JP2022095538A - 複合材プリフォーム組立方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】航空機の一部分のためのプリフォームを作製する方法およびシステムを提供する。【解決手段】方法は、繊維強化材料の広幅物のシートを獲得することと、シートを切り抜いて、境界を有するレイアップ片を形成することと、境界を位置合わせすることと、レイアップ片をレイアップパターンに並べて、プライを形成することと、レイアップパターンをレイアップマンドレル上に移送する配置工程を実施することと、レイアップマンドレルの輪郭に合うように、レイアップパターンを成形することと、を含む。【選択図】なし
Description
本開示は、製造の分野に関し、具体的には、航空機の製造に関する。
航空機の機械的構造は機体と呼ばれる。機体自体は、ストリンガ、スパー、外板、及びフレームといった、一緒に組み立てられると航空機の構造を定める別々の構成要素から作られる。個々の航空機は、複数の構成要素から作製されうる。現在、機体の構成要素は、多大な労力を要する手動でのレイアッププロセスを含む方法を介して、又は、作製される機体構成要素の輪郭を横切りながらシングルヘッドを利用してレイアップを行う自動繊維配置(AFP:Automated Fiber Placement)機を動かすことによって、作製されている。機体構成要素は、この作業が実施される間は、据え付けられたセル内に留まったままである。
したがって、上記の問題の少なくとも一部だけでなく起こりうる他の問題も考慮した、方法及び装置を有することができれば、それが望ましい。
国際公開第2015/152331号の要約には、以下のように記載されている。即ち、「プリプレグシートの積層体を製造するためのリプレグシート積層装置であって、複数のプリプレグシートが積層され、1の層におけるプリプレグシートは、他の層におけるプリプレグシートとは繊維方向が異なるように積層されるリプレグシート積層装置。本装置には、プリプレグベース生地が移動させられる主移送路と、プリプレグベース生地を、設定された角度で幅方向に切断することによって、プリプレグカットシートを形成するプリプレグカットシート形成ユニットと、形成されたプリプレグカットシートを、主移送路上を移動するプリプレグベース生地上に転送し、プリプレグカットシートの繊維方向を設定方向に設定しながら、プリプレグカットシートをプリプレグベース生地上にセットする転送ハンドと、プリプレグベース生地と、その上にセットされたプリプレグカットシートと、を溶接する溶接ユニットと、が具備されている」。
欧州特許出願公開第3/406431号の要約には、以下のように記載されている。即ち、「積層体をレイアップするためのシステム及び方法が提供される。一実施形態は、繊維強化材料の多層積層体を、以下のことによって、即ち、繊維強化材料のテープを、当該テープを切片に切断するテープカッタに供給することと、ピックアンドプレース装置を介して、繊維強化材料の切片を、移動方向に連なる複数の積層ユニットのそれぞれにおいて獲得することと、ピックアンドプレース装置を介して繊維強化材料の切片を配置して、表面として積層体を形成することと、によって、表面上にレイアップすることを含む方法であって、積層ユニットが、互いに対して位置を変更し、複数の切片が同時にレイアップされる、方法である」。
米国特許出願公開第2009/148647号の要約には、以下のように記載されている。即ち、「大型の複合材構造が、複数の複合材積層モジュールを形成することと、嵌め合わせ継ぎを用いて、当該モジュールの端部同士を繋ぐことによって、作製される」。
Buckingham、R.O.&Newell、G.Cら著の「Automating the manufacture of composite broadgoods. Composites Part A:Applied Science and Manufacturing、27(3)」(1996年)、191~200頁の要約には、以下のように記載されている。即ち、「作業は、「Integrating automatic handling of flexible materials,composite component design and quality assurance procedures」と題した、3年間の欧州委員会の調査及び開発契約の元で完成した」。本稿には、作業を実施した理由、最終結果を形成した主な推進者、研究の主要分野、及び、採用された技術的解決案が、システムの説明、実施された試験、並びに、成果の検討及び将来的な意見と共に記載されている。標準ロールからプリプレグ材料を取り、バッキングシートの除去、視認による検査、切断、ハンドリング、レイアップ、及び硬化を介して、二重に湾曲した多層の構成要素を形成する機械が構築された。本システムは、工学的問題が乗り越えられないものではなく、適切な製品を念頭に置いて、半自動化されたシステムが、許容可能な価格のために必要な品質及び生産性を提供しうることを実証した」。欧州特許出願公開第3/106280号の要約は、「複合材構造製造システム及び方法」について記載している。「本システムは、複数のプライキャリアであって、各プライキャリアが少なくとも1つのプライセグメントを支持するよう構成された複数のプライキャリアと、複合構造の表面輪郭を定めるように成形された細長いプライ形成面を画定する細長い成形マンドレルと、を含む。本システムは更に、選択されたプライキャリアを、プライ敷設エリアから中間位置まで選択的に搬送するよう構成されたキャリア移送装置と、細長いプライ形成面の選択された部分上の、選択されたプライキャリア及び対応するプライセグメントを変形させるよう構成された成形機と、を含む。成形機は更に、選択されたプライキャリアを対応するプライセグメントから離して、選択されたプライキャリアをキャリア移送装置に戻すよう構成される。本方法は、システムを操作する方法を含む」。
国際公開第2017/005770号の要約には、以下のように記載されている。即ち、「本発明は、エンドエフェクタと、操作システムに割り当てられた制御部と、を備えた操作システムを用いて、飛行機の繊維金属積層要素を製造する方法に関し、ここでは、少なくとも1つの金属層と少なくとも1つの未硬化の繊維層とが、操作システムによって積層シーケンスにおいて、モールド内で互いに重ね合わせられており、各積層サイクルが、積層シーケンスに従って各供給スタックから金属層又は繊維層を持ち上げることと、上記層をモールドに移送することと、積層シーケンスに従って、モールド内の堆積表面に上記層を配置することと、このように配置された層を、堆積表面上に堆積させることと、を含む。供給スタックから持ち上げられた後で、かつ堆積表面上に堆積される前に、積層される層が、当該層の形状を堆積表面の形状に対して調整させるように、エンドエフェクタによって変形されることが提案される」。
米国特許出願公開第2014/367037号の要約は、「可撓性材料転送装置、可撓性材料転送装置を含む可撓性真空圧縮装置、可撓性真空圧縮装置を含む可撓性真空チャック、及び、これらを含むシステム及び方法」について記載している。「可撓性材料転送装置は、格納配置と展開配置の間で選択的に、かつ繰り返し遷移するよう構成された可撓性基板を含む。可撓性基板は、材料接触表面を画定し、この材料接触表面は、複合材料の電荷と接触し、複合材料の電荷に選択的及び動作可能にくっ付くよう構成されている。可撓性基板は、複数の保持導管であって、材料接触表面により少なくとも部分的に画定され、材料接触表面に適用される保持真空を有するよう構成された上記保持導管をさらに画定する。可撓性材料転送装置が、複数の保持導管と真空元との間の流体連通を提供する保持マニフォールドをさらに含む」。
米国特許出願公開第2018/222060号の要約には、以下のように記載されている。即ち、「材料のプライを運ぶためのシステム及び方法が提供される。一実施形態は、ロボットのエンドエフェクタを含む装置である。本装置は、フレームと、当該フレームに取り付けられた固定カップアセンブリと、を備える。固定カップアセンブリは、プライを保持するための吸着カップと、空気配管と、吸着カップと結合しており、空気配管を収容するシャフトであって、吸着カップが垂直方向に移動することを可能とするシャフトと、を備える。本装置は、浮動カップアセンブリも備える。各浮動カップアセンブリは、ベルヌーリ(Bernoulli)カップと、ベルヌーリカップに、陽圧が掛かったガスを印可する空気配管と、シャフトであって、ベルヌーリカップに結合しており、空気配管を収容し、表面と一致するようにベルヌーリカップが当該シャフトの末端の周りを枢動することを可能とするシャフトと、を備える。
本明細書に記載の実施形態は、繊維強化された広幅物を用いた、機体構成要素の組み立てライン製造を提供する。翼外板、胴体外板等に対応するレイアップパターン(1つ以上のプライを含む)を迅速に準備するために、広幅物が、複数のステーションを介して同期を取って切断され、回転させられて伝達される。その後、レイアップパターンは持ち上げられ、レイアップマンドレル上に配置されて、圧縮される。十分な数のレイアップパターンが付加された後に、得られたプリフォームは硬化させられて、複合材部品となる。
航空機の一部分のためのプリフォームを作製する方法が開示される。本方法は、繊維強化材料の広幅物のシートを獲得することと、シートを切り抜いて、境界を有するレイアップ片を形成することと、境界を位置合わせすることと、レイアップ片をレイアップパターンに並べて、プライを形成することと、レイアップパターンをレイアップマンドレル上に移送する配置工程を実施することと、レイアップマンドレルの輪郭に合うように、レイアップパターンを成形することと、を含む。追加的又は代替的に、本方法は、複合材構造をゾーンに分割することと、ゾーンのそれぞれのためにレイアップ片を作製することと、レイアップ片をレイアップパターンに並べることと、キャリアを介してレイアップパターンへとレイアップマンドレルを移送することと、レイアップパターンをレイアップマンドレル上に圧縮することと、を含む。当業者には、この方法を、本段落の前述の方法から独立して実施しうることも分かるであろう。任意選択的に、各レイアップ片が、レイアップパターンの1ゾーンを占める。任意選択的に、本方法は、レイアップパターンの端部を、当該端部がレイアップマンドレルのための別のレイアップパターンに対して互い違いになるように、レイアップマンドレル上に配置することを含む。任意選択的に、レイアップパターンを移送することは、ピックアンドプレース(PNP:Pick and Place)ステーションを操作することを含む。任意選択的に、レイアップ片をレイアップパターンに並べることは、レイアップ片を翼外板の形状に並べることを含む。任意選択的に、レイアップ片をレイアップパターンに並べることは、レイアップ片を胴体外板の形状に並べることを含む。任意選択的に、作製すること、並べること、移送すること、及び圧縮することが、タクトタイムに従って実施される。任意選択的に、タクトタイムが、1つ以上の供給線と同期している。任意選択的に、タクトタイムが、1つ以上の供給線とは別個のものである。任意選択的に、本方法は、追加のレイアップパターンをレイアップマンドレル上に圧縮することをさらに含む。任意選択的に、追加のレイアップパターンが、レイアップパターンと互い違いになった継ぎ目を形成する。任意選択的に、本方法は、プリフォームがレイアップマンドレルにおいて完成するまで、分割すること、作製すること、並べること、移送すること、及び圧縮することを反復的に行うことをさらに含む。
航空機の一部分のプリフォームを作製するためのシステムも開示される。本システムは、幅広繊維強化材料のシートを獲得し、当該シートを切り抜いて、境界を有する複数のレイアップ片を形成する広幅物ステーションと、境界を位置合わせする回転台と、回転台からのレイアップ片をレイアップパターンで保持するシャトルと、レイアップパターンをレイアップマンドレル上に移し、レイアップマンドレルの輪郭と合うようにレイアップパターンを成形するシャトルと、を備える。
他の例示的な実施形態(例えば、上述の実施形態に関する方法及びコンピュータ可読媒体)については、以下で説明されうる。検討してきた特徴、機能及び利点は、様々な実施形態において個別に実現可能であり、又は、以下の説明及び図面を参照してさらなる詳細が理解され得る、さらに別の実施形態において組み合わされてもよい。
