Koncepcja „cyfrowej ścieżki” usprawnia zarządzanie projektami i przyspiesza produkcję myśliwców F-35 w zakładach Lockheed Martin
Linię montażową zakładów Lockheed Martin (Fort Worth, USA) opuściło dotąd zaledwie kilka z zamówionych ponad 2,6 tys. myśliwców F-35 Lightning II, znanych także pod nazwą Joint Strike Fighter (JSF). – Strategia produkcji tej jednostki sprawdza się jednak już na obecnym etapie – uważa Charles T. „Tom” Burbage, dyrektor wykonawczy w zakładach Lockheed Martin Aeronautics oraz główny kierownik odpowiedzialny za program produkcji myśliwców F-35 JSF. – Jednym z kluczowych osiągnięć nowej strategii jest zapewnienie skutecznego pasowania głównych podzespołów.
W celu skrócenia cyklu produkcji myśliwców F-35 w stosunku do poprzednich jednostek główne podzespoły są jednocześnie produkowane przez Lockheed Martin Aeronautics oraz firmy partnerskie, a następnie łączone lub pasowane w zakładach macierzystych w Fort Worth. Jest to odstępstwo od strategii produkcji poprzednich jednostek, m.in. F-16. – Cały proces produkcji F-16 można opisać w ten sposób, że do jednej części zakładu dostarczano surowce, a z drugiej wytaczano gotowy samolot F-16 – wyjaśnia Burbage.
Ale wysoki stopień złożoności konstrukcji F-35, w której przewidziano znacznie większe wykorzystanie materiałów kompozytowych, oraz większy nacisk na zdolność ukrywania się przed systemami radarowymi, sprawiły, że w strategii wytwarzania opartej na wielu liniach produkcyjnych należało niezwykle precyzyjnie kontrolować tolerancje podzespołów. Jak wyjaśnia Burbage, aby uniknąć ewentualnych problemów podczas montażu pierwszej maszyny, w pierwotnym projekcie zezwolono na pewne korekty wzajemnego położenia podzespołów, aby zapewnić ich idealne dopasowanie.
– Stwierdziliśmy jednak, że podzespoły dostarczane do naszych zakładów charakteryzowały się dokładnie takimi luzami, jakie przewidzieliśmy w projekcie – tłumaczy Burbage. – Wyeliminowaliśmy więc luzy, a podczas ostatecznego montażu maszyny nie natrafiamy na żadne problemy z niedopasowaniem podzespołów.
Ścieżka PLM
Sprawne pasowanie dostarczanych części dowodzi skuteczności „cyfrowej ścieżki” zarządzania danymi F-35. Jak wyjaśnia Burbage, koncepcja „cyfrowej ścieżki” obejmuje etap tworzenia trójwymiarowych modeli z użyciem pakietu CATIA CAD firmy Dassault Systèmes oraz inne obszary zarządzania cyklem życia produktu (Product Life-cycle Management – PLM), takie jak zarządzanie produkcją. Do obsługi tego obszaru służy oprogramowanie MES (Manufacturing Execution System) firmy Visiprise, wyposażone m.in. w funkcje zarządzania elektronicznymi instrukcjami pracy, stanem produkcji oraz numerami seryjnymi części.
Z kolei za obsługę danych produktu i współpracę specjalistów przy projektach odpowiada system TeamCenter firmy Siemens PLM Software. Do cyfrowej ścieżki mogą podłączyć się także inne aplikacje, jak choćby stopniowo wdrażany w przedsiębiorstwie system ERP firmy SAP.
W efekcie wszystkie obszary funkcjonalne tworzą łącznie wirtualną bazę danych produktu. – Nasza ścieżka rozpoczyna się na etapie koncepcji projektu, przechodzi przez etap projektowania szczegółów, a następnie prowadzi do etapu produkcji – mówi Burbage. – Obejmuje ona także szkolenia z zakresu obsługi maszyn i urządzeń oraz system utrzymania ruchu. Innymi słowy, ścieżka mająca początek na stanowiskach projektantów, prowadzi przez cały cykl życia produkowanego samolotu.
