Por Dentro do AeroDef: Tendências e Previsões de Manufatura Inteligente

Manufatura inteligente está transformando manufatura A&D à medida que mais empresas adotam automação, inteligência artificial e robótica. Alguns fabricantes também estão focados em eliminar as chamadas ilhas de automação e integrar a tecnologia através de processos inteiros. Mas mesmo enquanto fabricantes adotam a mais nova tecnologia digital, muitos permanecem focados em desenvolver novos materiais, e com razão. Materiais compostos e materiais usados em hipersônicos permanecem críticos. Também importante: garantir um pipeline de talentos robusto e/ou implantar tecnologias que possam mitigar o desafio de escassez de trabalhadores.

À medida que todos trabalhamos para emergir da pandemia, gerentes e trabalhadores de manufatura se tornaram confiantes no uso de tecnologias remotas; o desafio será equilibrar trabalho remoto e presencial. Aqui, fornecemos acesso a membros do comitê executivo para o evento AeroDef da SME. Pedimos a eles para fornecer exemplos de discussões acontecendo em salas de conselho de empresas A&D.

A linha final: nunca houve um momento melhor para estar envolvido em manufatura A&D.

Bill Bigot, VP de desenvolvimento de negócios, JR Automation

Quais lições, desafios e melhorias emergiram da pandemia?

Quem sabe se a próxima coisa vai ser uma pandemia? Qualquer evento que cause falta indevida de recursos ou incapacidade de equipe adequadamente os recursos é um desafio. Estamos colocando nossos processos através do rigor de verificar que as pessoas estão ficando boas em trabalhar de casa. Infelizmente para manufatura, quase todos nossos processos precisam ser feitos dentro do prédio. Estamos fazendo um bom trabalho em manufatura de revisar o que está acontecendo e pensar em como se virar com menos pessoas.

Quais desafios a indústria aeroespacial está enfrentando?

Está aumentando produção mas possivelmente sem o mesmo número de trabalhadores ou as habilidades daqueles trabalhadores podem ter diminuído muito enquanto fora do trabalho. Há menos pessoas dispostas a assumir estas posições.

Fabricantes estão tendo dificuldade em atender a demanda que veem vindo. Eles também têm que encontrar maneiras de manter distanciamento social. Dezoito meses atrás, fabricantes podiam ter seis pessoas em uma célula pequena. Agora você não pode fazer isso.

Você tem que encontrar maneiras de apoiar pessoas e ajudá-las a ser produtivas com menos pessoas trabalhando e menos interação.

A forma como estamos enfrentando esse desafio é com muita robótica e sistemas de transporte automatizados. No passado, alguém podia ter caminhado até lá e pego uma peça. Agora aquele trabalho pode ser feito por um sistema de transporte.

Estamos vendo mais robôs colaborativos (cobots) trabalhando com humanos em uma fábrica. A pandemia acelerou aquele movimento para produzir mais com menos custo. Não estamos tentando eliminar empregos, mas aumentar empregos e tornar pessoas fazendo os empregos mais produtivas.

Quais são as oportunidades na aeroespacial?

Máquinas também estão ficando mais inteligentes e capazes de monitorar suas próprias necessidades de manutenção em vez de um humano vigiando a saúde da máquina. A máquina está te avisando, "Vou precisar de alguma manutenção nas próximas duas semanas." Então, você pode agendar aquela manutenção em um tempo que é conveniente em oposição a apenas acontecer e a linha parar.

O que você vê acontecendo do outro lado da pandemia?

COVID realmente sacudiu a indústria de manufatura inteira. Infelizmente, levou uma pandemia para trazer algumas destas coisas à tona.

Fabricantes estão agora olhando de perto o layout do caminho que um produto leva através da fábrica — quantas interações humanas tem? Está recebendo muita atenção de engenharia.

Isso tem sido falado por anos, mas COVID trouxe para a frente. De repente, fabricantes começaram a ver as inconsistências e dificuldades em seus processos saltarem como um dedo machucado.

Onde a automação está ganhando mais tração?

Para fabricantes Nível 3, automação é definitivamente útil; vemos um pouco menos em fornecedores Nível 1. Nível 2 é definitivamente o ponto ideal.

