Znaczenie automatyzacji dla przemysłu lotniczego

Z jednej strony popyt na samoloty jest bardzo wysoki[1] i przez kolejne lata będzie nadal wzrastać. Jedynym sposobem poradzenia sobie z tym wyzwaniem wydaje się być zrównoważona automatyzacja procesów produkcyjnych.

Z drugiej strony udoskonalenia w automatyzacji procesów w przemyśle lotniczym są wprowadzane stopniowo, więc problemu nie da się rozwiązać szybko. Luka między możliwościami technologii a potrzebami zamyka się powoli, co rodzi pytanie, jak daleka droga dzieli nas jeszcze od osiągnięcia celów automatyzacji i czy jest to jedyne remedium na wyzwania stojące przed przemysłem lotniczym.

W tym artykule wyjaśnimy, czym jest automatyzacja procesów montażu w przemyśle lotniczym, przed jakimi wyzwaniami stoi automatyzacja oraz jakie są przyszłe możliwości w branży lotniczej.

Automatyzacja pozwala zwiększyć bezpieczeństwo, wydajność i wartość ludzkiego wysiłku. Narzędzia, które udzielają operatorom wskazówek i pokazują informacje zwrotne, a przy tym są poręczniejsze, mogą zapewnić przewagę nad konkurencją w zakresie cięcia kosztów, jednocześnie poprawiając środowisko pracy.

Niebezpieczne czynności można czasami w pełni zautomatyzować, co pozwala zmniejszyć zagrożenie bez negatywnego wpływu na cele produkcyjne. Odpowiednie rozwiązanie z zakresu automatyzacji obejmuje system sterowania (lub sprzęt połączony z oprogramowaniem), który nakazuje wykonanie określonego zestawu zadań przy zerowej lub minimalnej interwencji człowieka.

W przemyśle lotniczym automatyzacja jest obecnie wykorzystywana jako narzędzie zwiększania wydajności pracowników i ograniczania konieczności wykonywania powtarzalnych zadań, takich jak wiercenie czy wypełnianie. Popyt na nowe samoloty nadal przewyższa jednak podaż, więc wciąż istnieje potrzeba znacznego zwiększenia poziomu automatyzacji.

Zapotrzebowanie na samoloty rośnie i w nadchodzących latach będzie się nadal zwiększać. Technologie produkcji w przemyśle lotniczym nie są wystarczająco szybkie ani efektywne, aby sprostać choćby bieżącemu zapotrzebowaniu — a co dopiero poradzić sobie ze wzrostem. Mimo postępów w zakresie automatyzacji, dzięki którym tylko niewielka część zadań montażu jest wykonywana ręcznie, praca ręczna nadal odpowiada za znaczną część strat w procesie produkcyjnym.

Straty te są niewielkie, gdy rozpatrywać je indywidualnie, ale w powtarzalnym procesie, w którym zadania są wykonywane tysiące lub nawet miliony razy, sumują się do znacznych kwot. Jedną z pierwszych kwestii, które można rozwiązać dzięki automatyzacji, jest dokładność[2].

Zapewnienie pracownikom lepszych narzędzi zwiększa ich wydajność, a jednocześnie podnosi bezpieczeństwo. Do największych zalet automatyzacji należy redukcja poziomu stresu — jest ona możliwa, gdy narzędzia pomagają w zmniejszeniu ilości błędów poprzez zapewnienie lepszych informacji zwrotnych i wskazówek. 

Dzięki temu pracownicy mogą poświęcić więcej czasu na pilnowanie odpowiedniej jakości. To z kolei zmniejsza ryzyko strat, które mogłyby wystąpić, gdyby w procesie nieoczekiwanie pojawiły się błędy spowodowane niską jakością narzędzi.

Błędy produkcyjne pociągają za sobą różne koszty, w tym możliwość utraty materiału. 

Wdrożenie właściwych narzędzi oznacza, że proces produkcyjny może mieć bardziej spójny przebieg, a jednocześnie skraca czas produkcji, minimalizuje ryzyko złomowania i zwiększa elastyczność procesu.

To korzyści, które z czasem się sumują, umożliwiając zespołowi szybkie reagowanie na zmieniające się wymagania rynku.

