Elbit Systems: Solusi Komposit Terdepan untuk Israel dan AS
Elbit Systems Ltd. (Haifa) adalah kontraktor pertahanan terbesar Israel, dengan turnover US$3,3 miliar pada tahun 2017 dan backlog lebih dari US$7,5 miliar pada tahun 2018. Aktivitasnya mencakup sistem dan struktur untuk pesawat militer dan komersial, kendaraan darat, keamanan dalam negeri dan berbagai sistem intelijen, elektronik dan siber. Dari 12.500 karyawannya, hampir 3.000 berada di AS, bekerja dengan anak perusahaannya Elbit Systems of America, yang memelihara beberapa lokasi, termasuk di bagian AS Utah dan New Hampshire dan di Ft. Worth, TX, AS. Dan Elbit Cyclone telah memperluas ke situs tambahan, disebut Aero-Structure Technologies Cyclone (ATC), dekat bandara internasional Tbilisi, Georgia, yang dibangun dalam kemitraan dengan pemerintah Georgia. Pembangunan fasilitas 12.000m2, dilengkapi dengan dua autoklaf dan kemampuan pemesinan CNC serta NDI, telah selesai. “Kami sekarang bekerja untuk mengkualifikasi lokasi ini dengan OEM pesawat besar,” katanya Jonathan Hulaty, manajer senior Elbit Cyclone untuk pengembangan bisnis dan pemasaran.
Anak perusahaan Elbit Systems Cyclone berbasis di utara Israel, dan berfungsi sebagai pusat desain dan produksi untuk struktur dan assembli pesawat logam dan komposit. Perdiri berdiri di situs yang sama, dekat Karmiel, tempat Cyclone didirikan pada tahun 1970, dalam satu bangunan, untuk menyediakan layanan maintenance, repair and overhaul (MRO) untuk pesawat dan helikopter Angkatan Udara Israel. Angin spiral yang dihasilkan oleh baluran helikopter yang berputar menginspirasi nama perusahaan asli.
Cyclone telah mendirikan kemampuan komposit pada tahun 1980-an, dan mulai bekerja untuk pelanggan di luar Israel, membangun pintu logam untuk pesawat widebody McDonnell Douglas DC-10 dan MD-11, dan bagian untuk jet militer F-15 dan F-16 serta jet bisnis Gulfstream G-200.
Elbit mengakuisisi Cyclone pada akhir tahun 1990-an, berinvestasi pada perusahaan, dan pada tahun 2010, ia telah bertiga kali lipat ukurannya. Pada tahun 2017, Cyclone telah memproduksi 11.000 pintu aluminium untuk pesawat komersial 737 The Boeing Co. (Chicago, IL, AS), termasuk pintu masuk belakang, kedua pintu galeri dan kedua pintu kargo belakang dan depan. Kemudian ia berkontrak langsung dengan Boeing untuk produksi assembly lantai komposit dan bagian detail untuk 787 Dreamliner, dan dengan Spirit AeroSystems (Wichita, KS, AS) untuk bagian komposit dalam fuselase Section 41 dari pesawat yang sama. Ia juga menyediakan balok lantai penumpang untuk varian 787-8 Boeing. Perusahaan sekarang diakui sebagai Boeing Gold Level Preferred Supplier, penghargaan suplir tertinggi Boeing. Cyclone adalah salah satu sedikit yang telah mencapainya dan adalah yang pertama di luar AS.
Perusahaan juga menyediakan bagian untuk jet bisnis jarak jauh Bombardier (Montreal, QC, Kanada) dan berbagai bagian untuk tiga varian F-35 Lightning II yang berbasis AS. Nama-nama terkemuka lainnya pada daftar pelanggan panjang Cyclone termasuk Lockheed Martin, Sikorsky, GKN Aerospace, Textron, Triumph, Northrop Grumman dan Bell Helicopter.
