BR112014000556B1

BR112014000556B1 - Método para usar a célula de fabricação e célula de fabricação

Info

Publication number: BR112014000556B1
Application number: BR112014000556-7A
Authority: BR
Inventors: Jeffrey L. Miller
Original assignee: The Boeing Company
Priority date: 2011-07-12
Filing date: 2012-07-11
Publication date: 2022-01-04
Also published as: WO2013009909A3; EP2731784A2; CA2834546A1; WO2013009909A2; KR101874664B1; EP2731784B1; BR112014000556A2; CN103826835A; JP2014525852A; US8887367B2; KR20140038400A; CA2834546C; US20130014378A1; ES2545635T3; JP6025840B2; CN103826835B

Abstract

célula incluindo seções limpa e suja para fabricar partes compostas. a presente invenção refere-se a uma célula para fabricar uma parte tendo fibras de reforço embutidas em uma matriz que inclui uma seção limpa para executar operações limpas incluindo estender as fibras de reforço em uma ferramenta de mandril. a seção limpa satisfaz exigências de recinto limpo para processar materiais compostos não curados. a célula inclui adicionalmente uma seção suja adjacente para executar operações sujas incluindo trabalho a máquina da montagem de camadas após cura; um sistema de posicionamento de atuador final comum móvel entre as seções limpa e suja; e dispositivos para impedir que contaminantes da seção suja entrem na seção limpa.

Description

ANTECEDENTES

[001] Aeronaves comerciais podem ser danificadas por colisõescom pássaros, equipamento de manuseio em terra, fragmentos, granizo e outros eventos não planejados. Estes eventos podem criar furos e rasgos na estrutura externa de avião, e causar danos para a subestru- tura de reforço subjacente (por exemplo, armações, reforços e enchimentos). Por exemplo, uma seção de cabine de nariz da aeronave pode ser danificada por uma colisão com pássaro, um lóbulo inferior pode ser danificado por causa de colapso de trem de aterrissagem de nariz, partes circundantes de porta de seção intermediária podem ser danificadas por causa de colisões com equipamento de manuseio em terra, um lóbulo inferior de seção de extremidade pode ser danificado por uma colisão na cauda, etc.

[002] É importante reparar uma aeronave danificada e retorná-lapara o serviço tão rapidamente quanto possível. Tempo de parada é muito caro para uma empresa de transporte por aeronave, já que uma aeronave inativa resulta em receita perdida.

[003] Reparo de uma aeronave de alumínio em painéis é relativamente direto. Um painel e subestrutura subjacente danificados são removidos da aeronave e substituídos. Se painéis estiverem disponíveis, o reparo pode ser implementado de forma relativamente rápida.

[004] Reparo de aeronave comercial composta não é assim direto, especialmente para reparo de componente de peça de área grande. Considera-se uma fuselagem constituída de diversas seções de corpo compostas de peça única. Cada seção de corpo inclui parte externa, armações de aros e reforços (por exemplo, longarinas). Os reforços podem ser integrados à parte externa (por meio de cura conjun- ta durante fabricação). As armações de aros podem ser fixadas meca-nicamente à parte externa. Se uma área grande de uma seção de fuselagem se tornar danificada, remover e substituir a seção de corpo total seria proibitivamente caro, destrutivo para produção e demorado.

[005] Uma infraestrutura para reparo de área grande de componentes de aeronave compostos de peça única é necessária.

SUMÁRIO

[006] De acordo com uma modalidade neste documento, umacélula para fabricar uma parte tendo fibras de reforço embutidas em uma matriz inclui uma seção limpa para executar operações limpas incluindo dispor as fibras de reforço em uma ferramenta de mandril. A seção limpa satisfaz exigências de recinto limpo para processar materiais compostos não curados. A célula inclui adicionalmente uma seção suja adjacente para executar operações sujas incluindo trabalho a máquina da disposição após cura; um sistema de posicionamento de atuador final comum móvel entre as seções limpa e suja; e dispositivos para impedir que contaminantes da seção suja entrem na seção limpa.

[007] De acordo com uma outra modalidade neste documento,uma célula de fabricação inclui uma seção limpa dedicada para dispor as fibras de reforço em uma ferramenta de mandril, uma seção suja adjacente dedicada para trabalho a máquina da disposição após cura, e um sistema de posicionamento de atuador final comum que é móvel entre as seções limpa e suja.

