Лидеры путем: две женщины, трансформирующие автоматизацию авиакосмической

Николь Уильямс (Boeing) и Мари-Кристин Карон (GE Aviation) — пионеры автоматизации

Автоматизация производства и сборки авиакосмических и оборонительных компонентов — не простая задача. Детали часто сложны, с высоко-низким миксом компонентов, варьирующих от надежных до микронных по размеру, и этот разнообразный диапазон не обязательно поддается автоматизации.

Многочисленные навыки нужны для автоматизации этих задач — и для руководства командами, которые приводят их к реализации. Они могут быть жесткого инженерного типа: кодирование, робототехника, искусственный интеллект/машинное обучение, метрология. Часто они требуют определенных «мягких» навыков, таких как построение команды и лидерство, и черт личности, такие как упорство, любопытство и креативное мышление.

Две ведущие инженерные руководительницы, Николь Уильямс в The Boeing Co. и Мари-Кристин Карон в GE Aviation, курируют усилия по автоматизации в своих компаниях — и обладают этими навыками в изобилии.

Женщины, которых журнал Smart Manufacturing в этом году назвал двумя из «20 женщин, оставляющих след в робототехнике и автоматизации», недавно выступили на связанном вебинаре (https://bit.ly/Robotics2paths) — детализируя, как они начали, роли, которые они играют, проблемы и вызовы, с которыми сталкиваются, и что будущее держит для следующего поколения женских инженеров.

Разные пути к успеху

Эти женщины поднялись на свои корпоративные позиции через разные жизненные, академические и карьерные выборы.

Для Уильямс жизнь математики и науки казалась предрешенной. Ее домашняя жизнь была как игровая площадка инженера: ее отец и дядя были электроинженерами, а тетя — механическим инженером. По всему дому была электроника, просто ждущая разборки, чтобы увидеть, как она работала. Плоские поверхности были домом для журналов по кодированию, позволявших Уильямс практиковать свои الناشئющие навыки кодирования, и прототипы украшений и музыкальных открыток, которые ее отец приносил домой с работы инженера-разработчика в Hallmark. (Любимое детство — украшение, отображающее 3D снежную праздничную сцену с маленьким поездом, проезжающим через туннель.)

«С самого раннего возраста я интересовалась разборкой вещей, компьютерами, программированием и решением проблем», — сказала Уильямс. «Мне всегда нравилась математика. Она последовательна и надежна. Она не произвольна или капризна или меняется».

Ее механическая инженерная тетя научила ее, что механические инженеры могут работать на всем — от проектирования коммерческих продуктов до медицинских имплантов, робототехники и ядерных объектов.

«Мне действительно нравилось разнообразие проектов, которые я могла поддерживать. Мне нравилось учить новые вещи, использовать свои навыки для решения разных типов проблем, как внутри, так и вне работы», — сказала она.

Ее интерес к робототехнике начался в Университете Мисури–Ролла (ныне Missouri S&T), где она работала с роботом конфигурации SCARA (Selective Compliance Articulated Robot Arm) для сортировки прямоугольных деревянных блоков от круглых и подбора и размещения их по необходимости.

Этот академический проект помог отточить ее навыки программирования — навыки, которые, как она сказала, помогли ей получить работу в The Boeing Co. в 1999 году.

Изначально Уильямс поддерживала разработку робота, который использовался для обработки разнообразия деталей. Портальный робот имел большой конечный эффектор, держащий катушки углеродного волокна, эпоксидного материала. Машина использовала B+ программирование, и многие ее ранние задания включали создание чертежей для этого устройства.

Работая над этими заданиями, она впитала другие навыки.

«Я узнала о процессе патентного заявления и о том, как сложно и долго оно может быть», — сказала она. «Я вскоре вовлеклась в программирование с продуктом [роботизированного симуляционного программного обеспечения] под названием IGRIP, создавая инструменты программирования роботов и симуляции для роботных программ».

Она стала искусна в использовании изобретения Boeing под названием RAC (robot assembly self-control), которое опиралось на целевую автономию, что со временем позволяло компании улучшать общую эффективность оборудования (OEE), качество с первого раза и удобство использования для обслуживания и механиков.

«Чтобы сделать автоматизацию максимально гибкой в авиакосмической среде, мы сильно полагаемся на это целевое управление», — сказала она. «Вместо написания явного скрипта действий для робота для завершения или выполнения, как в традиционном программировании роботов, мы даем ему набор целей и правил о том, как завершить эти цели».

В одном проекте рабочая ячейка включала локализацию с использованием машинного зрения, надзорные целевые управления RAC и точность робота через кинематические калибровки.

«У нас есть специфическая кинематическая калибровка, которую мы используем для наших роботов. И затем полное использование ООП без какого-либо доработки», — сказала она, ссылаясь на объектно-ориентированное программирование. «Это что-то, что я думаю, довольно редко, иметь возможность взять программу прямо с компьютера NC-программиста и запустить ее в цехе без необходимости делать много сухих прогонов или регулировок».

