Tagarchief: Elfini

Boeing leert denken in drie dimensies (DI, nr. 9, 24 mei 1994)

KLM_777_PH-BVO_19072015_DSC1733(Streamer)

ONTWERP GEHEEL DRIEDIMENSIONAAL + KLANT NAUW BETROKKEN BIJ ONTWERP

 

(Bovenkop)

Boeing 777 laatste grote civiele vliegtuigproject van deze eeuw

 

(Kop)

Boeing leert denken in drie dimensies

 

(Intro)

‘Het 777-programma betekent voor Boeing dat we terug zijn gegaan naar hoe we ooit begonnen. Toen de hoofdconstructeur aan één tafel zat met de hoofdmecanicien en de klant.’ Bij het ontwerpen van de Boeing 777 werkten 238 teams samen. Voor het eerst is het gehele ontwerp driedimensionaal gemaakt. – Erwin van den Brink –

 

 

Aan honderdduizend mensen was een uitnodiging verstuurd om op 9 april 1994 naar Everett (Washington, VS) te komen om de officiële onthulling te zien van de Boeing 777, het laatste grote civiele vliegtuigproject dat deze eeuw het levenslicht ziet. Bij dit vliegtuig is het Boeinggehalte lager dan bij al zijn voorgangers. Meer dan bij voorgaande projecten heeft Boeing delen van ontwerp en fabricage uitbesteed aan vliegtuigindustrieën in andere landen. De grootste buitenlandse deelnemers in het project komen uit Japan: Mitsubishi, Kawasaki en Fuji, die samen eenvijfde van het vliegtuig hebben ontworpen en zullen produceren.

Nieuw was dat voor het eerst het gehele ontwerp driedimensionaal is gemaakt en vastgelegd in computergeheugen in plaats van tweedimensionaal op papier. Het grootste probleem was volgens de hoofdconstructeur van het 777-project, Ronald A. Ostrowski, ‘om het menselijk denken om te schakelen van twee- naar driedimensionaal’. Er is gebruik gemaakt van computerprogramma’s zoals Catia (computer aided three dimensional interactive application) en Elfini (finite element analysis).

Er waren maar liefst 238 ontwerp/bouwteams die zich met verschillende aspecten en onderdelen van het vliegtuigontwerp bezighielden. In elk van die teams was behalve de constructieafdeling ook de produktie, de inkoop en de klantenondersteuning vertegenwoordigd, kortom de hele ‘levenscyclus’ van het project. De teams wisselden hun gegevens voortdurend uit via een gemeenschappelijke database in een supercomputer. ‘Het 777-programma betekent voor Boeing dat we terug zijn gegaan naar hoe we ooit begonnen. Toen de hoofdconstructeur aan één tafel zat met de hoofdmecanicien en de klant’, zegt Alan Mulally, hoofd van de 777-divisie van de Boeing Commercial Airplane Group.

 

Fly by wire

Omdat alle technische disciplines (vliegtuigconstructie, -systemen, aërodynamica en dergelijke) in dezelfde database werkten, was het direct duidelijk wanneer delen die niet passend waren aan het ontwerp werden toegevoegd. De feedback vanuit de database maakte iedere ontwerper er direct via zijn werkstation attent op als hij tegenstrijdigheden, ongerijmdheden teweegbracht in het totaalontwerp. Het resultaat was bijvoorbeeld dat op een totale lengte van 209 voet en 1 inch bij de lasergestuurde samenbouw van de eerste rompsegmenten bleek dat de maatafwijking van de totale romp niet groter was dan 0,023 inch, terwijl een afwijking van 0,5 inch bij de toe nu toe gevolgde ontwerpmethode niet ongebruikelijk was.

De bedoeling was om een vliegtuig te ontwerpen dat in de praktijk vanaf het eerste begin volledig beantwoordt aan de ontwerpdoelstellingen, waarin zich geen aanloopproblemen, verborgen gebreken, kinderziekten of wat dies meer zij openbaren.

Voor het valideren van grote delen van het ontwerp blijven echter praktijkproeven nodig. Daarom bouwde Boeing voor 500 miljoen dollar een laboratorium waar het totaal van de systemen in het vliegtuig wordt getest en gevalideerd. Vroeger werd daarvoor het eerste prototype op de grond gebruikt. Het laboratorium bestaat uit een staketsel, bijgenaamd ‘de ijzeren vogel’. Daarin bevinden zich de besturingsmechanismen van de stabilisatievlakken en van de linkervleugel.

De 777 is Boeings eerste ‘fly by wire’-vliegtuig. De overbrenging van de besturingscommando’s naar de stuurvlakken en de terugkoppeling van de krachten van buitenaf naar de stuurkolom gebeurt niet meer mechanisch, via stalen kabels, maar door middel van computergestuurde elektrische signalen.

Het driedimensionaal ontwerpen maakte wél de bouw van een duur model op ware grootte overbodig. Ook een dergelijke ‘mock up’ bood in het verleden geen waterdichte garantie dat alle deelontwerpen samen een naadloos passend geheel zouden vormen. Wat het aantal misconfiguraties betreft – het niet op of in elkaar passen van aansluitende onderdelen, bekabeling op de verkeerde plaats en dergelijke – scoorde de 777 ongeveer 50 tot 80 procent beter dan voorgaande ontwerpen.