[008] De acordo com uma outra modalidade neste documento,uma célula de fabricação inclui uma seção limpa incluindo atuadores finais permutáveis para executar operações de disposição compostas. A seção limpa satisfaz exigências de recinto limpo para processar materiais compostos não curados. A célula de fabricação inclui adicionalmente uma seção suja adjacente à seção limpa, a seção suja incluindo atuadores finais permutáveis para executar operações de trabalho a máquina; e um sistema de posicionamento de atuador final, móvel entre as seções limpa e suja, para selecionar e usar os atuadores finais para executar as operações de disposição na seção limpa e as operações de trabalho a máquina na seção suja.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[009] A figura 1 é uma ilustração de uma célula de fabricaçãotendo seções limpa e suja adjacentes.

[0010] A figura 2 é uma ilustração de um método de usar a célulade fabricação para fabricar uma ferramenta de mandril de disposição e parte composta.

[0011] A figura 3 é uma ilustração de uma aeronave incluindo umafuselagem composta.

[0012] A figura 4 é uma ilustração de parte externa e subestruturade reforço subjacente de uma seção de corpo composta da fuselagem.

[0013] A figura 5 é uma ilustração de uma área danificada de umcorpo de fuselagem peça única.

[0014] A figura 6 é uma ilustração de um painel de substituiçãoque é fixado a um painel de parte externa por meio de uma união aparafusada.

[0015] A figura 7 é uma ilustração de um método para reparar umcomponente composto de peça única danificado de uma aeronave, incluindo projeto e fabricação de um painel de substituição composto. DESCRIÇÃO DETALHADA

[0016] É feita referência à figura 1, a qual ilustra uma célula de fabricação 110 para fabricar uma parte composta incluindo camadas ou lonas de fibras de reforço embutidas em uma matriz. Um exemplo de um composto é plástico reforçado com fibras de carbono (CFRP), onde os componentes podem incluir fibras de carbono embutidas em uma matriz epóxi.

[0017] A célula de fabricação 110 inclui uma seção suja 120 e umaseção limpa 130. Operações na seção suja 120 incluem, mas não estão limitadas a estas, montagem e trabalho a máquina (por exemplo, retificação, fresagem e furação). Operações são consideradas sujas se elas produzirem poeira ou contaminantes que violem exigências de recinto limpo para o processamento de materiais compostos não curados. Para operações "sujas", tais como trabalho a máquina, a seção suja 120 pode incluir um sistema de vácuo 122 para minimizar poeira e fragmentos para facilitar limpeza. O sistema de vácuo 122 pode ter até 98% ou mais de efetividade em remover poeira.

[0018] Operações na seção limpa 130 incluem disposição compostas em uma ferramenta de mandril. Em algumas modalidades, fibras podem ser depositadas em uma ferramenta de mandril de disposição que é estática. Em outras modalidades, fibras podem ser depositadas em uma ferramenta de mandril de disposição enquanto a ferramenta está sendo girada.

[0019] Operações na seção limpa 130 incluem adicionalmente instalação de placa de rede, ensacagem e corte de material. Por exemplo, tecido para infusão de resina ou pré-impregnação pode ser cortado por uma faca ultrassônica ou outro dispositivo, tal como um cortador de camada ou uma ferramenta de mão. Infusão de resina também pode ser executada na seção limpa 130.

[0020] Operações são consideradas limpas se não violarem exigências de recinto limpo e exigirem ser executadas em um recinto limpo por causa de preocupações com contaminação (por exemplo, processos que envolvem manusear materiais compostos não curados). A seção limpa 130 pode incluir um sistema de filtragem e condicionamento de ar 132 para manter condições ambientais dentro de especificação. De uma maneira geral, instalações para compostos exigem recintos limpos de classe 400.000 com temperatura, umidade e conta- gem de partículas monitoradas. O equipamento e ferramental devem satisfazer estas exigências quando deslocados da seção suja 120 para a seção limpa 130. Se a seção limpa 130 estiver fora de especificação, tempo de espera pode ser exigido para que filtros de circulação de ar do sistema 132 removam poeira do ar.

[0021] A célula de fabricação 110 inclui um sistema de posicionamento de atuador final comum 140, móvel entre as seções suja e limpa 120 e 130, para executar todas estas operações limpas e sujas. O sistema de posicionamento de atuador final 140 pode usar uma pluralidade de atuadores finais permutáveis para executar as operações. Os atua- dores finais podem ficar localizados nas estações de atuadores finais 150 localizadas nas seções suja e limpa 120 e 130. Um dispositivo de troca manual, automático ou semiautomático pode ser usado para trocar atuadores finais em ambas as seções suja e limpa 120 e 130.

[0022] Os atuadores finais podem incluir ferramentas para trabalhoa máquina (por exemplo, fresagem, furação), ferramentas para retificação, uma cabeça de laminação para prender ou fender fita depositada da lâmina de painel ou de face, uma cabeça de pulverização de tinta para pintura, um cortador ultrassônico para cortar material pré- impregnado ou seco, uma cabeça NDI (com sapatas necessárias) para inspeção ultrassônica da parte composta, um formador de rolos de longarina para formar partes compostas, um dispensador de material e sondas de inspeção para inspeção geométrica e dimensional da parte composta.

