PLM Digital Twin Memberikan Wawasan Virtual Real-Time ke dalam Manufaktur
Dengan alat manajemen siklus hidup produk (PLM) terbaru, produsen bertujuat untuk mempercepat perkembangan menggunakan Digital Thread, sekelompok terintegrasi solusi CAD/CAM/CAE dan cPDM (collaborative Product Data Management) yang menyatukan Digital Twins baru dari proses manufaktur. Saat mesin di lantai pabrik semakin terhubung dari sebelumnya di era Industrial Internet of Things (IIoT), aplikasi teknik di PLM menjadi semakin erat terpadu dengan sisi manajemen data koin, memungkinkan komunikasi yang lebih cepat dan lebih mudah di antara organisasi manufaktur global yang besar.
Sistem PLM industri berkembang dengan laju yang sehat, menurut analisis terbaru oleh peneliti pasar CIMdata Inc. (Ann Arbor, MI), yang menilai PLM secara keseluruhan hampir $39 miliar pada tahun 2015. "Pasar PLM tumbuh menjadi $38,7 miliar secara keseluruhan pada tahun 2015, pertumbuhan 2,8% dari tahun 2014," kata Stan Przybylinski, vice president, Research, CIMdata. "Saat dilihat dalam mata uang konstan, tingkat pertumbuhan itu akan menjadi 8,2% dari tahun 2014."
Sebagian besar pemimpin pasar PLM memiliki pertumbuhan yang kuat dalam mata uang konstan, dan semua terus melakukan akuisisi strategis untuk memperluas portofolio mereka dan, dalam beberapa kasus, untuk memasuki pasar baru, kata Przybylinski. "Menuju tahun 2020, CIMdata memperkirakan pasar PLM akan tumbuh dengan laju pertumbuhan tahunan majemuk [CAGR] sebesar 6,3% menjadi $52,3 miliar," kata Przybylinski.
Perusahaan membuat investasi PLM dalam banyak jenis solusi termasuk mechanical CAD, simulasi dan analisis, visualisasi dan kolaborasi, desain bangunan, dan yang lainnya, kata Przybylinski, dan keberagaman ini tercermin dalam fakta bahwa tidak ada satu jenis penyedia yang mendominasi industri. Pada tahun 2015, sejumlah lebih besar penyedia menghasilkan pendapatan yang signifikan yang mewakili investasi terkait PLM, dengan 16 penyedia menghasilkan pendapatan PLM lebih dari $500 juta dari segmen alat dan cPDm, kata Przybylinski. "Tiga penyedia solusi, Dassault Systèmes, PTC, dan Siemens PLM Software, adalah penyedia utama baik alat maupun teknologi cPDm," katanya, "sedangkan yang lain, seperti Autodesk dan Mentor Graphics, terutama penyedia alat yang fokus pada segmen tertentu dalam pasar keseluruhan."
Mempercepat Desain Produk
Bekerja dengan desainer otomotif di tim balap Formula 1 membantu pengembang di Siemens PLM Software (Plano, TX) mempelajari cara terbaik untuk menerapkan sistem PLM yang digunakan oleh para pesiar, kata Jim Rusk, senior vice president dan chief technical officer Siemens PLM. "Kami mampu belajar dari mereka. Mereka bergegas selama satu minggu untuk memberikan komponen terbaik yang mungkin bagi tim mereka," katanya. "Ini benar-benar lingkungan yang sangat dinamis—dan pesaing mereka melakukan hal yang sama."
Mempercepat iterasi produk memungkinkan Siemens untuk melihat cara terbaik untuk membantu tim balap dalam Formula 1 dan juga dalam balap pesawat dengan tim Red Bull. Siemens baru-baru ini mengumumkan perangkat lunaknya telah digunakan selama tiga tahun yang lalu membantu Land Rover BAR (Ben Ainslie Racing) merancang, mengevaluasi, memverifikasi dan memproduksi kapal layar America's Cup Class (ACC) Inggris tepat waktu dan sesuai anggaran.
