Nutzung von KI, digitalen Zwillingen und AR/VR für eine verbesserte Wartung und Reparatur von Flugzeugen

Führende Flugzeughersteller stehen seit Anfang Januar unter starkem Druck, als eine nagelneue Maschine der Alaska Airlines 737 Max mitten im Flug abplatzte. Während dieses Thema speziell für einen Hersteller im Mittelpunkt stand, hat die Veranstaltung eine lange Reihe von Sicherheits- und Herstellungsproblemen beleuchtet, die sich im Laufe der Jahre für die Branche angehäuft haben. Diese Ereignisse haben traditionelle Wartungs- und Reparaturverfahren in den Fokus gerückt und die Notwendigkeit verstärkt, neue Technologien zur Verbesserung der Verfahren einzusetzen.

Die Integration fortschrittlicher Technologien wie künstlicher Intelligenz (KI), digitale Zwillingeund Augmented Reality/Virtual Reality (AR/VR) verändern diese traditionellen Ansätze zur Flugzeugwartung und -reparatur drastisch. Fluggesellschaften und Luft- und Raumfahrthersteller greifen zunehmend auf diese innovativen Lösungen zurück, um Wartungsabläufe zu optimieren, Sicherheitsprotokolle zu verbessern und Betriebskosten zu senken.

Die Luft- und Raumfahrt, die Verteidigung und andere Industriesektoren müssen ihre Infrastruktur modernisieren, um die betriebliche Effizienz durch den Einsatz digitaler Zwillingstechnologien zu verbessern. Die bestehenden Betriebs-, Schulungs- und Wartungsprozesse stützen sich stark auf zweidimensionale Handbücher auf Papierbasis mit minimaler digitaler Modellierung.

Das Fehlen vorhandener digitaler Modelle beeinträchtigt die betriebliche Effizienz, die Missionsplanung und die Einsatzbereitschaft der Flugzeuge erheblich. Digitale Zwillinge revolutionieren jetzt die Art und Weise, wie wir physische Objekte und Systeme entwerfen, bauen, betreiben und reparieren. Die digitale Transformation der industriellen Prozesse erfordert die Integration digitaler Zwillingstechnologien, die dazu beitragen, die bestmöglichen Werkzeuge für die kommenden Jahrzehnte bereitzustellen.

Luft- und Raumfahrthersteller stehen immer noch vor zahlreichen Herausforderungen, darunter dem Mangel an umfangreichen 3D-CAD-Modellen. Für ältere Flugzeuge stehen nur sehr begrenzte 3D-Modelle zur Verfügung und die meisten Modelle, Anforderungen und Spezifikationen liegen in 2D-Form vor. Die Erstellung präziser 3D-Modelle mithilfe spezieller Scanner und digitaler Modifikationen auf der Grundlage der 2D-Daten mit herkömmlichen Methoden ist sehr teuer und zeitaufwändig. Darüber hinaus speichern die meisten 3D-Scanprogramme die Modelle in proprietären Formaten, was den Nutzen der Modelle aufgrund der eingeschränkten Interoperabilität erheblich einschränkt.

Zu den weiteren Herausforderungen gehört die Fähigkeit, die generierten 3D-Modelle in bestehende zu integrieren SysML Arbeitsabläufe und/oder die Schaffung flexibler Arbeitsabläufe, die nicht an proprietäre Modelle und Systeme gebunden sind. Um das eigenständige Verhalten jedes Modells und Subsystems sowie die Interaktion zwischen verschiedenen Subsystemen zu simulieren, müssen Hersteller das 3D-Modell und ihr physikalisches Verhalten mithilfe von SysML in ein Systemsimulationsmodell integrieren. Dies erfordert die Schaffung eines Frameworks zur Aufnahme aller einzelnen und kombinierten Systemanforderungen in einen SysML-Workflow, zur Parametrisierung der Modellkonfigurationen, zur Simulation und Überwachung des Verhaltens einzelner Komponenten sowie ihrer Interaktionen.

