Die Zukunft ist digital

Intelligente Fabrikation in der Luft­fahrt­industrie

05.2016 | Autorin: Silke Hansen

Autorin:
Silke Hansen, schreibt als freie Journalistin für den AEROREPORT. Seit über zehn Jahren berichtet sie aus der Welt der Luft­fahrt, ihre Themen­schwer­punkte sind Technik, Innovation und Markt. Ein weiteres Spezial­ge­biet der Autorin ist das Corporate Responsibility Re­porting.

Das Thema ist in aller Munde, überall, in Deutschland, in den USA, sogar in China. Auch die Luft­fahrt­industrie steht vor einem Wandel. Hier­zulande nennt sich der Trend ­Industrie 4.0, im englisch­sprachigen Raum wird er auch als Internet of Things heiß diskutiert. Was steckt dahinter?

„Eine Definition von Industrie 4.0 ist schwierig. Der Begriff wird sehr breit und oft sehr unkonkret benutzt. Plötzlich ist alles 4.0, die Arbeit, die Logistik“, erklärt Tobias Strölin vom Fraunhofer-Institut für Arbeits­wirtschaft und Organisation (IAO) in Stuttgart. Er spricht lieber von einer „Digitalisierung der Wert­schöpfung“ und rät: „Jedes Unternehmen muss Industrie 4.0 für sich selbst definieren.“ Im privaten Leben bereits all­gegen­wärtig, hält das Internet Einzug in die Fertigung. Denn eine zunehmende Digita­lisierung von Wirtschaft und Gesell­schaft verändert auch die Produktion und Arbeits­weise. In Zukunft, so die Experten, vernetzen sich Menschen, Maschinen, Anlagen, Logistik und Produkte in Echtzeit miteinander. Die Produktion organisiert sich weitest­gehend selbst – flexibel, effizient und den individuellen Kunden­wünschen entsprechend. Es entsteht die intelligente Fabrik – das Parade­beispiel für Industrie 4.0.

Die Vor­aus­setzungen dafür haben modernste Informations­technologien und neue Möglich­keiten der Daten­ver­arbeitung geschaffen: mehr Speicher­kapazität, höhere Ge­schwindig­keit, kleinere Bau­größen, bessere Sensorik. Enorme Fort­schritte in Sachen künst­licher Intelligenz haben etwa dazu geführt, dass Leicht­bau­roboter heut­zutage zu einem ver­gleichs­weise günstigen Preis am Markt zu haben sind.

Tech­nolo­gische Grundlage für das Zukunfts­projekt Industrie 4.0 sind so genannte cyber-physische Systeme, in denen Produkte und Produktions­mittel kommunikations­fähig und flexibel vernetzbar sind. „Das Bauteil bekommt Füße“, nennt es Strölin. Es kann sich mittels RFID-Technologie, die über elektro­magnetische Wellen arbeitet, selbst identifizieren, weiß wie es bearbeitet werden soll und nimmt mit der Produktions­anlage Kontakt auf. Die entscheidet wiederum eigenständig, was wann zu tun ist und in welcher Reihen­folge. Nach Dampf­maschine, Fließ­band, Elektronik und IT wäre das die neue, vierte Revolution, daher der Name „Industrie 4.0“. Eine Vision?

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Automatische BestückungIn der Blisk­produktion stellt sich die Maschine selbst auf das zu bearbeitende Bauteil ein.

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Automatische BestückungIn der Blisk­produktion stellt sich die Maschine selbst auf das zu bearbeitende Bauteil ein.

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Mehr als AugenmaßIn der Qualitäts­kontrolle der Blisk­­fertigung werden rechner­gesteuerte optische Mess­systeme eingesetzt.

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Mehr als AugenmaßIn der Qualitäts­kontrolle der Blisk­­fertigung werden rechner­gesteuerte optische Mess­systeme eingesetzt.

Die Luftfahrt hat ihre eigenen Gesetze

„In der Luftfahrt stehen wir erst am Anfang von Industrie 4.0. Am MTU-Standort München betreiben wir aller­dings bereits seit einigen Jahren zwei teil­auto­matisierte Fertigungs­linien, und mit der weitgehend selbst­steuernden, digita­lisierten neuen Bliskproduktion gehen wir noch einen Schritt weiter“, sagt Richard Maier, Leiter Produktions­ent­wicklung des Antriebs­her­stellers MTU Aero Engines. Andere Branchen wie die Auto­mobil­industrie sind schon weiter. Insgesamt steckt die Digita­lisierung der industriellen Produktion allerdings noch in den Kinder­schuhen; neben vereinzelten An­wendungen haben erste Demons­tratoren, so genannte Demo-Labs, an Hoch­schulen und wissen­schaftlichen Instituten ihre Pforten geöffnet. „In fünf Jahren erwarten wir am Ende der Er­probungs­phase bereits erste Wett­bewerbs­vorteile, in zehn bis zwanzig Jahren die ersten Smart Factories“, so die Ein­schätzung Strölins.

