Flygplanstillverkning

Om inget annan anges i texten så är allt material i detta kapitel hämtat från doktorsavhandlingen

Affordable Automation for Airframe Assembly, Development of Key Enabling Technologies (Kihlman,

2005). Antalet flygresor kommer i framtiden att öka. Airbus spår att antalet resor kommer öka med 4,7 % per år över en tjugoårsperiod (Airbus, 2013). Även Boeing spår liknande siffror med 5,2 % (Boeing, 2013). Trots att flygplansmarknaden spås öka så kommer konkurrensen att hårdna då ökad globalisering lett till färre flygplanstillverkare.

Det blir också mer ovanligt att ett företag bygger hela flygplanet internt, många delar läggs numera ut på underleverantörer som är specialister på sitt område. Underleverantörerna ansvarar antingen för tillverkning av olika färdigutvecklade delar eller för både utveckling och tillverkning av specifika subsystem. Detta har lett till att leverantörerna utvecklats till specialister inom sitt område istället för att ha generell kunskap om tillverkningen.

När flygindustrin består av ett nätverk av leverantörer som tillsammans ska skapa en produkt ställer det höga krav på leveransdatum för utvecklingen och tillverkningen. Eftersom det är enklare att byta ut en leverantör i en nätverksmodell än att lägga ner en avdelning hos ett företag skapar det press på leverantörerna. De måste hålla leveranskraven och ha en hög produktionstakt till låg kostnad, med hög kvalitet, annars kan de ersättas med en annan leverantör.

4.4.1 Montering

Det ställs mycket höga krav på monteringsprocessen för flygplan, då flygplan är en högkvalitativ produkt, men även på grund utav de många olika delar som ingår i ett flygplan. Det ställs också höga krav på precision vilket innebär att alla delar måste monteras korrekt och med rätt monteringsverktyg.

Produktfamiljer

De flesta flygplan byggs först ihop i olika sektioner som därefter sätts ihop i ett slutmontage. Sektionerna är indelade i olika produktfamiljer som i sin tur är uppdelade i undersektioner. En undersektion kan till exempel vara en panelstruktur som utgör det yttre lagret av flygplanet, denna struktur tillhör då produktfamiljen panelstrukturer. En annan produktfamilj kan bestå av exempelvis vingstrukturer eller kroppsstrukturer. En produktfamilj definierar olika undersektioner och den

33 komplexitet som de orsakar vid monteringen, en panelstruktur är till exempel mindre komplex än en vingstruktur.

Monteringsprocessen

Den typiska monteringsprocessen för flygplan kan delas upp i sex faser; förmontering, borrning, temporär fästning, gradning, påläggning av fogmassa och fästning. Denna monteringsprocess används för att sätta ihop delar i submontage som kommer att bli en produkt i olika produktfamiljer. I första fasen sätts komponenter ihop för att monteras på fixturen, detta sker vanligtvis manuellt. Fixturen fixerar och håller delarna på plats under monteringsprocessen. I den andra fasen sker borrning, antingen manuellt eller automatsikt. Automatisk borrning är vanligast när det rör sig om enkla geometrier där åtkomsten är bra. Endast borrning kan inte möta de höga krav som ställs på kvalitet och därför sker brotschning efter borrningen. Vid borrning kan komponenterna gradvis förflytta sig, fixturen kan inte garantera att komponenterna har samma placering genom hela borrningssekvensen. Förflyttningen beror bland annat på krafterna vid borrning och vibrationerna från maskinerna. Om komponenterna fästs efter hand genom borrningssekvensen kan förflyttningen öka, för att förhindra detta görs endast en temporär fästning. En temporär fästning förhindrar att glapp skapas mellan komponenter. Generellt gör man en temporär fästning vid vart fjärde hål. Ett problem vid tillverkningen av flygplan är sprickbildning i materialet. För att undvika att sprickor skapas demonterar man komponenterna efter borrningen och gradar dem. Att demontera och grada är ett mycket tidskrävande arbete.

Nästa steg är att lägga på fogmassa där det behövs. Dels krävs det ofta fogmassa för att uppnå hundraprocentig vidhäftning mellan komponenter, dels för att täta konstruktionen. Områden som behöver tätning är bland annat de utrymmen som innehåller bränsle och de som måste vara vindtäta såsom kabinen och cockpit. I vissa fall krävs det även fogmassa mellan komponenter för att undvika att de skaver mot varandra. Oftast appliceras fogningen på fästelementet innan insättning, men det händer i vissa fall att den appliceras innan borrningen, vilket kan skapa problem då fogmassan fastnar på borren. Påläggningen av fogmassa är ett svårt arbete att utföra med automatisk montering.

Sista fasen i monteringsprocessen innan produkten avlägsnas från fixturen är fästning. De fästelement som vanligtvis används är nitar, skruvar och bultar. Vanligast av dessa tre är nitar som antingen hamras eller pressas på plats. Blindnitar är den enklaste fästningen utifrån ett automatiseringsperspektiv, idag finns det nitar som bara behöver ingång från ett håll men ändå har bra styrkeegenskaper.

Automatisk montering

Monteringsprocessen står för ca 40 % av den totala tillverkningskostnaden, eftersom borrning och fästning kräver mycket manuell montering. Automatisk montering fokuserar bland annat på att ersätta arbetskraft men även att förbättra arbetsmiljön för de anställda genom att eliminera några av de svåra manuella monteringsoperationerna. Ofta kräver arbetet att operatören hanterar stora submontage där synlighet och positionering av komponenten inte alltid är optimal.

4.4.2 Material

De vanligaste materialen vid flygplanstillverkning idag är aluminium, rostfritt stål, titan och kolfiberkomposit. Allra vanligast är aluminium, då det är ett material med hög formbarhet och bra maskinegenskaper. Rostfritt stål används där det krävs ett starkare material och används främst där spänning och utmattning ställer höga krav på materialet. Typiska områden där stål används är vid låsningsapparaturen, gångjärn och landningshjul. Nackdelen med rostfritt stål är dess höga vikt. Vid områden där det krävs ett starkt men samtidigt värmetåligt material används främst titan. Titan är

34

lättare än stål och används därför till stora strukturer. Nackdelen med titan är att det är ett hårt material som sliter mycket på verktygen vid tillverkning, det är också ett relativt dyrt material. Kolfiberkomposit (CFC) är ett laminat av kolfiber som sprayats med epoxi. CFC anses ha bra vikt- och materialegenskaper och används främst för primärstrukturer såsom paneler och dörrar. CFC kan även användas till sekundära strukturer så som ribbor, spant, strings och balkar. Tillverkning av CFC är en dyr process, på grund av dels det höga priset på råmaterialet och dels de specialverktyg som krävs vid tillverkningen. En annan nackdel med CFC är risken för delaminering som har stor påverkan på materialegenskaperna.