Ready4RampUp

Entwicklung einer digitalen Anlaufumgebung für die Produktion komplexer Triebwerkskomponenten in der Luftfahrtindustrie

Im Projekt »Ready4RampUp« entwickelt das Fraunhofer IPT gemeinsam mit seinen Partnern eine digitale Anlaufumgebung zur effizienten, ressourcenschonenden und flexiblen Fertigung komplexer Triebwerkskomponenten für die Luftfahrtindustrie.

Ziel des Teilprojekts innerhalb des Production Launch Center Aviation (PLCA) ist es, eine Infrastruktur aufzubauen, die reale Maschinen und Anlagen mit einer durchgängigen digitalen Architektur verbindet. Am Standort Aachen entsteht damit eine kombinierte Umgebung aus mehreren CAx-Arbeitsplätzen, Bearbeitungszentren sowie verschiedenen Messmitteln. Diese physische Infrastruktur wird ergänzt durch eine vernetzte IIoT-Architektur und digitale Dienste auf Basis des bereits bestehenden digitalen Rahmenwerks »dPart«. Im Ergebnis soll die digitale Anlaufumgebung durch besseres Ausschöpfen technologischer Grenzen schneller, ressourcenschonender und in höherer Qualität fertigen – ein wichtiger Beitrag für eine leistungsfähige, umweltfreundliche Luftfahrt.

Erwartet wird, dass sich so die Effizienz der Fertigung, Planung und Qualitätssicherung um mehr als 50 Prozent steigern lässt und im Vergleich zu den heutigen Prozessen rund 25 Prozent an Material und Ressourcen eingespart werden kann. Darüber hinaus schafft das Projekt Grundlagen für neue digitale Produktionsansätze, die etwa in der vorausschauenden Qualitätssicherung oder bei Lebenszyklusanalysen zur Anwendung kommen können.

Konsortium:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, MTU Aero Engines AG, ModuleWorks, RWTH Aachen (Institut für Strahlantriebe und Turbomaschinen IST, Manufacturing Technology Institute MTI)

Prozessplanung

Innerhalb von Ready4RampUp wird eine neue Generation von CAM-Systemen für die Prozessplanung in der metallverarbeitenden Industrie entwickelt. Das System ist in der Lage, umfangreiche Technologiesimulationen durchzuführen sowie zusätzliche Rechenleistung in der Edge oder in der Cloud und geeignete Microservices wie KI-Funktionalitäten einzubinden. Die im CAM-System generierten Daten werden in den durchgängigen Digitalen Zwilling der Wertschöpfungskette eingespeist und in der Cloud in passenden Datenbanklösungen gespeichert.

Im Bereich der Fertigung konzentriert sich Ready4RampUp auf die Implementierung von Lösungen zur Datenerfassung, Datenverarbeitung und Datenspeicherung. Für die wichtigsten Steuerungstypen werden steuerungsspezifische Erfassungslösungen entwickelt. Die erfassten Maschinen- und Sensordaten werden an geeignete Datenverarbeitungs-Tools auf Edge- oder Cloud-Ebene übergeben. Die Daten werden über domänenspezifische Technologie-Microservices in Prozess- und Qualitätsdaten übersetzt und im durchgängigen Digitalen Zwilling der Wertschöpfungskette gespeichert.

Der Digitale Zwilling der Planungs- und Fertigungsphase wird nach Abschluss der Produktion gemeinsam mit dem physischen Produkt an die Qualitätssicherung übergeben. Die in der Qualitätssicherung ermittelten Daten werden mit den in der Planung und Fertigung ermittelten Prozess- und Qualitätsdaten abgeglichen. KI-basierte Langzeitdatenanalysen ermöglichen die Identifikation von Korrelationen und Kausalitäten für mögliche Produktivitäts- und Qualitätsprobleme.

Hauptinnovationstreiber für das Digital Twinning entlang der Wertschöpfungskette von Planung, Produktion und Qualitätssicherung ist ihre Vernetzung im Sinne des IIoT. Der vierte Entwicklungsbereich umfasst dementsprechend Aspekte wie Hardware-Infrastruktur, Software-Orchestrierung und Datensemantik. Er adressiert die Entwicklung von digitalen Geschäftsmodellen auf Basis des Digitalen Zwillings sowie den sicheren Umgang mit Daten im Sinne der Datenhoheit.

Digital vernetzte Infrastruktur für Planung, Fertigung und Qualitätssicherung

Die metallverarbeitende Industrie nutzt heute bereits zahlreiche digitale Werkzeuge wie CAD/CAM-Systeme, Steuerungen, Fertigungsanlagen und Messmittel. Diese Systeme arbeiten jedoch weitgehend isoliert voneinander, sodass Prozessdaten nur eingeschränkt weiterverwendet und mit hohem Aufwand untereinander vernetzt werden können. Ready4RampUp setzt genau an dieser Stelle an: Ziel ist eine digital vernetzte Umgebung, in der Planung, Fertigung und Qualitätssicherung Daten gemeinsam nutzen und zusammenwirken.

Das zugrundeliegende und bereits bestehende Rahmenwerk dPart verbindet modellgestützte Ansätze zur Abbildung der komplexen physikalischen Prozesse mit modernen IT-Strukturen, darunter eine Edge-Cloud-basierte Datenverarbeitung. So schafft dPart eine durchgängige digitale Repräsentation von Fertigungsprozessen – vom Design über die Planung und Bearbeitung bis zur Qualitätssicherung. Die digitale Anlaufumgebung, die im Projekt Ready4RampUp entstehen soll, bildet damit nicht nur Einzelaspekte der Fertigung von Triebwerkskomponenten ab, sondern verknüpft zusätzlich sämtliche Daten, die auch in den nachgelagerten Prozessen erhoben werden, zu einem strukturierten, systemübergreifenden Digitalen Zwilling.

Kernergebnisse

Horizontale und vertikale datendurchgängige Vernetzung von Informationen durch Systeme entlang des Wertstroms

Erlebbarer Demonstrator der Digitalen Anlaufumgebung am Fraunhofer IPT

Vollständige Datensätze und Digitale Zwillinge für jeden gefertigten Demonstrator

Erprobung und Bewertung der Digitalen Anlaufumgebung in industrierelevanten Anwendungsszenarien