Innovative Strategien für neue Leichtbaukonzepte
Kongress Produktionsforschung 2016 Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) 23. Juni 2015
Andreas Stöckle; AIRBUS HELICOPTERS
Einleitung
2 23. Juni 2016
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Seit Generationen steht Airbus Helicopters für Hochtechnologie und innovativen Wandel. Am Markt bewähren sich die Hubschrauber durch exzellente Leistungsparameter und durch einen hohen Grad an Customisierung. Gerade im Hubschrauber-Leichtbau, geprägt von Kleinserienfertigung, kommt es dabei weniger auf effiziente Massenproduktion, sondern vielmehr auf revolutionäre Designlösungen, Flexibilität und Qualität bei den Endprodukten an. Bei der Neuausrichtung der Industriellen Strategie wird der Fokus nun verstärkt auf industrielle Innovation gelegt, um weiterhin hochflexibel, aber effizienter produzieren zu können. Methoden und Verfahren des digitalen Zeitalters werden uns dabei helfen, die Leichtbaukonzepte der Zukunft schneller und kostengünstiger in der Produktion realisieren zu können.
Zivile Hubschrauber - Portfolio
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Einmotorige Hubschrauber
Zweimotorige Hubschrauber leichte Gewichtsklasse
Zweimotorige Hubschrauber mittlere Gewichtsklasse
Hubschrauber mittlerer/ schwerer Gewichtsklasse
H120 H125
H130
H135 H145
AS365 H155 H175
H215 H225
H160
EC145
Militärische Hubschrauber - Portfolio
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Leichte Hubschrauber
Hubschrauber mittlerer Gewichtsklasse
Hubschrauber mittlerer/ Schwerer Gewichtsklasse
Spezialhubschrauber
H125M H135M
AS565
H215M
Tiger NH90
H145M
H225M
Markt und Umsatzverteilung
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Ziviler und halbstaatlicher Markt für Maschinen über 1,3 Tonnen Gesamtes Marktvolumen 2015: 627 Hubschrauber
NHI
22%
Boeing
13.5%
Sikorsky Russian Avicopter
Weitere 3.5%
9% 4.5% 4% 19.5%
AW
7%
Bell
4%
Bell- Boeing
4%
Militärischer Markt Gesamtes Marktvolumen 2015: 886 Hubschrauber
9%
HAL
Bell
19.5%
Agusta Westland
18.5%
Sikorsky Weitere
9% 5% 3%
Russian Airbus Helicopters
Airbus Helicopters
50%
50%
Militärisch
Zivil
47%
53%
Support & Services
Serien- produktion
30%
70%
Inland
Export
Inland
Umsatzverteilung:
5
Diagramm1
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Sikorsky
Russian Helicopters
Boeing
Avicopter
AH
NHI
AW
Bell-Boeing
Bell
HAL
Others
Feuil1
SikorskyRussian HelicoptersBoeingAvicopterAHNHIAWBell-BoeingBellHALOthers
2119141111664431
Diagramm1
442116775
Série 1
Série 2
Série 3
Série 4
Série 5
Série 7
Série 8
45%
Feuil1
Série 1Série 2Série 3Série 4Série 5Série 7Série 8
442116775
Diagramm1
50
50
2
Feuil1
2
50
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Pour redimensionner la plage de données du graphique, faites glisser le coin inférieur droit de la plage.
Diagramm1
53
47
2
Feuil1
2
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Pour redimensionner la plage de données du graphique, faites glisser le coin inférieur droit de la plage.
Diagramm1
72
28
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Feuil1
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Pour redimensionner la plage de données du graphique, faites glisser le coin inférieur droit de la plage.
