Firma Aerotec FFT EDAG vyvinula automatizovanou buňku pro výrobu kompozitních částí trupu

Zadání:
Automatizovat výrobu kompozitní skořepiny trupu pro Airbus A350 XWB. Vzhledem k náročnosti práce s karbonovými pryskyřicemi se tyto úkony tradičně vždy prováděly ručně.

Řešení:
Vývoj automatizované výrobní buňky, ve které probíhá umísťování a lepení vazníků pro vyztužení trupu. Vzhledem k sedmimetrovému rozměru sekce kostry trupu, která se vyztužuje jako celek, si tato práce vyžádala roboty FANUC s prodlouženým dosahem a vyšším užitečným zatížením.

Výsledek:
Automatizace vysoce přesné technologie s rozměrnými díly prokázala, že roboty jsou schopny dosahovat úrovní přesnosti, které tyto postupy vyžadují. Konstrukce této buňky prokázala, že tento proces je technicky i ekonomicky realizovatelný.

Stačí přilepit a letadlo může na start

Společnost FFT EDAG vyrobila výrobní buňku na součásti s uhlíkovými vlákny

V technologickém centru v Nordenhamu se zrodila nová výrobní technologie. Spolu s firmou Premium Aerotec vyvinula FFT EDAG automatizovanou výrobní buňku, která umísťuje vazníky do částí trupu z polymeru vyztuženého uhlíkovými vlákny. Výrobní buňka bude využita při výrobě letadel Airbus A350 XWB. Výroba nového Airbusu v současnosti začíná, první letadlo je již ve fázi závěrečné montáže. Výrobní zařízení jsou průběžně vylepšována, zejména je v plánu rozšířit míru automatizace. Křídla i konstrukce trupu nového letadla jsou vyrobeny kompozitní technologií s uhlíkovými vlákny. Výrobní zařízení vybudují společně FFT EDAG a pobočka společnosti EADS s názvem Premium Aerotec. Tyto dvě společnosti si pronajaly prostor v novém technologickém centru v Nordenhamu. Firma Premium Aerotec se specializuje na konstrukci strukturálních součástí letadel. Zajišťuje také provoz a modernizaci potřebných výrobních zařízení. Firma FFT EDAG se zabývá dodávkami výrobních linek na klíč a hotových řešení pro velkovýrobu a sériovou výrobu společnostem z mnoha oborů, zejména však z automobilového a leteckého průmyslu. Na světovém trhu je známa jako největší nezávislá vývojová společnost.

Ne vždy je příležitost zavádět v leteckém průmyslu nové technologie. Je to snadno pochopitelné: Z bezpečnostních důvodů firmy často dávají přednost tradičním metodám využívajícím ruční práce. Jestliže ale nyní dochází k zásadní změně používaných materiálů, jsou potřeba i nové výrobní postupy. A pokud má výroba dosahovat opakovatelné špičkové kvality a přitom konkurenceschopných nákladů, není otázkou, zda ji automatizovat, ale pouze jak. Prozatím je při výrobě kompozitní skořepiny trupu stále potřeba hodně ruční práce. První výrobní buňka má ukázat, že manuální sestavování vazníků lze automatizovat. Princip je dobře známý: Uhlíková vlákna přednapuštěná pryskyřicí, takzvaný Prepreg, se jedno na druhé vloží do formy. Počet vrstev závisí na požadované síly stěny. Kompozitní součásti jsou vytvrzovány „vypalováním“, což znamená zahřátí pod tlakem na teplotu zhruba 180 ° C. Aby bylo možno dosáhnout tuhosti potřebné pro trup letadla, jsou do prefabrikované skořepiny – která již má tvar trupu – podélně vkládány další výztuhy zvané vazníky. Protože proces probíhá před vytvrzením, označuje se jako fáze „vlhkého materiálu“.

Při automatizaci těchto kroků bylo potřeba překonat několik překážek. Přenášet know-how z jiných procesů je značně obtížné. Vysoce přesné letecké konstrukce nakonec musí být montovány z velkých a nepříliš tuhých částí. Automatizace by měla letecký průmysl přesvědčit nejenom po stránce technické, ale i ekonomické. Stejně jako v automobilovém průmyslu slibuje maximální flexibilitu z hlediska požadavků automatizace platformová strategie. Mike Wehn, projektový manažer ve firmě FFT EDAG Nordenham, vzpomíná, jak se snažili definovat požadavky: „Flexibilní programovatelné roboty nahradí nepružné velké přípravky.“

