PLMとデジタルツインがもたらす製造現場へのリアルタイム仮想インサイト

最新の製品ライフサイクル管理（PLM）ツールにより、メーカーはデジタルスレッド（CAD/CAM/CAEとcPDM（協調的製品データ管理）ソリューションの統合セット）を活用し、製造プロセスの新しいデジタルツインを織り込むことで、開発スピードアップを図っています。工場の機械がインダストリアルIoT（IIoT）時代にこれまで以上に接続される中、PLMのエンジニアリングアプリケーションはデータ管理側とより密接に絡み合い、大規模グローバル製造組織間でのより速く、より容易なコミュニケーションを可能にしています。

市場調査会社CIMdata Inc.（ミシガン州アンアーバー）の最新分析によれば、業界のPLMシステムは健全な成長率を示しています。2015年のPLM全体をほぼ390億ドル（約4.3兆円）と評価。「2015年のPLM市場は全体で387億ドルに成長し、2014年比2.8％増」と、CIMdataのリサーチ担当副社長スタン・プリジビリンスキー氏。「定額通貨ベースで見れば、2014年比8.2％の成長率になります。」

ほとんどのPLM市場リーダーは定額通貨ベースで強い成長を示し、すべてが戦略的買収を継続し、ポートフォリオ拡大と、場合によっては新市場参入を図っているとプリジビリンスキー氏。 「2020年に向けて、CIMdataはPLM市場が年平均成長率（CAGR）6.3％で523億ドルに成長すると予測しています。」

企業は、メカニカルCAD、シミュレーション/解析、可視化/協業、建築設計など、多様なタイプのソリューションにPLM投資を行っており、この多様性は、単一タイプのプロバイダーが業界を支配していない事実に反映されています。2015年には、より多くのプロバイダーがツールとcPDMセグメントの両方から5億ドル以上のPLM関連収益を生み出し、16社に上ったとプリジビリンスキー氏。「ダッソー・システムズ、PTC、シーメンスPLMソフトウェアの3社が、ツールとcPDM技術の両方の主要プロバイダーです。一方、オートデスクやメンターグラフィックスなどは、全体市場内の特定セグメントに焦点を当てた、主にツールプロバイダーです。」

製品設計の高速化

F1レーシングチームの自動車設計者들과の協業が、シーメンスPLMソフトウェア（テキサス州プレイノ）の開発者たちに、レーサーたちが使用するPLMシステムの最適な展開方法を教えましたと、ジム・ラスック氏（シーメンスPLMシニアバイスプレジデント兼CTO）。「彼らから学べます。彼らは1週間でチームに最良のコンポーネントを提供するために奔走します。本当にダイナミックな環境です——競合も同じことをやっています。」

製品イテレーションの高速化により、シーメンスはF1だけでなく、レッドブルチームの航空機レースでも、どう支援できるかを学びました。シーメンスは最近、過去3年間、ランドローバーBAR（ベン・エインズリー・レーシング）のイギリスチームが、アメリカズカップクラス（ACC）カタマランを期限内・予算内で設計、評価、検証、製造するのをソフトウェアが支援したと発表しました。

設計と建造に85,000時間以上を費やし、15メートルの艇には1,200メートルの電気・電子ケーブルで接続された190個のセンサーと4台のビデオカメラが搭載されています。シーメンスと協業し、チームはPLMのための統合ソフトウェア環境で、複数分野をシームレスに連携させ、野心的なスケジュールを成功裏に管理しました。シーメンスとランドローバーBARは、1851年にすべてが始まった場所へアメリカズカップを取り戻すことを目指し、2月にバミューダ諸島で「リタ」カタマランの命名式を行いました。

「シーメンスのソフトウェア技術により、設計・建造プロセス全体で設計ソリューションをシミュレート、分析、テストできました」と、ランドローバーBARのCTOアンディ・クロートン氏。「このソフトウェアの使用で時間を節約でき、コンペティションまで改善を続けられます。レース史上初めてイギリスにカップを持ち帰れることを期待しています。」

ランドローバーBARのレーシングチームは、デジタルモデリングとシミュレーションの統合仮想環境を採用するため、シーメンスソリューションを選択しました。ランドローバーBARは、製品設計にシーメンスNX、データ管理にTeamcenter、複合材エンジニアリングにFibersimポートフォリオ、有限要素解析（FEA）と計算流体力学（CFD）解析にFemapとStar CCM+を含むシーメンスSimcenterソフトウェアポートフォリオを使用しています。

