Miksi automaatio on tärkeää ilmailuteollisuudessa?

Lentokoneiden kysyntä on pilvissä[1] ja jatkaa nousukiitoaan vielä vuosien ajan. Ainoa ratkaisu on alan valmistusprosessien kestävällä pohjalla oleva automaatio.

Toisaalta ilmailuteollisuudessa tehdyt automaatioparannukset ovat olleet vähittäisiä, ja ongelmaan ei ole tulossa ratkaisua lähitulevaisuudessa. Tekniikka kehittyy liian hitaasti ongelman ratkaisemiseen, joten on pohdittava, miten kaukana automaatiotavoite on ja onko se ainoa ratkaisu ilmailuteollisuuden kohtaamaan pulmaan.

Tässä artikkelissa käsitellään sitä, millaista automaatiota ilmailuteollisuuden valmistuskokoonpanoissa käytetään, mitä haasteita automaatiolle on ja millainen on automaation tulevaisuus ilmailualalla.

Automaatiolla voidaan parantaa turvallisuutta, tuottavuutta ja ihmisten työpanoksen arvoa. Kun työkalut on varustettu sisäänrakennetulla opastuksella, palautteella ja paremmilla käsittelyominaisuuksilla, yritys voi saada kilpailuetua säästämällä kustannuksissa, samalla kun työskentelyolosuhteet paranevat.

Joissakin tapauksissa vaaralliset työvaiheet voidaan automatisoida kokonaan, mikä vähentää vaaroja ja säilyttää tuotantotavoitteet. Tällöin automaatio tarjoaa valvontajärjestelmän tai laitteiston, joka suorittaa erilaisia tehtäviä sitä ohjaavan ohjelman avulla, täysin ilman ihmisen apua.

Automaatiota hyödynnetään tällä hetkellä ilmailuteollisuudessa työntekijöiden tuottavuuden tukemiseen, ja sillä on vähennetty rutiinitehtäviä, esimerkiksi poraamista ja täyttämistä. Automaation lisäämiselle on kuitenkin edelleen huomattavan suuri tarve – valmistus ei pysty vieläkään toimittamaan tarpeeksi uusia lentokoneita niiden kysynnän kattamiseen.

Lentokoneiden kysyntä kasvaa ja jatkaa kasvua myös tulevien vuosien aikana. Jo nyt ilmailuteollisuuden valmistustekniikka ei ole tarpeeksi kustannustehokas vastaamaan nykyiseen kysyntään, kasvavasta kysynnästä puhumattakaan. Vaikka automaatio on lisääntynyt ja vain pieni osa kokoonpanoprosessista tehdään manuaalisesti, tämä osuus aiheuttaa suuren osan valmistusprosessin tappiosta.

Yksittäisesti tarkasteltuina nämä tappiot ovat pieniä, mutta kun toistuvaan prosessiin kuuluvia töitä tehdään tuhansia tai miljoonia kertoja, loppusumma on merkittävä. Tarkkuus on yksi ensimmäisistä asioista[2], joihin automaatiolla puututaan.

Kun työntekijöille annetaan paremmat työkalut, se parantaa heidän tuottavuuttaan ja turvallisuuttaan. Yksi tärkeimmistä hyödyistä on stressin väheneminen – Työkalut antavat parempaa palautetta ja opastusta, mikä voi vähentää virheitä. 

Näin työntekijät voivat satsata enemmän aikaan laadun tarkkailuun. Näin voidaan välttää mahdolliset tappiot, jotka johtuvat huonolaatuisten työkalujen aiheuttamista odottamattomista virheistä.

Tuotantovirheisiin liittyy useita kustannuksia, kuten mahdollinen materiaalihävikki. 

Kun käytössä on oikeat työkalut, valmistusprosessista voi tulla tasalaatuisempi ja joustavampi, tuotantoaika paranee ja hävikki vähenee.

Nämä hyödyt kasvavat ajan myötä, ja niiden ansiosta tiimisi voi vastata nopeasti muuttuvaan markkinoiden kysyntään.