ここで、本開示のいくつかの実施形態を、例示としてのみ、添付図面を参照して説明する。全ての図面において、同じ参照番号は同じ要素または同じタイプの要素を表す。
図及び以下の説明により、本開示の具体的かつ例示的な実施形態が提供される。従って、当業者は、本明細書で明示的に記載又は図示されない様々な構成を考案して本開示の原理を具体的に実現することができるが、それらは本開示の範囲に含まれることを理解されたい。さらに、本明細書に記載のいかなる実施例も、本開示の原則の理解に資するためのものであり、具体的に列挙された実施例及び諸条件に限定されないものとして解釈されるべきである。結果として、本開示は、以下に記載する特定の実施形態又は実施例に限定されないが、特許請求の範囲によって限定される。
炭素繊維強化ポリマー(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Polymer)部品といった複合材部品は最初に、プリフォームと総称される多層にレイアップされる。プリフォームの各プライにおける個々の繊維は、互いに平行に揃えられているが、得られる複合材部品の強度を、異なる次元に沿って高めるために、様々な層が様々な繊維配向を示す。プリフォームは、プリフォームを硬化させて(例えば航空機で使用される)複合材部品にするために、凝固する粘性樹脂を含む。未硬化の熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂で含浸された炭素繊維は、「プリプレグ(prepreg)」と称される。他の種類の炭素繊維には、熱硬化性樹脂が含浸されていないが粘着付与剤又は接合剤(binder)を含みうる「乾燥繊維(dry fiber)」が含まれる。乾燥繊維には、硬化前に樹脂が注入される。熱硬化性樹脂に関しては、固化することは硬化と称される一方向の処理であるが、熱可塑性樹脂に関しては、樹脂は再加熱されると粘性のある形態になり、その後、所望の形状に固められて凝固しうる。本明細書では、プリフォームを最終的な固化形状に遷移させる(即ちプリフォームを複合材部品に遷移させる)プロセスのための包括的な用語は、「固化(hardening)」と称され、この用語は、熱硬化性プリフォームの硬化と、最終的な所望の形状への可逆性プリフォームの形成/凝固と、の双方を包含する。
図1~図7は、例示的な実施形態における、広幅物から機体構成要素を作製するための組み立てライン100を示す。図1では、組み立てライン100が、広幅物ステーション110を含むものとして示されており、広幅物ステーション110は、共通の幅Wを有する繊維強化材料の広幅物のロール130から、レイアップ片116-1~116-6(総称は「レイアップ片116」)を切り抜く/切り取る。即ち、広幅物ステーション110は、繊維強化材料の広幅物118-1のシート118を獲得し、シート118を切り抜いて(例えば、シート118に対するカットを適用して)、複数のレイアップ片116-1~116-6(「レイアップ片116」としても総称される)を形成する。
レイアップ片116が切り抜かれる広幅物材料のシート118は、ロール130の長さに沿って進む一連の連続的な繊維を含みうる。シート118からピースを切り抜いて、当該ピースを所望の角度(例えば、翼の前縁角度及び後縁角度)に対して回転させることで、様々な繊維角度のレイアップ片116が作製される。
本実施形態において、レイアップ片116-1~116-6のための第1のストレートカット113が、第1の切断ステーション112によって、繊維強化材料の広幅物118-1のシート118から行われる。6個のレイアップ片116-1~116-6が示されているが、実施形態は、より多く又は少ないレイアップ片(116)を有しうる。レイアップ片116の数は、プライ175からプライ175へと変わりうる。第2の切断ステーション114が、レイアップ片116のための第2のストレートカット115を行うが、その際に、レイアップ片116を回転させる必要はない。レイアップ片116が回転台150又は他の配向ステーションへと進められ、そこで、レイアップ片116が回転させられて、シャトル170における配置位置172と位置合わせされる(157)。回転台150は、複数のレイアップ片116を回転させる。
隣り合うレイアップ片116の間で共有される境界119は、回転台150によって同じ角度に配向される(即ち、結果的に、隙間なく当接し又は重なり合う)。一実施形態において、広幅物ステーション110は、レイアップ片116が共有される前縁195角度及び共有される後縁197角度を示すように、シート118を切り抜き、回転台150が、共通の角度に対してレイアップ片(116)の前縁195を配向することで、レイアップ片116を回転させる。同様に、他の実施形態において、広幅物ステーション110は、レイアップ片116が共有される前縁195角度及び共有される後縁197角度を示すように、シート118を切り抜き、回転台150が、共通の角度に対してレイアップ片(116)の後縁197を配向することで、レイアップ片116を回転させる。
レイアップ片116が、組み立てライン100によって、プリフォーム194のためのレイアップパターン174に並べられる。例えば、レイアップ片116-1~116-6は、レイアップ片116の境界119が互いに相補的である(即ち、隙間なく互いに揃い又は重なり合う)レイアップパターン174に、並べられることが可能である。レイアップパターン174は、レイアップ片116から形成された1つ以上のプライ175を含みうる。別の言い方をすると、別個のレイアップ片116が並べられて1つ以上のプライ175となり、これにより、後続のプライ175が追加されると、レイアップ片116がプリフォーム194を形成する。
レイアップパターン174が一緒に配置されてプリフォーム194を形成する。完全に作製されたときには、プリフォーム194は、複数のレイアップパターン174及び/又は個別に成形されたレイアップ片116を含む。隣り合うプライ175の間、及び/又は隣接するレイアップパターン174の間には、互い違いになった継ぎ目(staggered splice)177が形成される。互い違いになった継ぎ目177は、硬化された後のプリフォーム194のレジリエンスを向上させる。継ぎ目177は、当接した状態の継ぎ目、重ね合わされた継ぎ目、及び/又は嵌め合わせ継ぎを含みうる。
別の言い方をすれば、レイアップ片116及びレイアップパターン174は、別々の位置で形成されて、プリフォーム194及び/又はレイアップマンドレル190へと運ばれ、そこで、上記要素が、プリフォーム194に寄与するように当接させられ/継ぎ合わされて、隣り合う要素となる。プリフォーム194が完全に形成されるまで、複数のプライ175が、このようなやり方で、互い違いになった継ぎ目177を用いて、反復的に形成され、結果的に、ゾーン単位の積層の一形態が得られる。従って、一実施形態において、組み立てライン100における配置工程が、レイアップマンドレル190に配置されたレイアップパターン174のレイアップ片116と、他のレイアップパターン174のレイアップ片116と、の間の互い違いになった継ぎ目177を形成する。
上述したように、本実施形態において、レイアップ片116は、プリフォーム194の前縁195から後縁197へと延在している。しかしながら、このような構成が普遍的に必要とされているわけではない。一実施形態において、レイアップ片116-1~116-6は、前縁195又は後縁197が一致しておらず、隣のレイアップ片116-1~116-6に当接している。このような構成では、レイアップパターン174のレイアップ片116-1~116-6は、きっちりと隣合って配置されていないが、前方又は後方に延在するパターン(例えば、前縁195若しくは後縁197へと延在するパターン又はその逆のパターン)、及び、翼長方向に内側末端の付け根から外側末端の先端へと延在するパターンを形成するようにも、配置されている。
上述の工程によって、マンドレル190において翼外板(例えば、図9の翼外板900)を作製するための供給線191のための入力が提供される。一実施形態において、レイアップ片116及びレイアップパターン174の配置が、ジャスト・イン・タイム(JIT:Just In Time)方式で、供給線191に提供され、これにより、レイアップパターン174が短期間で、例えば、次のレイアップパターンを受け取る態勢が整っている供給線191の数十秒内又は1分より短い時間で、受け取られる。
本実施形態において、広幅物ステーション110に加えて、組み立てライン100は、小片ステーション120、及びトウ(繊維束)ピース(tow-piece)ステーション140を含む。実施形態及び設計に従って、小片ステーション120又はトウピースステーション140は、翼のための様々な量の材料を提供することができ、双方が、翼、胴体区分、又は複合材構造のための大部分の材料を提供することが可能である。小片ステーション120は、(例えば、レーザカッタ、数値制御(NC:Numerical Control)プログラムに従って動く移動ブレード、ハンドツールを持った技術者などを利用して)動的カッタステーション122を操作し、広幅物材料のロール130からレイアップ片126を切り抜き及び/又は切り取って、台124上に配置する。レイアップ片126のどの寸法も、ロール130の幅とは等しくなく、従って、ロール130の幅全体に亘る2回のストレートカットから、レイアップ片126を作製することができない。動的カッタステーション122は、自動化された又は手動によるレイアップ技術を介して、この形状のレイアップ片に対処する。トウピースステーション140は、ロール142に蓄えられた繊維強化材料の複数のトウ(繊維束)(tow)144から、当該トウ144を台146上に供給することによって、レイアップ片148を作製する。ロール142が所定の長さに切断されて、その後台146上に供給され、その後、(例えば、手動で又は自動的に)小片ステーション120に移送されうる。
レイアップ片116-1~116-6、126、及び/又は148は、フレーム152に沿って摺動するキャリア154を介して、回転台150からシャトル170へと移送される。キャリア154は、ピックアンドプレース(PNP:Pick and Place)ステーション、支援されたステーション、又は手動ステーションといった配置ステーション155として稼働し、例えば、ポリカーボネート樹脂による熱可塑性フィルム(例えば、LEXAN(登録商標)ブランドのポリカーボネートフィルム)、又は、他の可撓性材料155-1であって、レイアップ片116をそれに対して制御可能に保持するために真空を適用する間にレイアップ片116になじむ他の可撓性材料155-1を含みうる。ピックアンドプレースのための真空/吸着の使用は、当業者には既に知られている任意の適切なやり方で行われうる。
シャトル170は、回転台150からのレイアップ片を、レイアップパターン174において保持する。レイアップパターン174のための全てのレイアップ片116が敷設されると、シャトル170が軌道160に沿って駆動される。レイアップパターン174は、製造されている複合材部品(例えば、図9の翼外板900)の一部分の形状を形成する。例えば、レイアップパターン174は、翼外板(例えば、図9の翼外板900)又は胴体外板(例えば、図18の胴体外板1852)の形状を形成しうる。一実施形態において、レイアップパターン174が、繊維強化材料の複数のプライを含む。
レイアップパターン174は、固化すると複合材部品となるプリフォームのための単一層若しくは単一のプライ列として、又は、当該プリフォームについて定められた、任意の数の重なっていないプライ列として実現されうる。一実施形態において、技術者又は自動化されたシステムが、その後、レイアップパターン174からバッキング材を取り除く。更なる実施形態において、追加の工程に進む前に、後続の層が先に記載したやり方で追加される。
本明細書で述べる工程はいずれも、構成要素が自身の長さより短い分だけ前に進められた後に一時停止するマイクロパルスの(micro pulsed)方式、構成要素が少なくとも自身の長さの分だけ前に進められた後に一時停止するフルパルスの(full pulsed)方式、又は、連続的に移動する方式により実現されうる。一実施形態において、広幅物の複数のシート118が、前縁から後縁へと延在するレイアップ片116-1~116-6を形成するために使用される。従って、幾つかの実施形態では、各レイアップパターン174が、複数列のレイアップ片116-1~116-6を含む。
