AeroDef内幕：スマート製造のトレンドと予測

スマート製造が、より多くの企業がオートメーション、人工知能、ロボティクスを採用するにつれ、A&D製造を変革しています。一部のメーカーは、いわゆる「自動化の孤島」を排除し、技術をプロセス全体に統合することにも注力しています。しかし、最新デジタル技術を採用しながらも、多くの企業は新素材開発に注力しており、それも正しい方向性です。複合材料と極超音速用材料は依然としてクリティカルです。また重要なのは、堅牢な人材パイプラインの確保、および労働者不足の課題を緩和できる技術の導入です。

パンデミックからの脱却に向け皆が取り組む中、製造マネージャーと労働者はリモート技術の使用に自信を持つようになりました。課題はリモートと対面業務のバランスを取ることです。ここでは、SMEのAeroDefイベントの実行委員会メンバーへのアクセスを提供します。彼らに、A&D企業のボードルームで行われている議論の例を提供してもらいました。

結論：A&D製造に関わるこれ以上の好機はありません。

ビル・ビゴー、JRオートメーション ビジネス開発担当VP

パンデミックから浮上した教訓、課題、改善は？

次に何が来るか、パンデミックかもしれません。リソースの過度な不足や、リソースを適切に配置できないあらゆるイベントは課題です。人々が在宅勤務に長けているかを検証する厳格さをプロセスに通しています。不幸なことに製造業では、ほぼすべてのプロセスが建物内で行う必要があります。少ない人数でどう乗り切るか、製造業として見直し、考える良い仕事をしています。

航空宇宙業界が直面する課題は？

生産を増やしていますが、おそらく同じ数の労働者ではなく、離職中にスキルが大幅に低下した労働者で。これらのポジションを引き受ける意欲のある人が減っています。

メーカーは見込まれる需要を満たすのに苦労しています。ソーシャルディスタンス維持の方法も見つけなければなりません。18ヶ月前なら、小さなセルに6人いたかもしれません。今はそれができません。

人々を支援し、少ない人数と少ないインタラクションで生産性を高める方法を見つけなければなりません。

その課題への対応として、大量のロボティクスと自動搬送システムを導入しています。以前なら誰かが歩いて行って部品を取っていました。今はそれが搬送システムでできます。

工場で人間と協働するコボット（協働ロボット）が増えています。パンデミックが、より少ないコストでより多く生産する動きを加速させました。仕事をなくすのではなく、仕事を拡張し、仕事をする人々をより生産的にするのが目的です。

航空宇宙での機会は？

マシンも賢くなり、人間がマシンの健康状態を見守る代わりに、自分のメンテナンスニーズを自己監視できるようになっています。マシンが「今後2週間でメンテナンスが必要になります」と知らせてくれます。それから、ただ故障してラインが止まるのではなく、都合の良い時にメンテナンスをスケジュールできます。

パンデミックの向こう側に何を見ますか？

COVIDが製造業全体を本当に揺さぶりました。不幸にも、これらのことを前面に出すのにパンデミックが必要でした。

メーカーは今、製品が工場を通るパスのレイアウトを注意深く見ています—人間とのインタラクションがいくつあるか？ 多くのエンジニアリングの注目を集めています。

これは何年も語られてきましたが、COVIDが前面に押し出しました。突然、メーカーはプロセスの不整合と困難が痛いほど目立つようになりました。

自動化がより牽引力を得ている分野は？

Tier 3メーカーには自動化が確実に役立ちます。Tier 1サプライヤーでは少し少ないです。Tier 2が間違いなくスイートスポットです。

自動化が真に輝くのは、高スループット、大量、多品種、時間と品質の潜在的変動が大きい場合です。

部品が大きくなるほど、バリエーションは少なくなります。Tier 2メーカーは数十万個単位の小さな部品を大量に作ります。

ボーイング737には25,000個以上のナットプレートがあります。ナットプレート1個取り付けに3.5〜6分かかります。航空機へのナットプレート取り付けに膨大な時間がかかります。

