Inspelen op de grote behoefte aan automatisering van composieten

De lucht- en ruimtevaartindustrie maakt zich op voor een enorme behoefte aan industriële capaciteit om in de nabije toekomst onderdelen te produceren. Pre-COVID, Boeing en Airbus schatten dat er de komende 20 jaar 40.000 commerciële vliegtuigen nodig zullen zijn (vergeleken met ongeveer 25.000 in dienst vandaag). Het Amerikaanse leger doet ook onderzoek naar concepten van zwermen onbemande vliegtuigen met een beperkte levensduur en zeer lage kosten. Ten slotte zullen de eerste luchttaxi's naar verwachting in 2023 in gebruik worden genomen. Voor al deze concepten zal een aanzienlijk gebruik van composieten nodig zijn om aan hun bereik en snelheidsvereisten te voldoen, wat de huidige industriële basis zal benadrukken.

Tegenwoordig is de industriële basis van composieten gebaseerd op handoplegmachines of huidige geautomatiseerde oplegmachines die slechts 20-50 procent machinegebruik hebben. Het is ook nog steeds meer analoog dan digitaal. Bedrijven ploeteren in digitaal om specifieke pijnpunten op te lossen, zoals het volgen van activa, maar weinig fabrikanten hebben een echte bedrijfsbrede Industrie 4.0-omgeving.

Er moet een staatsverandering plaatsvinden voordat de lucht- en ruimtevaartindustrie de productiesnelheden voor toekomstige vliegtuigen kan bereiken. Ten eerste moet automatisering van composieten een belangrijk onderdeel zijn om de komende productiegolf mogelijk te maken. Als het goed wordt gedaan, zal automatisering de behoefte aan aanzienlijke kapitaalinvesteringen verlichten en het aantal nieuwe geschoolde werknemers voor het vervaardigen van vliegtuigen verminderen. Ten tweede moet de composietengemeenschap Industrie 4.0-concepten omarmen om bruikbare inzichten te verkrijgen uit gegevens die worden gegenereerd tijdens fabricage en assemblage. Belangrijke thema's voor toekomstig onderzoek om automatisering en Industrie 4.0 beschikbaar te maken voor de productie van lucht- en ruimtevaartcomposieten zijn:

• Wetenschappelijke hulpmiddelen maken
  Toekomstige staat: Ontwerpset voor gedemocratiseerde productietools die de handelsruimte op coherente wijze kunnen beoordelen, afhankelijk van het punt in de levenscyclus van de productie.
  
  Potentiële oplossingen: Integreer AI/machine learning, automatisering, data, analyse, productie en producten. Gebruik een geïntegreerd, computergebaseerd systeem dat bestaat uit simulatie-, 3D-visualisatie-, analyse- en samenwerkingstools om een ​​virtuele weergave van het gehele productieproces te ontwikkelen.
• Goedkope, flexibele productie en verwerking
  Toekomstige staat: Robuust begrip van de mogelijkheden van het goedkope productieproces. Ontwerp beperkt door geïdentificeerde processen, wat resulteert in een vermindering van de ontwerpcyclustijd met 50 procent. Productielijnen die snel kunnen worden aangepast om aan de stijgende vraag en verschillende productmixen te voldoen.
  
  Potentiële oplossing: Volgende generatie automatisering. Verbeterd gebruik van geautomatiseerde vezelplaatsing/automatische sleepinstallatieapparatuur. Robotoplossingen voor het met de hand leggen en vormen van complexe vormdelen (thermoset en thermoplast). Collaboratieve robots. Flexibele robotsystemen die kunnen worden geherprogrammeerd of hergebruikt voor integratie in een ander systeem.
• Inspectie
  Toekomstige staat: We willen niet-storende, in-process sensoren en een alternatief voor de proof-test die van toepassing is op as-manufactured en in-service condities.
  
  Potentiële oplossing: Ga van inspectie naar meting. Dit vereist productiesimulatie en procesmeting, evenals structurele simulatie en meting tijdens gebruik, op een niveau dat goed genoeg is om aan de wettelijke vereisten te voldoen. Gebruik van Industrie 4.0-tools om inzicht te krijgen in de staat van het onderdeel of de assemblage, niet alleen om ze te volgen.

SME heeft een Technical Community on Composites Automation gelanceerd om aan deze behoeften te voldoen. Ik maak deel uit van de technische gemeenschap en ik verwelkom input voor de discussies die we beginnen.