PLMソフトウェアを活用した産業用IoT導入の推進

最新PLMツールで、デジタル製造の最先端である協調設計と可視化ソリューションの実装で優位性を獲得

製品ライフサイクル管理（PLM）ツールを備えたデジタル製造ソリューションは、製造業者がインダストリアルIoT（IIoT）の約束を最終的に完全に解き放つための大きな可能性を秘めています。近年、拡張現実（AR）を含む高度にリアルな可視化を取り入れたPLMソリューションの新しい協調バーチャルツールが、製造業におけるIIoTの約束のより大きな実現に向けてハードルを押し上げてきました。

最新のPLM製品では、メーカーはベストインクラスのCAD/CAM/CAEと、PLMの製品データ管理（PDM）ツールを活用できます。これらは、ジェネレーティブエンジニアリング、AR可視化、その他のシミュレーションといった新しい設計手法を、今日の高度に接続されたセンサーベースの高度自動化設備によってより可能になった製品ライフサイクルチェーンに緊密にリンクさせています。より多くのオンプレミスおよびクラウドベースのPLMソリューションが、仮想世界を工場現場のメーカーの物理資産に正確に結びつけるデジタルツインを作成できるようになりました。

さらに、コネクテッド製造を目指す製品におけるソフトウェアとエレクトロニクスの比率増大により、開発者はファームウェアとエレクトロニクスコンテンツの作成・管理の新たな方法を考案する必要に迫られています。

デジタルトランスフォーメーション

シミュレーションはデジタル製造の変革において重要な役割を果たし、主要なPLM開発者の多くは高度な可視化ツールをPLMツールボックスに完全に組み込む方向へ動いています。

「お客様に価値をもたらすトランスフォーメーショナルなソリューションを推進し始めています。もちろん、ツールとシミュレーション製品への大規模な投資があります」と、テキサス州プラノ拠点のSiemens PLM Softwareのチーフテクニカルオフィサー、Jim Rusk氏。同社はTeamcenter PLMとその関連CAD/CAM/CAE製品の開発元です。「お客様は、ジェネレーティブエンジニアリング、エレクトロニクスのソリューション統合、IoTからの製品パフォーマンスデータの取り込み、クラウドとコラボレーションの活用による情報フローなどについて、価値のあるステートメントを求めています」

シーメンスは近年、複数の大規模シミュレーション買収を行い、2016年11月には電子設計自動化（EDA）ソフトウェア開発元Mentor Graphicsを45億ドルで買収しました。

「当社が生み出すコアな基盤ツールなしでは、それらのことができません」とRusk氏は同社の関連CAD/CAM/CAE製品について語ります。「PLMはこの中で中心的な役割を果たし、電子設計自動化もMentor買収で重要な部分となっています。お客様は、機械的コンテンツだけでなく電気的・ソフトウェア的コンテンツも大量に含む製品を作っています。そのため、ジェネレーティブエンジニアリング、統合エレクトロニクス、自律走行車など、真にソリューション指向の機能をより多く提供する必要があります。これらはすべて、我々が前進させているソリューションの極めて重要な要素です」

このデジタルトランスフォーメーションを牽引しているもう一つの要因は、メーカーがオペレーションを新たな視点で見直し、基本的なビジネス慣行を変える意欲を持っていることです。「我々が取り組むすべての企業が、例外なく、重工業、ハイテク、ライフサイエンスにおいて、デジタルトランスフォーメーションイニシアチブを持っています。彼らは自分たちの運営方法を根本的に変え、顧客への価値提供のあり方を再考しようとしています」と、Aras Corp.のシニアバイスプレジデント、Marc Lind氏（マサチューセッツ州アンドーバー）。同社はAras Innovator PLMソフトウェアの開発元です。

「すべての企業に、ビジネスとオペレーションに深遠な変化を強制するレベルの緊急性があります。したがって、関わるのはテクノロジーだけでなく、ビジネスのやり方です」とLind氏。「ビジネストレンドの背景において、それは定義上、明日のデジタルプロセスは今日存在しないことを意味します。存在せず、出現しつつあるプロセスと要件を満たす、箱から出してすぐ使えるソフトウェアはありません」

企業によって、このトランスフォーメーションは異なる形と構造を取るとLind氏は付け加えます。「我々は彼らと密接に働き、彼らがすでに知っていること、達成しようとしていること、そしてそこに到達する方法を、5年プロジェクトよりもはるかに速く開発するために、プロセスを根本から再考しています」

