Automation and robotization of an aeronautic assembly line

Este proyecto esta especialmente enfocado a esta última, tratándose de un robot colaborativo móvil para el atornillado de estabilizadores horizontales del modelo A320. Durante este documento se comprobará la viabilidad técnica y económica del proyecto, mediante análisis de tiempos, estudios de comportamiento y caracterización del sistema.
OBJETIVOS
El principal objetivo de este proyecto, ya que ha sido aprobado económicamente, es el de desarrollar y caracterizar un sistema de atornillado móvil colaborativo para el estabilizador horizontal del A320. Aparte de este objetivo principal, se pueden encontrar los siguientes objetivos secundarios asociados a la consecución del mismo o necesarios para la misma:
• Asegurar que el proceso completo se realiza en el tiempo de ciclo actual de la línea de ensamblado de manera que se mantenga la tasa de producción, siendo este tiempo de 4 horas
• Identificar los tiempos necesarios por subproceso para conseguir mantener dicho tiempo de ciclo
• Analizar si los tiempos necesarios por subproceso son alcanzables
• Caracterizar el comportamiento del sistema con estudios cp y cpk.
• Medición de tiempos de ciclo de los diferentes subprocesos.
• Realización de un estudio económico que demuestre la viabilidad de diseminación del proyecto a otras plantas y procesos.
METODOLOGÍA
Para la consecución del objetivo principal expuesto anteriormente se utilizará una estrategia similar a la usada en la versión anterior del proyecto salvando las diferencias en navegación y visión. A modo resumen, ya que será explicado más en profundidad durante los capítulos de este documento, el robot móvil navegará sobre cinta magnética sobre un grafo definido por software e irá corrigiendo mediante roto-traslaciones sucesivas la posición del estabilizador y robot.
En cuanto a los objetivos secundarios expuestos anteriormente, se realizarán estudios estadísticos con los datos recogidos durante la auditoría de marzo 2017, para caracterizar en la medida de lo posible los sistemas que se mantienen con respecto a la versión anterior. Asimismo se elabora un plan de test para mediciones temporales, de medición y de posición tanto de los módulos por separado como de la integración final con cuyos datos, cuando sea posible, se harán estudios cp y cpk.
Por último, se realizarán un estudio económico con los costes de capital, operacionales y en producción para evaluar la rentabilidad económica del sistema y analizar cómo se deben afrontar los proyectos de diseminación en el futuro.
RESULTADOS Y CONCLUSIONES
Pese a que en el momento de la entrega de este documento aún no se han podido realizar pruebas sobre el sistema integrado, se han obtenido algunos resultados de los módulos por separado.
De acuerdo a los resultados obtenidos, se puede decir que el sistema se encuentra dentro de las especificaciones puestas en un inicio que se consideran necesarias para el éxito en el atornillado.
Los tiempos, velocidades y precisiones medidas tienen una repetibilidad muy alta y cumplen con los criterios marcados, por lo que se espera que una vez integrados todos los módulos, los resultados tanto en pre-producción como en producción sean satisfactorios.
Sin embargo, durante los 5 años de desarrollo del robot de atornillado móvil para el A320 (contando desde que se empezó con la primera versión), se ha comprobado que esta tecnología aún no está suficientemente madura ni tiene características ideales lo suficientemente buenas para este tipo de aplicaciones que requieren tanta precisión. Especialmente en un entorno no preparado para la automatización como es el de la planta de Airbus de Getafe.
Por ello, para futuros desarrollos se plantea la posibilidad de prescindir de ciertos módulos, reduciendo la autonomía del sistema, pero aumentando fiabilidad, robustez y reduciendo costes.

This project is especially focus on the latest, consisting on a mobile collaborative robot for the screwing of horizontal stabilizers of the Airbus model A320. During this document, the technical and economic feasibility of the project will be verified, through time analysis, behavioural studies and system characterization.
OBJECTIVES
The main objective of this project, since it has been economically approved, is to develop and characterize a collaborative mobile screwing system for the horizontal tail plane of the A320. Apart from this main objective, you can find the following secondary purposes associated with achieving it or necessary to complete for it:
• Ensure that the entire process is performed at the current tact time of the assembly line so that the production rates maintained, being this time of 4 hours
• Identify the times required per sub-process to maintain that cycle time
• Analyze whether the required times per thread are achievable
• Characterize system behavior with cp and cpk studies.
• Measuring cycle times of different threads.
• Conducting an economic study demonstrating the feasibility of dissemination of the project to other plants and processes.
METHODOLOGY
To achieve the main objective set out above, a strategy similar to what was used in the previous version of the project will be performed, saving the differences in navigation and vision. As a summary, since it will be explained more in depth during the chapters of this document, the mobile robot will navigate on magnetic tape on a graph previously defined by software and will correct by successive roto-translations the position of the stabilizer and robot.
As regards the secondary objectives set out above, statistical studies will be carried out with the data collected during the March 2017 audit, to characterize as far as possible the systems that are maintained with respect to the previous version. A test plan is also developed for temporal, measurement and position measurements of both the separate modules and the final integration with those data, where if possible, cp and cpk studies will be made.
Finally, an economic study with capital, operational and production costs will be carried out to assess the economic profitability of the system and to analyze how future dissemination projects should be addressed.
RESULTS AND CONCLUSIONS
Although at the delivery of this document integrated system could not been tested, some results of the modules have been obtained individually.
According to the results obtained, it can be said that the system is within the specifications put into a start which were considered necessary for success in screwing.
The times, speeds and measured precisions have a very high repeatability and meet the criteria set, so it is expected that once all modules are integrated, the results in both pre-production and production will be satisfactory.
Despite of the success on technical and economic viability of the mobile screwing robot for the A320, during the 5 years of development (counting since the first version was started), it has been proven that this technology is not yet mature enough and has ideal characteristics good enough for such applications that require so much precision. Especially in an environment not prepared for automation such as the Airbus plant of Getafe.
Therefore, for future developments, the possibility of dispensing with certain modules, reducing the autonomy of the system, but increasing reliability, robustness and reducing costs, is considered.