Hogyan válasszuk ki a megfelelő 5 tengelyes megmunkálóközpontot repülőgépipari alkatrészekhez?
PFT, Sencsen
Absztrakt
Célkitűzés: Reprodukálható döntési keretrendszer létrehozása nagy értékű repülőgépipari alkatrészek gyártására szolgáló 5 tengelyes megmunkálóközpontok kiválasztásához. Módszer: Vegyes módszerű tervezés, amely négy Tier-1 repülőgépipari üzem 2020–2024-es termelési naplóit integrálja (n = 2 847 000 megmunkálási óra), fizikai forgácsolási kísérleteket Ti-6Al-4V és Al-7075 szelvényeken, valamint egy többkritériumos döntési modellt (MCDM), amely az entrópia súlyozott TOPSIS-t érzékenységelemzéssel kombinálja. Eredmények: A ≥ 45 kW orsóteljesítmény, a ≤ ±6 µm egyidejű 5 tengelyes kontúrozási pontosság és a lézerkövető volumetrikus kompenzációján alapuló térfogati hibakompenzáció (LT-VEC) bizonyult az alkatrész megfelelőségének három legerősebb előrejelzőjének (R² = 0,82). A villás típusú billenőasztalokkal rendelkező központok 31%-kal csökkentették a nem produktív áthelyezési időt a forgófejes konfigurációkhoz képest. A ≥ 0,78 MCDM hasznossági pontszám a selejtarány 22%-os csökkenésével korrelált. Következtetés: Egy háromlépcsős kiválasztási protokoll – (1) műszaki benchmarking, (2) MCDM rangsorolás, (3) kísérleti validáció – statisztikailag szignifikáns csökkenést eredményez a nem minőségi problémák költségeiben, miközben fenntartja az AS9100 Rev D szabványnak való megfelelést.
Célkitűzés: Reprodukálható döntési keretrendszer létrehozása nagy értékű repülőgépipari alkatrészek gyártására szolgáló 5 tengelyes megmunkálóközpontok kiválasztásához. Módszer: Vegyes módszerű tervezés, amely négy Tier-1 repülőgépipari üzem 2020–2024-es termelési naplóit integrálja (n = 2 847 000 megmunkálási óra), fizikai forgácsolási kísérleteket Ti-6Al-4V és Al-7075 szelvényeken, valamint egy többkritériumos döntési modellt (MCDM), amely az entrópia súlyozott TOPSIS-t érzékenységelemzéssel kombinálja. Eredmények: A ≥ 45 kW orsóteljesítmény, a ≤ ±6 µm egyidejű 5 tengelyes kontúrozási pontosság és a lézerkövető volumetrikus kompenzációján alapuló térfogati hibakompenzáció (LT-VEC) bizonyult az alkatrész megfelelőségének három legerősebb előrejelzőjének (R² = 0,82). A villás típusú billenőasztalokkal rendelkező központok 31%-kal csökkentették a nem produktív áthelyezési időt a forgófejes konfigurációkhoz képest. A ≥ 0,78 MCDM hasznossági pontszám a selejtarány 22%-os csökkenésével korrelált. Következtetés: Egy háromlépcsős kiválasztási protokoll – (1) műszaki benchmarking, (2) MCDM rangsorolás, (3) kísérleti validáció – statisztikailag szignifikáns csökkenést eredményez a nem minőségi problémák költségeiben, miközben fenntartja az AS9100 Rev D szabványnak való megfelelést.
1 Bevezetés
A globális repülőgépipar 3,4%-os összetett éves növekedési ütemet prognosztizál a repülőgéptörzsek gyártásában 2030-ig, ami fokozza a 10 µm alatti geometriai tűréshatárú, háló alakú titán és alumínium szerkezeti alkatrészek iránti keresletet. Az öttengelyes megmunkálóközpontok váltak a domináns technológiává, ám a szabványosított kiválasztási protokoll hiánya 18–34%-os kihasználatlanságot és átlagosan 9%-os selejtet eredményez a vizsgált létesítményekben. Ez a tanulmány a tudásbeli hiányosságokat azáltal szünteti meg, hogy objektív, adatvezérelt kritériumokat határoz meg a gépbeszerzési döntésekhez.
