Fay, Alexander

Im vorliegenden Bericht werden die Ergebnisse der Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg (HSU) im Forschungsprojekt "Automatisierte Datenverknüpfung von der Auslegung bis zur Produktion (ADAPT20)" vorgestellt. Die HSU bearbeitete im Projekt das Teilvorhaben "Konzeption von semantischen Beschreibungsmodellen und Schaffung einer Automatisierungsplattform auf Basis offener Standards". Das im Rahmen von AP 2.1 erstellte semantische Modell ermöglicht eine verbesserte Beschreibung und Verständnis von automatisierten Produktionssystemen. Dies kann die Effizienz in der Produktionsplanung erheblich steigern. Für eine effiziente Produktionsplanung ist ein übergreifendes Verständnis von dem zu fertigenden Produkt und der dafür nutzbaren technischen Ressourcen und Prozesse notwendig. Das von der HSU vorgestellte Modell nutzt semantische Technologien, um Daten, die diese Aspekte beschreiben, aus verschiedenen Quellen in das Modell zu integrieren. Durch diese gesamtheitliche Betrachtung können Produktionsprozesse automatisiert geplant und umgesetzt werden. Neben dem semantischen Modell hat die HSU in AP 2.2 eine Schnittstelle entwickelt, die die einfache Anbindung der Daten an das Modell technisch realisiert. Da die Schnittstelle auf Datenvirtualisierung basiert, wird eine redundante Datenspeicherung vermieden, was Ressourcen schont und die Effizienz steigert. Da die Schnittstelle auf Standards basiert und generisch implementiert wurde, ist sie außerdem effizient auf andere Anwendungsfälle in der Luftfahrt übertragbar. Auch eine Übertragung auf andere Branchen, in denen eine Automatisierung von Produktionsprozessen durch Auswertung bestehender Daten aus dem Engineering durchgeführt werden soll, ist möglich.

Civil Aircraft development and production are facing significant challenges in future. On the one hand, the flight-path to carbon neutral aviation, like using liquid hydrogen, will require game changing technologies. Simultaneously, competition, especially on the single aisle market, is evolving fast and puts pressure on market shares and margins. The necessity of an adaptable and highly efficient production becomes more evident than ever. One contribution to achieve this goal is the research project “Intelligent Modular Robotics and Integrated Production System Design for Aircraft Manufacturing” (iMOD). Namely, it will analyze challenges regarding (1) an integrated and Digital Twin-based system design approach, (2) flexible and modular robotics to support workers with unergonomic tasks and (3) a flexible intralogistics based on Automated Guided Vehicles (AGVs). Those three aspects will be integrated into an approach that uses semantic technologies to connect the different components across different levels of functionality and different life cycle phases.

Today's production systems are complex networks of cyber-physical systems which combine mechanical and electronic parts with software and networking capabilities. To the inherent complexity of such systems additional complexity arises from the context in which these systems operate. Manufacturing companies need to be able to adapt their production to ever changing customer demands as well as decreasing lot sizes. Engineering such systems, which need to be combined and reconfigured into different networks under changing conditions, requires engineering methods to carefully design them for possible future uses. Such engineering methods need to preserve the flexibility of functions into runtime, so that reconfiguring machines can be done with as little effort as possible. In this paper we present a model-based approach that is focused on machine functions and allows to methodically develop system functionalities for changing system networks. These functions are implemented as so-called skills using automated code-generation.

For the future of urban mobility, further developments in the fields of automation, communication and energy storage technologies will enable the expansion of traffic space into the air. Various concepts and scenarios of urban air mobility (UAM) are already part of current research. In addition to the investigation of relevant physical effects and system-internal constraints, a view including the external relationships and general conditions is essential for the design, acceptance and success of the UAM systems. Several projects (i-LUM, ULTRAS, UDVeo, LUV, Vertiport) with the participation of various Hamburg research institutions bundle a multitude of competences to develop UAM scenarios for the Hamburg metropolitan region and other regions. UAM scenarios are evaluated i.a. in terms of time, cost, noise, energy consumption, acceptance and the ease of integration. The evaluation considers societal interactions, legal frameworks, demand modeling, concept development, ground-based infrastructure, airspace organization and operation, as well as overall system modeling. This paper gives an overview about the disciplinary and methodical approach and setup of these UAM projects.