デジタルテクノロジーは仮想体験を可能にし、発明、学習、生産、取引の新しい方法（現実と仮想の両方）で社会のすべてのセクターを揺るがす産業ルネッサンスを推進していると、Dassault SystèmesのEnoviaマーケティング担当バイスプレジデント、Garth Coleman氏（マサチューセッツ州ウォルサム、フランス・ヴェリジー・ヴィラコブレー）。

「世界中のファブラボでは、誰でもわずか数時間でスマートなコネクテッドオブジェクトを作れます」と同氏。「スタートアップが業界全体を破壊し、実店舗の老舗が新しいサービス主導のビジネスモデルで自分たちを再発明しています。OEMはサプライヤーと深いデジタル接続を構築し、サプライチェーンをバリューネットワークへ変革しています。起きていることは、『デジタルトランスフォーメーション』のような概念で説明できるものより遥かに大きいのです」

仮想世界（現実世界を拡張・改善する完全なデジタルエコシステム）は、イノベーターが同時に想像し、マッピングし、モデリングし、エンジニアリングすることを可能にし、完全に新しい環境を初めてエンジニアリングできるようにするとColeman氏。

「デジタルエクスペリエンスプラットフォームは、これらの仮想世界のインフラストラクチャであり、場所、人、アイデア、ソリューション間の距離をゼロに縮め、新しい思考、学習、行動、相互作用の方法を可能にします」と同氏。「IDCは、2020年までに少なくとも55%の組織がデジタルで決定されるようになり、新しいビジネスモデルとデジタル対応製品・サービスを通じて市場を変革し、未来を再想像すると予測しています」

「深い個別化体験を提供するには、テクノロジーのシームレスなシナジーが必要です」と続けます。このシナジーにおいて、「現実と仮想が仮想エクスペリエンスプラットフォーム上で融合し、企業内部とサプライヤー、パートナー、顧客、見込み客のバーチャルネットワークという、貢献者の完全なエコシステムへコラボレーションを拡張します。これは間違いかくあなたの父親の時代のPLMではありません！」

道を切り開く

可視化ツール、特にARとCAEアプリケーションのより広範な活用が、メーカーのPLM設計・エンジニアリングプロセスを変革し、インダストリー4.0とIIoTの新時代への適応を支援しています。同様に、ジェネレーティブエンジニアリングが顧客の設計を高速化し、最適化機能を追加して全体的な結果を向上させています。

2019年1月、シーメンスはCAEアプリケーション向けSimcenter 3Dシリーズの最新アップデートをリリース。計算流体力学（CFD）と有限要素解析（FEA）ツールを含みます。昨年、電気システム設計とワイヤーハーネスエンジニアリングソフトウェア開発元のComsa Computer und Software GmbH（ミュンヘン拠点）を買収。ComsaのLDorado自動車ハーネス設計・エンジニアリングツールスイートが、シーメンスのMentorアプリケーションポートフォリオに加わります。

「フロントエンド、初期コンセプトエンジニアリング、つまりシステムズエンジニアリングへの関心が高まっています」とシーメンスのRusk氏。顧客はより早期の製品要件、パラメータ、シミュレーションモデルを求めています。自動車業界、特に自律走行車では、「膨大なシステムズエンジニアリングと電気系統が関わります」とRusk氏。「お客様がそれらのシステムをシームレスに統合できるようにしたいと考えています」

シミュレーションはアディティブ製造アプリケーションにも拡張され、これらはSimcenter 3Dの一部で、デジタルツインを介して情報を工場へフィードバックし、製造のループを閉じるのに役立つと同氏。

システムズエンジニアリング、特にモデルベースエンジニアリングへの新たな重点が置かれているとArasのLind氏。メーカーがソフトウェア対応設計、エレクトロニクス、センサーに取り組む中で。「電動化と自律走行で、自動車業界は大変動中で、航空宇宙も同様です。本当にあらゆる分野で起きています」

Arasの最新PLMプラットフォームに含まれる新技術は、バリアンスとオプションを扱う能力だとLind氏。自動車製品の機械的・ソフトウェア対応機能（電子制御ユニットECU等）両方での主要なオプションカスタマイズを可能にします。「バリエーションのレベルが本当に急増しています」と同氏。「チップにどのソフトウェアをフラッシュするか（ファームウェアで）知る必要があるため、ソフトウェアレベルがVINレベルでカスタマイズされています」