[0023] Em algumas modalidades, o sistema de posicionamento deatuador final 140 pode incluir uma única máquina de posicionamento tal como uma ponte de guindaste rolante 142 tendo múltiplos eixos geométricos de movimento (por exemplo, até sete eixos geométricos). Em outras modalidades, o sistema de posicionamento 140 pode incluir um robô ou múltiplos robôs para executar as operações limpas e su- jas. Um único robô pode ter atuadores finais permutáveis. Múltiplos robôs podem usar combinações de atuadores finais dedicados. Outros tipos de sistemas de posicionamento de atuadores finais podem incluir combinações de plataformas de eixos cartesianos lineares, plataformas de eixos de rotação e plataformas de Stewart usando cinemática paralela. Exemplos específicos incluem pontes de guindastes rolantes, robôs, robôs sobre trilhos, plataformas do tipo pós-fabricação e plataformas de Stewart (por exemplo, hexápodes). Em cada um destes exemplos o sistema de posicionamento de atuador final 140 é configurado para entregar um atuador final selecionado para uma posição ou ao longo de um caminho para executar sua função, enquanto satisfazendo exigências de desempenho (por exemplo, ângulos, velocidade, aceleração, rigidez, faixa de deslocamento, utilidades, acoplamento de liberação rápida).

[0024] O sistema de posicionamento de atuador final 140 é móvelentre as seções suja e limpa 120 e 130. Em algumas modalidades, o sistema de posicionamento de atuador final 140 pode ser deslocado por um sistema de trilhos de máquina 160. Em outras modalidades, o sistema de posicionamento de atuador final 140 pode ser deslocado via mancais de ar ou rodas, e então posicionado localmente.

[0025] Um suporte de ferramenta de mandril 170 é fornecido parasuportar a ferramenta de mandril durante disposição. Em algumas mo-dalidades, o suporte de ferramenta de mandril pode incluir uma mesa 170 que é móvel entre as seções suja e limpa 120 e 130. A mesa pode ser posicionável entre pernas de máquina da ponte de guindaste rolante 142.

[0026] O sistema de posicionamento de atuador final 140 pode sercoberto com chapa de metal ou outro material que forneça uma superfície lisa para limpeza. O sistema de posicionamento de atuador final 140 também pode utilizar plástico do tipo polietileno como uma cober- tura de proteção. Tal plástico pode ser removido facilmente para limpeza antes de transferir a ponte de guindaste rolante 142 da seção suja 120 para a seção limpa 130. Tudo isto ajuda a manter exigências de recinto limpo.

[0027] Em algumas modalidades, uma barreira 180 tal como umaporta rápida, porta de tiras ou porta de congelador separa as seções suja e limpa 120 e 130. Estas portas são projetadas para manter controle ambiental entre áreas com condições diferentes. A seção limpa 130 pode ser pressurizada positivamente para manter do lado de fora poeira e outros contaminantes.

[0028] Em algumas modalidades, a barreira 180 pode incluir umacâmara de vácuo, a qual pode ser fixa ou portátil. A câmara de vácuo pode incluir uma câmara com duas portas à prova de ar em série que não abrem simultaneamente. De uma maneira geral, uma câmara de vácuo permite a passagem de pessoas e objetos entre um vaso de pressão e seu ambiente enquanto minimizando a mudança de pressão no vaso e perda de ar do mesmo. Uma câmara de vácuo tendo um projeto de sanfona pode incluir uma câmara selada portátil que cobre o sistema de posicionamento de atuador final 140 à medida que ele transita entre as seções 120 e 130 para manter quaisquer contaminan- tes fora da seção limpa 130.

[0029] Para movimento da seção limpa 130 para a seção suja 120,a porta de seção limpa é aberta, o sistema de posicionamento de atu- ador final 140 (que já está limpo) é deslocado para dentro da câmara de vácuo, a porta de seção limpa é fechada, a porta de seção suja é aberta, e o sistema de posicionamento de atuador final 140 é deslocado para dentro da seção suja 120. A porta de seção suja é então fechada. Para movimento da seção suja 120 para a seção limpa 130, a porta de seção suja é aberta, o sistema de posicionamento de atuador final 140 (que já está sujo) é deslocado para dentro da câmara de vá- cuo, e a porta de seção suja é fechada (a porta de seção limpa já está fechada). O sistema de posicionamento de atuador final 140 é limpado (por exemplo, coberturas de proteção são removidas e o sistema é limpado). Após o ambiente dentro da câmara de vácuo ser validado como limpo, a porta de seção limpa é aberta e o sistema de posicionamento de atuador final 140 é deslocado para dentro da seção limpa 130.

