PLMが実現するコネクテッド製造の未来：クラウド、シミュレーション、AR/VR、アディティブの新機能

複雑化する設計・製造プロセスへの対応

今日のコンポーネント設計と製造プロセスには、複雑さが遍在している。最新の製品ライフサイクル管理（PLM）ソフトウェアでは、拡張現実（AR）や仮想現実（VR）などの技術を用いて製造プロセスを可視化する新機能が追加され、メーカーにより多くの選択肢が提供されている。これらの機能により、産業用IoT（IIoT）とインダストリー4.0の下で増大する設計の複雑さを扱い、ますます複雑化する製品開発を初期段階で検証できるため、時間と製造コストの削減につながる。

メーカーのPLMポートフォリオには、製品データ管理（PDM）アプリケーションに加え、デジタル設計、製造、可視化機能のためのCAD/CAM/CAEの全スペクトラムが含まれる。ジーメンスPLMソフトウェア（テキサス州プラノ）、ダッソー・システムズ（パリ）、PTC（マサチューセッツ州ニーダム）といった主要開発元はすべてPLMツールのフルレンジを提供する一方、アラス（マサチューセッツ州アンドーバー）などは、スタンドアロンのCAD/CAM/CAEシステムを持たないものの、広範なCAD統合とサポートを含むPDM特化型ツールを提供している。多くのPLM製品がクラウド専用版を備え、アラスのようにオンプレミスとクラウド両方に対応するものもある。PLMには、工場設備のレイアウトや工場プロセスのテストを工場設計確定前に行える、重要なデジタル製造ツールも含まれる。近年は、アディティブ製造（AM）分野へリーチを広げるモジュールや個別アプリケーションの追加も進んでいる。

製造プロセスの可視化

PLMがIIoTへ進む中で、製品開発プロセスを高速化し、より速く、より良く、より正確な情報で改善することは重要な目標だ。PTCのPLMソリューション管理担当バイスプレジデント、フランソワ・ラミー氏によれば、設計レビューにおける拡張現実（AR）が大きな違いを生み出しているという。

「チームがグローバルに分散するにつれ、関係者全員をタイムリーに設計レビューに参加させ、必要な情報を収集し、将来のアクションに向けたフィードバックを取得することが難しくなっています」とラミー氏は指摘する。「ARを用いれば、チームメンバーは世界中のどこからでも製品設計を可視化し、インタラクションし、フィードバックを提供できます。ARにより、ステークホルダーは製品の3Dモデルとインタラクションし、周囲を歩き回ったり、モデルのさまざまな状態を閲覧したり、モデル内部に入って確認したりすることが可能になります。」

PTCは、ThingWorx IoTアプリケーション（2013年買収）とVuforia ARプラットフォーム（2015年買収）の買収により、インダストリー4.0時代に対応したAR対応PLMポートフォリオを着実に構築してきた。

「顧客の期待に十分応えるには、メーカーは製品開発プロセスを変革し、フィールドにある製品からのデータを理解し活用する必要があります」とラミー氏。「CAD図面に製品情報を記載するだけでは、製品が複雑化する中で通用しなくなります。メーカーは製品開発プロセスをより体系化する必要があります。」

包括的なPLMシステムを持つことは、IoT機能を活用する強固な基盤になると同氏は付け加える。「すべての製品情報をシングルビューのデジタル製品定義に統合することで、ステークホルダー全員が最も正確で最新の製品情報にアクセスできることを保証できます。PLMシステムがあれば、すべての情報が単一の部品表（BOM）リスト形式に効率化されます。」

ダッソー・システムズのEnoviaブランド担当マーケティングバイスプレジデント、ガース・コールマン氏は、システムの複雑性増大、パーソナライズドソリューションへの要求、顧客へのより速い納品ニーズに対処するソリューションを顧客が求めていると語る。「同時に、イノベーションを加速しコストを下げる必要があります。その結果、企業は自社をデジタル変革する『製品イノベーションプラットフォーム』の導入を検討しています。」

