Supercomputer, Simulationen und intelligente Tools: in Sikorskys Angebot für Future Vertical Lift | Eingehend

Eingebettet in ein Flusstal, gleich neben einer der ältesten Städte Amerikas, blickt ein Pionier der Luftfahrt in die Zukunft der Branche.

Mit der Unterstützung der Muttergesellschaft Lockheed Martin hat der Helikopter-Star Sikorsky in den letzten Jahren rund 1 Milliarde US-Dollar in seine Produktionsstätte in Connecticut investiert und die Anlage mit fortschrittlichen digitalen Technologien ausgestattet, um die nächste Generation von Hubschraubern der US-Armee zu produzieren.

„Hier passiert nichts zufällig“, sagt George Mitchell schmunzelnd.

Er würde es wissen. Sikorskys bebrillter Vice President of Operations ist seit rund 40 Jahren im Unternehmen – er trat in den 1980er Jahren bei, um an dem schließlich eingestellten RAH-66 Comanche-Projekt zu arbeiten.

Innerhalb von Sikorsky ist Mitchell informell als Bürgermeister des 99 Jahre alten Firmenhauptsitzes und der weitläufigen Produktionsstätte in Stratford, Connecticut, bekannt. Auf dem Gelände befindet sich noch immer das ursprüngliche Büro von Igor Sikorsky, dem Vater der Rotationsfliegerei und Gründer und Namensgeber des Unternehmens.

Black-Hawk-Produktion 1

Stratford ist die Vergangenheit von Sikorsky, aber Führungskräfte wie Mitchell und Präsident Paul Lemmo setzen darauf, dass es auch die Zukunft des Unternehmens sein wird. Das Werk verfügt jetzt über einen eigenen Supercomputer, ein 3D-Drucklabor und eine Reihe von Simulatoren, mit denen Ingenieure und Piloten Flugzeuge testen können, die noch nicht gebaut sind.

Das Führungsteam nennt es eine digitale Fabrik, und sie sagen, dass das Konzept die Produktionskosten senken, die Wartung rationalisieren und Sikorskys Angebot für den bahnbrechenden Future Vertical Lift (FVL)-Wettbewerb der US-Armee sichern wird.

Derzeit konzentriert sich FVL auf zwei Flugzeuge: einen Ersatz für den 40 Jahre alten UH-60 Black Hawk, der immer noch von Sikorsky in Stratford hergestellt wird, und für den ausgemusterten Aufklärungshubschrauber Bell OH-58 Kiowa Warrior.

Der UH-60 ist seit Jahrzehnten das Rückgrat von Sikorskys Geschäft. Das Unternehmen sagt, dass der 5.000ste Black Hawk im vierten Jahr vom Band rollen wird Quartal 2022.

Während Sikorsky andere Großaufträge erhalten hat, darunter die Produktion des Schwerlasthubschraubers CH-53K King Stallion des US Marine Corps (USMC) und des Rettungshubschraubers HH-60W Jolly Green II der US Air Force, räumt Lemmo ein, dass es ihm nicht gelungen ist, einen FVL zu sichern Vertrag würde wahrscheinlich eine Reduzierung der 6.500 Mitarbeiter des Werks in Stratford bedeuten.

Lemmo und Sikorsky haben jedoch nicht die Absicht, dass dies geschieht, weshalb, sagt Mitchell, in Stratford nichts zufällig passiert.

Mitchell geht durch eine Reihe von Doppeltüren und an einer Ausstellung von Igor Sikorskys berühmtem Fedora vorbei in die Fabrikhalle. Wenn er über Kopfhörer über den Lärm der Industrie spricht, verwendet er eher Wörter wie „maschinelles Lernen“, „Dateneingabe“ und „virtuelle Realität“ als Begriffe, die typischerweise mit der Fertigungsindustrie in Verbindung gebracht werden.

