Führende Unternehmen der Luft- und Raumfahrt vermindern Risiken mithilfe von Fertigungsprozessen

In der Luft- und Raumfahrt – sei es in der Raumfahrt oder bei der Herstellung von Turboprop- oder Düsenflugzeugen – kann ein Defekt, eine Fehlmessung oder ein kleiner Fehler über einen erfolgreichen Start oder ein Scheitern der Mission entscheiden. Aus diesem Grund unterliegen Luft- und Raumfahrtunternehmen strengsten Anforderungen im Hinblick auf Qualität und Maßhaltigkeit.

Die Herstellung von Teilen für die Luft- und Raumfahrt, die derart hohen Qualitätsanforderungen unterliegen, ist äußerst anspruchsvoll. Bei herkömmlichen Prüfungen nach der Bearbeitung müssen viele dieser Teile möglicherweise komplett verschrottet oder nachbearbeitet werden. Solche Ausschussteile und Nacharbeiten können zu Materialverschwendung, Produktionsstopps und Problemen in der Lieferkette sowohl für den OEM als auch für die Zulieferer führen. Letztendlich führt dies zu höheren Kosten und verzögerten Programmen – Ergebnisse, die für jeden Marktführer nicht akzeptabel sind.

Eine Möglichkeit, diese Probleme weitgehend zu lösen, ist der Einsatz tragbarer Messgeräte wie Laser Tracker, KMG-Arme und 3D-Messsoftware. Mit diesen Geräten lassen sich Erstmuster schnell prüfen, vorbearbeitete Maße kontrollieren und das Rohteil positionieren. So wird sichergestellt, dass die Bearbeitung reibungslos abläuft – und Material-, Energie- und Zeitverschwendung werden vermieden.

Viele Teile für die Luft- und Raumfahrtindustrie sind sehr groß. Aus diesem Grund ist die Bearbeitungszeit für diese Teile sehr hoch und auch die Nachbearbeitungszeit kann umfangreich sein. Um diese Nachbearbeitungszeit zu minimieren, setzen viele Betreiber 3D-Laser Tracker und Messsoftware ein, um die Qualität des Teils während des Bearbeitungsprozesses zu überprüfen. Dies ist ein enormer Vorteil, denn auf diese Weise können Herstelle r Probleme erkennen, sobald sie auftreten. Außerdem lässt sich so sicherstellen, dass der Bediener das Teil früher und schneller nachbearbeiten kann und die Qualität des Teils gewährleistet ist, wenn es von der Maschine genommen wird. Aufgrund der hohen Anforderungen hinsichtlich der Genauigkeit und der großen Teilegröße lässt sich eine solche prozessbegleitende Prüfung am einfachsten durchführen, wenn sie mit hochwertigen 3D-Laser-Trackern erfolgt.

Einer aktuellen Fallstudie zufolge stellte ein Luft- und Raumfahrtunternehmen fest, dass seine Arbeitsabläufe im Bereich Qualitätskontrolle mit 3D-Laser-Trackern und Messsoftware „doppelt so schnell“ durchgeführt werden konnten, als dies ohne sie der Fall gewesen wäre.

Zudem können die Bearbeitungsmaschinen auch mit Hilfe von Laser Trackern kalibriert werden. Der Laser Tracker kann die tatsächliche Maschinenposition im Vergleich zur geplanten Position über den gesamten Maschinenweg messen. Diese Informationen können dann verwendet werden, um die Bearbeitungsparameter für eine präzisere Fertigung anzupassen. Auf diese Weise lässt sich die Qualität künftig bearbeiteter Teile verbessern, was dazu beiträgt, Kosten und Terminüberschreitungen zu reduzieren.

Nach der Bearbeitung kann die Montage der Teile zu einem endgültigen Bauteil eine noch größere Herausforderung darstellen, da geringfügige Fehlausrichtungen zu kritischen Fehlern führen können. In diesem Bereich können tragbare Messlösungen – einschließlich Laser Tracker und tragbare KMG-Arme – ausgesprochen hilfreich sein. Um die Produktion auf ein Maximum zu steigern und Ausschuss möglichst gering zu halten, nutzen Luft- und Raumfahrtunternehmen diese Messlösungen, um die Qualität der Baugruppe zu messen und sie mit Echtzeit-Feedback von der Messsoftware anzupassen. Bei diesem Verfahren kann der Bediener sicher sein, dass die Endmontage die richtige Abmessung hat und später nicht nachgearbeitet werden muss. In Kombination mit einer leistungsstarken Software mit Automatisierungsfunktionen können sogar Bediener mit unterschiedlichen Qualifikationen ihre Aufgaben sicher ausführen.

