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AIDC
從創新產業發展 談
航太產業先進製造之趨勢
提報單位:漢翔航空工業股份有限公司提
報
人:林
南
助
副總經理
日 期:105年10月24日
漢翔航空工業股份有限公司漢翔航空工業股份有限公司
AIDC
2
目 錄
一、前 言
二、航太產業創新先進製造技術
三、航太產業先進複材製造
四、結 論
五、Q & A
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一、前 言
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創新產業發展一切技術的突破其核心目的在於創造價值。全球 航太產業市場持續擴張與各國不斷投入新機研發等因素下,航太業 者以創新先進製造技術正面迎向競爭激烈的航太市場,以高效率製 造高精度零件,大幅簡化組裝作業,降低生產成本。
同時結合IT與生產設備業者,異業結盟、相輔相成,發展出各 類智慧機械,以total solution創新思維將製造技術再往前推進。
航太產業近年來為減少能源耗用,飛機零組件使用之材料趨勢 是使用大量先進複合材料以達減重之目的,伴隨而來之先進製造技 術亦不斷推陳出新。在工業4.0浪潮下,機具聯網、生產流程透明
化,設備狀態監控、軟硬體整合自動化實現智慧製造及CPS(Cyber Physical System)虛實整合更是先進製造之未來趨勢。
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二、航太產業創新先進製造技術-精密製造
飛機製造業者以創新先進製造技術生產更高精度零件以降低成本, 正面迎向競爭激烈的航太市場。
MRJ
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1)
使用1500噸的拉伸機具直接拉伸T料不必再熱處理,精簡製程且避免熱處理 變形。
2)
拉伸模回彈設計-先測試材料雙向拉伸的包辛格效應(Bauschinger effect)當 作材料參數,結合塑性分析軟體,模擬材料拉伸時的變形回彈行為,並修正 回饋至模具的模面,反覆試製。
0-0.2 -0.1 0.20.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
σ1 =σ2σ2=0
σ1
σ2
(Bauschinger effect)塑性力學效應試驗
εminor
εmajor
(5爪,1500噸拉伸機)
創新先進製造技術-蒙皮拉伸(Skin stretch forming)
二、航太產業創新先進製造技術-精密製造(續)
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3)
採用雷射掃瞄儀器(Laser Scanner , FARO or NIKON),快速量測零件模面與模 具曲面數據,並比對CAD理論模面,反覆修模,得最佳經驗公式。如此因為 蒙皮模面正確,Part‐to‐part, Hole‐to‐hole才會定位準確,大幅減少定位塊的 設計製作與組裝定位工時。
Part-to-part, Hole-to-hole:零件製造至淨尺寸及實徑孔,組裝時採定位孔定位而非定位塊,可大幅降低整體成本。
創新先進製造技術-蒙皮拉伸(Skin stretch forming)
生產更高精度零件以降低成本
二、航太產業創新先進製造技術-精密製造(續)
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零件製造技術進化讓裝配流程更為簡化,
Part-to-part, Hole-to-hole裝配現
場大量使用油壓系統支撐,並以雷射投影定位輔助,除了幾個簡易的組合 型架外其餘的工作都是在油壓系統的支撐與雷射定位下完成,現場工作流 線相當流暢。
創新先進製造技術-簡化組裝流程
二、航太產業創新先進製造技術-精密製造(續)
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參考廠商:
◆
POGO◆
FIVE
◆
KOSTYRKA◆
ARIES
產品:
◆POGO System◆伸縮調整定位系統
應用:
◆萬向銑切夾持模具(大曲面零件夾持)◆萬向白鐵拉伸模
創新先進製造技術-數位彈性模具(Flexible Tooling)
二、航太產業創新先進製造技術-精密製造(續)
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白鐵/複材銑切鑽孔萬向夾持模具(Flexible Tooling)
Mtorres Spar/ Skin Trimming and drillingUniversal Holding Fixture
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創新先進製造技術-數位彈性模具(Flexible Tooling)
二、航太產業創新先進製造技術-精密製造(續)
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.
