Внутри AeroDef: тренды и прогнозы умного производства

Умное производство трансформирует А&D: автоматизация, ИИ, робототехника

Умное производство трансформирует производство А&D, поскольку больше компаний принимают автоматизацию, искусственный интеллект и робототехнику. Некоторые производители также фокусируются на устранении так называемых островов автоматизации и интеграции технологии через целые процессы. Но даже когда производители принимают новейшие цифровые технологии, многие остаются фокусированными на разработке новых материалов, и правильно так. Композитные материалы и материалы, используемые в гиперзвуке, остаются критическими. Также важно: обеспечение надежного конвейера талантов и/или внедрение технологий, которые могут смягчить вызов дефицита рабочих.

По мере того как мы все работаем, чтобы выйти из пандемии, производственные менеджеры и рабочие стали уверенны в использовании удаленных технологий; вызов будет в балансе удаленной и личной работы. Здесь мы предоставляем доступ к членам исполнительного комитета события AeroDef от SME. Мы попросили их предоставить примеры обсуждений, происходящих в совещательных залах компаний А&D.

Нижняя линия: никогда не было лучшего времени быть вовлеченным в производство А&D.

Билл Биго, вице-президент по бизнес-развитию, JR Automation

Какие уроки, вызовы и улучшения возникли из пандемии?

Кто знает, что будет следующим? Любое событие, вызывающее необоснованную нехватку ресурсов или неспособность должным образом оформить ресурсы — вызов. Мы пропускаем наши процессы через строгость проверки, что люди хорошо работают из дома. К сожалению для производства, почти все наши процессы должны быть сделаны внутри здания. Мы делаем хорошую работу в производстве, пересматривая то, что происходит, и думая о том, как обойтись с меньшим количеством людей.

Какие вызовы сталкивается авиакосмическая отрасль?

Она наращивает производство, но возможно без того же числа рабочих или навыки тех рабочих могли сильно ухудшиться, пока они были без работы. Меньше людей готовы брать эти позиции.

Производители испытывают трудности в удовлетворении спрока, который они видят идущим. Они также должны найти способы поддерживать социальную дистанцию. Полтора года назад производители могли иметь шесть человек в маленькой ячейке. Теперь вы не можете этого сделать.

Вы должны найти способы поддерживать людей и помогать им быть продуктивными с меньшим количеством работающих людей и меньше взаимодействия.

То, как мы встречаем этот вызов — с большим количеством робототехники и автоматизированных конвейерных систем. В прошлом кто-то мог пройти и взять деталь. Теперь эта работа может быть сделана конвейерной системой.

Мы видим больше коллаборативных роботов (коботов), работающих с людьми на заводе. Пандемия ускорила этот переход к производству большего с меньшими затратами. Мы не пытаемся устранить рабочие места, а увеличить рабочие места и сделать людей, делающих работу, более продуктивными.

Каковы возможности в авиакосмической?

Машины также становятся умнее и способны мониторить свои собственные потребности в обслуживании вместо человека, смотрящего за здоровьем машины. Машина дает вам знать: «Мне понадобится некоторое обслуживание в следующие две недели». Тогда вы можете запланировать это обслуживание в удобное время, в отличие от того, когда это просто происходит и линия останавливается.

Что вы видите происходящим на другой стороне пандемии?

COVID действительно встряхнул всю производственную отрасль. К сожалению, потребовалась пандемия, чтобы привести некоторые из этих вещей на передний план.

Производители теперь смотрят внимательно на планировку пути, который продукт проходит через завод — сколько человеческих взаимодействий у него есть? Это получает много инженерного внимания.

Об этом говорили годами, но COVID принесло это на передний план. Внезапно производители начали видеть несоответствия и трудности в своих процессах, выпячивающиеся как больной палец.

Где автоматизация получает больше тракции?

Для производителей Tier 3 автоматизация определенно полезна; мы видим это немного меньше у поставщиков Tier 1. Tier 2 определенно — сладкое место.