[0030] A célula de fabricação 110 também pode incluir uma seçãode cura vizinha 190 para cura da parte composta. Em algumas modalidades, a seção de cura 190 pode incluir uma autoclave 192 para curar pré-impregnados sob calor e pressão. Em outras modalidades, a seção de cura 190 pode incluir um forno 194 para curar tecido infundido com resina sob calor ou material pré-impregnado projetado para processamento fora de autoclave.

[0031] A seção de cura 190 preferivelmente fica adjacente à seçãolimpa 130. Proximidade imediata simplifica logística de manuseio. A parte composta pode ser transferida para a autoclave sobre rodízios ou rodas adequadas para calor na face inferior da ferramenta de mandril ou em um carrinho projetado para suportar cura em autoclave.

[0032] Inspeção não destrutiva da parte composta curada pode serexecutada na seção suja 120, desde que poeira não interfira com a operação de inspeção não destrutiva. Inspeção não destrutiva pode ser executada na seção limpa 130, desde que o acoplamento (por exemplo, água) seja controlado a fim de não violar exigências de recinto limpo.

[0033] O sistema de posicionamento de atuador final 140 tambémpode incluir um controlador comum 144 para deslocar o sistema de posicionamento de atuador final 140 (por exemplo, a ponte de guindaste rolante 142) ao longo do sistema de trilhos 160 e comandar o sistema de posicionamento de atuador final 140 para executar as ope- rações limpas e sujas. O controlador 144 pode ser alimentado com programas de uma ferramenta de programação e simulação. Esta ferramenta de programação e simulação pode ser projetada para fornecer as instruções necessárias para todos os tipos de atuadores finais usados dentro da célula de fabricação 110.

[0034] A célula de fabricação 110 pode ser usada para fabricarmais que a parte composta. Ela também pode ser usada para fabricar a ferramenta de mandril na qual a parte composta é formada. A célula de fabricação 610 pode ser equipada com atuadores finais para fabricar ferramentas de mandril de disposição. Como um primeiro exemplo, a célula de fabricação 610 pode ser equipada com atuadores finais para produzir uma ferramenta mestre (por exemplo, composta), a qual por sua vez pode ser usada para fundir ferramentas de produção de compostos. Como um segundo exemplo, a célula de fabricação 610 pode ser equipada com atuadores finais tendo capacidades de fresagem e furação para produzir uma ferramenta de disposição de metal.

[0035] Referência agora é feita à figura 2, a qual ilustra um métodode usar a célula de fabricação 110 para fabricar tanto uma ferramenta de mandril de disposição quanto uma parte composta. Na figura 2, um tipo particular de ferramenta de disposição é fabricado: uma ferramenta sem mestre incluindo uma estrutura celular enchida com espuma e coberta com uma lâmina de face composta, a qual fornece uma superfície de disposição lisa para aeronave. Na figura 7, a parte composta não está limitada a qualquer tipo ou aplicação particular. Ela pode ser uma parte de produção, um painel de substituição, um elemento de fixação (por exemplo, um duplicador), etc. A parte composta pode ser para um veículo (por exemplo, aeronave, espacial, barco, carro, caminhão), um gerador de vento (por exemplo, uma lâmina), ou uma estrutura de engenharia civil (por exemplo, um elemento de ponte para reforço).

[0036] No bloco 200, o controlador 144 recebe instruções para fabricar a ferramenta e parte. As instruções fornecem os comandos para o sistema de posicionamento de atuador final 140 para selecionar atuado- res finais e usar os atuadores finais selecionados para executar suas funções desejadas. Para um atuador final de furação, as instruções podem incluir posição e ângulo do furo, taxa de alimentação, velocidade de rotação e instruções de ciclo de furação. Para fresagem de uma ferramenta ou retificação de borda de uma parte, as instruções de atuador final de fresagem podem incluir o caminho para o cortador, posição angular, velocidade de rotação e taxa de alimentação. Para um atuador final de colocação de fibras, as instruções podem incluir o caminho para a cabeça, posição angular e comandos de corte e adição para os diferentes reboques. As instruções podem ser produzidas por um módulo de programação e simulação, o qual é projetado para a célula de fabricação 110. O módulo de programação e simulação deriva as instruções de modelos de engenharia associados com a parte e ferramenta compostas. Os modelos identificam geometria de superfície e recursos tais como furos, localizações de itens acessórios e limites de camada. Os modelos de engenharia definem as exigências de parte e de ferramenta. O módulo de programação e simulação obtém estas exigências dos modelos de engenharia e as converte em instruções que podem ser processadas pela célula de fabricação 110. O controlador 144 executa então as instruções para executar o seguinte.

