Nutzung von Teamcenter und NX zur digitalen Transformation des gesamten Engineering-Prozesses vom Konzept bis zur Produktion

Einführung eines modularen Ansatzes für Flugzeuge

In der Luft- und Raumfahrtbranche kann die Ausbildung von Piloten ein sehr langwieriger und teurer Prozess sein, an dem viele verschiedene Plattformen verschiedener Hersteller beteiligt sind. Die Flugzeuge, die auf diesen Plattformen basieren, werden immer schneller, größer und teurer. Für jedes Flugzeug gibt es eigene Wartungsprozesse, Hersteller, Lieferketten, Werkzeuge und mehr. Dies kann zu erheblichen betrieblichen Belastungen führen und die Notwendigkeit eines anpassungsfähigeren und vorausschauenden Ansatzes für die Konstruktion und Beschaffung von Flugzeugen weiter untermauern.

AERALIS, ein britischer Entwickler von militärischen Leichtflugzeugen, hat sich zum Ziel gesetzt, die Flugzeugentwicklung zu revolutionieren, indem es anpassbare Flotten entwickelt, die auf spezifische Missionsanforderungen zugeschnitten sind. Das Unternehmen arbeitet derzeit an der Entwicklung des weltweit ersten modularen Militärjets namens „Phoenix“, von dem AERALIS glaubt, dass er die Lebenszykluskosten für Leichtflugzeuge und Trainingsflugzeuge senken wird. Das Unternehmen wird diesen modularen Jet auf Basis eines „Common Core Fuselage"-Konzepts (CCF) bauen, das verschiedene Triebwerks- und Flügelanbindungen ermöglicht und je nach Einsatzanforderungen auf unterschiedliche Leistungsmerkmale abgestimmt werden kann.

Das bahnbrechende Angebot von AERALIS trägt den Namen AERSYSTEM und umfasst drei Kernkomponenten. Das erste ist das Smart Integrated Digital Enterprise (AERSIDE) von AERALIS, das Daten während des gesamten Lebenszyklus des Flugzeugs zentralisiert und nutzt und so eine nahtlosere Zusammenarbeit und Optimierung vom Entwurf bis zum Betrieb ermöglicht. Mit dem Fokus auf den umfassenden digitalen Zwilling bietet AERSIDE Lösungen zur Verbesserung der Schulungseffektivität, Einsatzfähigkeit und Kosteneffizienz für Luftstreitkräfte und Verteidigungsorganisationen weltweit. AERALIS Open Systems Avionics (AEROSA) bietet den Austausch von Softwaresystemkomponenten, ohne dass das gesamte System neu zertifiziert werden muss. Diese Lösung bildet die Grundlage für eine modulare Sensorausrüstung und ermöglicht eine einfachere Einführung neuer Technologien in der Zukunft. AERCORE ist die letzte Komponente von AERSYSTEM, die das gemeinsame Kernrumpfsystem mit einer Reihe von Modulsuiten kombiniert, um rollenspezifische Flugzeugkonfigurationen zu erstellen.

Das zweite Angebot von AERALIS ist AERFLEX, ein flexibler militärischer Jet nach dem Konzept „Flugzeug als Service“. AERFLEX ist ein leichter Luftunterstützungs-Service für die Verteidigung, der in Verbindung mit AERSYSTEM durch Partnerschaften mit vertrauenswürdigen Service-Partnern bei Bedarf Flotten rekonfigurierbarer Flugzeuge bereitstellen kann. „AERFLEX bietet die Möglichkeit, den Service auf Red Air-, Leihmutterschafts- und Display-Team-Varianten auszuweiten, und bietet enorme Flexibilität und Kosteneinsparungsvorteile“, sagt Charlie Jones, Digital Program Manager bei AERALIS.

