専門家：航空機の需要を満たすために重要な自動化の増加

今後20年間の商業的ニーズだけでも、生産率が2倍になることを示唆しています

コロナウイルスのパンデミックが通常の生活を覆し、民間航空会社を実質的に閉鎖する前に、航空業界は、今後20年間で、40,000機の新しい航空機（飛行機、ヘリコプター、エアタクシー、無人航空機）の必要性を予測していました。このボリュームには、平均寿命が25〜30年で使用できなくなり、約8年のバックログを上回っているクラフトの交換品が含まれています。

一部の業界専門家によると、パンデミックの緩和に関連する制限が発生した後、フライトの需要が以前のレベルに戻った場合、予測されるニーズを満たす唯一の方法は自動化を強化することです。

他の多くのセクターとは異なり、航空業界は、実行可能な現在の代替製造プロセスがないため、肉体労働が一般的な業界です。しかし、Statistaが2006年から2019年にかけて世界の航空交通旅客需要の需要を年々増加させた（大不況の最盛期の2009年を除いて、増加は2.4％から8.1％の範囲でした）などの要因を考慮すると、効率が向上します。業界が追いつくつもりなら必須です。

研究者たちは、ハンドレイアップなどのいくつかのプロセスを自動化する方法を見つけようとしています。ただし、ワークステーションへの組み立て、自動シーラント、固定、マーキング、マテリアルハンドリングの各プロセスの指示を投影するなど、現在利用可能な他の自動化された手段があります。

空軍研究所の構造技術部門の責任者であるジョンD.ラッセル氏は、商用航空のニーズだけでも、生産率を効果的に2倍にする必要があると述べています。

民間航空機に加えて、軍は数千機で生産される可能性のある消耗性の航空機を調査しています。

最後に、エアタクシーのコンセプトは、従来の航空会社やUberのような企業から注目を集めており、さらに多くの生産が必要になるでしょう。

「これらのケースのいずれかについて、業界の連絡先から、現在、米国には能力がないという話を聞いています」とラッセル氏は述べ、彼の情報はウイルスが世界中で発生する前のものであると警告しました。 「3つすべてが同時に実現した場合、業界は容量の問題を解決する方法について創造的にならなければなりません。

「私が聞いている大きな代替案は、自動化を使用して生産性とスループットを向上させることです。特に商用航空の場合はそうです。企業は、部品の製造から組み立てまで、自動化によって物事を改善できる方法を研究しています。自動化の資本的費用は、新しい生産ラインを追加するための資本的費用よりも少ないと聞いています。」

ラッセル氏は、エアタクシー業界がオフショアで生産を検討しているのを見て驚くことはないだろうと語った。なぜなら、車両価格が彼らのビジネスモデルの大きな推進力になる可能性が高いからだ。彼は、労働力に関わる高いスキルレベルのために業界が確立されたサプライヤー関係に固執する可能性が高いため、商用航空のオフショアリングが見られるのではないかと疑っています。明らかに、オフショアリングはどの軍用車両にとっても選択肢ではないだろうと彼は述べた。

20年間で40,000機の航空機を納入するには、年間2,000機の航空機を生産する必要があります。これは、パンデミック前の納入よりもはるかに多いです。

配達のバックログは、メーカーが航空輸送の増加によって生じる需要の増加に対応するのに十分な速さでツールを作成できなかったときに作成されました。

さらに、消費者は現在、飛行機での旅行を贅沢ではなく必需品と見なしており、個人的な旅行にお金を払う手段を持っています。

その結果、民間航空会社は、フライトに飢えた消費者に離陸時間の柔軟性を提供するために提供を拡大しました。

ボーイングは5月1日に5,049機の受注残を抱えていましたが、エアバスの受注残は3月31日時点で7,650機に達していました。

パンデミックの前に、ボーイングとエアバス間の競争の復活は、非常に人気のあるナローボディプラットフォームの記録的な配信と、2019年の生産の前年比9.4％の成長をもたらすと予想されました。ボーイングとエアバスは、より多くの生産を行うと予測されました。調査分析会社Frost＆Sullivanからの2019年6月中旬のニュースリリースによると、昨年は1,750機を超え、2018年の1,606機から増加しました。

しかし、8月までに、他の人々はそれらの数を削減していました。

ガーディアン紙の記事によると、2019年3月に2回の致命的な墜落事故が発生した後、ボーイングの737 Maxジェット機が着陸した後、世界の航空機生産は4分の1減少しました。英国の航空宇宙ロビーグループであるADSは、2019年7月に88機の航空機が納入され、前年同月の納入に比べて24％減少したと述べました。この減少は、主に737のような単通路機の生産の低迷によるものです。

