Ilyenek lesznek a jövő gyárai

Az innovatív tervezési és implementációs folyamatok nem csupán a termékekre, hanem a gyárakra is hatással vannak. A mérnökök egyre gyakrabban alkalmazzák a virtuális valóság (VR) technológiát, hogy már a tervezési folyamat során a saját szemükkel lássák, miként tudnak emberek és gépek együtt dolgozni új generációs termékek fejlesztése és gyártása során.

Az Airbus az úgynevezett valósághű emberi ergonómiai elemzés (realistic human ergonomics analysis – RHEA) technológiát használja, amely egy a munkások által is hozzáférhető közös virtuális környezetbe kapcsolja be a mérnökök munkáját

Mindez az olyan új technológiákkal, mint az additív rendszerek, segít a „jövő gyárainak“ létrehozásában, amelyek alapjaiban véve különböznek majd a mai automatizált gyártóegységektől.

A változás egyik legjelentősebb előfutára a Lockheed Martin, amely az úgynevezett Digital Tapestry rendszer segítségével dolgozik új digitális tervezési, illetve gyártási rendszerek megvalósításán.

Dennis Little, a Lockheed Martin gyártásért felelős alelnöke elmondása alapján a vállalat egy olyan rendszert használ, amelyben egy úgynevezett „virtuális útkeresési“ folyamaton keresztül egyszerűsítik a gyártási folyamatokat annak érdekében, hogy csökkentsék a gyártási időt – és ezáltal a gyártási költségeket – főként az űrtechnológiai rendszereik esetében. Mindez része egy modellalapú gyártási keretrendszernek (MBE), amely végig tárolja és nyomon követi a tervezési és gyártási folyamatokhoz szükséges adatokat, kezdve a CAD rajzoktól egészen a kivitelezéssel kapcsolatos információkig.

A virtuális útkeresést a Colorado államban található Collaborative Human Immersive Laboratory-ban (CHIL) viszik végbe. A CHIL a videojátékok és a különleges effektusok területén kifejlesztett motion capture (mocap) technológiát használja, amely lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy egy virtuális világban hozzanak létre alkatrészeket, illetve hajtsanak végre karbantartási műveleteket annak érdekében, hogy felismerjék, illetve kiküszöböljék a folyamatokban található szűk keresztmetszeteket: például hogy a csavarokat úgy lehessen meghúzni, hogy más alkatrészek ne állják el a szerszám útját.

A CHIL-t kezdetben GPS műholdak tervezésére használták az USA légvédelme számára, ám most fontos része a legénységgel ellátott Orion űrkabin gyártásához szükséges üzemek fejlesztéséhez, illetve a Lockheed Martin más projektjeihez. Ahogy Dennis Little, a Lockheed Martin alelnöke is kifejtette, a cél az, hogy először mindent legyártsanak virtuális formában, mielőtt a valós gyárakat felépítenék, hogy elkerüljék az esetleges utólagos módosításokat és újratervezéseket.

A Lockheed Martin ezen felül komolyan foglalkozik az additív gyártási technológiákkal is. Az anyagkeverő-gépekhez kapcsolt, hattengelyű robotkarokra szerelt extrudáló fejek lehetővé teszik a vállalat számára, hogy az úgynevezett pontonkénti kompozíciós irányítás (pointwise composition control) segítségével valós időben megváltoztatassa a nyomtatott anyag tulajdonságait az éppen nyomtatott alkatrész struktúráján belül. Mindez azt eredményezi hogy egyszerre nyomtathatják ki kisméretű, személyzet nélküli légijárművek (UAV) szilárd, rugalmas, illetve oldószer-ellenálló alkatrészeit ahelyett, hogy a különböző komponenseket külön gyártanák le, illetve szerelnék össze, és mindezzel jelentős mennyiségű időt és pénzt takarítanak meg.

A kereskedelmi légiiparban az Airbus az úgynevezett MiRA, azaz kevert valóságú alkalmazást (Mixed Reality Application) használja, amely során a repülőgéptörzsben dolgozó mérnököket egy tablet és egy érzékelőcsomag segítségével folyamatosan nyomon követik és összevetik a pozíciójukat az úgynevezett valósághű emberi ergonómiai elemzés (Realistic Human Egonomics Analysis – RHEA) eszközzel, amely tartalmazza az éppen összeszerelés alatt álló repülőgép méretarányos háromdimenziós mását.

Mindezzel lehetőségük nyílik, hogy előhívják egy tetszőleges alkatrész beszerelési utasításait. A repülőgépre szerelt geolokációs eszközök folyamatos kapcsolatban vannak a szenzorcsomaggal, aminek köszönhetően bármilyen szögből megnézhetik a munkafolyamatot. Az RHEA minden komponens beszerelésével frissül. Az eljárás során sikerült három hétről három napra csökkenti az A380 géptörzsében található, összesen 80 ezer konzol ellenőrzését.