AERALIS hat mit einer detaillierten Konstruktion seiner ersten Variante, Advanced Jet Trainer, begonnen. Bei der Entwicklung dieser Lösungen und der Arbeit an Phoenix hat das AERALIS-Team in den letzten Jahren erkannt, dass es digitale Wege gibt, um die Flugzeugentwicklung zu beschleunigen und die Nutzung effizienter zu gestalten. AERALIS befindet sich in einer Partnerschaft mit Siemens Digital Industries Software, um verschiedene Lösungen wie Teamcenter® Software und NX™ Software einzusetzen, um diese Ziele zu erreichen. Teamcenter und Opcenter sind Teil der Siemens Xcelerator Business-Plattform für Software, Hardware und Services.

In der Luft- Raumfahrtbranche werden aktuell viele Wartungsarbeiten anhand mehrerer Handbücher durchgeführt, und ein Großteil der Flottenoptimierung wird von den Betreibern selbst vorgenommen, wodurch zahlreiche fragmentierte Daten entstehen, die niemand zur Optimierung der Prozesse nutzt. AERALIS sah eine Chance, da die Werkzeuge und das Know-how in dieser Branche zu reifen begannen, jedoch die Implementierung ausblieb, weil viele der großen Marktteilnehmer mit Altsystemen arbeiten, die eine Einführung stark verzögern würden. „Als Startup konnten wir ganz neu anfangen. Wir waren in der Lage, vom ersten Tag an digitale Prozesse einzuführen“, sagt Jones. Von Beginn des Prozesses an kann AERALIS über einen umfassenden digitalen Zwilling verfügen und den Kunden diesen zur Verfügung stellen, um die Kostenkurve zu senken und die Leistungsfähigkeit des ausgelieferten Flugzeugs zu erhöhen. Aufgrund dessen suchte AERALIS nach einem digitalen Partner, der die Fähigkeiten besaß, die AERALIS-Vision einer vollständig digitalisierten Konstruktion mit echter durchgängiger digitaler Konstruktion für das gesamte Programm umzusetzen. „Die Integration von NX in Teamcenter ermöglichte es AERALIS, von Anfang an einen kollaborativen Ansatz zu verfolgen. Wir haben jetzt damit begonnen, einige der neueren Produkte in den Bereichen MBSE, Sicherheit und Konstruktionsoptimierung zu übernehmen, die vielversprechend aussehen“, so Jones.

Nachdem AERALIS seine eigenen Prozesse digital transformiert hat, erkennt das Unternehmen, dass Partner und Zulieferer, mit denen sie zusammenarbeiten, im digitalen Transformationsprozess möglicherweise noch nicht so weit fortgeschritten sind. Zum Beispiel könnte AERALIS einem Kunden helfen, eine Flotte zu optimieren, ihnen die Flugdaten übermitteln und sie beraten, wann Wartungsarbeiten durchgeführt werden müssen, aber ist der Kunde für diese technologische Entwicklung schon bereit? Um dieser Zurückhaltung gegenüber digitaler Reife entgegenzuwirken, erklärt Jones: „Die enge Zusammenarbeit mit Siemens hat uns geholfen, einen Prozess aufzubauen, der Regulierungsbehörden und Betreibern weltweit vertraut ist und gleichzeitig die bestehenden digitalen Chancen nutzt – durch den Einsatz erstklassiger digitaler Konstruktion und die Erstellung digitaler Modelle von Beginn an.“

Simulation der Luftströmung über dem Phoenix-Flugzeug von AERALIS. Abbildung mit freundlicher Genehmigung von AERALIS.

Nutzung von Teamcenter zur Erweiterung des digitalen Unternehmens

AERALIS nutzt verschiedene Siemens-Lösungen, um sein digitales Unternehmen zu erweitern, insbesondere mit Teamcenter als Backbone des digitalen roten Fadens. AERALIS baut ein digitales Unternehmen auf, das es dem Unternehmen ermöglicht, eine Familie modularer Jets effizient und schnell zu konstruieren, zu entwickeln, herzustellen und zu zertifizieren. Außerdem muss es ein Ökosystem sein, das die Funktionsweise jedes Luftsystems überwacht, um durch Betreuung über die gesamte Nutzungsdauer hinweg die dauerhafte Lufttüchtigkeit zu garantieren. AERALIS stellte fest, dass Teamcenter nicht nur über das Toolset, sondern auch über den Ehrgeiz und das Fachwissen verfügte, um sich vollständig in AERSIDE zu integrieren und Product Lifecycle Management (PLM) als Backbone des digitalen roten Fadens zu etablieren. Das Unternehmen plant, Teamcenter für die Verwaltung seiner Konstruktions- und Engineering-Stücklisten (BOMs) zu nutzen, einschließlich der Verwaltung von Produktvarianten.