昨年末までに、エアバスとボーイングを合わせて1243機の航空機が納入されました。

業界はそれらの数を増やすために行動しています。

「ボーイングとエアバスの2つの最大の民間航空機メーカーは、どちらも生産率の向上に多額の資金を投入しています」と、JRオートメーションの航空宇宙および防衛事業開発担当副社長のビルビゴットは述べています。

昨年末、ドイツのハンブルクで、エアバスはA320ファミリーの胴体構造の高度に自動化された組立ラインを実装しました。

新しい施設には、20台のロボット、新しいロジスティクスコンセプト、レーザー測定による自動測位、デジタルデータ取得システムが備わっていると同社は述べています。

エアバスは、ロボットの使用に加えて、生産を最適化し、人間工学を改善し、リードタイムを短縮するために、材料および部品のロジスティクスに新しい方法と技術を実装しています。これには、ロジスティクスと生産レベルの分離、需要指向の資材補充、無人搬送車の使用が含まれます。

しかし、ほぼ同じ時期に、ボーイングは、777ジェット旅客機と777Xの2つの主要な胴体セクションにロボットアームを使用してファスナーを挿入し、代わりに手動挿入を選択した、ワシントン州エベレットの工場での4年間の自動自動化作業を終了しました。熟練したメカニック。

公開されたレポートによると、ロボットは自動化された「フレックストラック」システムでファスナー用の穴を開け、人間とロボットの組み合わせプロセスを実現します。

しかし、努力は最終的には報われるかもしれません。

ロボット工学を使用する試みの失敗は、ボーイングに「そのタイプの技術への最初の非常に深い潜入」からいくつかの貴重な教訓を教えました、とボーイングの副社長であるジェイソン・クラークは777Xの生産を監督しました。 「自動化のための設計方法を教えてくれました」とクラークは11月の記事で引用されました。

タイムズの記事によると、Electroimpact Inc.によって開発された機械は、胴体アセンブリの最も物理的に要求の厳しいタスクの1つである金属に穴を開けることを処理するため、新しい方法では作業者の摩耗が少なくなります。

また、「ビルドの一部を再設計して、リベットをより難しい形式のファスナーに置き換え、人間工学をさらに改善しました」と同社の広報担当者は述べています。

生産を増やすためのすべての対策に新しいラインとロボットが含まれているわけではありません。

サウスカロライナ州ノースチャールストンの工場であるボーイング：持続的な頭上作業による負担を軽減するように設計された外骨格を備えた整備士。ロイターによれば、Bluetooth対応のスマートレンチを配備して、作業者がナットに正しいトルクを適用し、メカニックがバーチャルリアリティを使用して新しいツールをテストできるようにしました。

ロボットが手のレイアップを引き継ぐことはできますか？

胴体構造は、ワシントン州のハンブルクまたはボーイングの工場に出荷される前に、自動ファイバー配置や自動テープレイアップなどの自動複合製造（ACM）プロセスで製造されます。

ACMは、胴体、翼、隔壁など、平らまたはわずかに輪郭が描かれた中型または大型の部品に適しています。

しかし、中小規模の複合部品は手作業でレイアップして製造されます。これは非常に非効率的なプロセスであり、多くの材料を浪費します。

これらの部品（クリップ、ブラケット、Iビーム、アクセスドア）は、構造物の重量の最大半分を占める可能性があり、1つの平面で数千に達する可能性があるため、これは大きな問題です。

「また、手作業で配置する必要のあるこれらの部品は、切り落とされ、ダーツを付けられ、圧搾されなければなりません。何がありますか」と、複合材コンサルタントのレ・コーエンは述べています。 「つまり、購入と飛行の比率は2倍になる可能性があります。1ポンドあたり40ドルの材料を使用している場合、実質的に1ポンドあたり80ドルの材料です。」

南カリフォルニア大学のチームは最近、ロボットアームによるレイアップを自動化するためのデモンストレーションプロジェクトを完了しました。

自動化ではありませんが、飛行機の建設に使用される材料を改善する余地はまだあります。

業界は、最終部品の硬化に加えて、数層ごとに減量作業で進行中の部品をオートクレーブ処理するのに時間がかかることを理解しています。コーエン氏によると、オートクレーブ硬化部品の特性を持ちながらオートクレーブ処理を行わない速硬化性樹脂がその答えですが、入手できません。平均して最大5年間の投資と、新しい材料の開発にかかる推定1,000万ドルの費用があり、それらが受け入れられる保証はありません。この課題が満たされていないことは理解できます。

第4次インダストリーレボリューションは航空宇宙での離陸が遅い

インダストリー4.0は、生産性と品質の向上が約束されており、航空生産の促進にも役立つ可能性がありますが、業界は、第4次産業革命の接続されたデジタル化されたデータ駆動型の世界の採用に遅れをとっています。