Automação realmente brilha quando você tem alta vazão, alto volume, muitas variantes e muita variabilidade potencial em tempo e qualidade.

Quanto maiores as peças ficam, menos variantes há delas. Fabricantes Nível 2 fazem muitas peças menores em quantidades de centenas de milhares.

Há mais de 25.000 chapas de porca em um Boeing 737. Cada chapa de porca leva três e meio a seis minutos para colocar. Isso é muito tempo colocando chapas de porca em aeronaves.

Minha empresa está focando em um produto para colocar uma chapa de porca em 20 a 30 segundos.

Uma das coisas que humanos introduzem em manufatura é variabilidade em vazão. Trabalhador A pode fazer 2.000 peças por dia enquanto Trabalhador B faz apenas 1.500.

Humanos também têm pausa da manhã, pausa de almoço e dias de PTO. Robôs não têm essas características.

Envolvimento humano no processo ainda é crítico. Humanos podem supervisionar automação e melhorar qualidade.

O que vem a seguir para automação em manufatura aeroespacial de defesa?

Processos de manufatura de aeronaves têm sido notoriamente manuais. Então, pessoas disseram, "Deveríamos automatizar", e construíram uma célula de automação como unidade autônoma. Outros processos antes e depois daquela célula ainda eram manuais. Com o tempo, três ou quatro células mais foram convertidas de manual para automação. Agora, estamos sempre movendo de uma célula para a próxima, com cada célula projetada independentemente.

Agora, fabricantes estão olhando como projetar um componente e o processo de manufatura para que automação continue através do processo todo. Fabricantes também estão trabalhando para projetar ferramentais inteligentes para adaptar a vários passos nos processos e mover com a peça através de montagem.

Agora, por exemplo, uma porta de carga pode mover para dentro e fora de um ferramental em cada célula. O risco de dano sobe cada vez que você tem que tocar aquela peça movendo-a para dentro e fora do ferramental. A célula inteligente, no entanto, faz quatro coisas em uma célula. Antes, os trabalhadores entendiam apenas a uma tarefa em sua célula. Se um de seus colegas liga doente, aquela pessoa não vai ser muito boa nas outras células. Ao quebrar ilhas de automação, você permite uma força de trabalho mais flexível. Se uma pessoa sabe como rodar uma célula e aquela célula roda três coisas, agora o conjunto de habilidades daquela pessoa subiu. Eles têm a habilidade de ser mais flexíveis e manusear mais partes do processo de manufatura.

John Russell, chefe da filial de tecnologia de estruturas do Laboratório de Pesquisa da Força Aérea

Quais lições, desafios e melhorias emergiram da pandemia?

O primeiro mês da pandemia foi instável. Nossa infraestrutura de TI não tinha se adaptado ainda para lidar com a carga. Ao longo do primeiro mês, nossa gente de TI adicionou ferramentas — Microsoft Teams, conta Zoom governamental — que nos permitiram trabalhar na rede da Força Aérea de casa.

Fiquei realmente impressionado com a habilidade de nossa força de trabalho lidar com trabalho de casa. Conforme temos pegado o jeito de todos os protocolos de trabalhar neste ambiente, estamos chegando perto do normal.

Minha grande preocupação é a falta de conversas aleatórias de corredor e a falta de reuniões com parceiros externos. Realmente espero que sejamos capazes de começar a viajar de novo. Ser capaz de ir a conferências e encontrar com parceiros industriais irá longe para entender quais são as necessidades enfrentando manufatura.

Quais desafios a indústria aeroespacial está enfrentando?

Trinta anos atrás, materiais compostos eram o tópico quente. Hoje é IA, computação quântica, nomeie sua palavra-chave no espaço de tecnologia. É onde pessoas estão e deveriam estar fazendo investimentos.

Mas é nosso trabalho também continuar a focar em materiais e manufatura. Ainda vamos voar aviões e fazer nosso melhor para fazer estruturas mais leves, ir mais longe e carregar mais carga útil. Compostos permanecem importantes. Pessoas viram o sucesso de compostos usados no 787 (que é 50% compostos por peso). Sempre vai haver necessidade de estruturas melhoradas.

Onde estão as oportunidades na aeroespacial?

