Desarrollo de herramientas inteligentes para la fábrica de Airbus del futuro

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"Hemos evaluado varios SOMs (Systems On Modules) y SBCs (Single- Board Computers) embebidos y no hay comparación con la integración del software ofrecido por NI. Estimamos que nuestro tiempo de entrega gracias al SOM de NI es una décima parte del tiempo utilizado con otros métodos alternativos debido a los incrementos de la productividad del método de NI para el diseño del sistema, especialmente gracias a NI Linux Real-Time y el módulo de LabVIEW FPGA "-. Sébastien Boria de Airbus "

- Sébastien Boria, Airbus

The Challenge:
La fabricación y ensamblaje de aviones, que implica decenas de miles de pasos que deben seguir los operadores, y un solo error en el proceso podría costar cientos de miles de dólares para arreglarlo, por lo que el margen de error es muy pequeño.

The Solution:
El hecho de dotar de inteligencia a las herramientas y a los sistemas de la zona de producción ayudará a simplificar el proceso de producción y a ofrecer una gran mejora de la eficiencia del proceso de producción mediante la gestión y el control de las tareas que el operador está finalizando. Al usar el SOM de NI, seremos capaces de crear rápidamente prototipos de estas herramientas inteligentes que utilizan el método de NI para el diseño del sistema.

Author(s):
Sébastien Boria - Airbus

La planta de fabricación aeroespacial de hoy no es para nada comparable con la planta de producción agitada y ruidosa del pasado. Las últimas técnicas, diseños y equipamiento hacen que la fabricación sea moderna y eficiente, organizada y estructurada. ¿Y mañana? El futuro de la fábrica de aviones es un proyecto de investigación y tecnología, enfocado a impulsar las nuevas tecnologías con el fin de mejorar la competitividad de los procesos de fabricación de Airbus allí donde las operaciones manuales siguen predominando en la actualidad.

Los sistemas ciber-físicos y Big Analog Data™ hacen posible una producción más inteligente centrada en el operador, lo que permite a operadores y máquinas colaborar en el mismo entorno físico. La fábrica del futuro implica también el uso extensivo de una plataforma modular con un alto nivel de simplificación basada en módulos disponibles en el mercado. Uno de los componentes clave para la mejora de la eficiencia de la fábrica del futuro son las herramientas más inteligentes. Estos dispositivos inteligentes están diseñados para comunicar con una infraestructura principal o localmente con los operadores u otras herramientas, pero sólo cuando se requiere proporcionar conocimiento de la situación y tomar decisiones en tiempo real basadas en la inteligencia local y distribuida de la red.

En el caso de una planta de fabricación, las herramientas inteligentes pueden ayudar a simplificar el proceso de producción y a mejorar la eficiencia mediante la eliminación de los registros de datos físicos y manuales. Los operadores deben centrarse en sus tareas operativas, durante los cuales necesitan mantener sus manos libres para el uso de las herramientas adecuadas. La mayoría de las iniciativas anteriores vinculadas a "proyectos sin papel" se centraron en "la supresión de papel", o en la sustitución del papel por las tabletas, pero todavía consumen "datos pasivos/muertos." Las herramientas inteligentes permiten otra alternativa, "los datos en su contexto", los cuales se generan y consumen continuamente, en otras palabras, "datos en vivo."

El desarrollo de un avión incluye decenas de miles de pasos que los operadores deben seguir realizando muchos controles para garantizar la calidad. Al añadir inteligencia al sistema, las herramientas inteligentes deducen las siguientes acciones que el operador debe realizar y ajustan automáticamente las herramientas para la configuración adecuada, lo que simplifica la tarea del operador. Una vez que se completa la acción, las herramientas inteligentes también pueden monitorizar y registrar los resultados de la acción, lo que mejora la eficiencia del proceso de producción.

Como ejemplo, una determinada parte del ensamblaje de un avión tiene aproximadamente 400,000 puntos que necesitan ser ajustados, lo que requiere más de 1100 herramientas básicas de ajuste en el proceso de producción actual. El operador tiene que seguir de cerca una lista de pasos y asegurarse de aplicar los ajustes apropiados del par según las normas de cada localización usando la herramienta correcta. Por ser un proceso manual, el error humano añade mucho riesgo a la producción. Esto es significativo, ya que incluso una única ubicación que esté ajustada incorrectamente podría costar cientos de miles de dólares a largo plazo. Una herramienta que realice un ajuste inteligente entiende la tarea que el operador está a punto de realizar mediante la visión artificial que procesa el entorno y ajusta el par automáticamente. Y el dispositivo puede registrar el resultado de la tarea en una base de datos central para asegurar que la ubicación se ajustó correctamente. Gracias a la base de datos central del sistema de ejecución de fabricación (MES: Manufacturing Execution System) y la inteligencia distribuida de los dispositivos, los responsables de producción pueden identificar con precisión los procedimientos y procesos que necesitan ser revisados durante el control de calidad y la certificación.

