AW | 2022 11 02 00:11 | INDUSTRY

Mitsubishi automatiza producción del fuselaje Boeing 777

Mitsubishi Heavy Industries Ltd. (MHI) ensambla paneles del fuselaje del Boeing 777 en Hiroshima, Japón, y los envía a la fábrica de aviones de fuselaje ancho de Boeing en Everett, WA. Para mejorar la productividad y aumentar la calidad, el fabricante de aviones ha instalado recientemente un sistema de fijación automatizado suministrado por Broetje-Automation GmbH. El avión Boeing 777 es la columna vertebral de muchas aerolíneas internacionales. El caballo de batalla confiable, que se ha utilizado en vuelos de larga distancia durante tres décadas, se produce en varias variantes. Los fuselajes de aluminio de 20 pies de ancho de la aeronave varían de 209 a 242 pies de largo.

«[El sistema es] una de las líneas de producción más avanzadas de la industria aeroespacial. La instalación de ensamblaje de paneles digitalmente interconectada y altamente flexible establece nuevos estándares en términos de calidad y eficiencia», afirma Jonas Wermter, Gerente de Cuentas clave de Broetje-Automation GmbH.

Dos líneas de producción de última generación incluyen nueve sistemas de fijación principales que mejoran la flexibilidad y el rendimiento. El objetivo del proyecto de varios años era crear un sistema de ensamblaje automatizado que pueda adaptarse rápidamente a las fluctuaciones de producción y reducciones de costos. Un concepto de línea de flujo permite a MHI ensamblar múltiples tipos de paneles en diferentes tamaños y formas en la misma línea, al tiempo que mejora significativamente el rendimiento y la calidad.

Tradicionalmente, la industria aeroespacial ha tardado en automatizarse. «[Esto se debe a que los fabricantes exigen niveles extremadamente precisos] de precisión y calidad. Los aviones comerciales son productos grandes y complejos. El número total de aviones producidos anualmente también es significativamente bajo en comparación con otros sectores manufactureros, como la automoción o los bienes de consumo. Solo una pequeña parte de todo el proceso de producción está automatizado. Debido a los procesos complejos [y las tolerancias ajustadas], a menudo es necesario combinar el trabajo automático y manual en una estación de trabajo. La automatización de líneas enteras es [rara] en el sector aeroespacial. Sin embargo, las nuevas tecnologías digitales, la colaboración hombre-máquina y las [herramientas] de la Industria 4.0 están cambiando ese escenario», dice Jonas Wermter.

Desafíos de automatización

Según Jonas Wermter, los ingenieros aeroespaciales enfrentan varios desafíos al automatizar las aplicaciones de ensamblaje del fuselaje de aeronaves. «Un gran desafío es la corrección automática de los programas digitales correspondientes a la parte real para mantenerse dentro de las tolerancias estrictas. Debido al gran tamaño y la dependencia previa de los pasos de ensamblaje manual, cada parte es ligeramente diferente al archivo digital. En consecuencia, la máquina necesita ajustar su programación a la forma real de cada pieza. Utilizamos un sistema de sensores integral en las máquinas que alimentan un gemelo digital para adaptar la programación a cada parte», explica Jonas Wermter.

Otro desafío es equilibrar el rendimiento de las partes automáticas de la línea junto con las fluctuaciones manuales sin ralentizar la línea. Para abordar eso, los ingenieros de Broetje desarrollaron una serie de herramientas digitales, como el programa BA Job Control del sistema de gestión de línea para respaldar la gestión dinámica de toda la línea.

Además, se producen altas fuerzas dentro del proceso de fijación durante la unión de los fuselajes internos y externos (ensamblaje de piel) en las celdas de ensamblaje de paneles múltiples (MPAC) de Broetje-Automation GmbH. Las máquinas pueden remachar automáticamente largueros, costillas, paneles de piel y conchas.