レイアップパターン174は、フレーム182に取り付けられたキャリア180を介して、シャトル170からレイアップマンドレル190に転送され、レイアップパターン174が圧縮されて定位置に収められる。キャリア180は、キャリア154と同様のやり方で稼働しうる。一実施形態において、キャリア180はしたがって、レイアップパターン174をレイアップマンドレル190(図4)上へと移送しレイアップマンドレル190の輪郭192に合うようにレイアップパターン174を成形するピックアンドプレース(PNP)機として稼働する。一実施形態において、レイアップパターンを成形することは、キャリア180及びフレーム182を含む配置ステーション181-1(例えば、PNPステーション181)を介して、レイアップパターン174に真空(例えば、レイアップパターン174を形成するために必要とされる負荷)を適用することを含む。
更なる実施形態において、シート118が、パルス単位で送られ(pulsed)一時停止して、組み立てライン100を通って周期的に前に進む。組み立てライン100のステーションは、レイアップ片116が静止している一時停止の間には、同期を取って作業を実施し、レイアップ片116が移動させられるパルス(pulse)の間には、同期を取って作業を実施することを抑制する。
更なる実施形態において、追加のキャリア154及び180が、翼外板のためのスパーランド領域及びリブランド領域、ドア外周部及び窓外周部、後部パッドアップ(aft pad-up)、並びにその他といった構成要素のためのプライ積層体を、レイアップマンドレル190上に別々に配置し、これらの構成要素を圧縮して定位置に収めるために利用される。
十分な数のレイアップパターン174(例えば、複数の繊維配向のそれぞれのための複数のレイアップパターン)が配置されて、レイアップマンドレル190の輪郭192上に圧縮された後で、プリフォーム194が完成する。レイアップマンドレル190は、その後、追加の処理を受けるために組み立てライン100を出る。次いで、新しいレイアップマンドレル190が、先のレイアップマンドレル190の場所に入る。一実施形態において、各レイアップマンドレル190が、レイアップマンドレル190が対象とする複合材部品の種類を示す識別子(例えば、図4のRFID(Radio Frequency Identifier)チップ、バーコード等190-1)を含む。この識別子を読み込むことによって、組み立てライン100のコントローラは、レイアップマンドレル190が、予期される設計と一致していることを確認することが可能である。
コントローラ199は、複合材部品のためのプリフォーム194を迅速かつ効率の良いやり方で作製するために、先に記載の様々な構成要素を、しばしば同期を取って操作する。一実施形態において、コントローラ199は、カスタム回路として、メモリに格納された命令を実行するハードウェアプロセッサとして、又はこれらの何らかの組み合わせとして実現されうる。
更なる実施形態において、組み立てライン100が、様々な部品及び様々なモデルの航空機のためのプリフォームを作製するために、同じ又は同様の大きさの広幅物を利用する。例えば、組み立てライン100は、翼外板、スパー、ストリンガ、胴体外板等のためのプリフォームを形成するために適合されうる。このような実施形態において、使用される特定のキャリアが、製造されている特定の製品のために適合されたキャリアと取り換えられる。
図2では、回転台150で回転させられて位置合わせされたレイアップ片116が、キャリア154を介して、シャトル170における配置位置172に移送される。その間に、次のレイアップ片116が回転台150上に配置され、カット117が、他のレイアップ片116において行われる。図3では、次のレイアップ片116が回転されてしまっており、キャリア154が、次のレイアップ片116を獲得してシャトル170へと移送するために、回転台150の上を移動させられしまっている。翼外板のためのプリフォーム194が1つだけ示されているが、回転台150は、左翼外板及び右翼外板、上方翼外板及び下方翼外板等のための適切な配向へのレイアップ片116の回転を可能とする。従って、1つの組み立てライン100が、4個の別々の種類の翼パネル、及び/又は、他のモデルのための翼パネルを作製するために利用することが可能である。
図4では、1つ以上の層、例えば繊維強化材料の1又は2~4つプライ175含むレイアップパターン174が、シャトル170上に配置されている。各プライは、当該プライを一貫して1つの配向において、隣接するプライと異なる配向又は同じ配向で繊維強化を有する。2~4つの層のそれぞれが、継ぎ合わされて隣接する2~4つの層となる必要がある。一実施形態において、レイアップパターン174の様々な層におけるレイアップ片116の境界119が互い違いになっており(staggered)、交差しており、又はそうでなければ、複数の隣接する層に亘って境界119が積み重ならないように、隣接する層に対して配置される。シャトル170は、当該シャトル170がキャリア180を収容するために配置されるまで、レイアップパターン174を軌道160に沿って運ぶ。図5では、キャリア180が、レイアップパターン174の上を移動させられ、真空結合を介してレイアップパターン174を持ち上げる。図6では、レイアップパターン174がレイアップマンドレル190の上に配置されるまで、キャリア180がフレーム182に沿って移動する。キャリア180はその後、レイアップパターン174への真空結合を解消し、別の真空を適用してレイアップパターン174をレイアップマンドレル190上で圧縮して定位置に収める。更なる実施形態において、キャリア180からレイアップパターン174を遠ざけてレイアップマンドレル190上に押すために、陽圧が掛かった気流がキャリア180から供給される。図7では、シャトル170が初期ポジション700に戻され、プリフォーム194を形成する1つ以上のレイアップパターン174を受け取ったレイアップマンドレル190がその後、オートクレーブ(図示せず)又は固化のための同様の装置の前に、次のプロセスへと進められる。固化の後で、余剰製造部分を、残りの余剰製造部分上のインデキシング(位置合わせ)特徴を残して部分的に切り落とすことが可能であり、又は、得られる複合材部品から完全に切り落とすことが可能である。上記トリミングは組み立ての前に、前縁及び後縁を最終的に仕上げるための組み立て後に最終的なトリミングが必要とならない精度により、行われる。即ち、レイアップ片116-1~116-6は、得られるプライ175が所望の最終的なパネル寸法を実現するために外周部のトリミングを必要としない十分な精度により、切り取られて配置される。
図7A~図7Dは、例示的な実施形態における、組み立てラインのためのフロー構成を示している。上記構成のそれぞれは、広幅物から機体構成要素を作製するための複数の組み立てライン(例えば、組み立てライン100又は広幅物積層ステーション151)の代替的な構成を示している。広幅物積層ステーション151(図1に図示)は、広幅物からプリフォームを作製するための、広幅物ステーション110、回転台150又は他の配向ステーション、並びに、配置ステーション155及び181-1を示している。図7A~図7Dにおける複数の広幅物積層ステーションのそれぞれでは、作業がレイアップマンドレルにおいて実施される。
図7Aを参照すると、一例において、ループ269に沿って配置された広幅物積層ステーション701-1~701-8を含む組み立てライン710が示されており、広幅物積層ステーション701-1~701-8は、「ステーション701」と総称される。ステーション701は、方向718を介して入ってマイクロパルスの方式、フルパルスの方式、又は連続的な方式によりループ269に配置されたステーション701に沿って進むレイアップマンドレル719に対して、作業を実施する。本例では、上方翼外板パネル及び下方翼外板パネルといった複数のマンドレル719が、組み立てライン710上をループ269に沿って処理されている。本例では、レイアップマンドレル719は、水平方向の区間257を左から右へと、ステーション701-1、701-2、701-3、及び701-4を通って進み、その後、右から左へと、隣りの水平方向の区間263をステーション701-5、701-6、701-7、及び701-8を通って進む。左から右へと、その後右から左へとステーション701-1~701-8を通って処理する構成によって、レイアップマンドレル719は、ステーション701-1~701-8に対して配向を変えることが一度もなく、水平方向の区間257と隣の水平方向の区間263との間で、ただ横方向にずれる。マンドレル上のプリフォーム194は、完成するまでステーション701-1~701-8を通って進み、その後、レイアップマンドレル719及びプリフォーム194は、方向717を介して出る。必要に応じて、マンドレル719は、プリフォーム194を完成させるために、ループ269及びステーション701-1~701-8を通る複数の通路を必要としうる。幾つかの実施例において、1つ以上のステーション701-nが、垂直方向の区間259に位置することができるが、他の実施例において、垂直方向の区間259に沿って位置するステーション701-nは存在していないこともあり、この場合には、レイアップマンドレル719は横方向に、1の水平方向の区間257から隣の水平方向の区間263へと直接的にずれる。
本例では、レイアップマンドレル719は、水平方向の区間257の末端239に達して、旋回というよりは横方向にずらされ、さらに垂直方向の区間259に沿って進み、結果的に、処理方向Pに対するレイアップマンドレル719の向きの変更がない。レイアップマンドレル719は、水平方向の区間263の末端239-1に達して、ループ269を通る移動が完了する。レイアップマンドレル719及びプリフォーム194は、方向717を介して横方向に出て、ループ26内の他のレイアップマンドレル719と置換される。
図7Aの構成では、ループ269内でのマンドレル719の横方向の移動によって、組み立てライン710をコンパクトにすることが可能となり、その際に、マンドレル719が一度も旋回する必要がないという事実に因り追加のフロア空間が必要とならない。このコンパクトな構成の更なる利点は、ステーション701を操作するために必要とされるマンパワーが、水平方向の区間257と水平方向の区間263との間で共有されうることである。
図7Bでは、ループ712に沿って配置された広幅物積層ステーション711-1~711-10を含む組み立てライン710が示されており、広幅物積層ステーション711-1~711-10は、「ステーション711」と総称される。ステーション711は、方向718を介して入ってマイクロパルスの方式、フルパルスの方式、又は連続的な方式により、ループ712に配置されたステーション711に沿って、方向713、714、715、及び716に進むレイアップマンドレル719に対して、作業を実施する。ループ712を通って1周以上した後で、レイアップマンドレル719は方向717を介して出る。レイアップマンドレル719の向きは、ループ712の向きと合うように変えられている。ここに示されるステーション711はいずれも、図1に関して上述した1つ以上の広幅物積層ステーション151として実現されうる。ステーション711-1~711-10は、(例えば、リターンループ操作を促進するために)、ループ712の712-1および712-2の両側に実現することができ、レイアップマンドレル719は、1つ以上のステーション711からレイアップを受け取ることができる。レイアップ(例えば、レイアップ片116)は、継ぎ合わされてプライ175を形成することができ、継ぎ位置は、プライからプライへと互い違いになっており、先行する継ぎ目の真上に継ぎ目が重なることが回避される。レイアップマンドレル719は、プリフォーム194が完成するまで、レイアップ片116を受け取り続ける。一実施形態において、レイアップ片116は、変更された配向を示す。プリフォーム194が全てのプライを受け取った後で、プリフォーム194及びマンドレル719は更なる処理のために出て、1つ以上の他のレイアップマンドレル719が、ループ712に追加される。一実施形態において、複数のマンドレル719が、同期を取ってループ712に沿って進み、ここで、これらの構成要素は、同時にパルス単位で送られ、一時停止する。ループ722の向きは、処理方向Pでありうる。
