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オートメーション化が航空宇宙産業にとって重要な理由

航空宇宙産業はここしばらく苦境に陥っています。

航空機の需要は非常に高く[1]、今後も増加し続けるでしょう。唯一の解決策は、製造プロセスの持続可能なオートメーション化です。

その一方で、航空宇宙産業のオートメーション化の進展は段階的なもので、この問題が解決されるにはまだ時間がかかりそうです。テクノロジーはこの問題になかなか追いつけません。オートメーション化の目標までどれほど遠いのか、自動化は航空宇宙産業が直面している問題に対する唯一の解決策なのか、という疑問が生じます。

本記事では、組立品製造における航空宇宙産業のオートメーション化とは何か、オートメーション化が直面している課題、および航空宇宙産業におけるオートメーション化の将来について説明します。

航空宇宙産業におけるオートメーション化とその適合性

オートメーション化は、人間が行う作業の安全性、生産性、価値を高めるために利用できます。ガイダンス、フィードバック、および操作性の向上が組み込まれたツールは、コスト削減の点で競争優位性をもたらすと同時に、作業環境を改善します。

場合によっては、危険な手順を完全にオートメーション化して、生産目標を維持しながら危険を減らすことができます。このような場合、オートメーション化によって、人間がまったく介入しないか人間の介入を最小限に抑えて、一連のタスクを実行するようにプログラムされた制御システムまたは装置を提供することができます。

現在、航空宇宙産業では、作業者の生産性をサポートし、穴あけや充填などの反復作業を減らすためにオートメーション化が使われています。しかし、新しい航空機の需要が製造の供給を上回り続けているため、依然としてオートメーション化を拡大する必要があります。

航空宇宙産業におけるオートメーション化の重要性

航空機の需要は増加しており、今後も増加し続けるでしょう。現在でさえ、航空宇宙産業における製造技術のスピードは、現在の需要に追いついておらず、コスト効率も良くありません。オートメーション化が進み、組立工程の手作業は一部を残すのみとなりましたが、製造工程での損失では大きな部分を占めています。

これらの損失は、個別に見ると小さいのですが、何千回から何百万回もの作業が繰り返されるプロセスでは、かなりの額になります。オートメーション化が最初に取り組む問題の1つとして精度[2]があります。

より優れたツールをスタッフに提供することで、スタッフの生産性が向上し、安全性が維持されます。最大の価値の1つは、ストレスを軽減できることです。ツールによって、より良いフィードバックとガイダンスが得られ、エラーを減らせるからです。 

その結果、スタッフは品質を重視した見直しにかける時間を増やせます。これにより、低品質のツールで予期しないエラーが発生したときに生じるかもしれない損失を減らすことができます。

製造ミスがあると、材料の損失などの面でコストが生じます。 

適切なツールを用意することで、製造プロセスの一貫性を高めると同時に、製造時間を短縮し、廃棄を最小限に抑え、プロセスの柔軟性を高めることができます。

これらの利点は、時間の経過とともに蓄積され、変化する市場の要求に対してチームが迅速に対応できるようになります。

最後の利点は、より良いツールは使い勝手の向上にもつながり、それにより安全性が向上する(保険料が下がる可能性もある)だけでなく、定着率の向上にもつながります。全体として、従業員のやる気が高まると活気が生まれ、最終的には離職率の低下につながります。 

航空宇宙産業におけるオートメーション化の現状

航空宇宙産業におけるオートメーション化はある程度達成されていますが、需給ギャップを埋めるには十分ではありません。

自動車産業は完全オートメーション化への道を航空宇宙産業よりもはるかに先を進んでいるのですが、実際には、革新と技術の面で航空宇宙産業が最前線にいるものと広く考えられています。さらに驚くべきことに、この2つの産業の製造プロセスには大きな共通点があります。

ここ数年、航空宇宙産業での生産における穴あけと充填の大部分は、オーダーメードのガントリー型装置を使用しているにもかかわらず、オートメーション化[3]されています。これらは、自動車産業のスリム化の進んだ産業用ロボットというよりは、クレーンのように見える大型機械です。これは、価値のあるオートメーション化に向けた、非常に長い道のりの初期段階にいることを意味します。

オートメーション化の進化は3段階で進行していきますすなわち、固定、プログラム可能、フレキシブルです[4]。

  • 固定またはハードオートメーション化では、機械または装置は、単純なタスクを回転軸と直線軸に沿ってのみ実行するために、一連のコードによって制御されます。柔軟性がないため、通常は1種類の製品を製造するように設計されています。この種のオートメーション化は、大量生産でなければ回収できない高い初期投資を必要とし、自動車産業にとって理想的です。 

  • プログラム可能なオートメーション化では、機械はコードやプログラムを変更することで多数のタスクを実行することができます。しかし、システムを再プログラムして機械部品を交換するには長い時間がかかります。固定オートメーション化よりもはるかに出力能力が低く、数十から数千単位でしか製造できません。 