[0037] No bloco 210, uma estrutura celular da ferramenta de mandrilde disposição é construída na seção suja 120. A ferramenta de mandril de disposição pode ser construída com placas alimentadoras compostas, as quais podem ser cortadas com uma ferramenta de corte por jato de água ou uma ferramenta roteadora. Em algumas modalidades, as placas alimentadoras podem ser montadas sobre uma mesa móvel e presas a ela, pelo que a mesa móvel "se torna" parte da ferramenta de mandril.

[0038] A estrutura celular resultante é montada e enchida com espuma, usando líquido dispensado e misturado, blocos de material pré- fundido ou uma combinação dos mesmos. Por exemplo, o sistema de posicionamento de atuador final 140 seleciona um dispensador de material de espuma ou um atuador final de manuseio da estação de atua- dores finais 150. O dispensador é selecionado para aplicação de espuma de ferramenta tal como um sistema de poliisocianurato de duas partes. O atuador final de manuseio é selecionado para colocar blocos de espuma de ferramenta pré-curados nas placas alimentadoras de ferramenta.

[0039] Seguinte à construção, o sistema de posicionamento deatuador final 140 seleciona um atuador final de fresagem da estação de atuadores finais 150, carrega o atuador final de fresagem e fresa a espuma e placa alimentadora. O sistema de posicionamento de atua- dor final 140 então seleciona e carrega uma cabeça de sonda, e usa a cabeça de sonda para verificação ou inspeção de localização para validar geometria.

[0040] No bloco 220, fibras de reforço para uma lâmina de facesão dispostas sobre a estrutura celular usinada na seção limpa 130. Em algumas modalidades, o tecido pode ser dispensado por um atua- dor final de dispensação de tecido, e o tecido dispensado pode ser cortado por um atuador final de faca de corte ultrassônica. O tecido pode ser depositado por um atuador final que executa colocação de fibras automatizada (AFP) ou camada de fita automatizada (ATL). Em outras modalidades, a disposição pode ser executada manualmente.

[0041] No bloco 230, o material composto é curado na seção decura 190. Uma disposição infundida com resina é curada no forno, ou uma disposição pré-impregnada é curada na autoclave, ou um sistema fora de autoclave é curado em um forno. Infusão de resina pode incluir uma cura posterior em aproximadamente 176,67°C (350°F) para mate- riais epóxi, e mais para materiais BMI. Antes da cura posterior, o material tal como espuma pode ser removido da ferramenta de mandril, especialmente para ferramentas tendo placas alimentadoras mais altas.

[0042] No bloco 240, a lâmina de face é trabalhada a máquina naseção suja 120. Qualquer acabamento manual necessário também é executado na seção suja. Vácuo apropriado é utilizado para coleta de poeira. Vedação da ferramenta também pode ser executada usando um atuador final automatizado (pulverização de rolete) ou processo manual. Uma ferramenta de mandril de disposição acabada é então limpada e transferida para a seção limpa para disposição de painel.

[0043] No bloco 250, material composto para a parte composta édisposto sobre a ferramenta de mandril na seção limpa. A disposição de parte pode ser executada automaticamente pelo sistema de posicionamento de atuador final 140 (por exemplo, com um atuador final que executa AFP ou ATL) ou a disposição de painel pode ser executada manualmente.

[0044] Placas de rede podem então ser colocadas sobre a disposição de parte (dependendo de exigências de acabamento). A disposição de parte é então colocada ensacada e deslocada para a seção de cura.

[0045] No bloco 260, a parte composta é curada na seção de cura190. No bloco 270, a parte curada é transferida para a seção suja 120, onde retificação e furação são executadas.

[0046] No bloco 280, seguinte à retificação e furação, a parte acabada é removida da ferramenta de disposição. Uma parte relativamente grande pode ser removida com um acessório de elevação. A parte acabada é colocada em um acessório NDI para capacitar inspeção ultrassônica. O sistema de posicionamento de atuador final 140 pode executar NDI ao selecionar atuadores finais NDI (sapatas) que sejam aplicáveis para a geometria de parte.

[0047] No bloco 290, seguinte à NDI, a parte é deslocada para aseção suja, onde ela é pintada (em outras modalidades, a pintura pode ser executada em uma instalação separada). A ponte de guindaste rolante pode usar um atuador final de pintura. Alguma ventilação adicional (dutos portáteis, etc.) pode ser fornecida para facilitar pintura na seção suja.