図7Cでは、U字722-3を形成するループ722に沿って配置された広幅物積層ステーション721-1~721-3、及び721-6~721-10(「ステーション721」と総称される)を含む組み立てライン720が示されている。ステーション721は、方向728を介して入ってマイクロパルスの方式、フルパルスの方式、又は連続的な方式により、ループ722に配置されたステーション721に沿って、方向725、726、及び723に進むレイアップマンドレル729に対して、作業を実施する。レイアップマンドレル719の向きは、ループ722の向きと合うように変えられている。ループ722に沿って進んだ後に、レイアップマンドレル729及びプリフォーム194は、方向727を介して出る。ここに示されるステーション721はいずれも、図1に関して上述した1つ以上の広幅物積層ステーション151として実現されうる。ステーション721-1~721-3、及びステーション721-6~721-10は、ループ722の722-1及び722-2の両側に実現することができ、レイアップマンドレル729は、1つ以上のステーション721からレイアップを受け取りうる。レイアップ(例えば、レイアップ片116)は、継ぎ合わされてプライ175を形成することができ、継ぎ位置は、プライからプライへと互い違いになっており、先行する継ぎ目の真上に継ぎ目が重なることが回避される。レイアップマンドレル729は、プリフォーム194が完成するまで、レイアップ片116を受け取り続ける。一実施形態において、レイアップ片116は、変更された配向を示す。プリフォーム194が全てのプライを受け取った後で、プリフォーム194及びマンドレル729が、更なる処理のために出て、1つ以上の他のレイアップマンドレル729が、ループ722に追加される。一実施形態において、複数のマンドレル729が、同期を取ってループ722に沿って進み、ここで、これらの構成要素は、同時にパルス単位で送られ、一時停止する。
図7Dでは、S字732-3を形成するループ732に沿って配置された広幅物積層ステーション731-1~731-5(「ステーション731」と総称される)を含む組み立てライン730が示されている。ステーション731は、方向738を介してループ732に入ってマイクロパルスの方式、フルパルスの方式、又は連続的な方式により、ループ732に配置されたステーション731に沿って、方向733、734、735、及び736に進むレイアップマンドレル739に対して、作業を実施する。ループ732を通って進んだ後に、レイアップマンドレル739は方向737を介して出る。ここに示されるステーション731はいずれも、図1に関して上述した1つ以上の広幅物積層ステーション151として実現されうる。ステーション731-1~731-10は、ループ732の732-1及び732-2の両側に実現することができ、レイアップマンドレル739は、1つ以上のステーション731からレイアップを受け取りうる。レイアップ(例えば、レイアップ片116)は、継ぎ合わされてプライ175を形成することができ、継ぎ位置は、プライからプライへと互い違いになっており、先行する継ぎ目の真上に継ぎ目が重なることが回避される。レイアップマンドレル739は、プリフォーム194が完成するまで、レイアップ片116を受け取り続ける。一実施形態において、レイアップ片116は、変更された配向を示す。プリフォーム194が全てのプライを受け取った後で、プリフォーム194及びマンドレル739が、更なる処理のために出て、1つ以上の他のレイアップマンドレル739が、ループ732に追加される。一実施形態において、複数のマンドレル739が、同期を取ってループ732に沿って進み、ここで、これらの構成要素は、同時にパルス単位で送られ、一時停止する。
図7E~図7Fは、例示的な実施形態におけるレイアップパターンを示している。図7Eは、例示的な実施形態における、積層体749のためのレイアップパターン740の上面図である。図7Eによれば、レイアップパターン740は、積層体749のレイアップ片116上に「A」及び「B」で示されたゾーンA及びゾーンBを含む。ゾーンA及びゾーンBにあるレイアップ片116の間の継ぎ目741は、互い違いになったパターン743を形成しながら、積層体749の長さLに沿って変化しており、単一の継ぎ目が、プライマップの長さに沿って形成されることが防止される。即ち、ゾーンA及びゾーンBにあるレイアップ片116の間の境界745が複数層に亘って互い違いになるように、ゾーン単位で積層が行われており、従って、境界745及び/又は継ぎ目741が積み重なることが回避される。更なる実施形態において、レイアップされる材料の繊維配向に従って、ゾーン同士が、角が付いた形状内で重なり合う。
各継ぎ目741は、様々なレイアップ片116の配置によって形成されうる。継ぎ目741が線として示されているが、各継ぎ目741は、隣り合うゾーン間の狭い領域を占めており、当該領域では、ゾーンからのレイアップ片116が当接して継ぎ合わされ、重なり合って継ぎ合わされ、又はそうでなければ、物理的に互いに一体化されている。継ぎ合わされる各プライ175は、固有の境界745を有することができ、境界745は、隣り合うプライ間で1センチメートル(又はインチ)の少数分だけ変化することができ、結果的に、ゾーンの厚さ全体に亘って互い違いになった継ぎ目741が得られる。即ち、継ぎ目741の位置は層間で徐々に変化し、複数のプライ全体に亘る互い違いになったパターン743(例えば、階段状のパターン、千鳥状の形状(staggered shape)等)を形成する。互い違いになった継ぎ目によって、互いの上面の上に重なって材料の積み重ねが生じることが防止される。従って、一実施形態において、継ぎ目741のカット位置が、プライ175間で変わる。継ぎ目741は、複数のプライに亘って延在する。本実施形態において、継ぎ目741は、パッドアップ742に交差しないように選択/配置され、従って、パッドアップ742の近くで厚さ又は複雑性が実質的に増すことが防止される。従って、境界745は、プライ175からプライ175へと互い違いになっている。
図7Fは、ゾーンA及びゾーンBにあるレイアップ片116の同様の配置、及び翼外板のための積層体750の継ぎ目741を示している。パドアップ742も積層体750に含まれており、パネル、翼フラップ等へのアクセスのための強化をもたらすために利用されうる。図7E~図7Fは、ここで述べたゾーン単位の積層技術が様々な積層体設計のために利用されうることを示している。
組立ライン100の動作の例示的な詳細を、図8Aに関して説明する。本実施形態について、連続的な繊維強化材料を含む広幅物のロール130が組み立てライン100でロードされてしまっていると仮定する。
本願で使用される「マンドレル」という用語は、部品、例えば航空機部品がその上に配置されうるマンドレルを指すことに注意されたい。マンドレルという用語は、「レイアップマンドレル」という用語と互いに交換可能に使用されうる。マンドレルは、部品、材料の層、又はこれらの組み合わせがその上に配置されうる表面を備え、及び/又は、当該表面として使用される。これは、例えば、翼パネル及び/又は翼外板がその上で移送されるレイアップマンドレル又はマンドレルでありうる。当業者には、本開示の図に示されたレイアップマンドレル190、719が、先に記載した或る特定の3次元形状、構造及び/又は表面を有しうるレイアップマンドレル190、719の概略図であることが明らかである。
図8Aは、例示的な実施形態における、機体を製造するための方法800を示したフローチャートである。方法800のステップが、図1の組立ライン100を参照しながら記載されるが、当業者には、方法800が他のシステムでも実施できることが分かるであろう。本明細書に記載のフローチャートのステップは、網羅的なものではなく、図示していない他のステップを含んでよい。本明細書に記載のステップはまた、他の順序で実施することも可能である。
ステップ802において、繊維強化された広幅物のシート118が、組み立てライン100によって獲得される。一実施形態において、シート118を獲得することは、第1の切断ステーション112及び第2の切断ステーション114を介してシート118を進ませることを含む。
ステップ804は、シート118を切り抜いて(例えば、シート118にカットを適用して)、相補的な境界119を有するレイアップ片116を形成することを含む。レイアップ片116のそれぞれのためのカットは、第1の切断ステーション112から第1のストレートカット113として適用され、続いて、第2の切断ステーション114からの第2のストレートカット115として適用される。各第1のストレートカット113は、広幅物のシート118の全体幅に亘って、所望の角度(例えば、前縁195角度又は後縁197角度)で進む。その間に、第2のストレートカット115が、第1のカットによって作製されたピースに適用される。例えば、ピースごとに、1のカットが、翼外板のための前縁195角度と対応することができ、他のカットが、翼外板の後縁197角度と対応することができる。このことによって、2回のカットを介して一定幅の広幅物材料を切断し、2つの平行する端部を含むピースであって、例えば翼外板の層としての配置のために望まれる形状を形成するためにテーパ状になったピースを作製することが可能となる。要するに、複合材構造は、幾つかのレイアップ片116であって、広幅物ピースの2回のストレートカットによりそれぞれ作製され、その後互いに隣り合って配置される幾つかのレイアップ片116から形成されている。カットの配置、及びレイアップ片116の寸法決定によって、結果的に、廃棄される材料が少なく又は無く、得られる航空機の「飛ぶために購入する(buy to fly)」コストが削減される。ストレートカットを使用するこのアプローチによって時間が節約され、複雑性が解消される一方で、廃棄物も削減される。
ステップ806は、(例えば、レイアップ片116を回転させて移動させることによって、)境界119を位置合わせすることを含む。本実施形態では、広幅物のシート118の端部が、レイアップ片(116)の側部を形成するため、レイアップ片116は、境界119を一緒に配置することによって(即ち、継ぎ合わせプロセスの一部として、レイアップ片116同士を当接させることによって、)積み重ねずに、並べて配置することが可能である。本実施形態において、広幅物のシート118の端部が、レイアップ片116の相補的な側部を形成する。共通の角度に対して回転されるように相補的な側部を揃えることで、レイアップ片116を、当該レイアップ片116を単に移動させることで結合させて、単一のレイアップレイアップパターン174にすることが可能である。一実施形態において、シート118を切り抜くこと/シート118にカットを適用することによって、結果的に、共有される前縁195角度及び共有される後縁197角度を示すレイアップ片116が得られ、レイアップ片116を回転させることは、共通の角度(例えば、前縁角度又は後縁角度)に対してレイアップ片116の前縁を配向することを含む。更なる実施形態において、翼弦方向に亘って延在するレイアップ片116-1~116-6の幾つかの列を利用して、単一のレイアップレイアップパターン174が形成される。
ステップ808は、シャトル170上にレイアップ片116をレイアップパターン174に並べて、1つ以上のプライ175を形成することを含む。即ち、レイアップパターン174自体が1つ以上のプライ175を含む。本実施形態において、本ステップは、新しい配置位置172が露出するまでシャトル170を横方向に移動させ、その後、レイアップ片116が配置位置172と位置合わせされるまで、キャリア154を移動させることを含む。レイアップ片116はその後定位置に組み込まれる。レイアップパターン174全体が完成するまで、上記の動作が複数のレイアップ片116のために続けられる。実施形態に従って、レイアップ片116をレイアップパターン174に並べることは、レイアップ片116を、翼外板(例えば、図9の翼外板900)の形状、又は胴体外板(例えば、図18の胴体外板1852)の形状に並べることを含む。従って、一実施形態において、レイアップパターン174は、翼外板(例えば、図9の翼外板900)のためのプライ175を形成する。更なる実施形態において、レイアップ片116をレイアップパターン174に並べることは、レイアップ片116を、胴体外板(例えば、図18の胴体外板1852)のための1つ以上のプライ175の形状に並べることを含む。