Na etapie produkcji korzyścią z wprowadzenia koncepcji „cyfrowej ścieżki” jest np. załączanie trójwymiarowych rysunków w „lekkim” formacie do elektronicznych instrukcji pracy. Usprawniają one pracę mechaników, którzy nie są już skazani wyłącznie na dwuwymiarowe odbitki rysunków, stosowane przy produkcji starszych generacji samolotów. – Mechanik pracujący na hali produkcyjnej korzysta obecnie ze wzbogaconych elementami graficznymi trójwymiarowych rysunków, które może dowolnie powiększać, obracać czy zmieniać poziom ich szczegółowości – uzasadnia Burbage.
Nowa strategia
Koncepcja cyfrowej ścieżki wspiera nową strategię firmy ukierunkowaną na sieciowe podejście do produkcji. Myśliwce F-35 produkuje się w ten sposób, że duże, w pełni gotowe podzespoły są błyskawicznie pasowane i montowane. Według Burbage’a metoda ta umożliwia równoległe produkowanie dużych elementów jednego samolotu, dzięki czemu produkt końcowy – ogromnie złożony i zaawansowany technicznie – opuszcza halę montażową w o wiele krótszym czasie.
O skuteczności tej koncepcji świadczy nie tylko brak problemów z pasowaniem podzespołów. Na przykład 18.12.2007 r. halę montażową opuścił pierwszy myśliwiec w wersji pionowego startu i lądowania (STOVL) – 15 miesięcy przed założonym terminem. Co więcej, wszystkie przewidywane usprawnienia w zakresie pasowania i montażu wykonane były zgodnie z harmonogramem produkcji wersji STOVL lub nawet z wyprzedzeniem, a wszystkie cztery dostawy kadłuba zostały zrealizowane przez partnerskie zakłady Northrop Grumman dokładnie w terminie.
Warto zauważyć, że podzespoły docierają do zakładów w Fort Worth w stanie niemal gotowym, co oznacza, że nie wymagają dodatkowych prac, których nie można było przeprowadzić w zakładach partnerskich.
– Porównując obecne wyniki z wcześniejszymi pod względem jakości i pasowania podzespołów, widzimy ogromną poprawę i spodziewamy się podobnych korzyści z zastosowania „cyfrowej ścieżki” przy produkcji kolejnych jednostek – zapewnia Burbage.
Inne elementy usprawniające strategię produkcji to np. większy zakres stosowania zautomatyzowanego nawiercania. Pod uwagę wzięto również opinie pracowników hali produkcyjnej, czego efektem jest m.in. montowanie skrzydła F-35 w pozycji pionowej, co umożliwia wykonywanie prac w ergonomicznej pozycji stojącej.
Sieciowe podejście do produkcji rodzi jednak pewne wyzwania, np. konieczność stosowania właściwych obrabiarek do wytwarzania części dla F-35 czy koordynację zaopatrzenia i harmonogramowania produkcji w obrębie sieci dostawców. W tym celu zakłady Lockheed Martin Aeronautics korzystają z własnego systemu optymalizacji produkcji i gospodarki magazynowej typu MRP, zwanego w skrócie PIOS (Production & Inventory Optimization System), ale w styczniu 2008 r. uruchomiono moduł finansowy systemu ERP firmy SAP.
Docelowo oprogramowanie SAP będzie służyło do zarządzania łańcuchem dostaw, natomiast obecnie za planowanie działań dostawców odpowiada system PIOS. Burbage zapewnia jednak, że koordynacja pracy dostawców w oparciu o ogólny harmonogram produkcji to kolejna funkcja bazująca na zbiorze danych podstawowych „cyfrowej ścieżki”. – Koncepcja „cyfrowej ścieżki” gwarantuje nam, że procesy niewidoczne bezpośrednio na halach produkcyjnych są odpowiednio ze sobą zsynchronizowane.
Nick Cook, konsultant z dziedziny lotnictwa w londyńskim ośrodku analitycznym Jane’s Defense Weekly, tłumaczy, że do kontroli kosztów produkcji myśliwców F-35 zawsze przykładano ogromną wagę. Już w założeniach produkcji przyjęto oszczędności skali wynikające z zaangażowania wielu krajów partnerskich oraz bazowania na jednej konstrukcji samolotu z różnymi wersjami funkcjonalnymi. Kluczowe przedsiębiorstwa biorące udział w projekcie zaadaptowały na swój użytek techniki odchudzonej produkcji (Lean) podpatrzone w innych branżach, jak choćby synchronizacja pracy wielu partnerskich zakładów wokół jednego produktu końcowego.