Автоматизация действительно сияет, когда у вас высокая пропускная способность, высокий объем, много вариантов и много потенциальной вариативности во времени и качестве.

Чем крупнее детали, тем меньше вариантов у них. Производители Tier 2 делают много мелких деталей в количестве сотен тысяч.

В Boeing 737 более 25 000 гайковых пластин. Каждая гайковая пластина занимает от трех с половиной до шести минут на установку. Это много времени на установку гайковых пластин на самолет.

Моя компания фокусируется на продукте, чтобы установить гайковую пластину за 20–30 секунд.

Одна из вещей, которые люди вводят в производство — вариативность в пропускной способности. Рабочий А может сделать 2000 деталей в день, пока рабочий Б делает только 1500.

Люди также имеют утренний перерыв, обеденный перерыв и дни PTO. Роботы не имеют этих характеристик.

Человеческое участие в процессе все еще критично. Люди могут надзирать за автоматизацией и улучшать качество.

Что дальше для автоматизации в производстве авиакосмической обороны?

Процессы производства самолетов были ноториально ручными. Затем люди сказали: «Мы должны автоматизировать», и построили ячейку автоматизации как автономный блок. Другие процессы до и после этой ячейки все еще были ручными. Со временем три или четыре ячейки были конвертированы из ручных в автоматизацию. Теперь мы всегда движемся от одной ячейки к следующей, с каждой ячейкой, спроектированной независимо.

Теперь производители смотрят, как спроектировать компонент и производственный процесс так, чтобы автоматизация продолжалась через весь процесс. Производители также работают над проектированием умных оснасточных приспособлений для адаптации к нескольким шагам в процессах и движению с деталью через сборку.

Теперь, например, грузовое дверь может двигаться в и из оснасточного приспособления на каждой ячейке. Риск повреждения идет вверх каждый раз, когда вы должны касаться этой детали, двигая ее в и из оснасточного приспособления. Умная ячейка, однако, делает четыре вещи в одной ячейке. Раньше рабочие понимали только одну задачу в их ячейке. Если один из их коллег заболевает, тот человек не будет очень хорош в других ячейках. Разбивая острова автоматизации, вы позволяете более гибкой рабочей силе. Если человек знает, как запустить ячейку и эта ячейка запускает три вещи, теперь набор навыков этого человека вырос. У них есть способность быть более гибкими и обрабатывать больше частей производственного процесса.

Джон Рассел, начальник отдела технологий структур лаборатории исследований ВВС

Какие уроки, вызовы и улучшения возникли из пандемии?

Первый месяц пандемии был шатким. Наша IT-инфраструктура еще не адаптировалась для обработки нагрузки. За первый месяц наши IT-люди добавили инструменты — Microsoft Teams, аккаунт Zoom для правительства — которые позволили нам работать в сети ВВС из дома.

Я был действительно впечатлен способностью нашей рабочей силы справляться с работой из дома. По мере того как мы получали контроль над всеми протоколами работы в этой среде, мы приближаемся к нормальному.

Моя большая забота — отсутствие случайных разговоров в коридорах и отсутствие встреч с внешними партнерами. Я действительно надеюсь, что мы сможем начать путешествовать снова. Способность идти на конференции и встречаться с промышленными партнерами пойдет долгий путь к пониманию потребностей, стоящих перед производством.

Какие вызовы сталкивается авиакосмическая отрасль?

Тридцать лет назад композитные материалы были горячей темой. Сегодня это ИИ, квантовые вычисления, назовите ваш буззворд в технологическом пространстве. Там, где люди есть и должны делать инвестиции.

Но это наша работа также продолжать фокусироваться на материалах и производстве. Мы все еще будем летать самолетами и делать все возможное, чтобы сделать структуры легче, лететь дальше и нести больше полезной нагрузки. Композиты остаются важными. Люди видели успех композитов, использованных в 787 (который на 50% композитов по весу). Всегда будет потребность в улучшенных структурах.

Где возможности в авиакосмической?

