전문가:항공기 수요 충족에 중요한 자동화 증가

향후 20년 동안의 상업적 요구만으로도 생산 속도가 두 배로 증가할 수 있음

코로나바이러스 전염병이 정상적인 삶을 뒤엎고 본질적으로 상업용 여객기를 폐쇄하기 전에 항공 산업은 향후 20년 동안 40,000대의 새로운 항공기(비행기, 헬리콥터, 에어택시 및 무인 항공기)가 필요할 것으로 예상했습니다. 이 볼륨에는 평균 수명이 25-30년이고 약 8년의 백로그를 초과하는 노후된 공예품의 교체품이 포함됩니다.

일부 업계 전문가들은 대유행과 관련된 제한이 완화되면 비행 수요가 이전 수준으로 회복될 경우 예상되는 수요를 충족시킬 수 있는 유일한 방법은 자동화를 높이는 것이라고 말했습니다.

다른 많은 부문과 달리 항공 산업은 현재 실현 가능한 대체 제조 공정이 없기 때문에 육체 노동이 흔한 산업입니다. 그러나 Statista의 기록에 따르면 2006년부터 2019년까지 전 세계 항공 교통 승객 수요에 대한 수요 증가(증가 범위는 2.4%에서 8.1%로 증가했으며, 대공황이 최고조에 달했던 2009년을 제외하고) 및 기타 요인을 고려하면 효율성이 더 높아집니다. 업계가 따라가려면 필수입니다.

연구원들은 핸드 레이업과 같은 일부 프로세스를 자동화하는 방법을 알아내려고 노력하고 있습니다. 그러나 현재 사용 가능한 다른 자동화 조치가 있습니다. 여기에는 워크스테이션에 조립하기 위한 지침과 자동화된 실란트, 고정, 마킹 및 자재 취급 프로세스에 대한 지침이 포함됩니다.

공군 연구소(Air Force Research Laboratory)의 구조 기술 분과장인 John D. Russell은 상업용 항공 수요만으로도 생산 속도를 효과적으로 두 배로 늘려야 한다고 말했습니다.

군은 상업용 항공기 외에도 수천 대를 생산할 수 있는 소형 항공기를 탐색하고 있습니다.

마지막으로, 에어택시 개념은 Uber와 같은 전통적인 항공 회사와 회사로부터 주목을 받고 있으며 더 많은 생산이 필요할 것입니다.

Russell은 "이러한 사례 중 하나에 대해 업계 관계자로부터 현재 미국에 수용 능력이 없다는 소식을 듣고 있습니다."라고 말하면서 자신의 정보는 바이러스가 전 세계적으로 강타하기 전의 것이라고 경고했습니다. “이 3가지가 동시에 실현된다면 업계는 용량 문제를 해결하는 방법에 대해 창의력을 발휘해야 할 것입니다.

“제가 듣고 있는 가장 큰 대안은 특히 상업용 항공기의 생산성과 처리량을 높이기 위해 자동화를 사용하는 것입니다. 기업은 부품 제조에서 조립에 이르기까지 자동화를 통해 개선할 수 있는 모든 방법을 연구하고 있습니다. 자동화를 위한 자본 비용이 새로운 생산 라인을 추가하는 것보다 적다고 들었습니다."

Russell은 차량 가격이 비즈니스 모델의 큰 동인이 될 가능성이 높기 때문에 에어 택시 산업이 생산을 위해 해외로 보이는 것을 보고 놀라지 않을 것이라고 말했습니다. 그는 업계가 인력과 관련된 높은 기술 수준으로 인해 기존 공급 업체 관계를 고수할 가능성이 높기 때문에 상업용 항공을 위한 해외 해외 파견을 볼 수 있을지 의심스럽습니다. 분명히 오프쇼어링은 군용 차량에 대한 옵션이 아니라고 그는 지적했습니다.

20년 동안 40,000대의 항공기를 인도하려면 연간 2,000대의 항공기를 생산해야 하며, 이는 대유행 이전보다 훨씬 많은 것입니다.

