Pakar:Peningkatan Otomatisasi Penting untuk Memenuhi Permintaan Pesawat
Kebutuhan komersial saja selama 20 tahun ke depan menunjukkan tingkat produksi dua kali lipat
Sebelum pandemi virus corona menjungkirbalikkan kehidupan normal dan pada dasarnya menutup pesawat komersial, industri penerbangan memiliki proyeksi kebutuhan 40.000 pesawat baru—pesawat, helikopter, taksi udara, dan kendaraan udara tak berawak—dalam 20 tahun ke depan. Volume tersebut mencakup penggantian untuk kapal yang tidak dapat digunakan setelah umur rata-rata 25-30 tahun dan berada di atas jaminan simpanan sekitar delapan tahun.
Jika permintaan penerbangan kembali ke level sebelumnya setelah pembatasan terkait pandemi mereda, satu-satunya cara untuk memenuhi kebutuhan yang diproyeksikan adalah melalui peningkatan otomatisasi, kata beberapa pakar industri.
Tidak seperti banyak sektor lainnya, industri penerbangan adalah industri di mana tenaga kerja manual merupakan hal yang umum karena tidak ada proses manufaktur alternatif saat ini yang layak. Tetapi mengingat rekaman Statista dari tahun ke tahun peningkatan permintaan dari 2006-2019 untuk permintaan penumpang lalu lintas udara global (kenaikan berkisar dari 2,4 persen menjadi 8,1 persen, kecuali untuk 2009 pada puncak Resesi Hebat) dan faktor lainnya, efisiensi yang lebih besar adalah wajib jika industri ingin mengikutinya.
Para peneliti mencoba mencari cara untuk mengotomatisasi beberapa proses, seperti hand layup. Namun ada tindakan otomatis lainnya yang saat ini tersedia, termasuk memproyeksikan instruksi untuk perakitan ke stasiun kerja dan untuk sealant otomatis, pengikatan, penandaan, dan proses penanganan material.
Kebutuhan penerbangan komersial saja akan membutuhkan penggandaan tingkat produksi yang efektif, kata John D. Russell, kepala cabang teknologi struktur di Laboratorium Penelitian Angkatan Udara.
Selain pesawat komersial, militer sedang menjajaki pesawat yang dapat diproduksi dalam jumlah ribuan.
Akhirnya, konsep taksi udara telah mendapatkan daya tarik dari perusahaan penerbangan tradisional dan perusahaan seperti Uber dan akan membutuhkan lebih banyak produksi.
“Untuk salah satu dari kasus ini secara individual, saya mendengar dari kontak saya di industri bahwa AS tidak memiliki kapasitas saat ini,” kata Russell, memperingatkan bahwa informasinya berasal dari sebelum virus menyerang di seluruh dunia. “Jika ketiganya menjadi kenyataan pada saat yang sama, industri harus kreatif untuk memecahkan masalah kapasitas.
“Alternatif besar yang saya dengar adalah penggunaan otomatisasi untuk meningkatkan produktivitas dan throughput, terutama untuk penerbangan komersial. Perusahaan sedang meneliti cara otomatisasi dapat meningkatkan berbagai hal, mulai dari fabrikasi suku cadang hingga perakitan. Saya dengar biaya modal untuk otomatisasi kurang dari itu untuk menambah jalur produksi baru.”
Russell mengatakan dia tidak akan terkejut melihat industri taksi udara mencari produksi di luar negeri karena harga kendaraan kemungkinan akan menjadi pendorong besar untuk model bisnis mereka. Dia ragu kita akan melihat offshoring untuk penerbangan komersial karena industri kemungkinan akan tetap berpegang pada hubungan pemasok yang sudah mapan karena tingkat keterampilan tinggi yang terlibat untuk tenaga kerja. Jelas, offshoring tidak akan menjadi pilihan untuk kendaraan militer mana pun, katanya.
Mengirimkan 40.000 pesawat dalam 20 tahun akan membutuhkan produksi 2.000 pesawat per tahun, yang jauh lebih tinggi daripada pengiriman sebelum pandemi.