「彼らは1週間でチームに最良のコンポーネントを提供するために奔走します。本当にダイナミックな環境です——競合も同じことをやっています。」

最速・最高効率の設計環境を作ることは、陸・海・空を問わずレーシングチームの鍵です。ラスック氏によれば、NASCARチームもF1モデルと同様に運営され、エキゾチックな材料（積層造形プロセスで作られる先進複合材を含む）を用いた迅速な設計と高精度コンポーネントが求められます。

「米国でも同様で、多くのNASCARチームが同様の作業を行っています。次のレースに向けた準備をします。大規模グローバル製造企業への大規模導入も進めています。」

これらの発展を推進しているのは、先進システムエンジニアリングの必要性——革新的な製品設計を開発する最速・最高効率の方法を見つけることです。「企業は『設計サイクルのより早い段階で知りたい』と言っています」とラスック氏。「詳細な設計シミュレーションとそれらプロセスの管理を提供します。

『PLMのより大きな定義は、企業が設計サイクルのより早い段階でどう支援できるかです。製品が設計に対してどう性能を発揮するかを知りたい。多くの先行知識を与え、柔軟な協業の方法を提供することでそれを実現します。』シーメンスTeamcenterに追加された新しいアーキテクチャ図機能や、数年前のLMS買収で追加されたイメージラボ（実世界シナリオへのテストを提供）などの追加シミュレーション機能が、設計者を支える重要な要素だと指摘。シーメンスは最近、CD-adapcoも買収し、先進3D熱シミュレーションに用いられるCCM+ソフトウェアを含んでいます。「これは非常にスケールする製品です」とラスック氏。CCM+は亜音速・音速流れの航空宇宙用途や、内燃機関の空気燃料混合に使用されています。

デジタルツインの活用

ほぼすべてのPLM開発者が、製品開発ソフトウェア戦略においてこのデジタルツインコンセプトを強調しています。協調的製品設計・開発機能の継続的拡張など、他の多くの要素とともに。

ダッソー・システムズ（パリ）の3DExperienceプラットフォームと関連ブランドアプリケーションがサポートする主要トレンドには、顧客主導開発、バーチャル体験シミュレーション/テスト/最適化、モデルベースエンタープライズ、SaaSによるクラウド展開、データ駆動アプリケーション、デジタルスレッド、デジタルツインとバーチャルツイン、ビッグデータ、IoT、プラグインレスブラウザベースアプリケーション、ダッシュボードとウィジェット、PLMアナリティクスによるビジネスインテリジェンスなどが含まれると、ダッソー・システムズのデリアユーザー体験とアドボカシー担当バイスプレジデント、エリック・グリーン氏。

「イノベーション効率は、プロセスとシステムの不連続性による複数分野・機能間のハンドオフによって阻害されることが多く、タイムラインの長期化と手戻りを招きます」とグリーン氏。「旧世代の電子PLMシステムはサイロを接続していましたが、デジタルプラットフォームではサイロが排除されます。」ダッソーが2008年に導入したV6デジタルアーキテクチャは、設計用CATIA、シミュレーション用Simulia、製造用Delmia、ガバナンス用Enoviaアプリケーションで共通データモデルを定義し、ユーザーが単一のデジタル定義にオンラインで接続し、リアルタイムで協業できるようにしたとグリーン氏。

データの爆発的増加により、すべてのビジネスがデータ依存になり、すべてのビジネスがデータ駆動型と分析駆動型の両方に方法論を変革し、すべてのビジネス意思決定がグローバルパフォーマンスを最大化することを確実にする必要がありますとグリーン氏。今日のビジネスの課題は、データのカオスと新しい情報源の増大をどう扱うか、そしてすべてのビジネス意思決定をこのデータカオスに基づかせるかにあります。

「だからこそ、セルフサービス分析が、会社のあらゆるレベルでデータガバナンスを強制するために登場します。ITサポートなしで、あらゆるビジネスユーザーが異なるデータソースを分析し、独自の分析を行えるようにすることで」とグリーン氏。「ビジネスユーザーは主にITチームに新しい分析ビューの提供を依存しており、新しい情報への対応が遅く非効率的です。また、Excelを活用してデータを修正し、現実の一部分しか反映しないレポートを作成します。シングルソースオブトゥルースがありません。」