「私は、ものがちょうど今生産でオンラインになり、結果を提供していると言うでしょう。私たちはこれに非常に興味を持っており、これをプログラムレベルで展開し、工場に実際に何かを与えて、工場の効率に絶対的な影響を与えることができるようになりました」と、複合レイアップおよび自動化のプロジェクトマネージャーであるAndrewPurvisは述べています。 Electroimpact Inc.で「データの取得を開始し、数値を計算し始めると、そのデータの山から多くの金を見つけ始め、多くの場合、ダイヤモンドを見つけるようになります。これは、実際に生産を開始するものです。」

自動化の機が熟していることは、生産の品質面であるとパービス氏は述べています。

Electroimpactは、AFPマシンが部品を製造または印刷するときに行うすべてのことを測定する検査技術を備えたシステムに、品質監視を組み込みます。自動検査により、会社が「継続的な調整」と呼ぶプロセスが可能になります。

「システムは、実際に何をしているのかを監視することでキャリブレーションを維持しており、継続的に調整を行っています」と彼は言いました。 「AFPマシンやプリンターがカメラやセンサーで出力を見て、「ねえ、あなたが少しドリフトし始めているのに気づいたので、補償します」と言うことができるように。」

コンサルティング会社MaherAssociatesの社長であるMickMaher氏は、現時点では、インダストリー4.0の採用は、サイバーセキュリティとデータ管理への影響もあり、達成というよりはむしろ願望であると述べています。

「航空宇宙産業が他のどの産業よりもゆっくりとそれを取り上げているとは思わない」と彼は言った。 「インダストリー4.0はまだ未成熟であり、現時点で手綱を引き継ぐことはできないと思います。とはいえ、自動化はインダストリー4.0の重要なコンポーネントです。しかし、テープの配置やファイバーの配置など、自動化の成熟した部分があるのと同じように、まだ多くの開発が必要です。」

大きなメリット

JRAutomationで航空宇宙のテクニカルディレクターを務めたRandyRounklesは、以前はSpirit Aerosystemsに所属し、2019年初頭にインダストリー4.0を展開するチームの一員でした。

2005年に売却された以前のボーイング工場であるスピリットでのレガシーターゲット生産は、その物理的制限とサイズに基づいて、月に21機でした、とRounklesは言いました。彼が去る前の工場の月間生産量は57機で、シフトの追加、従業員の増加、自動化の強化、特に固定に役立ちました。

「私が去る前の（最後の）プロジェクトの1つは、機器の使用率に関するインダストリー4.0データ収集でした。これにより、機器が何をしていて何ができるかを理解するという会社の顔が実際に変わりました」とRounkles氏は述べています。 「そして、それは将来の金利のための資本的支出に大きな影響を及ぼしました。」

「デジタルでのダブリング」

インダストリー4.0を航空宇宙製造に適用することについて世界中で研究が行われていますが、採用は遅く、現在の航空機の生産はデジタルよりもアナログであるとAFRLのラッセルは述べています。

「企業は資産追跡などの特定の問題点を解決するためにデジタルに手を出しているが、真の企業全体のインダストリー4.0環境を持っているメーカーはほとんどない」と彼は述べた。

インダストリー4.0コンポーネントの現状に関しては、工具や非構造部品の添加剤製造が検討されており、一部のプロセスはロボットを使用して自動化されており、データ分析に関しては、非破壊検査を結び付けるための研究開発が行われています。ラッセル氏によると、製造上の欠陥が部品の性能に与える影響を理解するために、データを元のモデルに戻します。

YouTubeに投稿された動画では、アームの端のローラーを備えたKukaロボットアームが、前のレイヤーの上にあるプリプレグコンポジットのレイヤーを滑らかにし、グリッパーを備えた2台のロボットが素材を両側でぴんと張っています。

スマートロボットセルの記録で実証された、これに相当するサードハンドを望んでいるハンドレイアップアーティストは何人いますか？

セルとその背後にあるすべてのテクノロジーは、南カリフォルニア大学の機械工学およびコンピューターサイエンスの教授であるSatyandra K. Gupta、彼の同僚、および彼の学生によるデモンストレーションプロジェクトです。彼らは、自動化の実現可能性を評価することを目的として、ボーイング、ロッキードマーティン、ユナイテッドテクノロジーズの提案に基づいてパートを作成しました。グプタ氏によると、ロボット自動化で作られた部品のテスト結果は3社に送られました。

「現在、航空宇宙で誰もが直面している主要な課題は、労働力の不足です」と彼は言いました。

ロボットアームがレイア​​ップを行うことで、人間のオペレーターは一度に複数の細胞を監視できると彼は説明した。これにより、容量が増えるだけでなく、品質を確保しながら、部品製造​​プロセスの減量ステップを排除できる可能性があります。

これは、100層のプリプレグで構成された仮想の重要な部品の場合、処理中の部品を袋に入れ、3（または5）層ごとに真空を適用して、ボイドがないことを確認する必要があるためです。 / P>