– Gdy pod koniec lat 90. ubiegłego stulecia program budowy samolotów F-35 nabierał ostatecznego kształtu, nacisk kładziono na jego opłacalność, a wśród zaangażowanych podmiotów panowało przekonanie, że należało wypracować nowe podejście do produkcji myśliwców – twierdzi Cook. – Specjaliści, także z zakładów Lockheed Martin, zdawali sobie sprawę, że konieczne będzie zastosowanie nowych modułów produkcji oraz zapożyczenie technik z innych sektorów przemysłu, w tym motoryzacyjnego.
Czy leci z nami… MES?
Program wdrożenia systemu MES w Lockheed Martin Aeronautics rozpoczęto w 2002 r. Jego pierwszym etapem było uruchomienie oprogramowania firmy Visiprise w obszarze planowania procesów i zarządzania zmianami, a następnie wdrożenie funkcji zarządzania halą produkcyjną. Obecnie rozwiązanie Visiprise działa w czterech zakładach przedsiębiorstwa: w miejscowości Fort Worth, Clarksburg, Meridian oraz Marietta.
Program wdrożenia systemu MES w Lockheed Martin Aeronautics rozpoczęto w 2002 r. w obszarze planowania procesów i zarządzania zmianami.
Wdrożone funkcje obejmują elektroniczne instrukcje pracy, modelowanie przepływu pracy i procesów, stan zleceń, obsługę zmian technicznych projektów, a także śledzenie danych dotyczących jakości, włącznie z zamykaniem niezgodnych rekordów i wymogiem podawania wszystkich niezbędnych danych. Instrukcje pracy zawierają trójwymiarowy, dynamiczny rysunek projektu w „lekkim” formacie zapisu, zgodny z trójwymiarowym modelem generowanym w pakiecie CATIA oraz „lekkim” formatem JT stosowanym w środowisku pracy wielu projektantów.
Jak przekonuje Brad Leech, starszy kierownik produkcji, dzięki MES udało się zaoszczędzić sporo czasu, podnosząc przy tym precyzję produkcji w porównaniu z efektami pracy na bazie dwuwymiarowych odbitek i ręcznego pobierania specyfikacji, co było typowe podczas realizacji wcześniejszych projektów. – Zdecydowaliśmy się zorganizować pracę w formie pojedynczych stanowisk, przy których mechanicy mają do dyspozycji wszelkie niezbędne narzędzia, aby w możliwie krótkim czasie zrealizować zlecenia napiętego harmonogramu produkcji F-35 – wyjaśnia Leech. – Zaletą systemu MES, jeśli chodzi o zapewnienie jakości, jest lepsza kontrola nad procesami produkcyjnymi.
Proces przekazywania projektu do fazy produkcji rozpoczyna się już w fazie projektowania, gdy inżynierowie produkcji i planiści zaczynają współpracować z projektantami przy tworzeniu trójwymiarowych instrukcji pracy. Wiele typowych zadań związanych z zarządzaniem produkcją obsługuje moduł Visiprise Manufacturing, sprzężony z systemem rejestracji obecności pracowników, co umożliwia szczegółowe śledzenie ich działań.
Rola systemu MES polega według Leecha na nadzorowaniu zbioru danych produktu na każdym kolejnym etapie produkcji, a także koordynowaniu procesów związanych z pracą i zapewnieniem jakości.
Trudno wskazać konkretny czynnik, któremu należy przypisać skrócenie cyklu produkcji, biorąc pod uwagę np. nową strategię montażową, sprawniejszą automatyzację czy wsparcie aplikacji uwzględnionych w koncepcji „cyfrowej ścieżki”. Niemniej jednak, jak podkreśla Burbage, nadrzędnym celem jest skrócenie cyklu produkcji z 27–30 miesięcy – tyle zajmowało wcześniej wyprodukowanie jednej maszyny – do około roku w przypadku myśliwca F-35. Z kolei na poziomie kierowniczym czas między wygenerowaniem zlecenia a wydrukowaniem go i przekazaniem na produkcję, z uwzględnieniem wszelkich powiązanych danych, przy realizacji poprzednich projektów wynosił od 15 do 20 dni. Według zapewnień Burbage’a dzięki systemowi MES elektroniczny odpowiednik tego procesu jest realizowany w ciągu 6–8 dni.
