Robotizacija zrakoplovstva

SVIJET ROBOTIKE

Poznat je konzervativan odnos zrakoplovne industrije prema svakoj novosti u proizvodnji. No i takvim sredinama, kad su uvidjele mogućnosti poboljšanja na zadatku sklapanja zrakoplova, prijelaz na robotizaciju proizvodnje činio se vrlo opravdanim. Svi veliki svjetski proizvođači zrakoplova izračunali su da se s robotima povećava proizvodnost. Tako je tvrtka Lochid Martin svoju proizvodnju modela F-35 povećala mjesečno s tri na dvanaest. Na tržištu sa sve kraćim rokovima isporuke bez uključenja robota nemoguće je biti konkurentan. Potražnja putničkih zrakoplova veća je od brzine proizvodnje. Uvođenje robota je i najisplativiji način povećanja brzine proizvodnje. Upravo je robotizacija pomogla najvećem europskom proizvođaču zrakoplova Airbusu da smanji osam godina zaostataka u isporuci jednog od svojih najpopularnijih zrakoplova. Konzervativizam proizvođača zrakoplova pri uvođenju novina posljedica je izuzetno velikih zahtjeva za pouzdanošću zbog kojih se provode višestruke provjere prije zamjene postojeće proizvodne metode. Taj pristup najbolje pokazuje odnos prema robotizaciji postupka spajanja elemenata oplate tijela zrakoplova zakovicama. Zakovice kao standardno strojarsko sredstvo nerastavljivog spajanja dviju komponenti u zrakoplovstvu su ono što je zavarivanje u autoindustriji koja je bila glavni pokretač masovnog korištenja robota. Kod aviona zavarivanje se ne koristi iz više razloga. Najvažniji je vrsta materijala koji se spaja. Prevladava aluminij od kojega se izrađuju trup i krila, a kontrola kvalitete spoja je sigurnija i brža kod zakovica nego kod zavara. Osim toga proizvodne serije aviona daleko su manje od automobilskih, a dimenzije posebice putničkih zrakoplova neusporedive su s automobilom.Tako je npr. Airbusov najprodavaniji putnički zrakoplov A320 dugačak 37,57 m i širok 3,95 m. Roboti koje se koristi za Airbus A320 imaju do sedam osi i rade na montažnoj liniji u kojoj se trup i krila transportiraju na automatskim pokretnim platformama uz korištenje laserskog praćenja za savršeno poravnavanje sekcija zrakoplova. Roboti se koriste za bušenje i upuštanje rupa za zakovice, umetanje zakovica i nanošenje brtvila. Tehnika spajanja zakovicama odredila je i brzinu robotizacije zrakoplovne industrije. Dok su se roboti desetljećima koristili na proizvodnim linijama automobila, gotovo potpuna ručna montaža zrakoplova izvodila se sve do

Uvođenjem robota u proizvodnju zrakoplova produžio se zapravo vijek korištenja metode zakovičastog spajanja limova. Upotreba kompozitnih ugljičnih vlakana dovest će postupno uporabu zakovica kraju. Istovremeno, prisutnost industrijskih robota u zrakoplovnoj industriji samo će rasti. Koristit će ih pored ostaloga i za izradu karbonskih trupova i krila.

BUŠENJE I SPAJANJE ZAKOVICAMA. Zakovice (slika u sredini) su iskustveno najbolji način spajanja na zrakoplovima. Dva robota (slika lijevo) iz Airbusa, nazvani Luise i Renate, rade na bušenju i zakivanju sekcija trupa zrakoplova prije konačne montaže. Roboti su omogućili bržu i učinkovitiju proizvodnju za Airbus koji je povećao proizvodnju s 50 na 60 aviona mjesečno. Dva robota sa sedam osi izbuše osamdeset posto rupa na gornjoj strani sekcija, poboljšavajući radne uvjete radnika. Boeing na drugačiji način koristi robote Kuka (slika desno) na istom poslu zakovičnog spajanja trupa. Dva robota su izvan trupa, a dva unutar tako da oponašaju ljude. Robot na vanjskoj strani trupa buši rupu, umeće zatvarač (puni rupu) i udara ga čekićem, dok robot s unutarnje strane djeluje kao nakovanj (izvijanje) kako bi se zakucani zatvarač pravilno deformirao i oblikovao zakovicu.