CCD光學讀取鑽孔位置
.
CCD光學讀取EOP
.
程式自動控制量測
. 取代 LASER TRACKER及
FARO ARM量測
加工後直接進行機上量測
五軸加工機整合光學量測系統
光學檢測用樣件光學檢測校正塊 主軸頭配線10
全面解決方案(total solution)-五軸加工機附加光學量測系統
二、航太產業創新先進製造技術-精密製造(續)
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參考廠商:
◆
API◆
NIKON
Metrology
應用技術:
◆機械手臂+Laser Tracker定位◆即時影像掃瞄比對◆動態感測與控制系統
應用:
◆零件加工製造◆裝配鑽孔鉚接◆
線上即時檢驗
全面解決方案(total solution)-機械手臂整合影像定位加工系統
二、航太產業創新先進製造技術-精密製造(續)
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智慧機器人智慧機器人
Loading/Unloading Exchanging milling cutters
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AIRBUS 導入外骨骼輔具,強化作業
員的身體性能,輔助高負重作業。
導入智慧機器人執行高重複性/負重性/疲勞性等作 業,可以減少人員做重複性動作造成的疲勞及失
誤,提高產線產能效率與品質。
整合機械手臂與NC加工機台以提高稼動率
航太業工業4.0包含-智慧機器人/物聯網/大數據/CPS
二、航太產業創新先進製造技術-工業4.0
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AIRBUS 導入雙臂人形機器人與工作人員協同作業,執行高階飛機組裝工作。 13
智慧機器人智慧機器人透過動態感測與控制系統、雷射定位等智慧機器人
技術執行鑽孔、鉚接,減少型架組裝定位需求,簡 化組裝工作。
二、航太產業創新先進製造技術-工業4.0 (續)
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Inspect 14
智慧機器人智慧機器人高階飛機組裝流程,利用智慧機器人雷射對位檢測技
術,檢測鉚接、High Lite品質,避免品質逃脫。
二、航太產業創新先進製造技術-工業4.0 (續)
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製程/刀具狀態智能監控:刀具壽命即時監控與預測(斷刀)、刀具補償值防錯…
生產效率管理: 提升設備稼動率、試製/量測/量產時間縮短、製程優化
機台故障預防保修: 機台健康監控/預測保養/故障預防保修、即時通知預警...生產品質監控: 機台/製程/加工異常即時監控,切削異常優化、降低失效成本
Level 2自動化/智慧化整合
Level 1設備/機台/感測器
生產機台智慧化整合與監控
生產機台智慧化整合與監控
Level 3作業與管理層面
各項機台/設備整 合ID辨識 感測器
環境監控 PLC/DLC檢測設備檢測設備
系統資料擷取系統資料擷取//指令分派指令分派 ((SCADASCADA))
與後端系統之整合及視覺化
數值控制/數據擷取設備介面整合系統
二、航太產業創新先進製造技術-工業4.0 (續)
生產機台智慧整合與監控IOTIOT
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生產效能精進:零件上下機即時資訊: 以利生管制時程/發工/備料等加工/閒置工時自動統計/分析、機台稼動率即時分析加工履歷及機台異常訊息系統化自動記錄
TACC_CMS五軸機台
岡山網路沙鹿網路
SNK五軸加工機台 DMG五軸加工機台台中網路
生產機台智慧整合與監控-以漢翔公司為例
二、航太產業創新先進製造技術-工業4.0 (續)
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1.加工狀態及
主軸溫度監控、即時處理或精度補償…2.稼動率分析及
提昇、
NC程式效率監控及
優化…
生產機台智慧化即時監控-以漢翔公司為例
二、航太產業創新先進製造技術-工業4.0 (續)
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藉由收集和分析數據,對未來做出自動且正 確的反應。
BIG DATABIG DATA
Predictive Maintenance
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二、航太產業創新先進製造技術-工業4.0 (續)
