Airbus Helicopters

Bei der Entwicklung von Hubschraubern hat jede Designentscheidung weitreichende Auswirkungen. Ingenieure müssen bei Maschinen, die unter extrem anspruchsvollen Bedingungen eingesetzt werden – von beengten städtischen Lufträumen bis hin zu unwegsamem Berggelände –, Leistung, Sicherheit und Zuverlässigkeit optimal aufeinander abstimmen. Hinzu kommt die Zertifizierung, ein Prozess, der so anspruchsvoll ist, dass er Dutzende bis Hunderte Millionen Euro kostet, sodass sich die Gesamtkosten laut einem Bericht der NASA aus dem Jahr 2021 für ein kommerzielles Flugtestprogramm auf fast 1 Milliarde Euro (1 Milliarde USD) belaufen (NASA/CR-20210015404 – „A Guide for Aircraft Certification by Analysis“). Untersuchungen der NASA zeigen, dass sich die Kosten um etwa 50 % senken ließen, wenn ein Teil der physischen Flugtests durch validierte Simulationen im Rahmen der Zertifizierung durch Analyse ersetzt würde.

Airbus, der führende Hersteller von zivilen und militärischen Drehflüglern, hat mehr als 12.000 Hubschrauber in 150 Ländern im Einsatz, die Aufgaben von der medizinischen Notfallversorgung bis zur Landesverteidigung erfüllen. Jedes Entwicklungsprogramm für Hubschrauber umfasst mehrere tausend zusammenhängende Entscheidungen und strenge Zertifizierungsanforderungen, die umfangreiche Tests und Rückverfolgbarkeit erfordern. In einem wettbewerbsintensiven Umfeld benötigt das Unternehmen ein besseres Simulationsmanagement, um die Entwicklung und Zertifizierung zu beschleunigen, ohne dabei Abstriche bei Sicherheit und Zuverlässigkeit zu machen. Zu diesem Zweck wechselt das Unternehmen von isolierten Simulationstests zu einem vernetzten, nachvollziehbaren Ansatz, der nicht nur die Ergebnisse, sondern auch die Überlegungen und den Workflow hinter jeder Simulation erfasst.

„Airbus Helicopters entwickelt komplexe Produkte, und wir brauchen Simulationen, um sie zu entwerfen und zu entwickeln“, erklärt Gwenaël Neveu, Methods and Tools Engineer bei Airbus Helicopters. „Wir untersuchen viele verschiedene Simulationen: thermische, aerodynamische, mechanische und elektromagnetische. Das bedeutet, dass wir eine riesige Datenmenge zu bewältigen haben. „Unsere Herausforderung besteht darin, all diese Simulationen durchzuführen und diese Daten erfolgreich zu verwalten.“

Als Reaktion darauf hat Airbus Helicopters die SPDM-Lösung (Simulation Process and Data Management) von Dassault Systèmes eingeführt, um Informationen zu erfassen und zu organisieren, Workflows zu automatisieren und eine lückenlose Rückverfolgbarkeit von den eingegebenen Simulationsbedingungen bis hin zu den Ergebnissen zu gewährleisten. Dadurch wird sichergestellt, dass Ingenieure nicht jedes Mal bei Null anfangen müssen und dass Entscheidungen auf klaren, dokumentierten Belegen beruhen.

„Das Ziel von SPDM ist es, unsere Vorgehensweise bei der Durchführung von Simulationen zu standardisieren und unsere Zertifizierungsziele zu erreichen“, so Neveu. „Das bedeutet, dass wir produktiver arbeiten können, da unnötige und zeitraubende Aufgaben wie die Datensuche entfallen.“

Die SPDM-Initiative von Airbus Helicopters ist Teil des umfassenderen „Digital Design, Manufacturing and Services“ (DDMS)-Programms der Airbus Group, das einen durchgängigen digitalen Datenfluss über alle Phasen der Flugzeugentwicklung und des Produktlebenszyklusmanagements hinweg gewährleistet.

Auf der 3DEXPERIENCE Plattform übernimmt CATIA die Aufgaben im Bereich des fortgeschrittenen Designs und Engineering. Dabei werden komplexe Bauteile wie Rotorblätter und Flugzeugrümpfe gestaltet. In Verbindung mit SIMULIA ermöglichen integrierte Modellierungs- und Simulationsfunktionen (MODSIM) Ingenieuren, Lasten virtuell zu definieren und die Aerodynamik sowie andere wichtige Faktoren zu testen und zu optimieren. Mit MODSIM können Ingenieure zudem die Simulationsergebnisse verschiedener Fertigungsprozesse im Voraus vergleichen. So können sie die Anforderungen des gewählten Prozesses bereits zu Beginn des Designs berücksichtigen.

