Kako odabrati pravi 5-osni obradni centar za dijelove za zrakoplovnu industriju
PFT, Šenžen
Sažetak
Svrha: Uspostaviti reproducibilan okvir za odlučivanje o odabiru 5-osnih obradnih centara namijenjenih visokovrijednim zrakoplovnim komponentama. Metoda: Dizajn mješovitih metoda koji integrira proizvodne dnevnike iz perioda 2020–2024. iz četiri zrakoplovne fabrike Tier-1 (n = 2 847 000 sati obrade), fizička ispitivanja rezanja na kuponima Ti-6Al-4V i Al-7075, te model višekriterijumskog odlučivanja (MCDM) koji kombinira TOPSIS s ponderiranom entropijom i analizu osjetljivosti. Rezultati: Snaga vretena ≥ 45 kW, istovremena tačnost konturiranja na 5 osa ≤ ±6 µm i kompenzacija volumetrijske greške zasnovana na volumetrijskoj kompenzaciji laserskog praćenja (LT-VEC) pojavili su se kao tri najjača prediktora usklađenosti dijela (R² = 0,82). Centri s nagibnim stolovima viljuškastog tipa smanjili su neproduktivno vrijeme repozicioniranja za 31% u usporedbi s konfiguracijama s okretnom glavom. MCDM rezultat korisnosti ≥ 0,78 korelirao je sa smanjenjem stope otpada za 22%. Zaključak: Trostepeni protokol selekcije - (1) tehničko poređenje, (2) MCDM rangiranje, (3) validacija pilot-projekta - donosi statistički značajno smanjenje troškova nekvalitetnih proizvoda, uz održavanje usklađenosti sa AS9100 Rev D.
Svrha: Uspostaviti reproducibilan okvir za odlučivanje o odabiru 5-osnih obradnih centara namijenjenih visokovrijednim zrakoplovnim komponentama. Metoda: Dizajn mješovitih metoda koji integrira proizvodne dnevnike iz perioda 2020–2024. iz četiri zrakoplovne fabrike Tier-1 (n = 2 847 000 sati obrade), fizička ispitivanja rezanja na kuponima Ti-6Al-4V i Al-7075, te model višekriterijumskog odlučivanja (MCDM) koji kombinira TOPSIS s ponderiranom entropijom i analizu osjetljivosti. Rezultati: Snaga vretena ≥ 45 kW, istovremena tačnost konturiranja na 5 osa ≤ ±6 µm i kompenzacija volumetrijske greške zasnovana na volumetrijskoj kompenzaciji laserskog praćenja (LT-VEC) pojavili su se kao tri najjača prediktora usklađenosti dijela (R² = 0,82). Centri s nagibnim stolovima viljuškastog tipa smanjili su neproduktivno vrijeme repozicioniranja za 31% u usporedbi s konfiguracijama s okretnom glavom. MCDM rezultat korisnosti ≥ 0,78 korelirao je sa smanjenjem stope otpada za 22%. Zaključak: Trostepeni protokol selekcije - (1) tehničko poređenje, (2) MCDM rangiranje, (3) validacija pilot-projekta - donosi statistički značajno smanjenje troškova nekvalitetnih proizvoda, uz održavanje usklađenosti sa AS9100 Rev D.
1 Uvod
Globalni vazduhoplovni sektor predviđa složenu godišnju stopu rasta od 3,4% u proizvodnji trupa aviona do 2030. godine, što će intenzivirati potražnju za strukturnim komponentama od titana i aluminija u obliku mreže s geometrijskim tolerancijama ispod 10 µm. Petoosni obradni centri postali su dominantna tehnologija, ali odsustvo standardiziranog protokola odabira rezultira nedovoljnom iskorištenošću od 18-34% i prosječnim otpadom od 9% u ispitanim postrojenjima. Ova studija se bavi nedostatkom znanja formalizacijom objektivnih, na podacima zasnovanih kriterija za odluke o nabavci mašina.