弊社はナットプレート取り付けを20〜30秒で行う製品に注力しています。

人間が製造に導入するものの一つがスループットの変動性です。作業者Aは1日2,000個作れるが、作業者Bは1,500個しか作れません。

人間には朝の休憩、昼休み、有給休暇があります。ロボットにはそれらがありません。

プロセスへの人間の関与は依然としてクリティカルです。人間は自動化を監督し、品質を向上させます。

航空宇宙防衛製造における自動化の次は？

航空機製造プロセスは悪名高く手作業依存でした。それから「自動化すべきだ」と言い、スタンドアロンユニットとして自動化セルを作りました。その前後のプロセスは依然として手作業。時間とともに、さらに3〜4セルが手作業から自動化に転換。今、常に一つのセルから次のセルへ移動しており、各セルが独立して設計されています。

今、メーカーはコンポーネントと製造プロセスをどう設計すれば、自動化がプロセス全体を通じて継続するかを見ています。また、プロセスのいくつかのステップに適応し、部品と共に組立を通じて移動するスマート治具の設計にも取り組んでいます。

例えば、カーゴドアが各セルで治具の内外に移動するかもしれません。部品を治具の内外に移動させるたびに、タッチするたびにダメージリスクが上がります。しかしスマートセルなら、一つのセルで4つのことができます。以前は作業者は自分のセルの一つのタスクしか理解していませんでした。同僚が病欠すれば、その人は他のセルではあまり役に立ちません。自動化の孤島を打ち破ることで、より柔軟な労働力が可能になります。ある人がセルの運営を知り、そのセルが3つのことをやるなら、その人のスキルセットが向上しました。製造プロセスのより多くの部分を扱える柔軟性を持つようになります。

ジョン・ラッセル、空軍研究所構造技術部門チーフ

パンデミックから浮上した教訓、課題、改善は？

パンデミック最初の月は不安定でした。ITインフラがまだ負荷に対応できるよう適応していませんでした。最初の月で、ITチームがツール—マイクロソフトTeams、Zoom政府アカウント—を追加し、自宅から空軍ネットワークで作業できるようになりました。

労働力がこの環境で仕事を処理する能力には本当に感銘を受けました。この環境での作業プロトコルすべてを把握するにつれ、ほぼ正常に近づいています。

大きな懸念は、ランダムな廊下会話の欠如と外部パートナーとのミーティング不足です。再び渡航できることを本当に願っています。カンファレンスに行き、産業パートナーと会えることは、製造業が直面するニーズを理解する上で大きく貢献します。

航空宇宙業界が直面する課題は？

30年前、複合材料がホットトピックでした。今日ではAI、量子コンピューティング、テクノロジー空間のあらゆるバズワードを挙げてください。そこにお金を投じるべきです。

だが、材料と製造にも引き続き焦点を当てるのが我々の仕事です。飛行機を飛ばし、構造をより軽く、より遠く飛ばし、より多くのペイロードを運ぶために最善を尽くし続けます。複合材料は重要であり続けます。787（重量ベースで50％が複合材）での複合材成功を見ました。改善された構造へのニーズは常にあります。

航空宇宙での機会はどこに？

現在、空軍には数十億ドル規模の高価な航空機が多くあり、撃墜されれば置き換えが困難です。コスト方程式をひっくり返す新しいクラスの飛行機を考えています。アトリッタブル航空機（通常、消耗品として設計され、飛行時間が大幅に少ない無人機）は、長期使用を大幅なコスト削減と引き換えにします。自動車と海洋セクターから出てくる技術を見て、それらプロセスを航空宇宙で使えるか検討しています。アトリッタブル航空機はコストが低く、より少ない時間飛行するよう設計され、置き換えが容易です。撃墜されても壊れても、簡単に置き換えられます。損耗と共存し、ただもっと作ればいいのです。これは飛行機設計についての新しい考え方への扉を開きます。数千時間のペイロードのみに基づく航空機設計に合わせて認証プロセスを再考する必要があります。航空機が40,000時間飛ぶなら疲労が問題です。2,000時間しか飛ばないなら、疲労を心配する必要はおそらくありません。低飛行時間航空機向けに認証プログラムをより柔軟にできるかもしれません。