[0048] A ferramenta de mandril de disposição e o sistema de posicionamento de atuador final 140 são limpados antes de deslocar da seção suja 120 para a seção limpa 130. Se espuma ou fibras de carbono forem cortadas, um sistema de coleta a vácuo de alto desempenho 122 pode ser implementado para minimizar poeira, possivelmente com algum refrigerante para manter partículas transportadas pelo ar em um mínimo.

[0049] Uma célula de fabricação 110 neste documento oferecevantagens em relação às instalações de fabricação convencionais. Sistemas de posicionamento de atuadores finais tendem a ser muito caros, e assim o custo de equipamento é reduzido significativamente ao usar um sistema de posicionamento de atuador final comum em vez de sistemas dedicados para funções diferentes.

[0050] Uma célula de fabricação neste documento pode fabricar partes mais rapidamente do que instalações que executam operações limpas e sujas em uma única seção. O único elemento que necessita ser limpado entre operações limpas e sujas é o sistema de posicionamento de atuador final 140. Tempo não é gasto esperando por contagens de partículas para decidir antes de operações limpas serem executadas.

[0051] Uma célula de fabricação neste documento tem uma áreaocupada relativamente pequena. Considera-se um exemplo de uma célula de fabricação para fabricar partes tão grandes quanto com 13,72 metros (45 pés) de comprimento, 6,10 metros (20 pés) de largura e 3,66 metros (12 pés) de altura. Uma célula como esta pode ter uma área de piso de cerca de 464,52 metros quadrados (5.000 pés quadrados) e uma altura de teto de cerca de 7,62 metros (25 pés). O piso da célula de fabricação pode ser plano, com uma fundação adequada para o peso e carregamento do sistema de posicionamento de atuador final 140. A área ocupada relativamente pequena capacita múltiplas células de fabricação para serem construídas em localizações diferentes em vez de uma única célula grande sendo construída em uma estrutura central grande.

[0052] Estas vantagens serão especialmente úteis para reparaçãode uma nova classe de aeronave comercial. Esta nova classe de aeronave inclui grandes seções de peça única feitas de material composto.

[0053] É feita referência à figura 3, a qual ilustra um exemplo deuma aeronave composta 300. A aeronave 300 de uma maneira geral inclui uma fuselagem 310, as montagens de asas 320 e a empenagem 330. Uma ou mais unidades de propulsão 340 são acopladas à fuselagem 310, às montagens de asas 320 ou a outras partes da aeronave 300. As montagens de trens de aterrissagem 350 são acopladas à fuselagem 310.

[0054] Em algumas modalidades, a fuselagem total 310 pode serfeita de uma seção composta de uma única peça. Em outras modalidades, a fuselagem 310 pode ser formada por múltiplas seções compostas de peças únicas. No exemplo ilustrado na figura 3, a fuselagem 310 é formada das seguintes seções compostas de corpo de peças únicas: uma seção de cabine de nariz (seção 41), as três seções intermediárias (seções 43, 44 e 46) e as seções de extremidade (seção 47 e 48).

[0055] As portas de passageiros e de carga 360 são formadas emcinco seções. Assim, todas as seções estão sujeitas a danos causados por equipamento de manuseio em terra. Todas as seções também estão sujeitas a danos causados por fragmentos de terra. A seção de ca- bine de nariz também está sujeita a danos provocados por colisões com pássaros, as quais são impactos de alta energia. Um lóbulo inferior da seção de cabine de nariz está sujeito a danos por causa de colapso de trem de aterrissagem de nariz. Um lóbulo inferior da seção de extremidade está sujeito a ser danificado por colisões na parte traseira.

[0056] Em uma aeronave comercial grande é muito mais desejávelsubstituir a área danificada do que substituir um corpo peça única total. Ainda, a área danificada usualmente será aleatória. Isto é, a localização, tamanho exato e extensão dos danos podem variar de incidente para incidente. Consequentemente, um painel pré-fabricado pode não encaixar bem, ou não encaixar de qualquer modo, em uma área danificada. Vantajosamente, uma célula de fabricação neste documento pode ser usada para fabricar ferramenta e painéis que sejam personalizados para substituir as áreas danificadas.

[0057] Uma célula de fabricação neste documento também podeser usada para produzir partes de produção compostas e ferramentas para as partes. Exemplos de partes de produção incluem, mas não estão limitados a estes, naceles, nervuras de asa, estruturas de caixa de centro e estruturas de portas.

[0058] Referência agora é feita às figuras 4 e 5, as quais ilustramuma área danificada aleatoriamente 510 da fuselagem 110. Além de danos para a parte externa 410, a subestrutura de reforço integrada subjacente 420 também pode estar danificada. A subestrutura de reforço pode incluir as longarinas se estendendo longitudinalmente 420, as quais são curadas juntas com a parte externa 410.

