AW | 2022 11 01 22:02 | INDUSTRY / AVIATION TECHNOLOGY

Digital Thread avanza en la fabricación

The Boeing Company se encuentra invirtiendo los sistemas de producción y las personas se conectan a la perfección con la tecnología para fomentar un entorno de trabajo seguro y lograr un trabajo de alta calidad, desde el concepto hasta la producción y el servicio, en las fábricas inteligentes de Boeing. «Boeing está adoptando múltiples técnicas avanzadas de fabricación para fortalecer nuestros sistemas de producción y cumplir con nuestros compromisos con la calidad y seguridad del producto», dijo Scott Stocker, Vicepresidente de Fabricación y Seguridad de Boeing Commercial Airplanes. Para hacerlo posible, los dispositivos habilitados digitalmente recopilan, producen e intercambian datos constantemente. Esos mismos dispositivos envían los datos a través de varios sistemas y protocolos, informando y controlando los procesos de fabricación.

Las fábricas inteligentes prosperan con los datos e impulsan mejoras de calidad para la industria aeroespacial. Una herramienta muy necesaria se encuentra rápidamente en una fábrica de 1.2 millones de pies cuadrados, pues las etiquetas inteligentes ayudan a los equipos de fabricación y cumplimiento a buscar inventario disponible o extraviado. Un mecánico utiliza un dispositivo inalámbrico para recopilar las medidas del ala sin tener que subir al avión. Gracias a un sensor en el chaleco de un trabajador, suena una alerta para recordarle a un pintor de aviones que asegure su arnés de seguridad.

SEGURIDAD DE ALTO NIVEL: Para aquellos que trabajan en altura, un sensor alerta al usuario y a los compañeros de equipo si un arnés de seguridad no es seguro o necesita ajustes.

MANTENIMIENTO DE TABLETAS: El modelado 3D de piezas ayuda a los ingenieros, ensambladores y mantenedores a «ver dentro» cada paso del camino, incluido el diseño, la fabricación y el mantenimiento.

Al igual que las casas inteligentes, las fábricas inteligentes ofrecen entornos controlados, automatizan el mantenimiento de los equipos y notifican a los operadores cuando se necesita atención, similar a ajustar el termostato de su hogar mientras está de vacaciones o recibir una alerta de que es hora de cambiar un filtro de agua.

De la misma manera, los sensores de la máquina envían datos de rendimiento a un panel de control. El operador puede monitorear el equipo en tiempo real y mantener las cosas funcionando sin problemas. Los indicadores pueden mostrar un nivel bajo de fluido o notificar a un técnico que una máquina requiere recalibración. Los sensores ambientales inspeccionan constantemente las variaciones de temperatura, humedad, vibración y ruido.

En las instalaciones de Boeing Sheffield en South Yorkshire, Inglaterra, una aplicación de herramientas mide el consumo y ordena reemplazos justo a tiempo, asegurando que los técnicos siempre tengan herramientas a mano para su trabajo, sin repuestos que consuman espacio de almacenamiento. El sitio es el primero en utilizar un sistema de gestión de operaciones que, a través de una interfaz de usuario intuitiva, reduce el tiempo de contacto y la complejidad para los operadores y proporciona datos de rendimiento de la máquina en vivo a la ingeniería industrial.

«Mantener una conciencia constante del entorno de fabricación permite a nuestros equipos trabajar de manera segura y eficiente y nos ayuda a mitigar los tiempos de inactividad y estabilizar el proceso de producción», dijo Scott Stocker.

Una clave para una fábrica conectada se conoce como Internet industrial de las cosas, o simplemente IIoT. El IIoT conecta cosas físicas, como herramientas de producción y equipos de fabricación, con varios sistemas de control. Estos sistemas procesan y calculan grandes cantidades de datos y retroalimentan la información al sistema de producción, proporcionando inteligencia procesable casi en tiempo real. «A través de la conectividad IIoT, obtenemos información que podemos usar», explicó Jonathan Vance, miembro técnico asociado de Boeing que ha trabajado para integrar sistemas electrónicos integrados e inalámbricos en Boeing desde 2008.

