Roboty okazują się być elastycznymi narzędziami do produkcji i montażu zespołów lotniczych. Jednak ich pełny potencjał może być ograniczony przez wyzwania związane z programowaniem robota w środowisku CAD/CAM. Oprogramowanie, które integruje programowanie offline, symulację, generowanie kodu i optymalizację ścieżki, sprawia, że proces jest płynny i bezbłędny.
Roboty są gotowe do przekształcenia przemysłu lotniczego w sposób, w jaki zrewolucjonizowały montaż pojazdów pod koniec lat 1970-tych i 80-tych. Zwiększona produktywność i oszczędności kosztów napędzają transformację w kierunku elastycznej automatyzacji robotycznej.
W przeciwieństwie do swoich kuzynów lądowych, samoloty mają kluczowe różnice, które stawiają czoła paradygmatowi automatyzacji. Tolerancje produkcyjne w przemyśle lotniczym są znacznie węższe, natomiast podzespoły są zwykle znacznie większe i cięższe. W porównaniu z motoryzacją, wielkości produkcji samolotów są znacznie niższe, podczas gdy przewidywana żywotność samolotów komercyjnych jest mierzona w dziesięcioleciach, a nie latach.
Globalne zapotrzebowanie na samoloty rośnie, co powoduje, że obecne zasoby produkcyjne są obciążane. Advanced Manufacturing Research Centre with Boeing (AMRC) znajduje się na czele tego trendu branżowego.
„Sprzedaż samolotów komercyjnych rośnie” - mówi Ben Morgan, kierownik Integrated Manufacturing Group w AMRC. „Większość producentów wykorzystała swoje moce produkcyjne do granic możliwości i konieczne są dalsze inwestycje kapitałowe, aby osiągnąć postawiony cel. W przypadku niektórych platform, nad którymi pracujemy, może to być nawet 60 samolotów miesięcznie, co jest niewiarygodną ilością. W związku z tym konieczna jest radykalna zmiana w produkcji”.
Ta radykalna zmiana jest możliwa dzięki elastycznej automatyzacji robotycznej. Początkiem ekspansji robotów było pojawienie się kompozytów w produkcji komponentów lotniczych.
Według badania przeprowadzonego przez firmę Lucintel, zajmującą się badaniami rynku, globalny rynek kompozytów lotniczych do roku 2017 powinien osiągnąć wartość 112 miliardów $ rocznie, przy rocznym wzroście o 5,3 procent (źródło: CompositesWorld).
Kompozyty są zazwyczaj o 20% lżejsze od aluminium i mają dłuższą żywotność niż tradycyjne materiały metaliczne. Kompozytowe materiały lotnicze są niezbędne dla przemysłu lotniczego, ponieważ charakteryzują się wyższym stosunkiem wytrzymałości do masy, lepszą efektywnością paliwową i dłuższymi okresami międzyserwisowymi.
Rewolucja w dziedzinie kompozytów pomogła rozszerzyć zastosowanie robotów na lotniska. Robotyczna obróbka skrawaniem i usuwanie materiału są coraz częściej stosowane w zastosowaniach niemetalicznych i metalowych, w tym w frezowaniu, wierceniu, obróbce powierzchniowej, nitowaniu i cięciu strumieniem wody oraz przycinaniu powłok kompozytowych i komponentów do dużych samolotów komercyjnych.
Przez lata roboty zaglądały przez ramię swoim komputerowo sterowanym odpowiednikom. Teraz uwaga przeniosła się na coś innego.
„Dzięki postępowi robotyki w ciągu ostatnich 10 lat, ramiona szeregowe stają się coraz bardziej praktyczną opcją” - mówi Morgan. „Zainteresowanie robotami do przycinania, frezowania i obróbki skrawaniem jest ogromne. Poprzez opracowanie koncepcji zrobotyzowanych systemów przycinania i obiekt, który mamy w AMRC, zaczynamy udowadniać wysokiej klasy producentom z branży motoryzacyjnej i lotniczej, że elastyczne komórki robocze są alternatywą dla niektórych tradycyjnych, drogich obrabiarek CNC”.
AMRC zostało utworzone w 2001 roku w ramach współpracy między University of Sheffield a Boeingiem. Zlokalizowane w rozległym, zaawansowanym technologicznie parku przemysłowym w Sheffield w Anglii, zatrudnia ponad 400 badaczy i inżynierów, którzy skupiają się na modernizacji produkcji poprzez testowanie i sprawdzanie różnych technologii, i ma ponad 100 firm członkowskich, od globalnych gigantów lotniczych po lokalne małe przedsiębiorstwa.