«Nos referimos a la pieza a través de los sensores de posicionamiento BA-SCALE. Entonces, el sistema interno (esclavo) sigue al sistema externo (maestro), asegurando una normalidad estricta para la instalación de sujetadores Hi-Lok desde el exterior. El collar se toma en el eje del sujetador desde el interior, apretándolo para la conexión final. Para la fijación de las estructuras internas (ensamblaje marco-clip), utilizamos una de nuestras máquinas especialmente diseñadas para perforar e instalar las conexiones sin perder la posición dentro de las tolerancias de la aeronave. Estas tolerancias están más allá de las tolerancias de los robots estándar. Por lo tanto, utilizamos sistemas robóticos especialmente diseñados y máquinas basadas en control numérico llamadas células de ensamblaje de clip de marco (FRAC) para esta tarea», dijo Jonas Wermter.

En el pasado, MHI utilizaba máquinas de fijación estacionarias estándar. En lugar de simplemente agregar capacidad adicional para el nuevo programa, el equipo de ingeniería repensó completamente toda la línea de producción, incluidos los pasos del proceso aguas arriba y aguas abajo, así como la integración digital en el sistema de ejecución de fabricación. Esto permite a MHI tener siempre un sistema de producción optimizado que se puede visualizar en un MES a través del sistema de gestión de línea. Todos los datos de producción pueden ser monitoreados en tiempo real por técnicos y gerentes. También incluye informes de calidad y análisis de procesos. «Este valor supera con creces los requisitos técnicos y subraya la excelente calidad del sistema», afirma Jonas Wermter.

Las dos nuevas líneas de ensamblaje incorporan seis MPAC que utilizan las últimas tecnologías de fijación, como los cambiadores automáticos de herramientas inferiores y el proceso de compresión activa de la cabeza superior recientemente desarrollado para reducir drásticamente el espacio del vástago. Además, tres FRAC completan las líneas equipadas con ejes de apilamiento para un montaje más rápido y de alta precisión de la estructura interna de los paneles del fuselaje. «El nivel de trabajo de estas máquinas se redujo gracias a una configuración innovadora de la máquina que proporciona una buena accesibilidad y permite un mantenimiento ergonómico. Este concepto [también] proporciona una mayor precisión y rigidez en comparación con los sistemas robóticos industriales convencionales», dice Jonas Wermter. Esto aumenta la eficiencia, al tiempo que mantiene a los operadores seguros y saludables.

Integración de fábrica inteligente

Se logró una mejora importante en el rendimiento con el uso del sistema de programación fuera de línea de Broetje-Automation (SOUL OLPS) y la funcionalidad de control de trabajos. «Permite [a los ingenieros de MHI] administrar activamente los programas NC entre diferentes máquinas y de acuerdo con el gemelo digital. Esto hace que la programación y la reactividad sean mucho más flexibles y evita tiempos de inactividad innecesarios para las máquinas. Combinado con el sistema de gestión de línea, mejora el rendimiento», explica el Gerente de Cuentas clave de Broetje-Automation GmbH.

Todos los sistemas de fijación están interconectados digitalmente y totalmente integrados. Basado en la combinación de un gemelo digital, una integración completa de Siemens Sinumerik 840D y SOUL OLPS V55 de Broetje, se puede realizar una simulación en vivo de todos los programas NC, incluso durante el ciclo de programación. «Esto acelera la programación. Con datos reales de NC-machine, también es posible evitar [problemas potenciales] y riesgos de colisión para mantener el nivel de calidad alto y los costos de producción bajos. La fábrica del futuro tendrá que ver con la flexibilidad. Cada máquina tiene que tener la capacidad de interactuar digitalmente con el resto de la línea y viceversa. Esto requiere algunos complementos de software, pero también una gran cantidad de capacidad de hardware dentro de cada máquina, como los sistemas de sensores correctos, la potencia informática en la máquina y el sistema de gestión correcto. Además, la interfaz hombre-máquina debe permitir a [los operadores] mantener una visión general completa de toda la línea. Una función especial es la capacidad de intercambiar programas NC entre las diferentes máquinas dentro de la línea. Después de que una máquina ha comenzado la ejecución de un panel, el sistema de gestión de línea puede intercambiar o mover el trabajo a otra máquina, ejecutando sin problemas la parte donde la máquina anterior se ha detenido», expresa Jonas Wremter. Esto permite un flujo de línea suave y un equilibrio más fácil entre las máquinas. También afecta al rendimiento general.

