Robotlar, uçak üretimi ve montajı için esnek araçlar olduklarını kanıtlıyor. Ancak CAD/CAM ortamında bir robotu programlamanın zorlukları nedeniyle tam potansiyelleri kısıtlanabiliyor. Çevrimdışı programlamayı, simülasyonu, kod oluşturmayı ve yol optimizasyonunu entegre eden bir yazılım, süreci sorunsuz ve hatasız hâle getirir.
Robotlar, 1970'lerin ve 80'lerin sonlarında otomotiv montajında devrim yarattıkları gibi şimdi de havacılık sektörünü dönüştürmeye hazırlanıyor. Artan verimlilik ve maliyet tasarrufları, esnek robotik otomasyona geçişe hız veriyor.
Karaya bağlı kuzenlerinin aksine uçakların otomasyon paradigmasına meydan okuyan temel farklılıkları vardır. Havacılık üretim toleransları çok daha darken yarı mamuller önemli ölçüde daha büyük ve ağır olma eğilimindedir. Otomotive kıyasla uçak üretim hacimleri çok daha düşükken ticari uçakların kullanım ömrü yıllar yerine onlarca yıllarla ölçülür.
Uçaklara yönelik küresel talep artıyor ve mevcut üretim kaynaklarını zorluyor. Advanced Manufacturing Research Centre with Boeing (AMRC), bu sektör trendinin ön saflarında yer alıyor.
AMRC Entegre Üretim Grubu Başkanı Ben Morgan, "Ticari uçak satışları artıyor" diyor. "Üreticilerin çoğu, üretim kapasitelerini sonuna kadar zorladı ve hedeflenen orana ulaşmak için daha fazla sermaye yatırımı yapılması gerekiyor. Çalıştığımız bazı platformlar için bu, ayda 60 uçak olabilir ve bu, inanılmaz bir sayıdır. Dolayısıyla üretimde bir adım değişikliği gerekiyor."
Bu adım değişikliği kendini esnek robotik otomasyon şeklinde gösteriyor. Uçak parçalarının üretiminde kompozitlerin ortaya çıkmasıyla birlikte robotlar da öne çıktı.
Pazarlama araştırma firması Lucintel tarafından yapılan bir çalışmaya göre, küresel havacılık kompozit pazarının 2017 yılına kadar yıllık %5,3'lük bir bileşik büyüme oranıyla yılda 112 milyar USD'ye ulaşması bekleniyor (kaynak: CompositesWorld ).
Kompozitler tipik olarak alüminyumdan yüzde 20 daha hafiftir ve geleneksel metalik malzemelere kıyasla daha uzun bir kullanım ömrüne sahiptir. Daha yüksek dayanım/ağırlık oranları, daha iyi yakıt verimliliği ve daha uzun servis aralıkları ile bilinen kompozit uçak malzemeleri, havacılık sektörü için hayati önem taşır.
Kompozit devrimi, robotların piste inmesine yardımcı oldu. Robotik makineyle işleme ve malzeme çıkarma, büyük ticari uçaklar için kompozit kaplamaların ve parçaların frezelenmesi, delinmesi, yüzey işleme, perçinlenme, su jeti ile kesme ve kırpma dâhil olmak üzere metal dışı uygulamalarda ve metal uygulamalarında giderek daha fazla kullanılıyor.
Robotlar yıllardır bilgisayarlı sayısal kontrol makinelerinin üzerinden bakıyorlardı. Artık odak noktası değişti.
Morgan, "Son 10 yıldaki robotik gelişmeler sayesinde seri kollu cihazlar daha uygun bir seçenek hâline geliyor" diyor. "Robotik kırpma, frezeleme ve makineyle işlemeye yönelik ilgi çok arttı. AMRC'de sahip olduğumuz konsept robotik kırpma sistemlerini ve tesisi geliştirerek üst düzey otomotiv ve havacılık üreticilerine esnek hücrelerin bazı geleneksel, pahalı CNC takım tezgâhlarına alternatif olduğunu kanıtlamaya başladık."
AMRC, 2001 yılında University of Sheffield ve Boeing arasında bir iş birliği olarak kuruldu. İngiltere'nin Sheffield kentindeki büyük bir yüksek teknoloji endüstri parkında bulunan şirket, farklı teknolojileri test ederek ve kanıtlayarak üretimi modernize etmeye odaklanan 400'den fazla araştırmacı ve mühendisle çalışıyor ve küresel havacılık devlerinden yerel küçük işletmelere kadar uzanan 100'den fazla üye şirkete sahip.
Morgan, "Bu havacılık parçalarının üretiminde kullanılan bazı büyük CNC makinelerinin fiyatı 15 milyon USD civarında" diyor. "Bir robotik hücrenin maliyeti ise muhtemelen birkaç yüz bin dolar olacak."