Die Fertigung in der Luft­fahrt folgt aller­dings eigenen Gesetzen, das Konzept von intelli­genten Fabriken ist nur bedingt über­trag­bar. Zum Vergleich: Airbus produziert 2,5 Flug­zeuge am Tag – ein Auto­mobil­her­steller schafft mehrere Tausend Autos. „Wir fertigen zwar in Serie, aber in geringen Mengen. Das ist alles andere als eine Massen­produktion“, so Maier. Zudem steige der tech­nologische Anspruch an einzelne Bau­teile kontinuierlich, daher müssten immer mehr Prozesse – möglichst integriert – durchgeführt werden. Das Produkt wird komplexer, seine Her­stell­bar­keit schwieriger. Wichtig seien in erster Linie stabile Pro­zesse. In der Luft­fahrt­technik entsteht immer noch viel in Einzel­fertigung. Maier: „Wir können nicht um jeden Preis auto­matisieren.“ Aber eine Automatisierung lohnt sich im Trieb­werks­bau angesichts neuer Bau­teil­familien immer mehr. Dabei wird über ein Familien­konzept ein Kern­trieb­werk für mehrere Anwendungen skaliert. Bestes Beispiel: der neue Getriebe­fan, die PW1000G-PurePower®-Antriebsfamilie, für fünf Flug­zeug­hersteller und ihre Modell­reihen. Das bringt eine große Vergleich­barkeit der Teile und damit ein hohes Volumen mit sich. Die MTU produziert für die PW1000G-Familie Verdichter-Blisks, eine Spezialität des Unternehmens. Die Hightech-Bauteile, integral gefertigte Verdichter­stufen, werden in einer neu errichteten Fertigungs­halle mit einem hohen Auto­matisierungs­grad und intelligentem Steuerungs­system produziert – die weltweit modernste Fertigung für Trieb­werks­teile dieser Art.

Kollege RoboterNoch ungewöhnlich in der Luftfahrtindustrie: Airbus testet in Entwicklungslabors Roboter in der Fertigung.

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Automatisierte Blisk­produktion

Blisks für die PW1000G-Familie werden in einer neu errichteten Fertigungshalle mit einem hohen Automatisierungsgrad und intelligentem Steuerungssystem produziert. Zur Interaktion ...

Digitalisierung als Beschleuniger

„Für die Luftfahrt ist großes Potenzial vorhanden“, bescheinigt Maier der Industrie 4.0. Die Branche muss an­gesichts des Kostendrucks vor allem in Hoch­lohn­ländern wett­bewerbs­fähig bleiben. Tom Enders, CEO der Airbus-Gruppe mit Pro­duktions­standorten in Deutschland und Frankreich, fordert „die Möglich­keiten der digitalen Revolution zu nutzen. Dazu gehört, dass die Konzeption, Entwicklung und Herstellung unserer Produkte wesentlich effizienter und schneller wird.“ Der europäische Flug­zeug­bauer arbeitet an einer Fabrik der Zukunft, in der neue Wege der Fertigung getestet und schritt­weise integriert werden: virtuelle Ent­wicklungs­welten für neue Flug­zeuge, fort­schritt­liche digitale Technologien im Shop­floor, eine neue Roboter­generation, die in der Linie zusammen mit Menschen arbeitet, sowie die additive Fertigung. Airbus zieht das Tempo an. Die Auto­matisierung soll in der Fabrik der Zukunft vor allem in der Montage zunehmen, intelligente Roboter zum Beispiel sollen sich wieder­holende und schwere Tätig­keiten erledigen. 2015 hat das Unternehmen 635 Flugzeuge aus­geliefert – ein neuer Rekord. Die Auftrags­bücher sind prall gefüllt, die Pro­duktions­raten sollen in Zukunft noch weiter nach oben klettern – für den Verkaufs­schlager A320neo auf bis zu 60 Flugzeuge monatlich.

„Durch Industrie 4.0 wird die Basis für einen systematischen Lern­prozess erzeugt. Es geht darum, aus Daten zu lernen und kontinuierlich Pro­zesse zu verbessern. Industrie 4.0 wird dabei helfen, komplexe Prozesse be­herrsch­barer zu machen. Das gilt auch für die Luft­fahrt“, sagt Dr.-Ing. Christina Reuter vom Lehrstuhl für Pro­duktions­systematik an der RWTH Aachen. Einer europaweiten Studie im Auftrag des Bundes­verbands der Deutschen Industrie zufolge bringt die Digitalisierung der Luft- und Raum­fahrt­technik ab 2025 voraussichtlich ein zusätzliches Jahres-Plus von zehn Milliarden Euro in der Brutto­wert­schöpfung. Die Branche werde den digitalen Wandel zeitversetzt in einer dritten Welle erleben. In der ersten und zweiten Welle stecken demnach Auto­mobil­industrie und Logistik.

Fertig und weiter Bearbeitete Bauteile werden automatisch aus der Maschine geholt, die sofort bereit ist für das nächste Werkstück.

Interview mit Tobias Strölin, Fraunhofer Institut

Herr Strölin vom Fraunhofer Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation nimmt Stellung zu dem Thema: Halten Tablets Einzug in die Fertigung? Weiterlesen ...

Für die Luftfahrt­technik sehen die Experten dabei nicht so sehr technische, sondern vor allem regulative Hürden. Mehr Vernetzung bedeute ein höheres Cyber­risiko. Und dafür ist die Luft- und Raum­fahrt­branche mit ihren sehr hohen Sicher­heits­vor­schrif­ten besonders empfindlich. Die IT-Sicherheit ist jedoch für alle Industrie 4.0-Anwendungen die große Her­aus­forderung. Selbst­fahrende Autos – technisch längst möglich – reduzieren zwar das Unfall­risiko, dafür entstehen neue Risiken bei der Daten­sicherheit. „Wir müssen die Daten zuver­lässig vor unquali­fizierten
oder uner­laubten Zugrif­fen sichern“, betont auch Maier.

Noch sind nicht alle Hürden genommen. Aber: „In zehn Jahren werden wir gar nicht mehr darüber reden, dann ist die Digita­lisierung da“, ist sich Strölin sicher. Und die soll so einiges abwerfen: McKinsey hat errechnet, dass der größte wirt­schaft­liche Mehr­wert einer intelligenten Ver­netzung in einem Internet der Dinge für Fabriken bestehe: weltweit bis zu 3,7 Billionen Dollar im Jahr 2025.

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