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Innovationsstufen bei Airbus Helicopters
23. Juni 2016
Vier Stufen der Produktentwicklung
Exploration Phase
Innovative Ideen Demonstrator
- Experimental Konzepte - Forschung - Erprobungsträger
Disruptive Innovation
Neue Technologie als “Game Changer“ Neues Produkt
Inkrementelle Innovation
Technische Optimierung der Bauweisen Optimiertes Produkt
Industrielle Innovation
Systems Engineering Optimiertes Gesamtsystem
3 4
Marktführer durch Alleinstellungsmerkmal Pionierarbeit bei Entwicklung, Zulasssung und Industrialisierung
Verbesserte Detaillösungen in Entwicklung und Industrialisierung „Design-to-fibre“
2
Das Produkt als Teil eines (industriellen) Gesamtsystems „Industrie 4.0“
6
1
Produktentwicklung über die Zeit
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Anteil Composites beim Strukturgewicht
Erstflug
50%
25%
75%
100%
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(incl
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1970 1980 1990 2000 2010 2020 1960
A380
787
Military Helicopters
NH90
Tiger
15.12.2009 14.06.2013
H 135
Commercial Helicopters
Bo 105
AS 355 BK 117
„BK 117 Faserzelle“
13.6.1979 16.2.1967
H160
18.12.1995 13.06 2015
A350
15.2.1994
Innovative Idee => Demonstrator
Erstumsetungen in der Serie zivil
militärisch
Inkrementelle Entwicklung (TB H145)
Exzellenz durch Industrie 4.0
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Differenzierung durch technologischen Fortschritt
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Stufe 1, Experimental Konzepte, Demonstratoren
Exploration Phase
Innovative Ideen Demonstrator
- Experimental Konzepte - Forschung - Erprobungsträger
“BK 117 Faserzelle”
Einsatz neuer Materialien zur drastische Gewichtsreduzierung • 30% geringeres Gewicht, erhöhte Leistungsfähigkeit beim Endprodukt • Potentiell weniger Einzelteile und Fügestellen • Neue konstruktive Möglichkeiten (Design nach Lastfluss, höhere
Formfreiheit, etc.)
BMR, lagerloses Rotorsystem auf Versuchsträger (BO108)
Lagerloses Rotor System • Geringes Gewicht durch Einsatz von Composite Materialien • Wenig Füge und Gelenkpunkte • Sicher, wartungsarm, leicht, etc.
X³ High-Speed Demonstrator
Neue Architektur / Hubschrauberkonzept • Deutliche höhere Geschwindikeit im Vertikalflug (ca. 470km/h) • Neues Potential für Kundenmissionen • Erfahrung für künftige Neuentwicklungen (CleanSky)
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Differenzierung durch technologischen Fortschritt
23. Juni 2016
Stufe 1, Experimental Konzepte, Demonstratoren
Exploration Phase
Innovative Ideen Demonstrator
- Experimental Konzepte - Forschung - Erprobungsträger
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Faserzelle BK117
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Differenzierung durch technologischen Fortschritt
23. Juni 2016
Stufe 1, Experimental Konzepte, Demonstratoren
Exploration Phase
Innovative Ideen Demonstrator
1
- Experimental Konzepte - Forschung - Erprobungsträger
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Vorteile der neuen Technologieanwendung
Bodenstruktur
Seitenschalen
Cockpit
Mittelpfosten
Elektrik Kit
Nieten, Dichtungen, etc.
Al-Zelle
47,2 32,5 32 % 362 84 % 56 32,3
30,1 20,4 36 % 234 81 % 45 19,1
21,8 14,9 37 % 107 77 % 25 13,8
4.3 3 35 % 18 78 % 4 2,8
incl. 20 3,4
incl. (12000) (0,87 %) (1500) 2,5
Hauptbaugruppe gerechnet gewogen
Ein-sparung
Ein-sparung Al-Zelle
Composite
103,4 70,8 29 % * 721 79 % 150 73,9
Gewicht (kg) Anzahl Teile
Composite Zelle
* dies ist die Gewichtseinsparung, wenn nur die Composite Bauteile verglichen werden; unberücksichtigt bleibt Lackierung etc.