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1.智慧化即時監控/預測品質、
預警/
預防故障或
失效..2.掌握熱壓爐特性、
縮短首件開發時程、
提升妥善率/
產能
複材成化大數據分析
大數據的價值…公司寶貴的資產
複材成化大數據分析-以漢翔公司為例
二、航太產業創新先進製造技術-工業4.0 (續)
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https://www.ge.com/digital/stories/apm-unlocks-competitive-advantage
GE Aviation -在引擎安裝200多組感測器,隨時收集轉速、溫 度、震動、油壓等各種運轉數據,透過衛星回傳確認引擎狀況。
每天可傳送5千億位元的資料回GE,進行大數據分析、調控、 改善。
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二、航太產業創新先進製造技術-工業4.0 (續)
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CPSCPS 配合虛擬空間中的模擬,來預測和改變現實中 操作的模式。
隨著銑切量大小改變進給速率,提升加工效率
刀具路徑模擬及最佳化(以漢翔公司為例)
二、航太產業創新先進製造技術-工業4.0 (續)
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加 值
From: 虛擬量測成大教授鄭芳田
產品生產完成執行實體量測
減少生產過程的量
測點/量測次
數
零瑕疵產品(Zero Defect)
即時線上品質預測,節省實體量測次數/時間,異常即時預警,降低失
效成本,朝向交貨產品Zero Defeat目標
自動虛擬量測系統-以漢翔公司為例
二、航太產業創新先進製造技術-工業4.0 (續)
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虛擬實境技術-裝配員進入虛擬空間進行人因工 程實境模擬,預先了解潛藏問題以建立正確的組 裝方法。
A350 XWB組裝線
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二、航太產業創新先進製造技術-工業4.0 (續)
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• 利用攝影機捕捉真實畫面,配合檢查員手上的電腦 與系統連結,進行影像與3D圖形比對。
• A380機身內6萬~8萬隻支架檢查工作,L/T由3個禮拜 減少至3天。
MiRA-Mixed Reality Application
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二、航太產業創新先進製造技術-工業4.0 (續)
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• 建置虛擬工廠模擬生產或組裝過程• 藉由模擬,分析動線安排是否合理• 模擬未來工廠的排程及負荷分析,調整資源配置
虛擬實境軟體Delmia的應用
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二、航太產業創新先進製造技術-工業4.0 (續)
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Wood and Fabric1903‐1933
Metals
1933‐
Composites
1970‐
航太發展,除外型演變外,亦與材料息息相關!!
複材應用及製程簡報
三、航太產業先進複材製造
http://www.google.com.tw/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRxqFQoTCI6L5ezE6MYCFaXZpgodTc8A4Q&url=http://www.cnn.com/2013/05/20/travel/dreamliner-returns/&ei=MUysVc6uCqWzmwXNnoOIDg&psig=AFQjCNFlZ84Bo1ROwslSpYRoA8GxZMiJYQ&ust=1437441422282128
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複材件重量比及複材自動化有驚人的成長!!