ステップ810は、レイアップパターン174をレイアップマンドレル190上に移送する配置工程を実施することを含む。本工程は、シャトル170を軌道160に沿って移動させ、その後、キャリア180を用いてレイアップパターン174全体を一度に持ち上げ、レイアップパターン174をレイアップマンドレル190へと移動させることを含む。更なる実施形態において、配置することが、自動化されたピックアンドプレース(PNP:Pick and Placement)プロセスを介する代わりに、手動で行われる。従って、一実施形態において、PNPプロセスは、PNPステーション181を介して自動的に実施されるが、他の実施形態において、配置することが手動で行われる。
ステップ812では、レイアップパターン174が、レイアップマンドレル190の輪郭192に合うように成形される。このことは、レイアップマンドレル190の輪郭192に対してレイアップパターン174を合わるために、キャリア180をレイアップマンドレル190へと駆動することを含む。一実施形態において、レイアップパターン174を成形することが、PNP動作を行いながら、レイアップパターンを硬化させ/合わせ/圧縮するためにキャリア180を介してレイアップパターン174に真空を適用することを含む。したがって、一実施形態において、レイアップパターン174を成形することが、配置工程を実施するためのキャリア180によって実施される。
切り抜くこと、配置すること、並べること、配置工程を実施すること、及び成形することを含む方法800のステップは、プリフォーム194がレイアップマンドレル190において完成するまで、反復的に実施されうる。さらに、一実施形態において、獲得すること、切り抜くこと/カットを適用すること、回転させること、並べること、配置すること(例えば、PNP動作を実施すること)、及び成形することという工程が、組み立てライン100のステーションを介して、作業のパルスの後には一時停止が続くパルス方式により同期を取って実施される。
更なる実施形態において、獲得する、切り抜くこと/カットを適用すること、回転させること、並べること、配置すること(例えば、PNP動作を実施すること)、及び成形することという工程が、タクトタイムに従って実施される。このような実施形態では、組み立てライン100は供給線として機能し、ここで、組み立てライン100のためのタクトタイムは、1つ以上の他の供給線(例えば、マンドレル190において翼外板を作製するための供給線191)のためのタクトタイムと同期させられ、又は1つ以上の供給線とは別個のものである。組み立てライン100といった複数の供給線が、ループ状、「S」字状、又は「C」字状の組み立てライン(例えば、図7A~図7Dのシステム)に沿った複数の位置に、複数のレイアップ片116を供給して、複数のプライ175を、レイアップマンドレル190及び/又はプリフォームに対して、それらが処理方向に進む間に付加することができる。供給線のためのタクトタイムは、ループ状、「S」字状、又は「C」字状の組み立てライン(例えば、図7A~図7Dのシステム)のために使用されるタクトタイムと同じである必要はない。一実施形態において、複数の組み立てライン100は、レイアップ片116を、同じ翼外板に同時に供給する。
さらに、組み立てライン100は、翼外板を作製するものとして示されているが、更なる実施形態において、組み立てライン100は、胴体の作製される区分、尾翼区分、エンジンナセル、ドア、フラップ、スラット、及び/又は他の構成要素に対して利用される。
図8Bは、例示的な実施形態における、機体の複合材構造を作製する方法850を示したフローチャートである。ステップ852は、複合材構造をゾーン(例えばゾーン902-2~902-5、図9のゾーン902として総称される)に分割することを含む。一実施形態において、ゾーン(例えば、図9のゾーン902-2~902-5)は、配置位置172の形状及び大きさと対応している。
ステップ854は、ゾーン902のそれぞれのためのレイアップ片116を作製することを含む。レイアップ片116を作製することは、組み立てライン100のステーションによって、上述の切り抜き工程/切断工程を実施することを含む。ステップ856では、レイアップ片116がレイアップパターン174に並べられる。各レイアップ片116が、レイアップパターン174の1ゾーン(例えば、図9のゾーン902-2~902-5のうちのいずれか)を占める。このことは、回転台150及びキャリア154を操作して、レイアップ片116をレイアップパターン174に配置することを含む。一実施形態において、レイアップ片116をレイアップパターン174に並べることは、レイアップ片116を、翼外板(例えば、図9の翼外板900)の形状、又は胴体外板(例えば、図18の胴体外板1852)の形状に配置することを含む。
ステップ858は、キャリアを介してレイアップパターン174をレイアップマンドレル190に移送することを含む。本実施形態において、上記工程は、キャリア180の下にレイアップパターン174を運んでいるシャトル170を進めることによって実施される。従って、一実施形態において、レイアップパターン174を移送することは、ピックアンドプレース(PNP)ステーション181を操作することを含む。
ステップ860は、レイアップマンドレル190上にレイアップパターン174を圧縮してプリフォーム194を作製することを含む。本実施形態において、このことはキャリア180を利用して、レイアップパターン174全体を一度に持ち上げ、レイアップマンドレル190上に配置して圧縮することを含む。更なる実施形態において、本方法は、レイアップパターン174の端部を、当該端部がレイアップマンドレル190のための別のレイアップパターン174に対して互い違いになるように、レイアップマンドレル190上に配置することをさらに含む。
方法800及び850は、先行技術に対して実質的な利点を提供する。なぜならば、手動プロセスといった遅い切り抜き/切断プロセス、又は、単一のカッタヘッドを用いて複合材部品の形状をトレースする自動化されたプロセスを必要とせずに、広幅物からの大型の複合材構造の迅速な作製を可能とするからである。更なる実施形態において、1つより多い広幅物ステーション110又は小片ステーション120に、ループ状、「S」字状、又は「C」字状の組み立てライン(例えば、図7A~図7Dのシステム)の周りの複数の配置ステーションに対して同時に材料を供給させることが可能である。この種の並行処理によって、作製プロセスが加速させられる。さらに、広幅物の利用によっても、レイアップがプリフォーム(事前形成)される速度が上がる。なぜならば、ピックアンドプレース動作が、配置ヘッドを利用してピースをレイアップした後にそのピースを切り抜くよりも実質的に速いからである。
図9は、例示的な実施形態における、均一な幅のセグメントへの機体構成要素のセグメント化を示す図である。本実施形態において、機体構成要素は翼外板900を含む。翼外板900は、均一な幅Wの広幅物から切り取られたゾーン902-2~902-5にさらに分割されている。小さなレイアップ片の最終ゾーン904、及び他のレイアップ片のための第1のゾーン901は、所望の寸法に実現するために、広幅物から複数回切り抜かれ/切り取られる。本例では、Wは広幅物材料のシートの幅に対応している。
図10~図13は、広幅物ステーション1000を示す図である。広幅物ステーション1000は、図1~図7における例示的な広幅物ステーション110である。広幅物ステーション1000は、例示的な実施形態における、広幅物のシート118をレイアップ片のための所望の形状に切り抜き/切断する切断ステーションを含む。本実施形態において、第1の切断ステーション1012は、カッタ1032がその上に取り付けられた回転要素1022を含む。回転要素1022は、シート118のねじれ、しわ、及び/又のこぶを防止する滑らかな表面を備えて実現されうる。カッタ1032が、単一の所望の角度でカットを行うよう位置合わせされており、広幅物材料のシート118を通るストレートカットを行う。従って、カッタ1032は、所望の切断角度に対応するのに十分な長さである。第2の切断ステーション1010は、第2のカットを行うようカッタ1040を操作する。第2の切断ステーション1010は、カッタ1040がその上を前後に移動するレール1030を含む。
図11では、広幅物材料1102のシート1100が、第1の切断ステーション1012を通って方向1090に進み、カッタ1032が第1のカット1110を行う。図12では、追加のシート1100が第1の切断ステーション1012に供給され、第1の切断ステーション1012は、追加の第1のカット1110(当該カットは、設計の留意事項に従って、先行する第1のカットと同じ角度であってもよく又は同じ角でなくてよい)を行う。第2の切断ステーション1010が、シート1100が方向1090に移動する間に、カッタ1040をレール1030に沿って方向1290に摺動させ、結果的に、レイアップ片1200における角度が付けられたカット1210が得られる。更なる実施形態において、追加の切断工程が、任意の数の所望の辺及び角度を有する多角形のレイアップ片を生成するために実施される。このことによって、結果的に、図13に示される新しいレイアップ片1300が得られる。
図14は、例示的な実施形態における、広幅物のシート1400から切り取るために表面1430上に並べられたレイアップ片1420-1~1420-6(個別に、又は総称として「レイアップ片1420」と称する)を示している。本実施形態において、各レイアップ片1420は、前縁角度θ1及び後縁角度θ2を示すよう切断されており、各レイアップ片1420が、繊維強化された広幅物の同じシート(又は、同じ幅のシート)から切り取られている。レイアップ片1420の幾つかは、所望の大きさを実現するために追加のカット1490を受ける。さらに、図示されていないが、レイアップ片1420は平坦なパターンで切断されており、ここでは、レイアップ片1420が、レイアップ片1420に当接して隣り合っており、平坦なパターンが、複雑な形状に達するために、(例えば、複雑な輪郭を有する)マンドレル上に積層されている。即ち、レイアップ片1420は、継ぎ合わせを容易にするために当該レイアップ片1420を隣のレイアップレイアップ片1420に未だ当接させながら、平坦なパターンから複雑な輪郭に合わせるのを容易にするやり方で、切り抜かれる。切断ステーション1410を介して切断された後に、レイアップ片1420は、(矢印1470-1~1470-6で示されるように)スムーズに移送され、位置合わせされ/回転させられて、固有の後縁1440及び前縁1450を有するレイアップパターン1460となり、隣のピースに当接している。この当接する工程は、当該当接部が、プライ175からプライ175へと積層体を通って(即ち、プリフォーム194の複数層に亘り)互い違いになっているときには、継ぎ合わせの一部である。
切れ端1492は、所望のようにリサイクルされ若しくは破棄され、又は別の位置で、他の位置の他のレイアップ片1420として使用される。本図では、レイアップパターン1460は、見やすいように、展開図において示されている。レイアップ片1420は、隣のピースに対して水平方向及び垂直方向に左右反転しており、又は互いに180度で並べられており、ピース間で実現される共通の切断角度が可能となる。即ち、1のピースのための角度θ2に従ったカットは、隣のピースも当該角度θ2で切断する。前縁角度θ1と後縁角度θ2との和は、180°と等しいことが可能であり、又は、180°と等しくないということが可能である。前縁角度θ1と後縁角度θ2との和が180°と等しくない場合において、隣り合うピースは、互いに180度の角度で配置されている。このようにして、レイアップ片1420は、最小限の切れ端1492を用いて翼外板を形成するために効率良く利用されうる。更なる実施形態において、1のレイアップ片1420が、右又は上方のパネルレイアウトにフィットし、他のレイアップ片1420が、左又は下方パネルレイアウトにフィットする。これらの構成は、ステーションがレイアップ片1420の特定のサイズ及び/又は配向に専門化されているシステムにおいて、特定の利点を提供し、各翼外板のためのおおよそ類似したレイアップ片をもたらしうる。これに似たシステムは、ループ状、「S」字状、又は「C」字状の組み立てライン(例えば、図7A~図7Dのシステム)の周りの複数のレイアップ位置を含むセットアップのためにも実現されうる。