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Differenzierung durch technologischen Fortschritt
23. Juni 2016
Stufe 2, Implementierung grundlegend neuer Technologien
Disruptive Innovation
Neue Technologie als “Game Changer“ Neues Produkt
Marktführer durch Alleinstellungsmerkmal Pionierarbeit bei Entwicklung, Zulasssung und Industrialisierung
Erstes Canopy in Schlauchbauweise
H135 Kabinengerüst in Composite Schlauchbauweise • Extrem geringes Gewicht • Hochintegrales Bauteildesign (ein Teil) • Hohe Steifigkeit mit geringem Materialeinsatz - Raum für Transparenz
Serienanwendung Lagerloser Rotorkopf (BMR)
H135 Rotor System • Geringes Gewicht durch Einsatz von Composite Materialien • Wenig Füge- und Gelenkpunkte • Sicher, wartungsarm, leicht, etc. • Teuer im Unterhalt
Fenestron Heckausleger in Faserverbundbauweisen H135 Heckausleger in Composite Design • Schalenbauweise mit geringem Gewicht • Modulare Bauweise (integrierter Heckrotor / Fenestron) • Differenzialbauweise, verhältnismäßig hoher montageaufwand
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Differenzierung durch technologischen Fortschritt
23. Juni 2016
Stufe 2, Implementierung grundlegend neuer Technologien
Disruptive Innovation
Neue Technologie als “Game Changer“ Neues Produkt
Marktführer durch Alleinstellungsmerkmal Pionierarbeit bei Entwicklung, Zulasssung und Industrialisierung
vom Demonstrator zur ersten Serienanwendung
BK117 CFK Struktur H 135 / H145 Cockpit
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Differenzierung durch technologischen Fortschritt
23. Juni 2016
Stufe 3, Weiterentwicklung, kontinuierliche Verbesserung
Inkrementelle Innovation
Technische Optimierung der Bauweisen Optimiertes Produkt
Verbesserte Detaillösungen in Entwicklung und Industrialisierung „Design-to-fibre“
Next Generation Airframe
erste zivile Serienanwendung aus >70% Faserverbundbauweisen (H160) • Aerodynamische Loftline, ansprechendes Design • Geringstmögliches Strukturgewicht • Modulare Bauweise • Funktionale Struktur
ATR Advanced Technology Rotor
Lagerloses Blattsystem mit abnehmbaren und schwenkbaren Blattspitzen • Besseres Produkthandling • Optimierte Wartungskosten (DMCs) beim Kunden • Flexible Missionsgestaltung (optionale Blattprofile)
Optimierter Heckausleger in Faserverbundbauweisen H145 Heckausleger in Schlauchbauweise • Weniger Einzelteile und Fügepunkte • Erhöhte Steifigkeit, besseres dynamisches Verhalten • Geringeres Gewicht • Niedrigere Kosten durch geringeren Montageaufwand
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Differenzierung durch technologischen Fortschritt
23. Juni 2016
Stufe 3, Weiterentwicklung, kontinuierliche Verbesserung
Inkrementelle Innovation
Technische Optimierung der Bauweisen Optimiertes Produkt
Verbesserte Detaillösungen in Entwicklung und Industrialisierung „Design-to-fibre“
am Beispiel H145 Tailboom
In 2014 erhielt die H 145 ein Major Upgrade. Neue Triebwerke erforderten ein stärkeres Anti Torque System. Der ursprüngliche Tailrotor wurde durch einen FENESTRON® ersetzt. Die bisherige Aluminium Stringer Bauweise wurde durch Carbon Composites ersetzt.
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Differenzierung durch technologischen Fortschritt
23. Juni 2016
Stufe 3, Weiterentwicklung, kontinuierliche Verbesserung
Inkrementelle Innovation
Technische Optimierung der Bauweisen Optimiertes Produkt
Verbesserte Detaillösungen in Entwicklung und Industrialisierung „Design-to-fibre“
am Beispiel H145 Tailboom
Optimierte Bauweise (Design-to-Fibre): Der Tailboom ist als “One shot” Sandwich-Bauteil konzipiert. Wenig Montageaufwand, vereinfachtes Tolerancing Der Druckaufbau wird durch einen innenliegenden Schlauch
gewährleistet („Schlauchbauweise“)
Der untere Bereich ist flach um eine einfachere Antennen- integration zu erreichen.
