Spoločnosť Aerotec FFT EDAG vytvorila automatizované zariadenie, ktoré vyrába dielce na trupy z leteckých kompozitov

Úloha:
Automatizovať výrobu kompozitového trupu lietadla Airbus A350 XWB. Táto práca sa robila vždy manuálne vzhľadom na náročnú povahu práce s uhlíkovými vláknami.

Riešenie:
Vytvoriť automatizované výrobné zariadenie, ktoré umiestni a pripevní pásy na posilnenie trupu lietadla na správne miesto. Zosilnenie sedem metrov dlhého trupu si vyžadovalo pomoc v podobe robotov FANUC s rozšíreným dosahom a vyššou kapacitou užitočného zaťaženia.

Výsledok:
Automatizácia tohto nemotorného procesu, ktorý si vyžaduje vysokú presnosť, ukázala, že roboty dokážu poskytovať vysoké stupne presnosti, ktoré tieto procesy vyžadujú. Zostrojenie tohto zariadenia je dôkazom toho, že to je technicky a finančne možné.

Stačí nalepiť a výsledok je na svete

Spoločnosť FFT EDAG vytvorila jednotku na výrobu uhlíkových komponentov

Technologické centrum v meste Nordenham je rodiskom novej technológie výroby. V spolupráci s Premium Aerotec spoločnosť FFT EDAG vyvinula automatizovanú výrobnú jednotku, ktorá umiestňuje nosníky vo výrobe dielov na trupy lietadiel, ktoré sú z plastu zosilneného uhlíkovými vláknami. Táto výrobná jednotka sa bude používať pri výrobe lietadla Airbus A350 XWB. Výroba nových lietadiel Airbus sa práve začína a prvé lietadlo je v záverečnom štádiu montáže. Výrobné zariadenia sa zlepšujú, najmä čo sa týka stupňa rozšírenia automatizácie. Krídla a konštrukcia trupu nového lietadla sú vyrobené technológiou kompozitov uhlíkových vlákien. Výrobné zariadenia spoločne vyvíja EADS, sesterská spoločnosť Premium Aerotec, a spoločnosť FFT EDAG. Tieto dve spoločnosti si prenajali priestor v novom technologickom centre v meste Nordenham. Spoločnosť Premium Aerotec sa špecializuje na konštrukciu štruktúrnych komponentov lietadiel. Premium Aerotec prevádzkuje a vylepšuje potrebné výrobné zariadenia. FFT EDAG dodáva hotové riešenia na sériovú výrobu a komplexné riešenia pre výrobné linky pre rôzne odvetvia, najmä pre automobilový a letecký priemysel. Na celosvetovom trhu je spoločnosť známa ako najväčšia nezávislá spoločnosť, ktorá sa venuje vývoju.

Spoločnosť nemala vždy príležitosť zavádzať do leteckého priemyslu nové technológie. Dôvod je zrejmý: Z bezpečnostných dôvodov sa pri úkonoch, ktoré zahŕňajú manuálnu prácu, často preferujú tradičné praktiky. Ak by sa zásadne zmenili používané materiály, museli by sa zmeniť aj výrobné metódy. Ak chceme poskytovať opakovateľné produkty najvyššej kvality s čo najnižšími nákladmi, otázka neznie, či automatizovať, ale ako automatizovať výrobu. Zostavenie kompozitového trupu lietadla si stále vyžaduje veľa manuálnej práce. Prvá výrobná jednotka dokazuje, že manuálne nastavovanie nosníkov sa môže automatizovať. Princíp je známy: Živicou vopred impregnované uhlíkové vlákna, nazývané Prepreg, sa naukladajú na seba do formy a v závislosti od požadovanej hrúbky vytvoria niekoľko vrstiev. Kompozitné diely sa spevnia „pečením“, to znamená, že sa vložia do pece s teplotou 180 °C, kde sa pod tlakom spevnia. Na to, aby bol trup lietadla dostatočne pevný, sa do prefabrikovanej kostry vložia ďalšie nosníky, pozdĺžne výstuže, ktorých tvar zodpovedá tvaru trupu. Keďže tento proces sa odohráva ešte pred sušením, nazýva sa „mokrý proces“.

Automatizácia týchto krokov sa musí vyrovnať s niekoľkými problémami. Je veľmi ťažké zosumarizovať vedomosti z iných procesov. Vysokopresné konštrukcie lietadiel sa skladajú z veľkých, nie veľmi pevných dielov. Zároveň musí byť automatizácia technicky aj finančne výhodná, aby sa ujala v leteckom priemysle. Podobne ako v automobilovom priemysle, stratégia spoločnej platformy sľubuje maximálnu flexibilitu s ohľadom na požiadavky automatizácie. Mike Wehn, projektový manažér spoločnosti FFT EDAG v Nordenhame, hovorí o tom, ako sa vyvíjali technické špecifikácie: „Flexibilne programovateľné roboty by mali nahradiť veľké neflexibilné príslušenstvo.“

