Навигация

Aerotec FFT EDAG разработва автоматизирана работна клетка за конструиране на композитни части за корпуси на самолети

Заданието:
Автоматизиране на конструирането на композитна обвивка за корпуса на Airbus A350 XWB. Традиционно, този вид работа винаги се е извършвала ръчно, предвид трудностите при работа с въглеродни влакна, споени със смола.

Решението:
Разработване на автоматизирана производствена клетка, в която усилващите корпуса ребра се позиционират и закрепват на място. За задачата бяха необходими роботите на FANUC с разширен обсег и капацитет за по-тежък полезен товар, вземайки предвид размерите на седемметровата част от корпуса, която трябваше да бъде подсилена.

Резултатът:
Автоматизирането на този нестандартен високопрецизен процес показа, че роботите са способни да осигурят високите нива на точност, необходими при подобни процеси. Конструирането на работната клетка доказа, че този процес е постижим от технологична гледна точка.

Технологичен пробив в автоматизацията за стрингери

Готови за залепване и излитане

FFT EDAG изгражда производствена клетка за въглеродни компоненти

Технологичният център в Норденхам е мястото на раждане на нова производствена технология. FFT EDAG и Premium Aerotec разработиха автоматизирана производствена клетка за позиционирането на стрингери за части на самолетен корпус от въглеродна пластика (CFRP). Автоматизираната клетка ще се използва при производството на Airbus A350 XWB. То стартира в момента и първият самолет е в крайния етап на сглобяване. Производствените мощности се подобряват, трябва да се повиши особено степента на автоматизация. Както крилата, така и конструкцията на корпуса на новия самолет, се произвеждат чрез технология от композитни вещества с въглеродни влакна. Производствените мощности ще бъдат разработени съвместно от дъщерното дружество Premium Aerotec на EADS и FFT EDAG. Тези две компании наеха площи в новия технологичен център в Норденхам. Premium Aerotec са специализирани в конструирането на компоненти от конструкцията на самолетите. Управител и оптимизатор на необходимите производствени мощности е Premium Aerotec. FFT EDAG извършва доставки за много отрасли, по-специално за автомобилната и авиационната промишленост. Фирмата има готови решения за масово и партидно производство и производствени линии „до ключ“. Тя е призната на глобалния пазар като най-голямата независима развойна компания.

Не винаги е съществувала възможност за въвеждане на нови технологии в авиационната промишленост. Това има просто обяснение: от съображения за сигурност, често са предпочитани традиционни практики, включващи ръчна работа. Тъй като днес има фундаментална промяна в използваните материали, от съществено значение са новите методи на производство. За да се произвежда с постоянно високо качество и на конкурентни цени, въпросът е не дали, а само как да се автоматизира производството. Досега изграждането на композитна обвивка за корпуса все още изисква много ръчна работа. Първата производствена клетка трябва да демонстрира, че ръчният монтаж на стрингерите може да се автоматизира. Принципът е известен: въглеродните влакна, предварително импрегнирани със смола, така наречените препрег, се поставят във форма едно над друго на няколко нива в зависимост от необходимата дебелина на стената. Композитните детайли се втвърдяват чрез „изпичане“. Нагряват се в пещ под налягане при около 180° C, където се втвърдяват. За да се постигне необходимата за самолетен корпус устойчивост, допълнителни надлъжни елементи, т.нар. стрингери, се поставят в предварително произведена обвивка, която вече има формата на корпуса. Тъй като този процес се извършва преди втвърдяването, фазата се нарича „мокър материал“.

Автоматизацията на тези стъпки трябва да преодолее някои пречки. Много е трудно да се черпиопит от други процеси. Накрая високопрецизните самолетни конструкции трябва да бъдат сглобени от големи, не много корави части. В същото време, автоматизацията трябва да убеди авиационната промишленост, че има не само технически, но и икономически предимства. Както при автомобилната промишленост, платформената стратегия обещава максимална гъвкавост по отношение на изискванията за автоматизация. Майк Уен, мениджър проекти в FFT EDAG Норденхам, си спомня за разработването на спецификациите: „Гъвкави програмируеми роботи трябва да заместят негъвкави големи закрепващи приспособления.“

