Produzione efficiente per i viaggi del futuro

14/02/2019

Nell’ambito del progetto di ricerca e sviluppo LOCOMACHS, guidato dai protagonisti dell’industria aeronautica europea, Prodtex doveva aumentare l’efficienza del processo di assemblaggio del cassone alare e dell’intera linea di assemblaggio delle ali. L’azienda ha scelto la piattaforma 3DEXPERIENCE con DELMIA® for Digital Manufacturing.

Secondo un recente studio di Airbus, il traffico aereo è destinato a raddoppiare nei prossimi 15 anni. La crescente domanda di velivoli dalle compagnie aeree e la concorrenza di Paesi come Cina e India stanno spingendo i costruttori europei ad aumentare l’efficienza delle loro attività di produzione e assemblaggio, per rispondere alle sfide del mercato in modo puntuale ed economicamente sostenibile. Nel 2012 è stato lanciato un progetto di ricerca e sviluppo collaborativo chiamato LOw COst Manufacturing and Assembly of Composite and Hybrid Structures che coinvolge 31 aziende dell’industria aeronautica europea, con l’obiettivo di sviluppare tecnologie che, una volta adottate, consentiranno di rendere più veloce ed efficiente la produzione e l’assemblaggio di parti strutturali in materiale composito. Uno degli obiettivi è contenere le attività prive di valore aggiunto, ad esempio molte operazioni di spessoramento o smontaggio che richiedono tempi lunghi e generano costi ricorrenti legati agli impianti di produzione dei compositi.
LOCOMACHS punta a introdurre una nuova filosofia costruttiva che produca risparmi di tempi e costi nello sviluppo degli aerei, estendendo poi i benefici ottenuti ad altri settori. Fra le 31 aziende coinvolte nel progetto di ricerca c’è Prodtex, partner di Dassault Systèmes, che ha lavorato su due pacchetti in particolare. “Il primo pacchetto riguarda la progettazione e la costruzione dell’attrezzatura per una sezione dell’ala (il cassone alare dimostrativo),” spiega Peter Helgosson, Director, Production Technology, Prodtex. “All’interno di ogni ala si trovano i longheroni o componenti strutturali principali, un bordo d’attacco (o entrata) e un bordo di fuga (o uscita) e le centine. Il progetto prevede che i componenti possano essere mossi ciascuno con sei gradi di libertà per l’installazione. Abbiamo progettato e costruito due robot esapodi per posizionare automaticamente il bordo di attacco e un terzo esapodo per posizionare la centina utilizzando un sensore a retroazione di forza contro gli altri componenti del cassone alare. Una delle difficoltà è che la fibra di carbonio non può essere lavorata con la stessa facilità del metallo, perché lo spessore del materiale è variabile. Così, quando la centina viene posizionata, servono sempre piccoli aggiustamenti che solitamente vengono effettuati manualmente da due operatori, operazione dispendiosa in termini di tempi ed energie. Gran parte del tempo viene dedicata allo spessoramento degli interstizi per posizionare correttamente la centina. Abbiamo visto che, automatizzando questa attività, lo spessoramento si riduce del 50%, e questo era uno degli obiettivi del progetto LOCOMACHS. Moltiplicando questo beneficio per il numero di centine installate in ogni ala, si ottiene un processo produttivo complessivamente più snello,” sottolinea Helgosson.
Il secondo pacchetto di lavoro è focalizzato su come dovrebbero essere le linee di produzione per soddisfare la domanda crescente di viaggi aerei. Questo progetto ha attinto alle competenze di modellazione 3D e assemblaggio di Prodtex per creare una linea di produzione virtuale in scala 1:1 allo scopo di definire un processo di assemblaggio delle ali più snello, veloce ed economico. “Abbiamo modellato virtualmente un’intera linea di produzione, o se preferite una fabbrica d’ali del futuro, che non solo simula il percorso di un’ala nell’officina, ma mostra anche i diversi robot che svolgono le mansioni assegnate. In questo modello abbiamo integrato altre tecnologie sviluppate dai nostri partner in LOCOMACHS, oltre ai nostri esapodi, per progettare la fabbrica,” spiega Helgosson.
Magnus Engström, Technical Director di LOCOMACHS e Project Leader di Saab Aeronautics, aggiunge: “Modellare una fabbrica virtuale offre molti vantaggi. Simulando il flusso fisico e l’ambiente di lavoro nel quale interagiscono robot e uomini, emergono dettagli che potrebbero facilmente sfuggire in un disegno 2D statico. Ad esempio possiamo individuare e correggere problemi di accessibilità e sicurezza, migliorare l’ergonomia e decidere come manipolare i materiali.
“Nei progetti UE è importante dimostrare il potenziale delle tecnologie sviluppate e come possano essere implementate nei prodotti e nella produzione,” osserva Maria Weiland, LOCOMACHS Project Coordinator di Saab Aerostructures. “In LOCOMACHS abbiamo scelto di implementare le tecnologie più promettenti nella fabbrica d’ali virtuale del futuro, per dimostrare le possibilità e l’efficienza di queste tecnologie.”

