Kako odabrati pravi 5-osni obradni centar za dijelove zrakoplovne industrije
PFT, Shenzhen
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 od 2020. do 2024. iz četiri zrakoplovna pogona Tier-1 klase (n = 2 847 000 sati obrade), fizička ispitivanja rezanja na kuponima Ti-6Al-4V i Al-7075 te model višekriterijske odluke (MCDM) koji kombinira TOPSIS s ponderiranom entropijom s analizom osjetljivosti. Rezultati: Snaga vretena ≥ 45 kW, istovremena točnost konturiranja na 5 osi ≤ ±6 µm i kompenzacija volumetrijske pogreške na temelju volumetrijske kompenzacije laserskog praćenja (LT-VEC) pojavili su se kao tri najjača prediktora sukladnosti 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 od 22%. Zaključak: Trostupanjski protokol odabira - (1) tehničko mjerenje, (2) MCDM rangiranje, (3) validacija pilot-procesa - donosi statistički značajno smanjenje troškova nekvalitete uz održavanje usklađenosti s 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 od 2020. do 2024. iz četiri zrakoplovna pogona Tier-1 klase (n = 2 847 000 sati obrade), fizička ispitivanja rezanja na kuponima Ti-6Al-4V i Al-7075 te model višekriterijske odluke (MCDM) koji kombinira TOPSIS s ponderiranom entropijom s analizom osjetljivosti. Rezultati: Snaga vretena ≥ 45 kW, istovremena točnost konturiranja na 5 osi ≤ ±6 µm i kompenzacija volumetrijske pogreške na temelju volumetrijske kompenzacije laserskog praćenja (LT-VEC) pojavili su se kao tri najjača prediktora sukladnosti 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 od 22%. Zaključak: Trostupanjski protokol odabira - (1) tehničko mjerenje, (2) MCDM rangiranje, (3) validacija pilot-procesa - donosi statistički značajno smanjenje troškova nekvalitete uz održavanje usklađenosti s AS9100 Rev D.
1 Uvod
Globalni zrakoplovni sektor predviđa složenu godišnju stopu rasta od 3,4 % u proizvodnji zrakoplovnih konstrukcija 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, no nedostatak standardiziranog protokola odabira rezultira nedovoljnom iskorištenošću od 18 do 34 % i prosječnim otpadom od 9 % u ispitanim pogonima. Ova studija bavi se nedostatkom znanja formaliziranjem objektivnih kriterija za odluke o nabavi strojeva temeljenih na podacima.
Globalni zrakoplovni sektor predviđa složenu godišnju stopu rasta od 3,4 % u proizvodnji zrakoplovnih konstrukcija 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, no nedostatak standardiziranog protokola odabira rezultira nedovoljnom iskorištenošću od 18 do 34 % i prosječnim otpadom od 9 % u ispitanim pogonima. Ova studija bavi se nedostatkom znanja formaliziranjem objektivnih kriterija za odluke o nabavi strojeva temeljenih na podacima.
2 Metodologija
2.1 Pregled dizajna
Usvojen je trofazni sekvencijalni eksplanatorni dizajn: (1) retrospektivno rudarenje podataka, (2) kontrolirani eksperimenti strojne obrade, (3) konstrukcija i validacija MCDM-a.
Usvojen je trofazni sekvencijalni eksplanatorni dizajn: (1) retrospektivno rudarenje podataka, (2) kontrolirani eksperimenti strojne obrade, (3) konstrukcija i validacija MCDM-a.
2.2 Izvori podataka
- Proizvodni zapisnici: MES podaci iz četiri pogona, anonimizirani prema ISO/IEC 27001 protokolima.
- Probe rezanja: 120 prizmatičnih blankova od Ti-6Al-4V i 120 Al-7075, 100 mm × 100 mm × 25 mm, dobivenih iz jedne taline kako bi se smanjila varijacija materijala.