«La integración MES digital de ambas líneas con [nuestro] sistema de gestión de línea conduce a una integración exitosa de los componentes complejos de la línea de ensamblaje hacia la fábrica del futuro. Los programas NC intercambiables y la recopilación detallada de datos garantizan una visibilidad completa de cada estado de producción en tiempo real», dijo Jonas Wremter. El software de control de trabajo SOUL permite la reorganización de las órdenes de trabajo para las máquinas a través de una red troncal digital interconectada, si es necesario. Los programas NC se pueden compartir y redistribuir entre varias máquinas para optimizar el rendimiento y la eficiencia general del equipo de toda la línea. Los gemelos digitales también ayudan a mejorar las operaciones en la fábrica de MHI en Hiroshima.

«La mayor influencia se pudo ver en acelerar los tiempos de programación de NC. Debido a que podemos usar los datos reales de cada parte, la programación ahora es hasta cuatro veces más rápida para MHI. [Con] simulación inicial y detección de colisiones fuera de línea, ya casi no se necesitan pruebas en seco. La fiabilidad es mucho mayor tanto para la máquina como para toda la línea», finaliza el Gerente de Cuentas de Broetje-Automation GmbH, Jonas Wremter.

MHI automates Boeing 777 line

Mitsubishi automates production of Boeing 777 fuselage

Mitsubishi Heavy Industries Ltd. (MHI) assembles Boeing 777 fuselage panels in Hiroshima, Japan, and ships them to Boeing’s wide-body aircraft factory in Everett, WA. To improve productivity and increase quality, the aircraft manufacturer has recently installed an automated clamping system supplied by Broetje-Automation GmbH. The Boeing 777 aircraft is the backbone of many international airlines. The reliable workhorse, which has been used on long-haul flights for three decades, is produced in several variants. The aircraft’s 20-foot-wide aluminum fuselages range from 209 to 242 feet in length.

«[The system is] one of the most advanced production lines in the aerospace industry. The highly flexible, digitally interconnected panel assembly facility sets new standards in terms of quality and efficiency», says Jonas Wermter, Key Account Manager at Broetje-Automation GmbH.

Two state-of-the-art production lines include nine main fastening systems that improve flexibility and performance. The goal of the multi-year project was to create an automated assembly system that can quickly adapt to production fluctuations and cost reductions. A flow line concept allows MHI to assemble multiple types of panels in different sizes and shapes on the same line, while significantly improving throughput and quality.

Traditionally, the aerospace industry has been slow to automate. «[This is because manufacturers demand extremely precise levels] of precision and quality. Commercial aircraft are large and complex products. The total number of aircraft produced annually is also significantly low compared to other manufacturing sectors, such as automotive or consumer goods Only a small part of the entire production process is automated Due to complex processes [and tight tolerances], it is often necessary to combine automatic and manual work at one workstation Line automation is [rare] in aerospace. However, new digital technologies, human-machine collaboration and Industry 4.0 [tools] are changing that scenario», says Jonas Wermter.

Automation challenges

According to Jonas Wermter, aerospace engineers face several challenges when automating aircraft fuselage assembly applications. «A big challenge is automatically correcting the digital programs corresponding to the actual part to stay within tight tolerances. Due to the large size and prior reliance on manual assembly steps, each part is slightly different than the digital file. In Consequently, the machine needs to adjust its programming to the actual shape of each part. We use an integral sensor system on the machines that feed a digital twin to adapt the programming to each part», explains Jonas Wermter.

Another challenge is balancing the performance of the automatic parts of the line alongside the manual fluctuations without slowing down the line. To address that, Broetje engineers developed a number of digital tools, such as the line management system’s BA Job Control program to support dynamic management of the entire line.

In addition, high forces are produced within the clamping process during the joining of the inner and outer fuselages (skin assembly) in the Multi-Panel Assembly Cells (MPAC) of Broetje-Automation GmbH. The machines can automatically rivete stringers, ribs, skin panels and shells.