Lebih dari 85.000 jam desain dan pembuatan menghasilkan kapal layar 15 m yang mencakup 1200 m kabel elektronik dan listrik yang menghubungkan 190 sensor dan empat kamera video. Bekerja dengan Siemens, tim berhasil mengelola jadwal ambisiusnya menggunakan lingkungan perangkat lunak terpadu untuk PLM yang menyatukan banyak disiplin secara mulus. Siemens dan Land Rover BAR memandirikan kapal layar "Rita" pada Februari dalam upacara di pulau Bermuda, bertujuan untuk membawa America's Cup kembali ke tempat semuanya dimulai pada tahun 1851.
"Teknologi perangkat lunak Siemens telah memungkinkan kami untuk mensimulasikan, menganalisis dan menguji solusi desain selama proses desain dan pembuatan," kata Andy Claughton, chief technology officer Land Rover BAR. "Menggunakan perangkat lunak ini telah menghemat waktu dan akan memungkinkan kami untuk terus membuat perbaikan hingga kompetisi, di mana kami berharap membawa Cup pulang ke Inggris untuk pertama kalinya dalam sejarah balap."
Tim balap Land Rover BAR memilih solusi Siemens untuk menerapkan lingkungan virtual terpadu untuk pemodelan digital dan simulasi. Land Rover BAR menggunakan Siemens NX untuk desain produk, perangkat lunak manajemen data Teamcenter, portofolio perangkat lunak Fibersim untuk teknik komposit dan portofolio perangkat lunak Siemens Simcenter, termasuk Femap dan Star CCM+ untuk analisis elemen hingga (FEA) dan dinamika fluida komputasi (CFD).
"Mereka bergegas selama satu minggu untuk memberikan komponen terbaik yang mungkin bagi tim mereka. Ini benar-benar lingkungan yang sangat dinamis—dan pesaing mereka melakukan hal yang sama."
Menciptakan lingkungan desain tercepat dan paling efisien adalah kunci untuk tim balap—baik di darat, udara atau laut. Rusk mengatakan tim NASCAR beroperasi secara serupa dengan model Formula 1, membutuhkan desain cepat dan komponen yang sangat akurat, sering dibuat dengan bahan eksotik termasuk komposit canggih yang dibuat dengan proses manufaktur tambahan.
"Kami melihat ini di AS juga, di mana ada sejumlah tim NASCAR yang melakukan pekerjaan serupa. Mereka melalui hal yang sama, persiapan untuk balap berikutnya," kata Rusk. "Kami juga dalam penerapan yang sangat besar di perusahaan manufaktur global yang besar."
Mendorong perkembangan ini adalah kebutuhan akan teknik sistem canggih, menemukan cara tercepat dan paling efisien untuk mengembangkan desain produk inovatif. "Perusahaan mengatakan 'Kami ingin mulai lebih awal dan lebih awal,' dalam desain mereka," kata Rusk, "dan kami menawarkan simulasi desain rinci dan manajemen proses-proses tersebut."
"Definisi yang lebih luas PLM adalah bagaimana kami dapat membantu perusahaan lebih awal dalam siklus desain mereka. Mereka ingin tahu bagaimana produk akan berkinerja terhadap desain. Kami melakukan itu dengan banyak pengetahuan awal, memberikan mereka cara fleksibel yang baik untuk berkolaborasi." Elemen penting untuk membantu desainer termasuk kemampuan diagram arsitektur baru yang ditambahkan di Siemens Teamcenter dan kemampuan simulasi tambahan, seperti akuisisi LMS Siemens beberapa tahun yang lalu yang menambahkan Image Lab, memberikan pengguna pengujian yang diperlukan terhadap skenario dunia nyata, katanya. Siemens juga baru-baru ini mengakuisisi CD-adapco, yang termasuk perangkat lunak CCM+ yang digunakan untuk simulasi termal 3D canggih. "Ini benar-benar produk yang sangat baik untuk diskalakan," kata Rusk, mencatat bahwa CCM+ digunakan dalam aliran subsonic dan sonic untuk penerbangan luar angkasa, katanya, dan untuk pencampuran udara-bahan bakar untuk mesin pembakaran dalam.