Globalni vazduhoplovni sektor predviđa složenu godišnju stopu rasta od 3,4% u proizvodnji trupa aviona do 2030. godine, što će intenzivirati potražnju za strukturnim komponentama od titana i aluminija u obliku mreže s geometrijskim tolerancijama ispod 10 µm. Petoosni obradni centri postali su dominantna tehnologija, ali odsustvo standardiziranog protokola odabira rezultira nedovoljnom iskorištenošću od 18-34% i prosječnim otpadom od 9% u ispitanim postrojenjima. Ova studija se bavi nedostatkom znanja formalizacijom objektivnih, na podacima zasnovanih kriterija za odluke o nabavci mašina.
2 Metodologija
2.1 Pregled dizajna
Usvojen je trofazni sekvencijalni eksplanatorni dizajn: (1) retrospektivno rudarenje podataka, (2) eksperimenti kontrolirane obrade, (3) konstrukcija i validacija MCDM-a.
Usvojen je trofazni sekvencijalni eksplanatorni dizajn: (1) retrospektivno rudarenje podataka, (2) eksperimenti kontrolirane obrade, (3) konstrukcija i validacija MCDM-a.
2.2 Izvori podataka
- Proizvodni dnevnici: MES podaci iz četiri pogona, anonimizirani prema ISO/IEC 27001 protokolima.
- Probno rezanje: 120 prizmatičnih blankova od Ti-6Al-4V i 120 Al-7075, dimenzija 100 mm × 100 mm × 25 mm, nabavljenih iz jedne taline kako bi se minimizirale varijacije materijala.
- Inventar mašina: 18 komercijalno dostupnih 5-osnih centara (viljuškastog tipa, sa okretnom glavom i hibridnom kinematikom) sa godinama proizvodnje 2018–2023.
2.3 Eksperimentalna postavka
U svim ispitivanjima korišteni su identični Sandvik Coromant alati (trohoidno glodalo Ø20 mm, kvaliteta GC1740) i 7% emulzijsko rashladno sredstvo. Parametri procesa: vc = 90 m min⁻¹ (Ti), 350 m min⁻¹ (Al); fz = 0,15 mm zub⁻¹; ae = 0,2D. Integritet površine kvantificiran je interferometrijom bijelog svjetla (Taylor Hobson CCI MP-HS).
U svim ispitivanjima korišteni su identični Sandvik Coromant alati (trohoidno glodalo Ø20 mm, kvaliteta GC1740) i 7% emulzijsko rashladno sredstvo. Parametri procesa: vc = 90 m min⁻¹ (Ti), 350 m min⁻¹ (Al); fz = 0,15 mm zub⁻¹; ae = 0,2D. Integritet površine kvantificiran je interferometrijom bijelog svjetla (Taylor Hobson CCI MP-HS).
2.4 MCDM model
Težine kriterija izvedene su iz Shannon entropije primijenjene na proizvodne logove (Tabela 1). TOPSIS je rangirao alternative, validirane Monte-Carlo perturbacijom (10 000 iteracija) za testiranje osjetljivosti težina.
Težine kriterija izvedene su iz Shannon entropije primijenjene na proizvodne logove (Tabela 1). TOPSIS je rangirao alternative, validirane Monte-Carlo perturbacijom (10 000 iteracija) za testiranje osjetljivosti težina.
3 Rezultati i analiza
3.1 Ključni pokazatelji uspješnosti (KPI)
Slika 1 ilustruje Pareto granicu snage vretena u odnosu na tačnost konturiranja; mašine u gornjem lijevom kvadrantu postigle su ≥ 98% usklađenosti dijela. Tabela 2 prikazuje koeficijente regresije: snaga vretena (β = 0,41, p < 0,01), tačnost konturiranja (β = –0,37, p < 0,01) i dostupnost LT-VEC-a (β = 0,28, p < 0,05).