Hulaty, CW’s penggemar untuk tur, ingat, “Pada akhir tahun 1990-an, kami memiliki 400 karyawan. Sekarang, kami lima kali lebih besar dalam penjualan, dengan 500 karyawan. Ini mungkin karena penekanan kami pada proses lean. Sebagian besar apa yang kami lakukan adalah build to print, yang mungkin tidak terdengar kemuliaan, tetapi itu mencakup sebagian besar industri kami.” Hulaty menambahkan bahwa persyaratan kualitas, repeatabilitas dan daya saing, bersama dengan investasi peralatan dan sistem kualitas yang diperlukan untuk memenuhi produksi, membuat posisi ini sulit tetapi menarik di pasar: “Menjadi suplir tier komposit penerbangan bukan untuk orang lemah hati.”
Jauh dari pingsan, Cyclone melihat bisnis kompositnya melampaui logamnya tahun lalu untuk membentuk mayoritas produksinya, dengan pembagian sekitar 60/40. Hulaty memperkirakan pertumbuhan akan berlanjut: “Tahun ini, kami kemungkinan akan beralih ke 70% komposit.”
Keahlian Bagian
CW’s tur dimulai di ruang konferensi utama situs, di mana Hulaty memberikan pengenalan singkat. Produksi Cyclone, katanya, terbagi sekitar 50/50 antara militer dan komersial. Bagian komposit komersial mencakup pintu landing gear, bagian nacelle, kulit, fairing, permukaan kontrol dan grid lantai struktural. Komposit militer mencakup kulit, pintu, tangki eksternal filament wound, pylon, permukaan kontrol dan spons serta intake mesin helikopter.
Cyclone juga merancang sayap luar dan tail boom untuk pesawat tanpa awak (MALE UAV) ketinggian menengah, daya tahan lama yang terbang pada ketinggian 3.048-9.144m untuk durasi yang lama (misalnya, 24- hingga 48 jam). Namun, Hulaty mencatat bahwa perusahaan tidak lagi melakukan banyak pekerjaan UAV. “UAV biasanya kecil, menggunakan wet layup, yang bukan keahlian kami,” katanya. Ada UAV yang lebih besar yang dibuat menggunakan prepreg, tetapi Hulaty menunjukkan bahwa ini biasanya diproduksi dalam jumlah kecil atau diproduksi di dalam rumah oleh Boeing, General Atomics dan OEM pertahanan besar lainnya. “Kami lebih suka produksi serial panjang bagian prepreg vs. program yang tidak teratur.”
Kemampuan bagian prepreg Cyclone mencakup vacuum debulking beberapa layupan melalui hot drape forming (HDF) dan autoclave cure. Inspeksi non destruktif (NDI) dan pemesinan CNC bagian yang telah diobati selesai di situs, dan keahlian khusus adalah produksi tingkat tinggi assembly logam dan komposit kompleks. Cyclone telah menyelesaikan semua sertifikasi manufaktur dan kualitas penerbangan (misalnya, AS9100, Nadcap, ISO9001) dan telah mengembangkan kemampuan filament winding dan resin transfer molding (RTM).
RTM, faktanya, adalah perkenalan pertama CW kepada Cyclone. Pengembangan perusahaan terhadap alternatif komposit terpadu untuk pintu penumpang logam pada pesawat komersial ditampilkan dalam artikel CW 2013 berjudul “Cutting the cost of integrated composite aerostructures.” Teknologi ini menggunakan RTM dan fitting komposit yang terkunci geometris untuk mencapai struktur yang dapat disertifikasi FAA dengan sedikit sangat sedikit fastener, penghematan berat 30% dan pengurangan biaya 25-35% dibandingkan desain komposit aluminium dan “black aluminium”. Pembangunan berhasil Cyclone dari pintu komposit sepenuhnya bebas fastener serta perluasan teknologi ke permukaan kontrol pesawat komposit yang lebih ringan dan lebih murah dijelaskan oleh CW dalam pembaruan 2016 berjudul “Fastener-free, composite aircraft door and control surfaces.” Hulaty menyimpulkan sambutan perkenalan dengan menunjukkan pintu bebas fastener #1, yang dipamerkan di ruang konferensi. Bagian ini mengesankan, dengan finishing berkualitas tinggi. Kemudian dia memimpin jalan keluar gedung.