Los equipos de ingeniería, TI y análisis de datos confían en la plataforma IIoT para la conectividad que les permite recopilar datos en tiempo real y obtener información sobre los procesos de fabricación. Al conectar cientos de piezas de equipos de fabricación automatizados, IIoT ayuda a informar decisiones más inteligentes sobre el uso del equipo y agilizar las actividades de mantenimiento. Con respecto a sus experiencias integrando sistemas inalámbricos en docenas de instalaciones de Boeing, Jonathan Vance dijo: «Completar el hilo digital en un entorno de fábrica es fácil de decir, pero difícil de hacer».

Las tecnologías listas para usar, como la conectividad Bluetooth y la identificación por radiofrecuencia (RFID), pueden ser especialmente útiles en los grandes centros de fabricación de Boeing, donde algunos compañeros de equipo trabajan en alturas o en espacios confinados. Por ejemplo, Jonathan Vance desarrolló una aplicación que conecta una etiqueta RFID en el arnés de seguridad de un pintor de libreas de avión a un tablero digital en el piso de producción. Si el arnés no es seguro o se desconecta, la etiqueta incrustada alerta al individuo y a los compañeros de equipo para volver a sujetar el arnés. Más comúnmente, las tecnologías RFID se utilizan en más de 25 instalaciones de Boeing para monitorear el inventario o para etiquetar cualquier número de artículos de producción, dijo Vance, incluidas plantillas de ensamblaje, piezas o cajas de herramientas. «Puede levantar un edificio en particular, obtener una vista panorámica de la fábrica y ver exactamente dónde se encuentran los activos etiquetados», dijo Jonathan Vance. En Boeing South Carolina, los compañeros de equipo están probando nuevos usos de etiquetas RFID para rastrear las ubicaciones de las herramientas manuales en el sitio expansivo donde se construye el 787 Dreamliner.

En otras áreas de producción, Boeing está comenzando a utilizar herramientas habilitadas digitalmente para impulsar la eficiencia, la previsibilidad y la estabilidad en múltiples procesos de fabricación.

En St. Charles, Missouri, los mecánicos usan llaves dinamométricas digitales habilitadas para Bluetooth para instalar sujetadores en los kits de guía de municiones de ataque directo conjunto. Tales herramientas digitales tienen una tolerancia más estricta y requieren menos recalibraciones, por lo que la persona que realiza el trabajo puede estar segura de que se está aplicando la cantidad correcta de torque a cada sujetador, explicó Jonathan Vance.

La herramienta registra automáticamente cada medición y envía esos datos al sistema de producción. «Todo eso sucede en segundo plano en tiempo real, por lo que ayuda al operador a saber que completó el trabajo correctamente. Esta capacidad adicional nos permite utilizar el hilo digital para verificar sistemáticamente el trabajo y también afecta el control de bucle cerrado en nuestros procesos de fabricación», dijo Jonathan Vance.

Estos bucles de datos son esenciales para la calidad de la producción en los centros de fabricación avanzada de Boeing, ya que los hilos de datos conectan a los equipos de ingeniería y fabricación y garantizan que todos tengan la información que necesitan en tiempo real. Los equipos de IT y fabricación están desarrollando un registro de sensores plug-and-play, que escalará sensores adicionales para soportar los hilos digitales y los gemelos digitales de los productos Boeing y las fábricas de producción.

A medida que Boeing comienza a producir componentes compuestos para aviones de combate en su nuevo Centro de Fabricación Avanzada de Compuestos (ACFC) en Mesa, Arizona, los equipos de fabricación demuestran cómo el hilo digital de un producto afecta a todo el sistema de producción.

«El ACFC capitaliza lo último en ingeniería digital, desde el concepto y el diseño iniciales hasta la planta de producción y el mantenimiento, y sus capacidades están alineadas directamente con la necesidad de nuestros clientes de diseñar, construir y desplegar aviones de combate avanzados en plazos dramáticamente acelerados», dijo Steve Nordlund, Vicepresidente y Gerente General de Boeing Phantom Works.

Boeing Defense, Space & Security ya ha demostrado las ventajas de la ingeniería digital en tres aviones: el T-7A Red Hawk, el MQ-25 Stingray y el MQ-28 Ghost Bat.

El T-7A, un entrenador avanzado de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos, utiliza ingeniería basada en modelos y herramientas de diseño 3D para lograr una reducción del 80% en las horas de montaje.