Agora, a Força Aérea tem muitas aeronaves caras que custam multi-bilhões de dólares e são difíceis de substituir se abatidas. Estamos pensando sobre uma nova classe de aviões que inverte a equação de custo. Aeronaves atritáveis (termo descrevendo geralmente aeronaves não tripuladas projetadas para expendabilidade e significativamente menos horas de voo) trocam uso de longo prazo por custos drasticamente reduzidos. Estamos olhando tecnologias saindo dos setores automotivo e marinho para ver se podemos usar aqueles processos em aeroespacial. Aeronaves atritáveis custam menos, são projetadas para voar menos horas, e são fáceis de substituir. Um exemplo é o demonstrador não tripulado XQ-58A Valkyrie. Outro é o Boeing Loyal Wingman. Se forem abatidos ou quebrarem, são fáceis de substituir. Poderíamos viver com atrito e apenas construir mais. Este novo conceito abre a porta para uma nova forma de pensar sobre como você projeta aviões. Precisaremos repensar o processo de certificação baseado em projetar aeronaves baseadas em apenas milhares de horas de carga útil em vez de anos e anos. Se uma aeronave vai voar 40.000 horas, fadiga vai ser uma questão. Você provavelmente não tem que se preocupar com uma aeronave passando por fadiga se vai voar apenas 2.000 horas. O programa de certificação de aeronave poderia ser mais flexível para aviões de baixa hora de voo.

Quais outros desenvolvimentos tecnológicos transformadores e disruptivos?

Aplicações para otimização de topologia (projetar peças para colocar material de carga apenas onde a carga será carregada) estão se expandindo. No passado, otimização de topologia focou em peças pequenas. Estamos pegando aquele conceito e escalando para a aeronave inteira. Feito corretamente, isso tem potencial para reduzir dramaticamente peso estrutural da aeronave. Ainda temos que descobrir como pegar estes diferentes layouts estruturais e casá-los com o layout prático do avião. O conceito também precisa ser manufaturável: o desafio é como integrar esta ideia em um design real de avião.

O que você vê acontecendo do outro lado da pandemia?

Minha própria força de trabalho provavelmente será uma mistura de escritório e teletrabalho. Se alguém pode ser eficaz em casa, podemos tratá-los como adultos e fazê-los vir apenas se tiverem problema com seu computador. Viagem de negócios vai ser lenta para aumentar, partly porque ferramentas de vídeo são muito melhores e também porque haverá orientação priorizando viagem crítica de missão. Podemos não ver conferências voltarem a capacidade total até algum momento em 2022. Não há ponto em viajar para ver seu parceiro industrial se eles ainda estão trabalhando de casa.

Em que partes de manufatura aeroespacial e defesa a automação está ganhando mais tração?

Vai haver tantas mais aeronaves em produção que pessoas vão estar lutando umas com as outras para conseguir mão de obra qualificada vir para suas instalações. Fabricantes vão estar pensando sobre como podem usar robôs mais efetivamente.

Mick Maher, presidente da Maher & Associates, anteriormente de DARPA e Laboratório de Pesquisa do Exército dos EUA

Quais lições, desafios e melhorias emergiram da pandemia?

Um dos desafios estava trabalhando em todas as plataformas de trabalho e videoconferência — Zoom, Teams, Webex, BlueJeans, Google Meet, Go-to-Meeting — mantendo o controle de para onde o governo estava indo com todo o software de reunião e tentando acompanhar. Quando a pandemia primeiro começou, houve um scramble sobre o que ia fazer com nosso negócio. Olhamos para novas áreas para nos envolver. Uma área que focamos foi trabalho de consultoria/testemunha especialista para suplementar nosso negócio de materiais avançados e manufatura. Demos passos drásticos cedo. Começando em março de 2020, fizemos um push hardcore para entrar em áreas diferentes, adjacentes. Expandimos para consultoria de gestão, desempenho de armadura, programas de teste, desenvolvimento de proposta e ajudando startups. Em anos anteriores, experimentamos 15% de crescimento. Durante a pandemia, crescemos 30%, como resultado de entrar em pânico e expandir os mercados em que trabalhávamos. Sem aquela expansão, provavelmente teríamos experimentado redução de 10-20% em receita. De fato, nossas áreas de consultoria tradicionais de nosso negócio regrediram 10%.

