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Niko Seeger

• Vor dem Hintergrund, die Kosten und das Gewicht von H/C Strukturbauteilen zu senken und die Automatisierung in der Teilefertigung und Montage zu steigern, ist eine Vorgehensweise zur Untersuchung von Produktionsalternativen erforscht, entwickelt und in Form eines Programmleitfadens ausgearbeitet worden. Es sei darauf hingewiesen, dass der Hubschrauberbau im Bereich "Airframes" bei Airbus Helicopters über keinen Integrierten Programmleitfaden für die Erforschung von Produktionsalternativen verfügte. Der bisherige Programmleitfaden bei Airbus wurde von einer anfänglichen Strategie bis zum Entwurfsszenario um den Bereich der F&E erweitert und zur Integrierten Planung für H/C Airframes ausgebaut. Neben der Entwicklung der Integrierten Planung von H/C Airframes lag der Forschungsschwerpunkt dieser Arbeit auf der Prozessplanung zur (teil-) automatisierten Herstellung von H/C Strukturbauteilen. Mit den erforschten Integrierten Produktions-Programm-Planungsprozessen und dem zugehörigen AirbusVor dem Hintergrund, die Kosten und das Gewicht von H/C Strukturbauteilen zu senken und die Automatisierung in der Teilefertigung und Montage zu steigern, ist eine Vorgehensweise zur Untersuchung von Produktionsalternativen erforscht, entwickelt und in Form eines Programmleitfadens ausgearbeitet worden. Es sei darauf hingewiesen, dass der Hubschrauberbau im Bereich "Airframes" bei Airbus Helicopters über keinen Integrierten Programmleitfaden für die Erforschung von Produktionsalternativen verfügte. Der bisherige Programmleitfaden bei Airbus wurde von einer anfänglichen Strategie bis zum Entwurfsszenario um den Bereich der F&E erweitert und zur Integrierten Planung für H/C Airframes ausgebaut. Neben der Entwicklung der Integrierten Planung von H/C Airframes lag der Forschungsschwerpunkt dieser Arbeit auf der Prozessplanung zur (teil-) automatisierten Herstellung von H/C Strukturbauteilen. Mit den erforschten Integrierten Produktions-Programm-Planungsprozessen und dem zugehörigen Airbus Netzwerk in F&E wurden Strategien und Vorgehensweise in der Produktionsplanung von H/C Strukturbauteilen festgelegt. Strukturbauteile der Bodengruppe wurden bis heute mit hohem Aufwand differential gefertigt und vernietet. Um Gewicht einzusparen wurde gegenüber der alternativen Differentialbauweise beabsichtigt, künftige H/C Strukturbauteile in Faserverbundbauweise integral zu fertigen. Zudem sollten mit der Integration innovativer (teil-) automatisierter Verfahren die Kosten in der Herstellung gesenkt werden. Zu den modernen untersuchten Fertigungs- und Montageverfahren in der F&E zählen das automatisierte Pick & Drape, Pick & Weld, die robotergestützte Oberflächenaktivierung, das vollautomatische Kleben und/oder Shimmen und das automatisierte Induktionshärteverfahren. Des Weiteren ist ein automatisiertes Q-Inline Oberflächenmessverfahren zur Vermessung von Fügespaltmaßen erprobt worden. Im Rahmen der F&E von (teil-) automatisierten Produktionsalternativen wurde die Prozessplanung in die Bereiche der Teilefertigung (Front-End) und Montage (Back-End) aufgeteilt. Ferner wurde die Produktionsplanung am Beispiel der Herstellung von jährlich 40 zivilen H/C Bodengruppen aus FVW festgemacht. Zuzüglich der innovativen Automatisierungsverfahren in F&E wurden für die Produktionsplanung grundlegende Planungsprämissen festgelegt. Zur Untersuchung der Produktionsalternativen wurden unterstützende Planungstools der digitalen Fabrik und moderne Methoden aus der Fertigung, Qualitätssicherung, Programmierung, Produktionsplanung und Steuerung (PPS), sowie Kosten- und Investitionsrechnung angewendet. Zugleich sind auf die Planung abgestimmte alternative Methoden zur PPS und Kostenrechnung sowie Fallunterscheidungen in der Investitionsrechnung getroffen worden. In der Teilefertigung von H/C Bodengruppen bei Airbus Helicopters sind erstmalig die Planungstools DELMIA DPE und QUEST eingesetzt worden. Insbesondere mit DELMIA QUEST wurde der Materialfluss ausgewählter Entwurfsszenarien im Hubschrauberbau dynamisch geplant. Für die grundlegende Untersuchung der Produktionsalternativen zur (teil-) automatisierten Herstellung