「クラウド対応ソリューションで価値を実現しようとする企業の関心が高まっています」とコールマン氏。「クラウド対応ソリューションを使えば、社内外のステークホルダーがいつでもどこでもコラボレーションに参加でき、柔軟性と拡張性を持って『成長に合わせた拡張』が可能になります。」

AMを通じた価値向上やARへの関心も高いとコールマン氏。「WSU（ウィチタ州立大学）とNIAR（全米航空研究所）が協力するウィチタの3DExperienceセンターは昨年オープンし、あらゆる業界の企業が最新テクノロジーをデジタル変革の一環としてどう取り入れ、活用できるかを見学に訪れています。例えば、ハイブリッドMRAM（複数ロボット製造高度製造）セルが、VR/AR、IoT、機械学習といった異なる技術を柔軟に統合し、最大限の生産アジリティを持つ未来の工場構築をどう支援できるか、といった検証が行われています。」

複雑さの分解

複雑な製品とシステムは、今日の最も優秀なエンジニアでさえ挑戦させる。IIoT向け製品に内在する高度なソフトウェアが原因で、この複雑さの増大をナビゲートするより創造的なソリューションが業界に求められている。

「従来、CAD側に不釣り合いな重点が置かれてきました」とアラスの戦略担当シニアバイスプレジデント、マーク・リンド氏は指摘する。「我々はPLMの視点から出発し、洗練された製品を開発するためのクロスプラットフォーム機能を可能にします。今や『スマートでコネクテッドな製品』、つまり『システム・オブ・システムズ』の時代です。」

これらのコネクテッド製品は、自動車部品や航空宇宙部品におけるソフトウェアとエレクトロニクスであり、アラスの『Aras Innovator』のような、クロスプラットフォーム互換性を扱えるPLMシステムを必要とする、と同氏は付け加える。「エレクトロニクス側、自動車のワイヤハーネスは、他の側面と同等かそれ以上に重要です。」接続性が鍵だとリンド氏。「ジーメンスの動きを見ても、オーサリング環境の深くまで入り込んでいます。我々はプロセスレベルに焦点を当て、クロスファンクショナル・クロスディシプリンな機能を可能にし、フィールドサービスへと展開しています。」

「我々はCADに依存しません（CADアグノスティック）」とリンド氏。「企業は多種多様なCADツールを持っており、それらを統合し、デジタルツインを通じて工場、さらにはオペレーションへと移行できるという視点から出発します。」

スマートでコネクテッドな製品により複雑さは指数関数的に増大しており、既存の製品では対応しきれないとリンド氏。「それが意味するのは、大小問わず全ての企業がディスラプション（破壊的変化）に直面しているということです。」

1月、アラスはインフォスペクトラムから保守・修理・オーバーホール（MRO）ソフトウェア事業のImpresaを買収したと発表。これにより、複雑な製品の開発と保守をデジタル変革するための補完的なMRO機能スイートを提供できるようになる。この取引で、アラスはPLMとMROを単一プラットフォームで提供し、デジタル_thread_をフィールドまで延伸できるようになる。

アラスは最近、ドイツの自動車メーカーBMWグループが、テストデータ管理のバックボーンとしてAras PLMプラットフォームを導入すると発表した。このシステムは、開発の様々な段階における車両テストとテスト結果の計画、スケジューリング、実行、文書化を支援する。アラスによれば、トレーサビリティ結果を可能にし、量産車両の開発で重要な役割を果たすという。

EDA、生成設計、アディティブ製造の追加

この数年、ジーメンスPLMは電子設計自動化（EDA）シミュレーションポートフォリオの幅を大きく広げた。2016年11月に電子CAD/CAM開発元のメンター・グラフィックスを45億ドルで買収し、さらに最近ではソリド・デザイン・オートメーション（サスカチュワン州サスカトゥーン）を非公開額で買収。昨秋にはSimcenter CAEシミュレーションソフトウェアポートフォリオのアップデートをリリースし、ほぼ同時期にアディティブ製造モジュールを含む新しいNX 12 CAD/CAMアップデートも発表した。