Penataan dan Pengujian yang Terstruktur
Hulaty memimpin tur turun bukit, lalu belok kiri ke pintu masuk gedung produksi komposit Cyclone. Beberapa bagian juga dipamerkan di sini: tail skid fairings Boeing 767, winglet Beechcraft King Air dan bagian komposit F-35. Di lewat pintu masuk, kamar bersih akses terbatas untuk produksi terkait pertahanan tertutup di kiri. Di kanan, karyawan di kamar bersih untuk bagian Boeing 787 menata prepreg untuk berbagai bagian, dari klip kecil dan tiang hingga balok J-, I- dan C-beam kompleks, serta pintu landing gear depan multi-bagian. Prepreg dipotong menggunakan pemotong kain otomatis Bullmer Assyst (Wakefield, UK) dan mesin guillotine untuk memotong tumpukan tebal di sudut mana pun. Freezer prepreg berdekatan dengan kamar bersih. Hulaty mencatat bahwa terkadang tumpukan prepreg dipotong, dikit dan dikembalikan ke freezer. Sistem proyeksi laser Aligned Vision (Chelmsford, MA, US) yang terletak di seluruh kamar bersih membantu penataan tangan.
Bagian balok lantai CFRP sedang ditata pada mandrel logam pria. Hulaty detail proses yang terstruktur, “Kami menata tumpukan prepreg terlebih dahulu dan kemudian menerapkannya ke mandrel. Ini menghemat banyak waktu dibandingkan menerapkan secara terpipit pada alat. Layupan kemudian dilapisi dengan caul CFRP desain kami sendiri, yang membantu memastikan 100% repeatabilitas bagian.”
Mesin hot drape forming duduk di dinding belakang kamar bersih, memungkinkan debulking banyak bagian per siklus. “Saya tidak tahu bagaimana Anda melakukan produksi bagian prepreg tingkat tinggi ini tanpa hot drape forming,” katanya Hulaty dengan referensi pada bagian seperti balok dan tiang. Dan namun, dia mengakui langkah ini bukan bottleneck, juga bukan autoklaf. “Pemesinan di akhir, setelah pengobatan, adalah bottleneck,” tegasnya, menjelaskan bahwa untuk bagian balok lantai panjang, lebih cepat untuk menata tumpukan sederhana dan memesinnya setelah pengobatan. “Autoklaf bukan masalah karena kami dapat menumpuk banyak bagian untuk diobati pada waktu yang sama,” tambahnya. “Jadi, kami sebenarnya mendapatkan tingkat produksi yang baik per siklus pengobatan.”
Di area berseberangan yang besar, empat autoklaf duduk di dinding belakang. “Mendapatkan ukuran yang benar untuk autoklaf Anda itu sulit,” pendapat Hulaty, “karena Anda mencoba menyeimbangkan tingkat produksi dan mendapatkan cukup bagian per siklus, dengan tidak memiliki volume yang terlalu besar untuk dipanaskan dan didinginkan, yang memakan waktu.” Autoklaf 3m diameter Cyclone yang disuplai oleh Thermal Equipment Corp. (TEC, Rancho Dominguez, CA, US) berkisar dari 5m dan 10m panjang hingga yang terpanjang, pada 11m.
Mezanin di atas area autoklaf menempatkan departemen jaminan kualitas pengujian. Di sini, penguji Zwick (Ulm, Jerman) memiliki ruang iklim untuk siklus suhu, yang diperlukan untuk menguji bahan yang digunakan pada permukaan kontrol pesawat. “Ini melakukan siklus suhu dan beban, sesuai dengan spesifikasi OEM,” katanya Hulaty. “Kami melakukan semua pengujian di dalam rumah dan dapat melakukan kualifikasi bahan karena hampir semua pelanggan kami telah berkunjung dan mengkualifikasi lab kami.”