図15は、例示的な実施形態における、レイアップ片から形成された一連のレイアップパターンを示す。同じ翼外板プリフォーム1500について、レイアップパターン1510は、+45°の繊維配向1512を示し、レイアップパターン1520は、90°の繊維配向1522を示し、レイアップパターン1530は、-45°の繊維配向1532を示し、レイアップパターン1540は、0°の繊維配向1542を示す。1510、1520、1530、及び1540のそれぞれにおいて、繊維配向は、幅Wの広幅物シート(例えば、118、1100又は1400)の配向に関して参照されている。翼外板の様々な層のための様々な繊維配向を利用することで、所望のレベルの構造的強度が実現される。
図16は、例示的な実施形態における、胴体外板のハーフバレル区分のためのレイアップマンドレル1610の様々な外周部分の上に、複数のレイアップパターンを配置するPNPステーション1600を示している。先行する図は、翼、フラップ、安定板等を示しているが、同様のシステムが、胴体、ナセル、ドア、又は航空機の他の構造的要素のために利用されうる。従って、図16は、胴体外板の弓状区分のゾーン単位での積層のための、複数の可能な広幅物PNP技術のうちの1つを示している。本実施形態において、キャリア1620が、フレーム1622に沿って移動する。キャリア1620は、レイアップ片のレイアップパターン1630を保持するために真空結合を利用する。キャリア1620は、単一のPNP動作の間に、単一のゾーンを持ち上げて配置し、その後圧縮する。例えば、キャリア1620は最初に、レイアップマンドレル1610の左側ゾーン1612のためのレイアップパターン1630を持ち上げて配置し、その後、レイアップマンドレル1610の上部ゾーン1614のためのレイアップパターン1630を持ち上げて配置し、その後、レイアップマンドレル1610の右側ゾーン1616のためのレイアップパターン1630を持ち上げて配置する。上記工程を反復的に実施して、レイアップパターン1630の位置(即ち、パターン同士が互いに当接している位置)を、胴体外板の他の層におけるレイアップパターンに対して互い違いになることによって、得られる胴体外板は、所望の構造的強度を発揮する。具体的には、+/-45°又は90°の繊維配向を示すレイアップパターンについて、さらに、互いに上下に配置された同じ配向のイアップパターンについてさえも、レイアップパターンは、異なる層におけるイアップ片の境界が互いに重なり合い又は当接した状態の継ぎ目を形成するように、設計される。更なる実施形態において、PNPステーション1600が、ドア外周部又は同様のパッドアップを、上述の技術を使用して、胴体又は翼外板における定位置に配置する。例えば、ドア外周部のためのPNPステーション1640も、図16には示されている。PNPステーション1640は、フレーム1622に沿って移動するキャリア1642も含む。ドア外周部のためのレイアップパターン1650(又はプライパック、又は他の構成要素)が、レイアップマンドレル1610のゾーン上に配置するために、キャリアにおいて保持されている。
図17は、例示的な実施形態における、組み立てラインにおける同期された工程を示すフロー図1700である。図17は、切り抜き/切断がステーションに亘って同期させており、これにより、切り抜き/切断工程、回転台での回転、及びシャトルの移動がタクトタイム(例えば、翼外板又は胴体外板のための所望の製造時間)に対して調整されており、ステーションが同期を取って作業を実施することを示している。例えば、第1のカット1701が、第1の切断ステーション112において適用され、その間に、第2の切断ステーション114が第2のカット1702を適用している。回転1703、及びシャトル1704を介した移送といった更なる工程も、第1のカット1701及び第2のカット1702が実施されている間に、実施されうる。同様のやり方で、レイアップステーション1720のステーション1722が、レイアップ1707を実施することができ、ステーション1724が同時に、異なるレイアップ片に対してレイアップ1707を実施することができる。マンドレル1705にレイアップを適用すること、マンドレル1706を戻すこと、及び/又は、レイアップ片をシャトル1709へと転送することといった更なる工程も、同期された形態で行われうる。即ち、切り抜き/切断工程、シャトルの移動、回転台の回転等が、広幅物のロールからパルス単位で進められる広幅物のシートのパルス間の一時停止中に、行われうる。一実施形態において、1パルス、及びそれに伴う一時停止は、数秒の時間を占める。この見識によって作業密度及びスループットが増す一方で、各ステーションが、他のステーションの動作に干渉しないことも保証される。
図18は、例示的な実施形態における、胴体区分のプリフォームのための組み立てライン1800を示している。組み立てライン1800は、広幅物ライン1810-1~1810-3を含み、この広幅物ライン1810-1~1810-3は、胴体外板1852のためのレイアップパターン1851に配置するために、レイアップ片1830-1~1830-3を切り抜き/切り取る。広幅物ライン1810-1~1810-3は、回転台1820-1~1820-3を含む。回転台1820-1~1820-3は、レイアップ片1830-1~1830-3を回転させて所望のように位置合わせし、キャリア1821が、レイアップ片1830-1~1830-3を、コンベヤ1840-1~1840-3に付加する。レイアップ片はレイアップパターンを形成し、このレイアップパターンは、レイアップパターン1851として、キャリア1850-1~1850-3を介して、レイアップマンドレル1870のゾーン1860-1~1860-3へと転送される。ドア外周部ステーション1880が、キャリア1850-1を介してレイアップマンドレル1870に付加するための、ドア外周部のプリフォーム1882を作製する。プリフォーム1882は、積層ステーション1814でレイアップされた繊維強化材料のプリフォーム1816から作製されている。システム1800はまた、キャリア850-1~1850-3の長さより大きな長さのレイアップマンドレル1870上に配置するためにも適しうる。このような状況では、ゾーン1860-1~1860-3の各ゾーンでのレイアップ片(116)1830-1~1830-3の複数の配置を可能とするために、レイアップマンドレル870が横方向に転送される。
以下の実施例において、追加の処理、システム、及び方法が、広幅物からの複合材部品の作製のための組み立てラインに関連して説明される。
より具体的に図面を参照すると、本開示の実施形態を、図19に示すような航空機の製造及び保守方法1900、及び図20に示すような航空機1902に関連して説明することができる。製造前の段階では、方法1900は、航空機1902の仕様及び設計1904と、材料調達1906とを含みうる。製造段階では、航空機1902のコンポーネント及びサブアセンブリの製造1908と、システムインテグレーション1910とが行われる。その後、航空機1902は、認可及び納品1912を経て、運航1914に供されうる。顧客により運航される間に、航空機1902は定期的な整備及び保守1916(改造、再設定、改修なども含みうる)が予定されている。本明細書で具現化される装置及び方法は、方法1900で記載される製造及び保守のうちの1つ以上の任意の適切な段階(例えば、仕様及び設計1904、材料の調達1906、コンポーネント及びサブアセンブリの製造1908、システムイ統合1910、認可及び納品1912、運航1914、整備及び保守1916)及び/又は航空機1902の任意の適切なコンポーネント(例えば、機体1918、システム1920、内装1922、推進システム1924、電気システム1926、油圧システム1928、環境システム1930)で採用され得る。
方法1900の各プロセスは、システムインテグレータ、第三者、及び/又は、オペレータ(例えば顧客)によって実施又は実行されうる。本明細書の目的のために、システムインテグレータとは、限定しないが、任意の数の航空機製造者及び主要システムの下請業者を含んでもよく、第三者とは、限定しないが、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含んでもよく、オペレータとは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などであってもよい。
図20に示すように、方法1900によって製造された航空機1902は、複数のシステム1920及び内装1922を備えた機体1918を含みうる。システム1920の例は、推進システム1924、電気システム1926、油圧システム1928、及び環境システム1930の1つ以上を含む。任意の数の他のシステムも含まれうる。航空宇宙産業の例を示しているが、本発明の原則は、自動車産業などの他の産業にも適用されうる。
上述のように、本明細書で具現化される装置及び方法は、方法1900において記載される製造及び保守の任意の1つ以上の段階で採用され得る。例えば、コンポーネント及びサブアセンブリの製造1908に対応するコンポーネント又はサブアセンブリは、航空機1902の運航中に製造されるコンポーネント又はサブアセンブリと同様のやり方で製作又は製造されうる。また、1つ以上の装置の実施形態、方法の実施形態、又はこれらの組み合わせは、例えば、航空機1902の組立てを実質的に効率化するか、又は航空機1902のコストを削減することにより、サブアセンブリの製造1908及びシステム統合1910の段階で利用することができる。同様に、装置の実施形態、方法の実施形態、又はこれらの組み合わせのうちの1つ以上を、航空機1902の運航中、例えば、限定しないが、整備及び保守1916の間に利用することができる。従って、本開示は、本明細書に記載する任意の任意の段階(例えば、仕様及び設計1904、材料の調達1906、コンポーネント及びサブアセンブリの製造1908、システムイ統合1910、認可及び納品1912、運航1914、整備及び保守1916)及び/又は、航空機1902の任意の適切なコンポーネント(例えば、機体1918、システム1920、内装1922、推進システム1924、電気システム1926、油圧システム1928、環境システム1930)で、又はこれらの任意の組み合わせにおいて利用されうる。
一実施形態では、部品は、機体1918の一部分を含み、コンポーネント及びサブアセンブリの製造1908において製造される。このパーツは、この場合システム統合1910において航空機を形成するように組み立てられ、その後、摩耗により部品が使用不可となるまで運航1914において利用されうる。その後、整備及び保守1916においてこの部品は廃棄されてよく、新たに製造された部品と交換されうる。新しい部品を製造するために、コンポーネント及びサブアセンブリの製造1908中に発明の構成要素及び方法が利用されてもよい。
本明細書中で図示又は記載された種々の制御要素(例えば電気又は電子コンポーネント)のいずれもが、ハードウェア、プロセッサ実装ソフトウェア、プロセッサ実装ファームウェア、又はこれらの何らかの組み合わせとして実装されうる。例えば、ある要素は、専用ハードウェアとして実装されうる。専用ハードウェア要素は、「プロセッサ(processors)」、「コントローラ(controllers)」と称されうるか、又は、何らかの類似の用語で呼ばれうる。機能がプロセッサによって提供される場合、その機能を提供するものは、単一の専用プロセッサであっても、単一の共有プロセッサであっても、そのうちのいくつかが共有となりうる複数の個別のプロセッサであってもよい。さらに、「プロセッサ」又は「コントローラ」という用語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行することができるハードウェアのみを表わすと解釈されるべきでなく、限定するものではないが、デジタル信号プロセッサ(DSP:digital signal processor)ハードウェア、ネットワークプロセッサ、特定用途向け集積回路(ASIC:application specific integrated circuit)又はその他の回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA:field programmable gate array)、ソフトウェア格納用の読み出し専用メモリ(ROM:read only memory)、ランダムアクセスメモリ(RAM:random access memory)、不揮発性記憶装置、ロジック部、又は、何らかの他の物理ハードウェアコンポーネント若しくはモジュールが黙示的に含まれてもよい。