Lepsze narzędzia mogą także poprawić ergonomię, co oznacza nie tylko większe bezpieczeństwo — i, być może, niższe stawki ubezpieczeniowe — ale też lepszą retencję (niższą rotację) pracowników oraz ogólny wzrost ich energii i zaangażowania. 

Automatyzacja w przemyśle lotniczym została w pewnym stopniu osiągnięta, ale to nie wystarczy, aby choćby częściowo zasypać przepaść między podażą a popytem.

W porównaniu z przemysłem lotniczym, który jest powszechnie uważany za awangardę innowacji i technologii, nawet przemysł motoryzacyjny znajduje się o wiele bliżej osiągnięcia pełnej automatyzacji. Co jeszcze bardziej zaskakujące, procesy produkcyjne w obu branżach wykazują znaczące podobieństwa.

W ciągu ostatnich kilku lat znaczna część procesów wiercenia i wypełniania w przemyśle lotniczym została zautomatyzowana, choć odbyło się to przy użyciu specjalnie zbudowanych suwnic[3]. Są to duże maszyny, które nie przypominają smukłych robotów przemysłowych znanych z branży motoryzacyjnej — wyglądają raczej jak dźwigi. Oznacza to, że branży lotniczej nadal sporo brakuje do osiągnięcia znaczącego poziomu automatyzacji.

Ewolucja automatyzacji dzieli się na trzy etapy: automatyzacji stałej, programowalnej i elastycznej[4]:

• W przypadku automatyzacji stałej („twardej”) maszyna lub urządzenia są kontrolowane przez zestaw kodów i mogą realizować proste zadania, wykonując jedynie ruch obrotowy i liniowy. Z powodu braku elastyczności wytwarzają jeden rodzaj produktu. Ten typ automatyzacji wymaga dużych inwestycji początkowych, które mogą się zwrócić tylko w przypadku produkcji masowej, dzięki czemu jest to idealne rozwiązanie dla przemysłu motoryzacyjnego. 

• W rozwiązaniach automatyzacji programowalnej maszyny mogą wykonywać wiele zadań poprzez zmianę kodu lub programu. Jednak przeprogramowanie systemu i wymiana części mechanicznych zajmuje dużo czasu. Rozwiązanie to charakteryzuje się znacznie niższą wydajnością niż w przypadku systemów automatyki stałej i może być używane tylko w partiach produkcyjnych od kilkudziesięciu do tysięcy sztuk. 

Jeszcze wyższy koszt początkowy w porównaniu z automatyzacją stałą ma automatyzacja elastyczna („miękka”), która jest jednak zdecydowanie najbardziej wydajnym sposobem produkcji. Zmiany produkcyjne można wprowadzić za naciśnięciem przycisku. Taka automatyzacja bazuje na wyższym poziomie kodu, który nie wymaga skomplikowanego przeprogramowania przy zmianie typu produktu, a maszyny są projektowane tak, by mogły obsłużyć wiele różnych zastosowań.

Dla wielu branż wysokie zapotrzebowanie i niemożność wywiązania się z dostaw byłyby lepsze niż całkowity brak nabywców, jednak problem pozostaje problemem. Ponadto w nadchodzących latach sytuacja będzie coraz gorsza, ponieważ wzrośnie zapotrzebowanie na samoloty, a ogólnoświatowa flota tych maszyn nie przestanie się starzeć. 

Oto niektóre z wyzwań, przed którymi obecnie stoją naukowcy:

1. Zintegrowanie operacji wiercenia z automatyką elastyczną okazuje się trudne ze względu na siły reakcji i drgania, które są nieodłącznym elementem stosowania obecnych wiertarek. Elementy rozwiązań automatyki elastycznej obecnej generacji nie są wystarczająco mocne, aby wytrzymać siły pojawiające się podczas konwencjonalnego wiercenia[5].

2. Bardziej zaawansowaną metodą jest wiercenie orbitalne, które pozwala wiercić przy użyciu na tyle małych sił, aby proces można było zintegrować w rozwiązaniach automatyki elastycznej. Jednak przy wielokrotnym użyciu dokładność ulega pogorszeniu z powodu bezwładności właściwej dla procesu wiercenia.