[0059] É feita referência à figura 6, a qual ilustra um painel desubstituição 610 que é fixado a um painel de parte externa 620 por meio de uma união aparafusada. A união aparafusada inclui um duplicador 630 que é fixado tanto ao painel de substituição 610 quanto ao painel de parte externa 620 pelos parafusos 640. O material de enchi- mento não estrutural 650 pode ser usado para preencher folgas entre o duplicador 630 e o painel de substituição 610 ou o painel de parte externa 620. As uniões de uma maneira geral têm configurações cir- cunferenciais, longitudinais e de canto.

[0060] Painéis de substituição podem variar em tamanho. Painéisde substituição podem variar de aproximadamente 0,91 m x 0,91 m (3’ x 3’) a acima de aproximadamente 12,80 m x 6,10 m (42’ x 20’).

[0061] Referência é agora feita à figura 7, a qual ilustra um métodode usar a célula de fabricação para criar um painel de substituição de peça única personalizado. No bloco 710, um projeto de um painel de substituição composto personalizado para substituir a área danificada do componente composto é recebido. O projeto inclui uma definição de detalhes de painel para parte externa e subestrutura de reforço integrada. Isto pode incluir criar uma definição de detalhes de painel com base na parte externa e subestrutura que foram usadas originalmente na seção, e modificar a definição de painel original, assim o painel de substituição pode encaixar na abertura e casar com o contorno do componente. Criar a definição de painel inclui criar uma geometria de engenharia incluindo limites de camada, sequência de empilhamento, composição e orientações de fibras e larguras de fitas dentro de cada limite.

[0062] Em algumas modalidades, a definição de detalhes de painelespecifica um painel de substituição de peça única. Isto é, toda a estrutura de reforço subjacente é curada junto com a parte externa. Em outras modalidades, a definição de detalhes de painel não especifica um painel de substituição de peça única, mas em vez disto um híbrido que inclui parte externa e subestrutura de reforço integradas feitas personalizadas juntamente com outros elementos.

[0063] O projeto também inclui uma definição de detalhes de painel para elementos de fixação mecânica (por exemplo, duplicadores de união e materiais de enchimento), os quais serão usados para fixar mecanicamente o painel de substituição ao componente. Uma vez que a localização exata do material danificado e a extensão exata dos danos são aleatórias e imprevisíveis, a configuração e detalhes de junta de ligação para o reparo provavelmente não devem existir e necessitam ser criados. O número de detalhes de painéis depende do tamanho e complexidade do reparo. Em um reparo complexo, por exemplo, dúzias de duplicadores de união e milhares de prendedores podem estar envolvidos. Esta fase de projeto é exclusiva para os danos.

[0064] O projeto também pode incluir uma definição de montagemde painel e uma definição de instalação. Estas definições descrevem como fixar o painel de substituição ao componente usando os elementos de fixação (por exemplo, duplicadores de união, materiais de enchimento e prendedores).

[0065] No bloco 720, o painel de substituição é fabricado de acordo com o projeto em uma célula de fabricação. Em algumas modalidades, os vários elementos (por exemplo, parte externa e reforços) são curados juntos tal como é feito na produção. Em outras modalidades, alguns elementos do painel de substituição podem ser fixados conjuntamente de forma mecânica (por exemplo, longarinas removidas aparafusadas conjuntamente e à parte externa). Entretanto, cura conjunta é preferível, especialmente se o painel curado conjuntamente casar com a configuração existente.

[0066] Corte adicional pode ser executado após o painel de substituição ter sido fabricado. Por exemplo, corte adicional pode ser executado se o painel de substituição for maior que a abertura. Retificação adicional pode ser executada para assegurar que tolerâncias de folgas de engenharia são satisfeitas. Este ajuste final, o qual assegura que tolerâncias de folgas de engenharia são satisfeitas, pode ser feito no local de reparo. Os painéis de substituição podem ter intencionalmente excesso utilizável que é retificado no local de reparo.

[0067] No bloco 730, o painel de substituição é expedido para olocal de reparo, onde ele é instalado na abertura. A instalação pode incluir fixar mecanicamente o painel de substituição ao componente. Por exemplo, inúmeros duplicadores de união (compostos e/ou de titânio), materiais de enchimento e suportes podem ser usados para fixar o painel de substituição à seção.

