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Por que a automação é importante para a indústria aeroespacial

A indústria aeroespacial está em dificuldades há algum tempo.

Por um lado, a demanda por aeronaves é de céu alto[1], e continuará aumentando por muitos anos. A única solução em vista é a automação sustentável de seus processos de fabricação.

Por outro lado, as melhorias sendo feitas na frente da automação da indústria aeroespacial têm sido incrementais, de modo que uma solução para o problema não é praticamente iminente. A tecnologia é lenta para resolver esse problema, o que gera as perguntas, a que distância está o objetivo da automação e se é realmente a única solução para o problema que a indústria aeroespacial enfrenta?

Neste artigo, discutiremos o que a automação aeroespacial está enfrentando nas montagens de fabricação, os desafios que a automação está enfrentando e o que o futuro reserva para ela na indústria aeroespacial.

Automação e como ela se encaixa na indústria aeroespacial

A automação pode ser usada para aumentar a segurança, a produtividade e o valor do esforço humano. Ferramentas com orientação integrada, feedback e melhor manuseio podem dar uma vantagem competitiva em termos de economia de custos, ao mesmo tempo em que fornecem um melhor ambiente de trabalho.

Em alguns casos, etapas perigosas podem ser totalmente automatizadas para reduzir o perigo e, ao mesmo tempo, manter as metas de produção. Nesses casos, a automação fornece um sistema de controle ou um equipamento conectado a um programa que diz o momento para executar um determinado conjunto de tarefas, com mínima intervenção humana.

Atualmente, a automação está sendo usada na indústria aeroespacial para dar suporte à produtividade dos funcionários e reduzir a necessidade de realizar tarefas repetitivas, como perfuração e enchimento. No entanto, ainda há uma necessidade significativa de aumentar a automação, uma vez que a demanda por novas aeronaves continua a superar a oferta de fabricação.

A importância da automação na indústria aeroespacial

A demanda por aeronaves está aumentando e continuará crescendo nos próximos anos. Mesmo agora, a tecnologia de fabricação na indústria aeroespacial não é rápida nem econômica o suficiente para atender à atual demanda, muito menos demanda crescente. Embora a automação tenha progredido e apenas uma parte menor do processo de montagem seja feita manualmente, ela é responsável por uma grande parte das perdas no processo de fabricação.

Essas perdas são pequenas quando se analisa individualmente, mas em um processo repetitivo em que as tarefas são realizadas de milhares a milhões de vezes, elas somam uma quantidade considerável. Precisão é uma das primeiras coisas[2] que a automação aborda.

O fornecimento de melhores ferramentas para sua equipe aumentará sua produtividade e, ao mesmo tempo, os manterá mais seguros. Um dos maiores valores é a redução dos níveis de estresse, quando as ferramentas podem ajudar a reduzir erros, fornecendo feedback e orientação melhores. 

Como resultado, a equipe pode dedicar mais tempo à revisão da atenção à qualidade. Isso pode reduzir possíveis perdas que podem ocorrer quando ferramentas de baixa qualidade resultam em erros inesperados.

Os erros de produção têm vários custos, incluindo a possibilidade de perda de material. 

Ter as ferramentas corretas em mãos significa que seu processo de fabricação pode ser mais consistente, além de melhorar o tempo de produção, minimizar o desperdício e tornar o processo mais flexível.

Esses são os tipos de vantagens que se acumulam com o tempo e permitem que sua equipe responda rapidamente às demandas em constante mudança do mercado.

Um benefício final é que ferramentas melhores podem melhorar a ergonomia, o que não só significa mais segurança (e possivelmente menores taxas de seguros), mas também maior retenção – uma força de trabalho mais engajada geralmente tem mais energia e, por fim, menor rotatividade. 

A situação atual da automação aeroespacial

A automação na indústria aeroespacial foi alcançada em certa medida, mas não o suficiente para diminuir a lacuna entre a oferta e a demanda.

Até mesmo a indústria automotiva está mais longe no caminho para a automação completa em comparação com a indústria aeroespacial, quando, na verdade, a aeroespacial é amplamente considerada como o front-liner em termos de inovação e tecnologia. O que é ainda mais surpreendente é que os processos de fabricação das duas indústrias têm semelhanças significativas.

Nos últimos anos, grande parte da perfuração e do enchimento na produção aeroespacial foi automatizada, embora usando equipamentos do tipo pórtico sob medida[3]. Estas são máquinas grandes que parecem gruas em vez de robôs industriais mais enxutos da indústria automotiva. Isso significa que eles ainda estão no início de uma longa jornada rumo a um nível significativo de automação.

A evolução da automação ocorre em três estágios: fixa, programável e flexível[4]:

  • Em automação fixa ou rígida, uma máquina ou equipamento é controlado por um conjunto de códigos para executar tarefas simples e somente ao longo do eixo rotacional e linear. É geralmente projetado para produzir um tipo de produto por causa de sua inflexibilidade. Esse tipo de automação precisa de um elevado investimento inicial que somente a produção em massa pode recuperar, tornando-a ideal para a indústria automotiva. 

  • Na automação programável, as máquinas são capazes de executar muitas tarefas alterando o código ou o programa. No entanto, leva muito tempo para reprogramar o sistema e substituir as peças mecânicas. Tem uma saída muito menor do que a automação fixa, capaz de produzir apenas em lotes de dezenas a milhares. 