シミュレーションフロントでは、Arasは2018年9月のComet Solutions Inc.買収（ニューメキシコ州アルバカーキ拠点、シミュレーションプロセス・データ管理（SPDM）ツール開発元）で必要な機能を強化。ArasのPLMサブスクリプションの一部として提供される同社のSimAppsは、ベンダーに依存しないアプリケーションで、Arasのオープンアプローチと連携し、ユーザーをCAD、FEA、メッシング、0D/1Dシミュレーションツール、ライフサイクル製品構成とクロスディシプリン設計のためのその他アプリケーションと接続します。

「我々が話しているすべてのこと（MBE、MBSE、デジタルツイン、工場定義）において、一度デジタル構成やモデルができたら、それを現実条件でシミュレートしたいのです」とLind氏。「この物事が機能するか、予想平均故障間隔（MTBF）は何か、工場での故障や現場の航空機での故障をどう予測するか。それをシミュレートできることを望みます」

CometのSimAppsでプロセスをシミュレートすることで、Aras顧客は膨大なシミュレーションデータを管理する新しいツールを得られるとLind氏。「シミュレーションのアイデアも非常に専門的です」と同氏。「設計と同様、これらの実際のシミュレーション能力は孤立しており、乱流を示すCFDやESD（静電気放電）のような特定タイプの解析（FEA、CFD）です。非常に専門的で、最大の顧客が求めるものです。これらのシミュレーションは至る所で発生し、それらから生成されるデータを管理する良い方法がこれまでなかったからです」

メーカーのプロセスは通常、大量の増分シミュレーションを含むと同氏。「単一ランではありません。パラメータを変更し、増やし、再びシミュレーションを実行。それを繰り返すと、大量のデータ入力が生まれます」と、5〜7つの異なるソルバー環境が関わる可能性のあるプロセスについて語ります。オープンアプローチを取ることも利点だと同氏。

「主要なシミュレーションプロバイダーは自社ツールセット中心に組織化されがちです。『オープンアプローチを取ろう』と言う人はいません。我々は公平な競技場を作ります。市場全体を一貫した方法で管理し、クロスディシプリンで下流へ手続き化できます。デジタルツインシミュレーションが来ています。まだ多くの人はやっていません」

Dassaultもシミュレーションで最近動きがあり、2019年1月発表のパートナーシップで、Cognata Ltd.（イスラエル・レホボット拠点）のAutonomous Vehicle Simulation SuiteをDassault Systèmesの3DExperience PLMプラットフォームに組み込みます。Dassaultによると、このパートナーシップにより、自律走行車メーカーが開発サイクル全体を通じて3DExperienceプラットフォーム内で自律走行を定義、テスト、体験できる、初めてのソリューションが提供されます。これにより、完全統合された自律走行車開発プロセスの追加が加速し、より正確で安全な自律走行車が道路を走るようになると約束されています。

「Dassault Systèmesとのパートナーシップにより、シミュレーションをエンジニアリングプロセスの不可欠でシームレスなコンポーネントにすることで、自律走行車の開発が加速されます」と、CognataのCEO兼創業者Danny Atsmon氏は声明で述べています。「シミュレーションが早期に活用されるほど、エンジニアが自律走行車の各コンポーネントを修正し、バーチャル環境でテストし、車両に組み込まれた際の動作や予期せぬエッジケースへの対応を確認しやすくなります」

多くの企業がコンピューターシミュレーションを活用し、バーチャル環境で新しいコンセプトをテストし、より速く作業し、製品を現実世界に投入する前に最適化された結果を確保しているとDassaultのColeman氏。

「シミュレーションは計画を高速化し、コストを削減し、より高い精度で意思決定を支援します」と同氏。「これにより研究者は、製造可能性向上のための設計テスト・検証・迅速な最適化（材料削減）、製造安全性のための作業員保護、長期メンテナンスのための製品寿命延長、環境影響（総材料消費量最小化、有害材料の代替発見、リサイクル簡素化のための設計）についてテストできます」