Del mismo modo, un hilo digital fluye desde el diseño hasta la producción para apoyar a los técnicos y mecánicos de Boeing en St. Louis mientras ensamblan el MQ-25, el reabastecimiento aéreo no tripulado de la Marina de los Estados Unidos. Los equipos de producción acceden a instrucciones basadas en modelos 3D en tabletas y monitores para confirmar que su trabajo cumple exactamente con las especificaciones de ingeniería. El avión es nativo digitalmente, lo que significa que es un diseño de hoja limpia desarrollado completamente con ingeniería digital.

El MQ-28 es un avión de combate militar no tripulado desarrollado por Boeing Australia junto con la Real Fuerza Aérea Australiana. Con un rápido calendario de desarrollo de solo tres años desde la ideación hasta el primer vuelo, el programa aprovecha los avances en ingeniería digital y fabricación avanzada.

Cuando se trata de sistemas de aeronaves existentes que ayudan a proteger a las personas en todo el mundo, los equipos de Boeing aplican la ingeniería digital a través del modelado de piezas en 3D. En Ridley Township, Pensilvania, por ejemplo, ingenieros, ensambladores, proveedores, mecánicos y mantenedores trabajan codo con codo para cumplir con las prioridades de modernización del Ejército de los Estados Unidos para el programa Chinook.

Chris Leva y Frankie Sage, Ingenieros Estructurales de Boeing que apoyan al Chinook, están ayudando a los equipos de desarrollo y producción a emplear piezas basadas en modelos desde el principio. Los diseñadores ven las características físicas de cada pieza en 3D, que a menudo determinan cómo se fabricará y posicionará la pieza. «Podemos ver la interfaz de la pieza antes de que se construya o instale», dijo Frankie Sage. Los compañeros de equipo pueden girar la pieza en pantalla para ver una perspectiva diferente, ampliar la imagen 3D para ver detalles e incluso verificar cómo encaja la pieza dentro de la aeronave.

«Al hacer revisiones virtuales desde el principio, podemos evaluar la construcción de la aeronave y el producto y detectar cualquier problema antes de que llegue a la fábrica. Nos aseguramos de no ver ningún problema o problema desde el principio, lo que ayuda a mantener bajos los costos y cumplir con el objetivo final de calidad a la primera para nuestros clientes», expresa Frankie Sage.

Esto también permite a los ingenieros fabricar piezas de muestra utilizando fabricación aditiva, lo que les permite verificar el ajuste de la nueva pieza de repuesto en la aeronave antes de entrar en producción.

«Durante las revisiones de diseño virtuales, el cliente puede decirnos qué piezas deben modificarse para un mejor mantenimiento o reemplazo, o puede identificar problemas conocidos con piezas más antiguas que podemos mejorar ahora a medida que actualizamos la aeronave. Mantenedores, pilotos, jefes de tripulación y personal de logística participan en las sesiones virtuales, donde repasamos la aeronave de la cabeza a la cola, hasta el nivel del sujetador», dijo Chris Leva.

Frankie Sage dio un ejemplo de que «un mecánico puede decir: ‘no puedes poner eso allí porque nuestras herramientas no llegarán allí’ o ‘no tenemos esa herramienta en el campo’. Entonces, cambiamos nuestro diseño para acomodar eso».

«Todo nuestro trabajo es asegurarnos de que el cliente pueda cumplir su misión con un avión que sea confiable», dijo Chris Leva.

Consejo sabio: La familia que trabaja junta permanece unida

Frankie Sage siente la responsabilidad de su trabajo personalmente. «Mi papá trabaja en el Chinook aquí (en Boeing). Es mecánico de chapa. Así que puedo diseñar piezas que él va a tocar e instalar. Puedo llevarlo a cabo para mi familia». Y eso es solo el comienzo. También tiene un hermano, una hermana, un tío y un primo que apoyan el programa para Boeing cerca de su ciudad natal en Pensilvania. «Mi familia está orgullosa de trabajar en el Chinook. Cuando podemos ver lo que diseñamos, luego lo vemos físicamente instalado y funcionando, es emocionante. Saber que estás creando un buen producto para el cliente, eso es satisfactorio para todos nosotros».

