Aerotec in FFT EDAG sta razvila avtomatizirano celico za izdelavo delov za letalske trupe iz kompozitnih materialov

Naloga:
Avtomatizirati izdelavo lupine letalskega trupa iz kompozitnega materiala za Airbus A350 XWB. Običajno se je ta vrsta dela opravljala ročno zaradi zahtevnosti dela s smolami za ogljikova vlakna.

Rešitev:
Razvoj avtomatizirane proizvodne celice, v kateri se nameščajo in spajajo dodatni nosilci za ojačitev letalskega trupa. Za to delo so bili potrebni roboti FANUC s podaljšanim dosegom in večjo nosilnostjo, saj je bil trup, ki ga je bilo treba ojačati, dolg sedem metrov.

Rezultat:
Avtomatizacija tega neobičajnega procesa, ki zahteva veliko natančnost, je pokazala, da lahko roboti dosežejo zelo visoko raven natančnosti. Izdelava celice je dokazala, da je ta proces izvedljiv v tehnološkem in ekonomskem smislu.

Pripravljeni za lepljenje in odpremljanje

Proizvodne celice za ogljikove komponente ponudnika FFT EDAG

Tehnološko središče Nordenham je rojstni kraj nove proizvodne tehnologije. Podjetje FFT EDAG je v sodelovanju z družbo Premium Aerotec razvilo avtomatizirane proizvodne celice za pozicioniranje nosilcev za dele letalskih trupov CFRP. Proizvodne celice se bodo uporabljale za proizvodnjo letala Airbus A350 XWB. Trenutno se odpira proizvodnja novega modela Airbus, v okviru katere je prvo letalo v zaključni sestavljalni fazi. Proizvodni obrati se izboljšujejo zlasti na področju avtomatizacije, ki je vedno bolj razširjena. Krila in struktura trupa novega letala so izdelani s tehnologijo kompozitnih materialov iz ogljikovih vlaken. Proizvodne obrate bosta skupaj razvijali podružnica podjetja EADS Premium Aerotec in podjetje FFT EDAG, ki si delita prostor v novem tehnološkem središču Nordenham. Družba Premium Aerotec se je specializirala za proizvodnjo sestavnih delov strukture letal. Premium Aerotec upravlja ustrezne povečane proizvodne obrate. FFT EDAG dobavlja številnim podjetjem – zlasti v avtomobilski in letalski industriji – rešitve za masovno in serijsko proizvodnjo, ki so pripravljene za uvajanje, ter proizvodne linije na ključ. Podjetje je priznano kot največje neodvisno razvojno podjetje na globalnem trgu.

Priložnost uvajanja novih tehnologij v letalsko industrijo ni bila vedno na voljo, česar sicer ni težko razumeti: zaradi varnostnih razlogov imajo pogosto prednost običajne prakse, ki vključujejo ročno delo. V primeru večjih sprememb pri uporabljenih materialih so zelo pomembni nove pristopi k proizvodni. V okviru zagotavljanja stalne vrhunske kakovosti in stroškovne konkurenčnosti v proizvodnih obratih se ne postavlja vprašanje, ali uvesti avtomatizacijo, temveč, kako jo uvesti. Izdelava lupine letalskega trupa iz kompozitnega materiala trenutno še vedno zahteva veliko ročnega dela. Namen prvih proizvodnih celic je pokazati, da je ročno nastavitev nosilcev mogoče avtomatizirati, in sicer po znanem načelu: s smolo impregnirana ogljikova vlakna (prepregi) so nameščena v kalup, tako da se prekrivajo v več plasteh, odvisno od zahtevane debeline stene. Deli iz kompozitnih materialov se utrdijo s »pečenjem«, pri čemer so segreti v pečici in nato utrjeni s tlačnim stiskanjem pri temperaturi 180 °C. Da se zagotovi zahtevana togost letalskega trupa, se v montažno lupino, ki že ima obliko trupa, vstavijo dodatni podolgovati oporniki, imenovani nosilci. Ta faza nastopi pred fazo sušenja in se imenuje »močenje materiala«.

Na poti avtomatizacije teh korakov je treba premostiti določene težave. Prenos znanja iz drugih proizvodnih procesov je zelo zahteven. Na koncu je treba strukture letal, izdelane z veliko natančnostjo, sestaviti iz velikih in ne preveč togih delov. Pri tem mora avtomatizacija prepričati letalsko industrijo tako po tehnični kot tudi po ekonomski plati. Podobno kot v avtomobilski industriji strategija platforme omogoča največjo mero fleksibilnosti glede na zahteve avtomatizacije. Mike Wehn, projektni vodja podjetja FFT EDAG Nordenham, se spominja razvoja tehničnih zahtev: »Fleksibilni programirljivi roboti bodo nadomestili nefleksibilna velika vpenjala.«