ENOVIA unterstützt Teams weltweit dabei, in einem zentralen, übersichtlichen System auf Informationen zuzugreifen und diese auszutauschen. DELMIA verbindet das digitale Design mit der Fertigung und integriert Planung, Terminierung und Qualitätskontrolle, um Echtzeit-Transparenz, digitale Anweisungen und optimierte Prozesse zu gewährleisten. Zudem unterstützt DELMIA Airbus Helicopters dabei, eine Kultur der kontinuierlichen Verbesserung zu etablieren. Durch die Erfassung und Analyse von Betriebsdaten aus dem Shopfloor kann das Unternehmen Ineffizienzen aufdecken, Verschwendung reduzieren und Best Practices an allen Standorten weltweit vereinheitlichen.

Zusammen tragen all diese Funktionen zu schnelleren Entwicklungszyklen, einer engeren funktionsübergreifenden Zusammenarbeit, fundierterem Wissen und einem höheren Maß an geistigem Eigentum bei. Sie helfen dabei, Probleme zu antizipieren, bevor sie in der Fertigung und während der gesamten Lebensdauer eines Flugzeugs auftreten.

„Die 3DEXPERIENCE Plattform für die Implementierung unserer SPDM-Lösung zu nutzen, war ein Kinderspiel“, so Neveu. „Wir brauchten eine zentrale Datenquelle, die zugänglich ist und deren Inhalte geteilt werden können, sodass wir die benötigten Informationen leicht finden und wiederverwenden können. Außerdem müssen wir bei der Durchführung von Simulationen diese für jede einzelne Aktivität optimal nutzen, sie wiederverwenden und alle Eingaben nachverfolgen können.“

Mit SPDM verfügt Airbus Helicopters über eine zentrale Informationsquelle für Simulationsdaten und eine strukturierte Methode, um simulierte Workflows von Anfang bis Ende durchzuführen. Jede Analyse erfolgt nach denselben Schritten und unter denselben Bedingungen, sodass die Ergebnisse zuverlässig sind, verglichen und wiederverwendet werden können. Dadurch entsteht ein zuverlässiger Digital Thread, der Design, Testing, Zertifizierung und Fertigung miteinander verbindet und das Unternehmen dabei unterstützt, neue Hubschrauber mit Zuversicht in deren Sicherheit und Leistungsfähigkeit auf den Markt zu bringen. 

Neben diesem klar definierten Ansatz baut Airbus Helicopters eine umfassende Wissensdatenbank auf, die den gesamten Kontext jeder Untersuchung in jedem Produktentwicklungsprozess erfasst. Simulationsaktivitäten und Analysen können organisiert und mit Tags versehen werden, sodass Ingenieure aus früheren Arbeiten lernen und bewährte Methoden auf neue Projekte anwenden können. ENOVIA erfasst jeden Schritt des Prozesses, sodass Teams auf die gesammelten Erkenntnisse zurückgreifen können, um schnellere und fundiertere Entscheidungen zu treffen.

„Simulationen spielen während des gesamten Lebenszyklus eines Hubschraubers eine Rolle – von der Konzeptphase über die Entwicklung bis hin zu Support und Wartung –, um die Betriebsbedingungen zu untersuchen, mit denen unsere Kunden konfrontiert sein könnten“, so Neveu. „Jede Simulationsstudie muss kontextbezogen strukturiert sein, damit sie abgerufen, wiederverwendet und nachverfolgt werden kann.“

Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass sich die Auswirkungen von Designänderungen auf das gesamte Projekt sofort erkennen lassen. Ingenieure können nachvollziehen, wie sich eine Änderung in einem Bereich – beispielsweise eine geänderte Materialeigenschaft oder eine neue Belastungsbedingung – auf nachfolgende, damit zusammenhängende Simulationen auswirkt. So können sie sicher entscheiden, ob weitere Analysen nötig oder ob die bisherigen Ergebnisse weiterhin gültig sind.