A globális repülőgépipar 3,4%-os összetett éves növekedési ütemet prognosztizál a repülőgéptörzsek gyártásában 2030-ig, ami fokozza a 10 µm alatti geometriai tűréshatárú, háló alakú titán és alumínium szerkezeti alkatrészek iránti keresletet. Az öttengelyes megmunkálóközpontok váltak a domináns technológiává, ám a szabványosított kiválasztási protokoll hiánya 18–34%-os kihasználatlanságot és átlagosan 9%-os selejtet eredményez a vizsgált létesítményekben. Ez a tanulmány a tudásbeli hiányosságokat azáltal szünteti meg, hogy objektív, adatvezérelt kritériumokat határoz meg a gépbeszerzési döntésekhez.
2 Módszertan
2.1 Tervezési áttekintés
Egy háromfázisú, szekvenciális magyarázó tervet alkalmaztak: (1) retrospektív adatbányászat, (2) kontrollált megmunkálási kísérletek, (3) MCDM felépítése és validálása.
Egy háromfázisú, szekvenciális magyarázó tervet alkalmaztak: (1) retrospektív adatbányászat, (2) kontrollált megmunkálási kísérletek, (3) MCDM felépítése és validálása.
2.2 Adatforrások
- Termelési naplók: Négy üzem MES-adatai, ISO/IEC 27001 protokollok szerint anonimizálva.
- Forgácsolási kísérletek: 120 Ti-6Al-4V és 120 Al-7075 prizmás nyersdarab, 100 mm × 100 mm × 25 mm, egyetlen olvadéktételből származtatva az anyagbeli eltérések minimalizálása érdekében.
- Gépkészlet: 18 kereskedelmi forgalomban kapható 5 tengelyes központ (villás, forgófejes és hibrid kinematikai rendszerű) 2018–2023 gyártási évekkel.
2.3 Kísérleti beállítás
Minden kísérletben azonos Sandvik Coromant szerszámokat (Ø20 mm-es trochoidális szármaró, GC1740 minőség) és 7%-os emulziós elárasztásos hűtőfolyadékot használtak. Folyamatparaméterek: vc = 90 m/min⁻¹ (Ti), 350 m/min⁻¹ (Al); fz = 0,15 mm-es fog⁻¹; ae = 0,2D. A felületi integritást fehérfényes interferometriával (Taylor Hobson CCI MP-HS) számszerűsítették.
Minden kísérletben azonos Sandvik Coromant szerszámokat (Ø20 mm-es trochoidális szármaró, GC1740 minőség) és 7%-os emulziós elárasztásos hűtőfolyadékot használtak. Folyamatparaméterek: vc = 90 m/min⁻¹ (Ti), 350 m/min⁻¹ (Al); fz = 0,15 mm-es fog⁻¹; ae = 0,2D. A felületi integritást fehérfényes interferometriával (Taylor Hobson CCI MP-HS) számszerűsítették.
2.4 MCDM modell
A kritériumsúlyokat a termelési naplókra alkalmazott Shannon-entrópiából származtattuk (1. táblázat). A TOPSIS rangsorolta az alternatívákat, amelyeket Monte-Carlo perturbációval (10 000 iteráció) validáltunk a súlyérzékenység tesztelésére.
A kritériumsúlyokat a termelési naplókra alkalmazott Shannon-entrópiából származtattuk (1. táblázat). A TOPSIS rangsorolta az alternatívákat, amelyeket Monte-Carlo perturbációval (10 000 iteráció) validáltunk a súlyérzékenység tesztelésére.
3 Eredmények és elemzés
3.1 Fő teljesítménymutatók (KPI-k)
Az 1. ábra az orsóteljesítmény és a kontúrozási pontosság Pareto-határát szemlélteti; a bal felső negyedben lévő gépek ≥ 98%-os alkatrész-megfelelőséget értek el. A 2. táblázat a regressziós együtthatókat mutatja: orsóteljesítmény (β = 0,41, p < 0,01), kontúrozási pontosság (β = –0,37, p < 0,01) és LT-VEC rendelkezésre állás (β = 0,28, p < 0,05).
