Prečo je automatizácia pre letecký priemysel dôležitá

Na jednej strane je dopyt po lietadlách vysoký [1] a bude sa zvyšovať aj v nasledujúcich rokoch. Jediným viditeľným riešením je udržateľná automatizácia výrobných procesov.

Na druhej strane zlepšenia v oblasti automatizácie v leteckom priemysle prebiehajú postupne, takže riešenie problému zďaleka nie je v dohľadne. Technológia sa s týmto problémom vyrovnáva pomaly, čo vyvoláva otázky, ako ďaleko je cieľ automatizácie a či je to skutočne jediné riešenie problému, ktorému čelí letecký priemysel.

V tomto článku budeme diskutovať o tom, čo je letecká automatizácia vo výrobných montážach, výzvy, ktorým automatizácia čelí, a čo pre automatizáciu v leteckom priemysle predstavuje budúcnosť.

Automatizáciu možno využívať na zvýšenie bezpečnosti, produktivity a hodnoty ľudského úsilia. Nástroje so zabudovaným navádzaním, spätnou väzbou a lepšou manipuláciou môžu poskytnúť konkurenčnú výhodu z hľadiska úspory nákladov a zároveň zabezpečiť lepšie pracovné prostredie.

V niektorých prípadoch môžu byť nebezpečné kroky plne automatizované, aby sa znížilo nebezpečenstvo pri zachovaní výrobných cieľov. V týchto prípadoch automatizácia poskytuje riadiaci systém alebo zariadenie spojené s programom, ktorý určuje, aký súbor úloh sa vykonáva s nulovou až minimálnou intervenciou človeka.

V leteckom priemysle sa automatizácia v súčasnosti využíva na podporu produktivity pracovníkov a na zníženie potreby vykonávania opakujúcich sa úloh, ako je vŕtanie a tmelenie. Stále však existuje značná potreba rozšíriť automatizáciu, pretože dopyt po nových lietadlách naďalej prevyšuje ponuku výroby.

Dopyt po lietadlách stúpa a bude tomu tak aj v nasledujúcich rokoch. Dokonca ani teraz nie je výrobná technológia v leteckom priemysle dostatočne rýchla ani nákladovo efektívna na to, aby uspokojila súčasný dopyt, oveľa pomalšie rastúci dopyt. Aj keď automatizácia pokročila a iba menšia časť procesu montáže sa vykonáva manuálne, predstavuje veľký podiel strát vo výrobnom procese.

Tieto straty sú malé, keď sa na ne pozeráme jednotlivo, ale v opakujúcom sa procese, keď sa úlohy vykonávajú tisíckrát až miliónkrát, významne narastajú. Presnosť je jednou z prvých vecí [2], ktoré sa riešia pomocou automatizácie.

Ak sa zamestnancom poskytnú lepšie nástroje, zvýši sa ich produktivita a zároveň bezpečnosť práce. Jednou z najväčších hodnôt je zníženie úrovne stresu, keď nástroje môžu pomôcť znížiť chyby poskytnutím lepšej spätnej väzby a navádzania. 

V dôsledku toho môžu zamestnanci venovať viac času kontrole kvality. To môže znížiť možné straty, ktoré môžu vzniknúť, keď nekvalitné nástroje spôsobia neočakávané chyby.

Výrobné chyby spôsobujú viaceré náklady vrátane možnosti plytvania materiálom. 

Ak sú na mieste správne nástroje, znamená to, že výrobný proces môže byť konzistentnejší a zároveň sa zlepšuje výrobný čas, minimalizuje podiel zmätkov a proces je flexibilnejší.

To sú výhody, ktoré sa časom zvyšujú a umožňujú vášmu tímu rýchlo reagovať na meniace sa požiadavky trhu.

Jednou z konečných výhod je to, že lepšie nástroje môžu zlepšiť ergonómiu, čo nielenže znamená vyššiu bezpečnosť (a možno aj nižšie poistné sadzby), ale aj vyššiu mieru spoluúčasti – a celkovo viac angažovaná pracovná sila má viac energie a nakoniec nižšiu fluktuáciu. 