Opzioni progettuali confermate con la simulazione virtuale
Prodtex ha sviluppato demo virtuali per verificare i concetti promossi da questi due pacchetti di lavoro, utilizzando la piattaforma 3DEXPERIENCE di Dassault Systèmes con il software CATIA® per progettare gli esapodi per l’attrezzatura delle ali. DELMIA è stato utilizzato invece per simulare il processo di assemblaggio dell’ala e la futura linea di assemblaggio. “Prima di costruire un’unità demo fisica per ciascuno di questi progetti, abbiamo simulato virtualmente i processi con DELMIA,” racconta Helgosson. “Ad esempio, avevamo il modello 3D dell’ala ma esistevano diversi modi per assemblarla. Così abbiamo usato il software per individuare il risultato migliore. In base a questo abbiamo progettato e simulato i robot esapodi per installare le centine nel cassone alare. Abbiamo testato vari scenari, individuando ogni possibile contatto e interferenza e correggendo di conseguenza il progetto dei robot prima di costruirli.”
“Per il secondo pacchetto di lavoro, grazie alla simulazione con DELMIA abbiamo definito il numero di operatori necessari per assemblare il cassone alare, oltre a verificare i tempi di ciclo e prevedere possibili colli di bottiglia. Parlando di salute e sicurezza sul lavoro, abbiamo sfruttato le funzionalità di ergonomia del software per progettare piattaforme che consentano all’operatore di accedere all’area di lavoro in piena sicurezza.”
Molti i vantaggi prodotti dall’utilizzo di DELMIA in questi due progeteti. “Con la simulazione virtuale abbiamo potuto verificare il concetto costruttivo e il percorso di assemblaggio delle parti in fabbrica,” dice Helgosson. “Oltre all’accessibilità per operatori e attrezzature e alle migliorie ergonomiche, abbiamo migliorato il bilanciamento del carico di lavoro fra le varie postazioni e accorciato i tempi di attraversamento complessivi, riducendo il numero di errori da correggere. DELMIA può generare inoltre istruzioni di lavoro virtuali più facili da capire rispetto ai documenti descrittivi, accelerando la formazione degli operatori e mettendo a disposizione informazioni sempre aggiornate,” conclude.
Il progetto LOCOMACHS è terminato nell’estate 2016 ma molte aziende partecipanti hanno continuato il lavoro di perfezionamento di alcune tecnologie in vista di nuovi programmi di aerei. “I costruttori guardano avanti e si preparano alle nuove generazioni di aerei,” conferma Helgosson. “Forse un giorno, se sono fortunato, riceverò la telefonata di un’azienda che chiede di utilizzare i nostri nuovi esapodi per la loro nuova linea di assemblaggio. Sarebbe una grande soddisfazione.”

Collaborazione, la via all’efficienza
Peter Helgosson è convinto che l’industria aerospaziale debba ancora fare progressi sul fronte della collaborazione. “La collaborazione in tempo reale non è ancora una pratica consolidata,” osserva. “Gli addetti coinvolti in un progetto lavorano in compartimenti stagni invece di operare in parallelo, con inevitabili ritardi e rifacimenti. I tempi di lavoro degli ingegneri hanno ormai raggiunto un limite fisico. Non possono lavorare più velocemente perché ciascuno svolge le proprie mansioni, poi passa la palla alla persona successiva che deve rivedere il lavoro, dare un riscontro e apportare modifiche. Tutto questo richiede tempo. Se invece tutti hanno accesso agli stessi dati affidabili su una stessa piattaforma e possono decidere insieme, i margini di risparmio sono enormi.”
“Ad esempio, nel progetto LOCOMACHS avevamo 70 pacchetti di lavoro, che corrispondevano a 70 diverse tecnologie testate da 31 aziende,” spiega Helgosson. “Un progetto poteva coinvolgere due aziende, mentre un altro riguardava molte più aziende impegnate su una particolare tecnologia, ad esempio un nuovo processo di foratura o un nuovo sistema di misura. Se un’azienda progetta un’attrezzatura per fissare l’ala e un’altra sviluppa una nuova tecnologia di foratura, ovviamente a un certo punto dovranno collaborare, no? Oltre ad avere a disposizione una soluzione di simulazione avanzata come DELMIA per testare velocemente nuovi progetti e vedere se funzionano prima di andare in produzione. L’industria aerospaziale ha molto da guadagnare adottando un ambiente integrato e collaborativo che agevola il processo complesso di costruzione di un aeroplano. Un ambiente come la piattaforma 3DEXPERIENCE può davvero facilitare questo processo,” conclude Helgosson.