WO2010119023A2

WO2010119023A2 - Verfahren zur rückkopplungsbasierten optimierung eines messdatenlebenszyklus bei fügeprozessen in der fertigung

Info

Publication number: WO2010119023A2
Application number: PCT/EP2010/054800
Authority: WO
Inventors: Henning Schriever; Erdal Karaca; Tanja Klostermann
Original assignee: Airbus Operations Gmbh
Priority date: 2009-04-16
Filing date: 2010-04-13
Publication date: 2010-10-21
Also published as: EP2288537A1; DE102009002432A1; US8352057B2; US20110208340A1

Description

Verfahren zur rückkopplungsbasierten Optimierung eines Messdatenlebens- zyklus bei Fügeprozessen in der Fertigung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur rückkopplungsbasierten Optimierung eines Messdatenlebenszyklus bei Fügeprozessen in der Fertigung, insbesondere bei der Herstellung von Flugzeugen sowie im allgemeinen Maschinenbau.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Mit Beginn der Fertigung des Großraumflugzeugs A380 wurde ein neues Montagekonzept eingeführt. Bisher wurden starre Bauvorrichtungen verwendet, die eine hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Bauteile gewährleisteten. Sie sind jedoch sehr kostenintensiv und platzaufwändig, da für jedes Bauteil eine separate Vorrichtung bereitgestellt werden muss. Ein messtechnischer Nachweis erfolgte in der Regel nur in Form einer periodischen Überprüfung der Bauvorrichtung.

In die neuen, flexibleren Bauvorrichtungen können verschiedenartige Bauteile aufgenommen werden. Dies geschieht zum Beispiel bei der Sektionsmontage. Hierbei werden firmenintern und/oder extern vorgefertigte Bauteile (Schalen) in so genann- ten Bauplätzen schrittweise zu einer vollständigen Sektion integriert, das heißt ausgerichtet und zusammengefügt. Die Unterbaugruppen (z.B. Strukturkomponenten, wie beispielsweise Schalen, Fußbodengerüste oder technische Systemkomponenten) werden zum Teil nur über drei Aufnahmepunkte aufgenommen und durch entsprechende Positionierer im Raum ausgerichtet. Mehrere derart vorgefertigte Rumpfsektionen werden in einem weiteren Bauplatz hintereinander ausgerichtet und anschließend zu einem vollständigen Flugzeugrumpf zusammengefügt. Systematische Verformungen, bedingt durch Einbaulage und Eigengewicht der Unterbaugruppen, sind deshalb zu vermuten. Im Rahmen der Prozesssteuerung, Fertigung und der Qualitätssicherung gewinnt damit die kontinuierliche Vermessung, das Messdatenmanagement und die Analyse während der Fertigung der Bauteile und ihrer Bauvorrichtungen zur Beurteilung der Reproduzierbarkeit des Fertigungsverfahrens und der Bauteilgüte an Bedeutung.

Im Rahmen der aus dem Stand der Technik bekannten Sektionsbauweise sind solche Bauplätze in der Regel nur als "Insellösungen" ausgestaltet, das heißt die in einem Bauplatz stattfindenden Prozesse laufen unabhängig von den Prozessen in weiteren vorgeschalteten oder nachgeschalteten Produktionsstufen ab. Diese Vorgehensweise weist jedoch den Nachteil auf, dass Ergebnisse, die sich beispielswei- se aus der Vermessung von Bauteilen ergeben, nicht effizient in die vor- oder nachgeschalteten Produktionsprozesse integriert werden können. Hierdurch werden fehlerträchtige manuelle und/oder redundante Eingriffe in die in den Bauplätzen ablaufenden Fertigungsschritte notwendig, wodurch der Montageaufwand signifikant erhöht wird und die Produktivität und die Qualität beeinträchtigt werden. Darüber hin- aus führen Schnittstellenprobleme zwischen den einzelnen Bauplätzen zu Informationsverlusten, die oftmals eine zeitaufwändige erneute Dateneingabe bereits angefallener Daten in einem vorgeschalteten oder nachgeschalteten Bauplatz erfordern.

Das nach dem Stand der Technik ferner fehlende global vernetzte und medien- bruchfreie Datenmanagement führt dazu, dass keine aktuellen Informationen über den jeweiligen Fertigungsstatus dezentral abrufbar sind und beispielsweise Toleranzüberschreitungen während des Fertigungsablaufs nicht erkennbar und behebbar sind. Abgesehen hiervon erfolgt in bestehenden Bauplätzen keine automatisierte Weiterleitung und Weiterverarbeitung von Messdaten einschließlich einer Berück- sichtigung von ermittelten Messdaten aus vorhergehenden Messzyklen, so dass eine schrittweise Verbesserung der Fertigungsqualität zwischen den im Rahmen der Sektionsbauweise zu fügenden Bauteilen erschwert wird.

Aufgrund der vorstehend aufgezeigten Nachteile können die bestehenden Ferti- gungsprozesse zur Herstellung von Flugzeugen im Wege der Sektionsbauweise nur bedingt künftigen Anforderungen mit global verteilten Fertigungsstätten gerecht werden.