しかし、ロボットを使用すると、人間の手とは異なり、ロボットツールの圧力を測定できるため、品質が保証され、プロセスを高速化できます。

プロセスを自動化すると、一貫性と合理化が実現するだけではありません。ハンドレイアップは、肉体的に厳しい退屈な仕事です。

Guptaと彼のチームは、2年半にわたって作業し、ロボットアームを、エンドオブアームツール、コンピュータービジョン、フォースセンシング、人工知能アルゴリズム、高度なコントローラー、およびヒューマンマシンインターフェイスと統合しました。彼らのデモンストレーションパーツは、最大15層の標準エポキシベースのカーボンファイバープリプレグプライで構成されていました。

彼らの仕事の最も困難な部分は、リアルタイムのコンピュータービジョンを統合することでした。

「どのような欠陥が形成されているかを確認するには、カメラを入手する必要があります」とグプタ氏は言います。 「（今）ロボットがしわを見ると、シートがこのように引っ張られることがあります。それから、そのように…」

セルが修正できない問題に遭遇すると、ビープ音、電子メール、またはテキストで人間のオペレーターに警告します。

しかし、それは必要な場合のみです。

「プロセス全体が問題なく進むこともあります」とGupta氏は述べています。

見て、マ、手を使わないで！ （アームの終わりのツーリングは自動化されたプリプレグレイアップを行います）

3年前にオープンした追加のRego-Fixには、高度なエネルギーと天然資源の節約機能が組み込まれています。これらには、特別な空気交換換気システム、木質ペレット加熱、複数のプログレッシブ空調ユニット、「屋上緑化」、および自然照明とセンサー制御照明の両方の使用が含まれます。

空気交換換気システムは、新しい建物内の空気を1時間に7回交換します。製造現場から廃熱を引き出します。これは主に、会社の工作機械に必要な大型の空気圧縮機装置によって生成される熱です。年間のバランスを占める寒い時期には、回収された廃熱を使用して、システムが建物の外から引き出して製造フロアに循環する新鮮な空気を暖めます。

さらに、閉鎖系の循環水は、製造中の床用空気圧縮機を運転中に冷却するのに役立ちます。冷却工程では、水が熱くなり、この加熱された水は1849ガロン（7007リットル）のタンクに貯蔵されます。この水は、建物のオフィスエリアの床に組み込まれた暖房システムを介して建物をさらに暖めるために使用されます。

この施設には、化石燃料ではなく木質ペレットを燃焼させる390kWの暖房システムも組み込まれています。ペレットは、この地域で一般的な製材業や家具製造業の副産物です。このシステムは、他の熱源のバックアップとして機能し、外気温が極端に低い場合にのみ使用されるため、非常に少量のペレットを消費します。

夏の間は、床下システムや空気交換システムと連動する省エネプログレッシブタイプの3ユニット空調システムが、追加を涼しく保ちます。空気交換ユニットは建物から熱を奪い、冷水は床下システムを循環します。

建物内の温度が特定のレベルを超えると、プログレッシブ空調システムのユニットの1つがオンになり、フロアシステムと空気交換ユニットをバックアップします。空調ユニットはrpmで調整されているため、温度レベルが上昇し続け、最初の空調ユニットが制限を超えた場合、システム内の2番目の空調ユニットがアクティブになります。次に、2番目のユニットがrpm制限に達すると、3番目のユニットがアクティブになります。建物が冷え始めると、個々の空調ユニットは逆の順序でオフになります。

建物の外壁は完全に断熱されています。典型的な屋根のデザインとは異なり、Rego-Fixが選択したものは非常に珍しく、高い断熱性を備えています。 「緑」または「植えられた」屋根と呼ばれ、実際の芝が生えている土壌で覆われています。屋根は、その断熱値に加えて、雨水を捕らえ、13,200ガロン（50,000リットル）のタンクに集められ、建物のトイレのトイレの水洗に使用されます。

組み合わせることで、建物のすべての冷暖房機能は、製造エリア内で安定した一定の周囲温度を提供します。これには、製造上の重大な利点があります。一定の温度は、会社の高精度の工具保持システムを製造するための一貫した工作機械の精度を維持するのに役立ちます。

さらなるエネルギー節約のために、新しい製造ビルは、豊富な自然光を取り入れた多くの大きな三重窓の断熱窓を備えています。さらに、窓には自動的に開閉するシェードが付いています。これは、夏に建物を涼しく保つのに大いに役立ちます。シェードは多くの熱を遮断しますが、光を取り入れるために穴が開いています。

追加の照明が必要な場合は、モーションコントロールのアクティブ化とともにLEDタイプの省エネライトが使用されます。建物には壁のスイッチはなく、エリアが占有されている場合にのみライトが点灯し、占有されていない場合はオフになります。