Quais desafios a indústria aeroespacial está enfrentando?

Fazer pessoas voltarem ao espaço de trabalho físico. No início com a pandemia, todo mundo estava scrambling para descobrir como trabalhar remotamente. Pessoas se acostumaram a trabalhar dias de 16 horas de casa, e no meio da pandemia empresas pareciam ver benefícios de produtividade. Para o final, pessoas estão começando a queimar um pouco. Conforme tentamos voltar ao trabalho, acho que pessoas vão preferir método híbrido com algum remoto e algum tempo no escritório. Mas você tem que fazer de um jeito que é justo. Alguns empregos você tem que estar lá pessoalmente. Para as pessoas que não têm a flexibilidade de trabalhar de casa, talvez seja compensação na forma de semana de trabalho reduzida, 35 horas em vez de 40. Também, jovens entrando na força de trabalho foram particularmente desafiados porque não tiveram a oportunidade de ser mentorados.

Indo adiante, a indústria será desafiada a encontrar o talento que precisam. Conheço muitos estudantes que estavam tirando um ano de folga. Adicione isso às universidades que já estavam lutando financeiramente e temos uma classe inteira, talvez várias, onde a experiência educacional e oportunidades de pesquisa foi diminuída. Já sabemos que as escolas maiores estão vendo matrícula cair mesmo conforme saímos da pandemia.

Em que partes de manufatura aeroespacial/defesa a automação está ganhando mais tração?

Enquanto coisas estavam para baixo e lentas, muitas fábricas retrofitataram. Você tem uma linha que está para baixo: essa é a oportunidade perfeita para retrofitá-la versus tentar retrofitá-la enquanto sua produção está rodando. Fabricantes estão antecipando uma lacuna de habilidades da força de trabalho, e aproveitar automação ajudará a preencher a lacuna.

Onde manufatura aeroespacial/defesa precisa se tornar mais ágil?

Políticas de teste, certificação e qualidade. Elas são muito orientadas a processo e tipicamente estão no final — depois de todo o custo ter sido incorrido para seja o design ou o componente.

A frente de manufatura fez um trabalho realmente ótimo de conseguir coisas construídas mais rápido e responder a mudanças. Quando você chega ao teste e garantia de qualidade no final, você não viu a eficiência que existe no início e meio do processo. A comunidade de teste está apenas começando a aproveitar as ferramentas computacionais, modelos e simulações que ajudam com vazão mais rápida e custos mais baixos.

O que você vê acontecendo do outro lado da pandemia?

Conforme saímos da pandemia, acho que estamos posicionados para maior crescimento. Há muitas coisas que impulsionam crescimento, incluindo política governamental. Minha preocupação é que, dependendo das políticas que passarem, crescimento poderia ser impedido. Política de imposto vai ser uma questão. Me preocupo com inflação afetando negócios indo adiante. O jeito que trazemos novas pessoas a bordo, isso vai mudar? Vão haver regulamentações impostas em negócios que atrapalhem nossa habilidade de funcionar?

Leslie Cohen, líder no uso de compostos em aeroespacial, agora conselheira sênior na Maher & Associates, e anteriormente com McDonnell Douglas e HITCO.

Quais lições/desafios/melhorias emergiram da pandemia?

Muitas empresas foram para semanas de trabalho reduzidas e fecharam. Isso é uma questão contínua na cadeia de suprimentos para nível uns e OEMs que estão tentando entregar hardware. Agora que estamos re-emergindo e voltando ao trabalho lentamente, vai haver solavancos de startup. Temos que definir nossas taxas de build de uma maneira que reconheça isso. É quase como fazer seu primeiro artigo. Também temos que reconhecer que muitos de nossos fornecedores saíram do negócio porque não podiam sobreviver a realidade econômica de ficar em existência com pouco ou nenhum negócio. Vamos ter uma cadeia de suprimentos que foi danificada. Outros desafios incluem necessidade de melhores materiais elastoméricos e vedações dentro de manufatura aditiva, necessidade de filmes de cura rápida e/ou adesivos sensíveis à pressão com resistência a fluidos de aeronaves e melhor adesão a superfícies limpas, revestimentos de desgaste de alta temperatura, e revestimentos que são resistentes a dietileno glicol monometil éter não baseados em silicone (DiEGME).

