Используйте навигацию

Компания Aerotec FFT EDAG разрабатывает автоматизированный модуль для изготовления композитных деталей фюзеляжа

Задача:
Автоматизация процесса изготовления композитной обшивки фюзеляжа для Airbus A350 XWB. Такие операции традиционно выполнялись вручную по причине сложности работы с синтетическими смолами для углеродного волокна.

Решение:
Разработка автоматизированного производственного модуля для установки и склейки продольных элементов жесткости фюзеляжа. Принимая во внимание семиметровую длину усиливаемой секции фюзеляжа, для выполнения этой задачи требовались роботы FANUC с увеличенной досягаемостью и грузоподъемностью.

Результат:
Автоматизация этого непростого прецизионного процесса продемонстрировала, что роботы могут обеспечивать высокие показатели точности и в этой отрасли. Разработка данного модуля подтвердила технологическую и экономическую возможность автоматизации подобных процессов.

Инновационные решения в области автоматизации сборки элементов жесткости

К склейке и взлету готов

FFT EDAG построила производственный модуль для изготовления компонентов из углепластика

Технологический центр в Норденхаме является родиной новой технологии производства. FFT EDAG совместно с Premium Aerotec разработала автоматизированный производственный модуль для позиционирования элементов жесткости углепластиковых деталей фюзеляжа. Производственный модуль планируется использовать для изготовления узлов Airbus A350 XWB. В настоящее время ведется производство нового самолета Airbus, и первый самолет уже находится на этапе окончательной сборки. Модернизируются производственные мощности, и среди прочего повышается уровень автоматизации. Новый самолет, включая крылья и конструкцию фюзеляжа, производится по технологии композитного материала на основе углеродного волокна. Модернизация производственных мощностей будет проводиться компанией Premium Aerotec, подразделением EADS, совместно с FFT EDAG. Эти две компании арендуют площади в новом технологическом центре в Норденхаме. Premium Aerotec специализируется на изготовлении деталей конструкции самолетов. Управление необходимыми производственными мощностями, а также их расширение будет осуществляться компанией Premium Aerotec. FFT EDAG разрабатывает готовые решения для крупно- и мелкосерийного производства, являясь поставщиком производственных линий «под ключ» для многих отраслей промышленности, в частности, автомобильной и аэрокосмической. На мировом рынке компания считается крупнейшей независимой проектной организацией.

В аэрокосмической отрасли не всегда существовала возможность внедрения новых технологий. Это легко объяснимо: из соображений безопасности предпочтение зачастую отдается традиционным методам производства с использованием ручного труда. Сейчас происходит кардинальная замена используемых материалов, поэтому необходимы новые технологии производства. Стабильно высокое качество и конкурентные издержки при производстве обеспечиваются тогда, когда вопрос стоит не о самой целесообразности автоматизации производства, а только о том, как провести такую автоматизацию. Ранее изготовление композитной обшивки фюзеляжа требовало большого объема ручной работы. Первый производственный модуль должен доказать возможность автоматизации ручного позиционирования элементов жесткости. Принцип известен: предварительно пропитанные смолой углеродные волокна, называемые препрегами, послойно помещаются в пресс-форму, при этом количество слоев зависит от требуемой толщины стенки. Композитные детали затвердевают в процессе «спекания» — выдержки под давлением в печи примерно при 180 °C. Для достижения требуемой жесткости фюзеляжа самолета в предварительно изготовленную обшивку вставляются дополнительные продольные связи, имеющие форму фюзеляжа и называемые ребрами жесткости. Поскольку процесс выполняется до отверждения в печи, данный этап именуется «мокрым материалом».

При автоматизации этих процессов возникает несколько проблем. Очень сложно перенести в них специальные технологические тонкости других производственных процессов. Высокоточные узлы самолетов должны собираться из больших деталей невысокой жесткости. В то же время автоматизация в авиационной отрасли должна быть целесообразна как с технической, так и с экономической точки зрения. Как и в автомобильной промышленности, стратегия платформы включает максимальную гибкость в число требований, предъявляемых к автоматизации. Майк Вен, руководитель проекта в подразделении FFT EDAG в Норденхаме, вспоминает разработку технических требований: «Гибкие программируемые роботы должны заменить непереналаживаемую громоздкую оснастку».