Гъвкавост не само за теста

Резултатът, който в момента се намира в технологичния център Норденхам, е първата действаща производствена клетка. Тя е изпитана с компонент, който е почти на половина отразмерите на оригинала. Поставят се общо 16 стрингера в дългия седем метра корпус. И двата робота на FANUC в тестовата клетка са модели с дълъг обсег. Роботът модел R-2000iB/100P има максимален обсег 3500 мм. Единият от двата робота е монтиран на пода. Роботът, който държи инструменталната глава, е монтиран на релси. Контролерите на роботите, R-30iA на FANUC, управляват всички оси. Свързани са общо 17 оси, две ръце на роботи с по шест оси всяка, релси и други четири оси на обработващата глава. Освен това в главата са инсталирани няколко задвижващи устройства, които са интегрирани посредством Profibus с контролерите на роботите. Уен: „Забележителното при роботизираната глава са четирите интегрирани сервомотора на FANUC.“ Тези сервомотори позволяват на страничните части да се регулират една спрямо друга, така че главата да може да се приспособява към различни форми. Идеята е да е използват офлайн програми не само за симулация, но и за директно прехвърляне на данни офлайн към програмите за производство.Работи се със стойностите, които постъпват например от RobCAD или Catia. Уен: „Ще си спестим ръчните настройки на главата, защото двата сервомотора се регулират сами автоматично за всяка програма“. На този етап разработчиците в FFT EDAG са взели под внимание различните обвивки от Premium Aerotec. Първоначално всяка от тези форми изискваше отделен инструмент за прецизно позициониране на стрингерите. Тази специално разработена глава за съединяване чрез валцоване е проектирана така, че е необходим само един инструмент.
Регулирането от сервомоторите има своите предимства не само за бъдещото производство. Дори по време на фазата на проектиране на клетката непрекъснато се правят промени.

По принцип не е взетоокончателно решение относно плановете за разработка в много области. Както споделя Уен: „Работим с Aerotec за разработване на производствена система, каквато може да има в бъдещо действително производство. Работим върху аспекти, свързани с използването на пространството, както и с логистиката.“
FFT EDAG нямаше да бъде FFT EDAG, ако това подобрение не провокираше следващото. За да увеличат добавената стойност в производствената система за полагане на стрингерите, те работят по проект за полагане на нетъкани текстилни платна или други помощни материали, които се поставят между стрингерите. Следващата стъпка също ще бъде автоматизирана: нанасянето на филм, който покрива стрингерите и помощните материали.

Технология за синхронно движение на много ръце

„Много е важен“, казва Майк Уен, „профилът на движение на робота. Използваните роботи R 2000iB трябва да взимат паралелните стрингери, които се подават подравнени успоредно с формата. След това ги повдигат с обръщащо движение и да ги поставят с точност до милиметър във формата. Това, което в момента се тества само с два робота, би могло скоро да придобие големи размери: след това ще има 4 робота от всяка дълга страна на формата, които ще манипулират стрингери с дължина до 18 м. Това изисква не само прецизност, но и повече синхронизация на движенията. Начинанието би било трудно, ако се използва стандартно програмиране. „Благодарение на функцията за много ръце, роботът може лесно да бъде обучен“, казва Майк Уен относно операциите за обучение на робота.
Последователността от операции изглежда така: всеки от роботите взима по един стрингер, след това с обръщащо движение го подава към формата и го държи на няколко сантиметра над повърхността на материала. Всяко неконтролирано люлеене на стрингерите трябва непременно да бъде предотвратено. Както при залепването на дълга лента тиксо, единият край на стрингера се поставя върху повърхността точно до главата. Роботът бавно се придвижва с валцоващата глава по дължината на релсата, докато не бъдат поставени всички стрингери. По този начин стрингерът може да бъде поставен почти без никаква противодействаща сила.
Майк Уен обяснява защо поставянето трябва да се извършва без сила или напрежение: „При позиционирането трябва да постигнем точност от плюс/минус три десети от милиметъра.“ Уен: „Наред с останалото, задачата ни беше да покажем, че можем да автоматизираме това позициониране с висока повторяемост, точност и стабилност.“
За да гарантираме абсолютна точност по цялата работна област от 18 x 3,5 метра за целия процес, бе монтирана допълнително система на Leica, която следи робота по време на движението му около стрингерите, близо до TCP и коригира възникващите отклонения чрез регулиране на 3D модела.