3. Materiały wykorzystywane w robotyce są nadal bardzo drogie. Większość części robotów jest wykonana z tytanu[6] i kompozytu z włókna węglowego, ponieważ są to materiały bardzo lekkie i trwałe. Oba są również bardzo kosztowne, jako że proces ich pozyskiwania jest złożony i mało wydajny.

Ciężka praca innowatorów daje nieco nadziei, że przemysł lotniczy rozwiąże swoje obecne problemy:

• Jednym ze sposobów na rozwiązanie problemu odchylenia od pozycji statycznej podczas wiercenia orbitalnego jest sterowanie adaptacyjne. Parametry modelu sterowania są aktualizowane w sposób ciągły, gdzie parametry stałe łączone są z parametrami adaptacyjnymi, takimi jak rozszerzalność cieplna. Tę technikę można jeszcze bardziej udoskonalić, dodając więcej parametrów adaptacyjnych, na przykład kompensację luzu.

• Śledzenie laserowe jest używane w różnych zastosowaniach, takich jak wyrównywanie skrzydeł samolotu podczas montażu, ale może zostać wykorzystane także do pozyskiwania informacji o położeniu w czasie rzeczywistym. Mogłoby pomóc w wierceniu otworów z dokładnością do 0,05 mm, jednak jest wciąż nieopłacalne dla branży lotniczej.                                                                     

• Można również przeprowadzić badania w celu opracowania siłowników narzędzi, które zapewniłyby im krótszy czas reakcji na otrzymane informacje zwrotne. W połączeniu z funkcją śledzenia laserowego mogłoby to znacząco poprawić dokładność pracy robotów.

W obniżeniu kosztów początkowych zautomatyzowanego montażu mogą również pomóc udoskonalenia procesów produkcyjnych części i komponentów robotów. Firma Airbus dysponuje obecnie zautomatyzowaną linią montażową kadłubów składającą się z 20 robotów, systemu laserowego pomiaru pozycji oraz nowego systemu cyfrowego, ale ma zaległości w realizacji 6000 samolotów pasażerskich A320 i mogłaby uzasadnić koszt takiej inwestycji. 

W międzyczasie producenci samolotów mogą zwiększyć produkcję, korzystając z najbardziej zaawansowanych narzędzi dla branży lotniczej, jakie są obecnie dostępne na rynku. Narzędzia te znacznie poprawiają wydajność pracy, jednocześnie chroniąc zdrowie pracowników, i są rozwiązaniem, od którego lepsza może być już tylko całkowicie zautomatyzowana linia montażowa:

• Elektryczna wiertarka ręczna EBB26 — Ta precyzyjna wiertarka może położyć kres wielu problemom dotyczącym dokładności wykonywania otworów. Ma wbudowany mechanizm przekazywania informacji zwrotnych na potrzeby korekcji błędów, co eliminuje pomyłki operatora. Na uwagę zasługuje także programowalny mechanizm wyzwalania i zmniejszone bicie, dzięki czemu każdy otwór jest wiercony zgodnie z wymaganiami.

• Zaawansowane urządzenie wiercące PFD 1100 — Ta wiertarka jest wyposażona w silnik turbinowy o dużej mocy, który umożliwia używanie jej na wszystkich etapach produkcji samolotu, od wytwarzania podzespołów po montaż końcowy. Modułowa konstrukcja pozwala na łatwą konfigurację do wiercenia pod kątem prostym lub w pionie, a także zapewnia szeroki zakres prędkości i ustawień posuwu, dzięki czemu narzędzie można dostosować do każdego rodzaju wiercenia.

Korzyści, jakie automatyzacja oferuje w zakresie zaspokajania rosnącego popytu na samoloty, są niezaprzeczalne. W sytuacji gdy do wdrożenia elastycznej automatyzacji jest jeszcze daleko, należy jednak badać także alternatywne sposoby zwiększania wydajności. Właśnie z myślą o poprawie tej sytuacji firma Atlas Copco stworzyła gamę zaawansowanych narzędzi dla branży produkcji lotniczej. 

Chcesz więcej zrobić i więcej wyprodukować? Zwiększ wydajność dzięki zaawansowanym narzędziom Atlas Copco dla branży lotniczej.

Skontaktuj się z nami już dziś!