「お客様からいくつかの重要なメッセージを受け取っています。第一に、製品に組み込まれるエレクトロニクスとソフトウェアの拡大がかつてない速さで進んでおり、従来『機械エンジニアリング』と自認していた企業が、統合システムが支配する世界で競争せざるを得なくなっていることです」と、NX製品マーケティング担当シニアディレクター、ポール・ブラウン氏。「PLMツールプロバイダーとして、我々はそれらの要求に応えなければなりません。」

メーカーはAMの活用を拡大しており、製品の性能向上、部品点数削減、軽量化を目指しているとブラウン氏。「これは単なる製造の問題ではなく、設計から工作機械までライフサイクル全体を通じて解決すべき問題です。」

最新のNXツールは、ジーメンスのコンバージェントモデリングを活用しているとブラウン氏。新しいNX 12には、コンバージェントモデリングやトポロジー最適化といった技術を基盤に、生成設計の領域で能力を拡張する新ツールが含まれる。

「NX製品ラインでは、コンバージェントモデリング技術のような新しいソリューションを提供し続けており、企業が新しいモデリング技術を用いて複雑な設計をこれまでより速く作成できるようにしています。コンバージェントモデリングは、リバースエンジニアリングアプローチを用いる企業が、データを下流アプリケーションで利用可能な形式に変換する時間のかかる工程を排除することにも役立ちます」とブラウン氏。

「生成モデリング技術は、お客様の間で受け入れられ、期待されるようになってきました。システムが設計問題への解決策を提案し、それらを反復検討できるようになります。デスクトップ上の増大し続ける演算能力を用いてより多くの設計代替案を探索することで、エンジニアは設計問題に対する新しい解決策を採用できるようになります」と同氏。

AMの利用増加により、エンジニアは設計における新しい解決策、例えば格子構造を用いた軽量化や、部品点数を削減し、少ない材料と組立時間で製品目標を達成する新しい形状を見出せるようになったとブラウン氏。「これらのアプローチは、設計における生成技術の利用に連なります。」

ジーメンスはAMへの投資を継続しており、「製造支援の観点から、複数材料・テクスチャといった新興技術を見るとともに、設計面では格子構造やサポート構造といった機能で投資しています」とブラウン氏。

NXは、HP Multi Jet Fusion向けの新モジュール「NX AM for HP Multi Jet Fusion」を含むことで、NXの新しいAMソリューションを拡張する。これはHPとマテリアライズによって認定・提供され、HP Jet Fusion 4200 3Dプリンター向けのプリントジョブ準備を可能にする。このNXモジュールにより、顧客はMulti Jet Fusionプリントソリューション向けに単一のソフトウェア環境で部品を開発・管理でき、コストと時間のかかるデータ変換やサードパーティツールを回避し、設計から完成品までのワークフロー効率を全体的に改善できるという。

さらに、ジーメンスはSimcenter 3DでAMプロセスシミュレーションアプリケーションを開発しており、同社によればこれは「初回から正しくプリントする（first-time-right）」ための重要なツールだ。これらのシミュレーションアプリケーションは、ジーメンスのエンドツーエンドAMソリューションの不可欠な一部である。

「アディティブ製造や先進ロボティクスといった変革的テクノロジーは、あらゆる規模のメーカーに競争優位性を得るための大きな可能性を提供します」と、ジーメンスPLMソフトウェアの製造エンジニアリングソフトウェア担当シニアバイスプレジデント、ズビ・フォイアー氏は声明で述べている。「NXは、部品メーカーがこれらの強力なテクノロジーを活用するための統合ソリューションを提供し、全体的なビジネスパフォーマンスの向上を可能にし、真にデジタルなマシンショップの創出を支援します。」

エンジニアリング組織を超えたPLMの展開

PLMの主要な課題は、PLMが生まれたエンジニアリング組織の枠を超えてどう展開するかだ、とオートデスクの製造・生産業界戦略担当ディレクター、ボブ・ヤンシー氏は指摘する。「製品開発はエンジニアリングだけで完結しません。設計から製造現場までのデータフローを接続することが、PLMの全価値を引き出すために不可欠です」とヤンシー氏。「PLMは、個人とビジネスシステムが正確でタイムリーな製品開発情報を受け取れるようにし、人々がより良い意思決定をより速く行えるよう支援します。」