제조업체가 항공 운송 증가로 인한 수요 증가를 충족할 수 있을 만큼 빠르게 장비를 갖추지 못했을 때 배송 백로그가 생성되었습니다.

또한 소비자들은 이제 항공 여행을 사치품이 아닌 필수품으로 여기고 개인 여행 비용을 지불할 수단을 갖게 되었습니다.

결과적으로 상업 항공사는 항공편에 굶주린 소비자에게 이륙 시간에 유연성을 제공하기 위해 서비스를 확장했습니다.

보잉은 5월 1일에 5,049대의 항공기 백로그를 보유하고 있었고, 에어버스는 3월 31일 현재 7,650대의 이월 주문을 쌓았습니다.

대유행 이전에 보잉과 에어버스 간의 경쟁 부활로 인해 2019년에는 인기 있는 협소체 플랫폼의 기록적인 납품과 생산량이 전년 대비 9.4% 증가할 것으로 예상되었습니다. 보잉과 에어버스는 더 많은 제품을 생산할 것으로 예상되었습니다. 연구 및 분석 회사인 Frost &Sullivan의 2019년 6월 중순 보도 자료에 따르면 2018년 1,606대에서 지난해 1,750대 이상 증가했습니다.

하지만 8월까지 다른 사람들은 그 수치를 줄이고 있었습니다.

가디언 신문의 기사에 따르면 2019년 3월 두 차례의 치명적인 추락 사고 이후 보잉의 737 맥스 여객기가 이륙한 후 전 세계 항공기 생산량이 4분의 1 감소했다고 합니다. 영국 항공우주 로비 그룹인 ADS는 2019년 7월에 88대의 항공기가 인도됐다고 밝혔습니다. 이는 전년 동기 대비 24% 감소한 수치입니다. 이 감소는 주로 737과 같은 단일 통로 항공기 생산 부진으로 인한 것이라고 밝혔습니다. /P>

작년 말까지 Airbus와 Boeing은 결합하여 1243대의 항공기를 인도했습니다.

업계에서는 이러한 숫자를 늘리기 위해 노력하고 있습니다.

JR Automation의 항공우주 및 방위 사업 개발 담당 부사장인 Bill Bigot는 "양대 상용 항공기 제조업체인 Boeing과 Airbus는 모두 생산 속도를 높이는 데 많은 추가 비용을 투자하고 있습니다."라고 말했습니다.

작년 말 독일 함부르크에서 Airbus는 A320 Family 동체 구조의 고도로 자동화된 조립 라인을 구현했습니다.

새로운 시설에는 20대의 로봇, 새로운 물류 개념, 레이저 측정에 의한 자동 위치 지정, 디지털 데이터 수집 시스템이 포함되어 있다고 회사는 말했습니다.

Airbus는 로봇 사용 외에도 생산을 최적화하고 인체 공학을 개선하며 리드 타임을 단축하기 위해 재료 및 부품 물류에 새로운 방법과 기술을 구현하고 있습니다. 여기에는 물류 및 생산 수준의 분리, 수요 지향적인 자재 보충 및 자율 주행 차량의 사용이 포함됩니다.

그러나 같은 시기에 보잉은 777 제트 여객기와 777X의 두 주요 동체 섹션에 패스너를 삽입하기 위해 로봇 팔을 사용하는 워싱턴주 에버렛 공장에서 4년 간의 전체 자동화 노력을 끝내고 대신 수동 삽입을 선택했습니다. 숙련된 기계공.

발표된 보고서에 따르면 로봇은 여전히 ​​자동화된 "플렉스 트랙" 시스템에서 패스너용 구멍을 뚫어 인간과 로봇의 결합 프로세스를 만듭니다.

하지만 노력은 결국 결실을 맺을 수 있습니다.

777X 생산을 총괄하는 보잉 부사장인 제이슨 클라크는 로스앤젤레스 타임즈에 "로봇을 사용하려는 시도가 실패한 것은 보잉이 "이러한 유형의 기술에 대한 최초의 심층 분석"을 통해 귀중한 교훈을 얻었다고 말했다. Clark은 11월 기사에서 "자동화 설계 방법을 배웠습니다."라고 말했습니다.