Onde estão as oportunidades na aeroespacial?

Materiais envolvidos em hipersônicos. Precisamos garantir que podemos interceptar ameaças hipersônicas vindo de outras nações e matar/interceptar/destruir aquelas ameaças. Aquelas ameaças podem estar vindo em nós a Mach 5. Por causa daquelas velocidades, precisamos desenvolver mais materiais que podem segurar juntos em temperaturas e pressões mais altas. Temos muitos materiais para escolher até chegarmos a 2.500 F. Então fica mais limitado até 5.000 F. Precisamos colocar mais esforço em desenvolver tecnologia de materiais para aquelas temperaturas mais altas. Precisamos investir em cerâmicas ultra alta temperatura. Mas não muitas empresas podem fazer aquele trabalho.

Outras oportunidades incluem ensacamento a vácuo para reduzir mão de obra toque e variabilidade de manufatura, aquecimento fora de autoclave para aquecer peças complexas, máquinas de colocação automatizada de fita e fibra para aumentar produtividade, e técnicas de fábrica virtual incluindo inspeção digital.

Onde manufatura aeroespacial e defesa precisa se tornar mais ágil?

Cortar tempo de inspeção enquanto retém garantia de qualidade. Inspecionar asa de alta performance para avião militar pode levar um técnico Nível 2 oito a 10 horas e um técnico Nível 3 outras 8 a 10 horas para interpretar resultados. Você está lidando com 5% do custo. O governo federal está investindo em tecnologia para fazer reconhecimento automático de defeitos. Uma empresa do Texas, TRI-Austin, está desenvolvendo software de modelagem que inspeciona asa de avião em 10 a 12 minutos. Em um teste envolvendo 160 asas, o software de modelagem inspecionou uma asa em cinco a 10 minutos. O gêmeo digital concluiu que a maior parte da asa estava bem mas identificou um problema em canto superior direito além de suas capacidades e recomendou que um técnico Nível 3 verificasse a questão. Resultados foram idênticos à inspeção humana mas raspou 80% do tempo. Isso corta o custo pela metade.

Kelly Dodds, Diretora de Tecnologia de Manufatura Avançada, Raytheon Space and Airborne Systems

Quais lições, desafios e melhorias emergiram da pandemia?

Quando a pandemia atingiu, estávamos completando uma fusão com United Technologies Corp, e eu estava nas trincheiras com liderança.

O que observei foi incrível. Como indústria, nos adaptamos de maneiras incríveis para manter produtividade e saída para nossos clientes durante COVID. Indústria agora está acelerando para fora das profundezas da pandemia com novas ferramentas, novas eficiências, e novos métodos aprendidos durante a pandemia.

Desenvolvemos nova tecnologia, novos processos e novos procedimentos. Mudamos como vamos trabalhar no futuro com trabalho remoto e lidando com COVID. Fomos empurrados para o mundo Zoom.

Indústria descobriu como lidar com COVID com procedimentos como escaneamento de temperatura e distanciamento social. A mudança impulsionada por COVID para trabalho flexível permitirá a indústria aeroespacial acessar pools de talento geograficamente mais diversos, anteriormente não acessíveis, e dar a muitos de nossos funcionários atuais a flexibilidade que precisam para melhor habilitar suas atividades trabalho/vida.

Onde estão as oportunidades na aeroespacial e defesa?

O ritmo de inovar e construir produtos para atender demanda do cliente está pegando velocidade.

No lado de defesa, acho que estamos acelerando o ritmo de inovar e colocar produtos em campo, para assegurar que estamos fornecendo capacidades do cliente na velocidade da relevância.

Em meus 20 anos na indústria aeroespacial e de defesa, nunca vi mais foco em avançar o jeito que engenhamos, desenvolvemos e manufaturamos produtos.

Esta mudança é para atender necessidades de nossos clientes, assim como para eficiências competitivas e valor para acionistas.

Transformação digital de engenharia e os aspectos digitais e de automação da Indústria 4.0 estão transformando como produtos são projetados e transicionados para prototipagem e manufatura.

Quais desafios a indústria aeroespacial e defesa enfrenta?