Penundaan pengiriman terjadi ketika produsen tidak dapat menyiapkan peralatan dengan cukup cepat untuk memenuhi peningkatan permintaan yang disebabkan oleh peningkatan transportasi udara.
Selain itu, konsumen kini memandang perjalanan udara sebagai kebutuhan, bukan kemewahan, dan memiliki sarana untuk membayar perjalanan pribadi.
Akibatnya, maskapai penerbangan komersial memperluas penawaran mereka untuk memberikan fleksibilitas kepada konsumen yang haus penerbangan dalam waktu lepas landas.
Boeing memiliki backlog 5.049 pesawat pada 1 Mei, sementara pesanan kembali Airbus telah menumpuk hingga 7.650 pada 31 Maret.
Sebelum pandemi, kebangkitan persaingan antara Boeing dan Airbus diharapkan menghasilkan rekor pengiriman platform berbadan sempit yang sangat populer dan pertumbuhan produksi tahun-ke-tahun 9,4 persen pada tahun 2019. Boeing dan Airbus diproyeksikan untuk memproduksi lebih banyak. dari 1.750 pesawat tahun lalu, naik dari 1.606 unit pada 2018, menurut rilis berita pertengahan Juni 2019 dari firma riset dan analisis Frost &Sullivan.
Namun, pada bulan Agustus, yang lain memotong angka tersebut.
Produksi pesawat global telah turun seperempat setelah larangan terbang jet Boeing 737 Max pada Maret 2019 menyusul dua kecelakaan fatal, menurut sebuah artikel di surat kabar The Guardian. ADS, kelompok lobi kedirgantaraan Inggris, mengatakan 88 pesawat dikirim pada Juli 2019, turun 24 persen pada pengiriman selama bulan yang sama tahun sebelumnya, dengan penurunan sebagian besar karena penurunan produksi pesawat lorong tunggal seperti 737.
Hingga akhir tahun lalu, gabungan Airbus dan Boeing telah mengirimkan 1.243 pesawat.
Industri bertindak untuk meningkatkan jumlah tersebut.
“Dua produsen pesawat komersial terbesar, Boeing dan Airbus, sama-sama mengeluarkan banyak uang tambahan untuk meningkatkan tingkat produksi,” kata Bill Bigot, wakil presiden pengembangan bisnis untuk kedirgantaraan dan pertahanan di JR Automation.
Akhir tahun lalu di Hamburg, Jerman, Airbus menerapkan struktur badan pesawat Keluarga A320 dengan jalur perakitan yang sangat otomatis.
Fasilitas baru ini memiliki 20 robot, konsep logistik baru, penentuan posisi otomatis dengan pengukuran laser, serta sistem akuisisi data digital, kata perusahaan tersebut.
Selain penggunaan robot, Airbus juga menerapkan metode dan teknologi baru dalam logistik material dan suku cadang untuk mengoptimalkan produksi, meningkatkan ergonomi, dan mempersingkat waktu tunggu. Ini termasuk pemisahan tingkat logistik dan produksi, pengisian bahan yang berorientasi pada permintaan, dan penggunaan kendaraan berpemandu otonom.
Namun, sekitar waktu yang sama, Boeing mengakhiri upaya otomatisasi total selama empat tahun di pabrik Everett, Wash., yang menggunakan lengan robotik untuk memasukkan pengencang pada dua bagian badan pesawat utama dari pesawat jet 777 dan 777X, sebagai gantinya memilih penyisipan manual oleh mekanik terampil.
Robot masih mengebor lubang untuk pengencang pada sistem "track fleksibel" otomatis, yang menghasilkan kombinasi proses robotik manusia, menurut laporan yang dipublikasikan.
Upaya tersebut mungkin akan membuahkan hasil pada akhirnya.
