As fábricas e linhas de produção do setor aeroespacial de hoje não mais como as instalações de produção barulhentas e agitadas de antigamente. Os equipamentos, projetos e técnicas mais recentes tornam a fabricação moderna mais eficiente, organizada e estruturada. Mas, e futuramente? O futuro da fábrica de aeronaves é um projeto de tecnologia e pesquisa com o objetivo de impulsionar as tecnologias emergentes para aumentar a competitividade dos processos de produção da Airbus onde as operações manuais ainda são predominantes hoje.
Ambiente típico de montagem de aeronaves
Desafio
Fabricar e montar aeronaves usando milhares de etapas que devem ser seguidas por todos operadores, onde um único erro no processo pode custar milhões de dólares para ser consertado, tornando, assim, o espaço para qualquer erro muito estreito.
Solução
Agregar inteligência às ferramentas e aos sistemas do pavilhão de produção ajudará a simplificar o processo de produção além de aumentar sua eficácia através da gerência e verificação das tarefas que o operador estiver executando. Com o System on Module da NI, poderemos prototipar rapidamente essas ferramentas inteligentes usando a abordagem da NI para o projeto de sistemas.
‘‘Avaliamos diversos Systems on Modules (SOMs) e computadores single-board embarcados (SBCs), e não há comparação com a integração de software oferecida pela NI. Estimamos que nosso tempo para entrega com o NI SOM representa um décimo do tempo das abordagens alternativas devido aos ganhos de produtividade da abordagem do projeto de sistema da NI, particularmente com o módulo LabVIEW FPGA e o Linux Real-Time.”
– Sébastien Boria, Airbus
Os sistemas ciberfísicos e o Big Analog Data™ propiciam uma produção mais inteligente centrada no operador que permite que os operadores e as máquinas colaborem no mesmo ambiente físico. A fábrica do futuro também representa o uso intenso de uma plataforma modular com alto nível de abstração baseada em módulos comerciais prontos para uso. Um dos principais componentes para aumentar a eficácia na fábrica do futuro são as ferramentas inteligentes. Esses dispositivos são projetados para se comunicar com uma infraestrutura principal ou localmente com operadores ou com outras ferramentas apenas quando é necessário oferecer consciência situacional e tomar decisões em tempo real com base na inteligência local e distribuída na rede.
No caso de uma instalação de produção, as ferramentas inteligentes podem ajudar a simplificar o processo de produção e melhorar a eficiência removendo registros de dados físicos e manuais. Os operadores precisam se concentrar em suas tarefas operacionais, durante as quais é necessário estar com suas mãos livres para usar as ferramentas adequadas. A maioria das iniciativas anteriores relacionadas aos "projetos sem papéis" se concentrou em "eliminar papéis" ou substituí-los por tablets, mas eles continuaram a consumir "dados obsoletos/passivos". As ferramentas inteligentes permitem a alternativa "dados em contexto", que são gerados e consumidos continuamente - em outras palavras "dados ao vivo”.
Desenvolver uma aeronave envolve milhares de etapas que os operadores precisam seguir com muitas verificações no local para garantir a qualidade. Ao implementar inteligência no sistema, as ferramentas inteligentes entendem as próximas ações que o operador precisará executar e automaticamente ajustam as ferramentas para as configurações adequadas, o que simplifica a tarefa do operador. Quando a ação é finalizada, as ferramentas inteligentes também podem monitorar e registrar os resultados da ação, o que aumenta a eficiência do processo de produção.
Por exemplo, uma determinada submontagem de uma aeronave tem aproximadamente 400,000 pontos que precisam ser ajustados, o que requer mais de 1,100 ferramentas de ajuste no processo de produção atual. O operador precisa seguir estritamente uma lista de etapas e garantir as configurações de torque adequadas para cada local usando a ferramenta correta. Por conta do processo manual, o erro humano acrescenta uma série de riscos à produção. Isso é importante porque até mesmo um único local sendo ajustado incorretamente poderia custar milhões de dólares no longo prazo. Uma ferramenta de ajuste entende quais tarefas o operador irá executar usando recursos para processar a área ao seu redor e automaticamente configura o torque. Além disso, o dispositivo pode gravar o resultado da tarefa em uma base de dados central para garantir que o local foi configurado adequadamente. Com a base de dados central do Manufacturing Execution System (MES) e a inteligência distribuída dos dispositivos, os gerentes de produção podem identificar meticulosamente os processos e procedimentos que precisam ser revisados durante o controle de qualidade e a certificação.