Automated lay‐up
Manual lay‐up
Chart Source: Composite Market Reports, March 2008
We are here
Automated
Lay‐up
Development
‧直昇機比例由20%提昇至90%‧近年戰鬥機與客機比例提昇至50%以上
三、航太產業先進複材製造(續)
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三、航太產業先進複材製造(續)-複材製程與設備
熱固性基材溼式積層(Wet lay-up)噴佈成形(Spray-up)預浸料疊貼(Prepreg Lay-up)真空熱壓成形(Autoclave)纏繞成形(Filament winding)(真空)樹脂轉注成形(VaRTM)熱壓模成形(Compression molding)拉擠成形(Pultrusion)
纏繞成形
手工疊貼
自動疊貼
溼式積層
噴佈成形
熱壓模成形
拉擠成形真空熱壓成形
熱塑性基材隔膜成形(Diaphragm forming)纏繞成形(Filament winding)沖壓成形(Stamping)熱壓模成形(Compression molding)拉擠成形(Pultrusion)
航太產業
複合材料成型方式複合材料成型方式
http://www.google.com.tw/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwi0tfeS5ZfMAhUMnpQKHdoKBBIQjRwIBw&url=http://www.sinoeaglegroup.com/manufacturing/wet-layup&psig=AFQjCNGyKMCMdI4n2wCdL9ENXwRzs66aFg&ust=1461055220286864http://www.google.com.tw/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwj2kdbZ5ZfMAhWEQpQKHYr_DA8QjRwIBw&url=http://www.kinecogroup.com/capability_disp.php?id=3&psig=AFQjCNE-AExbBcpVW5xClbAnygODmgWHVw&ust=1461055400561443
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三、航太產業先進複材製造(續)-複材製程與設備
自動超音波檢測機Automated Ultrasonic Inspection System
紙蜂巢切割機Honeycomb Core Milling
Machine預浸布切割機Prepreg Cutting Machine
機械手臂噴漆系統Robotic
Painting System
軌道及手動式噴漆系統Rail & Manual Painting System
熱壓爐Autoclave
CNC五軸複材加工機CNC 5‐Axis Composite Milling Machine
自動疊貼機Automatic Lay up
環境控制室Contamination Control Area
熱壓成型機Hot Drape Forming
Noodle Former
預浸布&熱壓預浸布&熱壓
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於環境控制區內以人工方式,將完成裁切的預浸布逐層逐向舖疊貼於欲成
型零件的模具上,再以真空封袋方式將疊貼完成的預浸布密封(如封袋 圖) ,抽真空移除袋內空氣後,將密封完成的模具置入熱壓爐,以要求的
壓力、溫度及持溫時間讓預浸布內的基材(樹脂)固化,使固(成)化後的零 件符合品質的要求(空孔率低、缺陷/缺膠範圍小、少皺折)。
手工疊貼(Hand Lay-up)
封袋圖示
預浸布&熱壓預浸布&熱壓
三、航太產業先進複材製造(續)-複材製程與設備
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自動疊貼(Automatic Lay-up)
‧適用的零件特性,用於單纖布,部分
製程需與熱壓成型搭配
• 應用自動化機具將單纖布逐層逐向 舖疊貼於欲成型零件的模具上俾進 行後續零件成化程序。
單纖布捲
預浸布&熱壓預浸布&熱壓
三、航太產業先進複材製造(續)-複材製程與設備
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B787使用複材自動疊貼製程區段
Section 11 stringer number: 27 Section 41, 43, 46, 47 floor beam number: 73
Automated lay‐upManual lay‐up
PAX Floor I-Beams – Section 41 43 46 47
PAX Floor I-Beams Cargo Floor J-Beams –
WP #15
Floor I-Beams – Section 11 (center wing)
Vertical Fin- Spar, Stringer and Skin
三、航太產業先進複材製造(續)-複材製程與設備
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纏繞成型(Filament Winding)• 應用自動化機具將已浸潤樹脂的連續纖維
(continuous reinforcing fibers)受張力 情況下透過旋轉方式纏繞於模具上成型為複
材結構體,俾進行後續零件成化程序。
‧適用的零件特性,用於單纖布,且為筒狀零件
預浸布&熱壓預浸布&熱壓
三、航太產業先進複材製造(續)-複材製程與設備
http://fugahumana.files.wordpress.com/2012/07/boeing-fuselage.jpg
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真空輔助樹脂轉注成型通常是單面模具,將纖維預成形物放置於模具上,覆蓋導氣布及真空封
袋後,一端管線接到真空泵將封袋內抽真空,另一端管線接到裝液態樹脂
的容器,藉由封袋內的負壓力(亦即真空度),將液態樹脂自入膠口吸入封
袋內,樹脂充分浸潤纖維編織物後,再進烘箱將樹脂固化成型的製造方
法。
B787壓力隔框
快艇
汽車產業
風能葉片
不須熱壓爐,節能!