Upaya yang gagal untuk menggunakan robotika mengajarkan Boeing beberapa pelajaran berharga dari "penyelaman pertama yang sangat mendalam ke dalam jenis teknologi itu," Jason Clark, wakil presiden Boeing yang mengawasi produksi 777X, mengatakan kepada Los Angeles Times. “Ini mengajari kami cara mendesain untuk otomatisasi,” Clark dikutip dalam artikel November.
Metode baru ini mengurangi keausan pada pekerja karena mesin yang dikembangkan oleh Electroimpact Inc. menangani salah satu tugas perakitan badan pesawat yang paling menuntut secara fisik:mengebor lubang melalui logam, menurut artikel Times.
Selain itu, “Kami mendesain ulang bagian bangunan untuk mengganti paku keling dengan bentuk pengencang yang tidak terlalu sulit, sehingga meningkatkan ergonomi lebih lanjut,” kata juru bicara perusahaan.
Tidak semua langkah untuk meningkatkan produksi mencakup lini dan robot baru.
Di pabrik North Charleston, S.C., Boeing:dilengkapi mekanik dengan kerangka luar yang dirancang untuk mengurangi ketegangan dari pekerjaan overhead yang berkelanjutan; menggunakan kunci pas pintar berkemampuan Bluetooth untuk memastikan pekerja menerapkan torsi yang benar ke mur, dan menggunakan realitas virtual bagi mekanik untuk menguji alat baru, menurut Reuters.
Dapatkah robot mengambil alih hand layup?
Sebelum struktur badan pesawat dikirim ke Hamburg atau pabrik Boeing di Negara Bagian Washington, struktur tersebut dibuat dalam proses manufaktur komposit otomatis (ACM), termasuk penempatan serat otomatis dan tata letak pita otomatis.
ACM cocok untuk bagian sedang atau besar seperti badan pesawat, sayap, dan sekat yang juga datar atau sedikit berkontur.
Tapi bagian komposit kecil dan menengah dibuat dengan hand layup, proses yang sangat tidak efisien yang menghabiskan banyak material.
Ini adalah masalah besar karena bagian-bagian ini—penjepit, braket, balok-I, dan pintu akses—dapat mencapai hingga setengah berat struktur dan jumlah ribuan hanya untuk satu bidang.
“Juga, bagian-bagian yang harus diletakkan dengan tangan ini harus ditebang dan digerus, diperas, apa adanya,” kata Les Cohen, konsultan komposit. “Jadi itu berarti rasio beli-untuk-terbang Anda dapat menjadi faktor 2:jika Anda bekerja dengan bahan seharga $40 per pon, itu secara efektif adalah bahan $80-a-pon.”
Sebuah tim di University of Southern California baru-baru ini menyelesaikan proyek demonstrasi untuk mengotomatiskan layup dengan lengan robot.
Meskipun bukan otomatisasi, masih ada ruang untuk meningkatkan bahan yang digunakan dalam konstruksi pesawat.
Industri memahami bahwa waktu yang diperlukan untuk mengotoklaf bagian-dalam-proses dalam operasi debulking setiap beberapa lapisan bersama dengan menyembuhkan bagian akhir membutuhkan banyak waktu. Resin cepat kering yang memiliki sifat bagian yang diawetkan dengan autoklaf tetapi tanpa proses autoklaf adalah jawabannya tetapi tidak tersedia, kata Cohen. Dengan investasi rata-rata hingga lima tahun dan perkiraan biaya $10 juta untuk mengembangkan materi baru, tanpa jaminan mereka akan diterima, dapat dimengerti bahwa tantangan ini tidak terpenuhi, katanya.
Revolusi Industri ke-4 lambat lepas landas di luar angkasa
Industri 4.0, dengan janjinya akan produktivitas dan kualitas yang lebih besar, mungkin juga membantu meningkatkan produksi penerbangan, tetapi industri ini lambat dalam mengadopsi dunia revolusi industri keempat yang terhubung, terdigitalisasi, dan berbasis data.