Times 기사에 따르면 Electroimpact Inc.가 개발한 기계가 동체 조립에서 가장 물리적으로 힘든 작업 중 하나인 금속에 구멍을 뚫는 작업을 처리하기 때문에 새로운 방법은 작업자의 마모를 줄입니다.

또한 회사 대변인은 "리벳을 덜 어려운 형태의 패스너로 교체하여 인체 공학을 더욱 개선하기 위해 빌드의 일부를 재설계했습니다."라고 말했습니다.

생산을 늘리기 위한 모든 조치에 신규 라인과 로봇이 포함되는 것은 아닙니다.

사우스캐롤라이나주 노스 찰스턴의 보잉 공장:지속적인 오버헤드 작업으로 인한 부담을 줄이기 위해 설계된 외골격이 장착된 역학; Reuters에 따르면 작업자가 너트에 올바른 토크를 적용하고 기계공이 가상 현실을 사용하여 새로운 도구를 테스트할 수 있도록 Bluetooth 지원 스마트 렌치를 배포했습니다.

로봇이 핸드 레이업을 대신할 수 있나요?

동체 구조는 워싱턴 주에 있는 함부르크 또는 보잉 공장으로 배송되기 전에 자동화된 섬유 배치 및 자동화된 테이프 레이업을 포함한 자동화된 복합 제조(ACM) 프로세스로 제작됩니다.

ACM은 동체, 날개, 격벽과 같이 평평하거나 약간 윤곽이 있는 중형 또는 대형 부품에 적합합니다.

그러나 중소형 복합 부품은 많은 재료를 낭비하는 매우 비효율적인 공정인 수작업 레이업으로 제작됩니다.

클립, 브래킷, I-빔 및 액세스 도어와 같은 부품이 구조물 무게의 최대 절반을 차지할 수 있고 비행기 한 대에 수천 개를 차지할 수 있기 때문에 이는 큰 문제입니다.

복합 재료 컨설턴트인 Les Cohen은 "또한 손으로 쌓아야 하는 이러한 부품을 잘라내고 다트를 치고 압착해야 합니다."라고 말했습니다. "즉, 구매 대 비행 비율이 2의 요소가 될 수 있음을 의미합니다. 파운드당 $40인 재료로 작업하는 경우 사실상 파운드당 $80인 재료입니다."

서던 캘리포니아 대학(University of Southern California)의 팀은 최근 로봇 팔로 레이업을 자동화하는 데모 프로젝트를 완료했습니다.

자동화는 아니지만 비행기 제작에 사용되는 재료를 개선할 여지가 있습니다.

업계에서는 최종 부품 경화와 함께 몇 층마다 용적 제거 작업에서 진행 중인 부품을 고압증기멸균하는 데 많은 시간이 걸린다는 것을 알고 있습니다. 오토클레이브 경화 부품의 특성을 가지고 있지만 오토클레이브 공정이 없는 급속 경화 수지가 답이지만 사용할 수 없다고 Cohen이 말했습니다. 그는 평균적으로 최대 5년의 시간을 투자하고 새로운 재료를 개발하는 데 약 1,000만 달러의 비용을 들이고 있지만 승인될 것이라는 보장이 없기 때문에 이러한 도전이 충족되지 않는 것은 이해할 만하다고 말했습니다.

4차 산업혁명은 항공우주 분야에서 서서히 확산되고 있습니다.

생산성과 품질 향상을 약속하는 인더스트리 4.0도 항공 생산을 늘리는 데 도움이 될 수 있지만 업계는 4차 산업 혁명의 연결되고 디지털화되고 데이터 중심적인 세계를 더디게 채택하고 있습니다.