Robotların kullanım maliyeti düşmeye devam ederken rijiditeleri ve doğrulukları artıyor. Robot teknolojisi artık tek takımlı montaj, delme ve doldurma, otomatik bant yerleştirme (ATL) ve otomatik fiber yerleştirme (AFP) gibi daha önce özel makinelerle sınırlı olan geniş bir havacılık uygulamaları aralığında rekabet edebiliyor.
Üst düzey havacılık tedarikçilerinin çoğu, yarı mamul operasyonları için robot kullanmanın avantajlarını biliyor ve hatta robotizasyon için yıllık bütçeler ayırmış durumda. Ancak bazıları için robot programlama bir çıkmaz.
Tekillik, kalibrasyon, çarpışmalar, erişim sınırlamaları ve hareket ayrıntıları, robotik sistemlere özgü karmaşıklıklar ve makineyle işleme operasyonları için robotların programlanmasını özellikle zahmetli hâle getirebiliyor. Hataları çözmeye çalışmak zaman alıcı olabilir.
CNC takım tezgâhlarını kullanmaya alışmış şirketler, ilk kez bir robot kullanmaya çalıştıklarında zorlanırlar. Programlama için genellikle robot üreticisinin yazılımını kullanmaya çalışırlar. Ancak bu yazılım genellikle programlama değil, simülasyon amaçları için tasarlanmıştır. Bir simülasyon ortamında hatayı görebilirsiniz ama asıl zorluk hatanın nedenini ve nasıl düzeltileceğini belirlemektir.
Farklı bir yaklaşım, farklı uygulama türleri için robot yörüngeleri oluşturan CAD/CAM nokta dönüştürücülerinin kullanılmasıdır. Nokta dönüştürücüler, robotik bir sisteme hızlı ve ucuz bir dönüştürme yaptırma eğilimindedir ancak kinematikleri doğrulamanın ve hataları kontrol etmenin bir yolu yoktur.
Bu yöntemlerin ana sorunu, yol optimizasyon aracının olmamasıdır. Program robota uygulandıktan sonra uzun bir test süresi olabilir.
SOGERMA COMPOSITES AQUITAINE'de CAD ve CAM üretim mühendisliği yöneticisi olan Eddy Coubard, "Kompozit parçaları bir robotla işlemek için yeni bir çözüm satın almaya karar verdiğimizde robotik dünyasının geleneksel CNC makinesi dünyamızdan ne kadar farklı olduğunu tahmin bile edememiştik" diyor. "Yeni terimler, yeni bir çalışma yöntemi ve yeni sorunlar. Bizim için gerçek bir zorluktu."
30. yıl dönümünü kutlayan SOGERMA COMPOSITES AQUITAINE, tamamen SOGERMA Group'a ait bir yan kuruluştur ve Avrupa'da ve dünya çapında yüksek performanslı kompozit malzeme ürünleri ile önde gelen 100'den fazla tedarikçiyi destekleyen 475 üretim ve Ar-Ge personeliyle Fransa'da faaliyet göstermektedir.
Coubard, "Küçük miktarlarda havacılık kompozit parçaları işliyoruz, bu da robot programlamayı daha ilk seferde doğru yapmamız gerektiği anlamına geliyor" diyor. "Aksi takdirde maliyetlerimiz önemli ölçüde artar."
"Denediğimiz ilk robot yazılımı hiç verimli değildi" diyor. "CAD/CAM yazılımında takım yolunu oluşturmak ve bir tür G-kodunu bir son işlemci ile yazmak, ardından bu G-kodunu bir simülatörde okumak gerekiyordu. Sonuçta çoğu zaman sadece hatalar olduğunu fark ediyorduk. Ardından CAD/CAM yazılımına geri dönüp robot kodunu başka bir son işlemci ile yazmamız gerekiyordu."
Bu, sık karşılaşılan bir senaryodur. Bir şirket bir robot satın alıyor, makineyle işleme operasyonu için kullanmaya çalışıyor ve en sonunda iş için doğru yazılıma sahip olmadığını fark ediyor.
Daha iyi bir strateji: Robot programlama yazılımını en baştan değerlendirin. Bu, robot sistemi satın alınırken ya da satın almadan önce yapılmalıdır.
Robotların programlanması için özel olarak tasarlanan CAD/CAM yazılımı; tekillik, çarpışmalar, mafsal sınırları, erişim sorunları ve bilek dönüşleri ile ilgili sorunları ortadan kaldırır. Doğru yazılım, robot yollarını otomatik olarak hesaplamalı ve optimize etmeli, harici eksenleri sorunsuz bir şekilde entegre etmeli ve anında görsel geri bildirim sağlamalıdır. Robotik alanında yeni olan operatörler için bile kullanımı kolay olmalıdır.