Steigender weltweiter Wettbewerb hat im Hinblick auf die Qualität zu zunehmend höheren Kundenerwartungen geführt. Zur Sicherung und Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit passen Industrieunternehmen ihre Produkte zunehmend den Erfor- dernissen und individuellen Anforderungen ihrer Kunden an. Um konkurrenzfähig zu sein und um eine gute wirtschaftliche Leistungsfähigkeit aufrechtzuerhalten, müssen Organisationen und/oder Lieferanten zunehmend effektive und effiziente Systeme anwenden. Solche Systeme sollten zu kontinuierlichen Qualitätsverbesserungen und zunehmender Zufriedenheit der Kunden und anderer Interessenpartner der Organisation führen. Damit eine solche Organisation effektiv funktionieren kann, muss sie zahlreiche miteinander verknüpfte Tätigkeiten erkennen, leiten und lenken. Eine Tätigkeit, die Ressourcen verwendet und die ausgeführt wird, um die Umwandlung von Eingaben in Ergebnisse zu ermöglichen, kann als ein Prozess angesehen wer- den. Oft bildet das Ergebnis des einen Prozesses die direkte Eingabe für den nächsten. Die hierfür einschlägigen internationalen Normen der EN ISO 9000- Familie ¹⁾ bieten einen Leitfaden für einen prozessorientierten Ansatz. Messprozesse sind im Kontext dieser Anmeldung als spezielle Prozesse aufzufassen, die zur Qualitätssteigerung der von einer Organisation hergestellten Produkte beitragen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die oben aufgeführten Nachteile der bekannten Fertigungsprozesse zu vermeiden und den Fügeprozess in der Fertigung bereits vor dem Produktionsbeginn der Bauteile durch statistisch gestützte Analyse und Simulation, Konsistenzprüfung, eine darauf ausgerichtete Vermessung und Ausrichtung von Bauteilen mit anschließendem Soll-Ist-Vergleich, Evaluierung und Ergebnisrückkopplung in den nachfolgenden Prozesszyklus zu optimieren. Darüber hinaus lassen sich über den Rückkopplungsmechanismus die Fügeprozesse in der Fertigung sukzessive verbessern, Fertigungszeiten verkürzen und im Ergebnis die Fertigungskosten reduzieren.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den folgenden Verfahrensschritten gemäß Patentanspruch 1 gelöst:

1 ) Analyse und Simulation der Fertigung aufgrund von Annahmen, insbesonde- re von Fertigungsdaten, zur Erstellung eines initialen Fertigungskonzeptes und/oder Prüfkonzeptes,

2) Erstellung und/oder Adaption eines Fertigungs- und/oder eines Prüfauftrages,

^{1 )} Mit der Veröffentlichung der EN ISO 9001 2000 werden die EN ISO 9001 1994 - EN ISO 9003 1994 ersetzt 3) Konsistenzprüfung des Fertigungs- und/oder des Prüfauftrages,

4) Export und Speicherung des Fertigungs- und/oder des Prüfauftrages,

5) Ausrichten und/oder Fügen eines Bauteils aus mindestens zwei Unterbaugruppen in einem Bauplatz, 6) Analyse und Simulation der Fertigung aufgrund realer Messergebnisse sowie

Rückkopplung eines optimierten Fertigungs- und/oder Prüfkonzeptes in den Verfahrensschritt 2), und 7) mindestens einmalige Wiederholung der Verfahrensschritte 2) bis 6).

Infolge der im Verfahrensschritt 6) vorgesehenen Rückkopplung erlaubt das Verfahren im Ergebnis eine sukzessive Minimierung von insbesondere Toleranzabweichungen bei Fügeprozessen über den gesamten Lebensdauerzyklus der Messwerte hinweg. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Transparenz komplexer, gegebenenfalls weltweit verteilter Fertigungsprozesse bei der Bauteilherstellung verbessert und zugleich eine jederzeitige globale Kontrolle des jeweiligen Fertigungsstatus eröffnet. Hierdurch werden neben einer Qualitätserhöhung der hergestellten Produkte zugleich die Produktionskosten minimiert.

Nach Maßgabe einer Weiterentwicklung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Fertigungsdaten unter anderem Prüfmerkmale, Messgrößen, Toleranzen und Ausrichtparameter umfassen.

Hierdurch ist sichergestellt, dass alle für die Produktqualität zentralen Parameter in das erfindungsgemäße Verfahren einfließen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass in einem Verfahrensschritt 5a) eine Vermessung der Unterbaugruppen und ein Abspeichern von hieraus gewonnenen metrologischen Messgrößen erfolgt.

Infolge der realen Vermessung der zusammen zu fügenden Unterbaugruppen wird in Verbindung mit der Rückkopplung der sich hieraus ergebenden korrigierten Prüf- merkmale und Messgrößen sowie der optimierten Toleranz und Ausrichtparameter im Verfahrensschritt 6) eine kontinuierliche Überwachung und Verbesserung des laufenden Fertigungsprozesses auf der Grundlage der physischen Bauteildaten ermöglicht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den nachfolgenden Patentansprüchen dargelegt. Darüber hinaus wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den folgenden Merkmalen gemäß Patentanspruch 16 gelöst: a) mindestens ein Bauplatz, b) mindestens eine Positioniereinrichtung zum Ausrichten der mindestens zwei

Unterbaugruppen, c) mindestens eine Fügeeinrichtung zum Fügen der mindestens zwei Unterbaugruppen, d) mindestens eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur Kontrolle der min- destens einen Positioniereinrichtung und/oder der mindestens einen Fügeeinrichtung in Abhängigkeit von den Verfahrensergebnissen, und e) mindestens eine der mindestens einen Steuer- und/oder Regeleinrichtung übergeordnete Rechnereinheit mit mindestens einem Prozessor, mindestens einem Datenspeicher und mindestens einem Zentralspeicher.