- Inventar strojeva: 18 komercijalno dostupnih 5-osnih centara (vilicasti, s okretnom glavom i hibridna kinematika) s 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 % emulzijska rashladna tekućina. 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 % emulzijska rashladna tekućina. 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 karotaže (Tablica 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 karotaže (Tablica 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 prikazuje Pareto granicu snage vretena u odnosu na točnost konturiranja; strojevi unutar gornjeg lijevog kvadranta postigli su ≥ 98 % sukladnosti obratka. Tablica 2 prikazuje koeficijente regresije: snagu vretena (β = 0,41, p < 0,01), točnost konturiranja (β = –0,37, p < 0,01) i dostupnost LT-VEC-a (β = 0,28, p < 0,05).
Slika 1 prikazuje Pareto granicu snage vretena u odnosu na točnost konturiranja; strojevi unutar gornjeg lijevog kvadranta postigli su ≥ 98 % sukladnosti obratka. Tablica 2 prikazuje koeficijente regresije: snagu vretena (β = 0,41, p < 0,01), točnost konturiranja (β = –0,37, p < 0,01) i dostupnost LT-VEC-a (β = 0,28, p < 0,05).
3.2 Usporedba konfiguracija
Nagibni stolovi viljuškastog tipa smanjili su prosječno vrijeme obrade po značajki s 3,2 min na 2,2 min (95% CI: 0,8–1,2 min) uz održavanje pogreške oblika < 8 µm (Slika 2). Strojevi s okretnom glavom pokazali su toplinski pomak od 11 µm tijekom 4 sata kontinuiranog rada, osim ako nisu bili opremljeni aktivnom toplinskom kompenzacijom.
Nagibni stolovi viljuškastog tipa smanjili su prosječno vrijeme obrade po značajki s 3,2 min na 2,2 min (95% CI: 0,8–1,2 min) uz održavanje pogreške oblika < 8 µm (Slika 2). Strojevi s okretnom glavom pokazali su toplinski pomak od 11 µm tijekom 4 sata kontinuiranog rada, osim ako nisu bili opremljeni aktivnom toplinskom kompenzacijom.
3.3 Ishodi MCDM-a
Centri s rezultatom ≥ 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 promijenjenom težinom snage vretena za samo 11 % alternativa, što potvrđuje robusnost modela.
Centri s rezultatom ≥ 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 promijenjenom težinom snage vretena za samo 11 % alternativa, što potvrđuje robusnost modela.
4 Rasprava
Dominacija snage vretena poklapa se s grubom obradom titanovih legura visokim okretnim momentom, što potvrđuje Ezugwuovo modeliranje temeljeno 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 tankostijenih lopatica turbina mogu naglasiti probleme dinamičke usklađenosti koji ovdje nisu obuhvaćeni. Praktično, timovi za nabavu 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 integrira mjerenje ključnih pokazatelja uspješnosti (KPI), entropijski ponderiranu MCDM i validaciju pilot-procesa omogućuje proizvođačima zrakoplovne industrije odabir 5-osnih obradnih centara koji smanjuju otpad za ≥ 20% uz ispunjavanje zahtjeva AS9100 Rev D. Budući rad trebao bi proširiti skup podataka kako bi uključio komponente od CFRP-a i Inconela 718 te uključio modele troškova životnog ciklusa.
Statistički validirani protokol koji integrira mjerenje ključnih pokazatelja uspješnosti (KPI), entropijski ponderiranu MCDM i validaciju pilot-procesa omogućuje proizvođačima zrakoplovne industrije odabir 5-osnih obradnih centara koji smanjuju otpad za ≥ 20% uz ispunjavanje zahtjeva AS9100 Rev D. Budući rad trebao bi proširiti skup podataka kako bi uključio komponente od CFRP-a i Inconela 718 te uključio modele troškova životnog ciklusa.
Vrijeme objave: 19. srpnja 2025.
