Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
Mit Künstlicher Intelligenz in den Weltraum: Sensoren und selbstlernende Systeme verbessern Herstellungsverfahren für die Ariane 6
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Der zuverlässige Transport von neuen Navigations- und Wettersatelliten in den Weltraum zählt zu den wichtigsten Zielen der deutschen Raumfahrtstrategie. Die neu entwickelte europäische Ariane-6-Trägerrakete soll dafür in Zukunft am internationalen Weltraumbahnhof in Französisch-Guayana abheben. Während die Produktion der Komponenten für die Ariane 6 bereits mit Hochdruck gestartet ist, arbeitet das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen gemeinsam mit der ArianeGroup schon jetzt an einem Konzept, um die Herstellungsverfahren für die Oberstufe der Trägerrakete durch den Einsatz geeigneter Sensorik und Künstlicher Intelligenz laufend weiter zu verbessern.
Ein unabhängiger Zugang zum Weltraum und der wachsende Markt an kommerziellen Anbietern für Satellitenstarts erfordern es, dass Europa mit der eigenen Produktion einer neuen Generation von Trägerraketen wettbewerbsfähig bleibt. Dazu zählt auch, die Fertigungskosten für die einzelnen Komponenten so stark wie möglich zu senken. Für die Optimierung der Produktionsverfahren für die Oberstufe der Ariane 6 hat die ArianeGroup sich im BMWi-geförderten Forschungsprojekt »SPOK« mit dem Fraunhofer IPT zusammengeschlossen. Gemeinsam wollen die Partner untersuchen, inwieweit sich die vorhandenen Produktionsdaten der maschinenintegrierten Sensoren durch Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) automatisiert analysieren lassen, um Produktionseffizienz und -qualität zu verbessern und Fertigungsprozesse flexibler zu gestalten.
Sensoren überwachen die Produktion, KI wertet die Daten aus
Hoch automatisierte Fertigungsprozesse, wie sie auch bei der Produktion der Komponenten für die Ariane-6-Oberstufe zum Einsatz kommen, werden von zahlreichen Sensoren überwacht. Die Planung und Steuerung dieser Prozesse ist stark vernetzt und lässt es daher zu, ermittelte Produktionsdaten auf Basis von KI und maschinellem Lernen auszuwerten. Auch Vorhersagen, wie Fertigungsprozesse und -werkzeuge sich im Produktionsprozess verhalten, lassen sich auf diese Weise ableiten.
Im Forschungsprojekt SPOK untersuchen die Aachener Forscher dafür zunächst die einzelnen Stationen der Prozesskette hinsichtlich ihrer Eignung für den KI-Einsatz. Gleichzeitig wägen sie für die konkreten Anwendungsfälle ab, welche Methoden und Modelle der Künstlichen Intelligenz sich jeweils am besten eignen, um die gesteckten Ziele der ArianeGroup zu erfüllen. Eine Bewertungsmethodik, die innerhalb des Projekts entwickelt wird, dient dazu, zu überprüfen, inwieweit die Ergebnisse der KI-Anwendung zur Effizienzsteigerung und Flexibilisierung der Produktion bei gleichbleibender oder sogar besserer Bauteilqualität beitragen können.
Auf Grundlage dieser Informationen wählten die Projektpartner gemeinsam geeignete Teststationen aus, an denen die erarbeiteten Konzepte am realen Anwendungsfall ausführlich getestet und erprobt werden können: So soll beispielsweise eine Ursache-Wirkungs-Analyse zu einer weiteren industrietauglichen Optimierung des Sprühschaum-Auftrag-Prozesses für den thermischen Schutz der Rakete führen. Außerdem wird während der Implementierung der hochkomplexen Prozesskette ein digitaler Zwilling erzeugt, der dazu beiträgt, die übergreifenden Analysen der Qualitätsdaten weiter zu verbessern. Schon jetzt zeigt sich im Projekt, dass die Erstellung eines solchen Digitalen Zwillings auch für verschiedene weitere Anwendungsfälle von Nutzen sein könnte.
Das Forschungsprojekt »SPOK – Entwicklung eines smarten Produktionskonzeptes« wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Nationalen Programm für Innovation, Technologie und Neue Mobilität unter dem Förderkennzeichen 50RL2050 gefördert.
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