Die Luft- und Raumfahrt ist ein internationaler Wachstumsmarkt. Trotz positiver Prognosen gilt es, signifikante Herausforderungen zu meistern. Dazu zählen erhöhter Wettbewerbsdruck durch neue privatwirtschaftliche Akteure auf globaler Bühne, einen erheblichen Innovationsdruck durch ambitionierte Klimaschutzziele und die dringend notwendigen Digitale Transformation aufgrund der komplexen Zusammenhänge von Entwicklung, Konstruktion, Simulation, Fertigung und Betrieb. Das Konsortial-Projekt Cooperants wurde initiiert, um die Überwindung bestehender Hürden zu beschleunigen. Cooperants entwickelt einen gemeinsamen Datenraum für die Luft- und Raumfahrbranche, um auf Basis europäischer Regeln und Werten (GAIA-X) die Voraussetzungen für ein digitales Ökosystem zu schaffen. Im Fokus steht die Entwicklung kollaborativer Advanced-Smart-Services, die über eine föderierte, souveräne und sichere Daten-Infrastruktur bereitgestellt und konsumiert werden können. Seit Mitte 2023 entstehen dazu im Cooperants-Pontus-X Portal digitale Assistenten in den Bereichen:
Agile Manufacturing Support
Der „Agile Manufacturing Support“ ist ein fortschrittlicher Smart Service, der ein cyber-physisches System nutzt, um reale Fertigungsprozesse in Echtzeit mit ihren digitalen Gegenstücken zu verknüpfen. Ziel dieses Services ist es, die Herstellung von Raumfahrthardware zu optimieren, indem aus präzise dokumentierten Ergebnissen kontinuierlich gelernt wird und diese Erkenntnisse iterativ in den Produktionsprozess einfließen.
Dieser Service optimiert die Herstellung von Raumfahrthardware durch Echtzeit-Datenvernetzung und kontinuierliches Lernen aus Fertigungsprozessen. Prozessdaten werden extrahiert, im Cooperants Data Space gesichert und visualisiert. Dies ermöglicht iterative Anpassungen, verbessert die Qualität und reduziert Ausschussraten. Ein gemeinsamer Datenraum und Augmented Reality Brillen erleichtern die Zusammenarbeit und Fehleranalyse, während gleichzeitig Kosten, Projektlaufzeiten und der logistische Aufwand minimiert werden. Der Service fördert nachhaltigen Ressourceneinsatz und den Erkenntnistransfer in die Raumfahrtbranche.
Customer Prime Collaboration
Ein entscheidender Erfolgsfaktor für ein (Raumfahrt-) Projekt ist die enge und kontinuierliche Zusammenarbeit des Prime-Contractors mit dem Auftraggeber und Finanzierer. Traditionell finden sich an diesen Projektschnittstellen (technisch und geschäftlich) noch immer sehr viele Dokumente, mit den üblichen Arbeitsschritten: Dokumentenerstellung (Transfer der nativen Information in Texte/Tabellen/Formeln…), Dokumentenweitergabe (PDF-Erstellung und E-Mail-Versand), Dokumentendurchsicht (Rücktransfer in Information) und Kommentierung/Überarbeitung . Um diesen nicht wertschöpfenden und langwierigen Ablauf auf ein Minimum zu reduzieren, widmet sich ein dedizierter Service der Aufgabenstellung, Daten und Modelle, gleich welchem Werkzeug sie entnommen sind, direkt in einer einheitlichen Plattform zu präsentieren. Damit können werkzeug-unabhängige Sichten definiert, Zusammenhänge erkannt, oder auch Fortschritt überprüft werden. Eine semantische Suche erleichtert den Zugriff auf die notwendigen Daten. In einem ersten Schritt stehen beschreibende Daten aus der System Architektur und dem System Design im Fokus. Hinzu kommen dann Daten aus den Analysen, die mit den beschreibenden Daten verknüpft werden. Wir ermöglichen damit einen großen Schritt hin zu Transparenz, Effizienz und damit auch Projektgeschwindigkeit und Kostenreduktion.
Digtial Project Management Office
Im Rahmen des Förderprojektes COOPERANTS wird ein Digitales Programm Management Office (DPMO) entwickelt, um die Zusammenarbeit zwischen Unternehmen in der Luft- und Raumfahrtbranche im Kontext von Gaia-X zu erleichtern. Das DPMO bietet Unterstützung während des gesamten Lebenszyklus eines Luft- oder Raumfahrzeugs, um Projekte schneller, sicherer und effizienter durchzuführen. Über ein Dashboard werden relevante Projektinformationen präsentiert, und der Zugriff auf weiterführende Funktionalitäten ermöglicht. Das DPMO besteht aus verschiedenen Smart Services, darunter Smart Programme Planning, Model-based Template Manager, Smart Risk & Opportunity Manager und Smart Review & Delivery Manager. Diese intelligenten Werkzeuge fördern die Zusammenarbeit zwischen Unternehmen und erleichtern die Realisierung gemeinsamer Ziele in der Luft- und Raumfahrtbranche.
Engineering Dashboard
Der Smart Service „Engineering Dashboard“ vereinfacht die Entwicklung von Raumfahrtsystemen durch die zentrale Darstellung komplexer Daten aus verschiedenen Quellen. Dieses Datenanalyse- und Visualisierungstool reduziert den Aufwand für manuelle Informationsaufbereitung und fördert die Transparenz im Projektteam. Es zeigt KPIs und Fortschrittsinformationen übersichtlich an, während die detaillierte Datenbearbeitung in den fachspezifischen Tools verbleibt. Das Dashboard ist ein konfigurierbares Tool, das Tool-unabhängig Daten über Prozess- und Toolgrenzen hinweg zugänglich macht und die Zusammenarbeit erheblich erleichtert. Es wird als kostenloser, quelloffener Service angeboten und kann von der Community erweitert werden.