Flexibilita nejenom při zkouškách

Výsledek této snahy je již k vidění v technologickém centru v Nordenhamu – první skutečná výrobní buňka. Probíhají její zkoušky se součástí, která má zhruba poloviční velikost oproti originálu. Do sedm metrů dlouhé části trupu se vkládá celkem 16 vazníků. Oba roboty FANUC ve zkušební buňce jsou vybaveny rameny s dlouhým dosahem. Model R-2000iB/100P má maximální dosah 3500 mm. Jeden ze dvou robotů je upevněn k podlaze. Robot s nástrojovou hlavou je upevněn na kolejnicové jednotce. Všechny osy ovládá řídicí jednotka FANUC R-30iA. Je k ní připojeno celkem 17 os: dvě robotická ramena po šesti osách, kolejová jednotka a další čtyři osy hlavy provádějící zpracování. Hlava navíc obsahuje několik akčních členů, které jsou přes sběrnici Profibus připojeny k řídicí jednotce robotu. Wehn: „Robotická hlava vyniká díky čtyřem integrovaným servomotorům FANUC.“ Tyto motory umožňují úpravu vzájemné polohy postranních částí, takže lze hlavu přizpůsobit různým geometriím. V plánu je používat offline programy nejenom k simulacím, ale také přímo přenášet offline data do produkčních programů a pracovat s hodnotami získanými například z aplikací RobCAD a Catia. Wehn říká: „Ušetříme si ruční přizpůsobování hlavy, protože servomotory přizpůsobení pro jednotlivé programy provedou automaticky.“ V této fázi berou vývojáři z firmy FFT EDAG v úvahu různé skořepiny vyráběné firmou Premium Aerotec. Původně každá z nich vyžadovala samostatný nástroj, jinak nebylo možno zajistit přesné umístění vazníků. Tato speciálně vyvinutá, takzvaná spojovací hlava je navržena tak, že stačí jediný nástroj.
Nastavování pomocí servomotorů však není užitečné jen pro budoucí výrobu. I během fáze návrhu buňky znovu a znovu dochází ke změnám.

Jak říká Wehn, plány vývoje obecně nejsou v mnoha oblastech zcela přesně definované: „Spolu s firmou Aerotec pracujeme na výrobním systému, protože by mohl představovat budoucnost skutečné výroby – včetně aspektů využití prostoru a včetně logistiky.“
Firma FFT EDAG by nebyla sama sebou, kdyby tento vývoj nevedl k zahájení dalšího. Už totiž pracuje na projektu týkajícím se pokládání netkané textilie nebo jiných přídavných materiálů, které se mezi vazníky vkládají. Snaží se tím zvýšit přídavnou hodnotu vyvíjeného systému umísťování vazníků. A i další krok by bylo dobré automatizovat: nanášení povlaku, který vazníky i přídavné materiály pokryje.

Synchronní pohyby technologie s několika rameny

„Velmi důležitý,“ tvrdí Mike Wehn, „je pohybový profil robotu. Použité roboty R 2000iB musí uchopit paralelní vazníky vyrovnané paralelně s formou, přetáčivým pohybem je zvednout a s milimetrovou přesností vložit do formy.“ To, co firma prozatím testuje se dvěma roboty, by brzy mohlo získat větší rozměry: Na každé straně formy pak budou 4 roboty, které budou manipulovat s vazníky dlouhými až 18 metrů. K tomu je potřeba nejen přesnost, ale zejména dobrá synchronizace pohybů. Pomocí konvenčního programování by to bylo velmi náročné. “Díky funkci více ramen je však naučení takových pohybů velmi pohodlné,“ tvrdí Mike Wehn o schopnosti robotu učit se.
V rámci této sekvence uchopí každý robot jeden vazník, poté jej přetáčivým pohybem přenese do formy a podrží je několik centimetrů nad povrchem materiálu. Přitom je třeba všemi prostředky zabránit jakémukoli nekontrolovanému houpání vazníků. Stejně jako při lepení dlouhého pásu izolepy pak je jeden konec vazníku hlavou přesně uložen na povrch. Robot pak takzvanou spojovací hlavou pomalu pohybuje podél osy kolejnice, dokud nejsou vloženy celé vazníky. Takto lze vazníky vkládat bez použití reaktivní síly.
Mike Wehn vysvětluje, proč není při tomto vkládání vhodné používat jakoukoli sílu nebo tlak: „Při polohování musíme pracovat s přesností na tři desetiny milimetru.“ Wehn: „Naším úkolem mimo jiné bylo ukázat, že toto polohování dokážeme automatizovat tak, aby bylo vysoce přesné, opakovatelné a stabilní.“
Abychom během celého procesu zajistili naprostou přesnost v celém pracovním prostoru 18 x 3,5 metrů, instalovali jsme systém Leica, který měří pohyb robotu po vaznících v blízkosti TCP a úpravou 3D modelu vyrovnává vzniklé odchylky.