Công nghệ thông minh đằng sau dây chuyền lắp ráp máy bay C919

Loạt sự cố chất lượng sản xuất hàng không nghiêm trọng những năm gần đây, chẳng hạn như bung cửa giữa chuyến bay quên trong thân máy bay, rơi bánh hay lỏng ốc, đã phơi bày những thiếu sót trong dây chuyền của các nhà sản xuất máy bay.

Đó là lý do Trung Quốc hiện đại hóa dây chuyền lắp ráp C919, máy bay chở khách cỡ lớn đầu tiên do nước này tự phát triển.

Tận dụng hệ thống mạng công nghiệp đột phá dựa trên 5G, siêu nhà máy C919 tại Thượng Hải đang thiết lập một tiêu chuẩn mới cho tính toàn vẹn trong sản xuất máy bay, đảm bảo mọi linh kiện, công cụ và kỹ thuật viên đều được giám sát theo thời gian thực.

Trung tâm của hệ thống giám sát mạnh mẽ này là một mạng công nghiệp “cấp độ hiện trường” do các nhà nghiên cứu tại Đại học Giao thông Thượng Hải phát triển cùng Tập đoàn Máy bay Thương mại Trung Quốc (COMAC).

Mạng lưới này tích hợp kết nối không dây 5G với mạng nhạy cảm thời gian (TNS), tạo nên một hạ tầng lai để liên kết mọi cảm biến, robot, công cụ và công nhân trên dây chuyền lắp ráp cuối cùng.

Khác với các mạng lưới nhà máy truyền thống vốn tách biệt thu thập dữ liệu, truyền thông và điều khiển, hệ thống của Trung Quốc hợp nhất tất cả trong một vòng lặp thông minh duy nhất, được gọi là tích hợp "cảm biến - truyền tải - kiểm soát".

Điều này cho phép phản hồi ở mức mili-giây và đảm bảo bất kỳ sai lệch nào so với quy trình chuẩn đều được phát hiện và cảnh báo ngay lập tức.

Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của hệ thống là theo dõi công cụ và linh kiện. Trong lắp ráp máy bay truyền thống, công cụ thường bị thất lạc, chủ yếu do lỗi hoặc sự mệt mỏi của con người.

Điều này từng dẫn đến sự cố kinh hoàng giữa không trung vào năm 2024, khi một tấm che cửa trên chiếc Boeing 737-9 MAX của Alaska Airlines bị bung ra giữa chuyến bay do thiếu bu lông, chỉ vài phút sau khi chiếc máy bay cất cánh từ Portland, Oregon và hướng đến California.

Sự cố gây mất áp suất khoang, nhiều vật dụng bị hút ra ngoài, một số hành khách bị thương và máy bay buộc phải hạ cánh khẩn cấp.

Sau đó, điều tra cho thấy nhật ký kiểm tra thủ công không khớp với công việc thực tế đã thực hiện.

Nhà máy C919 khắc phục vấn đề này bằng mạng lưới cảm biến không dây và tủ công cụ thông minh.

Sử dụng công nghệ giao tiếp độ trễ thấp siêu tin cậy của 5G (uRLLC), hệ thống theo dõi vị trí của từng công cụ trong suốt quá trình lắp ráp. Nếu kỹ thuật viên không tuân thủ hướng dẫn, hệ thống sẽ kích hoạt cảnh báo.

Giáo sư Guan Xinping của Đại học Giao thông Thượng Hải, cho biết với cấu trúc mạng lưới mới, các thiết bị công nghiệp tại xưởng sản xuất được kết nối chặt chẽ, hình thành vòng lặp "cảm biến - truyền tải - kiểm soát" khép kín.

Tuy nhiên, điều này cũng mang lại hai thách thức lớn.

“Các nhiệm vụ sản xuất thay đổi nhanh chóng gây ra biến động bất ngờ về nhu cầu tài nguyên, trong khi tài nguyên tính toán và truyền thông lại cố định, dẫn đến mất cân đối”, nhóm nghiên cứu viết trong báo cáo.

Bên cạnh đó, dữ liệu thu thập từ nhiều nguồn khác nhau có sự chênh lệch lớn về thời gian và không gian, khiến việc đánh giá chính xác trạng thái tổng thể của hệ thống trở nên khó khăn.

Để khắc phục, các nhà khoa học đã phát triển công nghệ bản sao số độ trung thực cao. Đây là một mô hình ảo của máy bay và môi trường lắp ráp, được cập nhật liên tục bằng dữ liệu trực tiếp từ xưởng sản xuất.

Khi công nhân lắp ráp máy bay, hành động của họ được phản chiếu trong bản sao số. Camera và cảm biến chuyển động theo dõi thao tác, trong khi cảm biến không dây như cảm biến góc, con quay hồi chuyển, thước đo laser giám sát tình trạng máy bay.

Theo các nhà nghiên cứu, điều này không chỉ giảm thiểu lỗi chất lượng mà còn đẩy nhanh tiến độ lắp ráp đáng kể.

Ví dụ, khi thử nghiệm hệ thống điều khiển bay, bản sao số so sánh tín hiệu điều khiển từ buồng lái với chuyển động thực tế của cánh lái hoặc cánh nâng. Bất kỳ sự sai lệch nào, chẳng hạn bề mặt không phản ứng đúng, sẽ được cảnh báo tức thì, cho phép kỹ sư chẩn đoán và khắc phục trước khi gây ra chậm trễ nghiêm trọng.

Ngoài ra, mạng 5G còn hỗ trợ phân tích video theo thời gian thực từ hàng trăm camera trong nhà máy. Các thuật toán AI quét hình ảnh để phát hiện hành vi mất an toàn, như thiết bị chưa được cố định hoặc sử dụng bảo hộ sai cách, rồi lập tức cảnh báo giám sát viên.

Trong tương lai, nhóm nghiên cứu cho biết họ đang tích hợp nhiều tối ưu hóa dựa trên AI hơn vào mạng lưới.

"Sự tích hợp sâu sắc giữa các mạng lưới công nghiệp và các mô hình AI lớn có thể dẫn đến một mô hình mới về tối ưu hóa cộng tác tự động dựa trên kiến ​​thức", nhóm nghiên cứu cho hay. "Cùng với tiến trình chiến lược phát triển máy bay cỡ lớn, ngành hàng không dân dụng Trung Quốc đang tăng tốc chuyển mình sang giai đoạn phát triển chất lượng cao, độc lập và tự chủ".

Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh: “C919 không chỉ kết tinh những công nghệ tiên tiến như sản xuất hiện đại, lắp ráp thông minh và hợp tác theo mạng, mà còn đại diện cho bước tiến lớn trong khả năng tích hợp hệ thống phức tạp và quản lý dự án kỹ thuật quy mô lớn của Trung Quốc”.

Ngành hàng không dân dụng Trung Quốc vẫn còn non trẻ. Dự kiến chỉ khoảng 50 chiếc C919 được sản xuất trong năm nay, trong khi Boeing đã bàn giao 348 máy bay thương mại trong năm 2024.