Kemana Arah 'Alam Semesta Digital' (dan Kemana Penghematan Liar Dapat Dilakukan Saat Ini)

Jika manufaktur adalah serangkaian film blockbuster, tenda teater terbaru mungkin membaca, "Segera hadir ke rantai pasokan di dekat Anda:The Digital Thread." Dan John Vickers akan menjadi salah satu yang pertama dalam antrean untuk membeli tiket. Ahli teknologi utama untuk Direktorat Misi Teknologi Luar Angkasa di Markas Besar NASA di Washington, D.C., ia memiliki tanggung jawab di seluruh badan untuk aktivitas manufaktur lanjutannya—dan memainkan peran kunci dalam membantu memandu organisasi ke depan di dunia yang semakin digital.

Namun, Vickers jarang menggunakan frasa "utas digital". Sebaliknya, ia lebih menyukai frasa yang lebih komprehensif “kembar digital”, sebuah istilah yang menurutnya merupakan inti dari setiap transformasi digital.

“Utas digital hanyalah bagian kecil dari transformasi digital yang saat ini sedang berlangsung di NASA dan di tempat lain di seluruh komunitas manufaktur,” katanya. “Sebagian besar berkisar pada penggunaan kembaran digital, atau lebih luas lagi, sebuah konsep yang kami sebut sebagai 'semuanya berbasis model'.”

Seperti yang dia jelaskan dalam presentasi baru-baru ini kepada Cambridge Group, kembaran digital secara dramatis meningkatkan dampak misi NASA dengan “melibatkan konvergensi digital, menemukan kembali proses, produk, dan kemampuan dukungan misi dan misi.” Namun, sekali lagi, definisinya tentang kembaran digital dan terminologi standar industri lainnya tidak selalu sejalan dengan definisi rekan-rekannya.

“Tampaknya semua orang mencoba mendefinisikan kembaran digital dalam istilah yang sangat preskriptif, tetapi saya menolak untuk melakukan itu,” kata Vickers. “Misalnya, saya mengusulkan bahwa itu tidak memerlukan aset fisik, sudut pandang yang beberapa teman saya di AIAA [American Institute of Aeronautics and Astronautics]—yang baru-baru ini menerbitkan makalah tentang kembar digital—tidak setuju. Juga tidak identik dengan teknologi lain, seperti MBSE [model-based systems engineering] atau, seperti yang telah saya sebutkan, benang digital, meskipun mengandung elemen masing-masing.”

Seperti yang dirancang, dibangun, dan dioperasikan

Kembar digital adalah pendekatan interdisipliner, jelasnya, yang memungkinkan produsen untuk menganalisis, mensintesis, dan menyelaraskan hubungan antar disiplin menjadi satu kesatuan yang terkoordinasi dan koheren.

Ini adalah “kolaboratif, prediktif, deskriptif, investigasi, kognitif, dan korektif”.

Dan sementara versi kembar digital Vickers memang berbasis model, itu adalah bagian pertama—kolaboratif—yang mencegah pengguna dari "melemparkannya ke dinding" seperti model multidisiplin tradisional, yang cenderung menyimpan informasi dalam lingkungan mereka sendiri yang tertutup.

Ini berarti bahwa kembaran digital yang digunakan saat ini selama tahap desain dan manufaktur suatu hari nanti akan menggerakkan seluruh perusahaan bisnis. Ini termasuk grup pemasaran, manajemen, produksi, dan keuangan, dan pada akhirnya, pengguna akhir produk, yang dalam kasus NASA, mungkin membawa produk tersebut ke bulan atau lebih jauh.

Kelahiran si kembar

Vickers menunjukkan bahwa dia dan konsultan NASA Michael Grieves—sekarang kepala ilmuwan untuk manufaktur maju di Institut Teknologi Florida—menciptakan istilah “kembar digital” pada tahun 2010. Dan meskipun belum remaja, kembaran digital pada era itu telah berkembang pesat selama dekade terakhir.

Misalnya, ada sistem simulasi dan analitik yang jauh lebih canggih yang tersedia saat ini, serta pembelajaran mesin dan kecerdasan buatan.

Semua sekarang memainkan peran penting dalam inisiatif transformasi digital apa pun.

Begitu juga dengan alat augmented, hybrid, dan virtual reality. Ini membantu manusia untuk memvisualisasikan dan menguji produk virtual, lalu mengajari mereka cara mengoperasikan versi fisik mereka setelah diterapkan.

