Innovative Strategien für neue Leichtbaukonzepte · 2016. 9. 26. · Optimierter Heckausleger in...

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

Kong

ress

Pro

dukt

ions

fors

chun

g 20

16, I

nnov

ativ

e St

rate

gien

für n

eue

Leic

htba

ukon

zept

e 2

3. J

uni 2

016

- And

reas

Stö

ckle

©

Airb

us H

elic

opte

rs ri

ghts

rese

rved

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

3 23. Juni 2016

Kong

ress

Pro

dukt

ions

fors

chun

g 20

16, I

nnov

ativ

e St

rate

gien

für n

eue

Leic

htba

ukon

zept

e 2

3. J

uni 2

016

- And

reas

Stö

ckle

©

Airb

us H

elic

opte

rs ri

ghts

rese

rved

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

4 23. Juni 2016

Kong

ress

Pro

dukt

ions

fors

chun

g 20

16, I

nnov

ativ

e St

rate

gien

für n

eue

Leic

htba

ukon

zept

e 2

3. J

uni 2

016

- And

reas

Stö

ckle

©

Airb

us H

elic

opte

rs ri

ghts

rese

rved

Leichte Hubschrauber

Hubschrauber mittlerer Gewichtsklasse

Hubschrauber mittlerer/ Schwerer Gewichtsklasse

Spezialhubschrauber

H125M H135M

AS565

H215M

Tiger NH90

H145M

H225M

Markt und Umsatzverteilung

5

23. Juni 2016

Kong

ress

Pro

dukt

ions

fors

chun

g 20

16, I

nnov

ativ

e St

rate

gien

für n

eue

Leic

htba

ukon

zept

e 2

3. J

uni 2

016

- And

reas

Stö

ckle

©

Airb

us H

elic

opte

rs ri

ghts

rese

rved

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

2119141111664431

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

50

Pour redimensionner la plage de données du graphique, faites glisser le coin inférieur droit de la plage.

Diagramm1

53

47

2

Feuil1

2

53

47


Diagramm1

72

28

2

Feuil1

2

72

28


Kong

ress

Pro

dukt

ions

fors

chun

g 20

16, I

nnov

ativ

e St

rate

gien

für n

eue

Leic

htba

ukon

zept

e 2

3. J

uni 2

016

- And

reas

Stö

ckle

©

Airb

us H

elic

opte

rs ri

ghts

rese

rved

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

23. Juni 2016

Kong

ress

Pro

dukt

ions

fors

chun

g 20

16, I

nnov

ativ

e St

rate

gien

für n

eue

Leic

htba

ukon

zept

e 2

3. J

uni 2

016

- And

reas

Stö

ckle

©

Airb

us H

elic

opte

rs ri

ghts

rese

rved

Anteil Composites beim Strukturgewicht

Erstflug

50%

25%

75%

100%

Ant

eil C

ompo

site

s in

% a

m S

trukt

urge

wic

ht

(incl

. Rot

orbl

ätte

r )

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

1

2

4

3

7

Kong

ress

Pro

dukt

ions

fors

chun

g 20

16, I

nnov

ativ

e St

rate

gien

für n

eue

Leic

htba

ukon

zept

e 2

3. J

uni 2

016

- And

reas

Stö

ckle

©

Airb

us H

elic

opte

rs ri

ghts

rese

rved

Differenzierung durch technologischen Fortschritt

23. Juni 2016

Stufe 1, Experimental Konzepte, Demonstratoren

Exploration Phase



“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)

8

1

Kong

ress

Pro

dukt

ions

fors

chun

g 20

16, I

nnov

ativ

e St

rate

gien

für n

eue

Leic

htba

ukon

zept

e 2

3. J

uni 2

016

- And

reas

Stö

ckle

©

Airb

us H

elic

opte

rs ri

ghts

rese

rved


23. Juni 2016


Exploration Phase



9

Faserzelle BK117

1

Kong

ress

Pro

dukt

ions

fors

chun

g 20

16, I

nnov

ativ

e St

rate

gien

für n

eue

Leic

htba

ukon

zept

e 2

3. J

uni 2

016

- And

reas

Stö

ckle

©

Airb

us H

elic

opte

rs ri

ghts

rese

rved


23. Juni 2016


Exploration Phase


1


10

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.