Ein Bauplatz zur Durchführung des Verfahrens verfügt über mindestens eine Positioniereinrichtung zum Ausrichten der mindestens zwei Unterbaugruppen sowie über mindestens eine Fügeeinrichtung zum Zusammenfügen der Unterbaugruppen. Darüber hinaus sind Messeinrichtungen, wie beispielsweise Lasertracker und/oder pho- togrammetrische Messeinrichtungen zur automatisierten Vermessung der zusammen zu fügenden Unterbaugruppen vorgesehen. Mittels der vorzugsweise vollautomatisierten Messeinrichtungen erfolgt im Verfahrensschritt 5a) eine Vermessung der Unterbaugruppen. Ergänzend können auch manuell zu betätigende Messeinrichtungen im Bauplatz vorgesehen sein. Sämtliche Positioniereinrichtungen, Fügeeinrichtungen sowie die Messeinrichtungen werden bevorzugt von mindestens einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung kontrolliert und vollautomatisch betrieben, wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtungen von der mindestens einen übergeordneten Rechnereinheit kontrolliert werden. Der übergeordneten Rechnereinheit obliegt ferner die Kontrolle des erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs. In der Rechnereinheit ist ferner mindestens ein Datenspeicher und mindestens ein Zentralspeicher enthalten, die von jedem Verfahrensanwender zur Kontrolle des Produktionsflusses dezentral und erforderlichenfalls auch global abrufbar sind. Der mindestens eine Datenspeicher und der mindestens eine zentrale Speicher können beispielsweise in der Form einer Datenbank derart organisiert sein, dass ein dezentraler Abruf der darin enthaltenen Informationen durch die Angabe verschiedenster Suchkriterien möglich ist. Die übergeordnete Rechnereinheit kann mit einer zentralen, mindestens einen Prozessor aufweisenden Rechnereinheit und/oder durch eine Zusammenschaltung einer Vielzahl weniger leistungsstarker zentraler und/oder dezentraler Rechnereinheiten gebildet sein, die über geeignete Informationsübertragungskanäle miteinander verbunden sind. Mittels geeigneter, mit der übergeordneten Rechnereinheit verbundener Datensichtgeräte lässt sich der aktuelle Fertigungsstatus eines jeden aus Unterbaugruppen zusammen zu fügenden Bauteils lokal und/oder global visualisie- ren und kontrollieren. Infolge der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können in dem Bau- platz großformatige Unterbaugruppen zu fertigen Bauteilen mit höchsten Qualitätsstandards integriert werden. Etwaige in den Ausricht- und Fügeprozess eingetragene Ungenauigkeiten, die beispielsweise durch massebedingte Deformationen der Positioniereinrichtungen und/oder der Unterbaugruppen selbst hervorgerufen werden können, sind mittels des Verfahrens erkennbar und mit dauerhafter Wirkung für spätere Bauteilgenerationen kompensierbar. Darüber hinaus können diese, sich in der laufenden Fertigung herausstellenden und verfahrensgemäß ausgeglichenen Ungenauigkeiten bereits während des Designprozesses zukünftiger Generationen von vorzufertigenden Unterbaugruppen "a priori" Berücksichtigung finden. Als ein Resultat einer verfahrensgemäßen Produktion können für den Fertigungsprozess unter anderem weniger massiv, das heißt statisch leichter, ausgeführte Positioniereinrichtungen Verwendung finden, wobei zugleich eine signifikante Steigerung der Fertigungsqualität erreichbar ist und sich nebenbei noch ein erhebliches Kosteneinsparungspotenzial einstellt.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ,2 Eine zusammengehörige Darstellung des prinzipiellen Verfahrensablaufs,

Fig. 3,4 zwei Beispiele einer im Verfahrensschritt 5d) durchgeführten Bewertung, und