その他の変革的・破壊的技術開発は？

トポロジー最適化（荷重がかかる場所にのみ耐荷重材料を配置する部品設計）の応用が拡大しています。過去、トポロジー最適化は小さな部品に焦点でした。その概念を航空機全体にスケールアップしています。正しくやれば、航空機構造重量を劇的に削減する可能性があります。これらの異なる構造レイアウトを、航空機の実用的レイアウトとどう結びつけるかまだ解決すべき課題です。この概念も製造可能でなければなりません：課題は、このアイデアを実際の航空機設計にどう統合するかです。

パンデミックの向こう側に何を見ますか？

私の労働力もオフィスとテレワークのミックスになるでしょう。自宅で効果的なら、大人として扱い、コンピューターに問題がある時だけ出社させます。ビジネストラベルはゆっくり回復します。ビデオツールがはるかに良くなったこともあり、ミッションクリティカルな渡航を優先するガイダンスもあるため。2022年のどこかまでフルキャパシティでのカンファレンス復帰は見られないかもしれません。産業パートナーがまだ在宅勤務なら、会いに行く意味がありません。

航空宇宙・防衛製造のどの部分で自動化がより牽引力を得ていますか？

生産される航空機がもっと多くなるため、人々は熟練労働者を自社施設に呼び寄せるために互いに争うことになります。メーカーはロボットをより効果的にどう使えるかを考えるでしょう。

ミック・マーアー、マーアー・アソシエイツ社長、元DARPAおよび米国陸軍研究所

パンデミックから浮上した教訓、課題、改善は？

課題の一つは、すべての仕事とビデオ会議プラットフォーム—Zoom、Teams、Webex、BlueJeans、Google Meet、Go-to-Meeting—を使い、政府がどの会議ソフトウェアに向かうか追跡し、追いつくことでした。パンデミックが始まったとき、ビジネスに何をもたらすかで慌てました。関与する新領域を探しました。専門家証人/コンサルティング業務に注力し、先進材料と製造ビジネスを補完しました。早期に劇的な措置を取りました。2020年3月から、異なる隣接領域への参入をハードにプッシュしました。経営コンサルティング、装甲性能、テストプログラム、提案開発、スタートアップ支援へ拡大。以前年は15％成長。パニックで市場を拡大した結果、パンデミック中に30％成長。その拡大がなければ、おそらく10〜20％の減収でした。実際、伝統的なコンサルティング領域は10％後退しました。

航空宇宙業界が直面する課題は？

物理的ワークスペースへの人の復帰。パンデミック初期、皆がリモートワークのやり方を模索しました。自宅から16時間労働に慣れ、パンデミック中盤では生産性メリットを見たように思えました。終盤に向け、少し燃え尽き症候群気味です。職場復帰を試みる中、ハイブリッド方式（リモートとオフィスのミックス）を好むと思います。だが公平なやり方でやらなければなりません。一部の仕事は物理的にそこにいなければなりません。柔軟性のない人々には、週35時間に短縮するなど報酬での対応も。また、若年層の労働市場参入者が特に挑戦的でした。メンターを受ける機会がなかったからです。

前進する中、業界は必要な人材を見つける課題に直面します。休学する学生が多いと知っています。財政的に苦しんでいた大学に加え、教育体験と研究機会が減退したクラス全体、おそらく複数が生まれています。パンデミック脱却とともに、大規模校でも入学者数減少が見られています。

航空宇宙・防衛製造のどの部分で自動化がより牽引力を得ていますか？

状況が低迷しスローダウンしていたとき、多くの工場がレトロフィットしました。ラインが止まっている：それがレトロフィットの絶好の機会で、生産稼働中にレトロフィットしようとするより良いです。メーカーは労働力スキルギャップを予測し、自動化活用でギャップを埋めようとしています。

航空宇宙・防衛製造でよりアジャイルになる必要がある分野は？

テスト、認証、品質ポリシー。これらは非常にプロセス駆動で、通常は最も末端—設計またはコンポーネントのコストがすべて発生した後—にあります。

製造のフロントエンドは、物事をより速く構築し、変化に対応するという点で本当に素晴らしい仕事をしてきました。テストと品質保証が末端に来ると、プロセスの冒頭と中盤に存在する効率が見られません。テストコミュニティは、より速いスループットと低コストを助ける計算ツール、モデル、シミュレーションを活用し始めたばかりです。