KI-gestützte vorausschauende Wartung

Die Wartung von Flugzeugen stützt sich traditionell auf geplante Kontrollen und reaktive Reparaturen auf der Grundlage gemeldeter Probleme. Allerdings verändert die KI-gesteuerte vorausschauende Wartung diesen Ansatz nun, indem sie Datenanalysen und maschinelle Lernalgorithmen nutzt, um potenzielle Ausfälle vorherzusagen, bevor sie auftreten. Fluggesellschaften nutzen KI, um riesige Datenmengen zu überwachen, die von Sensoren gesammelt werden, die in Flugzeugkomponenten, Triebwerke und Systeme integriert sind. Diese Echtzeitdaten werden analysiert, um subtile Muster zu erkennen, die auf drohende Fehlfunktionen oder Leistungseinbußen hinweisen.

KI-Algorithmen können Anomalien in Datenmustern erkennen, z Schwankungen der Motortemperatur oder unregelmäßige Vibrationssignaturen, die auf zugrunde liegende Probleme hinweisen könnten. Durch die kontinuierliche Überwachung und Analyse dieser Daten kann KI genau vorhersagen, wann bestimmte Komponenten gewartet oder ausgetauscht werden müssen, sodass Fluggesellschaften Reparaturen proaktiv während routinemäßiger Wartungsintervalle planen können. Dieser Übergang von der reaktiven zur vorausschauenden Wartung erhöht nicht nur die Sicherheit, indem das Risiko unerwarteter Ausfälle verringert wird, sondern optimiert auch die betriebliche Effizienz und minimiert Ausfallzeiten.

Die Rolle digitaler Zwillinge

Digitale Zwillinge sind virtuelle Darstellungen physischer Vermögenswerte wie Flugzeuge, die mithilfe von Echtzeitdaten erstellt werden, die von Sensoren, historischen Wartungsaufzeichnungen und betrieblichen Eingaben gesammelt werden. Mit dieser Technologie können Luft- und Raumfahrthersteller und Fluggesellschaften die Leistung von Flugzeugkomponenten und -systemen in einer virtuellen Umgebung simulieren und visualisieren. Durch die Integration von KI-Algorithmen in digitale Zwillingsmodelle können Betreiber wertvolle Erkenntnisse über den Gesundheits- und Betriebsstatus einzelner Flugzeuge und ihrer Komponenten gewinnen.

Für die Flugzeugwartung bieten digitale Zwillinge einen transformativen Ansatz, indem sie ein umfassendes Verständnis des Zustands und Verhaltens eines Flugzeugs liefern. Wartungsteams können digitale Zwillinge nutzen, um verschiedene Betriebsszenarien zu simulieren und die möglichen Auswirkungen auf die Flugzeugleistung und den Wartungsbedarf zu bewerten. Dies ermöglicht eine genauere Planung von Wartungsaktivitäten, eine optimierte Verwaltung des Ersatzteilbestands und eine verbesserte Entscheidungsfindung auf der Grundlage prädiktiver Analysen.

Digitale Zwillinge erleichtern auch die Fernüberwachung und -diagnose und ermöglichen es Wartungsteams, Probleme ohne physische Inspektion zu identifizieren. Mithilfe von Echtzeitdaten digitaler Zwillinge können KI-Algorithmen beispielsweise spezifische Wartungsmaßnahmen auf der Grundlage des aktuellen Zustands kritischer Komponenten empfehlen, wodurch die Notwendigkeit manueller Inspektionen verringert und die allgemeine Wartungseffizienz verbessert wird.

Integration von 3D-Technologie in digitale Zwillinge

Führende Anbieter digitaler Zwillingslösungen verändern heute die Art und Weise, wie Industriesektoren KI und räumliches Computing für digitale Zwillinge, Automatisierungs- und Robotikanwendungen nutzen. Diese Anbieter nutzen die Fortschritte bei immersiven XR-Schnittstellen, KI und Cloud-Technologien, um eine offene, modulare, hochpräzise und skalierbare KI-gestützte Cloud-Plattform für die schnelle, genaue und kostengünstige Erstellung digitaler 3D-Zwillinge bereitzustellen, die die Effizienz und Automatisierung steigert und Produktivität in Fertigung, Betrieb, Schulung und Instandhaltung.

