פיתוח כלים חכמים לתעשיית מטוסי “איירבוס”

האתגר: ייצור והרכבת מטוס, כרוך בעשרות אלפי צעדים, כאשר טעות בביצוע אחד מהצעדים עלולה לגרום לנזק של מאות אלפי דולרים. לפיכך אין מקום לטעויות בתהליך הייצור.

הפתרון: הוספת אינטליגנציה לכלים ולמערכות רצפת היצור בכדי לפשט את תהליכי היצור, לשפר את יעילות תהליכי היצור בעזרת ניהול ובדיקת המטלות שהושלמו על ידי העובד, תוך שימוש במערכת המבוססת על גישת נשיונל אינסטרומנטס – NI לתכן מערכות ועל מודולים מתוצרתה.
גישה זו מאפשרת ליצור אבי טיפוס של כלים חכמים במהירות.
בתעשיית המטוסים של היום אין זכר לאי הסדר, למהומה והרעש שאפיינו את קווי הייצור בעבר. הטכנולוגיות החדישות, התכנון והציוד החדישים הפכו את תעשיית המטוסים ליעילה, מאורגנת ומובנית. ומה לגבי המחר? עתיד תעשיית המטוסים צפון במחקר ובפרויקטים טכנולוגיים המיועדים לדחוף את הטכנולוגיות המפציעות וזאת בכדי להגדיל את התחרותיות של תהליכי יצור מטוסי איירבוס שעדיין נשלטים בעבודה ידנית.
לשם כך מפתחים תהליכי יצור משוכללים – Big Analog Data” המאפשרים יצור מתוחכם וממוקד המאפשר שילוב עובדים ומכונות באותה סביבת עבודה. מפעל העתיד יטמיע במידה רבה שימוש של פלטפורמות מודולריות ברמת הפשטה גבוהה המבוססות על מוצרי מדף מודולריים. כלים חכמים הם אחד ממרכיבי המפתח לצורך שיפור היעילות. כלים חכמים מתוכננים כך שיוכלו לתקשר עם מערכות התשתית הראשיות או המקומיות, עם עובדי היצור והמפעילים, וכן עם כלים חכמים אחרים. תקשורת זו תבוצע רק במצבים שבהם יש נחיצות בכך, למשל בכדי ליצור מודעות סביבתית, קבלת החלטות בזמן אמת המבוססות על מערכות אינטליגנציה מקומיות או מבוזרות.
במערכי יצור, כלים חכמים יכולים לסייע בהקטנת מידת הסיבוכיות של תהליכי היצור ובשיפור היעילות על ידי סילוק רשומות ידניות וספרי הוראות. על העובדים להתמקד בתהליכי העבודה, המחייבים ידיים פנויות לצורך תפעול כלי העבודה. רוב הניסיונות הקודמים להפטר מספרי הוראות ההרכבה התמקדו בהחלפת ספרי הנייר במכשירים אלקטרוניים בעלי צג, אך גם אלה כללו נתונים פסיביים או “נתונים מתים”. כלים חכמים מציעים גישה אחרת: הם מגישים “נתונים על פי ההקשר”, נתונים הנוצרים או נצרכים בזמן התהליך והם נתונים “חיים”.
פיתוח מטוס כולל עשרות אלפי צעדים. עובדי היצור חייבים לבצע מהלכי ביקורת בנקודות מוגדרות על מנת להשיג את האיכות הנדרשת. על ידי הוספת אינטליגנציה למערכת, הכלים החכמים יכולים “להבין” מה הפעולה הבאה שהעובד חייב לבצע ולהתאים את הכלים באופן אוטומטי לתצורה הדרושה, ובכך להקל על תפקוד העובד. בנוסף הכלי החכם יכול לבקר את הפעולה, לוודא את השלמתה ולרשום את הרישומים הנדרשים עם השלמת המטלה ובכך לתרום ליעילות.
לדוגמא: בתהליך הייצור הנוכחי, באחד מתתי המכלולים יש בערך 400,000 נקודות שיש להדק תוך הפעלת מומנט פיתול מדויק. פעולות אלו מבוצעות בעזרת כ-1100 כלים. פועל היצור חייב לעקוב היטב אחרי ההוראות ולבצע בקפדנות שורת צעדים על מנת להבטיח שההידוק יעשה במומנט המתאים ובכלי המתאים. כיוון שהתהליך הוא ידני, תיתכן טעות אנוש והדבר מכניס סיכון גבוה לתהליך היצור. הדבר קריטי, שכן הידוק לא נכון אפילו של נקודה אחת יכול לגרום לנזק של מאות אלפי דולר במרוצת הזמן. כלי הידוק חכם יוכל “להבין” באיזה שלב של התהליך נמצא העובד, מה הוא עומד לבצע, לזהות את סביבת העבודה באמצעות ראיית מכונה ובאופן אוטומטי להתאים את הכלי לפעולה הנדרשת. בנוסף הכלי יכול לתעד את הפעולה שנעשתה במאגר המידע המרכזי. בעזרת בסיס הנתונים של מערכת מרכזית לבקרת שלבי הביצוע (MES), בשילוב עם האינטליגנציה המבוזרת של הכלים החכמים, מנהלי היצור יכולים לעקוב ולנתח כל תהליך שדורש ביקורת במסגרת בקרת האיכות ותהליכי הרישוי.
איירבוס עומדת להתחיל לפתח שלוש משפחות של כלים חכמים המיועדים לשלבי ייצור שונים: קדיחה, מדידה ואיסוף נתונים לצורך בקרת איכות.