Yazılım, son test ve ince ayar dışında üretimi kesintiye uğratmadan çevrimdışı programlamayı da desteklemelidir. Böylece değiştirmeler sıralı değil, paralel bir işlem hâline gelir.
Yakın zamanda CIO Review dergisi tarafından En Çok Umut Veren 10 Mühendislik Tasarım Çözümü Sağlayıcısından biri olarak adlandırılan Montreal, Kanada merkezli Jabez Technologies, 2002 yılında ilk CAD/CAM tabanlı çevrimdışı robot programlama yazılımını piyasaya sürdü. Robotmaster® yazılımının en son sürümü, programlamayı, simülasyonu, kod oluşturmayı ve yol optimizasyonunu tek bir entegre çözümle kolaylaştırıyor. Başlıca tüm robot modelleri destekleniyor.
Jabez Technologies Başkanı Chahe Bakmazjian, "Bir robot, yönetilmesi zor bir cihaz olabilir" diyor. "Birbirinin üzerine istiflenmiş altı döner mafsaldan oluşuyor, dolayısıyla hataları öngörmek çok zor. Hatayı genellikle meydana geldiğinde görüyorsunuz. Hiçbir uyarı yok."
Bakmazjian, "Uçak üreticileri genellikle büyük robotik sistemler kurarlar ancak bunları yalnızca hatalardan kaçınabileceklerini bildikleri sınırlı bir alanda kullanırlar" diyor. "Bu alanların dışına çıkmak istedikleri her zaman çok kısıtlayıcı oluyor."
COMPOSITES AQUITAINE'den Coubard, eski yazılımlarının değiştirilmesiyle programlama sürelerinin iki ila üç kat kısaldığını söylüyor.
"Robotmaster, parçalarımızı işlemek için CNC makinelerimizi kullandığımız şekilde çalışmamıza imkân veriyor" diyor. "Robotmaster, Mastercam® yazılımı ile birlikte çalışabildiği için 7 eksenli tam frezeleme ve delme işlemlerini hızlı ve kolay bir şekilde gerçekleştirebildik."
Coubard, ray üzerine monte edilmiş 6 eksenli bir robotu programlamak için Robotmaster'ı kullandıklarını söylüyor. Uygulamalar arasında Airbus A330 uçağı için cam elyafından yapılmış alet termal koruma parçaları ve Airbus Super-Puma MK II helikopter için petek parçaları yer alıyor.
"Robotmaster ile robotik dünyasından tam anlamıyla faydalanabiliyoruz. Artık kompozit parçalarımızı CNC makinesiyle işlediğimiz kadar kolay bir şekilde işleyebiliyoruz" diyor Coubard. "Aslında yeni simülasyon özelliği o kadar güçlü ki henüz tüm yeteneklerinden yararlanmadık bile."
Coubard, Robotmaster olmasaydı büyük olasılıkla robotikten vazgeçip eski CNC makineyle işleme yöntemlerine geri döneceklerini söylüyor.
AMRC'de Morgan'ın grubu havacılık ve diğer yüksek değerli endüstriler için karmaşık ürünlerin montajına yönelik yeni yöntemler geliştirmek üzere robotik ve metrolojiden yararlanıyor.
Morgan, "Son üç yıldır Robotmaster ile çalışıyoruz" diyor. "Yazılım, operatörlerimizin ve mühendislerimizin hücreyi hızlı ve etkili bir şekilde yeniden programlamasını ve makine yolunu optimize etmesini sağladı. Mükemmel bir esnekliğe ve kontrole sahip."
Morgan, "Bu yazılım özellikle araştırma ortamı için çok uygun çünkü iş yelpazemiz ve parça değişkenliğimiz çok çeşitli" diyor. "Burada hiçbir şey üretmiyoruz, bu nedenle çoğu zaman bir, iki veya üç parça yapıyor ve sonra başka bir parçaya geçiyoruz. Ancak havacılık sektörünün kendisi de yeniden yapılandırılabilirlik gerektiriyor, biz de bu gereksinimi Robotmaster ile karşılıyoruz."
Operatörler, yazılımın manuel öğretme müdahalesi veya düzeltme gerekmeden ilk seferde %100 çalıştığını bildiriyor. Karmaşıklık olmadan hatasız robot programlama. O kadar kolay ki yeni başlayanlar bile yapabilir.
Esnek bir robotu gelişmiş bir yazılım çözümüyle eşleştirin. Artık tüm robot özelliklerini kullanabilirsiniz. Başlarda aynı noktaya ulaşmanın çeşitli yollarını içeren karmaşık bir sistemin sorumluluğu olarak görünen şey artık gelişmiş yol optimizasyon araçlarıyla bir fırsat hâline gelmiş durumda.
Robotlar uçuşa hazır olduklarını kanıtladılar. Yalnızca tam potansiyellerini açığa çıkarmak için doğru yazılıma ihtiyaç duyuyorlar.