[0068] Técnicas de fabricação de compostos e de metálicos (porexemplo, de titânio) convencionais podem ser usadas para fabricar duplicadores de união e outros elementos para fixar o painel de substituição. Em algumas modalidades, fixação de titânio sozinha, ou elementos compostos sozinhos, ou uma combinação de elementos de fixação de titânio e compostos pode ser usada. Os elementos feitos de titânio podem ser fabricados por meio de processos de fabricação com titânio convencionais tais como formação a quente e trabalho a máquina. Os elementos de fixação compostos podem ser fabricados por meio de técnicas de fabricação de pré-impregnados compostos convencionais tais como disposição manual, saco, cura, acabamento e inspeção ultrassônica não destrutiva. Colocação de Fibra Automatizada (AFP) pode ser usada em vez de disposição manual onde permitido por engenharia. Em algumas modalidades, duplicadores compostos, materiais de enchimento e uniões podem ser construídos usando o mesmo local de produção seguindo os mesmos ou processos similares aos do painel de substituição.

[0069] Assim, a célula e método de fabricação da figura 7 podemser usados para reparar uma nova classe de aeronave comercial tendo um ou mais componentes compostos de peças únicas. Uma seção de peça única danificada é reparada rapidamente (muito mais rápido do que substituir uma seção total), o que permite que a aeronave seja retornada para o serviço rapidamente. Consequentemente, o tempo de parada de aeronave é reduzido.

[0070] Uma vantagem da célula de produção é que ela pode ficarlocalizada remotamente da instalação de produção principal do fabricante de aeronaves. Por exemplo, uma célula de fabricação pode ficar localizada mais próxima de um aeroporto ou de outra localização onde a aeronave será reparada. A localização mais próxima economiza custos de logística significativos (por exemplo, embalagem, transporte) e reduz tempo de fluxo. Isto reduz adicionalmente o tempo.

[0071] Fabricar a ferramenta de mandril e usá-la no mesmo localtambém economiza custos de logística significativos e reduz tempo de fluxo. Ao contrário, construir a ferramenta de mandril de disposição em um local e usá-la em um outro local pode envolver etapas extras, tais como expedir a ferramenta de mandril para o local de uso, desembalar a ferramenta e configurar a ferramenta no local de uso.

Claims

1. Método para usar a célula de fabricação (110) para fabricar uma parte composta, a célula de fabricação (110) compreendendo uma seção limpa (130) para executar operações limpas incluindo dispor as fibras de reforço em uma ferramenta de mandril, a seção limpa satisfazendo exigências de recinto limpo para processar materiais compostos não curados; uma seção suja (120) adjacente para executar operações sujas incluindo trabalho a máquina da disposição após cura; um sistema de posicionamento de atuador final (140) comum móvel entre as seções limpa e suja (130, 120), e dispositivos (180) para impedir que contaminantes da seção suja (120) entrem na seção limpa (130);o método caracterizado pelo fato de que compreende: usar o sistema de posicionamento de atuador final (140) para construir uma ferramenta de mandril na seção suja (120);deslocar a ferramenta de mandril e o sistema de posicionamento de atuador final (140) para dentro da seção limpa (130);usar o sistema de posicionamento de atuador final (140) para depositar fibras de reforço na ferramenta;deslocar a ferramenta de mandril para uma seção de cura (190) e executar a cura;deslocar a ferramenta e o sistema de posicionamento de atuador final (140) de volta para a seção suja (120); etrabalhar a máquina a parte curada na ferramenta.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda limpar o sistema de posicionamento de atuador final (140) antes do mesmo ser deslocado para a seção limpa (130).

3. Célula de fabricação (110), caracterizada pelo fato de que compreende: uma seção limpa (130) incluindo atuadores finais (150) permutáveis para executar operações compostas de disposição, a seção limpa (130) satisfazendo exigências de recinto limpo para processar materiais compostos não curados;uma seção suja (120) adjacente à seção limpa (130), a seção suja (120) incluindo atuadores finais (150) permutáveis para executar operações de trabalho a máquina; eum sistema de posicionamento de atuador final (140), móvel entre as seções limpa e suja (130, 120), para selecionar e usar os atuadores finais (150) para executar as operações de disposição na seção limpa (130) e as operações de trabalho a máquina na seção suja (120).

4. Célula de fabricação (110), de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que compreende ainda dispositivos (180) para impedir que contaminantes na seção suja (120) entrem na seção limpa (130).

5. Célula de fabricação (110), de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizada pelo fato de que compreende ainda dispositivos (160) para deslocar o sistema de posicionamento de atuador final (140) entre as seções limpa e suja (130, 120).

6. Célula de fabricação (110), de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, caracterizada pelo fato de que compreende ainda dispositivos para manter temperatura, umidade e contagem de partículas na seção limpa (130) para satisfazer as exigências de processo de material composto.

7. Célula de fabricação (110), de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 6, caracterizada pelo fato de que compreende ainda um controlador comum (144) para controlar o sistema de posicionamento de atuador final (140) e atuadores finais (150) selecionados em ambas as seções limpa e suja (130, 120).