“지금 생산 단계에서 온라인 상태가 되어 결과를 제공하고 있다고 말하고 싶습니다. 우리는 이에 대해 매우 관심을 갖고 있으며 프로그램 수준에서 이를 롤아웃하고 효율성에 절대적인 영향을 미칠 무언가를 공장에 실제로 제공할 수 있는 시점에 이르렀습니다.”라고 복합 레이업 및 자동화 프로젝트 관리자인 Andrew Purvis가 말했습니다. Electroimpact Inc. "데이터를 얻기 시작하고 숫자를 계산하기 시작하면 엄청난 양의 데이터에서 많은 금과 다이아몬드를 찾기 시작합니다. 이는 실제로 생산량을 늘리기 시작하는 것입니다."

Purvis는 자동화를 위해 잘 익은 것이 생산의 품질 측면이라고 말했습니다.

Electroimpact는 AFP 기계가 부품을 제작하거나 인쇄할 때 수행하는 모든 작업을 측정하는 검사 기술을 사용하여 시스템에 품질 모니터링을 구축합니다. 자동 검사는 회사에서 "연속 튜닝"이라고 부르는 프로세스를 가능하게 합니다.

"시스템은 실제로 수행 중인 작업을 관찰하여 자체 보정을 유지하고 있으며 지속적으로 자체 조정합니다."라고 그는 말했습니다. "AFP 기계나 프린터가 카메라나 센서로 출력물을 보고 '이봐, 당신이 약간 드리프트하기 시작하는 것을 알아차렸으므로 내가 보상할 것입니다'라고 말할 수 있는 것처럼."

컨설팅 회사 Maher Associates의 사장인 Mick Maher는 이 시점에서 인더스트리 4.0을 채택하는 것은 부분적으로는 사이버 보안 및 데이터 관리 영향으로 인해 성취라기보다 열망에 가깝다고 말했습니다.

그는 “항공우주 산업이 다른 어떤 산업보다 느리게 성장하고 있다고 생각하지 않는다”고 말했다. “인더스트리 4.0은 현 시점에서 고삐를 넘기에는 아직 너무 미성숙하다고 생각합니다. 즉, 자동화는 Industry 4.0의 핵심 구성 요소입니다. 그러나 테이프 배치, 광섬유 배치와 같이 성숙한 자동화 부분이 있는 것처럼 여전히 많은 개발이 필요합니다.”

큰 이익

JR Automation의 항공우주 기술 이사인 Randy Rounkles는 이전에 Spirit Aerosystems에서 2019년 초에 Industry 4.0을 배포하는 팀의 일원이었습니다.

Rounkles는 2005년에 매각된 이전 Boeing 공장인 Spirit의 기존 목표 생산은 물리적 한계와 크기를 기준으로 한 달에 21대의 항공기였습니다. 그가 떠나기 전, 공장의 월 생산량은 57대의 항공기였으며, 특히 고정 부분에서 추가 교대, 더 많은 직원 및 자동화 증가와 함께 도움이 되었습니다.

Rounkles는 "내가 떠나기 전의 (마지막) 프로젝트 중 하나는 장비 활용에 대한 Industry 4.0 데이터 수집이었고, 이는 실제로 장비가 무엇을 하고 있고 무엇을 할 수 있는지 이해하는 데 있어 회사의 얼굴을 바꾸었습니다."라고 말했습니다. "그리고 미래 요금에 대한 자본 지출에 상당한 영향을 미쳤습니다."

'디지털에 손을 대다'

AFRL의 Russell은 인더스트리 4.0을 항공우주 제조에 적용하기 위한 연구가 진행되고 있지만 채택이 느리고 현재 항공기 생산은 디지털보다 아날로그에 가깝다고 말했습니다.

"기업은 자산 추적과 같은 특정 문제를 해결하기 위해 디지털에 손을 대고 있지만 진정한 전사적 인더스트리 4.0 환경을 갖춘 제조업체는 거의 없습니다."라고 그는 말했습니다.