Прямо сейчас ВВС имеет много дорогих самолетов, стоимость которых в миллиарды долларов и которые трудно заменить, если сбиты. Мы думаем о новом классе самолетов, который переворачивает уравнение стоимости. Аттритируемые самолеты (термин, описывающий обычно беспилотные самолеты, спроектированные для расходности и значительно меньшего количества летных часов) меняют долгосрочное использование на резко сниженные затраты. Мы смотрим на технологии, выходящие из автомобильного и морского секторов, чтобы увидеть, можем ли мы использовать эти процессы в авиакосмической. Аттритируемые самолеты стоят меньше, спроектированы для меньшего количества летных часов и легко заменяемы. Один пример — беспилотный демонстратор XQ-58A Valkyrie. Другой — Boeing Loyal Wingman. Если их сбивают или они ломаются, их легко заменить. Мы могли бы жить с износом и просто строить больше. Эта новая концепция открывает дверь к новому способу мышления о том, как вы проектируете самолеты. Нам придется переосмыслить процесс сертификации на основе проектирования самолетов, основанных только на тысячах часов полезной нагрузки вместо лет и лет. Если самолет будет летать 40 000 часов, усталость будет проблемой. Вы, вероятно, не должны беспокоиться об усталости самолета, если он будет летать только 2000 часов. Программа сертификации самолетов может быть более гибкой для самолетов с низким количеством летных часов.

Какие другие трансформативные и разрушительные технологические разработки?

Приложения для топологической оптимизации (проектирование деталей для размещения несущего материала только там, где нагрузка будет несена) расширяются. В прошлом топологическая оптимизация фокусировалась на малых деталях. Мы берем эту концепцию и масштабируем ее до целого самолета. Сделано правильно, это имеет потенциал драматически снизить структурный вес самолета. Мы все еще должны разобраться, как взять эти разные структурные раскладки и соединить их с практической раскладкой самолета. Концепция также должна быть мануфактурируемой: вызов — как интегрировать эту идею в реальный дизайн самолета.

Что вы видите происходящим на другой стороне пандемии?

Моя собственная рабочая сила, вероятно, будет смесью в офисе и телеработы. Если кто-то может быть эффективен дома, мы можем относиться к ним как к взрослым и заставлять их приходить только если у них проблема с компьютером. Деловые поездки будут медленно нарастать, частично потому что видео-инструменты так сильно лучше и также потому что будет руководство, приоритизирующее миссионно-критические поездки. Мы можем не увидеть конференции, возвращающиеся на полную мощность до какого-то времени в 2022. Нет смысла путешествовать к вашему промышленному партнеру, если они все еще работают из дома.

В каких частях производства авиакосмической обороны автоматизация получает больше тракции?

Будет так много самолетов в производстве, что люди будут бороться друг с другом, чтобы получить квалифицированный труд, чтобы прийти к их объектам. Производители будут думать о том, как они могут использовать роботов более эффективно.

Мик Махер, президент Maher & Associates, ранее DARPA и U.S. Army Research Lab

Какие уроки, вызовы и улучшения возникли из пандемии?

Один из вызовов был работа на всех рабочих и видео-конференц-платформах — Zoom, Teams, Webex, BlueJeans, Google Meet, Go-to-Meeting — отслеживание того, куда правительство направлялось со всем программным обеспечением для встреч и попытка оставаться в курсе. Когда пандемия впервые началась, была паника о том, что она сделает с нашим бизнесом. Мы искали новые области для вовлечения. Одна область, на которую мы сфокусировались, была экспертная свидетельская/консультационная работа для дополнения нашего бизнеса передовых материалов и производства. Мы приняли радикальные шаги рано. Начиная с марта 2020, мы сделали жесткий толчок, чтобы попасть в разные, смежные области. Мы расширились в консалтинг по управлению, производительность брони, тестовые программы, разработку предложений и помощь стартапам. В предыдущие годы мы испытывали 15% роста. Во время пандемии мы выросли на 30%, в результате паники и расширения рынков, в которых мы работали. Без этого расширения мы, вероятно, испытали бы 10–20% снижение выручки. Фактически, наши традиционные консультационные области нашего бизнеса регрессировали на 10%.