Mit der Verbreitung hochwertiger Sensoren, nämlich hochauflösender Farbkameras, Tiefensensoren (wie LIDARs), Bewegungssensoren und Eye-Trackern, die in diese COTS-Geräte integriert sind, haben Anbieter Zugriff auf sehr hochwertige räumliche Daten zur Generierung genaue räumliche 3D-Karten nahezu in Echtzeit. Unternehmen sind in erster Linie durch die Rechenleistung und die Leistung (Akku) dieser mobilen Geräte eingeschränkt. Heutige Plattformen rationalisieren Arbeitsabläufe beim 3D-Scannen und digitalen Zwillingen und nutzen gleichzeitig Cloud Computing, um erschwingliche Verbraucherhardware zu ermöglichen, die ihre Standardfähigkeiten übertrifft.

Diese Lösungen überwinden die Einschränkungen mobiler Geräte in Bezug auf Akkulaufzeit und Rechenleistung, indem sie Daten in der Cloud verarbeiten (vor Ort/über Funk oder remote wie AWS GovCloud). Dies ermöglicht die schnelle Generierung detaillierter 3D-Modelle mit Millimetergenauigkeit von Sensoren in Mobiltelefonen, Tablets und XR-Headsets mit voller Modelltreue und ohne merkliche Verzögerung.

Durch die Verlagerung der intensivsten Verarbeitungsaufgaben in die Cloud erzeugt KI-gesteuerte Software hochwertige Punktwolken mit kostengünstigen COTS-Geräten. Dies beschleunigt die Erstellung digitaler Zwillinge im Vergleich zu herkömmlichen Methoden erheblich. Die neueren kommerziellen Lösungen von heute ermöglichen die schnelle und genaue Erstellung von 3D-Punktwolken mit einem XR-Headset als Erfassungsgerät, während alle Daten auf einem Server-PC verarbeitet werden.

AR/VR-Anwendungen in Wartung und Schulung

Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR)-Technologien verändern Flugzeugwartungsverfahren und Technikerschulungsprogramme. AR überlagert das Sichtfeld des Technikers mit digitalen Informationen und bietet so in Echtzeit Anleitungen und Anweisungen bei Wartungsaufgaben. AR kann beispielsweise Schaltpläne, Checklisten oder Diagnosedaten auf physische Flugzeugkomponenten überlagern, sodass Techniker komplexe Reparaturen genauer und effizienter durchführen können.

VR hingegen revolutioniert die Technikerschulung, indem es immersive und interaktive Simulationen von Wartungsabläufen in einer virtuellen Umgebung bietet. Auszubildende können komplexe Aufgaben wie die Demontage von Triebwerken oder Reparaturen an der Verkabelung üben, ohne dass ein physischer Zugang zum Flugzeug erforderlich ist. VR-Simulationen können verschiedene Flugzeugmodelle und -szenarien nachbilden und so praktische Erfahrungen in einer sicheren und kontrollierten Umgebung ermöglichen.

Vorteile und Zukunftsaussichten

Die Integration von KI, räumlichen digitalen 3D-Zwillingen und AR/VR-Technologien in die Wartungs- und Reparaturfunktionen von Flugzeugen bietet eine Vielzahl von Vorteilen für Fluggesellschaften und Luft- und Raumfahrthersteller. Verbesserte vorausschauende Wartungsfunktionen reduzieren Betriebsunterbrechungen, verlängern die Lebensdauer von Flugzeugen und optimieren die Wartungskosten. Digitale Zwillinge bieten einen ganzheitlichen Überblick über den Flugzeugzustand und ermöglichen eine proaktive Entscheidungsfindung und optimierte Wartungsprozesse. AR/VR-Technologien verbessern die Effizienz und Kompetenz der Techniker und erhöhen letztendlich die allgemeine Sicherheit und Zuverlässigkeit. Mit diesen Technologien an vorderster Front können Luft- und Raumfahrthersteller und Fluggesellschaften den Prozess der Flugzeugwartung und -reparatur erheblich verbessern.