כלי קדיחה
שילוב ראיית מכונה ואלגוריתמים לצורך זיהוי סביבת עבודה
זיהוי החומר שבו יש לבצע את הפעולה
עדכון תנאי הקידוח בהתאם לחומר השכבה שבה מבוצעת הפעולה
ניטור עומק הקידוח
ניהול רשומות לכל קדח ובכל מקום שבו בוצע קידוח
ניטור תקינות המערכת
ביצוע בדיקות וכיולים באופן אוטומטי
כלי מדידה
שילוב ראיית מכונה ואלגוריתמים לצורך זיהוי סביבת עבודה
השוואה לנתוני מדידה סבירים האגורים בבסיס נתונים
בדיקה שתוצאות המדידה הנם בטווח הרצוי
רישום התוצאות ואפשור מעקב מאוחר יותר עם נדרש
ביצוע בדיקות וכיול באופן אוטומטי
כלים לתיקוף איכות (מבוססים על החלטה אנושית)
שילוב ראיית מכונה ואלגוריתמים לצורך זיהוי סביבת עבודה
יצירת אינטראקציה עם העובד (מעקב אחרי תנועות עיניים, מיקום אצבעות, פיקוד קולי)
רישום תוצאות וביצוע מעקב

כלי הידוק
שילוב ראיית מכונה ואלגוריתמים לצורך זיהוי סביבת עבודה
קביעת מומנט / מהירות / זווית בהתאם למיקום
ניטור המומנט של כלי ההידוק
רישום המומנט שבו בוצע ההידוק במאגר המידע של מערכת MES או במאגר המידע המפעלי
ביצוע אוטומטי של בדיקות וכיולים.
בדקנו את ה- – (systems on modules-SOMs) כפלטפורמה בסיסית עבור כל המכשירים החכמים הנ”ל, בגלל הארכיטקטורה העל מקומית ומסגרות העבודה שהיא מספקת ויכולתה להאיץ את תהליך הפיכת התכנון לאב טיפוס ועד להטמעה. לפני שהפיתוח בוצע על NI SOM היינו יכולים ליצור אב טיפוס תוך התבססות על בקר (cRIO-9068) שאפשר לשלב IP מספריות איירבוס קיימות ואלגוריתמים הכתובים בקוד פתוח לצורך אישוש הקונספט במהירות. הגמישות שבשימוש תכנות טקסטואלי וגרפי, יחד עם שימוש חוזר בפיתוחי צד שלישי ששולבו במערכת על גבי Xilinx Zynq ועל גבי מערכת הפעלה לינוקס לזמן אמת אפשרה רמות מושלמות של הפשטה לצורך פיתוח הכלים. עתה אנו יכולים לעשות שימוש חוזר בקודים שפתחנו על NI SOM כפתרונות מוטמעים במקום להתחיל את כל תהליך התכנון מחדש.
בדקנו מספר רב של SOMs ומחשבים על כרטיס יחיד (SBCs), ולא מצאנו פתרון אחר המשתווה בערכו לגישת התכנון המבוססת על הפלטפורמה ושילוב חומרה ותוכנה שמציעה חברת NI. אנו מעריכים כי זמן האספקה שלנו, בזכות NI SOM, הוא כעשירית מהזמן הנדרש בעת שימוש בגישות אחרות, וזאת בזכות שיפור הייצוריות שנובע מגישת NI לתכנון מערכות, במיוחד בזכות המודולים של לינוקס לזמן אמת ו-LabVIEW FPGA. העובדה ש-NI SOM מגיע יחד עם תוכנה מתאימה אפשרה לנו להתמקד בפיתוח התכונות העיקריות של המערכת שלנו, כגון עיבוד תמונה על FPGAs.
מפעל העתיד ליצור מטוסי איירבוס מרחיב את המחקר ארוך הטווח ותורם לפרויקטים טכנולוגיים קריטיים שמטרתם שיפור התחרותיות בתחום תהליכי היצור. התפתחות מהירה היא קריטית להשגת טכנולוגיות חדשות, החל מאישוש ראשוני של גישת פיתוח ועד למוצר הסופי. אנו תכננו בזהירות את היזמה הזו במשך השנים שחלפו, וביחד עם טכנולוגיות NI אנו יכולים להאיץ את תהליכי הפיתוח שלנו ולממש את החזון שלנו.
הכתבה נמסרה באדיבות חברת
נשיונל אינסטרומנטס