Egy másik alkalmazási terület az Airbus helikoptereinek elektromos vezetékrendszere. Az vezetékkötegeket egy tartószerkezet segítségével szerelik be, amely az elektromos rendszerekhez szükséges komponenseket a megfelelő helyen tartva lehetővé teszi, hogy azokat a megfelelő pozícióban és sorrendben lehessen beszerelni. A tartószerkezetek segítségével egész vezetékköteget lehet átszerelni a légi járművekbe. Ez egy rendkívül komplex folyamat, amelyhez korábban egy prototípus elkészítésére volt szükség. Most azonban a tartószerkezetet digitális formában megjelenítik egy képernyőn és a mérnökök egy tablet segítségével határozzák meg a kábelkötegek útját a jármű belsejében.

Egy másik rendszer a Tiger és NH90 harci helikopterek álcázó mintáinak festési idejének csökkentésében segít. A mintában található színblokkok körvonalait lézerek segítségével közvetlenül a géptestre vetítik, így a festőknek csupán ki kell tölteni a mintákat, így a hagyományos manuális módszerhez képest jelentősen felgyorsul a festési folyamat.

Az Airbus digitális gyártási eszközei között találjuk a manchesteri központú virtuális vállalat VR csomagját, amely egy érintési (haptic) rendszerhez kapcsolva segít a mérnököknek megtalálni az esetleges szerszámütközéseket. A rendszer segített az Airbus A350 a hagyományos vertikális elrendezés helyett horizontálisan elhelyezett szárnyának gyártási folyamatainak megtervezésében.

Az Airbus repülőgépek szárnyainak gyártási folyamatának megtervezéséhez virtuális valóság eszközöket használtak

Új technológiák térhódítása az autóiparban

Az autóiparban a Jaguar Land Rover (JLR) a repülőgépiparhoz hasonlóan szintén VR technológia segítségével dolgozik a gyártási folyamatainak fejlesztésén.

A VR technológia egyre gyakoribbá válik az autóiparban, ahol számos – főként a felsőbb piaci szegmensekben található – vállalat a virtuális valóság segítségével nyújt ízelítőt a potenciális vevők számára a jövőbeli modellek kialakításáról. A JLR Gaydonban találhat ergonómiai laboratóriumában mindezt egy újabb szintre emelte: a Sony 4K-s nagyfelbontású kijelzőit használó VR csomag segítségével a repülőgépiparhoz hasonlóan a gyártási folyamatokba is sikerült integrálnia a virtuális valóságon alapuló rendszereket.

A VR rendszert főként a jármű ergonómiai szempontjainak finomhangolására használják, például a belső kialakításának megtervezésére, a vezetőülésből való kilátás javítására, a műszerek kialakítására, illetve hogy megbizonyosodjanak róla, hogy a jármű A-, B- és C-oszlopa nem blokkolja veszélyes módon a látóteret. A további területek közé tartozik a törésteszt-szimuláció, az aerodinamikai szimuláció, illetve a gyártási folyamat megtervezése.

A VR technológia a Jaguar Land Rover tervezési és gyártási folyamataiban egyaránt segít

– A felsőkategóriás VR eszközök gyakorlatilag minden szektorban megegyeznek – mondta Brian Waterfield VR technológiáért felelős vezető. – Nincs nagy különbség az általunk és az űriparban használt eszközök között. A Range Rover Evoque tervezése során fontos szerepet kaptak a virtuális valóság eszközök. Rendkívül nagy kihívás volt. A korábbiaknál sokkal korlátozottabb kialakítással kellett dolgoznunk, így különös gondot kellett fordítanunk rá, hogy a különböző elemek hogyan illeszkednek egymáshoz. A VR egy új, intuitív szimulációs lehetőséget biztosít a mérnökeink számára. Ahogy egyre több szimulációt alkalmazunk, a VR technológia egyre fontosabb szerepet tölt be – hangsúlyozta Waterfield.

Azáltal, hogy a gyártósoron történő változtatásokat először egy VR környezetben tervezik meg, felismerhetnek, illetve elkerülhetnek lehetséges biztonsági, termelési, illetve karbantártási problámákat, mielőtt még a gyártósort beszerelnék vagy megrendelnék. Például néhány szerszámvezető berendezés felszínén kitüremkedések vannak, amelyek megnehezíthetik a járművek tetején történő folyamatokat, és amelyeket a múltban le kellett cserélni vagy el kellett mozdítani: mindez ma már nem történhet meg.

A VR csomag lehetővé teszi továbbá, hogy teszteljék és kiértékeljék a munkahely világítását érintő változtatásokat. – Egy új projektet általában egy VR eszközzel dolgozó ergonómiai specialista kezd, ám ahogy haladunk a munkában, a soron dolgozó mérnököket is bevonunk a folyamatba – ismertette Waterfield.

