HoKiTEP – Hoch-Kinematisierte Technologie-Entwicklungs-Plattform

Hintergrund & Motivation

Der Trend zu hochindividualisierten Komponenten ist eine zentrale Herausforderung moderner Industrieproduktion – insbesondere in der Luft- und Raumfahrt. Steigende Individualisierung führt zu immer kleineren Losgrößen und macht klassische, auf Massenfertigung ausgelegte Automatisierungsparadigmen zunehmend unwirtschaftlich.

Zusätzlich treiben technologischer Wandel – etwa durch Umweltauflagen, Marktveränderungen und wissenschaftlichen Fortschritt – sowie disruptive Technologien wie Künstliche Intelligenz (KI) die Anforderungen an Produktionssysteme weiter voran. Unternehmen stehen vor der Aufgabe, ihre bestehenden Investitionen zu schützen und gleichzeitig zukunftsfähig zu bleiben.

Flexibilität ist daher die Schlüsselkompetenz der nächsten Generation von Produktionssystemen. Das DLR-ZLP Augsburg versteht Flexibilität dabei nicht als bloßes Variantenmanagement, sondern als die Fähigkeit, schnell und niederschwellig auf veränderte Material-, Bauteil-, Prozess- und Marktanforderungen zu reagieren – ohne bestehende Anlagen obsolet zu machen.

Vorarbeiten: Die Multifunktionale Zelle (MFZ)

Bereits vor mehr als zehn Jahren hat das DLR-ZLP Augsburg diese Herausforderung erkannt und mit dem Aufbau der Multifunktionalen Zelle (MFZ) eine wegweisende Lösung für flexible Produktionstechnologie in der Luft- und Raumfahrt entwickelt. Die MFZ positionierte das DLR-ZLP als Spitzeninstitut im Bereich der flexiblen Fertigungsforschung.

Vision & Zielsetzung

HoKiTEP (Hoch-Kinematisierte Technologie-Entwicklungs-Plattform) ist ein Forschungsvorhaben innerhalb des KI-Produktionsnetzwerks Augsburg. Ziel ist der Aufbau und Betrieb einer hochmodernen, zukunftsfähigen Forschungsinfrastruktur für flexible und KI-gestützte Produktionstechnologie.

Die HoKiTEP-Plattform erweitert das Fähigkeitsportfolio des DLR-ZLP Augsburg grundlegend und bietet eine einzigartige Umgebung für industrienahe Forschung und Technologietransfer.

Anlagenkonzept & Systemarchitektur

Das Herzstück der HoKiTEP-Plattform bildet die Interaktion von mobilen, flexiblen robotischen Einheiten mit zwei stationären Robotern auf Linearachsen. Diese Kombination ermöglicht die Abbildung vielfältiger Produktionsszenarien mit stark variierenden Bauräumen und Komplexitätsstufen.

Die Anlage wird durch eine intelligente funktionale Umgebung ergänzt, die folgende Kernfähigkeiten integriert:

• Kommunikation und Koordination von Robotern und mobilen Einheiten
• Energiemanagement und smarte Wartungsstrategien
• KI-unterstützte Aufgabenplanung und Zellenkonfiguration
• Sichere Mensch-Maschine-Kollaboration (Human-Robot Collaboration, HRC)
• Automatisierte und adaptive Zellenkonfiguration

Wissenschaftliche Forschungsschwerpunkte

1. Flexible Robotik & Automation

Im Bereich flexibler Robotik und Automation werden Methoden zur ortsunabhängigen Koordination von stationären und mobilen Robotereinheiten erforscht. Schwerpunkte liegen auf KI-gestützter Bahnplanung, sensorbasierter Umgebungswahrnehmung und der sicheren Kollaboration zwischen Mensch und Maschine in dynamischen Produktionsumgebungen.

2. Prozessentwicklung & neue Materialien

Die Prozessforschung bei HoKiTEP umfasst zwei zentrale Themenfelder:

• Biobasierte Materialien: Untersuchung und Qualifizierung nachhaltiger, biobasierter Werkstoffe für den Einsatz in der Luftfahrtindustrie hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften und Verarbeitbarkeit.
• Hochraten-RTM-Prozess: Entwicklung eines industriell einsetzbaren Resin Transfer Moulding (RTM)-Prozesses für Luft- und Raumfahrtanwendungen, gestützt auf umfangreiche Sensorik und KI-basierte Prozesssteuerung.

3. Präzisionsmontage & Toleranzmanagement

Die modular aufgebaute HoKiTEP-Anlage bietet optimale Voraussetzungen für die Erforschung hochpräziser Montageprozesse für geometrisch variable Luft- und Raumfahrtbauteile.

Kernthemen sind:

• Automatisches Toleranzmanagement und Bauteilabstimmung
• In-Situ-Shimming auf Basis von Widerstandsschweißverfahren
• Automatisierte Demontage und Wartung von Luftfahrtstrukturen

4. Qualitätssicherung & Digitaler Zwilling

Qualitätssicherung wird bei HoKiTEP als integraler Bestandteil des Produktionsprozesses verstanden. Aktive Messtechnik und Echtzeit-Produktionsdaten werden genutzt, um über Digitale Zwillinge und KI-Algorithmen kontinuierliche Aussagen zur Bauteilqualität zu treffen.

Forschungsthemen in diesem Bereich umfassen:

• Entwicklung und Integration produktionsbegleitender Sensorsysteme
• Datenmanagement und -analyse für Echtzeit-Qualitätsprognosen
• Aufbau und Validierung digitaler Zwillingsmodelle für Fertigungsprozesse

Gesellschaftliche & wirtschaftliche Bedeutung

HoKiTEP leistet einen direkten Beitrag zur Sicherung und Stärkung des Produktionsstandorts Augsburg-Schwaben und zur Zukunftsfähigkeit der bayerischen Luftfahrtindustrie. Die Plattform schlägt gezielt die Brücke zwischen akademischer Grundlagenforschung und industrieller Anwendung:

• Impulse für die Industrie: Gemeinsame Projekte mit Unternehmen zur Integration moderner Produktionsparadigmen
• Lückenschluss: Identifikation und Schließung technologischer Lücken im Bereich flexible Automation und KI-gestützte Produktion
• Regionaler Mehrwert: Stärkung des KI-Produktionsnetzwerks Augsburg und der Innovationskraft Bayerns
• Nachhaltigkeit: Beitrag zur ressourcenschonenden und biobasierten Fertigung in der Luftfahrt

Förderung