Hava araçlarının detay parçalarının yatay ve sabit eksenli robotlarla boyanması sürecinde boya kalınlığına etki eden faktörlerin belirlenmesi optimizasyonu ve ölçüm sonuçlarının analizi
Determination and optimization for the analysis of factors affecting paint thickness in the process of painting aircraft detail parts with horizontal and fixed-axis robots
Yazar: CENK ULUS
Danışman: PROF. DR. YUSUF TANSEL İÇ
Başkent Üniversitesi / Sosyal Bilimler Enstitüsü / İşletme Ana Bilim Dalı / İşletme Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: İşletme = Business Administration

Özet:
Hava araçlarının üretimi sırasında kullanılan malzemelerin ağırlıkları, uçağın işletme sürecindeki maliyetleri açısından kritik öneme sahiptir. Uçakların ağırlıklarına bağlı olarak yakıt giderleri artmaktadır. Bu bağlamda, ürünün tasarım ve üretim aşamasında ağırlığı minimize edecek çözümler üretilmeye çalışılmaktadır.
Uçaklarda ağırlık yaratan konulardan birisi de uçak yapısal malzemelerinin yüzey kaplamalarıdır. Bu kaplamalardan da en çok ağırlık veren malzeme boyadır. Boyaların hava araçları açısından malzemeyi korozyondan koruma, müşterinin kozmetik beklentilerini karşılama, diğer fonksiyonel özellikleri sağlama, (uyarıcı vb.) gibi konularda kritik fonksiyonel amaçları mevcuttur. Uygulanan boyanın bir yandan malzeme için bu fonksiyonel gereksinimleri yerine getirmesi beklenirken, diğer yandan da boya sarfiyatının minimize edilmesine çalışılmaktadır.
Boya uygulama sürecinde boya kalınlığına etki eden birçok faktör mevcuttur. Bu faktörlerin kontrol edilmesi sürecinin zorluğu ve kompleks doğasından dolayı tasarımcılar tarafından belirlenen kalınlık değerleri uygulayıcı firmalara belirli bir aralık içerisinde verilmektedir (örn. 15-25 mikron arası).
Boya kalınlığını etkileyen çok fazla faktör olması ve bu faktörlerin değişkenliğinden dolayı üretim alanlarında altta belirtilen iki konuda problemler yaşanabilmektedir. Bunlardan ilki, kalın/ince boya hatası; boya uygulaması sonrası müşteri/tasarımcı tarafından belirtilen alt limitin altında ya da üst limitin üstünde boya kalınlığı elde edilmesidir. İkinci olarak da boya kalınlığının müşteri tarafından belirtilen aralıkta olmasına rağmen, aralığın alt limitine yakın bir kalınlık uygulamasının yakalanamaması; buna bağlı olarak hem boya sarfiyatının artması hem de boyanın meydana getirdiği ağırlığa bağlı olarak uçağın işletme giderlerinin artmasıdır.
Yapılan çalışma kapsamında ilk olarak yatay ve sabit eksenli robotlarla detay parçaların boyanması sürecinde boya kalınlığına etki eden faktörler ve bu faktörlere ait alt ve üst
limitler belirlenmiştir. Ardından faktöriyel deney tasarımı yapılarak deney planı çıkartılmış ve bu plana göre deneyler gerçekleştirilmiştir. Sonrasında tüm değişkenler için normal dağılım analizi yapılmış, bağımsız değişkenlerin hem birbiri ile hem de bağımlı değişkenler ile ilişkisi incelenmiştir. İnceleme sonrası faktöriyel deney analizi yapılmış, ANOVA ve regresyon modelleri incelenmiş ve faktörlerin optimum seviyeleri belirlenmiştir. Belirlenen optimum seviyeler sonrası doğrulama deneyleri yapılmıştır. Tüm bunların sonucu olarak, yatay ve sabit eksenli robotik boya sürecinde sadece parametreleri optimize ederek hem boya sarfiyatının azaltılabildiği hem de boya kalınlığı kaynaklı meydana gelen kalite hatalarının yok edilebildiği ve finansal kazanç sağlanabildiği görülmüştür.

Abstract:
The weights of the materials used during the production of aircraft have critical importance in terms of the operational costs of the aircraft. Fuel expenses increase depending on the weight of the aircraft. In this context, solutions that minimize weight are sought to be produced during the production and design phase of the product.
One of the factors contributing to weight in aircraft is the surface coatings of structural materials. Among these coatings, paint contributes the most to weight. Paints serve critical functional purposes for aircraft, such as protecting materials from corrosion, meeting customers' cosmetic expectations, and providing other functional features (such as signaling, etc.). While the applied paint is expected to fulfill these functional requirements for the material, efforts are also made to minimize paint consumption.
In the process of paint application, numerous factors influence paint thickness. Due to the difficulty and complexity of controlling these factors, designers provide applicator companies with specified thickness values within a certain range (e.g., between 15-25 microns).
Two main problems can arise in production areas according to the multitude of factors affecting paint thickness and the variability of these factors. The first problem is the issue of thick/thin paint obtaining a paint thickness after application that is below the specified lower limit or above the upper limit defined by the customer/designer. Secondly, even if the paint thickness falls within the range specified by the customer, it may not be close to the lower limit of the range; consequently, this leads to an increase in both paint consumption and operational costs of the aircraft due to the weight imposed by the paint.
In the scope of the study, initially, factors influencing paint thickness in the process of painting detail parts with horizontal and fixed-axis robots were identified, along with the lower and upper limits associated with these factors. Subsequently, a factorial experimental design was employed to create an experimental plan, and experiments were conducted accordingly. Furthermore, a normal distribution analysis was performed for all variables, and the relationships between independent variables and both each other and dependent variables were examined. After the analysis, factorial experimental analysis was conducted, ANOVA and regression models were scrutinized, and the optimum levels of the factors were determined. Verification experiments were then conducted based on the identified optimum levels. As a result of all these processes, it was observed that by optimizing only the parameters in the horizontal and fixed-axis robotic painting process, both paint consumption could be reduced, and quality defects resulting from paint thickness could be eliminated, leading to financial gains.