Memanggil Digital Twins
Hampir semua pengembang PLM menekankan konsep digital twin ini dalam strategi perangkat lunak pengembangan produk, bersama dengan banyak elemen lain termasuk ekspansi yang berkelanjutan dari fungsionalitas desain dan pengembangan produk kolaboratif.
Tren kunci yang didukung oleh platform 3DExperience Dassault Systèmes (Pari) dan aplikasi brand terkait termasuk pengembangan yang didorong pelanggan, simulasi/pengujian/pengoptimalan pengalaman virtual, model-based enterprise, deployment cloud dengan Software-as-a-Service (SaaS), aplikasi yang didorong data, digital thread, digital twin dan virtual twin, big data, IoT, aplikasi berbasis browser tanpa plugin, dasbor dan widget, dan bisnis intelijen dengan analitik PLM, kata Eric Green, vice president Dassault Systèmes, Delmia User Experience and Advocacy.
"Efisiensi inovasi seringkali terhambat oleh beberapa perpindahan lintas disiplin dan fungsi, karena ketidaklincahan dalam proses dan sistem, yang mengakibatkan peningkatan waktu dan rework," kata Green. "Sistem PLM elektronik generasi lama menghubungkan silos bersama-sama, sedangkan dalam platform digital, silos dihapus." Arsitektur digital V6, yang diperkenalkan oleh Dassault pada tahun 2008, mendefinisikan model data umum di seluruh CATIA untuk desain, Simulia untuk simulasi, Delmia untuk manufaktur dan Enovia untuk aplikasi tata kelola, kata Green, memungkinkan pengguna untuk terhubung online ke satu definisi digital dan berkolaborasi secara real time.
Proliferasi data telah membuat setiap bisnis tergantung pada data, dan setiap bisnis perlu mengubah metodologinya untuk menjadi baik didorong data dan didorong analitik untuk memastikan setiap keputusan bisnis akan memaksimalkan performa global, kata Green. Tantangan bisnis saat ini adalah baik bagaimana menangani kekacauan data dan proliferasi sumber informasi baru, dan bagaimana memastikan setiap keputusan bisnis didasarkan pada kekacauan data ini, katanya.
"Itulah mengapa analitik self-service di sini untuk memberlakukan tata kelola data di setiap tingkat perusahaan, dengan memberdayakan setiap pengguna bisnis untuk menganalisis berbagai sumber data dan melakukan analisis mereka sendiri tanpa dukungan IT apa pun," kata Green. "Pengguna bisnis terutama bergantung pada tim IT untuk menyediakan tampilan analitik baru yang membuat responsivitas terhadap informasi baru lambat dan tidak efektif. Selain itu, mereka menggunakan Excel untuk memodifikasi data dan membuat laporan yang akan menyediakan hanya satu bagian dari kenyataan; tidak ada satu sumber kebenaran."
Dengan menyediakan analitik self-service, pengguna mampu mempercepat waktu siklus untuk menciptakan tampilan baru, katanya, di mana setiap pengguna bisnis dapat menyeret dan melepas kotak untuk membangun tampilan baru yang didasarkan atau langsung terhubung ke sistem informasi.
Munculnya teknologi baru untuk manufaktur memanfaatkan kemajuan teknis PLM, terutama di bidang bahan baru dan proses manufaktur tambahan, kata Green. "Untung ekonomi dari manufaktur tambahan adalah dramatis dan perubahan pada desain bahkan lebih signifikan," kata Green. "Manufaktur tambahan memungkinkan jenis bagian dan produk yang sepenuhnya baru untuk dibuat. Desainer akan memiliki papan gambar kosong, untuk berkata, yang memungkinkan mereka untuk bertanya, 'Dalam dunia ideal, bagaimana bagian ini seharusnya terlihat?' Desainer menemukan bahwa bentuk organik yang ditemukan di alam terkadang lebih baik dan lebih aerodinamis dibandingkan dengan bentuk industri yang berantakan yang telah berlaku di masa lalu."
