La industria aeroespacial: un buen potencial para evolucionar a la fábrica del futuro

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Otro sector de conocimiento intenso a todos los niveles, quizá el primordial. El que algo vuele u orbite es tan poco natural (lo mismo que el que se sumerja en el caso de los submarinos, o se mueva a casi 400Km/h sobre raíles en un TAV), que acaba condicionando fuertemente todo el proceso de diseño y fabricación. Lo condiciona en el nivel y perfil de sus personas -élite tecnológica-, en la naturaleza complicada de sus procedimientos y medios, y en los modelos de organización a aplicar.

turbinefan aeroespacial

Hay efectos derivados de todo esto que son aparentemente paradójicos. Raramente se consigue cumplir plazos en toda la cadena logística, y los Cpks de capacidades de proceso están muy lejos del SixSigma, lo que es un contrasentido en una actividad en la que por la criticidad operativa de lo que fabrica debe responder con 7Sigmas en un producto complejo, plagado de stack de tolerancias.

El efecto del stack es duro; dificulta y hace ineficientes los procesos de montaje, produce rechazos y defectos en materiales y procesos muy caros y, lo que es peor, afecta a la fiabilidad final de las aeronaves, para las que es imprescindible. Ningún control de calidad puede arreglar este abismo. Sólo dominando los procesos integrados de diseño y fabricación puede llegar a conseguirse.

Podría decirse que el sector tiene una similitud con el automóvil en cuanto a tratar con productos delicadamente ingenierizados, pero como consecuencia de lo anterior y de otras asunciones erróneas, sus estándares en productividad, calidad y servicio están lejos de los de éste último.

Ambas son industrias del conocimiento muy claras, pero la necesidad de competir duramente ha forjado más al sector del automóvil.

¿Qué podemos hacer?: Pues poner un “booster” que acelere el Lean y le dote de mayor profundidad y sostenibilidad.

  1. Eje de inteligencia distribuida

Figura 1: Ciclos integrados de mejora radical-continua

Industria aeroespacial

Figura 1: Ciclos integrados de mejora radical-continua

La gran ventaja en aeroespacial es que el conocimiento tecnológico está muy distribuido, y llega al operario bastante bien –aunque es mejorable, claro–. Lo que haría falta sobre todo es sistematizar su explotación en ciclos integrados de mejora radical-continua (figura 1) que apalanque el conocimiento, lo coordinen vertical y horizontalmente y consigan divertir y motivar.

Aquí el objetivo medible es claramente garantizar un flujo de valor real y efectivo con innovaciones de alcance en producto y proceso. Un flujo protagonizado por muchas personas y no sólo “gurús”. No es complicado, pero requiere un método y es laborioso. Con Tecnoiplant, pretendemos facilitarlo y hacerlo auto-sostenido.

La concepción de las áreas de ingeniería en producto-proceso-calidad y mantenimiento funcionalmente más integradas y su modelo operativo de funcionamiento son críticos. Ver el artículo Agilidad y calidad extremas en el diseño e industrialización de productos complejos con alto contenido en innovación tecnológica”.

  1. Eje de flujos y cadena de suministro

Nada puede hacerse fuera que no sea un ejemplo corriente dentro, y el proceso de fabricación de aeronaves tiene frecuentemente bastantes agujeros –a pesar de lo aparatoso y pulcro de sus plantas, casi de “bata blanca”.

Cualquier exigencia de sincronización y calidad a la cadena de suministro requiere sincronización y calidad extrema dentro en todos los procesos: “predicar con el ejemplo”. Un modelo de célula real o virtual integrada propuesta es la que figura a continuación, fruto de la investigación y experiencias de Sisteplant en sistemas avanzados de fabricación para el sector.

industriaaeroespacial2

Figura 2.Célula avanzada de sincronización ágil

Leyendas céluda integrada de composites para aeroestructuras de CF

UI = utillaje avanzado integrador (concepto inexistente, a desarrollar)

M = manipulador rápido avanzado (concepto inexistente, a desarrollar)

UF = utillaje polivalente de cambio rápido para mezcla de piezas de CF en célula (concepto inexistente, a desarrollar)

Lote = 1 (avión –avión), flujo continuo de > 100 aviones / mes.

Lead time = -80% de valor actual

M.O. = -90% de valor actual

Leyendas célula integrada de montaje final de aeroestructuras de CF

 UA’s= Útiles auto-adaptativos de formas para compensación de tolerancias (øfasteners) (concepto inexistente, a desarrollar)

Lead–Time = -60% valor actual

M.O. = -70% valor actual

Las leyendas explican qué se integra con qué, siempre de una forma reconfigurable.

Con este germen de lay out interno para una sincronización flexible de alta productividad, puedo trasladar a la cadena de suministro una exigencia de funcionamiento acorde y engranado. Es interesante leer el artículo Algunas claves breves para la gestión de la cadena de suministro

  1. Eje de tecnologías de fabricación

En primer lugar, ¿es algo de futuro la producción en “línea móvil” (LM) al estilo de la automoción? La LM ha sido una innovación reciente en aeroespacial, pero con una tendencia cada vez mayor a personalizar las aeronaves de forma profunda es más difícil de optimizar. La respuesta es que puede ser, pero prima la reconfigurabilidad de la propia línea y para ello puede ser más conveniente un proceso de montaje por pulsos medios-cortos y con bypass’s laterales del avión que faciliten el equilibrado permanente de flujos, materiales y personas. Eso sí, esto supone más espacio para unos productos ya de por si con importante envergadura (wingspan).