Podczas produkcji wcześniejszych modeli samolotów, gdy w dużej mierze opierano się na papierowych dokumentach, nietrudno było o pomyłkę. Na przykład, kiedy inspektor jakości wykrył niedopasowaną część, wypełniał odpowiedni formularz, a jego kopię przesyłał inżynierom, którzy mieli usunąć nieścisłość. Problemów nastręczały wówczas nie tylko błędnie wpisane numery części na formularzach, ale nawet kilkudniowe opóźnienia w dostarczeniu informacji odpowiednim osobom. – Obecnie wystarczy kliknąć trójwymiarowy rysunek oraz kwestionowaną część, a następnie wybrać polecenie „wyślij”. Właściwy inżynier natychmiast otrzymuje zgłoszenie z wyszczególnieniem wszelkich niezbędnych danych – wyjaśnia Burbage. – Informacja ta zostaje błyskawicznie przesłana do laptopa specjalisty i nie musimy się obawiać, że utknie w stosie papierowych dokumentów.
Tłumaczenie: Michał Andrzejczak
F-35 Lightning II w skrócie
Samolot: myśliwiec Lockheed Martin F-35 Lightning II, znany także jako Joint Strike Fighter (JSF) to wielozadaniowy, niewykrywalny przez radary samolot wojskowy, budowany w ramach współpracy międzynarodowej. Istotnym aspektem planów jego produkcji jest opłacalność wynikająca z faktu, że koszty produkcji, serwisu i szkoleń znacząco eliminuje charakter tego wielozadaniowego myśliwca uderzeniowego: stopień identyczności wszystkich wersji waha się w granicach 70–90%.
Produkcja: projektowaniem i produkcją samolotu F-35 zajęła się grupa zakładów przemysłu lotniczego i kosmicznego pod przewodnictwem Lockheed Martin, z istotnym udziałem partnerów Northrop Grumman oraz BAE Systems.
Rozmiar produkcji: amerykańskie i brytyjskie wojsko złożyły zamówienia na 2,6 tys. maszyn F-35, a łączna liczba wyprodukowanych jednostek po uwzględnieniu zamówień innych państw może przekroczyć 4 tys. Fazę produkcji próbnej opuściły już dwa samoloty, w tym wersja pionowego startu i lądowania (STOVL) zaprezentowana w grudniu 2007 r. Obecnie w fazie produkcji znajduje się 17 jednostek F-35.
Strategia produkcyjna: uruchomiono zaawansowane procesy produkcyjne, w tym integrację produkcji w ramach cyfrowego zarządzania, bez udziału dokumentów papierowych, a także technikę zautomatyzowanego wiercenia. Końcowy montaż wszystkich wersji samolotu będzie się odbywał na tej samej dostosowywanej linii produkcyjnej, ale w pełni pasujące do siebie i gotowe do natychmiastowego montażu podzespoły są budowane równolegle w zakładach partnerskich.
Oprogramowanie: w związku z produkcją myśliwców F-35 w zakładach Lockheed Martin Aeronautics wdrożono kilka aplikacji, m.in. systemy CAD i projektowania firmy Dassault Systèmes, system zarządzania cyklem życia produktu (PLM) firmy Siemens PLM Software, system MES firmy Visiprise, a także oprogramowanie do trójwymiarowych wizualizacji pracy maszyn do celów utrzymania ruchu firmy NGRAIN. System ERP firmy SAP wdrożono w dziale finansowym, natomiast funkcję rozwiązania MRP pełni własny system PIOS. Docelowo oprogramowanie SAP ma obsługiwać także obszar zarządzania łańcuchem dostaw.
Źródła: Lockheed Martin, strona internetowa poświęcona myśliwcowi JSF
Autor: Roberto Michel, MBT USA