Hand lay up Vacuuming & injection
Bagging
樹脂轉注&非熱壓樹脂轉注&非熱壓
三、航太產業先進複材製造(續)-複材製程與設備
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樹脂轉注成型• 通常是雙面模具,將纖維預成形物放置於模具內,上/下模具合模後,出
口端接到真空泵,將模穴內抽真空,入口端施以壓力將液體樹脂注入模穴 內,以模具加溫將樹脂固化成形的製造方法。
應用於形狀複雜的結構體,如接頭或要求雙面外觀平整的成品,如葉片。
‧雙面模具,尺寸精度高!‧不須熱壓爐,節能!
樹脂轉注&非熱壓樹脂轉注&非熱壓
三、航太產業先進複材製造(續)-複材製程與設備
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三、航太產業先進複材製造(續)-認證需求
品質系統 AS9100
製程認證 NADCAP AC7118
廠房及設備認證
零件首件認證(FPQ)
先期認證繁瑣冗長
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.軟體分析零件成化過程之最
快與最慢升溫點
.軟體分析模具減重熱傳效益
1.複材膠合模具(BOF)熱傳與輕量最佳化
BOF模具熱傳分析
零件+模具最快點與最慢升溫點分析
熱壓爐內模具熱傳分析
三、航太產業先進複材製造(續)-複材加工自動化瓶頸
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2.新製程技術開發
研究ATL與HDF製程及模具對品質之影響。
航太A-Team合作開發
三、航太產業先進複材製造(續)-複材加工自動化瓶頸
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. 鑽孔/繞切/銑沉頭刀具
. 標準刀刃及鑽石塗層
. 超音波刀再研磨延壽
3.複材切削刀具精進開發
超音波刀具再研磨測試
超音波刀具銑切蜂巢
人形刀13000 RPM
F2700
鳳梨刀5000 RPM
F2400
CVD 鑽石鍍層刀
鑽孔試片(CFRP母材+ GFRP表層)共16層`,厚度3.7mm
人形刀13000 RPM
F2700
三、航太產業先進複材製造(續)-複材加工自動化瓶頸
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4.複材銑切鑽孔共用夾具(Flexible Tooling System)開發
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三、航太產業先進複材製造(續)-複材加工自動化瓶頸
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四、結 論
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綜觀世界各國,航太先進製造技術發展模式,均由政府 補助航太業者、IT與生產設備業者,採異業結盟、分工 合作、共同開發。我國政府應有獎勵措施,鼓勵相關業 界投入航太先進製造技術之開發。
在世界各國發展工業4.0的浪潮中,智慧製造亦為航太 產業發展的必然趨勢,國內工具機業界亦應掌握此契
機,發展智慧機械成功打入國際航太市場。
根據各大飛機製造廠家之分析,使用複合材料其重量可 比金屬材料減少約百分之二十五,未來飛機使用複合材 料之比重將越來越高,而其製造加工所需之機具設備、 生產技術發展十分迅速,若不能掌握此趨勢,對國內航 太產業未來發展將更為不利。
AIDC
Q & A
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從創新產業發展 談�航太產業先進製造之趨勢目 錄一、前 言投影片編號 4投影片編號 5投影片編號 6投影片編號 7投影片編號 8投影片編號 9投影片編號 10投影片編號 11投影片編號 12投影片編號 13投影片編號 14投影片編號 15投影片編號 16投影片編號 17投影片編號 18投影片編號 19投影片編號 20投影片編號 21投影片編號 22投影片編號 23投影片編號 24投影片編號 25投影片編號 26三、航太產業先進複材製造(續)三、航太產業先進複材製造(續)-複材製程與設備三、航太產業先進複材製造(續)-複材製程與設備投影片編號 30投影片編號 31投影片編號 32投影片編號 33投影片編號 34投影片編號 35三、航太產業先進複材製造(續)-認證需求三、航太產業先進複材製造(續)-複材加工自動化瓶頸三、航太產業先進複材製造(續)-複材加工自動化瓶頸三、航太產業先進複材製造(續)-複材加工自動化瓶頸投影片編號 40四、結 論Q & A
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