A automação flexível ou suave tem um custo inicial ainda maior para ser configurada em comparação com a automação fixa, mas é de longe a maneira mais eficiente de produção. O sistema é capaz de mudar com o toque de um botão. Tem um nível mais alto de codificação, o que se afasta com reprogramação complexa ao mudar para um tipo de produto diferente, e a máquina é projetada para se adaptar a várias aplicações.

Desafios enfrentados pela automação aeroespacial

Enfrentar a alta demanda e não entregar é um problema que alguns setores preferem ter, em vez de não ter nenhum comprador. No entanto, é, igualmente, um problema. Além disso, só ficará pior nos próximos anos quando a necessidade de aeronaves aumentar e a frota aérea global continuar envelhecendo. 

Alguns dos desafios que os pesquisadores enfrentaram atualmente são:

1. A integração da perfuração na automação flexível é difícil devido às forças de reação e vibrações, inerentes às perfuratrizes atuais. Os componentes da iteração atual da automação flexível não são suficientemente resistentes para suportar as forças da perfuração convencional[5].

2. A perfuração orbital é um método mais avançado que pode ser capaz de perfurar com menos forças e tamanho pequeno o suficiente para ser integrado à automação flexível. No entanto, com o uso repetido, a precisão se deteriora devido à inércia inerente ao processo de perfuração.

3. Os materiais usados para robótica ainda são muito caros. A maioria das peças robóticas é feita de titânio[6] e de material composto de fibra de carbono, pois são extremamente leves e duráveis. São também muito caros porque o processo pelo qual são extraídos é muito complexo, e o rendimento é baixo.

Como preencher o espaço

Os pesquisadores estão trabalhando muito e têm dado uma pequena esperança ao atual dilema da indústria aeroespacial:

  • O controle adaptativo é uma forma de lidar com a posição estática do desmonte em galeria da perfuração orbital. Os parâmetros no modelo de controle são atualizados continuamente durante a operação, combinando parâmetros fixos com parâmetros adaptativos, como para expansão térmica. Essa técnica pode ser melhorada ainda mais adicionando mais parâmetros adaptativos, como para compensação de folga.

  • Rastreadores a laser, usados em várias aplicações, como alinhamento das asas de uma aeronave durante a montagem, podem ser adaptados para realimentação posicional em tempo real. Pode ajudar a fazer furos com uma precisão de 0,05 mm, mas ainda é muito caro para qualquer aplicação prática na indústria aeroespacial.                                                                     

  • Uma pesquisa pode também ser feita para desenvolver um atuador para terminais que lhe dará um tempo de resposta mais rápido para a realimentação recebida. Em combinação com um rastreador a laser, pode melhorar drasticamente a precisão robótica.

Melhorias nos processos de fabricação de peças e componentes robóticos poderiam também ajudar a reduzir o custo inicial de uma montagem automatizada. A Airbus tem atualmente uma linha de montagem automatizada de fuselagem que consiste em 20 robôs, medição de posicionamento a laser e um novo sistema digital, mas eles têm um backlog de 6.000 unidades de Jetliner A320 e podem justificar o custo do investimento. 

Enquanto isso, os fabricantes de aviões podem aumentar sua produção usando as mais avançadas ferramentas aeroespaciais disponíveis atualmente no mercado. Essas ferramentas melhoram muito a produtividade do operador ao mesmo tempo em que protegem a saúde ocupacional, e são a melhor próxima constatação em ter uma linha de montagem totalmente automatizada:

  • Perfuratriz elétrica portátil EBB26 – grande parte das preocupações com a precisão do furo pode ser deixada de lado com esta perfuração de precisão. Ela possui um mecanismo de realimentação integrado para correção de erros, eliminando erros do operador. Possui também um gatilho programável e desvio reduzido para garantir que cada furo feito seja o previsto e planejado.

EBB26-055-P, battery tool

  • Unidade de perfuração avançada PFD 1100 – esta perfuratriz tem um motor de turbina de alta potência que permite que a ferramenta seja usada para todos os estágios da produção de aviões, desde a fabricação de componentes até a montagem final. Seu design modular pode ser facilmente configurado para formato de ângulo reto ou perfuração vertical, e possui uma ampla variedade de configurações de velocidade e avanço, tornando-a adaptável a qualquer necessidade de perfuração.

PFD1100 with PVC hose application image

Como a Atlas Copco pode ajudar?

Não há como negar os benefícios da automação ao atender à crescente demanda por aeronaves. Com a automação flexível ainda muito distante, formas alternativas de aumentar a produtividade precisam ser exploradas. A linha de ferramentas aeroespaciais avançadas da Atlas Copco foi projetada para aprimoramento, já que a promessa de automação ainda não foi cumprida. 

Melhore sua produtividade com as avançadas ferramentas aeroespaciais da Atlas Copco. Pronto para fazer mais e produzir mais?


Referências:

1.Supply Chain Operations, Market outlook 2017-2037: A glimpse of the future, SATAIR, 09 de janeiro de 2019

2. Muelaner, Jody, High Accuracy Automation for Aerospace Manufacturing, engineering.com, 17 de junho de 2019

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

4. Groover, Mikell, Automation, Encyclopedia Britannica electronic ed., 08 de maio de 2019

5. Muelaner, Jody, High Accuracy Automation for Aerospace Manufacturing, engineering.com, 17 de junho de 2019

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