A Airbus está lançando o desenvolvimento de três famílias de ferramentas inteligentes que executam diferentes processos de produção: perfuração, medição e ajuste e registro de dados de qualidade.
Ferramenta de perfuração
Processa a área ao seu redor com algoritmos de visão
Verifica quais materiais serão perfurados
Atualiza as condições de corte da perfuradora em cada camada do material
Monitora a profundidade da perfuração
Registra os resultados da perfuradora no local atual
Monitora a integridade do sistema
Faz calibração/verificação automática
Ferramenta de medição
Processa a área ao seu redor com algoritmos de visão
Recupera valores de medição válidos da base de dados
Verifica se a medição está dentro dos parâmetros
Registra os resultados e oferece acompanhamento das ações se necessário
Faz calibração/verificação automática
Ferramenta de validação de qualidade (baseada em decisão humana)
Processa a área ao seu redor com algoritmos de visão
Faz interação humana (rastreamento de digitais e retina e controle de voz)
Registra os resultados e oferece acompanhamento das ações se necessário
Ferramenta de ajuste
Processa a área ao seu redor com algoritmos de visão
Configura o torque/velocidade/ângulo adequados para o local
Monitora o torque aplicado nos fixadores
Registra um determinado torque em uma base de dados central do MES ou em um sistema de planejamento de recurso da empresa
Faz calibração/verificação automática
Testamos o NI SOM como a plataforma base para todas essas ferramentas inteligentes devido à estrutura e arquitetura onipresente que ele oferece para acelerar o processo de desenvolvimento do projeto ao protótipo e à implementação. Antes de começar a desenvolver no NI SOM, pudemos criar um protótipo baseado em uma controladora CompactRIO (cRIO-9068) que permitiu que integrássemos o IP das bibliotecas existentes da Airbus e dos algoritmos de fonte aberta para validar nossos conceitos com mais rapidez. A flexibilidade de usar a programação gráfica e textual com a reutilização do desenvolvimento de fornecedores portados sobre o SO NI Linux Real-Time e Xilinx Zynq oferece o nível perfeito de abstração para desenvolver essas ferramentas. Agora podemos reutilizar o código que desenvolvemos no NI SOM como uma solução de implementação em vez de ter que reiniciar todo nosso processo do projeto.
Avaliamos diversos SOMs e computadores single-board embarcados (SBCs), e não há comparação com a abordagem baseada em plataforma e com a integração hardware-software oferecida pela NI. Estimamos que nosso tempo para entrega com o NI SOM representa um décimo do tempo das abordagens alternativas devido aos ganhos de produtividade da abordagem do projeto de sistema da NI, particularmente com o módulo LabVIEW FPGA e o Linux Real-Time. Com o software já oferecido pelo NI SOM, podemos nos concentrar mais nos principais recursos do nosso sistema como o processamento de imagem nos FPGAs.
A fábrica do futuro da Airbus é um projeto de tecnologia e pesquisa incremental em longo prazo que é fundamental para nossa competitividade nos processos de fabricação. O rápido desenvolvimento é essencial para nossa abordagem incremental da nova tecnologia, da prova inicial do desenvolvimento do conceito à disseminação do objeto real. Planejamos cuidadosamente essa iniciativa nos últimos anos, e, com a tecnologia da NI, podemos acelerar nosso processo de desenvolvimento e trazer nossa visão para a realidade.
Informações do autor: Sébastien Boria, Airbus
Esse estudo de caso foi desenvolvido por um cliente da National Instruments (“NI”). Esse estudo de caso é fornecido "como está", sem garantias de qualquer natureza e sujeito a determinadas restrições, como estabelecido de forma mais específica nos termos de uso da ni.com ( http://ni.com/legal/termsofuse/unitedstates/us/ ).