Kong

ress

Pro

dukt

ions

fors

chun

g 20

16, I

nnov

ativ

e St

rate

gien

für n

eue

Leic

htba

ukon

zept

e 2

3. J

uni 2

016

- And

reas

Stö

ckle

©

Airb

us H

elic

opte

rs ri

ghts

rese

rved


23. Juni 2016

Stufe 2, Implementierung grundlegend neuer Technologien




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

11

2

Kong

ress

Pro

dukt

ions

fors

chun

g 20

16, I

nnov

ativ

e St

rate

gien

für n

eue

Leic

htba

ukon

zept

e 2

3. J

uni 2

016

- And

reas

Stö

ckle

©

Airb

us H

elic

opte

rs ri

ghts

rese

rved


23. Juni 2016

Stufe 2, Implementierung grundlegend neuer Technologien




vom Demonstrator zur ersten Serienanwendung

BK117 CFK Struktur H 135 / H145 Cockpit

12

2

Kong

ress

Pro

dukt

ions

fors

chun

g 20

16, I

nnov

ativ

e St

rate

gien

für n

eue

Leic

htba

ukon

zept

e 2

3. J

uni 2

016

- And

reas

Stö

ckle

©

Airb

us H

elic

opte

rs ri

ghts

rese

rved


23. Juni 2016

Stufe 3, Weiterentwicklung, kontinuierliche Verbesserung




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

13

3

Kong

ress

Pro

dukt

ions

fors

chun

g 20

16, I

nnov

ativ

e St

rate

gien

für n

eue

Leic

htba

ukon

zept

e 2

3. J

uni 2

016

- And

reas

Stö

ckle

©

Airb

us H

elic

opte

rs ri

ghts

rese

rved


23. Juni 2016





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.

14

3

Kong

ress

Pro

dukt

ions

fors

chun

g 20

16, I

nnov

ativ

e St

rate

gien

für n

eue

Leic

htba

ukon

zept

e 2

3. J

uni 2

016

- And

reas

Stö

ckle

©

Airb

us H

elic

opte

rs ri

ghts

rese

rved


23. Juni 2016






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.

15

3

Kong

ress

Pro

dukt

ions

fors

chun

g 20

16, I

nnov

ativ

e St

rate

gien

für n

eue

Leic

htba

ukon

zept

e 2

3. J

uni 2

016

- And

reas

Stö

ckle

©

Airb

us H

elic

opte

rs ri

ghts

rese

rved


23. Juni 2016






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

16

3

Kong

ress

Pro

dukt

ions

fors

chun

g 20

16, I

nnov

ativ

e St

rate

gien

für n

eue

Leic

htba

ukon

zept

e 2

3. J

uni 2

016

- And

reas

Stö

ckle

©

Airb

us H

elic

opte

rs ri

ghts

rese

rved


23. Juni 2016






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

17

3

Kong

ress

Pro

dukt

ions

fors

chun

g 20

16, I

nnov

ativ

e St

rate

gien

für n

eue

Leic

htba

ukon

zept

e 2

3. J

uni 2

016

- And

reas

Stö

ckle

©

Airb

us H

elic

opte

rs ri

ghts

rese

rved


23. Juni 2016






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

18

3

Kong

ress

Pro

dukt

ions

fors

chun

g 20

16, I

nnov

ativ

e St

rate

gien

für n

eue

Leic

htba

ukon

zept

e 2

3. J

uni 2

016

- And

reas

Stö

ckle

©

Airb

us H

elic

opte

rs ri

ghts

rese

rved


23. Juni 2016





19

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

2

Optimierung am Beispiel H145 Tailboom

3

20

Kong

ress

Pro

dukt

ions

fors

chun

g 20

16, I

nnov

ativ

e St

rate

gien

für n

eue

Leic

htba

ukon

zept

e 2

3. J

uni 2

016

- And

reas

Stö

ckle

©

Airb

us H

elic

opte

rs ri

ghts

rese

rved


23. Juni 2016

Stufe 4, ganzheitliche Betrachtung – Systems Engineering




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)