Dies zeigt, wie und warum 3D-Laser Tracker und Messsoftware für den Erfolg der Luft- und Raumfahrt absolut unverzichtbar sind: Zum einen, um sicherzustellen, dass die Qualität den höchsten Standards entspricht, und zum anderen, um durch den Einsatz intelligenter Tools Zeitverschwendung, Ausschuss und Lieferkettenprobleme zu vermeiden.

Damit ein Unternehmen Laser Tracker erfolgreich in seinem Prozess implementieren kann, gibt es jedoch einige wichtige Anforderungen. OEMs sollten all dies bei der Aktualisierung und Optimierung ihrer Arbeitsabläufe berücksichtigen.

Wichtige Aspekte einer 3D-Laser-Tracker-Lösung für Arbeitsabläufe im Bereich Luft- und Raumfahrt.

1. Tragbarkeit
• Die Messlösung muss genau das sein: tragbar! Sie muss dorthin transportiert werden können, wo die Arbeiten durchgeführt werden. Es macht keinen Sinn, eine Lösung zu implementieren, wenn dafür ein ganzes neues Labor zur Qualitätskontrolle eingerichtet werden muss, das den Betrieb verlangsamt. Für einen möglichst effizienten Betrieb müssen die Teile gemessen und die Qualität direkt an der Produktionslinie überprüft werden. Aus diesem Grund stellen Laser Tracker und tragbare KMGs eine innovative Lösung für das besondere Qualiätsproblem im Bereich Luft- und Raumfahrt dar.
• Teile und Baugruppen für die Luft- und Raumfahrt sind oft sehr groß und sperrig. Der Transport dieser großen Objekte zum Prüflabor kann zeitaufwändig sein, und das Risiko einer Beschädigung während des Transports ist gering, aber äußerst kostenintensiv. Mit tragbaren Messgeräten können OEM die Prüfung oder messtechnisch unterstützte Montage direkt am Standort des Teils durchführen und so Zeit und Kosten sparen und Risiken minimieren.
• Da die Fertigung in der Regel nicht in einem temperaturgeregelten Raum stattfindet, muss die Messlösung in der Lage sein, Teile in der betreffenden Umgebung genau zu messen. Die Hardware muss in der Lage sein, die gewünschte Genauigkeit innerhalb eines breiten Temperatur- und Feuchtigkeitsspektrums zu erreichen, einschließlich aller Kompensationsverfahren. Intelligente Messsoftware muss auch über eingebettete Algorithmen zum Temperaturausgleich verfügen, die die thermische Ausdehnung/Kontraktion von Materialien bei Temperaturänderungen berücksichtigen. Auch hier gilt: Wenn ein Unternehmen erst ein spezielles temperaturgesteuertes Labor für seine Qualitätskontrolllösung einrichten muss, bleiben die wichtigen Vorteile der mobilen Messtechnik auf der Strecke.
2. Reichweite
• Das tragbare Messgerät muss über die erforderliche Bandbreite verfügen, um die kritischen Abmessungen des Projekts erfassen zu können. Vor allem in der Luft- und Raumfahrt können die Teile riesig sein – manchmal bis zu 80 Meter bei Trägerraketen oder großen Flugzeugen – und erfordern daher ein Instrument mit großer Reichweite. Bei kleineren Betrieben, wie z. B. bei der Herstellung von Turboprop-Flugzeugen oder kleinen Geschäftsflugzeugen, können die Teile natürlich auch kleiner sein. Dennoch ist es wichtig, dass die Hersteller sicherstellen, dass ihre 3D-Laser Tracker die erforderliche Bandbreite für ihre bisherigen Projekte und potenziellen zukünftigen Modelle haben.
• Bei kleineren Teilen kann ein tragbares KMG ausreichend sein, es muss jedoch über die erforderliche Reichweite verfügen, um das gesamte Volumen zu messen.
• Es ist unvermeidlich, dass OEM das Gerät bewegen müssen, um sehr große Teile oder Baugruppen zu erfassen. Häufig wird angenommen, dass das Verschieben eines Geräts die Genauigkeit des Messnetzwerks beeinträchtigen kann. Mit intelligenter Messsoftware lässt sich die Genauigkeit jedoch durch die Bündelung von Netzwerken erheblich verbessern, da diese die spezielle Form der Messungenauigkeit von Laser-Tracker-Messungen nutzt.
• Angesichts der Tatsache, dass große Teile der Luft- und Raumfahrtindustrie auf Drohnen, EVTOLs und umweltfreundliche Flugzeugdesigns umsteigen, genügt es nicht, dass OEM ihren Bedarf an Messtechnik auf Grundlage vergangener Projekte berechnen. Die Luft- und Raumfahrtunternehmen von morgen müssen offen dafür sein, was ihre Ingenieure und Konstrukteure in Zukunft an die Produktionslinie schicken könnten.