 

Inbreng van klanten

Omdat minder fouten hersteld hoefden te worden, ontstond in het ontwerpproces ruimte om meer externe informatie te betrekken. Vanaf het prille begin namen zowel luchtvaartmaatschappijen (als toekomstige gebruikers) als toeleveranciers en onderaannemers actief deel in het ontwerpproces. Ook dat leidt weer tot een beter produkt. Deze bedrijven detacheerden mensen met specifieke gebruikers- en fabricagekennis op de ontwerpafdeling van Boeing. De fabrikant spreekt van ‘customer design’, de klant als ontwerper.

‘Wij weten letterlijk alles van dit vliegtuig’, zegt Gordon McKinzie van United Air Lines die de afgelopen drieëneenhalf jaar bij Boeing heeft vertoefd. ‘In de 777 is zoveel betrouwbaarheid gestopt door de luchtvaartmaatschappijen, dat er geen onaangename verrassingen te verwachten zijn na de ingebruikname.’

Uit de intensieve dialoog met de klanten bleek dat veel voorzieningen in het vliegtuig, die Boeing aanbood als extra’s, door zóveel klanten worden gekozen dat het goedkoper is die standaard in te bouwen in plaats van op verzoek. In totaal zijn tachtig van zulke voorzieningen (waaronder satellietcommunicatie en -navigatie) in het basisontwerp opgenomen.

Het resultaat van dit alles moet een vliegtuig zijn dat aan alle verwachtingen voldoet – waarin zich geen kinderziekten zullen openbaren. McKinzie: ‘In juni 1993 zijn onze inspecteurs in Wichita geweest waar Boeing de neussectie bouwt. Ze konden geen tekortkomingen ontdekken. Dat is nog nooit eerder voorgekomen.’

 

Capaciteit

Ook in de ontwerpfilosofie om ‘het volmaakte’ vliegtuig af te leveren, past de bijzonderheid dat het vliegtuig vanaf het moment dat het in dienst wordt genomen zogenaamde etops-vluchten (extended twin operations) mag maken. Dat zijn vluchten waarbij de dichtstbijzijnde uitwijkhaven in geval van het uitvallen van een der motoren maximaal drie uur vliegen verwijderd mag zijn. Onder verkeersvliegers, die zulke vluchten nu op drie- of viermotorige vliegtuigen maken, is 180 minuten etops niet onomstreden. Boeing beroept zich op de toegenomen betrouwbaarheid van nieuwe straalmotoren, uitgedrukt in een verlaagde ‘engine shut down rate’. Tot nu toe kennen luchtvaartdiensten etops in speciale gevallen toe aan luchtvaartmaatschappijen, mede op grond van gebleken betrouwbare vluchtuitvoering. Boeing wil etops meeleveren als een technische standaardspecificatie van de 777.

Daarvoor wordt een uitvoerig testprogramma opgezet waarbij elf vliegtuigen zijn betrokken: vijf vliegtuigen met Pratt & Whitney PW4084 motoren (ten behoeve van de eerste klant, United), twee vliegtuigen met General Electric GE90-motoren en twee vliegtuigen met Rolls Royce Trent-880 motoren. Ten slotte zijn er twee vliegtuigen speciaal gebouwd voor statische en (dynamische) vermoeiingsproeven op de grond.

In zekere zin is de 777 de opvolger van de oorspronkelijke 747, met een passagierscapaciteit van 305 tot 440 stoelen. De laatste generatie 747, de 400-serie, kan 420 tot 550 passagiers meenemen. Maar de eerste 747’s uit de 100- en de 200-serie hebben dezelfde capaciteit als de 777. De twee motoren van de 777 leveren daarom bij benadering hetzelfde vermogen als de vier motoren van de eerste serie 747’s, de Pratt & Whitney JT9D-7A. Die levert 44 500 Engelse ponden (20 000 kilo) stuwdruk. De krachtigste motor voor de 777, de Rolls Royce Trent 880 levert het dubbele vermogen.

Door de groei van de 747 ontstond een hiaat bovenin het marktsegment van Boeing. De kleinere 767 biedt plaats aan 180 tot 270 passagiers. Boeing is de laatste fabriek die nu een vliegtuig lanceert in het segment voor 300 tot 400 stoelen. De Airbus A330 en A340 en de McDonnell-Douglas MD-11 gingen de Boeing 777 voor.

De vier luchtvaartmaatschappijen die de 777 mede hebben ontworpen, hebben 74 vliegtuigen besteld (United 34, Japan Airlines 10, All Nipon Airways 15, en British Airways 15). Boeing heeft nu in totaal orders genoteerd voor 147 vliegtuigen van dit type. Mei 1995 wordt het eerste vliegtuig geleverd aan United.

 

 

 

(BIJSCHRIFTEN)

 

(BIJ KLEURENSCHEMA)

Meer dan bij voorgaande projecten heeft Boeing delen van ontwerp en fabricage uitbesteed aan vliegtuigindustrieën in andere landen.

 

(BIJ FABRIEKSHAL)

Produktielijn van de Boeing 777.

 

(BIJ PILOTEN)

In een speciaal gebouwd laboratorium (kosten: 500 miljoen dollar) wordt het opstijgen van het vliegtuig gesimuleerd en getest.