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Perché l'automazione è importante per l'industria aerospaziale

L'industria aerospaziale è da tempo in una situazione difficile.

Da un lato, la domanda di aeromobili è molto alta[1] e continuerà ad aumentare per anni a venire. L'unica soluzione in vista è l'automazione sostenibile dei suoi processi di produzione.

D'altro canto, i miglioramenti apportati al fronte dell'automazione del settore aerospaziale sono così incrementati a tal punto da non trovare una soluzione al problema imminente. La tecnologia è lenta a risolverlo, che a sua volta pone delle domande: a quale distanza rappresenta l'obiettivo dell'automazione? E' davvero l'unica soluzione al problema che il settore aerospaziale deve affrontare?

In questo articolo parleremo di ciò che l'automazione aerospaziale è presente negli assemblaggi di produzione, delle sfide che l'automazione deve affrontare e di ciò che il futuro riserva per l'industria aerospaziale.

Automazione e integrazione nel settore aerospaziale

L'automazione può essere utilizzata per aumentare la sicurezza, la produttività e il valore dell'impegno umano. Gli strumenti con guida integrata, feedback e migliore gestione possono offrire un vantaggio competitivo in termini di risparmio sui costi, offrendo al contempo un ambiente di lavoro migliore.

In alcuni casi, le operazioni pericolose possono essere completamente automatizzate per ridurre il pericolo mantenendo gli obiettivi di produzione. In questi casi, l'automazione fornisce un sistema di controllo o un'apparecchiatura collegata a un programma che indica di eseguire una serie di attività, con un intervento umano da zero a minimo.

L'automazione è attualmente utilizzata nel settore aerospaziale per supportare la produttività dei lavoratori e ridurre la necessità di eseguire attività ripetitive come la foratura e il riempimento. Tuttavia, esiste ancora una significativa necessità di aumentare l'automazione, poiché la domanda di nuovi aeromobili continua a superare la fornitura di produzione.

L'importanza dell'automazione nel settore aerospaziale

La domanda di aeromobili è in aumento e continuerà a farlo nei prossimi anni. Anche oggi, la tecnologia di produzione nel settore aerospaziale non è sufficientemente veloce o conveniente per soddisfare la domanda attuale, con una domanda molto meno elevata. Anche se l'automazione è progredita e solo una piccola parte del processo di assemblaggio è stata eseguita manualmente, è responsabile di un gran numero di perdite nel processo di produzione.

Queste perdite sono ridotte, se esaminate singolarmente, ma in un processo ripetitivo in cui le attività vengono eseguite da migliaia a milioni di volte, si sommano a una quantità considerevole. La precisione è una delle prime cose[2] che l'automazione affronta.

Fornire utensili migliori al vostro personale aumenterà la produttività, mantenendoli al contempo più sicuri. Uno dei valori più importanti è la riduzione dei livelli di sollecitazione, quando gli strumenti possono contribuire a ridurre gli errori fornendo un feedback e una guida migliori. 

Di conseguenza, il personale può dedicare più tempo all'attenzione alla qualità. Ciò può ridurre le possibili perdite che possono verificarsi quando strumenti di scarsa qualità causano errori imprevisti.

Gli errori di produzione hanno diversi costi, compresa la possibilità di perdere il materiale. 

Disporre degli utensili giusti significa che il processo di produzione può essere più coerente, migliorando al contempo i tempi di produzione, riducendo al minimo le operazioni di scarto e rendendo il processo più flessibile.

Questi sono i tipi di vantaggi che si accumulano nel tempo e consentono al vostro team di rispondere rapidamente alle mutevoli esigenze del mercato.

Un vantaggio finale è che gli utensili migliori possono aumentare l'ergonomia, il che significa non solo più sicurezza (e possibilmente minori tassi di assicurazione), ma anche una maggiore ritenzione, e, in generale, una forza lavoro più coinvolta ha più energia e, in ultima analisi, un fatturato inferiore. 

Lo stato attuale dell'automazione aerospaziale

L'automazione nell'industria aerospaziale è stata ottenuta in qualche misura, ma non abbastanza per colmare il divario tra domanda e offerta.

Persino l'industria automotive è più lontana nel percorso verso l'automazione completa rispetto all'industria aerospaziale, quando in realtà l'industria aerospaziale è ampiamente considerata come il supporto frontale in termini di innovazione e tecnologia. Ciò che è ancora più sorprendente è che i processi di produzione dei due settori presentano notevoli analogie.

Negli ultimi anni, gran parte della foratura e del riempimento nella produzione aerospaziale è stata automatizzata, nonostante utilizzi un'attrezzatura di tipo a cavalletto su misura[3]. Si tratta di macchine di grandi dimensioni che sembrano gru piuttosto che robot industriali, più snelli dell'industria automotive. Ciò significa che sono ancora nella fase iniziale di un lungo viaggio verso un livello significativo di automazione.

L'evoluzione dell'automazione avviene in tre fasi: fissa, programmabile e flessibile[4]:

  • Nell'automazione fissa o rigida, una macchina o un'apparecchiatura è controllata da un set di codici per eseguire semplici operazioni e solo lungo l'asse rotazionale e lineare. In genere è progettato per produrre un solo tipo di prodotto a causa della sua inflessibilità. Questo tipo di automazione richiede un elevato investimento iniziale che solo la produzione di massa potrebbe recuperare, il che lo rende ideale per l'industria automobilistica. 

  • Nell'automazione programmabile, le macchine sono in grado di eseguire molte attività modificando il codice o il programma. Tuttavia, la riprogrammazione del sistema e la sostituzione delle parti meccaniche richiedono molto tempo. Ha un output più inferiore rispetto all'automazione fissa, in grado di produrre solo in lotti da decine a migliaia. 