«We refer to the part through the BA-SCALE positioning sensors. So the internal (slave) system follows the external (master) system, ensuring strict normalcy for the installation of Hi-Lok fasteners from the outside. collar is taken on the fastener shaft from the inside, tightening it for the final connection. For fixing the internal structures (frame-clip assembly), we use one of our specially designed machines to drill and install the connections without losing position inside of aircraft tolerances. These tolerances are beyond the tolerances of standard robots. Therefore, we use specially designed robotic systems and numerical control-based machines called Frame Clip Assembly Cells (FRAC) for this task», Jonas Wermter said.

In the past, MHI used standard stationary fastening machines. Instead of simply adding additional capacity for the new program, the engineering team completely rethought the entire production line, including upstream and downstream process steps, as well as digital integration into the manufacturing execution system. This allows MHI to always have an optimized production system that can be viewed on an MES through the line management system. All production data can be monitored in real time by technicians and managers. It also includes quality reports and process analysis. «This value far exceeds the technical requirements and underlines the excellent quality of the system», says Jonas Wermter.

The two new assembly lines incorporate six MPACs utilizing the latest fastening technologies such as automatic bottom tool changers and the newly developed top head active compression process to dramatically reduce shank clearance. Additionally, three FRACs complete the lines equipped with stacking shafts for faster, high-precision assembly of the internal structure of the fuselage panels. «The workload of these machines was reduced thanks to an innovative machine configuration that provides good accessibility and enables ergonomic maintenance. This concept [also] provides greater precision and rigidity compared to conventional industrial robotic systems», Jonas Wermter says. This increases efficiency, while keeping operators safe and healthy.

Smart factory integration

A significant performance improvement was achieved with the use of Broetje-Automation’s Offline Programming System (SOUL OLPS) and job control functionality. «It enables [MHI engineers] to actively manage NC programs between different machines and according to the digital twin. This makes programming and reactivity much more flexible and avoids unnecessary machine downtime. Combined with the line management system, improves performance», explains the Key Account Manager of Broetje-Automation GmbH.

All fastening systems are digitally interconnected and fully integrated. Based on the combination of a digital twin, a complete integration of Siemens Sinumerik 840D and SOUL OLPS V55 from Broetje, live simulation of all NC programs can be performed, even during the programming cycle. «This speeds up programming. With real NC-machine data, it’s also possible to avoid [potential problems] and collision risks to keep quality high and production costs low. The factory of the future will be all about flexibility. Each machine has to have the ability to digitally interface with the rest of the line and vice versa. This requires some software add-ons, but also a lot of hardware capability within each machine, like the right sensor systems, the power information on the machine and the correct management system In addition, the human-machine interface must allow [the operators] to maintain a complete overview of the entire line A special function is the ability to exchange NC programs between the different machines within After a machine has started running a panel, the line management system can swap or move the job to another machine. ina, smoothly executing the part where the old machine stopped», says Jonas Wremter. This allows for smooth line flow and easier balancing between machines. It also affects overall performance.

«Digital MES integration of both lines with [our] line management system leads to successful integration of complex assembly line components into the factory of the future. Interchangeable NC programs and detailed data collection ensure seamless visibility overview of each production status in real time», said Jonas Wremter. SOUL job control software allows reorganization of work orders for machines via an interconnected digital backbone, if required. NC programs can be shared and redistributed between multiple machines to optimize overall equipment performance and efficiency across the line. Digital twins also help improve operations at MHI’s factory in Hiroshima.

«The biggest influence could be seen in speeding up NC programming times. Because we can use the actual data from each part, programming is now up to four times faster for MHI. [With] initial simulation and collision detection out dry tests are almost no longer needed. Reliability is much higher both for the machine and for the entire line», concludes Account Manager of Broetje-Automation GmbH, Jonas Wremter.