3. Reichweite
• Neben der erforderlichen Bandbreite der 3D-Laser Tracker eines OEM muss die Hardware, die in den Arbeitsablauf integriert werden soll, in der Lage sein, alle kritischen Abmessungen zu erfassen und dabei größtmögliche Genauigkeit zu garantieren.
• Messgeräte können um das Teil herum positioniert werden, um eine Sichtlinie zu erhalten und schwer zugängliche Bereiche zu messen. OEM in der Luft- und Raumfahrt müssen jedoch bedenken, dass dies den Fertigungsprozess verlangsamen könnte – und die Kosten und den ROI entsprechend abwägen.
• Einige Laser Tracker verfügen über Erweiterungen, die derartige Bedenken ausräumen können. Ein Laser Tracker kann zum Beispiel über einen zusätzlichen Taster verfügen, der die Bewegungen des Geräts einschränken kann. Oder er ist in der Lage, einen Arm einer tragbaren Koordinatenmessmaschine (eines mobilen KMG) in das Koordinatensystem zu integrieren, so dass das Teil nicht mehr so oft bewegt werden muss.
4. Genauigkeit
• Nachdem die drei oben genannten Faktoren berücksichtigt wurden, muss sichergestellt werden, dass die Messgeräte die erforderliche Genauigkeit erreichen, die zur Prüfung der kritischen Toleranzen an den Teilen erforderlich ist.
• Es ist absolut unerlässlich, die betreffenden Tools in der tatsächlichen Fertigungsumgebung zu testen und vorzuführen, in der ein Unternehmen sie einsetzen wird. Unternehmen der Luft- und Raumfahrtindustrie sollten unbedingt Experten in den entsprechenden Bereichen konsultieren – sowohl innerhalb als auch außerhalb des Unternehmens –, um sicherzustellen, dass die 3D-Laser Tracker den Genauigkeitsstandards entsprechen, um sich in ihre Arbeitsabläufe einzufügen.
• Zur Einhaltung interner oder internationaler Normen sollten Luft- und Raumfahrtunternehmen, die eine Lösung für die portable Messtechnik erwägen, sicherstellen, dass die von ihnen in Betracht gezogenen Lösungen nach einer bekannten und rückführbaren Norm wie ISO 10360-10 zertifiziert sind.
5. Effizienz
• Die Wahl einer Messsoftware mit speziellen Tools, die auf die Arbeitsabläufe von Laser Trackern zugeschnitten sind, ist entscheidend, um ein Höchstmaß an Effizienz freizusetzen. Ein Beispiel: Eine große digitale Anzeige (DRO) liefert Live-Feedback, wenn die Mitarbeiter weit vom Computer entfernt sind, und vereinfacht so den Prüf- und Montageprozess.
• Große Teile und Baugruppen erfordern große CAD-Modelle. Die Wahl einer geeigneten Messsoftware, die in der Lage ist, sehr große CAD-Modelle in ihrem nativen Dateiformat in kürzester Zeit zu importieren und gleichzeitig eine reibungslose Bearbeitung zu ermöglichen, ist der Schlüssel für einen effizienten Arbeitsablauf. Bleiben alle Informationen des ursprünglichen CAD-Modells, einschließlich der Baumstruktur, erhalten, können die Benutzer das importierte CAD-Modell durchsuchen und überflüssige Komponenten für die Prüfung oder Montage schnell entfernen.
• Leistungsstarke Algorithmen zur geometrischen Bemaßung und Tolerierung (GD&T), die in intelligente Messsoftware eingebettet sind, ermöglichen eine rasche Analyse und entlasten den Bediener, der nun die Zeit hat, Probleme zu entschlüsseln, da alle Toleranzen automatisch ausgewertet werden. Messsoftware mit vollständiger modellbasierter Definition (MBD) ermöglicht den Import von GD&T-Daten direkt aus CAD-Modellen – ein Zeitgewinn für den Bediener.

Letztlich sind 3D-Laser-Tracker unglaubliche Tools, die in Arbeitsabläufe in der Luft- und Raumfahrt implementiert werden können. Sie bieten sowohl Vorteile auf menschlicher Ebene – indem sie sicherstellen, dass in der Produktion ein Höchstmaß an Qualität verwendet wurde – als auch organisatorische Vorteile -, indem sie Zeitersparnis maximieren und Ausschuss, Nacharbeit und Materialverschwendung minimieren. Angesichts der Tatsache, dass die Welt weiterhin Innovationen auf dem Weg zu kohlenstofffreien Emissionen anstrebt, sind effiziente Technologien wie Laser Tracker eine Möglichkeit für die Luft- und Raumfahrtindustrie, ihren Teil zum Erreichen dieses Ziels beizutragen.