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Bauplatzes, in dem die Verfahrensschritte 5a-f) ablaufen. Anhand der beiden Fig. 1, 2, auf die das Ablaufdiagramm der besseren zeichnerischen Übersicht halber aufgeteilt wurde, soll zunächst der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur rückkopplungsbasierten Optimierung des Messdaten Ie- benszyklus bei Fügeprozessen in der Fertigung näher erläutert werden. Zunächst werden in einem dem Verfahren vorausgehenden Verfahrensschritt 0) mittels bekannter CAD-Systeme ein Bauteil-Design und ein Positionierer-Design erstellt. Das Bauteil-Design umfasst beispielsweise Geometriedaten der zu einem Bauteil zusammen zu fügenden Unterbaugruppen, während das Positionierer- Design unter anderem Geometriedaten der für den Fügeprozess in einem Bauplatz eingesetzten Positioniereinrichtungen umfasst. Entsprechend können auch Geometriedaten von im Bauplatz vorhandenen Fügeeinrichtungen eingespeist werden. Die hieraus resultierende Designspezifikation wird in einem Datenspeicher gespeichert. Das eigentliche Verfahren startet im Verfahrensschritt 1 ) mit der Analyse und der Simulation der Fertigung aufgrund von Annahmen auf der Grundlage der im Verfah- rensschritt 0) erzeugten Designspezifikation, aus der sich Prüfmerkmale, Messgrößen, Toleranzen sowie Ausrichtparameter ableiten, die beispielsweise die zusammen zu fügenden Unterbaugruppen, die Positioniereinrichtungen im Bauplatz sowie die Fügeeinrichtungen im Bauplatz betreffen können. Die Analyse und Simulation der genannten Größen kann durch geeignete statistische Verfahren, wie zum Bei- spiel mittels der so genannten "Monte Carlo"-Methode, erfolgen. Die sich aus dem Verfahrensschritt 1 ) ergebenden Prüfmerkmale, Messgrößen, Toleranzen sowie Ausrichtparameter werden in einem nicht näher bezeichneten Speicherschritt als ein initiales Fertigungs- und Prüfkonzept in einem Datenspeicher einer übergeordneten Rechnereinheit abgelegt. Im nachfolgenden Verfahrensschritt 2) wird aus dem initialen Fertigungs- und/oder Prüfkonzept die Erteilung und/oder die Adaption eines Fertigungs- und/oder Prüfauftrages abgeleitet. Der erteilte und/oder der adaptierte Fertigungs- und/oder Prüfauftrag wird zum Beispiel in einem Speicherschritt in einem Zentralspeicher der übergeordneten Rechnereinheit abgelegt. Im Verfahrensschritt 3) wird der sich aus dem Verfahrensschritt 2) ergebende Fertigungs- und/oder Prüfauftrag nach erfolgter Speicherung in einem Zentralspeicher der Rechnereinheit einer Konsistenzprüfung, das heißt einer Plausibilitätskontrolle unterzogen. Wenn die Konsistenz des Fertigungs- und/oder Prüfauftrags nicht gegeben ist, wird in einer Konsistenzabfrage der Verfahrensablauf solange auf den Verfahrensschritt 2) zurückgeführt, bis die gewünschte Konsistenz gegeben ist. Im sich anschließenden Verfahrensschritt 4) wird der Fertigungs- und/oder Prüfauftrag exportiert und in einem nachgeschalteten Speicherschritt in einem Datenspeicher der Rechnereinheit abgespeichert. Der sich anschließende Verfahrensschritt 5) läuft im Wesentlichen in einem Bau- platz ab. In einem dem Verfahrensschritt 5) untergeordneten Verfahrensschritt 5a) erfolgt zunächst eine physikalische Vermessung der Unterbaugruppen mittels bekannter technischer Einrichtungen, wie beispielsweise einem Lasertracker und/oder photogrammetrischer Methoden. Die sich aus dem Verfahrensschritt 5a) ergebenden metrologischen Messgrößen werden in einem nachfolgenden Speicherschritt im Datenspeicher der Rechnereinheit abgelegt. An den Verfahrensschritt 5a) schließt sich ein Speicherschritt an, in dem diese gemessenen metrologischen Daten im Datenspeicher der Rechnereinheit abgelegt bzw. zwischengespeichert werden. In einem Verfahrensschritt 5b) erfolgt eine Auswertung der gewonnenen metrologischen Messgrößen. Das sich hieraus ergebende Messergebnis wird im Rahmen eines im Verfahrensschritt 5c) erfolgenden Soll-Ist-Vergleichs ausgewertet. In diesem Soll-Ist-Vergleich finden darüber hinaus die Ausrichtparameter und die Messgrößen aus dem im Verfahrensschritt 4) im Datenspeicher abgespeicherten Fertigungs- und/oder Prüfauftrag Berücksichtigung. Aus dem im Verfahrensschritt 5c) vollzogenen Soll-Ist-Vergleich resultiert eine Messabweichung. Diese Messabweichung erfährt in einem weiteren Verfahrensschritt 5d) eine Bewertung. In diese Bewertung fließen ferner Toleranzen des im Verfahrensschritt 4) in den Datenspeicher abgelegten Fertigungs- und/oder Prüfauftrags mit ein. Aus der im Verfahrensschritt 5d) erfolgenden Bewertung der Messabweichung ergeben sich Fertigungsdaten, die wiederum in einem Speicherschritt im Datenspeicher der Rechnereinheit gespeichert werden. Im Verfahrensschritt 5e) erfolgt eine Plausibili- tätskontrolle der importierten Fertigungsdaten und die Speicherung in einem Zentralspeicher der Rechnereinheit.

Dem Verfahrensschritt 5d) ist eine Toleranzabfrage nachgeschaltet, in der entschieden wird, ob eine Toleranzerfüllung vorliegt oder ob eine Toleranzüberschreitung gegeben ist.

Ist die Toleranzerfüllung nach finaler Ausrichtung der Unterbaugruppen gegeben, liegt ein stabiler Fügeprozess vor, der zur Beendigung des Verfahrens führt. Ergibt die Toleranzabfrage jedoch eine Toleranzüberschreitung, so erfolgt im Verfahrensschritt 5g) eine Bewertung der Anzahl der definierten Iterationen. Dem Ver- fahrensschritt 5g) folgt eine Iterationsabfrage. Nach Durchlaufen dieser Iterationsabfrage verzweigt sich der Verfahrensablauf je nachdem, ob ein Inkrement n der be- reits durchlaufenen Iterationen kleiner oder gleich einer Konstante X ist oder ob das Inkrement n größer als die Konstante X ist, wobei die Konstante X für eine vorgegebene maximale Anzahl der Verfahrensdurchläufe steht. Ist das Inkrement n kleiner oder gleich der vorgegebenen Konstante X, so folgt auf den Verfahrensschritt 5g) der Verfahrensschritt 5f), in dem eine (erneute) Ausrichtung der im Bauplatz befindlichen Unterbaugruppen zur Schaffung des fertigen Bauteils erfolgen kann. Die räumliche Ausrichtung der Unterbaugruppen im Bauplatz kann zum Beispiel automatisiert mittels von der Rechnereinheit kontrollierten Positioniereinrichtungen erfolgen. Nach erfolgter Neuausrichtung der im Bauplatz zu- sammen zu fügenden Unterbaugruppen im Verfahrensschritt 5f) wird der Verfahrensablauf wieder mit dem Verfahrensschritt 5a) fortgesetzt. Ist das Inkrement n jedoch größer als die vorgegebene Konstante X, so wird der Verfahrenslauf nach dem Durchlaufen der Iterationsabfrage abgebrochen und mit einem Verfahrensschritt 6) fortgesetzt. Im Verfahrensschritt 6) erfolgt eine Analyse und Simulation der Fertigung aufgrund der im Verfahrensschritt 5b) ermittelten realen Messergebnisse. Die sich hieraus ergebenden korrigierten Prüfmerkmale und Messgrößen sowie die optimierten Toleranzen und Ausrichtparameter werden in einem weiteren zwischengeschalteten Speicherschritt als ein optimiertes Ferti- gungs- und/oder Prüfkonzept im Datenspeicher der Rechnereinheit abgelegt. Die- ses im Datenspeicher befindliche optimierte Fertigungs- und/oder Prüfkonzept wird sodann auf den Verfahrensschritt 2) zurückgekoppelt, indem die Erstellung und/oder Adaption eines Fertigungs- und/oder Prüfauftrags vollzogen wird, wobei zugleich der Verfahrensablauf fortgesetzt wird. Die sich aus dem Verfahrensschritt 6) ergebende Analyse und Simulation der Fertigung aufgrund der realen Messergebnisse wird abschließend mit einer im Zentralspeicher befindlichen Fertigungshistorie abgeglichen (vgl. Fig. 1 ).