Какие вызовы сталкивается авиакосмическая отрасль?

Возвращение людей в физическое рабочее пространство. В начале с пандемией все были в панике, пытаясь разобраться, как работать удаленно. Люди привыкли работать 16-часовые дни из дома, и к середине пандемии компании казались видящими выгоды продуктивности. К концу люди начинают немного выгорать. По мере того как мы пытаемся вернуться на работу, я думаю, люди предпочтут гибридный метод с некоторым удаленным и некоторым офисным временем. Но вы должны сделать это справедливым способом. Некоторые работы вы должны быть там лично. Для людей, у которых нет гибкости работать из дома, может быть компенсация в виде сокращенной рабочей недели, 35 часов вместо 40. Также молодые люди, вступающие в рабочую силу, были особенно поставлены перед вызовом, потому что у них не было возможности быть наставленными.

Идя вперед, отрасль будет поставлена перед вызовом найти таланты, которые им нужны. Я знаю много студентов, которые брали год отдыха. Добавьте это к университетам, которые уже боролись финансово, и у нас есть целый класс, может быть несколько, где образовательный опыт и исследовательские возможности были умалены. Мы уже знаем, что более крупные школы видят снижение зачислений даже когда мы выходим из пандемии.

В каких частях производства авиакосмической обороны автоматизация получает больше тракции?

Пока вещи были вниз и медленно, много заводов ретродировались. У вас есть линия, которая вниз: это идеальная возможность для ретродировки против попытки ретродировать линию, пока ваше производство работает. Производители предвосхищают пробел в навыках рабочей силы, и воспользование автоматизацией поможет преодолеть пробел.

Где авиакосмическое/оборонное производство должно стать более гибким?

Тестирование, сертификация и политики качества. Они очень процесс-ориентированы и обычно в самом конце — после того, как все затраты понесены за дизайн или компонент.

Фронтенд производства сделал действительно отличную работу по быстрому строиванию и реагированию на изменения. Когда вы добираетесь до тестирования и качественного контроля в конце, вы не видели эффективности, которая существует в начале и середине процесса. Тестовое сообщество только начинает воспользоваться вычислительными инструментами, моделями и симуляциями, которые помогают с более быстрой пропускной способностью и более низкими затратами.

Что вы видите происходящим на другой стороне пандемии?

По мере выхода из пандемии, я думаю, мы готовы к большему росту. Есть много вещей, движущих рост, включая государственную политику. Моя забота в том, что, в зависимости от политик, которые будут приняты, рост может быть подавлен. Налоговая политика будет проблемой. Я волнуюсь об инфляции, влияющей на бизнес идущим вперед. То, как мы привозим новых людей на борт, это будет меняться? Будут ли наложены регуляции на бизнес, которые препятствуют нашей способности функционировать?

Лесли Коэн, лидер в использовании композитов в авиакосмической, теперь старший советник в Maher & Associates, ранее с McDonnell Douglas и HITCO.

Какие уроки/вызовы/улучшения возникли из пандемии?

Многие компании ушли на сокращенные рабочие недели и закрылись. Это продолжающаяся проблема в цепочке поставок для tier ones и OEM, которые пытаются доставлять оборудование. Теперь, когда мы повторно выходим и возвращаемся на работу медленно, будут стартовые икки. Мы должны устанавливать наши темпы строительства способом, признающим это. Это почти как изготовление вашей первой статьи. Мы также должны признать, что многие наши поставщики ушли из бизнеса, потому что они не могли выжить в экономической реальности оставаться в существовании с малым или никаким бизнесом. У нас будет цепочка поставок, которая была повреждена. Другие вызовы включают необходимость лучших эластомерных материалов и уплотнений в аддитивном производстве, необходимость более быстрого отвердевания пленки и/или клеев, чувствительных к давлению, с устойчивостью к авиационным жидкостям и лучшим сцеплением с очищенными поверхностями, высокотемпературные износостойкие покрытия и покрытия, устойчивые к несиликоновым диэтиленгликол моноэтил эфир (DiEGME).

