Die Automatisierungsoffensive ist in der Luftfahrtindustrie in vollem Gange. Modulare und wandlungsfähige Robotersysteme ersetzen im Flugzeugbau immer häufiger kostspielige stationäre Anlagen und Maschinen. Der große Vorteil: Mobile Roboter sind universell einsetzbar und für neue Aufgabenstellungen schnell adaptierbar.
Mit dem Projekt MFlex (Mobile Robotereinheiten für die flexible und ressourceneffiziente Flugzeugproduktion 2025) konnte ein wichtiger Beitrag zur intelligenten Automatisierung im Flugzeugbau geleistet werden. Ziel des Vorhabens war es, Konzepte und Technologien zur robotischen Automatisierung von Prozessen in der Flugzeugproduktion zu entwickeln, um Kosten zu senken und die Produktionskapazität zu erhöhen. Es wurde eine modulare, mobile Roboterplattform entwickelt und als Anwendungsfall eine Lösung für roboterbasiertes Bohren an einem Seitenleitwerk realisiert. Alle Module wurden über den Kommunikationsstandard OPC UA von einer zentralen Steuerung aus orchestriert. Am MFlex-Projekt beteiligt waren Airbus, ESPACE 2001, 3D.aero, FFT, Fraunhofer IFAM, Fraunhofer IFF und das Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik (SR).
Gesamtsystemsimulation
SR war für die Simulation und virtuelle Inbetriebnahme (VIBN) verantwortlich. Am Institut wurden Simulationsmodelle für alle Module des Systems entwickelt (mobile Plattform, Navigation, Roboter, Bohrmodul, Präzisionsmodul). Grundlage hierfür war die objektorientierte, domänenübergreifende Modellierungssprache Modelica, die mit Echtzeit-Robotersimulation, Echtzeit-Visualisierung, Kontaktdynamik und modellintegrierter OPC-UA-Technologie kombiniert wurde. Für die Modellierung konnte auf bestehende Modelica-Bibliotheken von SR zurückgegriffen werden. Zudem sind im Rahmen des Projekts neue Bibliotheken entstanden. Mit der am Institut entwickelten Lösung wird die Simulation des Systems auf mehreren Detailebenen ermöglicht, von der Kinematik der mobilen Plattform über die Programmierung des Roboters über G-Code zu den detaillierten Prozesskräften beim Bohren.
Eine eigens entwickelte Modelica-OCP-UA-Bibliothek ermöglichte die Integration von OPC-UA-Servern in das Simulationsmodell, die das Verhalten der realen OPC-UA-Server der Hardwaremodule abbilden. Da die Schnittstelle der virtuellen und realen OPC-UA-Server identisch ist, macht es aus Sicht der zentralen Steuerung keinen Unterschied, ob diese ein reales Modul oder ein virtuelles Modul in der Simulation ansteuert. Im Projekt konnte mit der zentralen Steuerung erfolgreich das Gesamtsystem in der Simulation gesteuert werden, bevor damit das reale System gesteuert wird. Durch diese virtuelle Inbetriebnahme können Fehler frühzeitig erkannt werden.
Virtuelle Kameradaten
Ein Schwerpunkt war die Modellierung des Präzisionsmoduls. Dabei handelt es sich um eine von der 3D.aero entwickelte Stereokamera, die mittels Bilderkennung die Position des Seitenleitwerks erkennt und damit die Positioniergenauigkeit des Bohrmoduls erhöht.
Bilder vom realen Präzisionsmodul (Credits: 3D.aero)
Virtuelle Bilder aus der Simulation inkl. Lichteffekten und Texturen mit erkannten Merkmalen (Credits: DLR)
In der am SR entwickelten, kommerziellen „DLR Visualization 2 Library“ können virtuelle Kamerabilder in der Simulationsvisualisierung erzeugt werden. Damit kann die gesamte Bildverarbeitungs-Pipeline getestet werden, bevor das reale System aufgebaut ist.
Das MFlex-Projekt wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz unter dem Kennzeichen 20X1720B gefördert.
Projektlaufzeit: 03/2019 bis 02/2022