MHIオートライン ボーイング777

三菱はボーイング777胴体の生産を自動化します

三菱重工業株式会社 (MHI) は、日本の広島で 777 機の胴体パネルを組み立て、ワシントン州エベレットにあるボーイングのワイドボディ航空機工場に出荷します。生産性と品質を向上させるために、この航空機メーカーは最近、Broetje-Automation GmbH が提供する自動クランプ システムを設置しました。ボーイング 777 航空機は、多くの国際航空会社のバックボーンです。長距離フライトで 30 年間使用されてきた信頼性の高い主力機は、いくつかのバリエーションで製造されています。航空機の幅 20 フィートのアルミニウム胴体の長さは 209 から 242 フィートです。

Broetje-Automation GmbH のキー アカウント マネージャーである Jonas Wermter 氏は次のように述べています。

2 つの最先端の生産ラインには、柔軟性と性能を向上させる 9 つの主要な留め具システムが含まれています。複数年にわたるプロジェクトの目標は、生産変動とコスト削減に迅速に対応できる自動組立システムを作成することでした。フローラインのコンセプトにより、サイズや形状の異なる複数種類のパネルを同一ラインで組み立てることができ、スループットと品質が大幅に向上します。

従来、航空宇宙産業は自動化が遅れていました。 「[これは、製造業者が精度と品質の非常に正確なレベルを要求するためです。民間航空機は大きくて複雑な製品です。また、自動車や消費財などの他の製造部門と比較して、航空機の年間生産総数も大幅に少なくなっています。製造プロセス全体の一部が自動化されている 複雑なプロセス [および厳しい公差] のため、多くの場合、1 つのワークステーションで自動作業と手動作業を組み合わせる必要があります。そしてインダストリー 4.0 [ツール] はそのシナリオを変えています」と Jonas Wermter 氏は言います。

自動化の課題

Jonas Wermter 氏によると、航空宇宙エンジニアは、航空機胴体アセンブリ アプリケーションを自動化する際にいくつかの課題に直面しています。 「大きな課題は、実際の部品に対応するデジタル プログラムを自動的に修正して、厳しい公差内に収めることです。サイズが大きく、以前は手動の組み立て手順に依存していたため、各部品はデジタル ファイルとはわずかに異なります。その結果、機械は必要とします。プログラミングを各パーツの実際の形状に合わせて調整します. 私たちは、プログラミングを各パーツに適応させるために、デジタル ツインにフィードする機械に統合センサー システムを使用しています」と Jonas Wermter 氏は説明します.

もう 1 つの課題は、ラインの速度を落とさずに、ラインの自動部分のパフォーマンスと手動の変動とのバランスを取ることです。これに対処するために、Broetje のエンジニアは、ライン管理システムの BA Job Control プログラムなど、ライン全体の動的管理をサポートする多数のデジタル ツールを開発しました。

さらに、Broetje-Automation GmbH のマルチパネル アセンブリ セル (MPAC) では、胴体の内側と外側 (外板アセンブリ) を接合する際のクランプ プロセスで大きな力が発生します。このマシンは、ストリンガー、リブ、スキン パネル、およびシェルを自動的にリベット留めできます。

「BA-SCALE ポジショニング センサーを介してパーツを参照します。したがって、内部 (スレーブ) システムは外部 (マスター) システムに従い、外側から Hi-Lok ファスナーを取り付けるための厳密な正常性を保証します。カラーはファスナーに取り付けられます。内部構造を固定するために (フレーム クリップ アセンブリ)、特別に設計された機械の 1 つを使用して、航空機の公差内で位置を失うことなく、接続をドリルして取り付けます. これらの公差は超えています標準的なロボットの公差. したがって、このタスクには、特別に設計されたロボット システムと、フレーム クリップ アセンブリ セル (FRAC) と呼ばれる数値制御ベースのマシンを使用します。」

三菱重工はこれまで、標準的な定置式ファスニング マシンを使用していました。エンジニアリング チームは、新しいプログラムのために単純に生産能力を追加するのではなく、上流と下流のプロセス ステップや、製造実行システムへのデジタル統合を含め、生産ライン全体を完全に再考しました。これにより、MHI は、ライン管理システムを通じて MES で表示できる最適化された生産システムを常に持つことができます。技術者と管理者は、すべての生産データをリアルタイムで監視できます。また、品質レポートとプロセス分析も含まれます。 「この値は技術的要件をはるかに超えており、システムの優れた品質を強調しています」と Jonas Wermter は言います。