현재 인더스트리 4.0 부품의 경우, 툴링 및 비구조 부품에 대한 적층가공이 검토되고 있으며, 일부 프로세스는 로봇을 사용하여 자동화되며, 데이터 분석과 관련하여 비파괴 검사를 연계하기 위한 R&D가 수행되었습니다. Russell은 제조 결함이 부품 성능에 미치는 영향을 이해하기 위해 데이터를 원래 모델로 되돌려 놓습니다.

YouTube에 게시된 비디오에서 팔 끝 롤러가 있는 Kuka 로봇 팔은 이전 레이어 위에 프리프레그 합성물의 레이어를 부드럽게 하는 반면 그리퍼가 있는 두 로봇은 양쪽에서 재료를 팽팽하게 유지합니다.

얼마나 많은 손 레이업 아티스트가 스마트 로봇 셀의 기록에서 시연된 세 번째 손에 해당하는 것을 원했습니까?

세포와 그 뒤에 있는 모든 기술은 서던 캘리포니아 대학의 기계 공학 및 컴퓨터 과학 교수인 Satyandra K. Gupta와 그의 동료 및 학생들이 수행한 시연 프로젝트입니다. 그들은 자동화 가능성 평가를 목표로 보잉, 록히드 마틴 및 유나이티드 테크놀로지스의 제안에 따라 부품을 만들었습니다. Gupta는 로봇 자동화로 만든 부품에 대한 테스트 결과를 3개 회사에 보냈다고 말했습니다.

"현재 항공 우주 분야에서 모든 사람이 직면하는 주요 과제는 노동력 부족입니다."라고 그는 말했습니다.

레이업을 수행하는 로봇 팔을 사용하면 인간 작업자가 한 번에 여러 세포를 감독할 수 있다고 그는 설명했습니다. 이렇게 하면 용량이 증가할 뿐만 아니라 품질을 유지하면서 부품 제작 과정에서 부피 축소 단계를 제거할 수 있습니다.

100개 층의 프리프레그로 구성된 가상의 임계 부품의 경우 공정 중인 부품을 포장해야 하고 공극이 없도록 하기 위해 3개(또는 5개) 층마다 진공 적용을 거쳐 총 33개의 용적축소가 이루어지기 때문입니다.

그러나 로봇을 사용하면 사람의 손과 달리 로봇 도구의 압력을 측정할 수 있으므로 품질이 보장되고 프로세스가 더 빠르게 진행될 수 있습니다.

프로세스를 자동화하면 일관되고 간소화될 뿐만 아니라 핸드 레이업은 육체적으로 힘든 지루한 작업입니다.

굽타와 그의 팀은 2년 반 동안 로봇 팔을 팔 끝 도구, 컴퓨터 비전, 힘 감지, 인공 지능 알고리즘, 고급 컨트롤러 및 인간-기계 인터페이스와 통합했습니다. 그들의 데모 부품은 표준 에폭시 기반 탄소 섬유 프리프레그 플라이의 최대 15개 레이어로 구성되었습니다.

그들의 작업에서 가장 어려운 부분은 실시간 컴퓨터 비전을 통합하는 것이었습니다.

Gupta는 "어떤 결함이 형성되고 있는지 확인하려면 카메라를 가져와야 합니다."라고 말했습니다. “(지금) 로봇이 가끔 주름이 보이면 시트를 이쪽으로 당기고, 저쪽으로 잡아당기면…”

셀에서 해결할 수 없는 문제가 발생하면 신호음, 이메일 또는 문자로 교환원에게 알립니다.

하지만 이는 필요한 경우에만 해당됩니다.

"때로는 전체 프로세스가 문제 없이 진행됩니다."라고 Gupta가 말했습니다.

엄마, 손이 없어! (End-of-Arm Tooling이 자동화된 Pre-Preg Layup을 수행함)

3년 전에 개장한 Rego-Fix는 고급 에너지 및 천연 자원 보존 기능을 통합합니다. 여기에는 특수 공기 교환 환기 시스템, 목재 펠릿 난방, 다중 점진적 에어컨 장치, "녹색" 지붕, 자연 및 센서 제어 조명 사용이 포함됩니다.