また、制御要素は、プロセッサ又はコンピュータによって実行可能な命令として実装されて、その要素の機能を実行することができる。命令のいくつかの例は、ソフトウェア、プログラムコード、及びファームウェアである。命令は、プロセッサによって実行されると、当該要素の機能を実行するようプロセッサに指示するよう動作可能である。命令は、プロセッサにより可読な記憶デバイスに格納されうる。記憶デバイスの例の一部は、デジタル若しくはソリッドステートのメモリ、磁気ディスク及び磁気テープといった磁気記憶媒体、ハードドライブ、又は光学的に可読なデジタルデータ記憶媒体である。
本発明を理解するために有益な、非限定的な実例を表す背景技術が、以下の段落において記載される。
本開示の一態様によれば、航空機(1902)の一部分のためのプリフォーム(194)を作製する方法(800)が開示され、本方法は、
繊維強化材料の広幅物のシート(118)を獲得すること(802)と、
シート(118)を切り抜いて(804)、境界(119)を有するレイアップ片(116)を形成することと、
境界(119)を位置合わせすること(806)と、
レイアップ片(116)をレイアップパターン(174)に並べて(808)、プライ(175)を形成することと、
レイアップパターン(174)をレイアップマンドレル(190)上に移送する配置工程を実施すること(810)と、
レイアップマンドレル(190)の輪郭(192)に合うように、レイアップパターン(174)を成形すること(812)と、
を含む。
繊維強化材料の広幅物のシート(118)を獲得すること(802)と、
シート(118)を切り抜いて(804)、境界(119)を有するレイアップ片(116)を形成することと、
境界(119)を位置合わせすること(806)と、
レイアップ片(116)をレイアップパターン(174)に並べて(808)、プライ(175)を形成することと、
レイアップパターン(174)をレイアップマンドレル(190)上に移送する配置工程を実施すること(810)と、
レイアップマンドレル(190)の輪郭(192)に合うように、レイアップパターン(174)を成形すること(812)と、
を含む。
任意選択的に、レイアップ片(116)の境界(119)は互いに相補的である。
任意選択的に、配置工程を実施すること(810)が、レイアップマンドレル(190)において配置されるレイアップパターン(174)のレイアップ片(116)と、他のレイアップパターン(174)のレイアップ片(116)と、の間の互い違いになった継ぎ目を形成する。
任意選択的に、シート(118)を切り抜くこと(804)によって、共有される前縁角度及び共有される後縁角度を示すレイアップ片(116)が得られ、レイアップパターン(174)に並べられる間、レイアップ片(116)が互いに当接する。任意選択的に、境界(119)を位置合わせすること(806)が、共通の角度に対してレイアップ片(116)の前縁を配向することでレイアップ片(116)を回転させることを含む。
任意選択的に、境界(119)を位置合わせすること(806)が、共通の角度に対してレイアップ片(116)の後縁を配向することでレイアップ片(116)を回転させることを含む。
任意選択的に、各レイアップ片(116)が、レイアップパターン(119)の1ゾーン(902)を占める。
任意選択的に、レイアップパターン(174)が、翼外板(900)のためのプライ(175)を形成する。
任意選択的に、レイアップパターン(174)を成形すること(812)が、配置する(806)工程を実施する間に、キャリア(180)を介してレイアップパターンに真空を適用することを含む。
任意選択的に、レイアップ片(116)をレイアップパターン(174)に並べること(808)は、レイアップ片(116)を翼外板(900)のための少なくとも1つのプライ(175)の形状に並べることを含む。
任意選択的に、レイアップ片(116)をレイアップパターン(174)に並べること(808)は、レイアップ片(116)を胴体外板(1852)のための少なくとも1つのプライ(175)の形状に並べることを含む。
任意選択的に、獲得すること(802)、切り抜くこと(804)、並べること(806)、配置すること(808)、実施すること(810)、及び成形すること(812)という工程が、作業のパルスの後には一時停止が続くパルス方式で同期を取って稼働する組み立てライン(100)のステーションを介して実施される。
任意選択的に、獲得すること(802)、切り抜くこと(804)、配置すること(806)、並べること(808)、実施すること(810)、及び成形すること(812)という工程が、タクトタイムに従って実施される。任意選択的に、タクトタイムが、1つ以上の供給線(191)と同期している。
任意選択的に、タクトタイムが、1つ以上の供給線(191)とは別個のものである。
任意選択的に、レイアップパターン(174)の配置工程を実施すること(810)が、ジャスト・イン・タイム(JIT:Just In Time)方式で行われる。
任意選択的に、配置工程を実施する(810)前に、追加のレイアップパターン(174)をレイアップパターン(174)上に並べること(808)が行われる。
任意選択的に、本方法は、
プリフォーム(194)がレイアップマンドレル(190)において完成するまで、切り抜くこと(804)、配置すること(806)、並べること(808)、実施すること(810)、及び成形すること(812)を反復的に行うこと
をさらに含む。
プリフォーム(194)がレイアップマンドレル(190)において完成するまで、切り抜くこと(804)、配置すること(806)、並べること(808)、実施すること(810)、及び成形すること(812)を反復的に行うこと
をさらに含む。
任意選択的に、レイアップパターン(174)を成形すること(812)が、配置工程を実施する(810)ためのキャリア(180)によって実施される。
任意選択的に、本方法は、
複合材構造をゾーン(902)に分割すること(852)と、
ゾーン(902)のそれぞれのためにレイアップ片(116)を作製すること(854)と、
をさらに含む。
任意選択的に、各レイアップ片(116)が、レイアップパターン(174)の1ゾーン(902)を占める。
複合材構造をゾーン(902)に分割すること(852)と、
ゾーン(902)のそれぞれのためにレイアップ片(116)を作製すること(854)と、
をさらに含む。
任意選択的に、各レイアップ片(116)が、レイアップパターン(174)の1ゾーン(902)を占める。
任意選択的に、本方法は、
レイアップパターン(174)の端部を、当該端部がレイアップマンドレル(190)のための別のレイアップパターン(174)に対して互い違いになるように、レイアップマンドレル(190)上に配置することをさらに含む。
レイアップパターン(174)の端部を、当該端部がレイアップマンドレル(190)のための別のレイアップパターン(174)に対して互い違いになるように、レイアップマンドレル(190)上に配置することをさらに含む。
任意選択的に、レイアップパターン(174)を移送すること(858)は、ピックアンドプレース(PNP:Pick and Place)ステーション(181)を操作することを含む。
任意選択的に、レイアップ片(116)をレイアップパターン(174)に並べること(856)は、レイアップ片(116)を翼外板(900)の形状に並べることを含む。
任意選択的に、レイアップ片(116)をレイアップパターン(174)に並べること(856)は、レイアップ片(116)を胴体外板(1852)の形状に並べることを含む。
任意選択的に、作製すること(854)、並べること(856)、移送すること(858)、及び圧縮すること(860)が、タクトタイムに従って実施される。任意選択的に、タクトタイムが、1つ以上の供給線(191)と同期している。任意選択的に、タクトタイムが、1つ以上の供給線(191)とは別個のものである。
任意選択的に、本方法は、
追加のレイアップパターン(174)をレイアップパターン(174)上に圧縮すること(860)をさらに含む。任意選択的に、追加のレイアップパターン(174)が、レイアップパターン(174)と互い違いになった継ぎ目を形成する。
追加のレイアップパターン(174)をレイアップパターン(174)上に圧縮すること(860)をさらに含む。任意選択的に、追加のレイアップパターン(174)が、レイアップパターン(174)と互い違いになった継ぎ目を形成する。
任意選択的に、本方法は、
プリフォーム(194)がレイアップマンドレル(190)において完成するまで、分割すること(852)、作製すること(854)、並べること(856)、移送すること(858)、及び圧縮すること(860)を反復的に行うこと
をさらに含む。
プリフォーム(194)がレイアップマンドレル(190)において完成するまで、分割すること(852)、作製すること(854)、並べること(856)、移送すること(858)、及び圧縮すること(860)を反復的に行うこと
をさらに含む。
本開示の一態様によれば、先行する実施例のいずれか1つの方法(800)に記載のシステムを使用して組み立てられる、航空機(1902)の一部分が開示される。
本開示の一態様によれは、航空機(1902)の一部分のプリフォーム(194)を作製するためのシステム(100)が開示され、本システムは、
繊維強化材料の広幅物(118-1)のシート(118)を獲得し、当該シートを切り抜いて、境界(119)を有する複数のレイアップ片(116)を形成する広幅物ステーション(110)と、
境界(119)を位置合わせする回転台(150)と、
回転台からのレイアップ片(116)をレイアップパターン(174)で保持するシャトル(170)と、
レイアップパターン(174)をレイアップマンドレル(190)上に移し、レイアップパターン(174)をレイアップマンドレル(190)の輪郭(192)と合うように成形する配置ステーション(181-1)と、
を備える。
繊維強化材料の広幅物(118-1)のシート(118)を獲得し、当該シートを切り抜いて、境界(119)を有する複数のレイアップ片(116)を形成する広幅物ステーション(110)と、
境界(119)を位置合わせする回転台(150)と、
回転台からのレイアップ片(116)をレイアップパターン(174)で保持するシャトル(170)と、
レイアップパターン(174)をレイアップマンドレル(190)上に移し、レイアップパターン(174)をレイアップマンドレル(190)の輪郭(192)と合うように成形する配置ステーション(181-1)と、
を備える。
任意選択的に、レイアップ片(116)の境界(119)は互いに相補的である。
任意選択的に、配置ステーション(181-1)が、レイアップマンドレル(190)において配置されるレイアップパターン(174)のレイアップ片(116)と、他のレイアップパターン(174)のレイアップ片(116)と、の間の互い違いになった継ぎ目(177)を形成する。
任意選択的に、レイアップパターン(174)が、翼外板(900)のためのプライを形成する。
任意選択的に、広幅物ステーションが、シート対してカットを適用し、結果的に、共有される前縁(195)角度及び共有される後縁(197)角度を示すレイアップ片(116)が得られる。
任意選択的に、回転台(150)が、共通の角度に対してレイアップ片(116)の前縁(195)を配向することで、レイアップ片(116)を回転させる。
任意選択的に、各レイアップ片(116)が、レイアップパターン(174)の1ゾーン(902)を占める。
任意選択的に、配置ステーション(181-1)が、レイアップパターン(174)に真空を適用することで、レイアップパターン(174)を成形する。
任意選択的に、レイアップパターン(174)が、翼外板(900)のための形状を形成する。