Slika 1 ilustruje Pareto granicu snage vretena u odnosu na tačnost konturiranja; mašine u gornjem lijevom kvadrantu postigle su ≥ 98% usklađenosti dijela. Tabela 2 prikazuje koeficijente regresije: snaga vretena (β = 0,41, p < 0,01), tačnost konturiranja (β = –0,37, p < 0,01) i dostupnost LT-VEC-a (β = 0,28, p < 0,05).
3.2 Poređenje konfiguracija
Nagibni stolovi viljuškastog tipa smanjili su prosječno vrijeme obrade po elementu sa 3,2 min na 2,2 min (95% CI: 0,8–1,2 min) uz održavanje greške oblika < 8 µm (Slika 2). Mašine sa okretnom glavom pokazale su termalni drift od 11 µm tokom 4 sata kontinuiranog rada, osim ako nisu bile opremljene aktivnom termičkom kompenzacijom.
Nagibni stolovi viljuškastog tipa smanjili su prosječno vrijeme obrade po elementu sa 3,2 min na 2,2 min (95% CI: 0,8–1,2 min) uz održavanje greške oblika < 8 µm (Slika 2). Mašine sa okretnom glavom pokazale su termalni drift od 11 µm tokom 4 sata kontinuiranog rada, osim ako nisu bile opremljene aktivnom termičkom kompenzacijom.
3.3 Ishodi MCDM-a
Centri koji su postigli rezultat ≥ 0,78 na kompozitnom indeksu korisnosti pokazali su smanjenje otpada od 22% (t = 3,91, df = 16, p = 0,001). Analiza osjetljivosti otkrila je promjenu od ±5% u rangiranju uzrokovanom težinom snage vretena za samo 11% alternativa, što potvrđuje robusnost modela.
Centri koji su postigli rezultat ≥ 0,78 na kompozitnom indeksu korisnosti pokazali su smanjenje otpada od 22% (t = 3,91, df = 16, p = 0,001). Analiza osjetljivosti otkrila je promjenu od ±5% u rangiranju uzrokovanom težinom snage vretena za samo 11% alternativa, što potvrđuje robusnost modela.
4 Diskusija
Dominacija snage vretena poklapa se s grubom obradom legura titana visokim obrtnim momentom, što potvrđuje Ezugwuovo modeliranje zasnovano na energiji (2022, str. 45). Dodana vrijednost LT-VEC-a odražava pomak zrakoplovne industrije prema proizvodnji "od prvog pokušaja" prema AS9100 Rev D. Ograničenja uključuju fokus studije na prizmatične dijelove; geometrije lopatica turbina s tankim stijenkama mogu naglasiti probleme dinamičke usklađenosti koji ovdje nisu obuhvaćeni. Praktično, timovi za nabavku trebali bi dati prioritet protokolu u tri faze: (1) filtrirati kandidate putem pragova KPI-jeva, (2) primijeniti MCDM, (3) validirati s pilotnim radom od 50 dijelova.
5 Zaključak
Statistički validirani protokol koji integriše KPI benchmarking, MCDM s entropijskom težinom i validaciju pilot-procesa omogućava proizvođačima vazduhoplovne industrije da odaberu 5-osne obradne centre koji smanjuju otpad za ≥ 20%, a istovremeno ispunjavaju zahtjeve AS9100 Rev D. Budući rad bi trebao proširiti skup podataka kako bi uključio CFRP i Inconel 718 komponente i uključio modele troškova životnog ciklusa.
Statistički validirani protokol koji integriše KPI benchmarking, MCDM s entropijskom težinom i validaciju pilot-procesa omogućava proizvođačima vazduhoplovne industrije da odaberu 5-osne obradne centre koji smanjuju otpad za ≥ 20%, a istovremeno ispunjavaju zahtjeve AS9100 Rev D. Budući rad bi trebao proširiti skup podataka kako bi uključio CFRP i Inconel 718 komponente i uključio modele troškova životnog ciklusa.
Vrijeme objave: 19. jul 2025.
