Inhaltsverzeichnis
1. Prioritäten der Produktentwicklung in einer neuen Ära
2. Durchgängige Digitalisierung als Lösungsansatz
3. Innovative Ideen erforschen
4. Der Unterschied zwischen Vorgaben und Zielen
5. Umgang mit Komplexität
6. Big Data über den Lebenszyklus hinweg
7. Integration verschiedener Partner
Prioritäten der Produktentwicklung in einer neuen Ära
Die rasante Privatisierung hat die gesamte Raumfahrtindustrie dramatisch und schnell verändert. Das Geschäft boomt und soll sich bis 2030 verdreifachen. Zudem treten neben traditionell öffentliche Einrichtungen nun auch Newcomer. In dieser neuen Ära der Raumfahrt sind niedrige Kosten und ein anderer Umgang mit Risiken gefragt – flexiblere, kundenorientierte Geschäftsmodelle. Hier haben traditionelle Akteure Schwierigkeiten, Newcomer sehen ihre Chancen.
Durchgängige Digitalisierung als Lösungsansatz
Eine umfassende Digitalisierung während des Entwurfs und der Herstellung wird entscheidend sein, um sowohl auf Produkt- als auch auf Prozessebene Zeit und Kosten zu sparen. Der Einsatz digitaler Zwillinge verkürzt mit integrierten Modellen und Tests die Zeit bis zur Markteinführung. Zudem können digitale Technologien genutzt werden, um Prozesse zu integrieren, die die Automatisierung, die Massenfertigung von Komponenten, systemorientierte Ansätze, Wiederverwendbarkeit, vorausschauende Wartung, Rückkopplungsschleifen, additive Fertigung und die Zusammenarbeit zwischen Maschinenbau und Elektrotechnik fördern.
Innovative Ideen erforschen
Angetrieben durch einen kommerziellen Kontext bringen Newcomer oft Ideen ein, die etablierte Vorgehensweisen in Frage stellen – seien es wiederverwendbare Startsysteme oder große Konstellationen von Kleinsatelliten. Die Umsetzung solcher Ideen in die physischen Welt erfordert einen engen Zeit- und Kostenrahmen und ist mit viel technischer Arbeit verbunden. Dazu gehören das Festlegen von Anforderungen, das Untersuchen von Konzepten, das Erforschen von Architekturen, das Verfeinern von Entwürfen, die Realisierung von Produkten und das Verfolgen ihrer Entwicklung bis zum Ende ihrer Lebensdauer.
Ein großer Teil dieser Arbeit kann virtuell auf der Grundlage großer Datenmengen durchgeführt werden. Dieser Ansatz erfordert leistungsfähige Explorationswerkzeuge und skalierbare Simulationsmethoden sowie eine digitale Plattform, die alle Komponenten miteinander verbindet.
Der Unterschied zwischen Vorgaben und Zielen
Solche digitalen Technologien sind jedoch heikel, wenn es um die Entwicklung von Ausrüstung im Rahmen von großen Weltraumforschungsprogrammen geht. Diese Programme beginnen in der Regel mit der Festlegung von Zielen und nicht mit der Festlegung von Vorgaben. Wenn man sich ansieht, was bis 2030 geplant ist, gibt es eine Menge an Zielen und gute Gründe für ihre Umsetzung – wie diese erreicht werden können, ist oft jedoch noch nicht bekannt.
Umgang mit Komplexität
Die meisten Raumfahrtsysteme sind von Natur aus komplex. Sie enthalten fortschrittliche Materialien und vereinen eine Vielzahl von Funktionen. Als Beispiel lassen sich modernste Antriebssysteme oder Robotersysteme mit eingebauter künstlicher Intelligenz (KI) nennen. Bei ihrer Entwicklung spielen so viele Parameter eine Rolle, dass die Ingenieure einen digitalen Zwilling benötigen, um auch nur annähernd erfolgreich zu sein. Das Herzstück dieses digitalen Zwillings sind realistische, vorhersagefähige Simulationsmodelle, mit denen alle Systemaspekte von Beginn des Entwicklungszyklus an gleichzeitig optimiert werden können.
Da einige dieser Systeme intelligent sind, entwickeln sie sich im Laufe der Zeit weiter. Sie enthalten viele Sensoren, die eine weitere Leistungsoptimierung ermöglichen, wenn sie in Betrieb sind. Intelligente Systeme kommunizieren auch untereinander und mit ihrer Umgebung und geben Informationen an die Entwicklungsteams zurück, um zukünftige Verbesserungen und eine vorausschauende Wartung zu ermöglichen.
Big Data über den Lebenszyklus hinweg
Dieses Systemverhalten erfordert die Verwaltung großer Datenmengen und die Nutzung von Analysen in einer digitalen Lösung, die den gesamten Produktlebenszyklus umfasst. Darüber hinaus sind Raumfahrtsysteme für den Betrieb in der rauen Umgebung des Weltraums vorgesehen. Geräte, die unsere schützende Atmosphäre verlassen, sind anderen Schwerkraftbedingungen, extremen Temperaturschwankungen, kosmischer Strahlung und weiteren Bedingungen ausgesetzt, die wir uns noch gar nicht vorstellen können. Jede technische Arbeit an weltraumgebundenen Systemen muss dieser Komplexität Rechnung tragen. Anwendungen oder Materialien, die in anderen Branchen als fortschrittlich oder exotisch eingestuft würden, sind in der Weltraumentwicklung Standard.
Der Einsatz eines digitalen Zwillings bei Produktentwicklung und -konstruktion erfordert eine leistungsfähige Simulationssoftware. Nur solche Lösungen, die speziell auf die typischen Anforderungen der Raumfahrttechnik zugeschnitten sind, werden ausreichen. Es gibt nur eine Handvoll solcher Lösungen auf dem Markt. Aus diesem Grund wird kommerziell verfügbare Software oft mit firmeneigenen Tools kombiniert, was die Komplexität der Tool-Integration weiter erhöht. Sie muss deswegen so weit wie möglich unterstützt werden.
Integration verschiedener Partner
Große Raumfahrtprogramme erfordern darüber hinaus eine intensive Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Beteiligten. Jeder von ihnen hat seine eigenen Daten, Prozesse, Methoden und Tools. Ohne angemessene Integration ist eine solche Zusammenarbeit fehleranfällig.
Umso wichtiger ist eine übergreifende digitale Infrastruktur, in der alle Daten für die verschiedenen Phasen des Produktlebenszyklus gesammelt, verwaltet und auf dem neuesten Stand gehalten werden sowie für die relevanten Programmbeteiligten zugänglich sind. Diese Art von Plattform webt einen allumfassenden digitalen Informationsfaden von der Anforderungsdefinition über die Exploration und den detaillierten Entwurfsprozess bis hin zu Fertigung, Qualifizierung und Zertifizierung. Ein digitaler Zwilling ermöglicht es, ein Produkt im Raum mit seinen ursprünglichen Anforderungen in Verbindung zu bringen und die Auswirkungen aller Entscheidungen und Maßnahmen während des gesamten Programms zu verfolgen. (co)
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