航空宇宙の製造方法の恩恵を受ける地上のメーカー
飛行機や宇宙船の建設は、人類がこれまでに遭遇した中で最もユニークなエンジニアリングと製造に関する課題のいくつかを提起しています。幸いなことに、ロケットを作らなくても、ロケット科学の恩恵を受けることができます。あらゆる製品を製造するメーカーは、廃棄物、再作業、エンジニアリングの変更などの生産上の障害を克服するための航空宇宙産業のアプローチを学ぶことで、効率と収益性を向上させることができます。
SWaP-Cファクタ
Spirit社、GKN社、Boeing社、Airbus社、Albany Engineered Composites社、SpaceX社など、複合材料を使用する企業は、独自のプロセスを共有する傾向はありませんが、エンジニアリングや製造に関しては共通のハードルがあります。航空宇宙産業に限らず、あらゆる製造業では、サイズ、重量、パワー、コストを考慮しなければなりません。そして、それらの要素をシステムや製品の完成図に落とし込まなければなりません。
「SWaP-Cと呼ばれる軍事および航空宇宙デザインで使用される用語があります。これは、サイズ、重量、パワーを意味します。残りのCはコストです」と、FARO®のレーザープロジェクションの製品マネージャーJohn Earnshaw氏は説明します。「強度と品質を維持しながら、サイズや重量要素を減らすことはいつでも、SWaP-C式のパワー/コストファクターにプラスの影響を与えます」
航空宇宙業界では、強度対重量比に優れた複合材料の使用が主流となっています。SWaP-Cフレームワーク内では、軽量部品は航空機で消費されるパワーが少なくなるため、より長い滞空時間、燃料節約、ペイロードの増加など、複数のメリットが得られます。基本的には、ロケットが軽ければ軽いほど、より多くのペイロードを運ぶことができ、より少ない燃料で済みます。
レーザープロジェクションソリューションを使用することで、従来の物理的なテンプレートを使用する方法と比較して、一般的に50％から75％の省力化につながります。
生産量にもよりますが、投資回収は一般的に1年以下になります。
複合材料が導入されると、そのユニークな特性は、SWaP-C式の重量とパワーの側面に驚異的な影響を与えました。残念ながら、複合材料を使ったエンジニアリングと製造には労働集約的な性質があるため、コスト要因を減らすことはできませんでした。レーザープロジェクション技術がそれを変えてくれます。
航空宇宙のイデオロギーを地上に再現する
多くの場合、確立された生産方法は、技術の限界の結果です。技術の進歩は、SWaP-Cの原則の1つ以上を改善する、より効率的な建設方法の機会をもたらします。これは、航空宇宙だけでなく、すべての製造業に当てはまります。これらの業界の一部には、造船、自動車、トラック、トレーラー、小型航空機、マリンヨットやプライベートヨット、ボートの構築、風力タービン、および航空宇宙Tier 1、2、3サプライヤーを含む他の複合材料アセンブリ企業が含まれます。製品の強度や重量が重要視される企業であれば、複合材料を検討するのは当然のことです。
航空宇宙産業が存続するために複合材料の使用が不可欠であるならば、一般の製造分野で複合材料がコスト効率の良い材料として存続するためには、レーザー投影技術の使用が不可欠です。
「複合材料を活用してレース用自転車、ボート船体、風力タービンローターなどを製造する場合、軽量化と強度を最大化する必要がありますが、これには詳細なエンジニアリングが必要です」と、FAROの複合材料業界のベテランでありキーアカウントマネージャーであるJerry Reitmayer氏は述べています。「軽量化しながら構造を補強する積層の数を正確に決める必要があります。レーザープロジェクションは、レイアップの中の小さなパーツを特定の場所に配置できるので、複合材料の中でも特に優れたツールとなっています」
ほとんどの複合材料のレイアップには、複数の積層が含まれています。テープ測定やMylar®テンプレートなどの旧式のツールを使用すると、レイアップ処理は遅く、面倒で、時には不正確になります。Mylar社のテンプレートを使用している場合、次の積層レイヤーのために適切なMylarを探して歩くというプロセス（非レイアップ時間と呼ばれることもあります）だけで、生産とスループットが遅くなり、エンジニアリングの変更のたびに新しいテンプレートが必要になることは言うまでもありません。