공기 교환 환기 시스템은 시간당 7번 새 건물 내에서 공기를 교환합니다. 그것은 제조 현장에서 폐열을 끌어냅니다. 주로 회사의 공작 기계에 필요한 대형 공기 압축기 장비에서 발생하는 열입니다. 연중 균형을 유지하는 추운 달 동안 회수된 폐열은 시스템이 건물 외부에서 끌어와 제조 현장으로 순환하는 들어오는 신선한 공기를 데우는 데 사용됩니다.

또한 폐쇄 시스템의 순환수는 작동 중에 제조 현장 공기 압축기를 냉각 상태로 유지하는 데 도움이 됩니다. 냉각 과정에서 물이 뜨거워지고 이 가열된 물은 1849갤런(7007-l) 탱크에 저장됩니다. 이 물은 건물의 사무실 구역 바닥에 내장된 난방 시스템을 통해 건물을 따뜻하게 하는 데 사용됩니다.

이 시설은 또한 화석 연료가 아닌 목재 펠릿을 태우는 390kW 난방 시스템을 통합합니다. 펠릿은 이 지역에서 흔히 볼 수 있는 목재 및 가구 제조 산업의 부산물입니다. 이 시스템은 다른 열원에 대한 백업으로 작동하고 외부 온도가 매우 낮을 때만 사용되기 때문에 매우 적은 양의 펠릿을 소모합니다.

여름에는 에너지 절약형 프로그레시브 타입의 3개 유닛 에어컨 시스템이 바닥 시스템 및 공기 교환 시스템과 함께 작동하여 추가 냉방을 유지합니다. 공기 교환 장치는 건물에서 열을 끌어내고 냉수는 바닥 시스템을 통해 순환합니다.

건물 내부의 온도가 일정 수준 이상으로 상승하면 프로그레시브 에어컨 시스템의 장치 중 하나가 바닥 시스템과 공기 교환 장치를 백업하기 위해 켜집니다. 에어컨 장치는 rpm으로 조절되므로 온도 수준이 계속 상승하여 첫 번째 에어컨 장치가 한계를 초과하게 되면 시스템의 두 번째 에어컨 장치가 활성화됩니다. 그리고 차례로 두 번째 장치가 rpm 제한에 도달하면 세 번째 장치가 활성화됩니다. 건물이 냉각되기 시작하면 개별 에어컨 장치가 역순으로 꺼집니다.

건물의 외벽은 완전히 단열되어 있습니다. 일반적인 지붕 디자인과 달리 Rego-Fix가 선택한 것은 높은 단열 특성으로 매우 이례적입니다. "녹색" 또는 "심은" 지붕이라고 하는 이 지붕은 실제 잔디가 자라고 있는 토양으로 덮여 있습니다. 지붕은 단열 가치 외에도 빗물을 모아 13,200갤런(50,000리터) 탱크에 모아 건물 화장실의 변기 물을 내리는 데 사용합니다.

결합하여 건물의 모든 난방 및 냉방 기능은 제조 영역 내에서 일정하고 일정한 주변 온도를 제공합니다. 이것은 중요한 제조상의 이점이 있습니다. 일정한 온도는 회사의 고정밀 툴 홀딩 시스템을 생산하기 위해 일관된 공작 기계 정확도를 유지하는 데 도움이 됩니다.

추가 에너지 절약을 위해 새 제조 건물에는 풍부한 자연 채광이 들어오는 많은 대형 3중 단열 창문이 있습니다. 또한 창문에는 자동으로 열리고 닫히는 차양이 장착되어 있습니다. 이것은 여름에 건물을 시원하게 유지하는 데 큰 도움이 됩니다. 그늘은 많은 열을 차단하지만 빛이 들어오도록 구멍이 뚫려 있습니다.

추가 조명이 필요한 곳에서는 모션 제어 활성화와 함께 LED 유형의 에너지 절약 조명을 사용합니다. 건물에는 벽 스위치가 없으며, 조명은 사람이 있을 때만 켜지고 그렇지 않을 때는 꺼집니다.