Automatizácia v leteckom priemysle sa do určitej miery rozvinula, ale nestačí na to, aby sa zúžila priepasť medzi ponukou a dopytom.

Dokonca aj automobilový priemysel je ďalej na ceste k úplnej automatizácii v porovnaní s leteckým priemyslom, aj keď sa letecký priemysel všeobecne považuje za priekopníka v inováciách a technológiách. Čo ešte viac prekvapuje, je to, že výrobné procesy v týchto dvoch odvetviach sú významne podobné.

V posledných niekoľkých rokoch bola veľká časť vŕtania a tmelenia v leteckom priemysle  automatizovaná, aj keď s použitím portálových zariadení vyrobených na zákazku [3]. Jedná sa o veľké stroje, ktoré vyzerajú skôr ako žeriavy, v porovnaní so štíhlejšími priemyselnými robotmi v automobilovom priemysle. To znamená, že sú stále v počiatočnom štádiu veľmi dlhej cesty k zmysluplnej úrovni automatizácie.

Automatizácia sa vyvíja v troch fázach: pevná, programovateľná a flexibilná [4]:

• Pri pevnej alebo stabilnej automatizácii je stroj alebo zariadenie riadené súborom kódov na vykonávanie jednoduchých úloh, a to iba pozdĺž rotačnej a lineárnej osi. Stroj obyčajne nie je flexibilný a je určený na výrobu jedného typu výrobku. Tento typ automatizácie si vyžaduje vysoké počiatočné investície, ktoré by mohla kompenzovať iba sériová výroba, čo je ideálne pre automobilový priemysel. 

• V programovateľnej automatizácii sú stroje schopné vykonávať mnohé úlohy zmenou kódu alebo programu. Preprogramovanie systému a výmena mechanických častí však vyžaduje veľa času. Má oveľa nižší výkon ako pevná automatizácia, je schopná vyrábať iba v dávkach desiatok až tisícov. 

Flexibilná alebo mäkká automatizácia má ešte vyššie počiatočné náklady na nastavenie v porovnaní s pevnou automatizáciou, ale je to zďaleka najúčinnejší spôsob výroby. Systém sa dokáže prepínať stlačením jediného tlačidla. Má vyššiu úroveň kódovania, čo odstraňuje zložité preprogramovanie pri prepínaní na iný druh výrobku a stroj je navrhnutý tak, aby sa prispôsobil rôznym aplikáciám.

Riešiť požiadavky vysokého dopytu a neplniť dodávky je problém, ktorý by niektoré odvetvia uprednostnili pred situáciou, keď vôbec nemajú kupujúcich. Je to však rovnaký problém. Navyše v nasledujúcich rokoch, keď sa zvýši potreba lietadiel a globálna letecká flotila bude starnúť, sa situácia iba zhorší. 

Toto sú niektoré z výziev, ktoré vedci v súčasnosti riešia:

1. Integrácia vŕtania do flexibilnej automatizácie sa ukazuje ako zložitá kvôli reakčným silám a vibráciám, ktoré sú typické pre súčasné vrtáky. Súčasti súčasnej generácie flexibilnej automatizácie nie sú natoľko silné, aby odolali silám  pri konvenčnom vŕtaní [5].

2. Orbitálne vŕtanie je progresívnejšia metóda, ktorá môže byť schopná vŕtať so zníženými silami a dostatočne malými rozmermi, aby sa mohla integrovať do flexibilnej automatizácie. Pri opakovanom použití sa však presnosť zhoršuje v dôsledku zotrvačnosti spojenej s procesom vŕtania.

3. Materiály používané v robotike sú stále veľmi drahé. Väčšina robotických súčastí sa vyrába z titánu [6] a kompozitných materiálov na báze uhlíkových vlákien, pretože tieto materiály sú mimoriadne ľahké a trvanlivé. Sú však zároveň veľmi drahé, pretože proces, ktorým sa získavajú, je veľmi zložitý a výťažok je skromný.