Boeing Digital Thread Technology

Digital Thread advances manufacturing

The Boeing Company is investing in how production systems and people seamlessly connect with technology to foster a safe work environment and achieve high-quality work, from concept through production and service, in smart factories. from Boeing. «Boeing is adopting multiple advanced manufacturing techniques to strengthen our production systems and meet our commitments to product quality and safety», said Scott Stocker, vice president of Manufacturing and Safety for Boeing Commercial Airplanes. To make this possible, digitally enabled device constantly collect, produce and exchange data. Those same devices send the data through various systems and protocols, informing and controlling the manufacturing processes.

Smart factories thrive on data and drive quality improvements for the aerospace industry. A much-needed tool is quickly found in a 1.2 million-square-foot factory, as smart tags help manufacturing, and fulfillment teams search for available or missing inventory. A mechanic uses a wireless device to collect wing measurements without having to get on the plane. Thanks to a sensor on a worker’s vest, an alert sound to remind an aircraft painter to secure his safety harness.

HIGH-LEVEL SAFETY: For those who work at height, a sensor alerts the user and teammates if a safety harness is unsafe or needs adjustment.

TABLET MAINTENANCE: 3D modeling of parts helps engineers, assemblers, and maintainers «see inside» every step of the way, including design, manufacturing, and maintenance.

Like smart homes, smart factories provide controlled environments, automate equipment maintenance, and notify operators when attention is needed, similar to adjusting your home’s thermostat while on vacation or receiving an alert that it’s time. to change a water filter.

In the same way, sensors on the machine send performance data to a control panel. The operator can monitor the equipment in real time and keep things running smoothly. Gauges can show a low fluid level or notify a technician that a machine requires recalibration. Environmental sensors constantly monitor variations in temperature, humidity, vibration and noise.

At the Boeing Sheffield facility in South Yorkshire, England, a tooling app measures consumption and orders just-in-time replacements, ensuring technicians always have tools on hand for their jobs, without spare parts consuming storage space. The site is the first to use an operations management system that, through an intuitive user interface, reduces contact time and complexity for operators and provides live machine performance data to industrial engineering.

«Maintaining constant awareness of the manufacturing environment allows our teams to work safely and efficiently and helps us mitigate downtime and stabilize the production process», said Scott Stocker.

One key to a connected factory is known as the Industrial Internet of Things, or simply IIoT. The IIoT connects physical things, such as production tools and manufacturing equipment, with various control systems. These systems process and calculate large amounts of data and feed the information back to the production system, providing actionable intelligence in near real time. “Through IIoT connectivity, we get information that we can use”, explained Jonathan Vance, a Boeing technical associate member who has worked to integrate wireless and embedded electronics systems at Boeing since 2008.

Engineering, IT, and data analytics teams rely on the IIoT platform for connectivity that enables them to collect real-time data and gain insights into manufacturing processes. By connecting hundreds of pieces of automated manufacturing equipment, IIoT helps inform smarter decisions about equipment usage and streamline maintenance activities. Regarding his experiences integrating wireless systems at dozens of Boeing facilities, Jonathan Vance said, «Completing the digital thread in a factory environment is easy to say, but difficult to do».

Out-of-the-box technologies such as Bluetooth connectivity and radio frequency identification (RFID) can be especially useful in Boeing’s large manufacturing centers, where some teammates work at heights or in confined spaces. For example, Jonathan Vance developed an application that connects an RFID tag on an aircraft livery painter’s safety harness to a digital dashboard on the production floor. If the harness becomes unsafe or disconnects, the embedded tag alerts the individual and teammates to reattach the harness. Most commonly, RFID technologies are used at more than 25 Boeing facilities to monitor inventory or to tag any number of production items, Vance said, including assembly templates, parts or tool boxes. «You can pick up a particular building, get a bird’s-eye view of the factory, and see exactly where the tagged assets are», said Jonathan Vance. At Boeing South Carolina, teammates are testing new uses of RFID tags to track the locations of hand tools on the expansive site where the 787 Dreamliner is built.

In other areas of production, Boeing is beginning to use digitally enabled tools to drive efficiency, predictability and stability across multiple manufacturing processes.

In St. Charles, Missouri, mechanics use Bluetooth-enabled digital torque wrenches to install fasteners on Joint Direct Attack Munitions Guidance Kits. Such digital tools have tighter tolerances and require fewer recalibrations, so the person doing the job can be sure the correct amount of torque is being applied to each fastener, Jonathan Vance explained.