Dia menunjukkan mikroskop dari filler radius CFRP (“noodle”) yang dibuat oleh Cyclone, yang digunakan dalam berbagai konstruksi balok prepreg. “Ini adalah masalah yang sangat kompleks saat Anda membuat bagian di mana flange balok harus terhubung dengan web dan noodle digunakan untuk memindahkan beban dan mencegah void,” menjelaskan Hulaty, memimpin tur ke lab pengujian kedua, di mana cak kecil dipoles dan ditempatkan ke dalam peralatan uji Tegramin yang dibuat oleh Struers (Ballerup, Denmark). “Ini menguji kohesi proses penataan kami,” tunjuknya, menekankan, “Kami menguji ini sendiri, bukan untuk memenuhi persyaratan pelanggan, melainkan untuk memastikan bahwa kami bekerja baik dengan proses kami sendiri, mematuhi standar kualitas kami sendiri.”
NDI dan Pemesinan
Tur selanjutnya mengunjungi fasilitas berseberangan, yang menempatkan operasi pemesinan dan jaminan kualitas (QA) akhir. Area NDI dengan langit-langki tinggi menempatkan mesin uji through-transmission ultrasound (TTU) besar yang disuplai oleh Matec Instrument Cos. (Northborough, MA, AS) di kiri, lengkap dengan water squirter untuk menyatukan gelombang suara ke permukaan bagian. “Sisi satu peralatan TTU dapat transmit dan receive sementara yang lain hanya receiver,” menjelaskan Hulaty. “Dengan ini, kami dapat memindai bagian menengah-ke-besar, seperti belly fairing untuk jet bisnis, dalam setengah shift delapan jam.” Dia klaim ini adalah sistem TTU terbesar yang digunakan di Israel untuk NDI, menambahkan: “Kami memindai setiap komposit yang kami buat. Fairing kadang-kadang dapat pergi ke inspeksi berbasis statistik setelah beberapa waktu, karena mereka adalah struktur sekunder, dan tidak kritis penerbangan, tetapi kami masih lebih suka memindai semuanya.” Sejalan dengan preferensi ini, Hulaty mencatat bahwa Cyclone mengemploikan dua teknisi NDT Level III untuk komposit.
Melanjutkan melalui lab, di kanan adalah mesin pengujian ultrasonik otomatis (UT) lain, yang dibuat oleh ScanMaster Systems Ltd. (Rosh-Ha’ayin, Israel). Meski bagian komposit diselamkan di tangki air di sini juga, ini bukan untuk sistem C-scan. Sebaliknya, tangki ini melayani UT phased-array, metode yang sangat cepat yang memberikan akurasi lebih besar daripada C-scan, tetapi untuk bentuk yang lebih sederhana.
Saat tur melewati rak bagian dalam berbagai tahap proses QA, Hulaty menunjukkan alat yang disimpan di samping area NDT. “Kami merancang dan membangun sebagian besar alat kami di dalam rumah, baik logam maupun komposit, tetapi beberapa pelanggan lebih suka menyediakan alat mereka sendiri. Kami juga dapat membuat perubahan pada desain alat untuk meningkatkan produksi, tentu saja, hanya dengan persetujuan pelanggan.”
Melalui pintu dan koridor pendek, tur memasuki operasi CNC, yang menempatkan dua pusat pemesinan CNC 5-sumbu yang disuplai oleh Breton (Castello di Godego, Italia), perusahaan yang awalnya didirikan di industri pemotongan batu. “Komponen mesin Breton dibuat dengan perlindungan terhadap debu batu,” katanya manajer engineering CNC Trevor Hutson. “Oleh karena itu, mereka bekerja baik dengan CFRP. Kami menemukan mesin CNC kayu tidak cukup tangguh untuk kebutuhan produksi kami.”
Hulaty menunjukkan bahwa suhu gedung dijaga pada 26°C ±1°C. “Setiap mesin akan berhenti jika salah satu parameternya di luar spesifikasi,” katanya. Mesin dapat menangani bagian hingga 5m panjang dan 2,2m lebar dengan perjalanan 1m di arah z. Akurasi volumatrik mereka disebutkan sebagai 50 mikron (0,002 inci).
