodesk se centra en cinco pilares que forman la base de la estrategia digital de un cliente: personalización masiva; colaboración; experiencia del cliente; fabricación flexible; y servicios conectados. "De estos cinco pilares, la colaboración es consistentemente clasificada por clientes como la prioridad más alta", dijo Candy. "Involucrar a las personas correctas en la etapa correcta para impulsar decisiones críticas es lo que define el éxito de un proyecto o producto."