“Saya akan mengatakan bahwa barang baru saja online sekarang dalam produksi dan memberikan hasil. Kami sangat menyukai hal ini dan kami hanya sampai pada titik di mana kami dapat meluncurkan ini pada tingkat program dan benar-benar memberikan sesuatu kepada pabrik yang benar-benar akan mempengaruhi efisiensi mereka, ”kata Andrew Purvis, manajer proyek untuk layup komposit dan otomatisasi. di Electroimpact Inc. “Ketika Anda mulai mendapatkan data dan mulai menghitung angka, Anda mulai menemukan banyak emas di kumpulan data itu dan sering kali berlian, hal-hal yang benar-benar mulai meningkatkan produksi Anda.”
Matang untuk otomatisasi adalah sisi kualitas produksi, kata Purvis.
Electroimpact membangun pemantauan kualitas ke dalam sistem dengan teknologi inspeksi yang mengukur semua yang dilakukan mesin AFP saat mereka membuat atau mencetak komponen. Inspeksi otomatis memungkinkan proses yang disebut perusahaan sebagai “penyetelan berkelanjutan”.
“Sistem ini sebenarnya menjaga dirinya sendiri dalam kalibrasi dengan melihat apa yang dilakukannya, dan terus menyesuaikan dirinya sendiri,” katanya. “Seperti mesin atau printer AFP yang dapat melihat output dengan kamera atau sensor dan berkata 'Hei, saya perhatikan Anda mulai sedikit menyimpang, jadi saya akan menggantinya'.”
Pada titik ini, mengadopsi Industri 4.0 lebih merupakan aspirasi daripada pencapaian sebagian karena implikasi keamanan siber dan manajemen data, kata Mick Maher, presiden perusahaan konsultan Maher Associates.
“Saya tidak berpikir industri kedirgantaraan mengambilnya lebih lambat daripada industri lainnya,” katanya. “Saya pikir Industri 4.0 masih terlalu belum matang untuk menyerahkan kendali pada saat ini. Yang mengatakan, otomatisasi adalah komponen kunci dari Industri 4.0. Tetapi seperti halnya ada bagian otomatisasi yang matang, seperti penempatan pita, penempatan serat, masih banyak pengembangan yang diperlukan.”
Keuntungan besar yang bisa didapat
Randy Ronkles, yang pernah menjadi direktur teknis untuk kedirgantaraan di JR Automation, sebelumnya berada di Spirit Aerosystems tempat ia menjadi bagian dari tim untuk menerapkan Industri 4.0 pada awal 2019.
Target produksi lama di Spirit, pabrik Boeing sebelumnya yang didivestasi pada 2005, adalah 21 pesawat per bulan berdasarkan keterbatasan fisik dan ukurannya, kata Ronkles. Sebelum dia pergi, produksi bulanan pabrik adalah 57 pesawat, dibantu dengan shift tambahan, lebih banyak karyawan, dan peningkatan otomatisasi, khususnya dalam pengencangan.
“Salah satu proyek (terakhir) sebelum saya pergi adalah pengumpulan data Industri 4.0 tentang pemanfaatan peralatan dan itu benar-benar mengubah wajah perusahaan itu dalam memahami apa yang dilakukan peralatan mereka dan apa yang mampu dilakukannya,” kata Ronkles. “Dan itu berdampak signifikan pada pengeluaran modal untuk tarif di masa mendatang.”
'Mencoba-coba dalam digital'
Ada penelitian yang sedang berlangsung di seluruh dunia tentang penerapan Industri 4.0 ke dalam manufaktur kedirgantaraan, tetapi adopsinya lambat dan produksi pesawat saat ini lebih analog daripada digital, kata Russell dari AFRL.
“Perusahaan mencoba-coba digital untuk memecahkan masalah spesifik, seperti pelacakan aset, tetapi hanya sedikit produsen yang memiliki lingkungan Industri 4.0 di seluruh perusahaan yang sebenarnya,” katanya.