Setelah pemesinan selesai, kepala koordinasi pengukuran (CMM) dialihkan dan melakukan CMM pada bagian untuk QA akhir. Ini dilaporkan dan disertakan dengan bagian melalui sistem kontrol digital mesin untuk menghemat waktu inspeksi. “Kami mengkalibrasi probe CMM, kemudian kami mengambil ukuran bagian,” katanya insinyur CNC Karin Hartman, yang, bersama Hutson, berfungsi sebagai ahli pemesinan CNC kedua Cyclone. “Ini memberikan hasil waktu nyata, jadi kami dapat menangani masalah apa pun sebelum kami memigrasikannya ke lebih dari satu bagian,” tambah Hutson. “Ini juga menghemat waktu, memungkinkan pemesinan ulang dilakukan segera.”
Assembli dan R&D
Di sini, tur keluar gedung NDT/CNC untuk berjalan kembali bukit melewati gedung yang menempatkan ruang konferensi ke struktur berseberangan, yang menempatkan operasi assembli. Hulaty menunjukkan banyak stasiun assembli, yang menghasilkan balok lantai, balok flight deck, balok shear web dan bay peralatan elektronik (avionics) untuk Section 41 787. Ini, bersama dengan pintu landing gear depan (NWWD), akan dikirim ke Spirit AeroSystems di AS, siap untuk drop in ke garis produksi perusahaan untuk Section 41 787, bagian fuselase depan.
Melihat stasiun assembli shear web dengan lebih detail, Hulaty menjelaskan bahwa ini mendukung lantai cargo Section 41, memberikan dukungan transverse di perut pesawat. Assembly mencakup dua balok sepanjang plus enam tiang, semuanya diassemblikan terbalik. Jig rotasi sederhana memegang bagian bersama untuk memfasilitasi pemasangan tiang.
“Komposit masuk di sini sudah dibor,” catat Hulaty. “Hanya logam yang dibor di gedung ini.” Logam juga dianodis dan dicat di bagian belakang gedung. Instruksi assembli ditampilkan di layar komputer di setiap stasiun, menggunakan sistem siap pakai. “Tapi instruksi adalah milik kami,” katanya. “Kami memodifikasinya untuk berbicara dengan model CATIA untuk setiap bagian, dan kemudian departemen engineering kami membuat instruksi assembli.” Dia menjelaskan bahwa warna merah menunjukkan perubahan atau kesalahan yang dibuat di masa lalu. “Itu adalah lingkungan hampir tanpa kertas, yang diaktifkan oleh infrastruktur layar sentuh. Route cards mengikuti bagian secara elektronik.”
Melanjutkan, Hulaty menunjukkan sistem anti-roket untuk pesawat komersial, disebut C-MUSIC (commercial-multi-spectral infrared counter measure). Ini dikembangkan oleh divisi ISTAR Elbit Systems, dan Cyclone merancang struktur sistem, termasuk allowables yang dihasilkan di dalam rumah. Meskipun mekanisme sistem dan struktur internal logam, fairing/radomenya komposit.
“Semua maskapai penerbangan Israel harus dilengkapi dengan ini,” katanya. “Ini adalah sistem otonom yang dipasang pada perut pesawat melalui kit yang plug-and-play. Dirancang untuk melawan roket panas yang diluncurkan dari bahu, laser ditembakkan ke roket yang datang jika sistem ini diaktifkan.” Pertama kali digunakan pada Boeing 737 pada tahun 2013, Hulaty mengatakan sistem C-MUSIC telah memiliki ribuan jam operasional pada pesawat komersial dan telah diuji pada Embraer 170 dan 190 serta sebagian besar platform komersial Boeing dan beberapa model Airbus (Toulouse, Prancis).