The tool automatically records each measurement and sends that data to the production system. «All of that happens in the background in real time, so it helps the operator know they completed the job correctly. This added capability allows us to use the digital thread to systematically check the job and also affects closed-loop control in our manufacturing processes», Jonathan Vance said.

These data loops are essential to production quality at Boeing’s advanced manufacturing centers, as data threads connect engineering and manufacturing teams and ensure everyone has the information they need in real time. The IT and manufacturing teams are developing a plug-and-play sensor registry, which will scale additional sensors to support the digital threads and digital twins of Boeing products and production factories.

As Boeing begins producing composite components for fighter jets at its new Advanced Composite Manufacturing Center (ACFC) in Mesa, Arizona, manufacturing teams demonstrate how the digital thread of one product affects the entire production system.

«The ACFC capitalizes on the latest in digital engineering, from early concept and design to production floor and maintenance, and its capabilities are directly aligned with our customers’ need to design, build and deploy advanced combat aircraft on time dramatically accelerated», said Steve Nordlund, vice president and general manager of Boeing Phantom Works.

Boeing Defense, Space & Security has already demonstrated the benefits of digital engineering on three aircraft: the T-7A Red Hawk, the MQ-25 Stingray and the MQ-28 Ghost Bat.

The T-7A, a US Air Force advanced trainer, uses model-based engineering and 3D design tools to achieve an 80% reduction in assembly hours.

Similarly, a digital thread flows from design to production to support Boeing technicians and mechanics in St. Louis as they assemble the MQ-25, the U.S. Navy’s unmanned aerial refueling aircraft. Production teams access 3D model-based instructions on tablets and monitors to confirm that their work exactly meets engineering specifications. The aircraft is digitally native, meaning it is a clean sheet design developed entirely with digital engineering.

The MQ-28 is a military unmanned combat aircraft developed by Boeing Australia in conjunction with the Royal Australian Air Force. With a rapid development schedule of just three years from ideation to first flight, the program takes advantage of advances in digital engineering and advanced manufacturing.

When it comes to existing aircraft systems that help protect people around the world, Boeing teams apply digital engineering through 3D part modeling. In Ridley Township, Pennsylvania, for example, engineers, assemblers, vendors, mechanics, and maintainers work side by side to meet the US Army’s modernization priorities for the Chinook program.

Chris Leva and Frankie Sage, Boeing Structural Engineers supporting the Chinook, are helping the development and production teams employ model-based parts from the start. Designers see the physical characteristics of each part in 3D, which often determine how the part will be manufactured and positioned. «We can see the interface of the part before it is built or installed», said Frankie Sage. Teammates can rotate the part on screen to see a different perspective, zoom in on the 3D image to see details, and even check how the part fits inside the aircraft.

«By doing virtual reviews early on, we are able to assess the build of the aircraft and the product and catch any issues before they reach the factory. We make sure we don’t see any issues or problems early on, which helps keep down costs and meet the ultimate goal of quality first time for our customers», says Frankie Sage.

This also allows engineers to make sample parts using additive manufacturing, allowing them to verify the fit of the new replacement part on the aircraft before it goes into production.

«During virtual design reviews, the customer can tell us which parts need to be modified for better maintenance or replacement, or can identify known issues with older parts that we can improve now as we update the aircraft. Maintainers, pilots, crew chiefs and logistics personnel participate in the virtual sessions, where we walk through the aircraft from head to tail, down to fastener level», said Chris Leva.

Frankie Sage gave an example that «a mechanic can say, ‘You can’t put that in there because our tools won’t get there’ or ‘We don’t have that tool in the field.’ So we changed our design to accommodate that».

“All of our work is to make sure the customer can accomplish their mission with an aircraft that is reliable”, said Chris Leva.

Wise advice: The family that works together stays together

Frankie Sage feels the responsibility of his work personally. «My dad works on the Chinook here (at Boeing). He’s a sheet metal mechanic. So I get to design parts that he’s going to touch and install. I get to run it for my family.» And that is just the beginning. He also has a brother, sister, uncle and cousin who support the program for Boeing near his hometown in Pennsylvania. My family is proud to work on the Chinook. When we can see what we design, then see it physically installed and working, it’s exciting. Knowing that you’re creating a good product for the customer, that’s satisfying for all of us».

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