Functional Digtial Twin
Der Smart Service „Functional Digital Twin“ bietet eine umfassende Simulation von Raumfahrzeugen auf funktionaler Ebene, wobei die Schwerpunkte auf der Kommandierung von Geräten durch die Flugsoftware und dem Monitoring der Statusparameter liegen. Dies ermöglicht Closed-Loop Tests zur Verifizierung der Flugsoftware und operationeller Prozeduren. Im Rahmen von COOPERANTS wird dieser Prozess durch drei Hauptdienste optimiert: Der SMP2 Marktplatz ermöglicht KMUs den Zugang zu Simulationsmodellen, während der „Functional Digital Twin as a Service“ über ein Web-Frontend Zugriff auf verschiedene Simulatoren bietet. Die Testergebnisse werden über einen separaten Service bereitgestellt, was eine transparente Kommunikation und Vertrauensbildung zwischen Endkunden und Satellitenintegratoren fördert.
Holowork
HOLOWORK erstellt schrittweise aufgebaute 3D-Arbeitsanleitungen für Cleanroom-Prozeduren und nutzt dabei die Power von Augmented Reality (AR), um digitale Informationen in die reale Welt zu bringen. Die Arbeitsanleitungen können auf mobilen Endgeräten oder mithilfe der „HoloLens“, einer industrietauglichen AR-Brille, hands-free ausgeführt werden. HOLOWORK zielt darauf ab, die heterogene Dateilandschaft für Montage-, Integrations- und Testverfahren (AIT/AIV) durch ein einziges, volldigitales System zu ersetzen, wodurch Prozedurbeschreibungen visualisiert und komplexe Prozesse vereinfacht werden. Durch Holowork werden Arbeitsprozesse vereinfacht, Zeit durch effizientere Abläufe gespart und Fehler dank klar strukturierter Anweisungen reduziert. Positive Nebeneffekte wären die Bereitstellung von Prozessdaten für neue Anwendungen oder die Vermeidung von Papier.
Prime Supplier Collaboration
Die System Definition beruht in weiten Teilen auf Daten, die von den Zulieferern, in Form von Schnittstellenbeschreibung bereitgestellt werden. Die Vielzahl der involvierten Zulieferer eines Raumfahrtprojekts, die Anzahl der technischen Iterationsschleifen und die Unterschiedlichkeit/Aktualität der bereitgestellten Daten, macht die Systemdefinition zu einer langwierigen, teuren und fehleranfälligen Managementaufgabe. Eine Digitalisierung dieser kritischen Prozesskette wird schon lange gefordert, stellt aber hohe und umfangreiche Anforderungen an das unternehmensübergreifende Datenmanagement. Am Beispiel der elektrischen Schnittstelle wird eine E2E Kette vom Lieferanten, über die elektrischen Systemarchitektur bis in den Kabelbaum gezeigt. Die initialen (und aktuellen) Schnittstellendaten können durch Prime-Contractors auf dem Marktplatz lizensiert / erworben, und dann, in einem kollaborativen Datenmanagementprozess, auf die Projektanforderungen verfeinert werden.
Robotic Digital Twin
Der Smart Service „Robotic Digital Twin“ ermöglicht die virtuelle Repräsentation von Robotersystemen über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg. Dieses Konzept, erstmals bei der NASA erwähnt, bietet eine digitale Abbildung eines physischen Systems in einer virtuellen Umgebung. Durch die Anbindung an die GAIA-X Cloud wird ein einheitlicher Zugriff auf konsistente Datensätze ermöglicht. Der Service zeigt, dass die im COOPERANTS-Projekt entwickelten Tools auch für zukünftige (extra)terrestrische Missionen von großem Nutzen sein können. Der digitale Zwilling des Explorationsrovers wird in der Cloud betrieben und bietet eine zeitgetreue Wiedergabe der Missionstelemetrie in Echtzeit, die für alle beteiligten Parteien zugänglich ist.
Requirement Assistant
Der Valispace Requirement Assistant, der „ValiAssistant“, ist ein intelligentes Tool zur Vereinfachung des Managements von technischen Anforderungen in der Hardware-Entwicklung. Es automatisiert die Erstellung, Überprüfung und Verfeinerung von Anforderungen, indem es Engineering-Daten in Echtzeit mit den Anforderungen verknüpft, KI-gestützte Verbesserungsvorschläge liefert und komplexe Anforderungen vereinfacht. Zudem sorgt es für Rückverfolgbarkeit, Konsistenz zwischen Projekten und fördert die Wiederverwendung bestehender Anforderungen, was es ideal für Ingenieure und Projektmanager macht, die eine schnellere und präzisere Produktentwicklung anstreben.
Vehicle Anomaly Detection
Sowohl beim Testen als auch in der operativen Phase eines Raumfahrtsystems entstehen große Datenmengen, die mit großem Aufwand ausgewertet werden müssen. Der Smart Service “Vehicle Anomaly Detection” wendet innovative Technologien des Data Engineerings und des Maschinellen Lernens an, um in Telemetrie-Zeitreihen automatisch Unregelmäßigkeiten und Anomalien zu finden, die auf technische Probleme oder Spezifikationsabweichungen hindeuten können. Die Anwendung unterstützt das Trainieren von KI-Modellen auf eigenen Daten, das Deployment der Modelle und ein User Interface zur Darstellung und Interpretation der Ergebnisse.