Die Fig. 3 zeigt eine Bildschirmmaske 1 eines von vielen möglichen Ergebnissen der im Verfahrensschritt 5d) vollzogenen Bewertung einer Messabweichung am Beispiel einer Rumpfsektion 2 (dargestellt ist die obere Hälfte einer Sektion) mit ei- nem darin aufgenommenen Fußbodengerüst 3, wobei die Rumpfsektion 2 wiederum mit mindestens zwei, nicht dargestellten, Seitenschalen sowie einer gleichfalls nicht eingezeichneten Oberschale gebildet ist.

Zwei strichpunktiert dargestellte Halbkreise 4,5 begrenzen ein Toleranzintervall 6, in dem sich eine Querschnittskontur der Rumpfsektion 2 bewegen darf, um beispiels- weise weitere nicht dargestellte Rumpfsektionen qualitätsgerecht an die Rumpfsektion 2 anfügen zu können. Ein mit einer punktierten Linie dargestellter Halbkreis 7 spiegelt den Idealverlauf (Soll-Zustand) einer Querschnittskontur der Rumpfsektion 2 wieder. Ein weiterer, mit einer durchgezogenen Linie gezeichneter Kurvenverlauf 8 illustriert den tatsächlichen Verlauf (Ist-Zustand) der Querschnittskontur der Rumpfsektion 2. Deutlich ist der Bildschirmmaske nach Fig. 2 zu entnehmen, dass der Ist-Zustand der Rumpfsektion 2 im vorgegebenen Toleranzintervall 6 liegt und somit den Qualitätsvorgaben genügt. Auf die Toleranzabweichungen im Hinblick auf das Fußbodengerüst 3 wird in diesem Kontext nicht näher eingegangen. Weiterhin ist in der Darstellung der Fig. 2 ein Koordinatensystem 9 dargestellt, dessen x-, y- und z-Achsen die drei Raumrichtungen symbolisieren. Definitionsgemäß verläuft die x-Achse parallel zur gedachten Flugrichtung der Rumpfsektion 2, während sich die y-Achse in der Flugrichtung gesehen quer zur x-Achse hin erstreckt und sich die z-Achse senkrecht von einem gedachten Untergrund hin nach oben erstreckt.

Die Fig. 4 zeigt einen Teilaspekt des Verfahrens am Beispiel einer Ausrichtung einer Rumpfsektion in Relation zu einem weiteren, nicht dargestellten Bauteil, bei dem es sich zum Beispiel um eine anzufügende Rumpfsektion handelt. In einer Rumpfsektion 10 sind zwei Fußbodengerüste 1 1 ,12 aufgenommen. Ein mit einer durchgezogenen Linie dargestellter Kurvenverlauf 13 symbolisiert den idealen Verlauf, das heißt einen Soll-Zustand des Konturverlaufs der Rumpfsektion 10. Ein gestrichelt dargestellter weiterer Kurvenverlauf 14 spiegelt den erreichten Ist- Zustand der Querschnittskontur der Rumpfsektion 10 nach einem Iterationsdurchgang wieder, während ein punktierter Kurvenverlauf 15 den Zustand der Rumpfsektion 10 nach einem zweiten Durchlauf darstellt. Deutlich ist zu erkennen, dass sich die Rumpfsektion 10 nach nur zweimaligem Durchlaufen des Ausrichtungsschrittes 5f) dem mit der durchgezogenen Linie eingezeichneten Soll-Zustand der Querschnittsgeometrie weitgehend angenähert hat. In diesem Zustand könnten die in der Regel vier, in der Fig. 4 nicht einzeln eingezeichneten Schalensegmente untereinander sowie mit den Fußbodengerüsten 1 1 ,12 zur Schaffung der kompletten Rumpfsektion 10 vernietet und/oder verbolzt werden, was im nicht dargestellten Bauplatz zum Beispiel mittels vollautomatischer Nietroboter erfolgt. Nach dem nur einmaligen Durchlaufen des verfahrensgemäßen Ausrichtungsschrittes 5f) im Bauplatz kann hingegen aufgrund der deutlich sichtbaren Maßabweichungen noch keine Vernietung erfolgen. Entsprechend sind die beiden Iterations-Durchläufe für die bei- den Fußbodengerüste 1 1 ,12 jeweils mit einer, nicht mit einer Bezugsziffer versehenen, punktierten und gestrichelten Linie dargestellt, während der diesbezügliche Sollzustand jeweils durch eine mit einer durchgezogenen Linie dargestellte waagerechte Gerade verdeutlicht ist.

