Le fabbriche aerospaziali di oggi non sono più i rumorosi e movimentati impianti di produzione del passato. Le più recenti tecniche, progettazioni e strumentazioni rendono la produzione moderna efficiente, organizzata e strutturata. E cosa sarà del domani? Il futuro della fabbrica aerospaziale è un progetto di ricerca e tecnologia con lo scopo di spingere sulle tecnologie emergenti per migliorare la competitività dei processi di produzione Airbus dove le operazioni manuali sono ancor oggi predominanti. I sistemi ciber-fisici e i Big Analog Data permettono una produzione più intelligente e incentrata sull'operatore, che permette a operatori e macchine di collaborare nello stesso ambiente fisico. La fabbrica del futuro implica anche l'uso estensivo di una piattaforma modulare con un elevato livello di astrazione basato su moduli standard commerciali. Uno dei componenti chiave per migliorare l'efficienza nella fabbrica del futuro è avere strumenti più intelligenti. Questi dispositivi intelligenti sono progettati per comunicare con un'infrastruttura principale o localmente con degli operatori o altri strumenti ma solo quando è richiesto fornire consapevolezza della situazione e prendere decisioni real-time basate su un'intelligenza locale e distribuita in rete. Nel caso di un impianto di produzione, gli smart tool possono aiutare a semplificare il processo di produzione e migliorare l'efficienza rimuovendo la registrazione dei dati fisici e manuali. Gli operatori devono focalizzarsi sui loro compiti operativi, durante i quali hanno bisogno di avere le mani libere per utilizzare gli strumenti appropriati. Molte delle precedenti iniziative legate ai "progetti paperless" erano focalizzate sul "controllo della carta" o la sostituzione della carta con tablet, ma consumavano ancora "dati passivi". Gli smart tool permettono un approccio alternativo, "i dati contestuali", che sono generati e consumati continuamente, in altre parole, "dati reali". Sviluppare un aeroplano implica decine di migliaia di passaggi che gli operatori devono seguire con molte verifiche sul luogo per assicurare la qualità. Aggiungendo intelligenza al sistema, gli strumenti intelligenti comprendono le azioni che l'operatore deve eseguire successivamente e si regolano automaticamente secondo le impostazioni appropriate, il che semplifica il compito dell'operatore. Una volta che l'azione è completata, gli smart tool possono anche monitorare e registrare i risultati dell'azione, il che migliora l'efficienza del processo di produzione. Come esempio, un dato sottoinsieme di un aeroplano ha all'incirca 400.000 punti che devono essere fissati, il che richiede oltre 1.100 avvitatori di base nell'attuale processo di produzione. L'operatore deve seguire da vicino una lista di passaggi e garantire le impostazioni di coppia appropriate per ciascuna postazione utilizzando lo strumento corretto. Proprio per la natura manuale di questo processo, l'errore umano aggiunge molto rischio alla produzione. Questo è importante dal momento che anche una sola postazione fissata in modo scorretto potrebbe costare centinaia di migliaia di dollari nel tempo. Un avvitatore intelligente comprende quale compito l'operatore sta per eseguire utilizzando la visione artificiale per processare l'ambiente e per impostare automaticamente la coppia. E il dispositivo può registrare il risultato del compito in un database centrale per garantire che la postazione sia stata stretta in modo appropriato. Con il database centrale del sistema di esecuzione della produzione e l'intelligenza distribuita dei dispositivi, i manager di produzione possono seguire precisamente le procedure e i processi che hanno bisogno di essere revisionati durante il controllo qualità e la certificazione.
Tre famiglie di strumenti intelligenti
Airbus sta lanciando lo sviluppo di tre famiglie di smart tool che eseguono diversi processi di produzione: foratura, misura, e data logging di qualità e avvitatura.
• Strumento di foratura
- Processa l'ambiente con algoritmi di visione
- Verifica il tipo di materiale che sta per essere tagliato
- Aggiorna le condizioni di taglio della perforatrice ad ogni strato di materiale
- Monitora la profondità di foratura
- Registra i risultati della foratura nella postazione corrente
- Monitora lo stato di salute del sistema
- Esegue verifiche/calibrazione automatiche.
• Strumento di misura
- Processa l'ambiente con algoritmi di visione
- Recupera dal database valori di misura accettabili
- Verifica che la misura rientri nei parametri
- Registra i risultati e fornisce azioni di follow-up se necessario
- Esegue verifiche/calibrazione automatiche
- Strumento di validazione della qualità (basato sulla decisione umana)
- Processa l'ambiente con algoritmi di visione
- Esegue l'intervento operatore nativo (tracciamento digitale, tracciamento oculare, controllo vocale)
- Registra i risultati e fornisce azioni di follow-up se necessario.
• Strumento avvitatore
- Processa l'ambiente con algoritmi di visione
- Fissa la legge appropriata di coppia/velocità/angolo per la postazione
- Monitora la coppia applicata alle viti
- Registra il carico dato al database centrale MES o al sistema di pianificazione della risorse aziendali
- Esegue verifiche/calibrazione automatiche.
Il System on Module di National Instruments
Abbiamo testato il System on Module di National Instruments come piattaforma fondamentale per tutti questi smart tool a causa dell'architettura e del framework che fornisce per accelerare il processo di sviluppo dalla progettazione alla realizzazione di prototipi fino alla produzione. Prima dello sviluppo su NI SOM, siamo stati in grado di creare un prototipo basato sul controller cRIO-9068 che ci ha permesso di integrare IP da librerie Airbus esistenti e algoritmi open-source per validare velocemente i nostri concetti. La flessibilità dell'utilizzo della programmazione grafica e testuale insieme al riutilizzo degli sviluppi di parti terze sul chip Zynq di Xilinx e il sistema operativo Linux Real-Time di NI offre il livello perfetto di astrazione per sviluppare questi strumenti. Ora possiamo riutilizzare il codice che abbiamo sviluppato su NI SOM come una soluzione distribuita piuttosto che dover ricominciare il nostro intero processo di progettazione. Abbiamo valutato diversi System on Module e Single-Board Computer Embedded, e non c'è paragone con l'approccio di progettazione basato sulla piattaforma e l'integrazione hardware-software offerta da NI. Stimiamo che i nostri tempi di sviluppo con il SOM di NI siano un decimo rispetto ad approcci alternativi grazie all'aumento di produttività consentito dall'approccio NI alla progettazione di sistema, in particolare grazie a NI Linux Real-Time e LabView Fpga. Con il software già fornito da SOM, possiamo focalizzarci di più sulle caratteristiche chiave del nostro sistema come l'elaborazione dell'immagine su Fpga. La fabbrica del futuro di Airbus è un progetto di ricerca e tecnologia incrementale a lungo termine che è importante per la nostra competitività nei processi di produzione. Lo sviluppo rapido è fondamentale per il nostro approccio incrementale alla nuova tecnologia, dallo sviluppo del proof of concept inziale alla distribuzione in produzione dell'oggetto reale. Negli ultimi anni abbiamo pianificato attentamente questa iniziativa e, con la tecnologia NI, possiamo accelerare il nostro processo di sviluppo e portare la nostra visione nella realtà.