Flexibilita nie je potrebná len na testovanie

Výsledok, ku ktorému technologické centrum v Nordenhame speje, je prvá skutočná výrobná jednotka. Testovaný komponent je o polovicu menší ako pôvodný. Do sedemmetrového lietadlového trupu sa vkladá dokopy 16 nosníkov. Obidva roboty FANUC v testovacej jednotke sú vybavené ramenami s dlhým dosahom. Robot R-2000iB/100P má maximálny dosah 3500 mm. Jeden z robotov je primontovaný na podlahu. Robot s obrábacou hlavicou je primontovaný na koľajniciach. R-30iA, riadiaca jednotka robota FANUC, riadi všetky osi. V činnosti je až 17 osí – po šesť osí na každom z dvoch ramien robota, os koľajnice a štyri osi spracujúcej hlavice. Okrem toho je v hlavici nainštalovaných niekoľko poháňacích zariadení. Tie sú prostredníctvom rozhrania Profibus prepojené s riadiacou jednotkou robota. Wehn: „Najväčší prínos, ktorý hlavica robota prináša, sú štyri integrované servomotory značky FANUC.“ Tieto servomotory umožňujú vzájomné nastavenie bočných dielov, takže hlavica je dokonale flexibilná v rôznych smeroch. Plánuje sa, že offline programy sa nebudú využívať len na simulácie, ale tiež na priamy prenos offline údajov do výrobných programov a na prácu s výslednými hodnotami programov ako RobCAD alebo Catia. Wehn: „Zachováme manuálne nastavovanie hlavíc, pretože servomotory sa na každý program nastavia automaticky.“ V tomto štádiu vývojári spoločnosti FFT EDAG vzali do úvahy odlišné kostry, ktoré spoločnosť Premium Aerotec využíva. Na presné umiestnenie nosníkov do jednotlivých foriem boli pôvodne potrebné samostatné nástroje. Táto špeciálne vyvinutá hlavica, tzv. otočná lepiaca hlavica, nahrádza všetky ostatné nástroje.
Nastavenie prostredníctvom servomotorov je prínosné nielen z hľadiska budúcej výroby. Už počas fázy projektovania dochádza k neustálym zmenám.

Plány vývoja vo všeobecnosti nie sú dotiahnuté do posledných detailov. Ako vysvetľuje Wehn: „So spoločnosťou Aerotec pracujeme na vývoji novej podoby výrobného systému a berieme pritom do úvahy aspekt využitia priestoru a logistiky.“
Pre spoločnosť FFT EDAG je viac než príznačné, že tento vývoj spúšťa ďalší vývoj. S cieľom zvýšiť pridanú hodnotu tej fázy výroby, kedy sa vkladajú nosníky, vyvíjajú systém, v rámci ktorého sa medzi nosníky budú vkladať netkané plechy alebo iné pomocné materiály. Automatizovať sa má aj ďalší krok: nanesenie povlaku na nosníky a pomocný materiál.

Synchrónny pohyb technológie viacerých ramien

Podľa slov Mikea Wehna je veľmi dôležitý profil pohybu robota. Roboty R 2000iB sa doposiaľ využívali takým spôsobom, že rýchlo zdvihli paralelné nosníky zarovnané s formou a s milimetrovou presnosťou ich umiestnili do formy. To, čo sa teraz testuje na dvoch robotoch, by neskôr mohlo prerásť do väčších rozmerov: Štyri roboty na každej dlhej strane formy by mohli manipulovať s nosníkmi s dĺžkou do 18 m. Táto úloha si vyžaduje presnosť a ešte viac synchronizáciu pohybu. S obvyklým programovaním by takáto úloha bola veľmi náročná. “„Vďaka funkcii ovládania viacerých ramien sa to robot dokáže naučiť veľmi jednoducho,“ hovorí Mike Wehn o schopnosti robota učiť sa.
Postup je taký, že roboty zdvihnú po jednom nosníku, otočia ich do správnej polohy a vložia do formy, a potom ich držia pár centimetrov nad povrchom. Nosníky sa pritom nesmú žiadnym spôsobom kolísať. Nosník sa prilepí pomocou dlhého pásu samolepiacej pásky tak, aby jeden koniec nosníka bol na povrchu hneď vedľa hlavice. Takzvaná otočná lepiaca hlavica sa pomaly pohybuje pozdĺž osi koľajnice, až kým celý nosník nie je správne vsadený. Týmto spôsobom sa nosníky môžu vkladať bez reakčnej sily.
Mike Wehn vysvetľuje, prečo je dôležité, aby sa vkladanie vykonávalo bez použitia sily alebo tlaku: „Umiestňovanie musí dosahovať presnosť s maximálnou odchýlkou tri desatiny milimetra.“ Wehn: „Našou úlohou bolo okrem iného dokázať, že vieme automatizovať proces umiestňovania presným a stabilným spôsobom s vysokou mierou opakovateľnosti.“
Na zabezpečenie maximálnej presnosti v celom pracovnom priestore s rozlohou 18 x 3,5 metra, v ktorom sa celý proces odohráva, bol pridaný systém Leica, ktorý meria robot počas jeho pohybu naprieč nosníkmi v blízkosti TCP a upravuje odchýlky, ktoré sa pri nastavovaní 3D modelu objavia.