STALNA I RIGOROZNA KONTROLA STANJA. Za kontrolu stanja zrakoplova tijekom proizvodnje, ali i uporabe, danas se koriste leteći dronovi (slika u sredini) koji mogu vrlo brzo načiniti vanjsku provjeru zrakoplova. Za daljinsko testiranja komercijalno proizvedenih ploča zrakoplova u kokpitu koriste se roboti poput SR-SCARA-Pro. Robot provjerava ploče s instrumentima u kokpitu (slika lijevo) prije leta i priprema za polijetanje. Fizički aktivira prekidače te provjerava funkcije dodirnih ploča. Ta rigorozna ispitivanja provode se prije svakog leta. Robot senzorima mjeri i sile pri aktivaciji prekidača. S kamerom se mjeri svjetloća svih zaslona iz raznih kutova. Za nedostupne prostore poput krila uvode se novi strojevi poput manipulatora u obliku surle (slika desno) s uređajima na vrhu. Zmijolika fleksibilna ruka može ući u ograničene prostore u zrakoplovu. S ovom vrstom fleksibilne ruke inspekcije su sada točnije i učinkovitije. Roboti sa zmijolikim tijelom mogu pokriti zglobne duljine do 3,1 m i krute produžetke do 5 m, s 24 stupnja slobode gibanja i 12 zglobova s ukupnim kumulativnim savijanjem od 225 stupnjeva.

NOVI MATERIJALI. Što je zrakoplov lakši, to je transport njime jeftiniji. Manja težina znatno smanjuje potrošnju goriva i ukupne troškove. Kompoziti od ugljičnih vlakana vrlo su čvrsti i kruti u odnosu na masu. Kompozit od karbonskih vlakana smanjuje težinu do 20% u odnosu na težinu tradicionalnog aluminijskog aviona. Za svaki kilogram smanjenja mase procjenjuje se ušteda od oko milijun dolara u troškovima tijekom životnog vijeka aviona. Obilježje ovih materijala je i velika glatkoća površine što je vrlo važno zbog aerodinamičnog otpora. Oblici koji se mogu izraditi daju suvremenim zrakoplovima futuristički izgled. Roboti u nekim slučajevima omogućavaju izradu kompozitnih oblika na mjestu izrade. Na slici lijevo je trup putničkog zrakoplova, a na slici desno upravljačka kabina iz jednog komada.

prije nekoliko godina. Prvi robot uveden je u zakovično spajanje dijelova trupa Boeinga 777. Zakovično spajanje je monoton, ponavljajući posao koji, zbog položaja tijela tijekom rada, dovodi do kroničnih oboljenja zglobova. U tvrtki Boeing više od polovice ozljeda na programu 777 nastalo je zbog ugradnje 60 000 zakovica u spoju sekcije trupa. Spajanju zakovicama prethodi bušenje rupa. Ručno bušenje izvodi se u tri koraka: predbušenje, bušenje konačne veličine rupe i razvrtanje na toleranciju. Pri ručnom bušenju koristi se složena šablona bušenja i snažne bušilice. Bušenje i zakovično spajanje je, zbog opsega poslova, najveće područje potencijalnoga korištenja robota u zrakoplovnoj industriji. To je idealan posao za industrijske robote jer se prije spomenuti koraci bušenja izvode u jednom prolazu. Unatoč prednostima Airbus je tek prije nekoliko godina robotizirao bušenje rupa za sekcije A320. Još uvijek većinu posla obavljaju ljudi. Nadzor kvalitete proizvodnje svakog zrakoplova smatra se kritičnom fazom proizvodnje. Tolerancije su uske, a zahtjevi tvrtki za njihovim postizanjem visoki. Roboti mogu izvesti nekoliko inspekcijskih postupaka. Kada roboti izbuše sve rupe, postupak bušenja mora odobriti nadzor pa je zbog toga krajnji efektor robota opremljen laserskim skenerom i mjernim sondama. Beskontaktno se mjere promjer rupe i dubina provrta. Provjerava se kvaliteta upuštanja i karakteristike površine lima. Već za procesa mon-

