Automatizando la producción de compuestos para satisfacer la creciente demanda aeroespacial

La industria aeroespacial se está preparando para una masiva convergencia de necesidad de capacidad industrial para producir piezas en el futuro cercano. Pre-COVID, Boeing y Airbus estimaron que se requerirán 40.000 aviones comerciales en los próximos 20 años (comparados con unos 25.000 en servicio hoy). El ejército de EE. UU. también está investigando conceptos de enjambres de aviones no tripulados con vida limitada y costo muy bajo. Finalmente, se proyecta que los primeros taxis aéreos entren en servicio en 2023. Todos estos conceptos requerirán un uso significativo de compuestos para cumplir sus requisitos de alcance y velocidad, lo que tensionará la base industrial actual.

Estado actual: baja utilización y brecha digital

Hoy, la base industrial de compuestos se basa en colocación manual o máquinas de colocación automatizada actuales que tienen solo 20-50 por ciento de utilización de máquina. También sigue siendo más analógica que digital. Las empresas están incursionando en lo digital para resolver puntos de dolor específicos, como rastreo de activos, pero pocos fabricantes tienen un verdadero entorno Industry 4.0 a nivel empresarial.

Claves para el cambio de estado necesario

Un cambio de estado debe ocurrir para que la industria aeroespacial logre tasas de producción para futuros aviones. Primero, la automatización de compuestos debe ser un componente importante para permitir la próxima ola de producción. Bien hecha, la automatización aliviará la necesidad de inversión significativa de capital y reducirá el número de nuevos trabajadores calificados para fabricar aviones. Segundo, la comunidad de compuestos necesita abrazar conceptos Industry 4.0 para obtener insights accionables de datos generados durante fabricación y ensamblaje. Temas clave para futura investigación para hacer la automatización e Industry 4.0 disponibles para producción aeroespacial de compuestos incluyen:

Herramientas de ciencia de manufactura

Estado futuro: Conjunto de herramientas de diseño para manufactura democratizadas que pueden evaluar coherentemente el espacio de compensación según el punto en el ciclo de vida de manufactura.
Soluciones potenciales: Integrar IA/aprendizaje automático, automatización, datos, analíticas, manufactura y productos. Usar un sistema integrado basado en computadora compuesto por simulación, visualización 3D, analíticas y herramientas de colaboración para desarrollar una representación virtual de todo el proceso de manufactura.

Manufactura y procesamiento ágil y de bajo costo

Estado futuro: Comprensión robusta de capacidades de proceso de manufactura de bajo costo. Diseño limitado por procesos identificados resultando en 50 por ciento de reducción en tiempo de ciclo de diseño. Líneas de manufactura que pueden reconfigurarse rápidamente para cumplir demanda pico y diversas mezclas de producto.
Solución potencial: Automatización de próxima generación. Uso mejorado de equipos de colocación automática de fibra/colocación automática de hilo. Soluciones robóticas para colocación manual y conformado de piezas de forma compleja (termoestable y termoplástico). Robots colaborativos. Sistemas robóticos flexibles capaces de reprogramarse o reutilizarse para integración en otro sistema.

Inspección

Estado futuro: Deseamos sensores en-proceso no interferentes y una alternativa a la prueba de prueba que aplique a condiciones as-manufacturadas y en-servicio.
Solución potencial: Mover de inspección a medición. Esto requiere simulación de manufactura y medición en proceso, así como simulación y medición estructural en servicio, a un nivel suficiente para satisfacer requisitos regulatorios. Uso de herramientas Industry 4.0 para proporcionar entendimiento del estado de la pieza o ensamblaje, no solo para rastrearlas.

SME ha lanzado una Comunidad Técnica sobre Automatización de Compuestos para abordar estas necesidades. Soy parte de la comunidad técnica y doy la bienvenida a aportes para las discusiones que estamos comenzando.