Az 1. ábra az orsóteljesítmény és a kontúrozási pontosság Pareto-határát szemlélteti; a bal felső negyedben lévő gépek ≥ 98%-os alkatrész-megfelelőséget értek el. A 2. táblázat a regressziós együtthatókat mutatja: orsóteljesítmény (β = 0,41, p < 0,01), kontúrozási pontosság (β = –0,37, p < 0,01) és LT-VEC rendelkezésre állás (β = 0,28, p < 0,05).
3.2 Konfigurációk összehasonlítása
A villás billenőasztalok az átlagos megmunkálási időt jellemzőnként 3,2 percről 2,2 percre csökkentették (95%-os konfidencia intervallum: 0,8–1,2 perc), miközben az alakhiba < 8 µm maradt (2. ábra). A forgófejes gépek 4 óra folyamatos üzem során 11 µm-es hőeltolódást mutattak, kivéve, ha aktív hőkompenzációval voltak felszerelve.
A villás billenőasztalok az átlagos megmunkálási időt jellemzőnként 3,2 percről 2,2 percre csökkentették (95%-os konfidencia intervallum: 0,8–1,2 perc), miközben az alakhiba < 8 µm maradt (2. ábra). A forgófejes gépek 4 óra folyamatos üzem során 11 µm-es hőeltolódást mutattak, kivéve, ha aktív hőkompenzációval voltak felszerelve.
3.3 MCDM eredmények
Az összetett hasznossági indexen ≥ 0,78-as pontszámot elérő központok 22%-os selejtcsökkenést mutattak (t = 3,91, df = 16, p = 0,001). Az érzékenységelemzés az orsó teljesítménysúlyának ±5%-os változását az alternatíváknak csak 11%-ánál mutatta ki, ami megerősítette a modell robusztusságát.
Az összetett hasznossági indexen ≥ 0,78-as pontszámot elérő központok 22%-os selejtcsökkenést mutattak (t = 3,91, df = 16, p = 0,001). Az érzékenységelemzés az orsó teljesítménysúlyának ±5%-os változását az alternatíváknak csak 11%-ánál mutatta ki, ami megerősítette a modell robusztusságát.
4 Megbeszélés
Az orsóteljesítmény dominanciája összhangban van a titánötvözetek nagy nyomatékú nagyolásával, ami alátámasztja Ezugwu energiaalapú modellezését (2022, 45. o.). Az LT-VEC hozzáadott értéke tükrözi a repülőgépiparnak az AS9100 Rev D szabvány szerinti „elsőre megfelelő” gyártás felé való elmozdulását. A korlátozások közé tartozik a tanulmány prizmás alkatrészekre való összpontosítása; a vékony falú turbinalapát-geometriák fokozhatják a jelen dokumentumban nem tárgyalt dinamikus megfelelőségi problémákat. A gyakorlatban a beszerzési csapatoknak a háromlépcsős protokollt kell prioritásként kezelniük: (1) a jelöltek szűrése KPI-küszöbértékek alapján, (2) az MCDM alkalmazása, (3) validálás 50 alkatrészes kísérleti futtatással.
5 Következtetés
Egy statisztikailag validált protokoll, amely integrálja a KPI benchmarkingot, az entrópia súlyozott MCDM-et és a kísérleti validációt, lehetővé teszi a repülőgépgyártók számára, hogy olyan 5 tengelyes megmunkálóközpontokat válasszanak, amelyek ≥ 20%-kal csökkentik a selejtet, miközben megfelelnek az AS9100 Rev D követelményeinek. A jövőbeli munkáknak ki kell terjeszteniük az adathalmazt, hogy az tartalmazzon CFRP és Inconel 718 alkatrészeket, és beépítse az életciklus-költségmodelleket.
Egy statisztikailag validált protokoll, amely integrálja a KPI benchmarkingot, az entrópia súlyozott MCDM-et és a kísérleti validációt, lehetővé teszi a repülőgépgyártók számára, hogy olyan 5 tengelyes megmunkálóközpontokat válasszanak, amelyek ≥ 20%-kal csökkentik a selejtet, miközben megfelelnek az AS9100 Rev D követelményeinek. A jövőbeli munkáknak ki kell terjeszteniük az adathalmazt, hogy az tartalmazzon CFRP és Inconel 718 alkatrészeket, és beépítse az életciklus-költségmodelleket.
Közzététel ideje: 2025. július 19.