von H/C Strukturbauteilen wurde ein Anforderungskatalog mit Merkmalen der Qualität, Kosten, Produktivität und Wirtschaftlichkeit, Flexibilität, Sicherheit und Zuverlässigkeit und Ergonomie erstellt. An Hand dieser Kriterien wurde letztlich auch die Analyse und Bewertung festgemacht. Angefangen beim Teilespektrum der Bodengruppe aus INSTRUKT wurden die Architektur, das Design, Rohmaterialien, Dimensionen, Gewichte, der Lagenaufbau und die Orientierung spezifiziert. Vom "Preliminary Design" zum "Detail Design" sind Abweichungen und Änderungen von der Grob- zur Feinplanung gegenübergestellt und analysiert worden. Im Rahmen der Prozessplanung erfolgte die Erstellung, Untersuchung und Analyse von Fertigungskonzepten und Entwurfsszenarien. In der Konzeptphase sind über den "top-down" Ansatz die Prozesse integrierter (teil-) automatisierter Verfahren abgeleitet und deren Vorgänge über Versuche erprobt worden. Zum Teil wurden bestehende Vorgänge aus vorhandenen Fertigungsplänen entnommen und angewandte Prozesse "bottom-up" aufgearbeitet. Des Weiteren wurden die Fertigungskonzepte und Szenarien zum Front- und Back-End zunächst mit Hilfe von Simulationsmodellen validiert und darauffolgend über Versuche im Laborbetrieb verifiziert. Im Hinblick auf eine Realisierung sind technisch mögliche Fertigungskonzepte ausgewählt und in Form von Entwurfsszenarien näher analysiert worden. Spezielle Entwurfsszenarien wurden mit der Methode des "Quality Function Deployments" verglichen. Über das "House of Quality" (HoQ) wurden die Qualitätsmerkmale mit Blick auf die Kundenanforderungen gewichtet. Dem (teil-) automatisierten Szenario zum Preforming im Diaphragma wurden im HoQ die höchsten Wertungen zugesprochen. Es folgte die statische Prozessplanung unter Verwendung von DELMIA DPE. Hierbei sind die Produktstrukturen und Stücklisten, Arbeitspläne, Prozessketten und Materialflusspläne entwickelt worden. Materialfluss und Speichervorgänge wurden schließlich über dynamische Simulationsmodelle mit DELMIA QUEST optimiert. Ausgewertet wurden Produktivitätsfaktoren unter definierten Programmprämissen für Grob- und Feinplanung. Des Weiteren wurden über dynamische Simulationsmodelle ergonomische Prinzipien analysiert. Die Simulationsmodelle hierzu wurden vom DLR-ZLP und der Firma Grenzebach bereitgestellt. Über die Fabrikplanung wurden die Layout- und Stationspläne der Entwurfsszenarien zunächst in grober 2D Zeichnung und darauffolgend im CAD, in 3D Darstellung, aufbereitet und abgebildet. Ein weiterer Bestandteil der Fabrikplanung war die Ressourcenplanung. In der Grobplanung wurden die benötigten Ressourcen globalen Kategorien zugeordnet und die Ressourcenpläne der jeweiligen Szenarien erstellt. In der Feinplanung wurden die Ressourcen spezifischen Gruppen zugewiesen und im Detail spezifiziert. Daran angeknüpft waren die Kosten der Front- und Back-End Szenarien untereinander verglichen und deren Wirtschaftlichkeit analysiert worden. An Hand unterschiedlicher Fallbeispiele wurden zunächst die benötigten Investitionen der Szenarien gegenübergestellt. Das erstellte Beurteilungsmodell kann als Entscheidungsgrundlage zur Bewertung von Produktionsalternativen für sämtliche H/C Strukturbauteile herangezogen werden. Die Bewertungen im Falle der Untersuchung der Einzelfaktoren zum Front- und Back-End wurden mit Hilfe von jeweils fünf Personen unabhängig und eigenständig durchgeführt. Im Ergebnis hat sich von Front- zum Back-End eine bzgl. der Bewertungskategorien um nur wenige Prozent abweichend anderweitige Verteilung ergeben. Während die Qualität im Front-End gemittelt 39% entspricht, liegt deren Gewichtung im Back-End im Mittel bei 37%. Nach der ganzheitlichen Bewertung beim Front-End zu urteilen, hat die herkömmliche Fertigung von Strukturbauteilen mit der Prepregtechnologie in Sz 4 am besten Punkten können. Das nach allen Wertungen beste Front-End Szenario, Sz 2, der Integralbauweise integriert die (teil-) automatisierte Preformfertigung der Frames im Diaphragmaverfahren. Aus den untersuchten Back-End Szenarien stellt die Kombination der Arbeitssysteme Roboter, Framework-Greifer, Station zur Bodenschale und Framestation zu Sz 1 die beste Investitionsalternative dar.…