Гибкость не только при тестировании

В результате в технологическом центре в Норденхаме появился первый производственный модуль. Он протестирован на копии компонента, размер которой примерно вдвое меньше размера оригинала. В семиметровую секцию обшивки вставляется 16 элементов жесткости. Оба робота FANUC в тестовом модуле оснащены руками с большой досягаемостью. Робот модели R-2000iB/100P имеет максимальную досягаемость 3500 мм. Один из двух роботов установлен на полу. Подвижный робот с держателем инструмента установлен на направляющем устройстве. Управление всеми осями производится контроллером робота FANUC R-30iA. К нему подключено в общей сложности 17 осей: шестиосевые руки двух роботов, направляющее устройство и четырехосевая обрабатывающая головка. Кроме того, на головке установлено несколько силовых приводов, подключенных через шину Profibus к контроллеру робота. Вен говорит: «Особенностью головки робота являются четыре установленных на ней серводвигателя FANUC». Эти серводвигатели обеспечивают регулировку взаимного положения боковых деталей, что позволяет адаптировать головку под различные геометрии. Идея заключается в использовании автономных программ не только для симуляции, но и для прямой передачи данных программам производства и работы с данными, полученными, например, из RobCAD или Catia. Вен говорит: «Вручную мы настраиваем только головку, а серводвигатели настраиваются под каждую программу автоматически». На данном этапе разработчики FFT EDAG обратили внимание на различные обшивки, выпускаемые Premium Aerotec. Изначально для высокоточного позиционирования элементов жесткости на обшивке конкретной формы требовалась отдельная оснастка. Специально разработанная так называемая головка для склейки прокаткой требует применения всего одного инструмента.
Регулировка с помощью серводвигателей полезна не только для будущего производства. Даже на этапе разработки модуля изменения могут вноситься неоднократно.

Вообще, со слов Вена, планы проектных работ по многим направлениями не определены окончательно: «Совместно с Aerotec мы разрабатываем производственную систему с учетом ее будущей эксплуатации, принимая во внимание вопросы использования площадей и логистики».
Но FFT EDAG не была бы сама собой, если бы в этом проекте не была заложена основа для следующего. В целях повышения добавленной стоимости в производственной системе позиционирования элементов жесткости ведется работа над проектом вставки листов нетканых или других вспомогательных материалов между элементами жесткости. Требуется также автоматизировать и следующий этап — нанесение пленки, покрывающей элементы жесткости и вспомогательные материалы.

Синхронизация движений нескольких рук

«Профиль движений робота очень важен», —говорит Майк Вен. Применяемые роботы R 2000iB берут элементы жесткости, предварительно уложенные параллельно пресс-форме, поднимают их с одновременным переворотом и затем помещают в пресс-форму с миллиметровой точностью. Тесты, выполняемые в настоящее время только с двумя роботами, вскоре станут полномасштабными: четыре робота с каждой длинной стороны пресс-формы будут перемещать 18-метровые элементы жесткости. Это требует точности и, что даже более важно, синхронизации движений. При использовании обычного программирования это было бы сложной задачей. «Благодаря функции нескольких рук обучение стало очень удобным», — Майк Вен комментирует обучение робота выполнению операций.
Последовательность операций следующая: роботы берут элемент жесткости, переносят его с переворотом в пресс-форму и удерживают в нескольких сантиметрах над поверхностью материала. Необходимо любыми средствами предотвращать любое неконтролируемое раскачивание элементов жесткости. Как и в случае приклейки длинной полосы скотча, один конец элемента жесткости затем будет точно установлен головкой на поверхность. Робот медленно перемещает так называемую головку для склейки прокаткой вдоль оси направляющего устройства до тех пор, пока элемент жесткости не будет полностью вставлен. Таким образом можно практически избежать противодействующей силы при вставке элемента жесткости.
Майк Вен поясняет, почему даже вставка должна выполняться без каких-либо усилий или натяжения: «Позиционирование должно осуществляться с точностью плюс-минус три десятых миллиметра». Вен говорит: «Помимо всего прочего, наша задача заключалась в том, чтобы продемонстрировать возможность автоматизации процесса позиционирования с обеспечением постоянно высокой точности и стабильности».
Для обеспечения абсолютной точности всего процесса в пределах рабочей зоны размером 18 x 3,5 м была применена система Leica, измеряющая местоположение робота при его движении поперек элементов жесткости в районе центра инструмента и корректирующая возможные отклонения за счет внесения поправок в трехмерную модель.