Lisäksi paremmat työkalut voivat edistää ergonomiaa, mikä parantaa turvallisuutta (ja mahdollisesti vähentää vakuutusmaksuja) sekä kestävyyttä. Sitoutuneella henkilöstöllä on enemmän energiaa, ja tällöin työntekijöiden vaihtuvuus on pienempi. 

Ilmailuteollisuutta on saatu automatisoitua jossain määrin, mutta tämä ei ole riittänyt tarjonnan ja kysynnän välisen kuilun poistamiseen.

Jopa autoteollisuudessa on edetty hyvin kohti täysautomaatiota ilmailualaan verrattuna, vaikka ilmailuteollisuutta pidetään yleisesti innovaation ja tekniikan eturintamana. Tämä on sitäkin erikoisempaa siksi, että näiden kahden teollisuudenalan valmistusprosessit ovat hyvin samanlaisia.

Viime vuosien aikana suuri osa ilmailualan tuotannon poraus- ja täyttötöistä on automatisoitu, vaikka se on toteutettu mittojen mukaan tehdyllä siltanosturityyppisellä laitteistolla[3]. Nämä ovat suuria, nosturien kaltaisia laitteita eikä niinkään kevyempiä teollisuusrobotteja, joita käytetään autoteollisuudessa. Ilmailuala on siis vasta varhaisessa vaiheessa matkalla kohti merkittävää automaatiota.

Automaatio etenee kolmen kehitysvaiheen läpi, kiinteän, ohjelmoitavan ja joustavan vaiheen läpi[4]:

• Kiinteässä tai kovassa automaatiossa konetta tai laitteistoa ohjataan koodisarjalla, jotta se suorittaisi yksinkertaisia tehtäviä vain pyörivällä ja lineaarisella akselilla. Koska ratkaisu ei ole joustava, sitä käytetään yleensä tietyn tuotetyypin valmistukseen. Tällainen automaatio edellyttää suurta alkuinvestointia, joka sopii massatuotantoon, joten ratkaisu on sopiva autoteollisuuteen. 

• Ohjelmoitavassa automaatiossa koneet voivat tehdä useita tehtäviä, kun koodia tai ohjelmaa muutetaan. Järjestelmän uudelleenohjelmointi ja mekaanisten osien vaihto vie kuitenkin paljon aikaa. Tuotantomäärä on paljon pienempi kuin kiinteässä automaatiossa – järjestelmällä voidaan tuottaa eriä, joiden laajuus on kymmenistä kappaleista tuhansiin. 

Joustavan tai pehmeän automaation alkuinvestointikustannukset ovat jopa suuremmat kuin kiinteällä automaatiolla, mutta se on kaikista tehokkain tuotantotapa. Järjestelmää voidaan muuttaa pelkällä painikkeen painalluksella. Koodausta käytetään enemmän, joten monimutkaista ohjelmointia ei tarvita, kun tuotetyyppiä vaihdetaan, ja kone on suunniteltu sopeutumaan useisiin käyttötarkoituksiin.

Jotkut asiakaspuutteesta kärsivät teollisuuden alat ottaisivat innolla vastaan tilanteen, jossa kysyntä on suurempi kuin mitä voidaan toimittaa. Tämä on kuitenkin joka tapauksessa ongelma, joka vain pahenee tulevina vuosina, kun lentokoneiden kysyntä kasvaa ja lentokonekalusto ympäri maailman jatkaa vanhenemistaan. 

Tutkijat kamppailevat muun muassa seuraavien nykyisten haasteiden kanssa:

1. Porausta on vaikea yhdistää joustavaan automaatioon nykyisille porille ominaisen reaktiovoiman ja tärinän takia. Nykyisen joustavan automaation osat eivät kestä perinteisen porauksen synnyttämiä voimia[5].

2. Epäkeskoporaus on edistyksellinen menetelmä, jossa voi olla mahdollista porata pienemmällä voimalla ja tarpeeksi pienessä koossa joustavalle automaatiolle sopivasti. Toistuvassa käytössä tarkkuus kuitenkin kärsii porausprosessille ominaisen inertian takia.

