Diplomarbeit   Simulation und Visualisierung der Flugzeugstrukturmontage   Stephan Streck

 

Eingereicht am                     :           28.08.2001

 

Betreuer und 1. Prüfer       :           Prof. Dr.-Ing. T.Pawletta

2. Prüfer                                :           Prof. Dr. H. Klemkow

Betriebsbetreuer                  :           Dipl.-Ing. E. Klemkow

 

 

Einleitung und Problemstellung

 

Die Dynamik des internationalen Wettbewerbes ist eine Herausforderung für alle Unternehmen. Um erfolgreich zu sein, müssen ständig neue Maßstäbe gesetzt werden, vor allem bei Kundenorientierung, Produktqualität, Preis und Flexibilität. Voraussetzung ist die Bereitschaft und Fähigkeit zu permanenter Innovation.

 

Mit Hilfe von Simulatoren lassen sich Erfahrungen über die Wirkung von Planungs-, Betriebs- und Optimierungsmaßnahmen innerhalb von Produktionssystemen sammeln, bevor Investitionen getätigt werden. Mit der Unterstützung der Simulation kann eine vorhandene oder neuzuplanende Anlage aufgebaut werden, ohne dass es dazu größerer Investitionen bedarf.

 

Die Ziele dieser Arbeit sind die 3D-Konstruktion der Bauplätze und Baugruppen, die Analyse und Modellierung der Prozessabläufe sowie die Implementation eines Simulations/Visualisierungsmoduls der Flugzeugstrukturmontage bei der EADS Airbus GmbH im Werk Hamburg. 

 

 

Überblick  der Strukturmontage

 

In der Flugzeugstrukturmontage im Werk Hamburg – Finkenwerder der EADS Airbus GmbH werden die großen Strukturen der Flugzeugserien Single-Aisle, Wide-Body und Long-Range produziert. Als Struktur bezeichnet man einen Rohbau, der aus Außenhaut und inneren Versteifungen besteht. Die Modellierung der Single-Aisle Serie war Thema einer früheren Arbeit und wird hier nicht weiter behandelt.

 

Zu den Wide-Body Flugzeugen gehören die A310, sowie die A300-600, die es als Passagier- und als Frachtmaschine gibt. Die Long-Range Serie beinhaltet die 2-strahligen A330 und die 4-strahligen A340 Modelle. Beide Modelle mit ihren Varianten sind Flugzeuge mit hoher Reichweite und großer Passagierkapazität. Die A330 und A340 Flugzeuge unterscheiden sich im wesentlichen nur in ihrer Triebwerksanzahl.

 

 

 

Modellierung der Strukturmontage

 

Das Modell der Strukturmontage wird modular aufgebaut, d.h. es werden zunächst einzelne kleine Module erstellt, die dann zu einem Gesamtsystem zusammengefügt werden. Die Sektionen, aus denen der Flugzeugrumpf entsteht, stellen die Module dar. Das Rumpfvorderteil bzw. Rumpfheck repräsentieren die Systeme und werden aus den Sektionsmodulen erzeugt.

 

 

 

 

Detaillierungsgrad

 

Im Vorfeld der Simulation muss der Detaillierungsgrad festgelegt werden. Die Wahl der Detaillierung ist ein fundamentaler Bestandteil der Simulation. Ein ungeeigneter Detaillierungsgrad kann zum Scheitern der Simulation bzw. zu einem erheblich höheren Zeitaufwand führen. Es sollte also gelten: "Make it as simple as possible, but not simplier." (A. Einstein).

 

Rumpfvorderteil und –heck bestehen aus jeweils 3 oder 4 Sektionen. Eine Sektion besteht aus oberer und unterer Halbtonne, diese wiederum aus ca. 3 Schalen und gegebenenfalls aus dem Fußbodenrost (untere Halbtonne) bestehen. Neben diesen Schalen und Teilschalen gibt es eine hohe Anzahl von Stringern, Spanten und Clips, sowie anderen Verbindungselementen. Das kleinste Einzelteil der Strukturmontage ist die Niete, die in einer Anzahl von ca. 200.000 pro Flugzeug auftritt.   In der Simulation werden Teile bis zur Ebene der Teilschalen berücksichtigt. Einen Überblick über die Bauteilkomplexitäten gibt die Abbildung. Die einzelnen Ebenen der Flugzeugmontage sind durch die grüne gestrichelte Linien abgeteilt. Die Bauteile in der rot gestrichelten Umrahmung sind die im Modell berücksichtigten Elemente. Ein wichtiger Bestandteil der Simulation ist der Kran und dessen Analyse. Bei einer Abstraktion bis auf die Teilschalen werden alle Kranaktivitäten erfasst. Die Nichtberücksichtigung der Spante, Clips und Nieten führt somit zu keinen falschen Ergebnissen bzgl. der Hallenkrane.

 

 

Sektionsmontage

 

Die Abbildung zeigt den schematischen Ablauf des Sektionsbaus. In einem Bauplatz wird die untere Halbsektion aus 3 Teilschalen und dem Fußbodenrost zusammengefügt. Analog dazu findet die Montage der oberen Halbsektion in einem anderen Bauplatz statt. Aus beiden Halbsektionen entsteht die komplette Sektion in einem Zusammenbauplatz.

 

 

 

Rumpfzusammenbau

 

Der Flugzeugrumpf besteht aus den Teilrümpfen Rumpfvorderteil und Rumpfheck. Beide Abschnitte sind durch die Sektion mit dem Flügelkasten (Wingbox) voneinander getrennt. Ein Rumpfabschnitt entsteht aus mehreren Sektionen. So wird z.B. das Rumpfheck aus drei Sektionen zusammengesetzt.

 

 

 

Zusammenfassung und Ausblick

 

Mit Abschluss dieser Arbeit ist ein 1:1 Abbild der Wide-Body/Long-Range Flugzeugstrukturmontage im Werk Hamburg der Airbus Deutschland GmbH entstanden. Es sind sämtliche Bauplätze der Montagehallen, sowie alle Baumuster in einem Modell vereint. In dieser Arbeit wurde eine bestehende Anlage modelliert. Dies kann als Einführung der Simulation in die Flugzeugstrukturmontage verstanden werden. Ziel muss es sein, im Vorfeld von Investitionen, insbesondere bei neuzuplanenden Anlagen die Simulation als Entscheidungshilfe einzusetzen.