Airbus esta lanzando el desarrollo de tres familias de herramientas inteligentes que realizan diferentes procesos de fabricación: perforación, medida y registro de datos de calidad y de ajuste.

Herramienta de perforación

  • Entornos de proceso con algoritmos de visión artificial
  • Verificación de que el material está a punto de ser cortado
  • Actualización de las condiciones de corte de la broca en cada capa del material
  • Supervisión de la profundidad de perforación
  • Registro de los resultados de la perforación en la ubicación actual
  • Monitorización de la salud del sistema
  • Realización de comprobaciones automáticas/calibración

Herramienta de medición

  • Entornos de proceso con algoritmos de visión artificial
  • Recuperación desde una base de datos de los valores de medida aceptables
  • Comprobación de si la medida está dentro de los parámetros
  • Registro de los resultados y realización de acciones de seguimiento si es necesario
  • Realización de comprobaciones automáticas/calibración

Herramienta de validación de calidad (basado en la decisión humana)

  • Entornos de proceso con algoritmos de visión artificial
  • Lleve a cabo una interacción propiamente humana (seguimiento del dedo, seguimiento de los ojos, control de voz)
  • Registro de los resultados y realización de acciones de seguimiento si es necesario

Herramienta de ajuste

  • Entornos de proceso con algoritmos de visión artificial
  • Establecer las normas de par/velocidad/ángulo adecuados para la ubicación
  • Supervisión del par aplicado a los elementos de fijación
  • Registrar el par aplicado en una base de datos central MES o en un sistemas de planificación de recursos empresariales
  • Realización de comprobaciones automáticas/calibración

Hemos ensayado el SOM de NI como plataforma base para todas estas herramientas inteligentes, debido a la ubicuidad de la arquitectura y la estructura que proporciona para acelerar el proceso de desarrollo desde el diseño a la creación de prototipos y a la implementación. Antes de desarrollar sobre el SOM de NI, hemos sido capaces de crear un prototipo basado en un controlador NI CompactRIO (cRIO-9068) que nos permitió integrar la IP (Intelectual Property) de las librerías existentes de Airbus y los algoritmos de código abierto para validar rápidamente nuestros conceptos. La flexibilidad de usar la programación gráfica y textual, junto con la reutilización de los desarrollos de terceros, se llevó a Xilinx Zynq y el sistema operativo NI Linux Real-Time ofreció el perfecto nivel de simplificación para el desarrollo de estas herramientas. Ahora podemos reutilizar el código que hemos desarrollado sobre el SOM de NI como una solución desplegada en lugar de tener que reiniciar todo el proceso de diseño.

Se evaluaron varios SOM y SBCs (Single-Board Computers) embebidos, y no hay comparación con el método de diseño basado en plataforma y la integración de hardware y software que ofrece NI. Estimamos que nuestro tiempo de entrega gracias al SOM de NI es una décima parte del tiempo utilizado con métodos alternativos, debido a los incrementos de la productividad del método de NI para el diseño del sistema, especialmente debido a la utilización de Linux NI Real-Time y el módulo de LabVIEW FPGA. Gracias al software ya proporcionado por el SOM de NI, hemos podido centrarnos más en las características clave de nuestro sistema, tales como el procesamiento de imágenes con FPGAs.

La fábrica del futuro de Airbus es un proyecto de investigación y tecnología incremental a largo plazo que es fundamental para nuestra competitividad en los procesos de fabricación. El rápido desarrollo es crítico para nuestro método incremental de nuevas tecnologías, desde la prueba inicial de desarrollo del concepto hasta la difusión de objetos reales. Hemos planeado cuidadosamente esta iniciativa en los últimos años, y gracias a la tecnología de NI, podemos acelerar nuestro proceso de desarrollo y llevar nuestra visión a la realidad.

 

Author Information:
Sébastien Boria
Airbus

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