Стало ролью Уильямс собирать все модели в IGRIP, который программируется с использованием графического симуляционного языка и интерпретатора командной строки. «Каждая индивидуальная программа и роботизированная система должны были быть смоделированы для выявления потенциальных проблем перед производством», — сказала она.

Одна проблема, которая представила собой, была сверловка отверстий в пайлонах C-17.

«В то время я была единственной с программным обеспечением и способностью собрать все куски вместе в рабочую ячейку, включая оснастку, деталь, робота и конечный эффектор. Мы выявили части оснастки, которые блокировали области, к которым роботу нужен был доступ для сверловки [пайлонов]. В конце мы в итоге вынуждены были срезать часть оснастки, чтобы разрешить доступ для конечного эффектора робота».

Этот проект научил ее важному уроку: собирать всех стейкхолдеров вместе раньше в процессе и симулировать множественные условия и сценарии до строительства. Фактически, многие симуляции, созданные Уильямс, использовались в встречах с поставщиками станков, помогая всем стейкхолдерам визуализировать опасения.

«Это часто влияло на дизайн машины и модификации», — сказала она. «Вскоре я начала путешествовать, чтобы обучать NC-программистов тому, как использовать инструменты, которые мы разработали, и как использовать симуляции в производственной авиационной среде».

Идея использования автоматизации и робототехники как инструмента, улучшающего гибкость рабочей силы и удобство работы оператора — концепция, которая последовала за Уильямс на протяжении всей ее карьеры. Это мышление, в которое также верит Карон и которое она применяла, строя свою карьеру.

Академия и спорт

Как Уильямс, Карон нашла науку и математику движущими силами. Но это ее мастерство на теннисном корте буквально хорошо послужило, когда пришло время учиться для карьеры в инженерии.

«Я обратилась ко многим университетам в США, у которых была теннисная программа, и сказала: "Эй, я живу в Квебеке. Я играю в теннис, и я хочу изучать инженерию"», — сказала она.

Перед получением теннисной стипендии в Университете Массачусетса в Амхерсте, она отправила письма 50 школам по всей США.

Со стипендией в руке, она прыгнула в новую жизнь, в новую страну, с новой культурой и научилась балансировать академию и спорт.

Те вызовы «заставили меня верить в себя и понять факт, что даже если ты не знаешь, чего ожидать, ты все равно можешь веселиться и преуспевать», — сказала Карон. «Это выросло мои навыки устойчивости и адаптации, и открыло мой ум к другим и действительно узнать и понять, как я могу быть успешной и как я вписываюсь в команду».

После выпуска Карон вернулась в Канаду и взяла работу в IBM, работая на микроэлектронике. «Когда вы говорите микроэлектроника, вы говорите автоматизацию, потому что все так мало и [сборка] такая быстрая, что все автоматизировано. Это было мое первое введение в истинную автоматизацию и действительно заставило меня полюбить связь между технологиями, логистикой и качеством — чтобы сделать лучший продукт наиболее эффективным способом».

Карон взобралась по лестнице IBM и в итоге была повышена до управления инженерными командами. «Я перешла от технического человека к лидеру, но я всегда была очень связана с технологиями, пытаясь сделать команду очень успешной».

После 13 лет она присоединилась к объекту GE Aviation в Бромонте, Квебек. Этот карьерный скачок перевел ее от «супер точной, микро-микроэлектронной команды к супер надежной, но в то же время очень сложной авиамиру».

Локация Бромонт делает компоненты двигателей для самолетов Boeing и Airbus и является домом для глобального центра R&D по робототехнике, автоматизации и инструментарию компании, который разрабатывает передовые роботизированные процессы и программные приложения.

Не так давно после присоединения к GE, открылась вакансия в Глобальном исследовательском центре, известном как GRC, и она «прыгнула на эту возможность».

Столкновение с вызовами

Работа в GRC позволила ей дальше исследовать, что можно сделать с автоматизацией и робототехникой с инженерной перспективы.

Девятимесячное задание в Чешской Республике помогло ей отточить дополнительные навыки. Там Карон была не просто экспертом по автоматизации или робототехнике, она была менеджером проекта.

«Мне повезло быть частью программы разработки двигателя в Праге», — сказала она. «Я научилась действительно быть открытой мышленно к культуре и понимать их производственные процессы. У меня было много [своих] ответов, но они не обязательно соответствовали тому, как они видели вещи. Я узнала, что мне нужно понимать ограничения, понимать среду и предлагать правильную эволюцию для каждого сайта».

Пока автоматизация может приносить продуктивные выгоды, Карон узнала, что потенциальные пользователи могут не всегда принимать помощь так легко.

Мышление некоторых таково: если им нужно больше мощности, они просто добавят дополнительное тело к ней. Ядро этой заботы — рабочие места.

«Люди были вроде: "это заберет наши рабочие места". Нет, не заберет; это обеспечит вашу работу. Потому что вы будете делать больше деталей, более точно и мы все еще будем использовать ваш мозг» для других работ, — сказала она.

Одной из ее более сложных задач был взгляд на ручной проект, который требовал вставки уплотнений в маленькие сборки.

