Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »Ready4RampUp«
Aufbau einer digitalen Anlaufumgebung für die Triebwerkfertigung
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.
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.
Vollständiges digitales Abbild des Gesamtprozesses für die Serienfertigung
Zwei Datenkonzepte stehen im Mittelpunkt: Der Digitale Schatten erfasst zeit- und ortsbezogene Produktionsdaten, die direkt aus Maschinen und Sensoren stammen. Der Digitale Zwilling erweitert diese Datenbasis um geometrische und materialbezogene Eigenschaften der Bauteile und stellt so ein vollständiges digitales Abbild entlang des gesamten Fertigungsprozesses bereit. Perspektivisch sollen beide Datenkonzepte nicht nur für die Herstellung einzelner Prototypen in der Forschungsumgebung des Fraunhofer IPT, sondern auch in der Serienfertigung der beteiligten Unternehmen zur Anwendung kommen.
Durch besseres Ausschöpfen technologischer Grenzen lassen sich die komplexen und sicherheitskritischen Triebwerkskomponenten schneller, ressourcenschonender und in höherer Qualität fertigen – ein wichtiger Beitrag für eine leistungsfähige, umweltfreundliche Luftfahrt. Darüber hinaus schafft das Projekt weitere Grundlagen für neue digitale Produktionsansätze, die wiederum auch in der vorausschauenden Qualitätssicherung oder bei Lebenszyklusanalysen zur Anwendung kommen können.
Die entwickelte digitale Anlaufumgebung soll schließlich als Prototyp unter realen Bedingungen erprobt und validiert werden, um einen unmittelbaren Transfer in die Industrie zu gewährleisten. Dafür erarbeiten die Projektpartner ein Konzept zur Skalierung und industriellen Nutzung. So sollen später nicht nur Luftfahrtunternehmen, sondern auch andere Branchen mit ähnlich komplexen Fertigungssystemen von den Ergebnissen profitieren.
Enge Kooperation mit Industrie und Forschungseinrichtungen zur Triebwerkfertigung
Das Fraunhofer IPT übernimmt im Projekt eine zentrale Rolle. Es unterstützt die MTU Aero Engines AG bei der Projektkoordination und verantwortet maßgeblich die technische Umsetzung der digitalen Anlaufumgebung. Dazu gehören unter anderem die Entwicklung der physischen Infrastruktur vor Ort in Aachen, die Konzeption und Umsetzung des Digitalen Zwillings sowie die Koordination der Systemintegration. Außerdem bringt das Fraunhofer IPT seine Kompetenzen in Standardisierung, Normung und Datenarchitektur ein, um die Projektergebnisse für den Einsatz in der Industrie zu qualifizieren. Ready4RampUp leistet damit einen wichtigen Beitrag zur technologischen Weiterentwicklung und Nachhaltigkeit der Luftfahrtproduktion in Deutschland.
Projektkonsortium
- MTU Aero Engines AG, München/Aachen (Projektkoordination)
- ModuleWorks GmbH, Aachen
- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Aachen
- Manufacturing Technology Institute, MTI der RWTH Aachen
- Institut für Strahlantriebe und Turbomaschinen, IST der RWTH Aachen
Förderhinweis
Das Forschungsprojekt »Ready4RampUp – Entwicklung eines Rahmenwerks für den Digitalen Zwilling in der Produktion von Triebwerkskomponenten« wird im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogramm VI-3 durch das Bundeswirtschaftsministerium gefördert.
Förderkennzeichen 20N2206B