Dan tentu saja, ada manufaktur aditif, yang bagi NASA dan banyak lainnya merupakan faktor utama untuk desain produk yang lebih cepat dan hemat biaya.

Don Kinard adalah rekan senior untuk operasi produksi aeronautika Lockheed Martin di Fort Worth, Texas. Dia juga memiliki pengalaman puluhan tahun dengan rekayasa berbasis model, sebuah tren yang dimulai dengan sungguh-sungguh selama hari-hari awal program pesawat tempur gabungan F-35.

“F-35 menandakan awal dari transformasi digital kami,” katanya.

“Tidak seperti pendahulunya F-22, yang masih berbasis kertas, itu adalah program pesawat rekayasa digital pertama. Kami memiliki model yang solid untuk semuanya.”

Menghancurkan paradigma

Itu terjadi pada tahun 2004. Sejak itu, digitalisasi telah membawa banyak manfaat bagi Lockheed Martin.

Selain yang sudah jelas, seperti proses desain dan rekayasa yang lebih efisien, ini juga memungkinkan peningkatan signifikan di lantai produksi.

Ini termasuk pengeboran otomatis dan pemasangan pengencang, proses pemesinan yang lebih baik, penyemprotan lapisan pelindung secara robotik, pemotongan tabung dengan laser yang dikendalikan komputer, dan, baru-baru ini, metrologi non-kontak—semuanya didorong oleh data digital.

Metrologi non-kontak penting dalam banyak hal, catat Kinard. Dengan membandingkan model solid 3D dengan pemindaian ringan terstruktur dari struktur dan sub-rakitan pesawat, produsen merasa lebih cepat dan lebih mudah untuk menjawab pertanyaan apa pun tentang as-designed vs as-built.

“Adalah tugas kami sebagai grup teknologi untuk mengidentifikasi apa yang dibutuhkan lantai produksi dan di mana peluang untuk otomatisasi ada, kemudian mencari cara untuk menerapkannya dengan biaya yang efektif dan dengan pengembalian investasi yang solid,” katanya. “Dalam banyak kasus, solusinya adalah solusi digital.”

Tidak ada yang baru, tambahnya. Apa yang telah berubah adalah banyaknya alat yang tersedia bagi produsen saat ini, apakah itu pemindai terstruktur dan sinar laser yang baru saja disebutkan atau alat dan sistem perangkat lunak analisis lanjutan yang digunakan untuk menganalisis desain pesawat.

“Beberapa tahun dalam program F-35, saya dapat melihat dengan sangat jelas seberapa besar perbedaan yang dibuat oleh teknik berbasis model, mulai dari desain awal pesawat hingga bagaimana kami mendukungnya di lapangan.”

Masukkan Matriks

Hal ini juga memengaruhi cara pengadaan suku cadang dan material pesawat.

Kinard menunjuk karya Will Roper, asisten sekretaris Angkatan Udara untuk akuisisi, teknologi, dan logistik. Dalam makalahnya “Bending the spoon”, Roper menulis, “Meskipun proses Perang Dingin kami menghasilkan sistem militer terkemuka di dunia, itu meningkatkan jadwal dan biaya adalah produk sampingan yang tidak berkelanjutan. Kontras yang mencolok dengan industri komersial menempatkan militer kita di ujung lubang kelinci yang 'luar biasa'.”

Menurut Roper, jalan keluar dari lubang kelinci ini adalah melalui rekayasa digital, seperangkat teknologi yang mengarah pada penunjukan "e-Series" USAF untuk pesawat terbang, satelit, dan sistem senjata yang sepenuhnya dirancang dan diproduksi di atas fondasi digital.

Anggota pertama dari klub yang berkembang pesat ini? eT-7A Red Hawk, jet latih yang dirancang dan dibangun hanya dalam waktu 36 bulan—dan dinamai untuk menghormati Tuskegee Airmen.

“Kemampuan untuk mengembangkan prototipe virtual di awal fase pengembangan menurunkan risiko produksi, karena memungkinkan kami mengetahui apakah desain akan memenuhi persyaratan pelanggan sebelum kami benar-benar mulai memotong logam dan meletakkan komposit, apalagi menghabiskan waktu bertahun-tahun untuk penerbangan dan produksi. tes struktural” kata Kinard. “Jadi itu benar-benar penekanan hari ini, yang sebagian besar berkisar pada pemodelan simulasi. Dunia kita akan berubah secara dramatis selama dekade berikutnya atau lebih karena teknologi ini tumbuh lebih canggih dan kesetiaan model 3D kami meningkat.”