Dalam hal keadaan komponen Industri 4.0 saat ini, manufaktur aditif sedang dilihat untuk perkakas dan bagian non-struktural, beberapa proses diotomatisasi dengan penggunaan robot dan, sehubungan dengan analitik data, R&D telah dilakukan untuk mengikat inspeksi tak rusak data kembali ke model asli untuk memahami dampak cacat manufaktur pada kinerja suku cadang, kata Russell.
Dalam video yang diposting di YouTube, lengan robot Kuka dengan roller ujung lengan menghaluskan lapisan komposit sebelum hamil di atas lapisan sebelumnya, sementara dua robot dengan gripper menahan material dengan kencang di kedua sisinya.
Berapa banyak seniman lay-up tangan yang menginginkan setara dengan tangan ketiga yang ditunjukkan dalam rekaman sel robot pintar?
Sel, dan semua teknologi di baliknya, adalah proyek demonstrasi oleh Satyandra K. Gupta, seorang profesor teknik mesin dan ilmu komputer di University of Southern California, rekan-rekannya dan murid-muridnya. Mereka membuat bagian tersebut berdasarkan saran dari Boeing, Lockheed Martin dan United Technologies, dengan tujuan menilai kelayakan otomatisasi. Hasil pengujian pada suku cadang yang dibuat dengan otomatisasi robot mereka dikirim ke tiga perusahaan, kata Gupta.
“Saat ini, tantangan utama yang dihadapi semua orang di ruang angkasa adalah kekurangan tenaga kerja,” katanya.
Dengan lengan robot melakukan layup, seorang operator manusia dapat mengawasi beberapa sel sekaligus, jelasnya. Ini tidak hanya akan meningkatkan kapasitas, tetapi juga dapat menghilangkan langkah debulking dalam proses pembuatan suku cadang sambil tetap memastikan kualitas.
Itu karena, untuk bagian kritis hipotetis yang terbuat dari 100 lapisan pra-preg, bagian dalam proses harus dikantongi dan menjalani aplikasi vakum setiap tiga (atau lima) lapisan untuk memastikan tidak ada rongga, dengan total 33 debulking.
Namun dengan robot, tekanan alat robot dapat diukur, tidak seperti tangan manusia, sehingga kualitasnya terjamin, dan prosesnya bisa lebih cepat.
Mengotomatiskan proses tidak hanya membuatnya konsisten dan efisien. Hand layup adalah pekerjaan membosankan yang menuntut fisik.
Bekerja lebih dari dua setengah tahun, Gupta dan timnya mengintegrasikan lengan robot dengan peralatan canggih, visi komputer, penginderaan kekuatan, algoritme kecerdasan buatan, pengontrol canggih, dan antarmuka manusia-mesin. Bagian demonstrasi mereka terdiri dari hingga 15 lapisan pra-persiapan serat karbon berbasis epoksi standar.
Bagian paling menantang dari pekerjaan mereka adalah mengintegrasikan visi komputer waktu nyata.
“Anda harus mendapatkan kamera untuk melihat cacat apa yang terbentuk,” kata Gupta. “(Sekarang) jika robot melihat kerutan kadang-kadang akan menarik lembaran dengan cara ini, maka dengan cara itu … ”
Saat sel mengalami masalah yang tidak dapat diperbaiki, sel akan memberi tahu operator manusia dengan suara bip, email, atau teks.
Tapi itu hanya jika perlu.
“Terkadang seluruh proses berjalan tanpa hambatan,” kata Gupta.
Lihat, Bu, Tanpa Tangan! (End-of-Arm Tooling Melakukan Automated Pre-Preg Layup)
Penambahan Rego-Fix yang dibuka tiga tahun lalu menggabungkan fitur konservasi energi dan sumber daya alam yang canggih. Ini termasuk sistem ventilasi pertukaran udara khusus, pemanas pelet kayu, beberapa unit pendingin udara progresif, atap "hijau", dan penggunaan pencahayaan alami dan yang dikontrol sensor.