Где возможности в авиакосмической?

Материалы, вовлеченные в гиперзвук. Мы должны убедиться, что мы можем перехватить гиперзвуковые угрозы, исходящие от других наций и убить/перехватить/уничтожить эти угрозы. Эти угрозы могут приходить к нам на Мах 5. Из-за этих скоростей нам нужно разработать больше материалов, которые могут держаться вместе при более высоких температурах и давлениях. У нас много материалов для выбора до 2500°F. Затем это более ограничено до 5000°F. Нам нужно вложить больше усилий в разработку материалов технологий для тех более высоких температур. Нам нужно инвестировать в ультра-высокотемпературные керамики. Но не слишком много компаний могут делать эту работу.

Другие возможности включают вакуумное мешкование для снижения ручного труда и производственной вариативности, нагрев вне автоклава для нагрева сложных деталей, автоматизированные машины для укладки ленты и волокна для повышения продуктивности, и виртуальные заводские техники включая цифровой контроль.

Где авиакосмическое и оборонное производство должно стать более гибким?

Сокращение времени инспекции с сохранением качества. Инспекция высокопроизводительного крыла для военного самолета может занять техника уровня 2 от 8 до 10 часов и техника уровня 3 еще 8–10 часов для интерпретации результатов. Вы имеете дело с 5% затрат. Федеральное правительство инвестирует в технологию для автоматического распознавания дефектов. Техасская компания TRI-Austin разрабатывает программное моделирование, которое инспектирует крыло самолета за 10–12 минут. В одном тесте с 160 крыльями, моделирующее программное обеспечение инспектировало крыло за 5–10 минут. Цифровой двойник заключил, что большая часть крыла была в порядке, но выявила одну проблему в верхнем правом углу за пределами своих возможностей и рекомендовала технику уровня 3 проверить вопрос. Результаты были идентичны человеческой инспекции, но сбросили 80% времени. Это сокращает затраты вдвое.

Келли Доддс, директор передовых производственных технологий, Raytheon Space and Airborne Systems

Какие уроки, вызовы и улучшения возникли из пандемии?

Когда пандемия ударила, мы завершали слияние с United Technologies Corp, и я была в окопах с лидерством.

Что я наблюдала, было невероятным. Как отрасль, мы адаптировались невероятными способами для поддержания продуктивности и выхода к нашим клиентам во время COVID. Отрасль сейчас ускоряется из глубин пандемии с новыми инструментами, новыми эффективностями и новыми методами, выученными во время пандемии.

Мы разработали новые технологии, новые процессы и новые процедуры. Мы изменили то, как мы собираемся работать в будущем с удаленной работой и взаимодействием с COVID. Мы были втолкнуты в мир Zoom.

Отрасль разобралась, как иметь дело с COVID с процедурами вроде сканирования температуры и социального дистанцирования. COVID-двигаемое движение к гибкой работе позволит авиакосмической отрасли впускать географически более разнообразные пулы талантов, ранее недоступные, и дать многим нашим текущим сотрудникам гибкость, которую они нуждаются для лучшего обеспечения их баланса работа/жизнь.

Где возможности в авиакосмической и обороне?

Темп инноваций и построения продуктов для встречи спроса клиентов набирает скорость.

На оборонной стороне, я думаю, мы ускоряем темп инноваций и вывода продуктов, чтобы убедиться, что мы предоставляем возможности клиентов на скорости актуальности.

В мои 20 лет в авиакосмической и оборонной отрасли, я никогда не видела больше фокуса на продвижении того, как мы инженерим, разрабатываем и производим продукты.

Эта смена для встречи потребностей наших клиентов, а также для конкурентных эффективностей и акционерной ценности.

Цифровая трансформация инженерии и цифровые и автоматизационные аспекты Industry 4.0 трансформируют то, как продукты проектируются и переходят к прототипированию и производству.