„Mówimy o około 15 milionach $ na niektóre z dużych maszyn CNC, które są używane do produkcji tych części lotniczych” - mówi Morgan. „W przypadku komórki zrobotyzowanej prawdopodobnie mówimy o kwocie rzędu kilkuset tysięcy dolarów”.
Koszty wdrażania robotów stale maleją, a ich sztywność i dokładność są coraz większe. Technologia robotyczna może obecnie konkurować z szerokim zakresem zastosowań lotniczych, które wcześniej ograniczały się do niestandardowych maszyn, w tym do montażu pojedynczego, wiercenia i napełniania, automatycznego układania taśmy (ATL) i automatycznego układania włókien (AFP).
Większość czołowych dostawców z branży lotniczej dostrzega zalety wdrażania robotów do pracy z podzespołami i ma nawet roczny budżet na robotyzację. Jednak dla niektórych programowanie robotów jest prawdziwym wyzwaniem.
Osobliwość, kalibracja, kolizje, ograniczenia zasięgu i ziarnistość ruchu są wyjątkowo skomplikowane dla systemów robotycznych i mogą sprawiać, że programowanie robotów do obróbki skrawaniem jest szczególnie uciążliwe. Nawigacja wokół błędów może być czasochłonna.
Firmy przyzwyczajone do używania obrabiarek CNC napotykają trudności, gdy po raz pierwszy próbują wdrożyć robota. Często próbują korzystać z oprogramowania producenta robota do programowania. Jednak to oprogramowanie jest zwykle przeznaczone do celów symulacyjnych, a nie do programowania. W środowisku symulacji można zobaczyć błąd, ale trudność polega na zidentyfikowaniu przyczyny i sposobu jej usunięcia.
Innym podejściem jest zastosowanie konwerterów punktów CAD/CAM, które tworzą ścieżki robota dla różnych typów zastosowań. Konwertery punktów zazwyczaj umożliwiają szybką i niedrogą konwersję na system robotyczny, ale walidacja kinematyki i sprawdzanie błędów nie są możliwe.
Głównym problemem z tymi metodami jest brak narzędzia do optymalizacji ścieżki. Po zastosowaniu programu w robocie może nastąpić długi okres testowania.
„Kiedy zdecydowaliśmy się na zakup nowego rozwiązania do obróbki części kompozytowych za pomocą robota, nie moglibyśmy sobie wyobrazić, jak różnił się świat robotyki od naszego tradycyjnego świata maszyn CNC” - mówi Eddy Coubard, kierownik ds. inżynierii produkcji CAD & CAM w SOGERMA COMPOSITES AQUITAINE. „Nowe słownictwo, nowy sposób pracy i nowe problemy - to było wyzwanie”.
SOGERMA COMPOSITES AQUITAINE, będąca w pełni własnością grupy SOGERMA z siedzibą we Francji, zatrudnia 475 pracowników zajmujących się produkcją oraz badaniami i rozwojem, którzy wspierają ponad 100 głównych dostawców w Europie i na całym świecie produktami z kompozytów o wysokiej wydajności, świętuje swoje 30. urodziny.
„Obrabiamy aeronautyczne części kompozytowe w małych ilościach, co oznacza, że musimy poprawnie zaprogramować robota za pierwszym razem” - mówi Coubard. „W przeciwnym razie nasze koszty znacznie rosną”.
„Pierwsze oprogramowanie robotyczne, które wypróbowaliśmy, w ogóle nie było wydajne” - mówi. „Wymagało utworzenia ścieżki narzędzia w oprogramowaniu CAD/CAM i zapisania pewnego rodzaju kodu G za pomocą postprocesora, a następnie odczytania tego kodu G na symulatorze, tylko po to, aby zdać sobie sprawę, że w większości przypadków występowały błędy. Następnie musieliśmy wrócić do oprogramowania CAD/CAM i zapisać kod robota za pomocą innego postprocesora”.
To jest typowy scenariusz. Firma nabywa robota, próbuje go wdrożyć do operacji obróbki skrawaniem, ale zdaje sobie sprawę, że nie ma odpowiedniego oprogramowania do tej pracy.
Lepsza strategia: Rozważ zakup oprogramowania do programowania robotów już na samym początku. Powinno to być zrobione albo w momencie zakupu systemu robotycznego, albo jeszcze przed jego zakupem.
Oprogramowanie CAD/CAM zaprojektowane specjalnie z myślą o programowaniu robotów rozwiązuje problemy związane z osobliwością, kolizjami, ograniczeniami połączeń, problemami z zasięgiem i obrotami nadgarstka. Odpowiednie oprogramowanie powinno automatycznie obliczać i optymalizować ścieżki robota, bezproblemowo integrować osie zewnętrzne i zapewniać natychmiastową informację zwrotną w formie wizualnej. Powinno być łatwe w obsłudze, nawet dla operatorów, którzy dopiero zaczynają korzystać z robotyki.