La organización de células virtuales o reales (como la vista en la figura 2) alrededor de estas líneas tensas pero reconfigurables es esencial para mantener la integridad y continuidad del flujo. Todo un arte.

industriaaeroespacial3En segundo lugar están los autoclave. Ojalá pudiera decir que tienen los días contados, pues lo lógico es curar (las aeroestructuras) en línea -al igual que con la aplicación de NDT’s- de forma integrada con útiles de moldeo e incluso de premontaje de perfiles y fittings. Los autoclave son el problema para evolucionar hacia una planta íntegramente sincronizada que arrastre también a la cadena de suministro. Lo son por sus largos ciclos, particulares para cada pieza en función de su naturaleza y estado. Monstruos de consumo energético, de consumo de espacio y de consumo de paciencia.

Es fácil saber para un lego dónde están estas máquinas del infierno; después de un montón grande de piezas cuyo flujo han estrangulado.

En tercer lugar, está la calidad y repetibilidad fiable del moldeo manual o automático de fibras de carbono o vidrio y prepregs.

Dos temas fundamentales que deberían resolverse aquí, principal foco de stack de tolerancias, fisuras, fallos de llenado y recuperaciones por doquier: a-tejer en “braiding” por las máquinas AFP (Automatic Fiber Placement) aplicando presión y vacío de forma integrada en un cabezal con posiblemente más de 6 grados de libertad. Con esto hay un potencial de eliminar procesos manuales de baja rentabilidad, y de lograr romper la barrera de Cpk’s que conducen a 5Sigmas para luego avanzar hacia Six-7 Sigmas.

El número de otros procesos implicado en la fabricación de aeronaves es incontable (MAV de Al-Ti, SMF de Al-Ti, TPC para deformación sin tensiones residuales en plasticidad, y mil más). En todas ellos hay algo de todo lo dicho; no están concebidos para la velocidad, versatilidad, Cpk’s altas y productividad. Mucho parece “artesanía” pura y dura. Pero si hay que optar por el impacto mayor hoy en la competitividad está en la fabricación de aeroestructuras con fibra de carbono, y esa debe ser la prioridad.

  1. Tecnologías emergentes

industriaaeroespacial4Las tres en boga tienen sentido. La nanofabricación será pronto aplicable con seguridad a modo de “dopaje” in situ, o en el proveedor de materias primas, con nanopartículas, y tanto para composites plásticos como metálicos.

Otro aspecto de la nanofabricación serán los nanotubos de carbono a modo de fibras en los composites. El freno hoy es su producción en cantidad industrial, su coste y la dificultad extrema de evitar el entrelazado involuntario en el “braiding”. Intento adivinar que con la utilización de campos magnéticos en el cabezal de una nueva generación de máquinas AFP llegará a ser factible. El aumento de la relación resistencia/peso sería dramático, y se conseguirían aeroestructuras conductoras del rayo.

industriaaeroespacial5La fabricación aditiva es más utilizable a corto, y en el caso aeroespacial puede trascender del prototipo a la serie ultracorta o unitaria de determinados componentes.

Y por último, la robótica antropomórfica puede mezclarse para el trabajo inteligente en equipo con las personas en el montaje de aeroestructuras. Su versatilidad para trabajo en series cortas o uno, y la posibilidad de ahorro de útiles específicos, la hacen muy atractiva a pesar de su coste de inversión actual. Y eso sin contar con el efecto de diversión que producen en la gente, algo nada despreciable en la fábrica del futuro.

  1. Eje de TICs

industriaaeroespacial6El sector aeroespacial es el paraíso para las TICs inteligentes y proactivas de modelización y simulación en tiempo real del tipo de Promind® de Sisteplant. La influencia cruzada de variables de diseño y parámetros de proceso, de eventos, de problemas de calidad, de resultados de NDTs y de stacks combinados de tolerancias, les dan todo el sentido como herramientas críticas para facilitar una inteligencia tecnológica distribuida hasta los operarios.

industriaaeroespacial7Y una generación útil y apalancada de conocimiento con los ciclos integrados de mejora radical-continua de Tecnoiplant vistos anteriormente.

Como resumen diríamos que el sector aeroespacial está, por la calidad de sus RR.HH. en mejor disposición que otros para acelerar el Lean Manufacturing, sobre todo con los conceptos del eje de inteligencia y las TICs proactivas asociadas.

El terreno lo pide a gritos; la gran ineficiencia en pérdidas de calidad, productividad y plazos, cuyo potencial es tanto que requiere “booster’s” para el Lean como los que acabamos de presentar.

 

Autores:

Javier Borda Elejabarrieta, Dr. I.I. Msc. y MBA; Presidente y C.E.O. de Sisteplant. Profesor de la ETSII de Bilbao (Aula Aeronáutica) y de la Universidad Juan Carlos I, (logística para Defensa)

Ana Santiago Giménez-Bretón, I.I., MBA, Gerente Sisteplant Engineering, Profesora Universidad Juan Carlos I, (logística para Defensa), Profesora en la Universidad de Sevilla (gestión de Mantenimiento).

Borja Arenaza Latorre, I.I., MBA. Responsable de investigación de sistemas avanzados de fabricación de Sisteplant

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