フレキシブルまたはソフトオートメーション化は、固定オートメーション化と比較してセットアップの初期コストがさらに高くなりますが、最も生産効率のよい方法です。そのシステムはボタンを押すだけで切り替えができます。異なる製品タイプに切り替える際の複雑な再プログラミングを不要にする高レベルのコーディングを備え、マシンは様々な用途に対応できるように設計されています。

航空宇宙産業がオートメーション化で直面する課題

一部の業界にとって、高い需要を迎えて製品を提供できないことは、買い手がまったくいないという状況よりも、発生しやすい問題です。しかしこれはどちらも問題です。さらに、航空機の需要が増加し、世界の航空機が老朽化していく中で、今後数年のうちに状況はさらに悪化するでしょう。 

現在、科学者たちが苦労している課題には次のようなものがあります。

1. フレキシブルなオートメーション化をドリル加工に取り入れることは、現在のドリルには固有の反力と振動があるため、困難です。従来の穴あけを行うには、フレキシブルなオートメーション化に使われている現在のバージョンの部品には十分な強度がありません[5]。

2. オービタル切削はより高度な方法であり、小さな力で十分小さい穴をあけられるので、フレキシブルなオートメーション化に取り入れられます。しかし、繰り返し使用すると、ドリル加工に伴う慣性化により精度が低下します。

3. ロボットに使われる材料はまだとても高価です。ほとんどのロボット部品は、非常に軽くて耐久性があるという理由から、チタン[6]と炭素繊維複合材料で作られています。両方の材料とも抽出されるプロセスが非常に複雑であり、生産量が少ないので、非常に高価です。

ギャップを埋める方法

イノベータたちは現在懸命に取り組んでおり、航空宇宙産業が現在直面している難問にわずかな希望の光を与えています。

  • アダプティブ制御は、オービタル切削における位置の横滑りに対処する1つの方法です。制御モデルのパラメータは、操作中に絶えず更新され、熱膨張のようなアダプティブパラメータと固定パラメータを組み合わせます。この技術は、バックラッシュ補正のようなアダプティブパラメータを追加することによりさらに改良できます。

  • 航空機の組立時の翼の位置合わせなど、様々な用途で使用されるレーザートラッカーは、リアルタイムの位置フィードバックに適合させることができます。0.05 mmの精度で穴を開けられますが、航空宇宙産業のどの実用的な用途に対してもまだ高価すぎます。                                                                     

  • また、受け取ったフィードバックに対してより速い応答時間をアクチュエータに与えるエンドエフェクタ用のアクチュエータの開発研究も行うことができます。レーザートラッカーと組み合わせることで、ロボットの精度を劇的に向上させることができます。

ロボットの部品やコンポーネントの製造プロセスの改善も、オートメーション化されたアセンブリの初期コストの削減に役立ちます。Airbus社は現在、オートメーション化された機体組立ラインを保有しており、20台のロボット、レーザー位置決め測定、新しいデジタルシステムで構成されています。しかし、6,000台のA320ジェットライナーユニットのバックログを持っており、投資コストを正当化することができます。 

当面の間、航空機メーカーは現在市場で入手可能な最先端の航空宇宙用のツールを使用することで、生産量を増やすことができます。これらのツールは、労働衛生を保護しながら作業者の生産性を大幅に向上させます。また、完全にオートメーション化された組立ラインを構築するための次善の策でもあります。

  • 電動ハンドドリルEBB26 - 穴の精度に関する懸念の多くは、この精密ドリルで解決できます。このドリルはエラー訂正のためのフィードバックメカニズムを内蔵しており、作業者のミスを削減します。また、プログラム可能なトリガが装備され、振れが小さくなっているので、仕様に沿って計画通りに穴を開けます。

EBB26-055-P, battery tool

  • アドバンストドリリングユニットPFD 1100 - このドリルには高出力タービンモータが搭載されており、部品製造から最終組立まで、航空機製造のすべての段階で使用できます。モジュール式設計により、直角や垂直ドリル加工にも容易に対応でき、速度や送りの設定も幅広く、あらゆる穴あけ加工のニーズに対応できます。

PFD1100 with PVC hose application image

アトラスコプコのサポートについて

航空機に対する需要の高まりに対応する上で、オートメーション化の利点を否定することはできません。フレキシブルなオートメーション化はまだ先のことであり、生産性を向上させるための代替方法を模索する必要があります。オートメーション化がまだ十分に進んでいないため、アトラスコプコの航空宇宙向けの高度なツール製品ラインは、生産性の向上に向けて設計されています。 

アトラスコプコの高度な航空宇宙ツールを使用して、生産性を向上させます。業務と成果を増やす準備を整えましょう。


参考情報:

1. Supply Chain Operations、Market outlook 2017-2037: A glimpse of the future、SATAIR、2019年1月9日

2. Muelaner, Jody、High Accuracy Automation for Aerospace Manufacturing、egnineering.com、2019年6月17日

3. Weber, Austin、Airbus harnesses automation to boost fuselage production、2019年12月10日

4. Groover, Mikell、Automation、Encyclopedia Britannica electronic ed.、2019年5月8日

5. Muelaner, Jody、High Accuracy Automation for Aerospace Manufacturing、egnineering.com、2019年6月17日

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