Eine ausreichende Annäherung an einen vorgegebenen Soll-Zustand der Querschnittskontur der Rumpfsektion 10 kann beispielsweise in einer Bildschirmmaske zur Anzeige weiterer Vergleichsergebnisse auf einem Monitor durch ein rotes oder grünes Ampelsignal anschaulich gemacht werden. Ein Koordinatensystem 16 mit einer x-Achse, einer y-Achse und einer z-Achse veranschaulicht die Lage der Rumpfsektion 10 sowie der beiden Fußbodengerüste 1 1 ,12 im Raum, wobei der Nullpunkt (Ursprung des Koordinatensystems 16) im gemeinsamen Schnittpunkt der x-Achse, der y-Achse und der z-Achse liegt.

Die Fig. 5 veranschaulicht in einer schematischen Seitenansicht eine exemplarische Ausführungsform eines Bauplatzes zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere der Verfahrensschritte 5a) bis 5f). Ein als vorzugsweise kombinierter Ausrichtungs- und Fügebauplatz ausgestalteter Bauplatz 17 zum Herstellen einer Rumpfsektion 18 in Vierschalenbauweise umfasst unter anderem zwei Seitenschalenpositionierer 19,20, mit denen zwei Seitenschalen 21 ,22 frei im Raum verfahren bzw. ausgerichtet werden können. Die Seitenschalen 21 ,22 sind mittels nicht dargestellter Anbindungsorgane bevor- zugt automatisiert von den Seitenschalenpositionierern 19,20 aufnehmbar und an diesen in ihrer Lage fixierbar. Ein Koordinatensystem 23 mit einer x-Achse, einer y- Achse sowie einer z-Achse veranschaulicht die Lage aller Komponenten des Bauplatzes 17 im dreidimensionalen Raum. Die Ausrichtung der drei orthogonalen Achsen des Koordinatensystems 23 entspricht hierbei der Ausrichtung der Achsen der Koordinatensysteme in den Figuren 3,4. Die Seitenschalenpositionierer 19,20 und mit ihnen die Seitenschalen 21 ,22 sind mittels nicht näher dargestellter Aktuatoren parallel zu den Achsen des Koordinatensystems 23 verfahrbar. Darüber hinaus können die Seitenschalenpositionierer 19,20 optional auch um mindestens eine Raumachse des Koordinatensystems 23 herum schwenkbar ausgebildet sein. Eine Unterschale 24 wird mittels eines Unterschalenpositionierers, zum Beispiel in der Form eines Unterflur-Förderfahrzeuges 25 in den Bauplatz 17 eingefahren und ausgerichtet. Die Unterschale 24 liegt hierbei auf einer so genannten Pallung 26 auf dem Unterflur-Förderfahrzeug 25 auf. Das Unterflur-Förderfahrzeug 25 erlaubt zumindest eine Positionierbarkeit der Unterschale 24 parallel zu den drei Achsen des Koordinatensystems 23, kann optional aber auch über mindestens eine Schwenk- achse verfügen. Auch die Unterschale 24 ist auf der Pallung 26 mittels nicht dargestellter Anbindungsorgane automatisiert fixierbar und gegebenenfalls wieder lösbar. Ferner verfügt der Bauplatz 17 über einen Präsentierrahmen 27 zur Positionierung und zum Hineinfahren mindestens eines Fußbodengerüstes 28 in die Rumpfsektion 18. Vervollständigt wird die Ausstattung des Bauplatzes 17 durch einen Oberscha- Ienpositionierer 29 zur Ausrichtung einer Oberschale 30. Sowohl der Präsentierrahmen 27 als auch der Oberschalenpositionierer 29 erlauben zumindest eine Positionierung der Oberschale 30 bzw. des Fußbodengerüstes 28 parallel zu jeder Achse des Koordinatensystems 23. Sowohl der Oberschalenpositionierer 29 als auch der Präsentierrahmen 27 verfügen über automatisch betätigte Anbindungsorgane, die automatisiert die Lagefixierung und gegebenenfalls auch wieder eine Lösung des Fußbodengerüstes 28 und der Oberschale 30 erlauben. Die Seitenschalen 21 ,22, die Unterschale 24, das Fußbodengerüst 28, die Oberschale 30 sowie die hieraus zusammen zufügende bzw. zu integrierende Rumpfsektion 18 stellen die Unterbau- gruppen im Sinne des in Fig. 1 skizzierten Verfahrensablaufs dar.