„Wenn sich etwas am Design oder an den Eingabedaten ändert, können wir schnell erkennen, welche Simulationen davon betroffen sind“, erklärt Neveu. „Der Ingenieur kann dann entscheiden, ob er die Simulation mit dem bestehenden Design erneut durchführt oder zuerst das Design anpasst und sie dann neu durchführt. Diese Reproduzierbarkeit wird die Qualität verbessern, da wir immer in der Lage sein werden, die richtigen Daten zum richtigen Zeitpunkt zu nutzen.“

Die Rückverfolgbarkeit jedes einzelnen Schritts ist entscheidend für die Einhaltung von Sicherheits- und behördlichen Vorschriften und gibt allen Akteuren die Gewissheit, dass die Simulationsergebnisse korrekt und zuverlässig sind. Validierte Simulationen können sogar als Nachweis für die Zertifizierung herangezogen werden, wodurch sich der Bedarf an kostspieligen physischen Prototypen und Flugtests verringert. All dem liegt der Grundsatz der Airbus Group zugrunde: „Ohne digitale Rückverfolgbarkeit gibt es keine digitale Zertifizierung.“

Dieser Ansatz, der als „Zertifizierung durch Analyse“ bezeichnet wird, ermöglicht es den Aufsichtsbehörden, Simulationsergebnisse wie physische Tests zu behandeln, sobald sich die Simulationen als zuverlässig erwiesen haben. OEMs wie Airbus überzeugen durch klare Prozesse, zugängliche Daten und lückenlose Rückverfolgbarkeit.

Auf der 3DEXPERIENCE Plattform nutzt Airbus Helicopters eine „Virtual plus Real“ (V+R)-Testpyramide, um Designs schrittweise zu validieren. Dabei dienen Tests an kleineren Komponenten dazu, Simulationsmodelle zu validieren und das Verhalten in der Praxis genau vorherzusagen. Sobald diese Komponentenmodelle validiert sind, können sie dazu verwendet werden, das Verhalten größerer Baugruppen vorherzusagen. Jede Stufe stärkt das Vertrauen in virtuelle Tests und verringert nach und nach den Bedarf an zahlreichen Prototypen und Tests unter realen Bedingungen.

„Für uns ist es unerlässlich, Simulationen für ein bestimmtes Programm organisieren und nachverfolgen zu können“, so Neveu. „Die 3DEXPERIENCE Plattform optimiert die Integration zwischen Design und Simulation. Dies gewährleistet eine Rückverfolgbarkeit, die die Zusammenarbeit zwischen allen Simulationsbereichen verbessert – sei es in der Thermik, Aerodynamik oder Spannungsanalyse –, aber auch zwischen Simulation und Design sowie Support und Service während des gesamten Entwicklungszyklus. Unser oberstes Ziel ist es, digitale Kontinuität im Rahmen von Simulation bei Airbus Helicopters zu schaffen.“

Während Airbus Helicopters die digitale Transformation weiter vorantreibt, sieht das Unternehmen ein enormes Potenzial darin, strukturierte Design-, Simulations- und Fertigungsdaten mithilfe von ENOVIA unternehmensweit besser verfügbar zu machen.

„Wir haben SPDM als Grundlage implementiert und integrieren gerade unsere Simulationsbereiche in die Plattform“, sagt Neveu. „Indem wir all diese Daten zentral speichern, können wir sie besser nutzbar und zugänglich machen und sie so auch anderen Bereichen zur Verfügung stellen, die vielleicht keine Erfahrung mit Simulationen haben, aber die Ergebnisse benötigen, um ihre eigene Arbeit darauf abzustimmen.“

Airbus setzt voll und ganz auf die Modernisierung seiner Workflows und hat die 3DEXPERIENCE Plattform zu einem festen Bestandteil des täglichen Betriebs gemacht. Teams im gesamten Unternehmen nutzen die Plattform aktiv, erkunden ihren Funktionsumfang und wenden sie auf konkrete Herausforderungen an. Ihre praktischen Erfahrungen liefern wertvolle Erkenntnisse, die Airbus mit Dassault Systèmes teilt, um die Entwicklung zukünftiger Technologielösungen gezielt zu beeinflussen.

„Zwischen uns besteht eine positive Dynamik“, ergänzt Neveu. „Das wertvolle Feedback unserer Teams hilft uns dabei, die Nutzung der Plattform zu verbessern, und stärkt unsere Zusammenarbeit mit Dassault Systèmes. Im Rahmen des DDMS-Programms und unserer strategischen Partnerschaft entwickeln wir neue Funktionen, die uns dabei helfen werden, echte digitale Kontinuität zu schaffen und unsere Daten voll auszuschöpfen.“

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