パンデミックの向こう側に何を見ますか？

パンデミックから脱却し、より大きな成長の態勢にあると思います。政府政策など、成長を駆動する要素はたくさんあります。懸念は、通過する政策次第で成長が阻害される可能性です。税政策が問題になります。インフレがビジネスに影響することを懸念。新しい人材の迎え入れ方は変わるのか？ ビジネスを阻害する規制が課されるのか？

レスリー・コーエン、航空宇宙での複合材料活用のリーダー、現マーアー・アソシエイツ シニアアドバイザー、元マクドネル・ダグラスとHITCO

パンデミックから浮上した教訓/課題/改善は？

多くの企業が週休制を減らし、シャットダウンしました。これはTier 1とOEMがハードウェア納入を目指すサプライチェーンで継続的な問題です。今、ゆっくりと仕事に戻りつつありますが、スタートアップのひずみがあります。ビルドレートをこれを認識した形で設定しなければなりません。ほぼファーストアーティクルを作るようなものです。また、多くのサプライヤーが、ほとんどビジネスがない中で存続する経済的現実に耐えられず倒産したことを認識しなければなりません。サプライチェーンがダメージを受けます。その他課題には、積層造形でのより良いエラストマー材料とシールの必要性、航空機用液体耐性と清浄表面へのより良い接着性を持つより速硬化フィルム/圧力感知接着剤、高温耐摩耗コーティング、非シリコーン系ジエチレングリコールモノメチルエーテル（DiEGME）耐性コーティングの必要性があります。

航空宇宙での機会はどこに？

極超音速関連材料。他国から来る極超音速脅威を迎撃・破壊できることを確実にする必要があります。それら脅威はマッハ5で来るかもしれません。それら速度のため、より高温・高圧で保持できる材料を開発する必要があります。2,500°Fまでは材料選択肢がたくさんあります。5,000°Fまではより限られます。それ以上の温度の材料技術開発により多くの努力を注ぐ必要があります。超高温セラミックスへの投資が必要です。だが、その仕事ができる企業はそれほど多くありません。

その他機会には、タッチ労働と製造変動を減らす真空バッギング、複雑部品のアウトオブオートクレーブ加熱、自動テープ・ファイバー配置機による生産性向上、デジタル検査を含むバーチャルファクトリー技術があります。

航空宇宙・防衛製造でよりアジャイルになる必要がある分野は？

品質保証を維持しながら検査時間を短縮。軍用機の高性能翼検査に、レベル2技術者が8〜10時間、レベル3技術者がさらに8〜10時間で結果解釈。コストの5％を扱っています。連邦政府は自動欠陥認識技術に投資。テキサスのTRI-Austinが、航空機翼を10〜12分で検査するソフトウェアモデリングを開発。160翼のテストで、モデリングソフトが翼を5〜10分で検査。デジタルツインは翼の大部分は問題ないと結論付け、右上隅の自分の能力を超える一つの問題を特定し、レベル3技術者のチェックを推奨。結果は人間検査と同一だが、時間を80％短縮。コストを半減。

ケリー・ドッズ、レイセオン宇宙・空中システムズ 先進製造技術ディレクター

パンデミックから浮上した教訓、課題、改善は？

パンデミック襲来時、ユナイテッド・テクノロジーズ社との合併完了中で、私はリーダーシップと共に最前線にいました。

観察されたことは信じられないものでした。業界として、COVID中に生産性と顧客へのアウトプットを維持するため、信じられない形で適応しました。業界は今、パンデミックの深淵から、パンデミック中に学んだ新ツール、新効率、新手法で加速して脱出しています。

新技術、新プロセス、新手順を開発しました。リモートワークとCOVID対応で、将来どう働くかを変えました。Zoomワールドに突入させられました。

業界は、温度スキャンとソーシャルディスタンスなどの手順でCOVIDに対処する方法を見出しました。COVID駆動の柔軟な働き方への移行により、航空宇宙業界は以前アクセスできなかった地理的により多様なタレントプールにアクセスでき、現在の多くの従業員にワークライフ活動をより良く可能にする柔軟性を与えます。