Inovátori v súčasnosti tvrdo pracujú a poskytli malý záblesk nádeje pre hlavolam, v ktorom sa teraz nachádza letecký priemysel:

• Adaptívne riadenie je jedným zo spôsobov, ako riešiť driftovú statickú polohu orbitálneho vŕtania. Parametre v regulačnom modeli sa počas prevádzky priebežne aktualizujú kombináciou pevných parametrov s adaptívnymi parametrami, ako je napríklad tepelná rozťažnosť. Táto technika sa môže ďalej vylepšiť pridaním prispôsobivejších parametrov, napríklad kompenzácie vôle.

• Laserové sledovače, ktoré sa používajú v rôznych aplikáciách, ako je napríklad vyrovnanie krídel lietadla počas montáže, je možné prispôsobiť pozičnej spätnej väzbe v reálnom čase. Môžu pomáhať pri vŕtaní otvorov s presnosťou 0,05 mm, ale sú stále príliš drahé na akékoľvek praktické použitie v leteckom priemysle.                                                                     

• Môže sa vykonávať aj výskum s cieľom vyvinúť ovládač pre koncové efektory, ktorý poskytne rýchlejšiu reakciu na prijatú spätnú väzbu. V kombinácii s laserovým sledovačom by to mohlo dramaticky zlepšiť presnosť robotov.

Zlepšenia výrobných procesov robotických častí a komponentov by tiež mohli pomôcť znížiť počiatočné náklady na automatizovanú montáž. Spoločnosť Airbus má v súčasnosti automatizovanú montážnu linku trupu pozostávajúcu z 20 robotov, merania polohy laserom a nového digitálneho systému, majú však nevybavených 6 000 jednotiek dopravného prúdového lietadla A320 a môžu odôvodniť náklady na investíciu. 

Medzitým môžu výrobcovia lietadiel zvýšiť výrobu pomocou najmodernejších nástrojov pre letecký priemysel dostupných na súčasnom trhu. Tieto nástroje výrazne zlepšujú produktivitu operátora a zároveň aj ochranu zdravia pri práci a sú ďalšou najlepšou vecou v prípade plne automatizovanej montážnej linky:

• Elektrická ručná vŕtačka EBB26 – v prípade tejto presnej vŕtačky je možné odložiť veľa obáv týkajúcich sa presnosti otvorov. Má zabudovaný mechanizmus spätnej väzby na opravu chýb, ktorý eliminuje chyby operátora. Má tiež programovateľnú spúšť a znížené hádzanie, čo zaručuje, že každý vyvŕtaný otvor je v súlade s plánom.

• Progresívna vŕtacia jednotka PFD 1100 – táto vŕtačka má vysoko výkonný turbínový motor, ktorý umožňuje používať nástroj vo všetkých fázach výroby lietadla od výroby komponentov až po konečnú montáž. Modulárna konštrukcia nástroja sa dá ľahko konfigurovať pre pravouhlý tvar alebo vertikálne vŕtanie. Vŕtačka má širokú škálu nastavenia otáčok a rýchlosti posuvu, vďaka čomu je prispôsobiteľná všetkým potrebám vŕtania.

Výhody automatizácie pri uspokojovaní rastúce dopytu po lietadlách sú nespochybniteľné. Flexibilná automatizácia je stále ešte len na začiatku rozvoja, preto je potrebné skúmať alternatívne spôsoby zvýšenia produktivity. Rad progresívnych nástrojov pre letecký priemysel spoločnosti Atlas Copco je navrhnutý tak, aby veci zlepšoval, pretože prísľub automatizácie sa ešte musí splniť. 

Zlepšite svoju produktivitu pomocou progresívnych nástrojov pre letecký priemysel od spoločnosti Atlas Copco. Ste pripravení urobiť viac?

Kontaktujte nás ešte dnes.