Какие вызовы сталкивается авиакосмическая и оборонная отрасль?

Поскольку мой фокус на Industry 4.0 и передовых производстве, я скажу, что конвейер и развитие талантов в технических полях производства — критическое усилие, вокруг которого мы все должны сойтись.

Как вы создаете следующее поколение производственных технических и инженерных талантов?

Мы работаем над развитием того конвейера талантов, чтобы через пять, десять, двадцать лет вниз по дороге у нас был надежный конвейер производственных наук и инженерии, в дополнение к развитию передовых навыков на заводе.

Инновации и изменения не приходят от машин; они приходят от людей.

Кибербезопасность — еще один вызов. Всякий раз, когда вы упоминаете слово «цифровой», вы должны лучше упоминать слово «кибербезопасность».

Поверхность атаки, создаваемая каждым устройством и быстрый рост и внедрение подключенных устройств, представляют вызов.

Нам нужна надежная кибербезопасность, защищающая критические элементы, но также кибербезопасность технологии, архитектура, человеческие процессы и методологии, позволяющие быструю инновацию и время до ценности.

Компании одновременно должны уметь использовать подключенные устройства, двигаться быстро и оставаться защищенными.

Какие трансформативные/разрушительные разработки идут?

Пять лет назад, когда я приняла мою позицию в передовых производстве, цифровая инженерия, цифровая нить и Industry 4.0 были аспирационными буззвордами на фринже разговоров технологов.

Сегодня у нас есть корпоративная организация под названием Industry 4.0.

Уже быстрый темп цифровых достижений ускоряется. COVID и новая рабочая среда изменят природу социальных и коммуникационных сетей — некоторые созданы, некоторые потеряны, некоторые усилены.

Будет важно использовать выгоды, усиливающие инновации, минимизируя любые встречные ветра к инновациям, оба используя технологические методы и инструменты и человеческие/социальные соображения.

Какие области становятся гибкими и эластичными, и какие области должны стать более таковыми?

Как только мы соединяем производственные устройства и они легко соединяются безопасно, мы должны дойти до той точки, где заводской пол становится умной экосистемой — с легко подключаемыми, кибербезопасными устройствами, как ваш умный дом, но гораздо более безопасными — так что это не нишевое мастерство делает всю кастомную реализацию работу.

Нам нужно демократизировать способность инновировать с Industry 4.0.

Что вы видите происходящим на другой стороне пандемийной турбулентности?

Мы повторно входим в новую нормальность с сильно диверсифицированной рабочей средой и новым набором инструментов для работы вместе, и ускоряемся из пандемии с этими новыми инструментами, эффективностями и методами для встречи рыночного спроса.

В каких частях производства авиакосмической обороны автоматизация получает больше тракции?

Слияние Industry 4.0 и цифровой инженерии с проверенными производственными философиями и техниками, такими как lean manufacturing, трансформирует производственный ландшафт.

Заводской пол стал системой кибер-физических систем: трудно обсуждать физическое без цифрового и наоборот. По мере того как стоимость кастомной автоматизации снижается и способность инженерить эти решения быстро увеличивается, мы увидим больше и больше внедрения в области, которые ранее не давали ROI и поэтому не рассматривались для цифровой или физической автоматизации.

Какие финальные мысли?

В моей жизни я никогда не видела лучшего времени быть в производстве авиакосмической обороны. Комбинация технологий, продуктов, конвейера новых талантов, потребности и фокуса на создании уникальной экспертизы в производстве. Возвращаясь более чем 20 лет назад, когда я была в школе, дисциплины, известные большинству студентов, были типичными механической и электротехнической инженерией. Сейчас есть много производственных STEM программ, и список растет. Этот рост критичен для поддержки будущего производства. Все эти программы выросли и стали более изощренными и более видимыми. Ключевое развитие в учебном плане — мультидисциплинарный подход, смотрящий на цифровое, электрическое, физическое, контроль и робототехнику, все это в контексте построения вещей — вещей производства.