„Man ist fast besser dran, ein Videospieler als ein Maschinist zu sein“, scherzt Mitchell halb im Scherz.

MAGISCHE MASCHINEN

Durch die Flügeltüren und am Ende eines langen, hell erleuchteten, weiß gestrichenen Flurs steht eine Ansammlung eingehauster Maschinen, von denen einige fast die Größe eines einstöckigen Gebäudes haben. Dies sind die Fräsmaschinen, die zur Herstellung von Flugzeugkomponenten verwendet werden, aber sie sind weit entfernt von den Drehbänken und Mühlen der Produktionslinien des 20. Jahrhunderts.

Obwohl es sich nicht um proprietäre Geräte handelt, wurden die Fräsmaschinen von Unternehmen auf der ganzen Welt speziell für Sikorsky gebaut. Mitchell nennt sie „magische Maschinen“, weil eine einzige Mühle ein Rohmaterial automatisch in Flugzeugteile formen, drehen und bohren kann – ein Vorgang, für den in früheren Epochen mehrere Maschinen und menschliche Bediener erforderlich gewesen wären.

Das Ziel des gesamten Konzepts der digitalen Fabrik ist es, die Arbeitskosten zu senken, die Präzision zu erhöhen und die Produktionszeiten zu verkürzen. Was früher mehrere Tage Arbeit an mehreren Mühlen erforderte, kann jetzt von einer dieser magischen Maschinen in nur 10-15 Minuten und mit weniger Fehlern erledigt werden.

Die Fehlertoleranz bei einem Bauteil wie einem Getriebe, das Dutzende unterschiedlich großer Löcher und Oberflächen enthält, beträgt nur knappe sieben Millionstel Zoll.

Präzision ist eine Säule der Kostensparstrategie von Sikorsky. Das Werk in Stratford verfügt über ein eigenes 650 Quadratmeter großes 3D-Drucklabor. Die 18 Drucker vor Ort produzieren eine Vielzahl von thermoplastischen Teilen, darunter Arbeitswerkzeuge und Luftfahrtkomponenten. Sikorsky erwartet bis zum Jahresende die Lieferung von zwei neuen Druckern, die in der Lage sein werden, metallische Komponenten herzustellen.

Automatisiertes Werkzeug CH53K

Die auch als additive Fertigung bekannte 3D-Drucktechnologie ermöglicht es, Komponenten schneller, billiger und mit weniger Materialabfall herzustellen als herkömmliche subtraktive Verfahren.

Bob Perchard, Director of Manufacturing Engineering bei Sikorsky, sagt, dass ihre gedruckten Teile die Qualitätskontrolle jetzt zuverlässig mit einer Rate von 100 % bestehen. Eine Komponente, für deren Bau mit herkömmlichen Werkzeugen früher 4,5 kg (10 lb) Rohmaterial benötigt wurden, benötigt jetzt nur noch 1,3 kg. Wichtig ist, dass Teile, die früher möglicherweise aus vier oder fünf Unterkomponenten zusammengesetzt werden mussten, jetzt als ein festes Stück gedruckt werden können.

Die Technologie ist soweit ausgereift, dass laut Sikorsky auf diese Weise metallische Strukturbauteile hergestellt werden können.

Wo Arbeiter immer noch traditionelle Fertigungsaufgaben wie das Anziehen von Nieten ausführen, hat Sikorsky stark in Technologien investiert, um den Prozess schneller, einfacher für Techniker und zuverlässiger zu machen.

In der CH-53K-Produktionslinie gibt es keine Papierschaltpläne, Handwerkzeuge sind digital integriert und die Arbeiter werden durch Augmented-Reality-Brillen unterstützt.

