航空宇宙需要の高まりに対応する複合材生産の自動化
航空宇宙業界は、近い将来に部品生産のための産業能力が大量に必要となる「大合流」に向けて準備を進めています。コロナ禍以前、ボーイングとエアバスは今後20年間で40,000機の商用機が必要と試算(現在約25,000機在籍)。米軍も寿命が限られ極めて低コストな無人機群のコンセプトを研究中。初のエアタクシーは2023年に就航予定。これらすべてが航続距離と速度要件を満たすために複合材を大量に使用するため、現在の産業基盤に大きな負荷がかかります。
現在の複合材産業基盤は、手積層や、機械稼働率20〜50%にとどまる現行自動積層機が主流。依然としてデジタルよりアナログ寄りです。企業は資産管理など特定の課題解決でデジタルを試験的に導入していますが、真のエンタープライズワイドなインダストリー4.0環境を持つ製造業者はごく少数です。
航空宇宙業界が将来の航空機生産レートを達成するには、パラダイムシフトが必要です。第一に、複合材の自動化が次期生産波に対応する主要コンポーネントでなければなりません。適切に実施すれば、自動化により大規模設備投資の必要性を緩和し、航空機製造に必要な新規熟練労働者数を削減できます。第二に、複合材コミュニティはインダストリー4.0概念を取り入れ、製造・組立中に生成されるデータから実用的な洞察を得る必要があります。自動化とインダストリー4.0を航空宇宙複合材生産で利用可能にするための今後の主要研究テーマ:
- 製造科学ツール
目標状態: 製造ライフサイクルの段階に応じてトレードオフ空間を整合的に評価できる、製造向け設計の民主化ツールセット。
潜在的解決策: AI/機械学習、自動化、データ、分析、製造、製品を統合。シミュレーション、3D可視化、分析、協働ツールで構成される統合コンピュータベースシステムを用い、製造プロセス全体のバーチャル表現を開発。 - 低コスト・アジャイルな製造・加工
目標状態: 低コスト製造プロセス能力の堅牢な理解。特定プロセスによる設計制約で設計サイクルタイム50%削減。サージ需要と多品種生産に迅速に再構成可能な製造ライン。
潜在的解決策: 次世代自動化。自動ファイバ配置/自動トウ配置装置の改良活用。複雑形状部品の手積層・成形向けロボットソリューション(熱硬化性・熱可塑性)。協働ロボット。再プログラミングや転用が可能で、他システムへの統合に適した柔軟なロボットシステム。 - 検査
目標状態: 非干渉型のインプロセスセンサーと、製造時および使用時の条件に適用可能なプルーフテストの代替手段。
潜在的解決策: 検査から計測へのシフト。これには製造シミュレーションとインプロセス計測、使用時構造シミュレーションと計測が、規制要件を満たすレベルで必要。インダストリー4.0ツールを用い、部品・アセンブリの状態を把握する(単なる追跡ではない)。
SMEはこれらのニーズに対応する「複合材自動化テクニカルコミュニティ」を発足。筆者もその一員として、今始まる議論へのご意見を歓迎します。
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