Waterfield szerint a JLR-nél használt VR eszköz fejlesztésébe a következő lépés a tapintáson alapuló funkciók bevezetése lesz. – Már most is számos dologra hasznáhatjuk a tapintásra épülő eszközöket, ám egyelőre még nem tudjuk teljes mértékben szimulálni a virtuális gyártási környezetet – tette hozzá a JLR VR technológiáért felelős vezetője. A területen folyamatosak a kutatások.

A 3D nyomatás szerepe a gyártóiparban

Az elmúlt három-négy év során a 3D nyomtatás főként néhány specifikus területen fejlődött. Míg a technológia leginkább ismert felhasználási területe maga a termékek gyártása, a 3D nyomtatás talán leghasznosabb aspektusa a gyártók számára a gyártási folyamat részeként történő alkalmazás.

Az additív folyamatok nagy mértékben csökkenthetik a szerszámvezető berendezések gyártásával járó költségeket

– A 3D nyomtatás a jövőbeli gyártás számára az egyik legjelentősebb potenciállal rendelkező területét gyakran meg sem említik – hangsúlyozta John Cobb, a 3D nyomtatással foglalkozó Statasys vállalat munkatársa. Az „augmented (bővített) gyártásnak“ is nevezet terület valós megtakarításokat eredményezhet a költségek és a gyártási idő terén – tette hozzá John Cobb.

A bővített gyártás arra utal, hogy 3D nyomtatást a termékek helyett a gyártási eszközök elkészítéséhez használják: a szerszámvezető és rögzítő berendezések, illetve olyan eszközök gyártására, amelyek pozicionálják, tartják, illetve tárolják az alkatrészeket a gyártási folyamat során. – Ezek az eszközök gondoskodnak a minőségről és a gyártás hatékonyságáról más alkatrészek és termékek gyártása során – emelte ki Cobb. – Ezek a szerszámok a megfelelő működés során észrevétlenül működnek, ám a fontosságuk hirtelen nyilvánvalóvá válik, amikor valami elromlik – figyelmeztet a Statsys munkatársa.

Cobb szerint amikor valamilyen probléma lép fel, a 3D nyomtatásnak köszönhetően rövid idő alatt lehet új szerszámvezetők és rögzítőberendezéseket tervezni és gyártani, amivel megakadályozhatók a kimaradások, illetve a hibás termékek. Ezek a berendezések általában fémből, fából vagy műanyagból készülnek kis mennyiségben kézi vagy félautomata folyamatokon keresztül, és minden szerszám megtervezése és elkészítése körülbelül egy—négy hetet vesz igénybe.

A 3D nyomtatás az öntőformák legyártására is kiválóan alkalmazható

– A komplex eszközök végleges változatait több prototípus és értékelési folyamat is megelőzheti, hogy elérjék a megfelelő minőséget, így könnyen láthatjuk, hogy a gyártás ezen területe rendkívül időigényes és drága – hangsúlyozta Cobb.

Ez az a terület, ahol a 3D nyomtatás hatalmas erővel törhet előre azáltal, hogy gyors és pontos módszert biztosít az ilyen berendezések elkészítéséhez. A műanyag szálolvasztásos módszert (fused deposition modelling – FDM) használva a hagyományos gyártási folyamat jelentősen leegyszerűsödik.

Kereskedelmi szempontból ez az a pont, ahol a 3D nyomtatás forradalmasíthatja a gyártást, nem csupán az egyéni vállalatok, hanem teljes iparág számára. – Elindíthat egy pozitív folyamatot, amely egész gazdaságokra hatással lehet – emeli ki Cobb. A gyártók számára azonnali előnyökkel járhat a termelékenység, a hatásfok, illetve a minőség terén. A 3D nyomtatást alkalmazó vállalatok nem csupán lecserélik a berendezéseiket, hanem újratervezik az egész gyártósort, hogy az gyorsabban, pontosabban, hatékonyabban, egyszerűbben és jövedelmezőbben működhessen.

A Stratasys ügyfelei közül többen is 70-95 százalékos csökkenésről számoltak be a tervezési és gyártási idő terén, valamint 40-90 százalékos költségmegtakarításról tettek tanúbizonyságot. A legjobb példa a háztartási gépek, illetve haszongépjárművek számára alkatrészeket gyártó németországi központú Seuffer. Amióta a vállalat gyártási folyamatiba bevezették a 3D nyomtatást, a Seuffer jelentősen csökkentette a fröccsöntött műanyagból készült minták gyártási idejét és költségeit.

A Seuffler néhány nap alatt képes megtervezni az öntéshez használt mintát, amelyet kevesebb mint 24 óra alatt kinyomtatnak a kiértékeléshez. Hagyományos CNC eszközökkel korábban nyolc hétig tartott a munkadarab fémből történő elkészítése. A vállalatnál ezen felül korábban 40 ezer eurót emésztett fel egy hagyományos úton készült szerszám legyártása. Ezzel szemben a 3D nyomtatással készült szerszám csupán ezer euróba kerül.

Via theengineer.co.uk