4

Kong

ress

Pro

dukt

ions

fors

chun

g 20

16, I

nnov

ativ

e St

rate

gien

für n

eue

Leic

htba

ukon

zept

e 2

3. J

uni 2

016

- And

reas

Stö

ckle

©

Airb

us H

elic

opte

rs ri

ghts

rese

rved


23. Juni 2016




4


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

21

Kong

ress

Pro

dukt

ions

fors

chun

g 20

16, I

nnov

ativ

e St

rate

gien

für n

eue

Leic

htba

ukon

zept

e 2

3. J

uni 2

016

- And

reas

Stö

ckle

©

Airb

us H

elic

opte

rs ri

ghts

rese

rved


23. Juni 2016





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

22

4

Kong

ress

Pro

dukt

ions

fors

chun

g 20

16, I

nnov

ativ

e St

rate

gien

für n

eue

Leic

htba

ukon

zept

e 2

3. J

uni 2

016

- And

reas

Stö

ckle

©

Airb

us H

elic

opte

rs ri

ghts

rese

rved


23. Juni 2016





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

23

4

Kong

ress

Pro

dukt

ions

fors

chun

g 20

16, I

nnov

ativ

e St

rate

gien

für n

eue

Leic

htba

ukon

zept

e 2

3. J

uni 2

016

- And

reas

Stö

ckle

©

Airb

us H

elic

opte

rs ri

ghts

rese

rved


23. Juni 2016





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

24

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.

Kong

ress

Pro

dukt

ions

fors

chun

g 20

16, I

nnov

ativ

e St

rate

gien

für n

eue

Leic

htba

ukon

zept

e 2

3. J

uni 2

016

- And

reas

Stö

ckle

©

Airb

us H

elic

opte

rs ri

ghts

rese

rved

23. Juni 2016 25

Facht

agun

g C

arbo

n C

ompo

site

s 20

14 ;

And

reas

Stö

ckle

; AIR

BU

S H

ELI

CO

PTE

RS

©

Airb

us H

elic

opte

rs ri

ghts

rese

rved

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Innovative Strategien für neue LeichtbaukonzepteEinleitungZivile Hubschrauber - PortfolioMilitärische Hubschrauber - PortfolioMarkt und UmsatzverteilungInnovationsstufen bei Airbus HelicoptersProduktentwicklung über die ZeitDifferenzierung durch technologischen FortschrittDifferenzierung durch technologischen FortschrittDifferenzierung durch technologischen FortschrittDifferenzierung durch technologischen FortschrittDifferenzierung durch technologischen FortschrittDifferenzierung durch technologischen FortschrittDifferenzierung durch technologischen FortschrittDifferenzierung durch technologischen FortschrittDifferenzierung durch technologischen FortschrittDifferenzierung durch technologischen FortschrittDifferenzierung durch technologischen FortschrittDifferenzierung durch technologischen FortschrittDifferenzierung durch technologischen FortschrittDifferenzierung durch technologischen FortschrittDifferenzierung durch technologischen FortschrittDifferenzierung durch technologischen FortschrittDifferenzierung durch technologischen FortschrittFoliennummer 25Foliennummer 26

Innovative Strategien für neue Leichtbaukonzepte · 2016. 9. 26. · Optimierter Heckausleger in...

Documents

Transcript of Innovative Strategien für neue Leichtbaukonzepte · 2016. 9. 26. · Optimierter Heckausleger in...