Flexible Multi-Sensor-Systeme

Ab in die Luft mit System

Intelligente Sensorsysteme sind eine aktuelle Querschnittstechnologie, die aufgrund ihrer besonderen Flexibilität die Durchdringung von Automatisierungslösungen in der Luftfahrtindustrie ermöglichen und dabei den dort üblichen Herausforderungen gerecht werden.

Intelligente Sensorsysteme ermöglichen Automatisierungslösungen in der Luftfahrtindustrie. © TU Hamburg

Die Flugzeugproduktion und -MRO sind geprägt durch kleine Losgrößen, geringe Stückzahlen, komplexe Prozesse, höchste Qualitätsanforderungen sowie große Werkstückdimensionen mit toleranzbehafteter Vorfertigung. Diese Faktoren erschweren den Einsatz klassischer Automatisierungsansätze. Die Digitalisierung bietet erfolgsversprechende Lösungsansätze, bei denen intelligente Sensorsysteme die Basis zur Informationsbeschaffung für analytische oder datenbasierte Modelle bilden. Der tatsächliche Produktivitätszuwachs wird hierbei durch aufgabenspezifische Services realisiert, welche auf diese Modelle aufbauen.

Virtualisierung der Großstrukturmontage
Im Bereich der Flugzeugmontage besteht vor allem hinsichtlich Bauteilgrößen, Taktzeiten und der Organisationsform ein Unterschied zur Montage anderer, in industrieller Massenproduktion hergestellter Produkte. Häufig findet eine Vielzahl an Prozessschritten parallel statt und verschiedene Baugruppen, wie Flügel oder Flugzeugrumpf, werden in unterschiedlichen Werken vormontiert und erst während der Endmontage zusammengeführt. Zur Steuerung eines derart komplexen Montageablaufs, ist die Verfügbarkeit und Bereitstellung unterschiedlicher Datensätze notwendig.

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In einem aktuellen Forschungsprojekt wird der Ansatz verfolgt, diese Daten mithilfe einer virtuellen Prozesskette in allen Bereichen der Produktion zur Verfügung zu stellen. Die Virtualisierung der Flügelausrüstung soll umfassende Informationen zu Ressourcen, Abläufen und spezifischen Bauteilen innerhalb der Großstrukturmontage verfügbar machen und somit zu jeder Zeit eine Beurteilung des Montagefortschritts ermöglichen. Die entstehende Datenbasis erlaubt eine Bewertung produktindividueller Anforderungen und eine Reaktion auf Störungen sowie eine kurzfristige Anpassung der aktuellen Prozesskette.

Eine der Kernherausforderungen ist die Erfassung von orts- und montagespezifischen Informationen. Dazu werden unterschiedliche Sensoren benötigt, welche jedoch in der Regel für jede Aufgabe spezifisch konfiguriert werden müssen. Mithilfe zu entwickelnder Simulations- und Planungstools kann das Sensorsystem für eine Vielzahl an Bauteilen und Aufgaben genutzt und der Rekonfigurationsaufwand bei wechselnden Randbedingungen in der Montage gesenkt werden.

Automatisierung von MRO-Prozessen
Neben der Großstrukturmontage birgt auch die Flugzeug-MRO, die höchste Anforderungen an Genauigkeit, Vollständigkeit und Vergleichbarkeit von Inspektionsergebnissen stellt, ein hohes Potenzial für Automatisierungslösungen. Alle Inspektionsprozesse sind bisher durch einen hohen manuellen Anteil geprägt, zudem ist das Bauteil nicht immer leicht zugänglich. Dabei erfordert der Umfang unterschiedlicher, festzustellender Beschädigungen am Bauteil eine gewissenhafte Dokumentation. Zu diesem Zweck werden in einem weiteren Forschungsprojekt minimalinvasive Lösungen zur Akquirierung eines digitalen Schadensbilds und der damit verbundenen automatisierten Inspektion und Befundung erforscht. Die Bewertung aktueller Sensortechnologien führt zur Entwicklung eines kombinierten Sensorsystems unterschiedlicher Messprinzipien, um genaue 3D-Informationen zu vermessender Bauteile zu gewinnen. Herausforderungen entstehen hierbei insbesondere durch die hohen geforderten Messgenauigkeiten sowie den besonders kleinen, für die Führung der Sensorik zur Verfügung stehenden Bauraum. Eingesetzte Technologien hierzu stammen aus dem Bereich der Robotik, der Automatisierungstechnik und der Umformtechnik. Durch letztere sollen ganz neue Möglichkeiten für die Sensorführung erschlossen werden. Nicht zuletzt müssen die zahlreichen kleinen, lokalen Messungen zu einem Gesamtmodell zusammengeführt und für den Anwender aufbereitet werden.