Paul Oldroyd, yang menjabat sebagai rekan teknis dan sumber daya teknis utama untuk manufaktur dan pengembangan proses di Bell (sebuah divisi Textron), setuju—tetapi dengan satu peringatan:Bahkan mempertimbangkan keberhasilannya yang luar biasa dan merangkul transformasi digital, industri ini masih memiliki cara untuk pergi.

“Kata ‘transformasi’ mengandung arti lingkungan yang dinamis, artinya kita harus terus bergerak maju,” ujarnya. “Namun, kita semua telah membuat kemajuan menuju arsitektur digital sepenuhnya.”

Anda belum melihat apa-apa

Bell pasti telah menempuh perjalanan jauh sejak V-22, pesawat FBW (fly by wire) pertamanya, jelasnya.

Selain itu, 525 Relentless akan menjadi helikopter komersial FBW sepenuhnya. Pesawat Joint Multi-Role (JMR) termasuk FLRAA (Future Long Range Assault Aircraft) dan FARA (Future Attack Reconnaissance Aircraft) sedang dikembangkan menggunakan kembaran digital—dan telah menyadari manfaat signifikan dari penggabungan rangkaian digital.

“Sebagai contoh terpisah dari manfaatnya, sistem hidraulik nacelle JMR Valor V-280 menyadari pengurangan 90 persen dalam tenaga kerja teknik dibandingkan dengan sistem serupa pada V-22, dan pada saat yang sama memberikan artefak digital ke tim manufaktur, yang juga mengurangi waktu dan tenaga kerja pengembangan pabrik.”

Itu tidak berarti mereka sudah selesai. Rekayasa berbasis model terus meningkat, katanya, dan rangkaian digital harus berkelanjutan dan kuat di seluruh siklus hidup.

“Ini tidak hanya akan mengelola dan mengomunikasikan kinerja kendaraan tetapi juga menerjemahkan kembali ke metrik manufaktur, pemeliharaan, dan keberlanjutan melalui seluruh rantai pasokan. Digital Enterprise mewakili umpan balik berkelanjutan dari kendaraan udara melalui analitik berbasis fisika, desain, validasi virtual, manufaktur, kesiapan, pemantauan kesehatan, keberlanjutan, dan kesadaran armada.”

Oldroyd menjelaskan bahwa “penerbangan generasi berikutnya” akan menikmati pematangan simultan yang berkelanjutan baik dari produk maupun prosesnya.

“Kami akan memanfaatkan kembaran digital arsitektur terbuka yang bertukar data secara real-time,” katanya. “Kemampuan ini akan memberi semua pemangku kepentingan—manajer program, anggota tim internal, mitra, dan pelanggan kami—akses hampir real-time ke informasi yang sama, termasuk analisis teknik, karakteristik kinerja, dan metrik relevan lainnya.”

Salah satu keuntungan dari kembaran digital tingkat perusahaan yang sangat interaktif adalah bahwa ruang manufaktur dapat berkembang secara bersamaan dengan ruang desain dan analisis—pada dasarnya, mewujudkan rangkaian digital.

Untuk mencapai hal ini, Bell telah menciptakan Pusat Teknologi Manufaktur khusus, yang dikatakan Oldroyd sebagai “lingkungan inovasi manufaktur yang dibangun di atas filosofi digital Internet of Things-centric.”

Untuk tujuan ini, perusahaan sedang menjajaki cara untuk menangkap data manufaktur berbasis sensor dari peralatan CNC dan sel kerja untuk menginformasikan dan menyempurnakan kembaran digital.

Ini akan memberikan umpan balik tentang proses manufaktur itu sendiri, membantu perusahaan mengoptimalkan produktivitas, menghindari potensi masalah kualitas, dan membuat riwayat produksi setiap komponen pesawat untuk perusahaan yang terhubung, termasuk tim operasional.

"Kita akan lakukan itu." kata Oldroyd. “Kembar digital harus menjadi organisme hidup—yang akan menyesuaikan diri dengan keadaan yang berubah. Dengan begitu, proses manufaktur akan menjadi semakin kuat dari hari ke hari.

“Pada akhirnya, sel kerja bisa menjadi elemen mahatahu:Mereka akan menilai sendiri. Mereka akan memberi tahu kami ketika mereka tidak sehat. Dan pada akhirnya mereka bahkan akan mengambil tindakan untuk menjadi sehat di tingkat lingkungan. Kami belum selesai berevolusi, tetapi ke sanalah 'alam semesta digital' menuju.”