Automatiser la production de composites pour répondre à la demande croissante de l'aérospatiale

L'industrie aérospatiale se prépare pour une conjonction massive de besoins en capacité industrielle pour produire des pièces dans un avenir proche. Avant le COVID, Boeing et Airbus estimaient que 40 000 avions commerciaux seraient nécessaires au cours des 20 prochaines années (contre environ 25 000 en service aujourd'hui). L'armée américaine étudie également des concepts d'essaims d'avions sans pilote à durée de vie limitée et à très faible coût. Enfin, les premiers taxis aériens devraient être en service en 2023. Tous ces concepts nécessiteront une utilisation significative de composites pour répondre à leurs exigences de portée et de vitesse, ce qui mettra à rude épreuve la base industrielle actuelle.

Aujourd'hui, la base industrielle des composites repose sur le drapage manuel ou sur des machines de drapage automatisé actuelles qui n'ont qu'un taux d'utilisation machine de 20 à 50 %. Elle est aussi encore plus analogique que numérique. Les entreprises tâtonnent dans le numérique pour résoudre des points de douleur spécifiques, comme le suivi d'actifs, mais peu de fabricants disposent d'un véritable environnement Industry 4.0 à l'échelle de l'entreprise.

Un changement d'état doit se produire pour que l'industrie aérospatiale atteigne les cadences de production pour les avions futurs. Premièrement, l'automatisation des composites doit être un élément majeur pour permettre la vague de production à venir. Bien faite, l'automatisation allégera le besoin d'investissements en capital importants et réduira le nombre de nouveaux travailleurs qualifiés pour la fabrication d'avions. Deuxièmement, la communauté des composites doit adopter les concepts Industry 4.0 pour obtenir des informations exploitables à partir des données générées lors de la fabrication et de l'assemblage. Les thèmes clés pour la recherche future afin de rendre l'automatisation et l'Industry 4.0 disponibles pour la production de composites aérospatiaux incluent :

• Outils de science de la fabrication
  État futur : Ensemble d'outils de conception pour la fabrication démocratisés qui peuvent évaluer cohérentement l'espace de compromis selon le stade du cycle de vie de la fabrication.
  
  Solutions potentielles : Intégrer IA/apprentissage automatique, automatisation, données, analytique, fabrication et produits. Utiliser un système informatique intégré composé de simulation, visualisation 3D, analytique et outils de collaboration pour développer une représentation virtuelle de l'ensemble du processus de fabrication.
• Fabrication et traitement à faible coût et agiles
  État futur : Compréhension robuste des capacités des processus de fabrication à faible coût. Conception contrainte par les processus identifiés résultant en une réduction de 50 % du temps de cycle de conception. Lignes de fabrication qui peuvent être rapidement reconfigurées pour répondre à la demande de pointe et aux divers mélanges de produits.
  
  Solution potentielle : Automatisation de nouvelle génération. Utilisation améliorée des équipements de placement automatisé de fibres / dépôt automatisé de rubans. Solutions robotiques pour le drapage manuel et le formage de pièces de forme complexe (thermodurcissables et thermoplastiques). Robots collaboratifs. Systèmes robotiques flexibles capables d'être reprogrammés ou réaffectés pour une intégration dans un autre système.
• Inspection
  État futur : Nous désirons des capteurs en processus non intrusifs et une alternative à l'épreuve de qualification qui s'applique aux conditions as-fabriquées et en service.
  
  Solution potentielle : Passer de l'inspection à la mesure. Cela nécessite la simulation de fabrication et la mesure en processus, ainsi que la simulation et la mesure structurelle en service, à un niveau suffisant pour satisfaire aux exigences réglementaires. Utilisation d'outils Industry 4.0 pour fournir une compréhension de l'état de la pièce ou de l'assemblage, pas seulement pour les suivre.

SME a lancé une Communauté Technique sur l'Automatisation des Composites pour répondre à ces besoins. Je fais partie de cette communauté technique, et j'accueille les contributions pour les discussions que nous commençons.