Softwarestandards für die Umgebungsmodellierung
Um die durch verschiedene Sensorlösungen generierten Informationen für Automatisierungslösungen unterschiedlicher Anwendungen nutzbar zu machen, ist eine bereichsübergreifende Verfügbarkeit sicherzustellen. Ein weiteres Forschungsprojekt befasst sich daher mit der Entwicklung von Softwarestandards für den Aufbau von Umgebungsmodellen in der industriellen Anwendung. Durch einheitliche Schnittstellen soll der Datenzugriff vereinfacht und die Anbindung von aufbauenden Automatisierungsdiensten ermöglicht werden. So werden Entwicklungskosten gesenkt, eine einfache Erweiterbarkeit der Systeme gewährleistet und Redundanzen in der Datengenerierung vermieden.

Zusammenfassend erschweren die von den einzelnen Projekten adressierten Besonderheiten der Flugzeugindustrie bislang den effizienten Einsatz von Automatisierungslösungen. Der Einsatz von Sensorik zur Datenerfassung ist der notwendige erste Schritt zur digitalen Prozesskette, um Automatisierung auch in diesem Bereich zu ermöglichen. Obwohl Sensoren selbst universell einsetzbar sind, ist dabei stets eine aufgabenspezifische Anpassung an das Gesamtsystem notwendig. Eine Möglichkeit, den Aufwand der Implementierung und Rekonfiguration von Sensornetzwerken, wie sie für die Montagezustanderfassung benötigt wird, zu minimieren, ist der Einsatz von Sensorsimulationen und darauf basierender Planungstools. Durch neuartige Methoden zum flexiblen Sensorhandling werden Automatisierungslösungen für bislang schwer zugängliche Bauteilbereiche geschaffen. Der aufgenommene Datenfluss muss in Modellen gebündelt und durch genormte Schnittstellen frei zugänglich gemacht werden. Durch die so einsetzbaren digitalen Dienste entsteht der gewünschte Produktivitätszuwachs. Beispiele solcher Dienste im Umfeld der Flugzeugindustrie sind Dokumentation, Qualitätssicherung, Mess- und Positionieraufgaben, branchenspezifische Analysetools, Leistungs- und Vergütungssysteme sowie Kartographie. as / J. Gierecker / L. Bath

Kurz erklärt: Der MHI e.V.
Die Wissenschaftliche Gesellschaft für Montage, Handhabung und Industrierobotik e.V. (MHI e.V.) ist ein Netzwerk renommierter Universitätsprofessoren – Institutsleiter und Lehrstuhl­inhaber – aus dem deutschsprachigen Raum. Die Mitglieder forschen sowohl grundlagenorientiert als auch anwendungsnah in einem breiten Spektrum aktueller Themen aus dem Montage-, Handhabungs- und Industrierobotikbereich. Weitere Infos zur Gesellschaft, deren Mitgliedern und Aktivitäten: http://www.wgmhi.de.

Kurz erklärt: das IFPT
Das Institut für Flugzeug-Produktionstechnik (IFPT) der TU Hamburg wurde 2010 gegründet und beschäftigt sich schwerpunktmäßig mit der robotergestützten Automatisierung von intelligenten, hybriden und mobilen Systemen aus den Anwendungsfeldern „Große Strukturen“, „Leichtbau“ und „Kleinstserien“. Diese Felder sind typisch für die Flugzeugproduktion und -instandhaltung, Windkraftindustrie, Schiffbau, Medizintechnik und Automobilindustrie. Am IFPT arbeiten aktuell 26 Mitarbeiter aus den Disziplinen Maschinenbau, Elektrotechnik und Mechatronik; es wird vertreten durch Prof. Dr.-Ing. Thorsten Schüppstuhl, Vorstandsmitglied der MHI e.V., http://www.ifpt-tuhh.de.

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