Več kot le preizkušena fleksibilnost

V tehnološkem središču Nordenham so razvili prvo dejansko proizvodno celico, ki je preizkušena s komponento, katere velikost že zdaj dosega polovico velikosti izvirnika. V sedem metrov dolg trup je bilo vstavljenih skupno 16 nosilcev. Oba robota podjetja FANUC v preizkusni celici sta opremljena z robotskimi rokami dolgega dosega. Model robota R-2000iB/100P ima doseg kar 3500 mm. Eden od robotov je nameščen na tla. Robot z glavo orodja je nameščen na tračno enoto. Krmilnik za robote FANUC R-30iA omogoča upravljanje vseh osi. Povezanih je skupno 17 osi, dve robotski roki (vsaka s šestimi osmi), tračna enota in dodatne štiri osi obdelovalne glave. Poleg tega je v glavi nameščenih več aktuatorjev, ki so integrirani s krmilnikom za robote prek vodila Profibus. Wehn: »Glavna značilnost robotske glave so štirje integrirani servomotorji FANUC.« Ti servomotorji omogočajo medsebojno poravnavo stranskih delov, zaradi česar je mogoče glavo prilagoditi različnim oblikam. Programi brez povezave se ne uporabljajo samo za simulacijo, ampak tudi ta neposreden prenos podatkov zunaj proizvodnih procesov v programe v proizvodnji in obdelavo vrednosti iz programov, kot sta RobCAD ali Catia. Wehn: »Prihranili bomo delo in čas z ročnimi prilagoditvami za glavo, saj se servomotorji samodejno prilagodijo glede na posamezen program.« Na tej stopnji so razvijalci v podjetju FFT EDAG uporabili različne lupine družbe Premium Aerotec. Prej je bilo za vsako obliko potrebno ločeno orodje za natančno pozicioniranje nosilcev, ta posebna krožno spojitvena glava pa je zasnovana tako, da omogoča uporabo enega samega orodja.
Prilagoditev s servomotorji ne pomeni prednosti samo za prihodnjo proizvodnjo, temveč tudi za fazo zasnove celic z vedno novimi spremembami.

Kot pravi Wehn, razvojni načrti na številnih področjih niso prav natančno določeni: »V sodelovanju z družbo Aerotec razvijamo sistem proizvodnje, ki bi se lahko uporabljal v dejanski prihodnji proizvodnji – vključno z vidiki izkoriščanja prostorov in logističnimi vidiki.«
Značilnost podjetja FFT EDAG je tudi to, da njegovi trenutni razvojni programi utirajo pot naslednjim razvojnim programom. Ker želijo povečati dodano vrednost v proizvodnem sistemu za polaganje nosilcev, so vpeljali tudi projekt polaganja nevezanih plošč ali drugih dodatnih materialov, ki jih vstavijo med nosilce. Avtomatiziran bo tudi naslednji korak: nanos premaza, ki prekrije nosilce in dodatne materiale.

Sinhrono premikanje tehnologije z več robotskimi rokami

Mike Wehn pravi, da je profil gibanja robota »zelo pomemben«. Roboti R 2000iB so morali dvigovati nosilce, vzporedno poravnane s kalupom, jih obrniti in nato položili v kalup z milimetrsko natančnostjo. Postopki, ki se trenutno preizkušajo s samo dvema robotoma, se lahko kmalu razširijo: vzdolž kalupa bodo na vsaki strani štirje roboti, ki bodo ravnali z nosilci dolžine do 18 m. Ta postopek zahteva natančno in še bolj sinhronizirano gibanje, kar bi bilo z običajnim programiranjem zelo težko doseči. »Zaradi funkcionalnosti z več robotskimi rokami je učenje zelo preprosto,« meni Mike Wehn o postopkih učenja robotov.
Vrstni red nalog je naslednji: roboti dvignejo posamezni nosilec in ga z obračanjem prenesejo v kalup, kjer ga pridržijo nekaj centimetrov nad površino materiala. Morebitno nenadzorovano nihanje nosilcev je treba nujno preprečiti. Kot pri pritrditvi z dolgim kosom lepilnega traku bo glava natančno namestila konec nosilca na površino. Robot se nato s krožno spojitveno glavo počasi premika vzdolž tračne osi, dokler ni vstavljen celoten nosilec. Na ta način je nosilec vstavljen v glavnem brez morebitne reaktivne sile.
Mike Wehn pojasni, zakaj je tudi vstavljanje treba izvesti brez kakršnih koli sil ali napetosti: »Pri pozicioniranju je treba doseči natančnost +/–3/10 mm.« Wehn: »Naša naloga je bila med drugim tudi prikazati, da lahko ta postopek pozicioniranja avtomatiziramo na visoko ponovljiv, natančen in stabilen način.«
Dodali smo sistem Leica, ki meri gibanje robota prek nosilcev v bližini točke TCP in odpravlja odstopanja, ki se pojavijo pri prilagoditvi 3D-modela, da zagotovimo absolutno natančnost v celotnem delovnem območju 18 x 3,5 m za celoten proces.