航空宇宙・防衛での機会はどこに？

顧客需要に応える製品の革新と構築のペースが加速しています。

防衛側では、関連性の速度で顧客能力を提供することを確実にするため、革新と製品投入のペースを加速していると思います。

航空宇宙・防衛業界20年で、エンジニアリング、開発、製造のあり方を前進させることにこれほど焦点が当たったことはありません。

この変化は、顧客ニーズ、競争効率、株主価値のためです。

エンジニアリングのデジタル変革と、インダストリー4.0のデジタルとオートメーション側面が、製品の設計とプロトタイピング・製造への移行を変革しています。

航空宇宙・防衛業界が直面する課題は？

私の焦点がインダストリー4.0と先進製造にあるので、製造分野の技術的領域における人材のパイプラインと開発が、我々全員が結集すべきクリティカルな努力だと言います。

次世代の製造技術・エンジニアリング人材をどう創るか？

5年、10年、20年先に堅牢な製造科学・エンジニアリングパイプラインを持てるよう、その人材パイプライン開発に取り組んでいます。工場でのフロントラインスキル開発に加え。

革新と変化は機械からではなく、人から来ます。

サイバーセキュリティも別の課題。「デジタル」という言葉を出すなら、「サイバーセキュリティ」も出さなければなりません。

各デバイスが作る攻撃面と、接続デバイスの急速な成長と導入が課題を生みます。

重要な要素を守りつつ、迅速な革新とタイム・トゥ・バリューを可能にするサイバーセキュリティ技術、アーキテクチャ、人間プロセス、方法論が必要です。

企業は同時に、接続デバイスを活用し、速く動き、守られ続けなければなりません。

進行中の変革的/破壊的開発は？

5年前、先進製造のポジションに就いたとき、デジタルエンジニアリング、デジタル糸、インダストリー4.0は技術者会話の周縁にある憧れのバズワードでした。

今日、インダストリー4.0と名付けられた企業組織があります。

すでに速いデジタル進歩のペースが加速しています。COVIDと新しい職場環境が、社会的・コミュニケーションネットワークの性質を変えます—一部創造され、一部失われ、一部強化されます。

テクノロジー手法とツール、人間/社会的考慮の両方を用いて、革新を増強するメリットを活用し、逆風を最小化することが重要です。

どの領域がアジャイル・柔軟性を備え、どの領域がよりそうなる必要があるか？

製造デバイスを接続し、それらを安全に簡単に接続できるようになったら、工場フロアがスマートエコシステム—スマートホームのように簡単に接続、サイバー的に安全なデバイスだが遥かに安全—になるポイントに到達しなければなりません。そうすれば、ニッチなスキルセットがすべてのカスタム実装作業をする必要がなくなります。

インダストリー4.0での革新能力を民主化する必要があります。

パンデミックの混乱の向こう側に何を見ますか？

大幅に多様化した職場環境と、共に働くための新しいツールセットでニュー・ノーマルに再突入し、これらの新ツール、効率、手法で市場需要に応えるためパンデミックから加速して脱出します。

航空宇宙・防衛製造のどの部分で自動化がより牽引力を得ていますか？

インダストリー4.0とデジタルエンジニアリングが、リーン製造のような実証済み製造哲学・技術と融合し、製造ランドスケープを変革しています。

工場フロアはサイバーフィジカルシステムのシステムになりました：デジタルなしで物理を語り、物理なしでデジタルを語るのは難しいです。カスタムオートメーションのコストが下がり、それらソリューションを迅速にエンジニアリングする能力が増すにつれ、以前ならROIが出ず、従ってデジタルまたは物理的自動化の検討すらされなかった領域で、ますます多くの実装が見られるでしょう。

最後に一言？

私の人生で、航空宇宙防衛製造にいるこれ以上の良い時はありません。テクノロジー、製品、新人材パイプライン、必要性、製造におけるユニークな専門性創出へのフォーカスの組み合わせ。20年以上前、学生だった頃に戻ると、ほとんどの学生が知っていた分野は典型的な機械と電気工学でした。今では多くの製造関連STEMプログラムがあり、リストは増え続けています。この成長は製造の未来を支えるためにクリティカルです。それらすべてのプログラムが成長し、より洗練され、より可視化されました。カリキュラムのキー開発は、デジタル、電気、物理、制御、ロボティクスを、モノ作り—製造のモノ—の文脈で見る多領域アプローチです。