2 つの新しい組立ラインには、自動ボトム ツール チェンジャーや新しく開発されたトップ ヘッド アクティブ コンプレッション プロセスなどの最新の締結技術を利用して 6 つの MPAC が組み込まれており、シャンクのクリアランスを大幅に削減します。さらに、3 台の FRAC がスタッキング シャフトを備えたラインを完成させ、胴体パネルの内部構造をより迅速かつ高精度に組み立てます。 「これらの機械のワークロードは、優れたアクセス性を提供し、人間工学に基づいたメンテナンスを可能にする革新的な機械構成のおかげで軽減されました。このコンセプトは [また] 従来の産業用ロボット システムと比較して、より高い精度と剛性を提供します」と Jonas Wermter 氏は言います。これにより、オペレーターの安全と健康を維持しながら、効率が向上します。

スマート ファクトリ インテグレーション

Broetje-Automation の Offline Programming System (SOUL OLPS) とジョブ制御機能を使用することで、パフォーマンスが大幅に向上しました。 「[MHI エンジニア] は、デジタル ツインに従って異なるマシン間で NC プログラムをアクティブに管理できます。これにより、プログラミングと反応性がはるかに柔軟になり、不必要なマシンのダウンタイムが回避されます。ライン管理システムと組み合わせることで、パフォーマンスが向上します」と Key は説明します。 Broetje-Automation GmbH のアカウント マネージャー。

すべての締結システムはデジタルで相互接続され、完全に統合されています。デジタル ツインの組み合わせ、Siemens Sinumerik 840D と Broetje の SOUL OLPS V55 の完全な統合に基づいて、プログラミング サイクル中でも、すべての NC プログラムのライブ シミュレーションを実行できます。 「これによりプログラミングがスピードアップします。実際の NC マシン データを使用すると、[潜在的な問題] や衝突のリスクを回避して、品質を高く保ち、生産コストを低く抑えることもできます。未来の工場は柔軟性がすべてです。」ラインの残りの部分とデジタルでインターフェースする機能を持つには、またその逆も同様です. これには、いくつかのソフトウェアアドオンが必要ですが、適切なセンサーシステム、マシンの電力情報、および正しい管理システム さらに、ヒューマンマシン インターフェースにより、[オペレータ] はライン全体の完全な概要を維持できる必要があります 特別な機能は、マシンがパネルの実行を開始した後、マシン内の異なるマシン間で NC プログラムを交換する機能です。ライン管理システムは、ジョブを別のマシンに交換または移動できます。古いマシンが停止していた部分をスムーズに実行します」と Jonas Wremter 氏は言います。これにより、ラインの流れがスムーズになり、マシン間のバランスが取りやすくなります。また、全体的なパフォーマンスにも影響します。

「両方のラインと [当社の] ライン管理システムのデジタル MES 統合により、複雑な組立ライン コンポーネントを未来の工場にうまく統合することができます。交換可能な NC プログラムと詳細なデータ収集により、各生産ステータスの概要をリアルタイムでシームレスに可視化できます。」ジョナス・レムターは言った。 SOUL ジョブ制御ソフトウェアを使用すると、必要に応じて、相互接続されたデジタル バックボーンを介してマシンの作業指示を再編成できます。 NC プログラムを複数のマシン間で共有および再配布して、設備全体のパフォーマンスとライン全体の効率を最適化できます。デジタル ツインは、三菱重工業の広島工場の業務改善にも役立っています。

「最大の影響は、NC プログラミング時間の高速化に見られます。各部品の実際のデータを使用できるため、MHI ではプログラミングが最大 4 倍速くなりました。[With] 初期シミュレーションと衝突検出アウトのドライ テストはほとんど必要ありません。マシンとライン全体の信頼性が大幅に向上しました」と、Broetje-Automation GmbH のアカウント マネージャーである Jonas Wremter 氏は述べています。

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