Die interne IT-Abteilung von Sikorsky hat handelsübliche Drehmomentschlüssel herausgenommen und sie mit Wi-Fi ausgestattet. Augmented-Reality-Brillen zeigen Arbeitern, welche Nieten in welcher Reihenfolge angezogen werden müssen. Wenn sie an der richtigen Stelle platziert werden, ziehen vernetzte Schraubenschlüssel die Nieten automatisch gemäß den korrekten Spezifikationen an und protokollieren die Arbeit zur Qualitätskontrolle.

„Bei jedem alten Hubschrauber, den wir bauen, las ein Mitarbeiter die Arbeitsanweisung, ging mit einem Klickschlüssel nach oben, machte die Arbeitsanweisung und schrieb dann den Drehmomentwert zurück in die Arbeitsanweisung“, beschreibt Perchard den vorherigen Prozess.

Jetzt wurde dieser Prozess drastisch gestrafft. Laut Perchard ist der neue Prozess so einfach, dass er von den Mitarbeitern bereits an ihrem ersten Arbeitstag gemeistert wurde.

DEN FLY-FIX-FLY-ZYKLUS BRECHEN

Die Hightech-Fertigung kann beim sogenannten „Backend“ des Flugzeugbaus Kosten einsparen, aber Sikorsky investierte auch erheblich in die Verbesserung des Designprozesses, die so genannte Frontend-Transformation.

Dies geschah in Form eines 10 Millionen US-Dollar teuren Supercomputers vor Ort und einer Reihe von Simulatoren, die es Ingenieuren und Piloten ermöglichen, Flugzeugkonstruktionen virtuell zu testen, ohne teure Prototypen bauen zu müssen.

Zwei Bänke mit mehr als 25.000 Kernprozessoren bilden den Supercomputer. Zum Vergleich: Ein Laptop oder Desktop-Computer hat normalerweise einen oder zwei Kerne. Der Supercomputer betreibt Flugsimulatoren und digitale Flugzeugmodelle, sodass Designer untersuchen können, wie sich vorgeschlagene Designs unter verschiedenen atmosphärischen und Flugbedingungen verhalten.

Der Computer kann komplexe Variablen wie die Fluiddynamik um Rotoren und physikalische Belastungen von Flugzeugzellen kompliziert modellieren. Die Flugsimulatoren können Arbeitsmodelle mechanischer Flugzeugsysteme enthalten, die in Echtzeit auf Pilotenaktionen reagieren. Dadurch können Ingenieure verstehen, wie sich Konstruktionen in der physischen Welt tatsächlich verhalten, ohne ganze Flugzeuge bauen zu müssen, sagt Mike Ambrose, Vizepräsident für digitale Transformation bei Sikorsky und ehemaliger Chefingenieur des Unternehmens.

Schließlich hofft Sikorsky, dass seine Computermodelle leistungsfähig genug sein werden, um die Auswirkungen nuancierterer Variablen zu berücksichtigen, wie beispielsweise die Auswirkungen des Betriebs in sandigen Umgebungen.

Diese Art von „virtuellem Flug“ reduziert nicht nur das Risiko für Testpiloten erheblich, sondern kann auch die Kosten für die Korrektur von Konstruktionsproblemen massiv senken; was Ambrose den „Fly-Fix-Fly“-Zyklus nennt.

Traditionell entwickelten Ingenieure und Testpiloten, wenn ein Designproblem identifiziert wurde, mögliche Lösungen und bauten diese Änderung tatsächlich in ihren Prototypen ein, ohne Garantie, dass dadurch das Problem gelöst und keine neuen geschaffen würden. Dieser Fly-Fix-Fly-Zyklus kann schnell zu Kostenüberschreitungen und Verzögerungen führen, sagt Ambrose.

Er nennt das Beispiel eines Problems bei einem früheren Design des CH-53K, das während der Tests identifiziert wurde. Diese Iteration erzeugte das, was als Motor-Abgas-Wechselwirkung bekannt ist. Im Wesentlichen wurde Abgas von einem Motor in den Einlass eines anderen Motors gesaugt, anstatt reine Luft.

