Доступ до навігації

Компанія Aerotec FFT EDAG розробляє автоматизований модуль, щоб збирати частини фюзеляжу з композитних матеріалів

Завдання.
Автоматизувати збірку обшивки фюзеляжу з композитних матеріалів для літака Airbus A350 XWB. Зазвичай такі операції завжди виконувалися вручну через складний характер роботи з вуглеволокном.

Рішення.
Створити автоматизований виробничий модуль, у якому стрингери для посилення фюзеляжу розташовуються та скріплюються на місці. Для цього завдання потрібні були роботи FANUC із подовженим радіусом дії та збільшеною вантажопідйомністю, беручи до уваги семиметровий корпус літака, який треба було посилити.

Результат.
Автоматизація цього незручного високоточного процесу довела, що роботи здатні забезпечувати безкомпромісний рівень точності, необхідний для таких операцій. Створення модуля показало, що це завдання було здійсниме як із технологічної, так і з економічної точки зору.

Легкість, на яку чекали авіатори

Компанія FFT EDAG створила модуль виготовлення вуглецевих компонентів

Технопарк "Норденхам" – колиска нових виробничих технологій. FFT EDAG разом із Premium Aerotec розробили автоматизований виробничий модуль для позиціонування стрингерів, що посилюють вуглепластикові частини фюзеляжу. Цей модуль буде застосовуватися на виробництві літаків Airbus A350 XWB. Воно вже розпочалося, і перший літак знаходиться на кінцевому етапі збирання. Виробничі потужності постійно вдосконалюються: велику увагу приділяють підвищенню рівня автоматизації. Нові літаки (як крила, так і корпус) виготовляються з використанням композитних вуглецевих волокон. Premium Aerotec, дочірня компанія EADS, розробляє виробничі потужності в партнерстві з FFT EDAG. Обидві компанії орендують приміщення в новому технопарку "Норденхам". Premium Aerotec спеціалізується на виробництві елементів конструкції літаків, а отже, відповідає за необхідні виробничі потужності. Компанія FFT EDAG забезпечує чимало галузей (зокрема автомобільну й аерокосмічну) готовими рішеннями для масового та серійного виробництва, а також виробничими лініями під ключ. Вона відома на світовому ринку як найбільша незалежна конструкторська компанія.

Не всі нові технології потрапляють в аерокосмічну галузь. І це легко зрозуміти – з міркувань безпеки дуже часто перевага надається традиційним технологіям із залученням ручної праці. Але ними не можна обійтися в епоху впровадженням фундаментально нових матеріалів. Сьогодні потрібно забезпечувати стабільно високу якість разом із конкурентною ціною. Отже, питання постає не в тому, чи потрібно автоматизувати виробництво, а в тому, як це зробити. На виробництві обшивки фюзеляжу з композитних матеріалів багато операцій досі виконуються вручну. Перший виробничий модуль демонструє, що встановлення стрингерів можна автоматизувати. Цей процес виглядає так: попередньо просочені смолою вуглецеві волокна (так звані "препреги") вкладаються у форму кількома шарами залежно від потрібної товщини стінки. Потім композитні деталі зміцнюються "запіканням" – вони під тиском нагріваються в печі при температурі 180 °C. Щоб надати необхідної жорсткості фюзеляжу літака, додаткові ребра жорсткості (так звані "стрингери") поздовжньо вставляються в підготовлену обшивку, яка вже має форму фюзеляжу. Оскільки цей процес відбувається ще до затвердіння, даний етап називається "мокрим".

Щоб автоматизувати ці етапи, потрібно подолати низку перешкод. Взагалі, дуже важко переносити наробки з інших процесів. Справа в тому, що високоточна конструкція літака збирається з великих і не дуже жорстких частин. Відтак, автоматизація має задовольняти авіаційну галузь не лише з технічної точки зору, а й з економічної. Як і на виробництві автомобілів, платформи забезпечать тут максимальну гнучкість з урахуванням вимог до автоматизації. Майк Вен, керівник проектів FFT EDAG (Норденхам), згадує розробку специфікації: "Гнучкі програмовані роботи мали замінити жорсткі великі зажими".