Oprogramowanie powinno również obsługiwać programowanie offline, bez przerywania produkcji na hali produkcyjnej poza końcowym testem i dostrajaniem. Zmiany stają się pracą równoległą, a nie sekwencyjną.
Firma Jabez Technologies z Montrealu w Kanadzie została niedawno wyróżniona przez magazyn CIO Review jako jeden z 10 najbardziej obiecujących dostawców rozwiązań inżynieryjnych, a w 2002 roku opublikowała pierwsze oprogramowanie do programowania robotów offline oparte na CAD/CAM. Najnowsza wersja oprogramowania Robotmaster® usprawnia programowanie, symulację, generowanie kodu i optymalizację ścieżki w jednym zintegrowanym rozwiązaniu. Obsługiwane są wszystkie główne modele robotów.
„Robot może być trudnym urządzeniem do zarządzania” - mówi Chahe Bakmazjian, prezes Jabez Technologies. „Składa się z sześciu przegubów obrotowych ułożonych jeden na drugim, więc bardzo trudno jest przewidzieć błędy. Zwykle napotykasz ten błąd, gdy się pojawia. Nie ma ostrzeżenia”.
„Producenci samolotów często instalują duże systemy robotyczne, ale wykorzystują je tylko na ograniczonym obszarze, gdzie wiedzą, że mogą uniknąć błędów” - mówi Bakmazjian. „Za każdym razem, gdy chcą wyjść poza te obszary, staje się to bardzo restrykcyjne”.
Coubard z firmy COMPOSITES AQUITAINE twierdzi, że dzięki wymianie starego oprogramowania czas programowania stał się dwu- do trzykrotnie krótszy.
„Robotmaster pozwala nam pracować w taki sam sposób, w jaki używaliśmy naszych maszyn CNC do obróbki części” - mówi. „Ponieważ Robotmaster ma również interfejs z oprogramowaniem Mastercam®, byliśmy w stanie szybko i łatwo wykonać pełne 7-osiowe frezowanie i wiercenie”.
Coubard twierdzi, że do programowania 6-osiowego robota montowanego na szynie używane jest oprogramowanie Robotmaster. Zastosowania obejmują części termoizolacyjne wykonane z włókna szklanego do samolotu Airbus A330 i plaster miodu do helikoptera Airbus Super-Puma MK II.
„Dzięki Robotmaster możemy wkroczyć do świata robotyki. Teraz możemy obrabiać nasze części kompozytowe w taki sam prosty sposób, w jaki obrabialiśmy je za pomocą maszyny CNC” - mówi Coubard. „W rzeczywistości nowa funkcja symulacji jest tak potężna, że jeszcze nie wykorzystaliśmy wszystkich jej możliwości”.
Bez oprogramowania Robotmaster Coubard twierdzi, że najprawdopodobniej porzuciliby robotykę i wróciliby do starych metod obróbki CNC.
W AMRC grupa Morgana wykorzystuje robotykę i metrologię do opracowywania nowych metod montażu złożonych produktów dla przemysłu lotniczego i innych branż o wysokiej wartości.
„Od trzech lat współpracujemy z Robotmaster”, mówi Morgan. „To oprogramowanie pozwoliło naszym operatorom i inżynierom szybko i skutecznie przeprogramować komórkę roboczą, a także zoptymalizować ścieżkę maszyny. Ma ogromną elastyczność i kontrolę”.
„Używanie tego oprogramowania jest szczególnie przydatne w środowisku badawczym, ze względu na nasz zakres pracy i zmienność części” - mówi Morgan. „Nie produkujemy tutaj niczego, więc często robimy jedną, dwie lub trzy części, a następnie przechodzimy do innej części. Jednak sam sektor lotniczy również wymaga rekonfiguracji, więc spełniamy to wymaganie dzięki Robotmaster”.
Operatorzy zgłaszają, że oprogramowanie działa przez 100% czasu - za pierwszym razem - bez konieczności ręcznej interwencji lub poprawek. Jest to bezbłędne programowanie robota bez skomplikowanych procedur. Łatwe w użyciu nawet dla początkujących.
Połącz elastycznego robota z zaawansowanym oprogramowaniem. Teraz możesz wykorzystać całą przestrzeń roboczą robota. To, co początkowo wydawało się wadą nadokreślonego systemu, oferującego różne sposoby osiągnięcia tego samego celu, stało się obecnie szansą dzięki zaawansowanym narzędziom optymalizacji ścieżek.
Roboty udowodniły swoją zdatność do lotu. Potrzebują jedynie odpowiedniego oprogramowania, aby w pełni wykorzystać swój potencjał.