Bewältigung des großen Bedarfs an Automatisierung von Verbundwerkstoffen

Die Luft- und Raumfahrtindustrie stellt sich auf einen massiven Bedarf an industrieller Kapazität zur Herstellung von Teilen in naher Zukunft ein. Vor COVID schätzten Boeing und Airbus, dass in den nächsten 20 Jahren 40.000 Verkehrsflugzeuge benötigt werden (im Vergleich zu etwa 25.000, die heute im Einsatz sind). Das US-Militär erforscht auch Konzepte für Schwärme unbemannter Flugzeuge mit begrenzter Lebensdauer und sehr geringen Kosten. Schließlich sollen die ersten Lufttaxis 2023 in Betrieb gehen. Alle diese Konzepte werden einen erheblichen Einsatz von Verbundwerkstoffen erfordern, um ihre Reichweiten- und Geschwindigkeitsanforderungen zu erfüllen, was die heutige industrielle Basis belasten wird.

Heutzutage basiert die industrielle Basis von Verbundwerkstoffen auf manuellen Layup- oder aktuellen automatisierten Layup-Maschinen, die nur eine Maschinenauslastung von 20-50 Prozent aufweisen. Es ist auch immer noch mehr analog als digital. Unternehmen versuchen sich an der Digitalisierung, um spezifische Schwachstellen wie die Bestandsverfolgung zu lösen, aber nur wenige Hersteller verfügen über eine echte unternehmensweite Industrie 4.0-Umgebung.

Für die Luft- und Raumfahrtindustrie muss ein Zustandswechsel stattfinden, um Produktionsraten für zukünftige Flugzeuge zu erreichen. Erstens muss die Automatisierung von Verbundwerkstoffen eine wichtige Komponente sein, um die kommende Produktionswelle zu ermöglichen. Richtig durchgeführt, wird die Automatisierung den Bedarf an erheblichen Kapitalinvestitionen verringern und die Zahl neuer Facharbeiter für die Herstellung von Flugzeugen verringern. Zweitens muss die Composites-Community Industrie 4.0-Konzepte annehmen, um umsetzbare Erkenntnisse aus Daten zu gewinnen, die während der Fertigung und Montage generiert werden. Zu den Schlüsselthemen für die zukünftige Forschung, um Automatisierung und Industrie 4.0 für die Herstellung von Verbundwerkstoffen für die Luft- und Raumfahrt verfügbar zu machen, gehören:

• Wissenschaftliche Werkzeuge herstellen
  Zukünftiger Zustand: Designsatz für die Herstellung demokratisierter Werkzeuge, die den Handelsraum je nach Punkt im Herstellungslebenszyklus kohärent bewerten können.
  
  Mögliche Lösungen: Integrieren Sie KI/maschinelles Lernen, Automatisierung, Daten, Analysen, Fertigung und Produkte. Verwenden Sie ein integriertes, computerbasiertes System, das aus Simulation, 3D-Visualisierung, Analyse- und Kollaborationstools besteht, um eine virtuelle Darstellung des gesamten Fertigungsprozesses zu entwickeln.
• Kostengünstige, flexible Herstellung und Verarbeitung
  Zukünftiger Zustand: Robustes Verständnis der Fähigkeiten von kostengünstigen Herstellungsprozessen. Design wird durch identifizierte Prozesse eingeschränkt, was zu einer 50-prozentigen Reduzierung der Designzykluszeit führt. Fertigungslinien, die schnell umkonfiguriert werden können, um eine steigende Nachfrage und verschiedene Produktmixe zu bewältigen.
  
  Mögliche Lösung: Automatisierung der nächsten Generation. Verbesserte Verwendung von automatischer Faserplatzierung/automatisierter Werglegeausrüstung. Roboterlösungen für das manuelle Auflegen und Formen von komplex geformten Teilen (Duroplast und Thermoplast). Kollaborative Roboter. Flexible Robotersysteme, die für die Integration in ein anderes System umprogrammiert oder umfunktioniert werden können.
• Inspektion
  Zukünftiger Zustand: Wir wünschen uns nicht störende In-Prozess-Sensoren und eine Alternative zum Proof-Test, der für Herstellungs- und In-Service-Bedingungen gilt.
  
  Mögliche Lösung: Wechseln Sie von der Inspektion zur Messung. Dies erfordert Fertigungssimulation und In-Prozess-Messung sowie In-Service-Struktursimulation und -messung auf einem Niveau, das gut genug ist, um die gesetzlichen Anforderungen zu erfüllen. Verwendung von Industrie 4.0-Tools, um den Zustand des Teils oder der Baugruppe zu verstehen, nicht nur, um sie zu verfolgen.

SME hat eine technische Gemeinschaft zur Automatisierung von Verbundwerkstoffen ins Leben gerufen, um diesen Anforderungen gerecht zu werden. Ich bin Teil der technischen Community und freue mich über Beiträge zu den Diskussionen, die wir beginnen.