Справжня виробнича гнучкість

Врешті-решт, у технопарку "Норденхам" було розроблено перший виробничий модуль. Для випробувань використовували компоненти, що приблизно вдвічі коротші за фактичні: у семиметрову частину корпусу вставляли 16 стрингерів. Обидва роботи FANUC у випробувальному модулі обладнані подовженою рукою – роботи моделі R-2000iB/100P мають максимальний радіус робочої зони 3500 мм. Одного з роботів встановлено на підлозі, а його колегу з тримачем інструменту змонтовано на рейці. Робоконтролер FANUC R-30iA керує всіма 17 осями: двома руками роботів (по шість осей у кожної), рейкою та ще чотирма осями тримача інструменту. Більш того, у головці тримача встановлено ще кілька приводів, інтегрованих із робоконтролером за протоколом Profibus. Майк Вен пояснює: "Особливою головку робота роблять чотири інтегровані серводвигуни FANUC". Ці серводвигуни допомагають утримуючим частинам пристосовуватись одна до одної, тому головку можна адаптувати до геометрії інструменту. Ідея полягає в тому, щоб використовувати автономні програми не лише для симуляцій, а й для передавання інформації безпосередньо у виробничі програми, а також використовувати дані з RobCAD або Catia. Майк Вен відзначає: "Серводвигуни самі пристосовуються до кожної програми, заощаджуючи час на ручному налаштуванні головки". На цьому етапі інженери FFT EDAG врахували кілька варіантів обшивок, які виробляє Premium Aerotec. Раніше кожна з форм потребувала окремого інструменту для точного позиціонування стрингера. А тепер ця спеціальна розкатна головка вправляється одним інструментом з усіма формами.
Але пристосування за допомогою серводвигунів має свої переваги не лише для майбутнього виробництва. Прогрес відчувається вже на етапі проектування модуля.

Загалом, у багатьох областях плани розвитку ще не стверджені. Пан Вен відзначає: "Ми з Aerotec працюємо над виробничою системою, одразу враховуючи фактичні потреби, зокрема робочий простір і логістику".
FFT EDAG не були б собою, якби ця розробка не стала підґрунтям для наступної. Відтак, щоб підвищити ефективність виробничої системи для кріплення стрингерів, вони працюють над проектом із закладання нетканих листів або інших допоміжних матеріалів, що розміщуються між стрингерами. Також буде автоматизовано наступний етап – накладання плівки, що покриває стрингери й допоміжні матеріали.

Синхронний рух багаторукої технології

"Траєкторії рухів робота мають неабияке значення", – пояснює Майк Вен. Роботи R 2000iB мають взяти стрингери, розміщені паралельно формі, переворотним рухом підняти їх, а потім із точністю до міліметра покласти у форму. Модуль, який зараз випробовується лише з двома роботами, може збільшитися згодом: по чотири роботи з кожної сторони форми будуть переміщувати стрингери до 18 метрів завдовжки. Це потребує точності, але ще більше – синхронізації рухів. Такого рівня координації навряд чи можна досягти звичайним програмуванням. Але Майк Вен налаштований оптимістично: “Завдяки функції керування кількома руками роботів буде нескладно цьому навчити".
Послідовність рухів виглядає так: роботи беруть кожен стрингер, потім, перевертаючи, підносять його до форми та тримають за кілька сантиметрів від поверхні матеріалу. Будь-що треба уникнути навіть найменших коливань стрингерів. Потім, як із приклеюванням довгої стрічки, один кінець стрингера точно притискається головкою до поверхні, а далі робот повільно рухається вздовж рейкової осі й за допомогою розкатної головки вставляє весь стрингер. Таким чином, реактивна сила майже не застосовується.
Майк Вен пояснює, чому під час вставляння не можна застосовувати силу чи тиск: "Позиціонування має виконуватися з точністю плюс-мінус три десятих міліметра". І далі він підсумовує: "З-поміж іншого ми мали довести, що можемо автоматизувати позиціонування з незмінно високою точністю".
Щоб забезпечити абсолютну точність у всій робочій зоні 18 х 3,5 м, було задіяно систему Leica. Вона вимірює рухи робота вздовж стрингерів біля центральної точки інструменту й виправляє відхилення, змінюючи тривимірну модель.