Die Seitenschalenpositionierer 19,20, die Ober- und Unterschalenpositionierer 29, sowie der Präsentierrahmen 27 stellen Positioniereinrichtungen dar, die eine automatisierte nahezu freie Ausrichtung der im Bauplatz zu fügenden Unterbaugruppen im Raum ermöglichen. Ferner sind im Bereich des Bauplatzes 17 in Fig. 5 nicht dargestellte Fügeeinrichtungen, wie zum Beispiel Niet-, Bolz-, Klebe- und/oder Schweißautomaten, vorgesehen, die mit automatischen Handhabungsvorrichtungen, wie zum Beispiel Standard-Knickarmrobotern mit mehreren Freiheitsgraden und/oder Portalrobotern, realisiert sein können. Darüber hinaus sind im Bauplatz 17 nicht dargestellte Messeinrichtungen, wie zum Beispiel Lasertracker, Photogrammetrische Einrichtungen und/oder auch manuell zu betätigende Messeinrichtungen, vorgesehen, um in der Regel elektronisch direkt auswertbare und weiter verarbeitbare Messwerte zu erzeugen, die zur Durchführung des Verfahrens vonnöten sind. Sämtliche Bewegungsabläufe der beiden Seitenschalenpositionierer 19,20, des Unterflur-Förderfahrzeugs 25 mit der auf der Pallung 26 aufgenommenen Unterschale 24 sowie des Oberschalenpositionierers 29 innerhalb des Bauplatzes 17 werden bevorzugt von mindestens einer, der übergeordneten Rechnereinheit untergeordneten Steuer- und/oder Regeleinrichtung kontrolliert. Darüber hinaus können beidseitig zur Oberschale 29 der Rumpfsektion 18 zwei nicht dargestellte, begehbare und frei im Raum positionierbare Arbeitsplattformen vorgesehen sein. Diese Arbeitsplattfor- men erleichtern manuelle Eingriffe in den Fertigungsprozess und erlauben auf einfache Art und Weise beispielsweise die Durchführung manueller Nacharbeiten.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt insbesondere durch die vorgesehene Rückkopplung eine sukzessive Optimierung der Herstellungsprozesse großformatiger Bauteile. Hierbei ist das Verfahren nicht auf die Anwendung bei Fügeprozessen im Bereich der Sektionsmontage beim Flugzeugbau, wie in Fig. 5 schematisch angedeutet, beschränkt zu sehen. Vielmehr ergeben sich vielfältigste Einsatzmöglichkeiten auf dem Gebiet des allgemeinen Maschinenbaus, im Bereich des Fahrzeug- baus, des Schiffbaus, des Sondermaschinenbaus sowie bei der Herstellung von Windenergieanlagen.

Bezugszeichenliste

1 Bildschirmmaske

2 Rumpfsektion

3 Fußbodengerüst

4 Halbkreis] r-Toleranzintervall 5 Halbkreis !

6 Toleranzintervall

7 Halbkreis (Soll-Zustand)

8 Kurvenverlauf (Ist-Zustand)

9 Koordinatensystem

10 Rumpfsektion

1 1 Fußbodengerüst

12 Fußbodengerüst

13 Kurvenverlauf (Soll-Zustand Querschnittskontur)

14 Kurvenverlauf (1. Durchlauf Ist-Zustand)

15 Kurvenverlauf (2. Durchlauf Ist-Zustand)

16 Koordinatensystem

17 Bauplatz

18 Rumpfsektion

19 Seitenschalenpositionierer

20 Seitenschalenpositionierer

21 Seitenschale

22 Seitenschale

23 Koordinatensystem

24 Unterschale

25 Unterflur-Förderfahrzeug

26 Pallung

27 Präsentierrahmen

28 Fußbodengerüst

29 Oberschalenpositionierer

30 Oberschale

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur rückkopplungsbasierten Optimierung eines Messdatenlebenszyklus bei Fügeprozessen in der Fertigung, insbesondere bei der Herstellung von Flugzeu- gen sowie im allgemeinen Maschinenbau, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:

1 ) Analyse und Simulation der Fertigung aufgrund von Annahmen, insbesondere von Fertigungsdaten, zur Erstellung eines initialen Fertigungskonzeptes und/oder Prüfkonzeptes, 2) Erstellung und/oder Adaption eines Fertigungs- und/oder eines Prüfauftrages,

3) Konsistenzprüfung des Fertigungs- und/oder des Prüfauftrages,

4) Export und Speicherung des Fertigungs- und/oder des Prüfauftrages,

5) Ausrichten und/oder Fügen eines Bauteils aus mindestens zwei Unterbau- gruppen in einem Bauplatz (17),

6) Analyse und Simulation der Fertigung aufgrund realer Messergebnisse sowie Rückkopplung eines optimierten Fertigungs- und/oder Prüfkonzeptes in den Verfahrensschritt 2), und

7) mindestens einmalige Wiederholung der Verfahrensschritte 2) bis 6).

2. Verfahren nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigungsdaten unter anderem Prüfmerkmale, Messgrößen, Toleranzen und Ausrichtparameter umfassen.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Verfahrensschritt 5a) eine Vermessung der Unterbaugruppen und ein Abspeichern von hieraus gewonnenen metrologischen Messgrößen erfolgt.

4. Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Verfahrensschritt 5b) eine Auswertung der im Verfahrensschritt 5a) gewonnenen metrologischen Messgrößen erfolgt.

5. Verfahren nach Patentanspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Verfahrensschritt 5c) ein Soll-Ist-Vergleich zwischen Ausrichtparametern so- wie Messgrößen, die im Verfahrensschritt 4) gespeichert wurden und dem im Ver- fahrensschritt 5b) ermittelten Messergebnis zur Ermittlung einer Messabweichung erfolgt.

6. Verfahren nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die im Ver- fahrensschritt 5c) ermittelte Messabweichung in einem Verfahrensschritt 5d) zur

Bewertung der Messabweichung mit den im Verfahrensschritt 4) gespeicherten Toleranzen verglichen wird.

7. Verfahren nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die im Ver- fahrensschritt 5d) ermittelte Bewertung der Messabweichung Fertigungsdaten darstellt, die nach dem Durchlaufen einer Plausibilitätskontrolle in einem Verfahrensschritt 5e) in eine Fertigungshistorie importiert werden.

8. Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Toleranzabfrageschritt geprüft wird, ob die Toleranzen erfüllt sind, wobei das Verfahren im Fall einer Toleranzerfüllung beendet und im Fall einer Toleranzüberschreitung mit einem Verfahrensschritt 5g) zur Bewertung der Anzahl n der Iterationen fortgesetzt wird.

9. Verfahren nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einer dem Verfahrensschritt 5g) nachfolgenden Iterationsabfrage eine Auswertung des Inkre- mentes n der bereits durchlaufenen Iterationen derart erfolgt, dass in einem Verfahrensschritt 5f) eine erneute Ausrichtung der mindestens zwei Unterbaugruppen erfolgt und sich eine Wiederholung des Verfahrensschrittes 5a) anschließt, wenn das Inkrement n kleiner oder gleich einer Konstante X ist, oder dass das Verfahren mit dem Verfahrensschritt 6) fortgesetzt wird, wenn das Inkrement n größer als die Konstante X ist, wobei die Konstante X einer vorgegebenen maximalen Anzahl der zu durchlaufenden Iterationen entspricht.

10. Verfahren nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt 6) eine Analyse und Simulation der Fertigung aufgrund realer Messergebnisse erfolgt, wobei hieraus ermittelte korrigierte Prüfmerkmale sowie Messgrößen und/oder optimierte Toleranzen und Ausrichtparameter das optimierte Ferti- gungs- und/oder Prüfkonzept bilden, das auf die im Verfahrensschritt 2) durchge- führte Erstellung und/oder Adaption des Fertigungs- und/oder des Prüfauftrags zur kontinuierlichen Verbesserung des Fertigungsprozesses zurückgekoppelt wird.

1 1. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Verfahrensschritt 6) und Verfahrensschritt 2) das optimierte Fertigungs- und/oder Prüfkonzept in einem Speicherschritt gespeichert wird.

12. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass in einem Verfahrensschritt 0) mittels mindestens eines CAD-Systems ein Bauteil-Design und/oder ein Positionierer-Design erstellt wird, wobei bevorzugt beide Designs als Design-Spezifikation gespeichert werden.

13. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt 3) eine Konsistenzprüfung erfolgt, wobei im Fall einer festgestellten Inkonsistenz der Verfahrensschritt 2) wiederholt wird.

14. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Unterbaugruppen, insbesondere mindestens zwei Seitenschalen (21 ,22), mindestens eine Oberschale (30), mindestens eine Unterschale (24) sowie mindestens ein Fußbodengerüst (28), in einem Bauplatz (17) jeweils mittels mindestens einer Positioniereinrichtung in Abhängigkeit der Toleranz- abfrage und vom Verfahrensschritt 5g) ausrichtbar und mittels mindetens einer Fügeeinrichtung zusammenfügbar sind.

15. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Design-Spezifikation aus dem Verfahrensschritt 0), die in Verfahrens- schritt 1 ) ermittelten Fertigungsdaten, die aus Verfahrensschritt 4) resultierenden Fertigungs- und/oder Prüfaufträge, die im Verfahrensschritt 5a) gemessenen metrologischen Messgrößen, die aus Verfahrensschritt 5d) gewonnenen Fertigungsdaten sowie das sich aus Verfahrensschritt 6) ergebende optimierte Fertigungs- und/oder Prüfkonzept in jeweils einem Speicherschritt in mindestens einem Datenspeicher abgelegt werden und die im Verfahrensschritt 2) generierten Fertigungs- und/oder Prüfaufträge, die im Verfahrensschritt 5e) erzeugte Fertigungshistorie sowie die im Verfahrensschritt 6) generierte Analyse und Simulation der Fertigung aufgrund realer Messergebnisse in jeweils einem Speicherschritt in mindestens einem Zentralspeicher abgelegt werden, wobei der mindestens eine Datenspeicher und/oder der mindestens eine Zentralspeicher dezentral abrufbar sind.

16. Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens zur rückkopplungs- basierten Optimierung eines Messdatenlebenszyklus, insbesondere bei der Herstellung von Flugzeugen sowie im allgemeinen Maschinenbau, nach Maßgabe mindestens eines der Patentansprüche 1 bis 15, umfassend: a) mindestens einen Bauplatz (17), b) mindestens eine Positioniereinrichtung zum Ausrichten der mindestens zwei Unterbaugruppen, c) mindestens eine Fügeeinrichtung zum Fügen der mindestens zwei Unterbaugruppen, d) mindestens eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur Kontrolle der mindestens einen Positioniereinrichtung und/oder der mindestens einen Fügeeinrichtung in Abhängigkeit von den Verfahrensergebnissen, und e) mindestens eine der mindestens einen Steuer- und/oder Regeleinrichtung übergeordnete Rechnereinheit mit mindestens einem Prozessor, mindestens einem Datenspeicher und mindestens einem Zentralspeicher.

17. Vorrichtung nach Patentanspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Unterbaugruppe insbesondere eine Seitenschale (21 ,22), eine Oberschale (30), eine Unterschale (24) und/oder ein Fußbodengerüst (28) ist, wobei das zu fer- tigende Bauteil mindestens eine weitere Unterbaugruppe, insbesondere mindestens eine weitere der genannten Komponenten, aufweist.

18. Vorrichtung nach Patentanspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Positioniereinrichtung insbesondere ein Seitenschalenpositio- nierer (19,20), ein Oberschalenpositionierer (29), ein als ein Unterflur- Förderfahrzeug (25) ausgebildeter Unterschalenpositionierer oder ein als Präsentierrahmen (27) ausgeführter Fußbodengerüstpositionierer ist.