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Differenzierung durch technologischen Fortschritt
23. Juni 2016
Stufe 3, Weiterentwicklung, kontinuierliche Verbesserung
Inkrementelle Innovation
Technische Optimierung der Bauweisen Optimiertes Produkt
Verbesserte Detaillösungen in Entwicklung und Industrialisierung „Design-to-fibre“
am Beispiel H145 Tailboom
Optimierte Bauweise (Design-to-Fibre): LH Fenestron ® Gehäuse (Schale mit Tunnel) Hoch integriertes Strukturbauteil Dies wird mit einem getrennten Lagenaufbau der Schale und des
Tunnels mit zwei separaten Tools bewerkstelligt. Die Tools werden dann vor dem Aushärtevorgang im Autoklav zusammengefügt und resultieren letztendlich in einem hoch-integralen Bauteil
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Differenzierung durch technologischen Fortschritt
23. Juni 2016
Stufe 3, Weiterentwicklung, kontinuierliche Verbesserung
Inkrementelle Innovation
Technische Optimierung der Bauweisen Optimiertes Produkt
Verbesserte Detaillösungen in Entwicklung und Industrialisierung „Design-to-fibre“
am Beispiel H145 Tailboom
Optimierte Montage: Das Fenestron-Gehäuse (Shroud) besteht aus den zwei Schalen und einem Spant. Die Verbindung mit dem Tailboom geschieht mit einer Nietreihe entlang des Spantes Die Vernietung befindet sich in einem wenig belastetet Gebiet und ermöglicht so
gutmütiges dynamisches Verhalten
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Differenzierung durch technologischen Fortschritt
23. Juni 2016
Stufe 3, Weiterentwicklung, kontinuierliche Verbesserung
Inkrementelle Innovation
Technische Optimierung der Bauweisen Optimiertes Produkt
Verbesserte Detaillösungen in Entwicklung und Industrialisierung „Design-to-fibre“
am Beispiel H145 Tailboom
Erweiterte Integration (Antennen und Kabel): Der Tailboom hat vordefinierte Einbauorte für Antennen und anderes Equipment Die Verkabelung wird auf Kabelschienen vormontiert und später im Tailboom fixiert.
Dies erlaubt eine simultane Produktion und ermöglicht späte Konfigurations-änderungen durch Kundenwünsche.
Maximale Antennenkonfiguration
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Differenzierung durch technologischen Fortschritt
23. Juni 2016
Stufe 3, Weiterentwicklung, kontinuierliche Verbesserung
Inkrementelle Innovation
Technische Optimierung der Bauweisen Optimiertes Produkt
Verbesserte Detaillösungen in Entwicklung und Industrialisierung „Design-to-fibre“
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Kos
ten
100%
EC145 Metallstruktur
EC135 Composite Struktur
EC145 T2 Composite Struktur
Material
Montage
Einzelteile
0%
80%
20%
60%
40%
76% 65%
Parametrische Hochrechnung zu Fenestron Lösung
Kosten-ersparniss
1 3
Technologie- sprung
Technische Optimierung
*
Serien- anwendung
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Optimierung am Beispiel H145 Tailboom
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Differenzierung durch technologischen Fortschritt
23. Juni 2016
Stufe 4, ganzheitliche Betrachtung – Systems Engineering
Industrielle Innovation
Systems Engineering Optimiertes Gesamtsystem
Das Produkt als Teil eines (industriellen) Gesamtsystems „Industrie 4.0“
Real time Konfigurations- und Änderungssteuerung
Kürzere Entwicklungzeiten, time-to-market
Beherrschung einer kundenorientierten Einzelteilfertigung
Virtual Reality und Simulation in der Produktion
Unmittelbares Nutzen von 3D Daten (Project Full3D) Beherrschung komplexer technischer Systeme
Produkt – Prozess Kopplung zur Optimierung des Prozessoutputs