„Siemens war auch klar motiviert, intelligent zu kooperieren und die AERSIDE-Reise effektiv zu fördern, was durch ihre kontinuierliche Unterstützung und die Anpassung von Teamcenter an unsere Anforderungen deutlich wurde, wobei sie den digitalen roten Faden wirklich optimal nutzten“, sagt Callum Watson, leitender Konstrukteur für PLM und Konstruktionstools bei AERALIS. Derzeit arbeitet AERALIS mit mehreren wichtigen Zulieferern, Auftragnehmern und Konstruktionspartnern zusammen, die mit den Konstrukteuren von AERALIS über Teamcenter und NX in Echtzeit an der Konstruktion des Flugzeugs arbeiten. Hamble Aerostructures erkannte diese gemeinsame Vision und übernahm NX, wodurch das Produkt eines Mitbewerbers für die Arbeit an AERALIS verdrängt wurde. „Wir können mit mehreren Partnern zusammenarbeiten, die alle verschiedene Elemente des Flugzeugs gleichzeitig mit NX entwickeln, was unsere Effizienz verbessert hat“, sagt Jones.

Die Aufnahme gemeinsamer Konstruktionsarbeiten mit Hamble Aerostructures erforderte entweder eine Teamcenter-Integration mit ihrer bestehenden Computer-Aided Design (CAD)-Umgebung, was kostspielig und komplex hätte sein können, oder einen völlig neuen Ansatz. AERALIS sah die Möglichkeit, NX mit einem kleineren, agilen Konstruktionsteam zu testen, um NX und seine Fähigkeiten zu erkunden. In
etwa fünf Monaten hat AERALIS nicht mehr nur die Verwendung von Teamcenter erlernt, sondern eine Umgebung geschaffen, in der das Team effizient mit Konstruktionspartnern zusammenarbeiten und Anforderungen austauschen kann.

Die modulare Twin-Engine-Variante von AERALIS. Abbildung mit freundlicher Genehmigung von AERALIS.

NX zur Optimierung von CAD-Prozessen einsetzen

Das AERALIS-Team nutzt auch mehrere andere Funktionen von NX, um ihre CAD-Konstruktionsprozesse zu optimieren.

„NX ist ein bewährtes CAD-Tool, das sich bereits in der Luft- und Raumfahrt etabliert hat. Dennoch haben sie sich noch stärker auf ihre Roadmap konzentriert, um NX noch besser auf die Anforderungen der Luft- und Raumfahrtindustrie abzustimmen“, sagt Watson. „Die Möglichkeit, CAD in einem PLM-verwalteten Ökosystem zu nutzen, hat es uns ermöglicht, eine kollaborative Konstruktionsumgebung mit nationalen und internationalen Konstruktionspartnern aufzubauen und gleichzeitig bewährte Praktiken hinsichtlich Konfigurationskontrolle und regelbasiertem Zugriff auf kommerzieller Ebene aufrechtzuerhalten. Außerdem integriert die Integration unsere Teile,
Baugruppen und unsere Stücklisten in den digitalen roten Faden zusammen mit unseren Anforderungen und Systemmodellen, neben anderen Elementen.“

Darüber hinaus nutzt AERALIS auch NX, um die Modellierung von Flugzeugstrukturen, Rahmen, Rippen und Holmen zu vereinfachen und so die Zusammenarbeit bei der Konstruktion zu unterstützen. Sie verwenden WAVE Geometry Linker auch, um geometrische Schnittstellen zu steuern, die von Konstruktionspartnern gemeinsam genutzt werden, um eine zentrale Informationsquelle zu gewährleisten und die Verwaltung von LH/RH-Teilen ohne Duplizierung zu erleichtern.