L'automazione flessibile o morbida ha un costo iniziale ancora più elevato rispetto a quella fissa, ma è di gran lunga il modo di produrre più efficiente. Il sistema è in grado di passare alla modalità precedente con la semplice pressione di un pulsante. È dotato di un livello di codifica più elevato, che elimina la complessa riprogrammazione quando si passa a un tipo di prodotto diverso e la macchina è progettata per adattarsi a varie applicazioni.

Sfide che l'automazione deve affrontare nel settore aerospaziale

Affrontare la domanda elevata e la mancata consegna è un problema che alcuni settori preferirebbero avere, invece di non avere alcun acquirente. Tuttavia, si tratta dello stesso problema. Inoltre, negli anni a venire la necessità di velivoli aumenta e la flotta globale di aerei continua a crescere. 

Di seguito sono riportate alcune delle sfide che gli scienziati hanno affrontato:

1. L'integrazione della foratura nell'automazione flessibile risulta difficile a causa delle forze di reazione e delle vibrazioni, caratteristiche intrinseche dei trapani attuali. I componenti dell'attuale iterazione dell'automazione flessibile non sono sufficientemente robusti da resistere alle forze della foratura convenzionale[5].

2. La foratura orbitale è un metodo più avanzato che può essere in grado di forare con forze ridotte e dimensioni sufficientemente ridotte da essere integrata in un'automazione flessibile. Tuttavia, con l'uso ripetuto, la precisione si deteriora a causa dell'inerzia inerente al processo di foratura.

3. I materiali utilizzati per la robotica sono ancora molto costosi. La maggior parte delle parti robotiche è realizzata in titanio[6] e materiale composito in fibra di carbonio perché sono estremamente leggeri e resistenti. Entrambi sono anche molto costosi, perché il processo di estrazione è complesso e la resa è minima.

Come colmare il divario

Gli innovatori sono al momento al lavoro e hanno fornito un piccolo margine di speranza per il dilemma in cui si trova oggi il settore aerospaziale:

  • Il controllo adattivo è un modo per affrontare la deriva della posizione statica della foratura orbitale. I parametri del modello di controllo vengono aggiornati continuamente durante il funzionamento, combinando parametri fissi con parametri adattativi come ad esempio per l'espansione termica. Questa tecnica può essere ulteriormente migliorata aggiungendo parametri più adattativi, come per la compensazione del gioco.

  • I tracker laser, utilizzati in varie applicazioni come l'allineamento delle ali di un aereo durante l'assemblaggio, possono essere adattati per fornire un feedback di posizione in tempo reale. Può aiutare a praticare fori con una precisione di 0,05 mm, ma è ancora troppo costoso per qualsiasi applicazione pratica nel settore aerospaziale.                                                                     

  • È inoltre possibile effettuare una ricerca per sviluppare un attuatore per gli effector finali che consenta di ottenere un tempo di risposta più rapido al feedback ricevuto. In combinazione con un tracciatore laser, potrebbe migliorare notevolmente la precisione robotica.

I miglioramenti nei processi di produzione di componenti e parti robotiche possono anche contribuire a ridurre il costo iniziale di un assemblaggio automatizzato. Airbus attualmente dispone di una linea di assemblaggio di fusoliera automatizzata composta da 20 robot, misurazione del posizionamento laser e un nuovo sistema digitale, ma ha un arretrato di 6.000 unità jetliner A320 e può giustificare il costo dell'investimento. 

Nel frattempo, i produttori di aeromobili possono incrementare la produzione utilizzando gli strumenti aerospaziali più avanzati attualmente disponibili sul mercato. Questi strumenti migliorano notevolmente la produttività dell'operatore proteggendo al contempo la salute sul lavoro e rappresentano la cosa migliore da fare per avere una linea di assemblaggio completamente automatizzata:

  • Trapano elettrico portatile EBB26 - Questo trapano di precisione consente di posare gran parte dei problemi relativi alla precisione dei fori. È dotato di un meccanismo di feedback incorporato per la correzione degli errori, eliminando quelli dell'operatore. Inoltre, è dotato di un trigger programmabile e una scentratura ridotta per garantire che ogni foro praticato sia quello previsto e pianificato.

EBB26-055-P, battery tool

  • Unità di foratura avanzata PFD 1100 - Questo trapano è dotato di un motore a turbina ad alta potenza che consente di utilizzare l'utensile per tutte le fasi della produzione di aeroplani e di componenti all'assemblaggio finale. Il suo design modulare può essere facilmente configurato per la foratura ad angolo retto o verticale e dispone di un'ampia gamma di impostazioni di velocità e avanzamento, il che lo rende adattabile a qualsiasi esigenza di foratura.

PFD1100 with PVC hose application image

Come può aiutare Atlas Copco?

Non si negano i vantaggi dell'automazione nel soddisfare la crescente domanda di velivoli. Con l'automazione flessibile ancora in fondo alla strada, è necessario esplorare modi alternativi per aumentare la produttività. La linea di utensili aerospaziali avanzati di Atlas Copco è progettata per migliorare le cose, poiché la promessa dell'automazione deve ancora essere rispettata. 

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Riferimenti:

1.Supply Chain Operations, Market outlook 2017-2037: A glimpse of the future, SATAIR, 9 gennaio 2019

2. Muelaner, Jody, High Accuracy Automation for Aerospace Manufacturing, egnineering.com, 17 giugno 2019

3. Weber, Austin, Airbus harnesses automation to boost fuselage production, 10 dicembre 2019

4. Groover, Mikell, Automation, Encyclopedia Britannica electronic ed., 8 maggio 2019

5. Muelaner, Jody, High Accuracy Automation for Aerospace Manufacturing, egnineering.com, 17 giugno 2019

6. Betts, Douglas, Industrial Robots, How Products Are Made

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