robuste, sich selbst steuernde Produktionsabläufe (lernende Systeme) gesicherte Qualitätslage, “Big Data Analysis“ statt 100% inspection
Integrierte Dokumentation
automatisierte Dokumentenerstellung Aufbereitung der Daten für Entwicklung (upstream) und Wartung (downstream)
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Differenzierung durch technologischen Fortschritt
23. Juni 2016
Stufe 4, ganzheitliche Betrachtung – Systems Engineering
Industrielle Innovation
Systems Engineering Optimiertes Gesamtsystem
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Das Produkt als Teil eines (industriellen) Gesamtsystems „Industrie 4.0“
am Beispiel “Simulation von Herstellprozessen”
Das Ergebnis: Korrektur von unerwünschten spring-in Verhalten durch Simulation und a-priori Vorrichtungskorrektur führte zu verbesserter Bauteilqualität und geringeren NRCs (first time right)
Frame 3 errechneter spring-in Wert -5…6 mm Vorrichtungskorrektur +4,0 mm Gemessener spring-in Wert -1,1 mm
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Differenzierung durch technologischen Fortschritt
23. Juni 2016
Stufe 4, ganzheitliche Betrachtung – Systems Engineering
Industrielle Innovation
Systems Engineering Optimiertes Gesamtsystem
Das Produkt als Teil eines (industriellen) Gesamtsystems „Industrie 4.0“
am Beispiel “Intelligent Manufacturing Systems”
Das Ergebnis: Optimierte Toolings, Simulationsdaten und Smart Sensors führen zu optimieren Autoklavzyklen. Proaktive Adaption der Autoklavzyklen bei wechselnder Beschickung => Gesicherte Bauteilqualität und geringerer Energiebedarf Automatisierte Dokumentenerstellung
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Differenzierung durch technologischen Fortschritt
23. Juni 2016
Stufe 4, ganzheitliche Betrachtung – Systems Engineering
Industrielle Innovation
Systems Engineering Optimiertes Gesamtsystem
Das Produkt als Teil eines (industriellen) Gesamtsystems „Industrie 4.0“
am Beispiel MiRA (Mixed Reality Application)
MiRA
Hololens
Kundenspezifische Vorgabe von Einbauteilen und Einbauort
3D Abgleich mit der Realität Qualitätsprüfung bzgl. Konfiguration, Vollständigkeit,
Einbauort, etc. Automatisierte Dokumentenerstellung
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Differenzierung durch technologischen Fortschritt
23. Juni 2016
Stufe 4, ganzheitliche Betrachtung – Systems Engineering
Industrielle Innovation
Systems Engineering Optimiertes Gesamtsystem
Das Produkt als Teil eines (industriellen) Gesamtsystems „Industrie 4.0“
am Beispiel MiRA (Mixed Reality Application)
3D via Composer
Kundenspezifischer Fertigungsauftrag Logistikdaten Arbeitsplatzdaten
BFlow Design Data (kundenneutral)
Produktion: Verschmelzen der Funktionen, Planung und Steuerung Bereitstellung Einrüstung Inspektion
electrical tools
Wiring description
Verknüpfung und Aufbereitung aller relevanten Daten
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4
Fazit
Die klassische Entwicklungsarbeit im Hubschrauberbau fokussierte bisher sehr stark auf die Produktentwicklung.
Die Entwicklung von Industriellen Systemen (Automatisierung, etc.) spielte wegen der geringen Stückzahlen eher eine untergeordnete Rolle.
Die zukünftige Wettbewerbsfähigkeit von AIRBUS HELICOPTERS wird massiv von der Industriellen Exzellenz abhängen.
Durch „INDUSTRIE 4.0“ werden diese komplexen Systeme (die in kundenspezifischer Kleinserie gefertigt werden) beherrschbar.
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
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