これをレーザーガイドレイアップと比較すると、配置される積層のイメージがサーフェス上に直接投影され、それが構築される段階で、段階的に投影されます。
「新製品の開発・発売時には、信じられないような数のエンジニアリング変更オーダー（ECO）が発生します」とQuips Reitmayer氏は言います。「もし、ECOのたびに新しいMylarを作らなければならないとしたら、Mylar社の株を買いたくなるでしょう」
複合材料の金型に複数の積層を投影したTracerM
セグメント化された積層の追加など、その場でエンジニアリングの変更を行うことができるこの技術は、航空宇宙産業に特有のものとして見過ごされていたため、エンジニアリングデザインやアプリケーションの進歩に多大な機会をもたらしました。
物理的なテンプレートの構築にかかる時間をなくすことは、イノベーションと製造コストの削減に不可欠です。レーザー投影を使用すると、ECO処理の課題が大幅に軽減されます。CADモデルが変更されると、レーザー投影の変更がプロジェクターを制御するコンピューターにアップロードされ、次の生産ユニットにすぐに変更が反映されます。
生産現場でのレーザープロジェクション
ほとんどの複合材料メーカーにとって、効果的なリスク管理は損益分岐点と収益性の違いを生み出します。
部品の大きさや複雑さ、生産ラインのどこまで進んでいるかなどによって、1回の廃棄にかかる費用は数万から数十万ドル、時には数百万ドルにもなります。しかし、問題は廃棄イベントの費用「だけ」ではありません。人件費や炭素繊維コンポーネントのコストが高い一方で、生産工程全体に波及するスケジュール上の影響が出ることもあります。生産が遅れると、契約上のペナルティが発生することがありますが、これは廃棄した材料のコストよりも大きいかもしれません。
コンピューターとレーザーガイドを使ったアセンブリでは、レイアップ処理時に欠陥が発生する可能性を大幅に減らすことができます。航空宇宙では、他の産業と同様に、最も熟練した労働者がメインシフトに投入されることがよくあります。第2、第3のシフトがある場合、「シフトクリープ」が発生したり、スキルや生産性が低下することがあります。FARO TracerMなどのレーザーガイドアセンブリソリューションは、この問題を解決するのに役立ちます。
複合材料ウィングレット金型への投影
投資利益率
ラピッドプロトタイピングのアウトソーシングサービスの普及は、製品発売までの時間を短縮する技術の価値を証明しています。航空宇宙産業以外のメーカーでも、レーザープロジェクションを自社設備に導入することがビジネス的にも有効であることがわかってきました。
レーザープロジェクションソリューションを使用することで、従来の物理的なテンプレートを使用する方法と比較して、一般的に50％から75％の省力化につながります。
いくつかの企業では、FAROのTracerMソリューションにより、わずか1か月でROI（投資回収期間）を達成しています。生産量にもよりますが、投資回収は一般的に1年以下になります。TracerMの耐用年数が通常10年であることを考えると、長期的なROIは傑出しています。
これはロケット業界だけのものではありません。組み立てとレイアップ時間の短縮、品質と測定精度の向上、廃棄や再作業の削減または排除など、これらすべてが組織や業界を問わずROIにつながります。
まとめ
製造業にはこのような古い公理があります。
本日のメニュー：
- <高品質
- 迅速なターンアラウンド
- 低価格
レーザープロジェクションのような技術は、その公理に迫るものがあるかもしれません。これはビジネスにおける基本的な計算です。より効率的な生産に加え、再作業が少ないことは、生産コストの削減につながります。生産コストが下がれば、利益率が上がります。利益率の向上により、高品質な製品をより安く販売しても、収益を上げることができます。
航空宇宙から、自動車、カスタム自転車まで、最高の技術を駆使しなければ、最大の価値を生み出すことはできません。