任意選択的に、レイアップパターン(174)が、胴体外板(1852)のための形状を形成する。
任意選択的に、レイアップパターン(174)が、繊維強化材料の広幅物(118-1)の複数のプライ(175)を含む。
任意選択的に、配置ステーション(181-1)が、レイアップ片(116)をジャスト・イン・タイム(JIT:Just In Time)方式で配置する。
任意選択的に、配置ステーション(181-1)が、レイアップパターン(174)を成形しかつレイアップパターン(174)を移送するキャリア(180)を含む。
任意選択的に、プリフォーム(194)がレイアップマンドレル(190)において完成するまで、広幅物ステーション(110)、回転台(150)、シャトル(170)が反復的に稼働する。
本開示の一態様によれば、先行する実施例のいずれか1つに記載のシステムを使用した、航空機(1902)の一部分の作製が開示される。
本明細書に記載されているのは特定の実施形態であるが、本開示の範囲は、それら特定の実施形態に限定されるものではない。本開示の範囲は、以下の特許請求項の範囲によって規定される。
Claims (15)
- 航空機(1902)の一部分のためのプリフォーム(194)を作製する方法(800)であって、
繊維強化材料の広幅物のシート(118)を獲得すること(802)と、
前記シート(118)を切り抜いて(804)、境界(119)を有するレイアップ片(116)を形成することと、
前記境界(119)を位置合わせすること(806)と、
前記レイアップ片(116)をレイアップパターン(174)に並べて(808)、プライ(175)を形成することと、
前記レイアップパターン(174)をレイアップマンドレル(190)上に移送する配置工程を実施すること(810)と、
前記レイアップマンドレル(190)の輪郭(192)に合うように、前記レイアップパターン(174)を成形すること(812)と、
を含み、
前記切り抜くことは、翼外板(900)の前縁(195)角度又は前記翼外板(900)の後縁(197)角度に対応する角度で、前記シート(118)の全体幅に亘るストレートカット(113、115)を適用すること
を含む、方法(800)。 - 前記レイアップ片(116)の前記境界(119)は互いに相補的である、請求項1に記載の方法(800)。
- 前記配置工程を実施すること(810)が、レイアップマンドレル(190)において配置されるレイアップパターン(174)のレイアップ片(116)と、他のレイアップパターン(174)のレイアップ片(116)と、の間の互い違いになった継ぎ目を形成する、請求項1又は2に記載の方法(800)。
- 前記シート(118)を切り抜くこと(804)によって、共有される前縁角度及び共有される後縁角度を示す前記レイアップ片(116)が得られ、前記レイアップパターン(174)に並べられる間、前記レイアップ片(116)が互いに当接する、請求項1、2又は3に記載の方法(800)。
- 前記境界(119)を位置合わせすること(806)は、共通の角度に対して前記レイアップ片(116)の前縁を配向することで前記レイアップ片(116)を回転させることを含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法(800)。
- 前記境界(119)を位置合わせすること(806)は、共通の角度に対して前記レイアップ片(116)の後縁を配向することで前記レイアップ片(116)を回転させることを含み、及び/又は、
共有される前記前縁角度と共有される前記後縁角度との和が180°と等しくなく、及び/又は、
各レイアップ片(116)が、前記レイアップパターン(119)の1ゾーン(902)を占める、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法(800)。 - 前記レイアップパターン(174)が、翼外板(900)のためのプライ(175)を形成し、及び/又は、
前記レイアップパターン(174)を成形すること(812)が、前記配置する(806)工程を実施する間に、キャリア(180)を介して前記レイアップパターンに真空を適用することを含み、及び/又は、
前記レイアップ片(116)を前記レイアップパターン(174)に並べること(808)が、前記レイアップ片(116)を翼外板(900)のための少なくとも1つのプライ(175)の形状に並べることを含み、及び/又は、
前記レイアップ片(116)を前記レイアップパターン(174)に並べること(808)が、前記レイアップ片(116)を胴体外板(1852)のための少なくとも1つのプライ(175)の形状に並べることを含み、及び/又は、
獲得すること(802)、切り抜くこと(804)、配置すること(806)、並べること(808)、実施すること(810)、及び成形すること(812)という前記工程が、作業のパルスの後には一時停止が続きパルス方式で同期を取って稼働する組み立てライン(100)のステーションを介して実施され、及び/又は、
前記レイアップパターン(174)を成形すること(812)が、前記配置工程を実施する(810)ためのキャリア(180)によって実施され、及び/又は、
前記レイアップパターン(174)の配置工程を実施すること(810)が、ジャスト・イン・タイム(JIT:Just In Time)方式で行われ、及び/又は、
前記配置工程を実施する(810)前に、追加のレイアップパターン(174)をレイアップパターン(174)上に並べること(808)、及び/又は、
プリフォーム(194)が前記レイアップマンドレル(190)において完成するまで、切り抜くこと(804)、配置すること(806)、並べること(808)、実施すること(810)、及び成形すること(812)を反復的に行うこと
をさらに含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法(800)。 - 獲得すること(802)、切り抜くこと(804)、配置すること(806)、配置すること(808)、実施すること(810)、及び成形すること(812)という前記工程が、タクトタイムに従って実施される、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法(800)。
- 前記タクトタイムが1つ以上の供給線(191)と同期しており、及び/又は、
前記タクトタイムが、1つ以上の供給線(191)とは別個のものである、請求項8に記載の方法(800)。 - 請求項1から9のいずれか一項に記載の方法(850)であって、
複合材構造をゾーン(902)に分割すること(852)と、
前記ゾーン(902)のそれぞれのためにレイアップ片(116)を作製すること(854)と、
をさらに含み、及び/又は、
各レイアップ片(116)が、前記レイアップパターン(174)の1ゾーン(902)を占め、及び/又は、前記レイアップパターン(174)を移送すること(858)が、ピックアンドプレース(PNP:Pick and Place)ステーション(181)を操作することを含み、及び/又は、
前記レイアップ片(116)を前記レイアップパターン(174)に並べること(856)が、前記レイアップ片(116)を翼外板(900)の形状に並べることを含み、及び/又は、
前記レイアップ片(116)を前記レイアップパターン(174)に並べること(856)が、前記レイアップ片(116)を胴体外板(1852)の形状に並べることを含み、及び/又は、
前記方法は、
プリフォーム(194)が前記レイアップマンドレル(190)において完成するまで、分割すること(852)、作製すること(854)、並べること(856)、移送すること(858)、及び圧縮すること(860)を反復的に行うこと含み、
及び/又は、
前記方法は、
前記レイアップパターン(174)の端部を、当該端部が前記レイアップマンドレル(190)のための別のレイアップパターン(174)に対して互い違いになるように、前記レイアップマンドレル(190)上に配置すること、及び/又は、
追加のレイアップパターン(174)を前記レイアップパターン(174)上に圧縮する(860)ことであって、好適には、前記追加のレイアップパターン(174)が前記レイアップパターン(174)と互い違いになった継ぎ目を形成する、圧縮する(860)こと
をさらに含む、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法(850)。 - 前記作製すること(854)、前記並べること(856)、前記移送すること(858)、及び前記圧縮すること(860)が、タクトタイムに従って実施され、好適には、
前記タクトタイムが、1つ以上の供給線(191)と同期しており、及び/又は、
前記タクトタイムが、1つ以上の供給線(191)とは別個のものである、請求項10に記載の方法(850)。 - 請求項1から11のいずれか一項に記載の方法(800)に従って組み立てられた、航空機(1902)の一部分。
- 航空機(1902)の一部分のプリフォーム(194)を作製するためのシステム(100)であって、
繊維強化材料の広幅物(118-1)のシート(118)を獲得し、当該シートを切り抜いて、境界(119)を有する複数のレイアップ片(116)を形成する広幅物ステーション(110)と、
前記境界(119)を位置合わせする回転台(150)と、
前記回転台からのレイアップ片(116)をレイアップパターン(174)で保持するシャトル(170)と、
前記レイアップパターン(174)をレイアップマンドレル(190)上に移し、前記レイアップパターン(174)を前記レイアップマンドレル(190)の輪郭(192)と合うように成形する配置ステーション(181-1)と、
を備え、
前記シートを切り抜くことが、翼外板(900)の前縁(195)角度又は前記翼外板(900)の後縁(197)角度に対応する角度で、前記シート(118)の全体幅に亘るストレートカット(113、115)を適用することを含む、システム(100)。 - 前記レイアップ片(116)の前記境界(119)は互いに相補的であり、及び/又は、
前記配置ステーション(181-1)が、前記レイアップマンドレル(190)において配置される前記レイアップパターン(174)のレイアップ片(116)と、他のレイアップパターン(174)のレイアップ片(116)と、の間の互い違いになった継ぎ目(177)を形成し、及び/又は、
前記レイアップパターン(174)が、翼外板(900)のためのプライを形成し、及び/又は、
前記回転台(150)が、共通の角度に対して前記レイアップ片(116)の前縁(195)を配向することで、前記レイアップ片(116)を回転させ、及び/又は、
共有される前記前縁角度と共有される前記後縁角度との和が180°と等しくなく、及び/又は、
各レイアップ片(116)が、前記レイアップパターン(174)の1ゾーン(902)を占め、及び/又は、
前記配置ステーション(181-1)が、前記レイアップパターン(174)に真空を適用することで、前記レイアップパターン(174)を成形し、及び/又は、
前記レイアップパターン(174)が、翼外板(900)のための形状を形成し、及び/又は、
前記レイアップパターン(174)が、胴体外板(1852)のための形状を形成し、及び/又は、
前記レイアップパターン(174)が、前記繊維強化材料の広幅物(118-1)の複数のプライ(175)を含み、及び/又は、
前記配置ステーション(181-1)が、前記レイアップ片(116)をジャスト・イン・タイム(JIT:Just In Time)方式で配置し、及び/又は、
前記配置ステーション(181-1)が、前記レイアップパターン(174)を成形しかつ前記レイアップパターン(174)を移送するキャリア(180)を含み、及び/又は、
プリフォーム(194)が前記レイアップマンドレル(190)において完成するまで、前記広幅物ステーション(110)、前記回転台(150)、前記シャトル(170)が反復的に稼働し、及び/又は、
前記広幅物ステーションが、前記シート対してカットを適用し、結果的に、共有される前縁(195)角度及び共有される後縁(197)角度を示すレイアップ片(116)が得られる、請求項13に記載のシステム(100)。 - 請求項13又は14に記載のシステム(100)を使用した、航空機(1902)の一部分の作製。
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