BOJANJE TRUPA. Izvanjska zaštita i bojanje ogromnih putničkih zrakoplova kakav je npr. Boeing Dream Liner (slika desno) zahtijeva poseban pristup zbog tehničkih razloga, ali i zbog estetičkih učinaka koji vanjski izgled i znakovi izazivaju kod promatrača. Ljudima je trebalo četiri i pol sata za nanošenje jednog sloja boje na krila, dok roboti to obave za 24 minute. Zbog toga danas sva krila Boinga 777 boje roboti. Korištenjem robota težina boje na jednom krilu smanjena je za čak 35 kg, a broj ljudi koji su radili u smjeni prepolovio se. Ističe se da će roboti obojati zrakoplov svaki put na isti način. taže obavlja se pregled pričvršćenih elemenata zbog mogućih pojava pukotina. Proizvođače zrakoplova muči i neusklađenost tehničkih osobina standardnih robota s njihovim potrebama. U proteklom desetljeću roboti su znatno pojeftinili, ali još nema serijskih robota koje proizvođač zrakoplova može kupiti i odmah staviti u pogon. Jedan od razloga je, naprimjer, i taj što različiti proizvođači robota koriste različite programske jezike. Zbog toga Lufthansa Technik mora razvijati softver za komunikaciju između vlastitih sustava i robota. Robot se mora povezati unutar cjelokupnog proizvodnog okruženja, uključujući IT. Inače se neće postići očekivana učinkovitost. Izrada je u okviru uske tolerancije, zahtjevi za ponovljivost i preciznost u proizvodnim procesima traže da roboti budu točniji od standardnih. Zbog toga proizvođači zrakoplova koriste sekundarne enkodere. Drugim riječima, zrakoplovna industrija ne vjeruje originalnim enkoderima u zglobu robota pa ugrađuje sekundarne enkodere kako bi se postigao traženi položaj zgloba robota. Sekundarni enkoderi skraćuju vrijeme smirivanja ruke pri pozicioniranju pa robot može brže raditi u aplikacijama bušenja. Posebnost proizvodnje zrakoplova je i u tome da se traži visoka točnost izrade na dimenzijski velikim strukturama koje su pune skučenih prostora (npr. između rebara ili u krilima) i drugih sklopova zrakoplova koji su nedostupni za standardne robote. Zbog toga se traže nestandardne kinematičke strukture manipulatora kakvi su npr. roboti sa zmijolikim kurziv-efektorom koji stvaraju kontinuirani zakrivljeni luk (poput zmije ili surle slona) pa se mogu kretati u skučenim prostorima i mogu alatima doseći nedostupna mjesta. Zmijolika ruka može pratiti šupljine u krilima. Ruka je dovoljno fleksibilna da dovede potrebne alate na područja kutije krila koja su prije bila nedostupna za automatizaciju pri obavljanju zadataka kao što su završno nanošenje brtvila i nabijanje. Zmijoliki roboti bit će korisni i za održavanje mlaznih motora. U proizvodnji zrakoplova ipak se u manjoj mjeri koriste i roboti za zavarivanje metalnih dijelova u montaži turbina gdje se traži preciznost. Kada se u motorima koriste titan i legure nikla industrijski roboti neophodni su za učinkovite i točne zavare. Ponovljivost, krutost i postizanje tijesne tolerancije glavni su argumenti kada se govori o robotskom zavarivanju u primjenama u zrakoplovstvu. Nanošenje boje, metalnih i keramičkih premaza ili brtvila na velike dijelove trupa ili okvira također je težak posao za ljude. Postavljanjem robotskih ruku na tračn ice, radne ćelije mogu pokriti udaljenosti od 9 do 12 m u visinama od nekoliko katova. Kao i drugdje, i uvođenje robota u industriju zrakoplova izaziva rasprave o gubitku poslova za ljude. Roboti oslobađaju radnike od dosadnih zadataka koji se ponavljaju i omogućavaju im rad s većom fleksibilnosti i inovativnosti. Tako niti jedan radnik nije izgubio posao zbog uvođenja robota u tvrtku Lufthansa Technik. Roboti poboljšavaju zdravlje radnika preuzimajući zadatke u skučenim okruženjima. Robotizacija poboljšava učinkovitost i kvalitetu izrade, a skraćuje i vrijeme isporuke. U zrakoplovnoj industriji, više nego drugdje, prisutno je uvjerenje da strojevi nikada neće u potpunosti zamijeniti inženjersku stručnost. Tome u prilog navode se primjeri Južne Koreje, Singapura i Njemačke koji imaju visok udio robota u proizvodnji uz najniže stope nezaposlenosti od bilo koje od industrijski razvijenih zemalja. Igor Ratković