3. Roboteissa käytettävät materiaalit ovat edelleen hyvin kalliita. Useimmat robottien osat valmistetaan titaanista[6] ja hiilikuitukomposiittimateriaalista, koska molemmat ovat äärimmäisen kevyitä ja kestäviä. Molemmat ovat kalliita materiaaleja niiden monimutkaisen valmistusprosessin takia, ja materiaalia saadaan niukasti.

Kehittäjät tekevät parhaillaan ankarasti töitä. He ovatkin tuoneet toivoa ilmailualan ongelmallisen tilanteen keskelle:

• Mukautuva ohjaus on yksi ratkaisu epäkeskisen porauksen siirtyvään staattiseen asemaan. Ohjausmallin parametreja päivitetään jatkuvasti käytön aikana, ja kiinteitä parametreja yhdistetään mukautuviin parametreihin, esimerkiksi lämpölaajenemiseen. Menetelmää voidaan parantaa entisestään lisäämällä uusia mukautuvia parametreja, esimerkiksi takaiskun kompensoinnin.

• Laserpaikantimia käytetään erilaisissa käyttötarkoituksissa, esimerkiksi lentokoneen siipien kohdistuksessa kokoonpanon aikana. Niitä voidaan mukauttaa reaaliaikaisen asentopalautteen mukaisesti. Tämän ansiosta voidaan porata reikiä 0,05 mm:n tarkkuudella, mutta menetelmä on liian kallis käytettäväksi ilmailuteollisuudessa.                                                                     

• Tutkimuksessa voidaan myös kehittää toimilaite robotin käsivarren päähän, joka pystyy vastaamaan nopeammin saamaansa palautteeseen. Yhdessä laserpaikantimen kanssa se voisi parantaa robotin tarkkuutta huomattavasti.

Robottiosien valmistusprosessissa tehtävät parannukset voivat myös auttaa automatisoidun kokoonpanon alkuinvestointikustannusten pienentämisessä. Airbus käyttää tällä hetkellä automatisoitua runkokokoonpanolinjaa, jossa on 20 robottia, laseravusteinen asemanmittaus ja uusi digitaalinen järjestelmä, mutta valmistusjonossa on 6 000 A320-matkustajakoneyksikköä, joten linjaan kannattaakin investoida. 

Kehitystä odotellessa ilmailuteollisuuden valmistajat voivat tehostaa tuotantoaan markkinoiden edistyksellisimmillä ilmailualan työkaluilla. Nämä työkalut parantavat käyttäjän tuottavuutta huomattavasti ja suojaavat hänen terveyttään. Ne ovat seuraavaksi paras ratkaisu täysautomaattisen kokoonpanolinjan jälkeen:

• Käsikäyttöinen EBB26-akkupora – Tämän tarkkuusporan avulla sinun ei tarvitse enää olla huolissasi reikien tarkkuudesta. Pora on varustettu virheenkorjauksen palautemekanismilla, joka poistaa käyttäjän tekemien virheiden vaaran. Siinä on myös ohjelmoitava liipaisin ja pieni sivuttaisheitto, joten jokainen reikä voidaan porata suunnitellusti.

• Edistyksellinen PFD 1100 -porausyksikkö – Tässä porassa on huipputehokas turbiinimoottori, jonka ansiosta työkalua voidaan käyttää kaikissa lentokoneen tuotantovaiheissa aina osien valmistuksesta loppukokoonpanoon. Modulaarisen mallin voi helposti mukauttaa kulmamuotoon tai pystyporaukseen. Poran kattavat nopeus- ja syöttöasetukset mahdollistavat sen mukauttamisen kaikkiin poraustarpeisiin.

Automaatiosta on selkeästi hyötyä, kun halutaan vastata kasvavaan lentokoneiden kysyntään. Koska joustava automaatio on vielä kaukana nykytilanteesta, on etsittävä muita tapoja tuottavuuden lisäämiseen. Atlas Copco tarjoaa edistyksellisiä ilmailuteollisuuden työkaluja, jotka parantavat tuottavuutta ennen kuin automaatio voidaan ottaa käyttöön. 

Paranna tuottavuuttasi Atlas Copcon edistyksellisillä ilmailuteollisuuden työkaluilla. Oletko valmis tehokkaampaan toimintaan?

Ota meihin yhteyttä tänään.