AR対応可視化

シミュレーションにおけるもう一つの鍵となるテクノロジーは、CAD/CAM/CAE/PLM開発元PTC（マサチューセッツ州ニーダム）のVuforiaラインアップのような、AR対応PLMアプリケーションのより広範な展開です。「PLMはメーカーのデジタルトランスフォーメーションをもたらすよう進化し続けています」と、PTCのPLMソリューション管理担当バイスプレジデント、Francois Lamy氏。「実際、デジタルハウスを整理する堅牢なPLMシステムがなければ、スマートコネクテッド機能の統合や、より良い洞察と分析の取得は困難です」

製品設計の共有方法を改善するため、PTCは数年前に技術を取得した後、ThingWorxとVuforiaアプリケーションをソフトウェアに組み込みました。

「PTCを、お客様のデジタルトランスフォーメーションをキックスタートするPLMベンダーにするため、PLMポートフォリオを常に改善し続けています」とLamy氏。「Vuforia、PTCの拡張現実技術を活用してマルチCADデータを公開します。ARにより、高価なプロトタイプ作成の必要性が事実上排除されます。実際のCADデータそのものではなく、製品設計のAR体験を共有することで、サプライチェーンなどの外部ステークホルダーと貴重な社内IPを共有するリスクが消失します」

PTCのThingWorx Navigateアウトオブザボックスの役割・タスクベースアプリケーションにより、通常PLMとやり取りしない「ライトウェイト」ユーザーが必要な製品データを取得しやすくなるとLamy氏。「お客様は、プロセス、データ、システムの一貫したモダンなデジタルバックボーンの構築に注力しています。スマートコネクテッド製品、スマートコネクテッドマシン、人工知能、拡張現実などの最先端テクノロジーを取り入れ、エンジニアリング、製造、オペレーション、サービス、サプライチェーンアプリを通じたクロスディシプリンコラボレーションを実現しています」

昨年夏、PTCとシミュレーション開発元Ansys Inc.（ペンシルベニア州カノンズバーグ）が、AnsysのリアルタイムシミュレーションをPTCのCreo CADソフトウェアを通じて顧客に提供するパートナーシップを発表。「この新ソリューション、Creo Simulation Liveにより、エンジニアはCADモデリング環境に完全統合された高速で使いやすいシミュレーションを得られます」とLamy氏。「設計とシミュレーションの行き来が不要になります。モデルに変更を加えると、エンジニアは設計決定についてリアルタイムフィードバックを得られ、より速く反復し、より自信を持って設計できます」

いつでもどこでもアクセス

クラウド経由での製造データへのアクセス性向上は、オンプレミス版のみのものに比べてクラウドベースPLMシステム固有のコストメリットにより、例外ではなく標準となりつつあります。Autodeskのクラウド提供はFusion Lifecycle PLMで、製造データ共有のための高度に協調的な環境をユーザーに提供します。

「製造業で見られる根本的なトレンドの一つは、設計と製造の融合です。自社で製品を製造しない顧客でも同様です」と、Autodesk Inc.のグローバルGTM（Go to Market）ビジネス戦略担当シニアマネージャー、Charlie Candy氏（カリフォルニア州サンラファエル）。「製造プロセスへのライン・オブ・サイトを持つことで、デジタルと物理の間で迅速に反復することで、より多くの実験、設計におけるより大きなリスクテイクが可能になり、イノベーションを増加させられます。同時に、製品性能と製造プロセスをシミュレートすることで、より良いコスト管理とスコープ管理が可能です。Autodeskは、設計を製造につなぎ、お客様が先を行けるよう支援するため、製造テクノロジーに10億ドル以上を投資してきました」

このトレンドがPLMに与える影響は、ビジネスがより多くの人々と、より多くの分野で、プロセスのより早い段階でつながる必要があることだとCandy氏。「競争し差別化するために、メーカーは働き方とそれを支えるツール・プロセスを進化させようとしています。これにはデジタル戦略が必要です」

同氏は、AutodeskのPLMアプローチが、顧客のデジタル戦略の基盤を形成する5つの柱に焦点を当てていると指摘：大量カスタマイズ、コラボレーション、顧客体験、柔軟な製造、コネクテッドサービス。「この5つの柱の中で、コラボレーションが顧客によって一貫して最高優先度としてランク付けされています」とCandy氏。「適切な人を適切な段階で巻き込み、重要な決定を推進することが、プロジェクトや製品の成否を分けます」