В детали два на два дюйма (50,8×50,8 мм), например, сборочный рабочий мог должен вставить 40 уплотнений пинцетом. «Это была очень утомительная работа для операторов и занимала у них вечность. Так как вы это автоматизируете?»

Для человека это легкая, хоть и трудоемкая задача: просто подобрать и поместить уплотнения.

Люди могут определить, посажено ли уплотнение правильно, или по крайней мере в пределах спецификации, и даже если уплотнение присутствует.

Но есть «много вещей, которые ваш мозг делает, что довольно сложно положить в систему», — сказала Карон.

Для автоматизации этого сборочного процесса был установлен машинный взгляд и интегрирован ИИ/машинное обучение в рабочую ячейку.

«Автоматизация робототехники — это не только роботы, это все вокруг», — сказала она. «Как вы видите это [вставку уплотнения], как вы локализуете его, как вы знаете, где вы в 3D-пространстве, и как вы надежно выполняете задачу каждый раз?»

Для помощи в этом было установлено пять разных камер в рабочей ячейке, каждая из которых имела специфическое приложение.

Анализируя изображения, ИИ может определить хорошее от плохого уплотнения. «Если бы вы сказали "хорошо" или "не хорошо" без ИИ, система сказала бы: "Это другое, так что не хорошо". Но ИИ приносит вам ту дополнительную способность сказать: "Мне не нужно, чтобы это было черно-белым; оно может быть серым"», — сказала Карон.

Образование и ИИ в Boeing

От дней Уильямс в колледже, где она использовала технологию изображения для сортировки деревянных блоков, до ее выпускного исследования, которое использовало данные изображений для обучения серии нейронных сетей, она широко использовала технологии изображения и ИИ для решения вызовов автоматизации.

Один проект, который принес Уильямс и ее команде награду Boeing Silver Phantom, анализировал паттерны сверловки на авиакосмических компонентах для коммерческих самолетов.

Схема управления использовала концепцию RAC Boeing и включила сканирование деталей, а также данные об оснастке и особенностях детали, для определения точных финальных позиций сверловки.

«В авиастроении расстояние до края — важный датум», — сказала она. «Если вы сверлите отверстие слишком близко к краю ребра или стропила, вы рискуете преждевременным отказом этой детали».

Пока диапазон проектов Уильямс разнообразен, она сказала, что один из самых эффективных проектов, над которыми она работала, был также одним из самых простых: отслеживание инструментов рабочих.

Раньше, чтобы убедиться, что инструменты учтены в конце дня, техник брал кусок пены и рисовал форму инструмента на материале. Затем они брали дремель и вручную вырезали форму инструмента.

Автоматизированное решение использовало мобильную тележку, в которой рабочие раскладывали свои инструменты, и система машинного зрения захватывала изображение ящика для инструментов, переводила его в бинарное изображение, затем в Excel-файл и наконец файл отправлялся на лазерный резак для резки пены.

«Нам пришлось разобрать множество вызовов системы зрения. Некоторые инструменты особенно блестящие. Некоторые рабочие сделали "пользовательские настройки" к своим инструментам, такие как добавление наклейки», — сказала она. «Именно поэтому мы не могли использовать готовое системное решение.

«Это был довольно простой проект, который собрался очень быстро, но он сэкономил нашим операторам, которые могли перейти от, может быть, завершения восьми или десяти [ящиков для инструментов] в день к способности завершать множественные полные ящики инструментов в день», — сказала Уильямс. «Это был действительно драматический рост пропускной способности для команды».

Лидеры команды завтрашнего дня

В долгую перспективу цель — делать лучшие, более экономичные детали. И таланты, которые Уильямс и Карон приносят на свои позиции, делают это возможным в объектах GE и Boeing по всему миру.

И, пока женщины все еще несколько аномалии в производственной инженерии, эти две женщины доказали, что нет «только для мужчин» работ.

Уильямс и Карон работали с и для и возглавляли мужских коллег — и поднялись на вершину своих профессий.

Каждая сделала это через тяжелую работу и готовность учиться и пробовать новые вещи.

Для следующего поколения женских инженеров и руководителей производственных компаний, пара призывает тех, кто рассматривает эти профессии, следовать за вещами, которые интересуют и вдохновляют их.

«Подумайте о том, что вас связывает, что движет вами, будь то конкретная технология, конкретный набор навыков или конкретная группа людей, которых вы знаете», — сказала Уильямс. «И затем продолжайте свое образование. Возьмите один класс, возьмите пару классов. Просто окуните палец в воду и посмотрите, что вас интересует и что действительно движет вами».

Карон согласилась: «Идите за своим сердцем. Если вам нравится математика, не волнуйтесь. Эта профессия эволюционирует и есть так много ветвей, которые вы можете взять. Не бойтесь попробовать. Доверяйте себе, будьте собой и делайте то, что любите.

«Вы растете от каждого шага вашего рабочего опыта и жизненного опыта», — добавила Карон. «Используйте их максимально, и возьмите маленькие самородки и соберите их вместе в то, чем вы хотите стать и как вы хотите быть. И действительно, для меня, это путешествие автоматизации — действительно пример этого».