Como meu foco é Indústria 4.0 e manufatura avançada, direi que o pipeline e desenvolvimento de talento nos campos técnicos de manufatura é um esforço crítico que todos deveríamos nos reunir em torno.

Como você cria a próxima geração de talento técnico e de engenharia de manufatura?

Estamos trabalhando para desenvolver aquele pipeline de talento para que cinco, 10, 20 anos adiante tenhamos um pipeline robusto de ciência e engenharia de manufatura, além de desenvolver habilidades de linha de frente na fábrica.

Inovação e mudança não vêm de máquinas; vem de pessoas.

Cibersegurança é outro desafio. Qualquer vez que você menciona a palavra digital, você melhor mencionar a palavra cibersegurança.

A superfície de ataque criada por cada dispositivo e o crescimento rápido e implementação de dispositivos conectados representam um desafio.

Precisamos de cibersegurança robusta que proteja elementos críticos mas também tecnologia de cibersegurança, arquitetura, processos humanos, e metodologias que habilitem inovação rápida e tempo para valor.

Empresas simultaneamente têm que ser capazes de alavancar dispositivos conectados, mover rápido, e ficar protegidas.

Quais desenvolvimentos transformadores/disruptivos estão em andamento?

Cinco anos atrás, quando peguei minha posição em manufatura avançada, engenharia digital, fio digital e Indústria 4.0 eram palavras-chave aspiracionais na franja de conversas de tecnólogos.

Hoje temos uma organização corporativa chamada Indústria 4.0.

O ritmo já rápido de avanços digitais está acelerando. COVID e o novo ambiente de trabalho vão mudar a natureza de redes sociais e de comunicação — algumas criadas, algumas perdidas, algumas fortalecidas.

Será importante aproveitar os benefícios que aumentam inovação enquanto minimiza quaisquer ventos contrários à inovação, tanto usando métodos e ferramentas de tecnologia quanto considerações humanas/sociais.

Quais áreas estão emergindo como ágeis e flexíveis, e quais áreas precisam se tornar mais?

Uma vez que conectamos dispositivos de manufatura e eles são fáceis de conectar seguramente, temos que chegar àquele ponto onde o chão de fábrica é um ecossistema inteligente — com dispositivos facilmente conectados, ciberseguros como sua casa inteligente mas muito mais seguro — para que não seja um conjunto de habilidade de nicho fazendo todo o trabalho de implementação personalizada.

Precisamos democratizar a habilidade de inovar com Indústria 4.0.

O que você vê acontecendo do outro lado da turbulência da pandemia?

Re-entramos o novo normal com um ambiente de trabalho muito diversificado e um novo toolset para trabalhar juntos, e aceleramos para fora da pandemia com estas novas ferramentas, eficiências e métodos para atender demanda de mercado.

Em que partes de manufatura aeroespacial e defesa a automação está ganhando mais tração?

A fusão de Indústria 4.0 e engenharia digital com filosofias de manufatura e técnicas comprovadas, como manufatura enxuta, está transformando a paisagem de manufatura.

O chão de fábrica se tornou um sistema de sistemas ciber-físicos: É difícil discutir físico sem o digital e vice-versa. Conforme o custo de automação personalizada desce e a habilidade de projetar aquelas soluções rapidamente aumenta, veremos mais e mais implementação em áreas que anteriormente teriam rendido nenhum ROI, e portanto não foram ainda consideradas para automação digital ou física.

Quaisquer pensamentos finais?

Na minha vida, nunca vi um momento melhor para estar em manufatura defesa aeroespacial. A combinação da tecnologia, os produtos, o pipeline de novo talento, a necessidade e o foco em criar uma expertise única em manufatura. Voltando mais de 20 anos, para quando eu estava na escola, as disciplinas conhecidas para a maioria dos estudantes eram as típicas engenharia mecânica e elétrica. Agora há muitos programas STEM relacionados a manufatura, e a lista está crescendo. Este crescimento é crítico para suportar o futuro de manufatura. Todos aqueles programas cresceram e se tornaram mais sofisticados e mais visíveis. Um desenvolvimento chave em currículo é abordagem multi-disciplinar olhando digital, elétrico, físico, controles e robótica, tudo isso no contexto de construir coisas — as coisas de manufatura.