Sistem ventilasi pertukaran udara menukar udara di dalam gedung baru tujuh kali per jam. Ini menarik keluar limbah panas dari lantai manufaktur—panas yang sebagian besar dihasilkan oleh peralatan kompresor udara besar yang diperlukan untuk peralatan mesin perusahaan. Selama bulan-bulan dingin, yang merupakan keseimbangan tahun, panas limbah yang dipulihkan kemudian digunakan untuk menghangatkan udara segar yang masuk yang diambil sistem dari luar gedung dan bersirkulasi ke lantai pabrik.
Selain itu, sirkulasi air dalam sistem tertutup membantu menjaga kompresor udara lantai pabrik tetap dingin selama pengoperasian. Dalam proses pendinginan, air menjadi panas, dan air yang dipanaskan ini kemudian disimpan dalam tangki 1849-gal (7007-l). Air ini digunakan untuk lebih membantu menghangatkan gedung melalui sistem pemanas yang dipasang di lantai area kantor gedung.
Fasilitas ini juga menggabungkan sistem pemanas 390 kW yang membakar pelet kayu sebagai lawan dari bahan bakar fosil. Pelet adalah produk sampingan dari industri kayu dan pembuatan furnitur, yang umum di daerah tersebut. Sistem ini mengkonsumsi pelet dalam jumlah yang sangat kecil karena beroperasi sebagai cadangan ke sumber pemanas lain dan hanya digunakan saat suhu luar sangat rendah.
Selama musim panas, sistem pendingin udara tiga unit tipe progresif hemat energi yang bekerja bersama dengan sistem di lantai dan sistem pertukaran udara, membuat tambahan tetap dingin. Unit pertukaran udara mengeluarkan panas dari gedung, dan air dingin bersirkulasi melalui sistem di lantai.
Jika suhu di dalam gedung naik di atas tingkat tertentu, salah satu unit dalam sistem pendingin udara progresif akan menyala untuk mencadangkan sistem lantai dan unit pertukaran udara. Unit AC diatur rpm, jadi jika tingkat suhu terus naik, memaksa unit AC pertama melebihi batasnya, unit AC kedua dalam sistem akan aktif. Dan sebaliknya jika unit kedua mencapai batas rpm, unit ketiga diaktifkan. Setelah gedung mulai dingin, unit AC individual akan mati dalam urutan terbalik.
Dinding luar bangunan benar-benar terisolasi. Tidak seperti desain atap pada umumnya, yang dipilih Rego-Fix sangat tidak biasa dengan sifat insulasi yang tinggi. Disebut sebagai atap "hijau" atau "ditanam", ditutupi dengan tanah yang memiliki tanah yang sebenarnya tumbuh di dalamnya. Selain nilai insulasinya, atap menampung air hujan yang kemudian dikumpulkan dalam tangki 13.200 gal (50.000 liter) dan digunakan untuk menyiram toilet di toilet gedung.
Gabungan, semua fitur pemanasan dan pendinginan bangunan memberikan suhu lingkungan yang stabil dan konstan di dalam area manufaktur. Ini memiliki manfaat manufaktur yang kritis. Temperatur yang konstan membantu menjaga akurasi alat mesin yang konsisten untuk menghasilkan sistem pemegang alat presisi tinggi perusahaan.
Untuk penghematan energi lebih lanjut, gedung manufaktur baru ini memiliki banyak jendela besar berinsulasi tiga panel yang memungkinkan cahaya alami berlimpah. Selain itu, jendela-jendelanya dilengkapi dengan peneduh yang dapat membuka dan menutup secara otomatis. Ini sangat membantu dalam menjaga bangunan tetap sejuk di musim panas. Sementara tirai menghalangi banyak panas, mereka dilubangi untuk membiarkan cahaya masuk.
Di mana pencahayaan tambahan diperlukan, lampu hemat energi tipe LED, bersama dengan aktivasi kontrol gerak, digunakan. Tidak ada sakelar dinding di dalam gedung, dan lampu hanya menyala jika ada area yang ditempati, lalu mati saat tidak ada.