Sikorsky war in der Lage, den Supercomputer zu verwenden, um Änderungen am Design zu modellieren, anstatt den Prototyp physisch zu modifizieren, und eine Lösung zu finden. Ambrose sagt, dass die Verwendung eines virtuellen Redesigns im Vergleich zur Fly-Fix-Fly-Methode zwei Jahre und Millionen von Dollar gespart hat.

DIGITALER GEWINN

Während digital unterstütztes Design und Fertigung Kosten senken und Bauzeiten verkürzen können, ist Sikorskys wahre Wette auf die Verträge ein Konzept, das es den digitalen Stammbaum nennt, sagen Führungskräfte.

Die Idee ist, dass jedes Flugzeug, das Sikorskys Produktionslinie verlässt, einen „digitalen Zwilling“ haben wird, der mit seiner Leitwerksnummer verknüpft ist. Alles, was mit dem Hubschrauber passiert, wird im dedizierten digitalen Zwilling dieses Flugzeugs reproduziert.

Der Prozess beginnt in der Fabrikhalle und wird fortgesetzt, wenn das Flugzeug den Betriebsstatus erreicht. Alle Aktionen während des Fluges werden von bordeigenen Sensoren aufgezeichnet und protokolliert; Auch die Wartung wird protokolliert. Im Idealfall gibt diese Mechanik einen sehr detaillierten Überblick über die Belastungen, denen einzelne Komponenten innerhalb der Flugzeugzelle ausgesetzt sind.

Daten von Bordsensoren, die das Digital-Twin-Modell speisen, helfen auch bei der Entwicklung eines Algorithmus zur Vorhersage mechanischer Probleme auf flugzeugspezifischer Ebene.

Diese virtuelle Kette, die sich durch die gesamte Lebensdauer eines einzelnen Hubschraubers zieht, nennt Sikorsky den „ununterbrochenen digitalen Faden“, vom Konzeptdesign bis zum realen Betrieb.

Sikorsky3DWorkInstructions

Während das Unternehmen darauf setzt, dass dieses Modell ihm die Aufträge der Armee sichern wird, die einen Wert von Milliarden von Dollar pro Jahr haben könnten nach Angaben des Congressional Budget Officedas Konzept wird bereits für den CH-53K des USMC ausgerollt.

„Wir reden nicht darüber, wir tun es“, sagt Lemmo.

Er fügt hinzu, dass das Sikorsky-Werk in Stratford besetzt und bereit ist, mit der Produktion des ersten Flugzeugs zu beginnen, das der Armee als Future Long Range Assault Aircraft (FLRAA) bekannt ist und Sikorskys langjährigen UH-60 ersetzen wird.

Die UH-60-Produktion für das US-Militär wird 2027 eingestellt. Sikorsky hofft, diesen Verlust durch ausländische Militärverkäufe abzumildern.

Sikorsky hat in Zusammenarbeit mit Boeing seine Defiant X für den FLRAA-Wettbewerb vorgestellt, die über eine koaxiale Hauptrotorbaugruppe und einen hinten montierten Schubpropeller zur Erzeugung von zusätzlichem Schub und Fluggeschwindigkeit verfügt. Es steht im Wettbewerb mit dem Tiltrotor V-280 Valor von Bell.

Laut jüngsten Erklärungen des Finanzchefs Jay Malave wird die Armee ihre Wahl für FLRAA im September bekannt geben.

Die zweite Anforderung, der Kiowa Warrrior-Ersatz, gilt für das Future Attack Reconnaissance Aircraft (FARA), bei dem Sikorskys Raider X – mit derselben Koaxial-/Schieberkonfiguration – dem Bell 360 Invictus gegenübersteht. Die Armee teilte FlightGlobal kürzlich mit, dass Testflüge für die FARA-Designs durchgeführt werden wird frühestens Ende 2023 eintreten.

Leave a Comment

Your email address will not be published.