Ein weiteres wichtiges Werkzeug, das AERALIS verwendet, sind Baugruppenanordnungen, die sich bei der Entwicklung eines Produkts mit mehreren Konfigurationen und mehreren Varianten als unglaublich nützlich erwiesen haben. Es ermöglicht den CAD-Konstrukteuren von AERALIS, eine Reihe von Konstruktionslösungen für jede Lösung zusammenzustellen und in ihrem Baugruppen-Navigator schnell zwischen ihnen zu wechseln. Ganz gleich, ob es sich um verschiedene Antriebslösungen und deren Struktur, ein einzelnes oder zwei Triebwerke oder sogar unterschiedliche Kompressionsgewichte von Fahrwerken handelt, das AEROLIS-Team kann Ideen im gleichen Raum schnell modellieren und analysieren.

CheckMate hat auch maßgeblich dazu beigetragen, Modellierungsstandards bei allen Konstruktionspartnern durchzusetzen, Prüfungen zu automatisieren und Personal für übergeordnete Aufgaben freizusetzen. Extrahierungspfade ermöglichten ein besseres Verständnis der Zugänglichkeit der Systeminstallation und -wartung, was für die Entwicklung anwenderfreundlicher Produkte entscheidend ist. Die Funktionen für Menschmodellierung trugen zur Cockpit-Konstruktion bei, indem sie anthropometrisch verknüpfte Modelle für die Simulation bereitstellten und Eingaben von Testpiloten integrierten, wodurch die Design-Iterationen effizienter wurden. HD3D-Tools, insbesondere die visuelle Berichterstellung und Anforderungsvalidierung, erleichtern die Analyse und Verifizierung von Konstruktionsspezifikationen. Die Kollisionsanalyse, ein weiteres Werkzeug in NX, stellt dem AERALIS-Team Sicherheitsstandards bereit, indem sie die Sicherheitsabstände in der Systemkonstruktion evaluiert. NX Join/PMI-Funktionen unterstützen nachgelagerte Prozesse und erhöhen die Effizienz in der Fertigung sowie bei kollaborativen Konstruktionsvorhaben. Insgesamt ermöglichen diese Funktionen es AEROLIS, seinen Konstruktions-Workflow zu optimieren und Genauigkeit, Zusammenarbeit und Einhaltung von Standards zu gewährleisten.

Der AERALIS Advanced Jet Trainer. Abbildung mit freundlicher Genehmigung von AERALIS.

Ein Blick in die Zukunft der Nachhaltigkeit und ein digitaler Ansatz

Aufgrund der optimierten Prozesse und der Nachhaltigkeitsvorteile hat AERALIS Lösungen von Siemens eingesetzt und wird dies auch weiterhin tun, um seine Avionik-Architektur mit offenen Systemen voranzutreiben. „Wir können neue Technologien viel schneller einführen, und wir können sowohl neue Hardware als auch neue Software viel schneller einführen, weil wir dieses Flugzeug vom ersten Tag an mit einer offenen Systemarchitektur bauen“, sagt Jones. „Wenn wir eine Software aktualisieren müssen oder eine neue Hardware hinzukommt, ist sie viel schneller zu implementieren, und das wird uns massive Einsparungen bei den Umweltauswirkungen des Fliegens im Allgemeinen bringen.“

AERALIS plant, die Siemens Xcelerator-Lösungen weiterhin bei der Entwicklung von Phoenix und zukünftigen Angeboten zu nutzen. Mit Blick auf die Zukunft wird das AERALIS-Angebot letztendlich eine vollständige Palette von bemannten und unbemannten Luftfahrzeugen umfassen. Sie werden weiterhin verschiedene Lösungen auf der Siemens Xcelerator Business-Plattform übernehmen, einschließlich Opcenter, HEEDS und weiterer Siemens-Lösungen, die sie bei der Stärkung ihrer digitalen Infrastruktur unterstützen werden. „AERALIS hat eine so starke Vision, die mit dem Ziel von Siemens übereinstimmt, einen digitalen roten Faden mit einer zentralen Informationsquelle zu schaffen. Wir werden weiterhin zusammenarbeiten, um das zu erreichen“, sagt Jones.