セルフサービス分析を提供することで、ユーザーはボックスをドラッグ＆ドロップして、情報システムに基づくまたは直接リンクした新しいビューを構築し、新しいビュー作成のサイクルタイムを加速できます。

製造業向け新技術の出現は、特に新材料と積層造形プロセスの領域で、PLM技術の進歩を活用していますとグリーン氏。「積層造形からの経済的利益は劇的で、設計への変化はさらに重要です」とグリーン氏。「積層造形により、全く新しいタイプの部品と製品を創出できます。設計者は、いわば真っ白な図面を手にし、『理想的な世界では、この部品はどうあるべきか？』と問えます。設計者たちは、自然界にある有機的形状が、過去に支配してきたゴツゴツした工業的形状より、時に優れ、より合理的であることを発見しています。」

「『生成的機能設計』と呼ばれるこのタイプの設計は、エクスペリエンスエコノミーを燃料し、製造業に革命をもたらします。製造業者に生産とプロセス計画の再設計、材料工学のやり方の再設計を迫ります」とグリーン氏。「材料科学から3D設計、シミュレーション、積層造形での運用まで、この新しい考え方を可能にする能力を持つことで、企業はビジネスを変革できます。」

プロセスへのPLM統合

IIoTの出現により、複雑な製品を持つ企業は、製造オペレーションをより良く統合する方法を探していますと、ダグ・マクドナルド氏（Aras Corp.（マサチューセッツ州アンドーバー）、Aras Innovator PLMプラットフォーム開発者、プロダクトマーケティングディレクター）。しかし、今日の断絶したシステムでは、MBOM、工程計画、作業指示書の作成と調整、進化する製品設計との同期確保に、時間がかかりエラーが発生しやすくなっています。

製造プロセス計画（MPP）が統合され、製造データとプロセスをシームレスに追跡できるようになれば、メーカーは競争優位性を獲得できますと同氏。「鍵は、グラフィカルで同時並行的な工程計画、MBOM（製造部品表）、作業指示書作成、リアルタイム自動EBOM/MBOM（エンジニアリングBOM/MBOM）調整、プラント固有のMBOMと工程計画をサポートするPLMプラットフォームを活用することです。」

Arasの新機能のいくつかは、PLMとMPPを統合することでこれらの課題に対処します。新機能には、操作、ステップ、消費部品、使用リソース、スキル、参照ドキュメントを詳細に記載したバージョン管理された工程計画；視覚的に豊かな電子作業指示書の同時作成；ドラッグ＆ドロップ編集によるEBOMからのバージョン管理されたMBOM派生；同時工程計画とMBOM作成；自動EBOM/MBOM調整とプラント固有のMBOMおよび工程計画が含まれます。

Arasは、デジタル製造設計イノベーション研究所（DMDII；シカゴ）の調査を引用し、企業の81％が製造業のデジタルトランスフォーメーションを将来の競争力の鍵と認識しているが、必要な技術と専門知識を十分に備えているのはわずか14％だと指摘。Aras MPPは、柔軟でスケーラブル、アップグレード可能な単一プラットフォーム上に構築され、EBOM、構成と変更管理、要件、品質、その他領域の接続機能を提供します。Aras MPPは、既存のERP、MES、レガシーPDM環境とも統合可能で、既存エンタープライズシステムの上にこれらの新しいプロセス機能を重ね合わせることができます。Arasプラットフォームを既存システム上に重ねることで、大企業は「リップアンドリプレース（全面置換）」アプローチのリスクと混乱を回避し、デジタルトランスフォーメーションをより迅速に推進できます。

「製品開発と製造エンジニアリングにまたがるプロセスが、インダストリー4.0やIoTを機能させるために前提として対処すべき必要な基盤だと我々は考えています」と、Aras CEOピーター・シュレア氏。「世界中に工場を持つ企業は、変革をより速く推進するより良い方法を必要としています。既存レガシーに我々のプラットフォームを重ねることで、戦略を直接支援する新機能を即座に得られます。」