Di seberang jalan di lab R&D, koridor masuk memamerkan berbagai bagian, termasuk beberapa yang dibuat dari titanium cetak 3D. CW mempelajari bahwa yang terakhir adalah hasil dari aktivitas konsorsium Israel yang dipimpin oleh kepala R&D Elbit-Cyclone Lior Zilberman. Tujuan konsorsium adalah untuk maju teknologi manufaktur aditif untuk produksi aerostructure. “Kami juga tertarik pada potensinya untuk meningkatkan kemampuan assembli kami,” katanya Hulaty. Penggunaan lain mungkin mencakup bagian untuk program upgrade helikopter, yang menurutnya terkenal kecil (misalnya, lima helikopter), “jadi menyiapkan alat bukan opsi yang terjangkau.” Bagian lain di pameran R&D mencakup propeller laut yang dibuat dengan RTM dan winglet yang dikembangkan dengan pelanggan untuk mengganti assembly sarang lebah dua bagian dengan bagian terpadu yang sederhana.
Mengembangkan struktur komposit terpadu telah menjadi salah satu kekuatan Cyclone. Winglet menggunakan prepreg karbon/epoksi monolitik yang diproses di luar autoklaf (OOA) untuk mengurangi berat, biaya dan waktu waktu. Keuntungan yang sama dicapai dalam permukaan kontrol terpadu bebas fastener, yang dibuat dalam proses RTM satu kali. Zilberman juga telah memimpin perusahaan dalam pengembangan struktur multifungsi dengan pemanen energi terbenam, kemampuan berbentuk dan sistem pemantauan kesehatan struktural/NDI pada sayap rotary dan fixed, serta sayap rotary dan fixed komposit yang self-adaptive.
Lab R&D terdiri dari ruang pemotongan, ruang pemesinan dan ruang pengembangan RTM. Yang terakhir berisi mesin press 360-ton oleh Lauffer Pressen (Horb am Neckar, Jerman) dengan sistem daya 700-kW untuk memanaskan cetakan untuk bagian hingga 2 by 2m. Cyclone bekerja sama dengan Polymer G (Halutza, Israel) untuk mengembangkan sistem injeksi resin untuk teknologi pintu penumpang terpadu bebas fastener dan permukaan kontrol. Juga ada oven besar untuk memanaskan pra cetakan RTM dan/atau pasca-obat bagian epoksi resin.
Investasi dalam produksi masa depan
Saat tur berakhir, Hulaty mencatat bahwa produksi dan assembli tingkat tinggi memerlukan investasi. Melalui tur, kami telah melihat contohnya di lab pengujian dan kemampuan NDI Cyclone, serta pendekatannya terhadap pemesinan. Perusahaan juga telah menerapkan perangkat lunak Total Production Optimization (TPO) Plataine (Waltham, MA, AS), yang digunakan untuk mencapai penghematan bahan dua digit dalam operasi pemotongan prepregnya. TPO mengganti pemotongan dan nesting pregrin sekuensial sebelumnya dengan sistem digital otomatis yang mengoptimalkan nesting pemotongan di seluruh banyak bagian menggunakan bahan yang sama. Sistem ini juga telah membantu meningkatkan yield manufaktur dan mengurangi waktu yang diperlukan untuk pemotongan serta pengaturan mesin.
“Kami dipercaya oleh pelanggan kami untuk menyediakan bagian berkualitas tinggi, tetapi kami juga harus terus mencari cara untuk mengelola biaya dan memungkinkan tingkat produksi yang meningkat,” katanya Hulaty. Elbit Cyclone terus mencari peluang baru dan melihat masa depan yang cerah, meskipun penuh tantangan. “Kami memiliki strategi yang kuat, yang terbukti efektif, seperti yang terlihat dari pertumbuhan perusahaan,” katanya Hulaty. “Dikatakan itu, strategi kami selalu berkembang, menyesuaikan dengan perubahan pasar.” Kesan yang tersisa adalah keyakinan pragmatis yang didasarkan pada pengetahuan dan pengalaman, perusahaan yang akan terus memenuhi perannya mengubah janji teknologi canggih menjadi produksi komposit penerbangan yang andal.