ライフサイクル全体を通じたデータ忠実度とプロセスパフォーマンスの向上は、市場投入までの時間を大幅に短縮できる。オートデスクの顧客は50%以上の改善を報告している。例えば、オートデスクFusion Lifecycleの顧客であるメサラボ社では、オートデスクPLMをクラウドで導入して以来、変更プロセスが2週間から2日に短縮されたとヤンシー氏。「これは80%の改善で、製品データをERPシステムと接続することで達成されました。PLM導入前、オートデスクの顧客は製造エラーの最大90%が情報の欠落や誤りに起因し、品質問題と高いスクラップ率を招いていたと報告しています。」

別の顧客であるノヴァセントリックス（光子硬化ソリューション開発）はFusion Lifecycleを導入し、廃棄物を84%削減したとヤンシー氏。ウィラビー（ホリデーロッジ・住宅メーカー）は、NCR（不適合報告）を月54件から6件に削減し、BOM精度は99%以上、前年比20%の改善を達成したという。

「ミスは起こり続け、変更も必要とされますが、製造、製品開発、エンタープライズビジネスシステムの間のループをPLMでクローズすることで、企業の『学習能力』が高まります」とヤンシー氏。「この学習は集約データ（事実対神話）に基づき、継続的改善の環境を創出し、ベストインクラスの実行を保証します。」

オートデスクは設計と下流製造プロセスの接続に注力しており、製品シミュレーションと製造シミュレーションの両方がその接続の一部だとヤンシー氏。「オートデスクは設計、シミュレーション、製造、データ管理ソリューションの幅広いポートフォリオを持ち、分散型製品開発サプライチェーン全体で設計と製造をより良く接続するためにクラウドベースソリューションの活用を牽引してきました。クラウドはゲームチェンジャーとなり、あらゆる規模のメーカーがPLMを導入しやすくし、技術・リソースの障壁を取り除き、Webブラウザを通じて世界中どこでも安全で接続されたリアルタイムコラボレーションを提供します。」

AM、インダストリー4.0、IoT、機械学習、AIといった新興テクノロジーにより、PLMの性質と提供すべき価値は変化しているとヤンシー氏。「PLMは単なるデータのアーカイブから、データの分析、データからの学習、データから予測トレンドの抽出へと進化し、製品開発プロセスに今存在する、あるいは将来存在する膨大な情報を活用する必要があります。」

PLMは当初、製品データ管理に主眼が置かれていたが、ARの活用により役割が拡大していると、エリート・エアロスペース・グループ（EAG、カリフォルニア州アーバイン）のPLMディレクター、スチュアート・ワイラー氏は語る。同氏は航空宇宙部品メーカーであり、PTC Windchill PLMソフトウェアのユーザーでもある。ワイラー氏は最近、「PLMと拡張現実が切削エッジを研ぎ澄ます」と題した記事（Manufacturing Engineering、2017年3月号）でこのテーマを扱った。

「当初はPDMだけだったと言えます」とワイラー氏。「時間とともに、PLMは『シングルソース・オブ・トゥルース（唯一の信頼できる情報源）』になりました。しかし、まだ必要な形で統合されているとは言えません。」

最新のオープンスタンダード、例えばSTEP 242をより多くのメーカーが採用するにつれ、PLM統合は容易になっていると同氏。「今後、STEP 242は標準として受け入れられるようになります。ほとんどのCADシステムがこれに対応するでしょう。」

ARのような新しいツールとPLMの組み合わせは、グローバル展開する遠隔地のユーザーにとって大きな恩恵だ。「誰もが情報にアクセスする必要があります」とワイラー氏。「PTCにはThingWorx Navigateがあり、PLMを知らなくてもアクセスできます。どこからでもアクセス可能で、これが我々が必要とするトレンドです。」

最新バージョン1.6のNavigateは、「IoT向けの一種のダッシュボードを提供します。マッシュアップと呼んでいます」とワイラー氏。このソフトウェアは、システム内のすべてを単一のガラス越しに見るようなものだ、と同氏。EAGはそのAR機能の一部を使い始めたところだ。

「少しだけ拡張現実を使っています」と同氏。「目標は工場現場でそれを活用し始めることです。」