"Jenis 'desain fungsional generatif' ini memacu Experience Economy dan akan merevolusi manufaktur, mengharuskan produsen untuk meredesain produksi dan perencanaan proses serta cara teknik bahan dilakukan," kata Green. "Memiliki kemampuan untuk mengaktifkan cara berpikir baru ini, dari ilmu bahan, melalui desain 3D, simulasi, dan beroperasi dengan manufaktur tambahan, membantu perusahaan mengubah bisnis mereka."
Mengintegrasikan PLM dalam Proses
Dengan munculnya IIoT, perusahaan dengan produk kompleks mencari cara yang lebih baik untuk mengintegrasikan operasi manufaktur mereka, kata Doug Macdonald, direktur pemasaran produk, Aras Corp. (Andover, MA), pengembang platform PLM Aras Innovator. Namun dengan sistem yang terputus saat ini, pembuatan dan menyelaraskan MBOM, rencana proses dan instruksi kerja, dan memastikan sinkronisasi dengan desain produk yang berkembang dapat memakan waktu dan rentan terhadap kesalahan.
Produsen dapat memperoleh keunggulan kompetitif ketika Perencanaan Proses Manufaktur (MPP) diintegrasikan dan mampu melacak data dan proses manufaktur secara mulus, kata Macdonald. "Kunci adalah memanfaatkan platform PLM yang mendukung rencana proses grafis dan bersamaan, MBOM [Manufacturing Bill of Materials] dan pembuatan instruksi kerja serta pengabungan otomatis EBOM/MBOM [Electronic BOM/MBOM] real-time."
Beberapa kemampuan baru dari Aras menanggapi tantangan ini, dengan fungsionalitas baru yang mengintegrasikan PLM dan MPP. Fitur baru ini mencakup rencana proses yang dikontrol versi yang detail operasi, langkah, bagian yang dikonsumsi, sumber daya yang digunakan, keterampilan, dokumen yang dirujuk; pembuatan instruksi kerja elektronik yang kaya visual secara bersamaan; MBOM yang dikontrol versi yang berasal dari EBOM menggunakan editing seret-lepas; pembuatan rencana proses dan MBOM secara bersamaan; pengabungan otomatis EBOM/MBOM dan rencana proses MBOM spesifik pabrik.
Aras mencantumkan penelitian oleh Digital Manufacturing and Design Innovation Institute (DMDII; Chicago) yang menunjukkan 81% perusahaan mengakui transformasi digital dalam manufaktur adalah elemen kunci untuk daya saing masa depan mereka, tetapi hanya 14% yang mengatakan mereka cukup dilengkapi saat ini dengan teknologi dan keahlian yang diperlukan. MPP Aras dibangun pada satu platform yang fleksibel, dapat diskalakan dan dapat ditingkatkan, dan menyediakan kemampuan terhubung untuk EBOM, konfigurasi dan manajemen perubahan, persyaratan, kualitas dan area lainnya. MPP Aras juga dirancang untuk diintegrasikan dengan ERP, MES dan lingkungan PDM legacy yang ada untuk menyediakan kemampuan proses baru ini di atas sistem perusahaan yang ada. Dengan berlapis platform Aras di atas sistem yang ada, perusahaan besar dapat menghindari risiko dan gangguan pendekatan "rip-and-replace" dan mendorong transformasi digital lebih cepat.
"Kami percaya bahwa proses yang melintasi pengembangan produk dan teknik manufaktur adalah fondasi yang diperlukan yang harus diatasi di awal untuk Industry 4.0 atau IoT bekerja," kata CEO Aras Peter Schroer. "Perusahaan dengan pabrik di seluruh dunia memerlukan cara yang lebih baik untuk mendorong transformasi lebih cepat, itulah mengapa Anda dapat berlapis legacy yang ada dengan platform kami dan mendapatkan kemampuan baru segera yang secara langsung mendukung strategi Anda."
