DIREKT – DIgitaler Lebenszyklus (hybRid-)elEKTrischer Antriebssysteme

Im Projekt DIREKT vernetzt das Fraunhofer IPK nutzerzentriert Digitale Zwillinge von (hybrid-)elektrischen Antriebssystemen über den gesamten Lebenszyklus hinweg. Dabei stellt eine zentrale Ontologie sicher, dass relevante Informationen schnell und kontextbezogen für fundierte Designentscheidungen von Engineering-Teams bereitstehen. Neben der Unterstützung von Entwicklung und Produktion erweitert das Projekt das Konzept Digitaler Zwillinge gezielt auf die Service- und Nutzungsphase und schafft damit die Grundlage für neue digitale Geschäftsmodelle. Auf diese Weise verbindet DIREKT Engineering, Betriebsdaten und digitale Services.

Elektrische und hybridelektrische Antriebssysteme spielen vor dem Hintergrund des Klimaschutzes eine zentrale Rolle in der Luftfahrt. Vor diesem Hintergrund müssen bestehende Herangehensweisen über den gesamten Lebenszyklus dieser Systeme hinweg weiterentwickelt werden, um die Informationsversorgung und Effizienz in der Produktentwicklung zu erhöhen und damit die Time-to-Market für neue Technologien zu reduzieren. Durch die Vernetzung von Informationen entlang des Lebenszyklus von (hybrid-)elektrischen Antriebssystemen mithilfe Digitaler Zwillinge als zentralem Element adressiert DIREKT diese Potenziale.

Während sich die Konsortialteilnehmer im Projekt auf die Bereiche Produktion, Montage und die Herstellung des digital Threads konzentrieren, fokussiert das Fraunhofer IPK auf die Produktentwicklung. Hier verantwortet das Institut die nutzerzentrierte Konzeption und Entwicklung eines digitalen Designzwillings. Dieser stellt Ingenieurinnen und Ingenieuren eine konsistente und kontextualisierte Informationsbasis zur Verfügung, die zu besseren Designentscheidungen führen soll.

Der Designzwilling vernetzt unterschiedliche Datenquellen und Entwicklungstools über eine Ontologie, sodass relevante Informationen je nach Kontext schnell identifiziert werden können. Dadurch lassen sich zum Beispiel die Auswirkungen von Designänderungen effizient bewerten und mit bestehenden Anforderungen abgleichen.

Darüber hinaus werden relevante Informationen aus der Produktion als Feedback in den Designzwilling integriert, um zukünftige Produktiterationen gezielt zu verbessern. Auf dieser Datenbasis wird ein KI-Modell trainiert, das die Auswirkungen von Designentscheidungen prognostiziert, die Einflüsse der Produktionsverfahren für Designerinnen und Designer transparent macht und beispielsweise potenzielle Toleranzüberschreitungen frühzeitig aufzeigt.

Ergänzend erweitert das Projekt DIREKT das Konzept Digitaler Zwillinge auf die Service- und Nutzungsphase von Antriebssystemen. Das Fraunhofer IPK konzipiert digitale Servicezwillinge, die eine Simulation, Analyse und Optimierung des Systemverhaltens während der Nutzungsphase ermöglichen. Diese Zwillinge integrieren Betriebs- und Nutzungsdaten aus unterschiedlichen Quellen und bilden die Grundlage für digitale Services, die sich an verschiedene Stakeholder richten, darunter Betreiber, Hersteller, Instandhaltungsdienstleister und Komponentenlieferanten.

In diesem Kontext konzipiert das Fraunhofer IPK Geschäftsmodelle für kollaborative digitale Zwillinge, bei denen mehrere Datenanbieter ihre Informationen in Simulations- und Analyseservices einbringen. Diese Services schaffen Mehrwert für verschiedene Akteure, welche die Nutzungsphase des Lebenszyklus von Antriebssystemen beeinflussen oder von ihr beeinflusst werden.

Zur Umsetzung dieses Ansatzes entwickelt das Fraunhofer IPK zudem ein Architekturkonzept für ein entsprechendes Datenökosystem. Dieses umfasst unter anderem die Definition eines Marktplatzes für die Aushandlung, Bereitstellung und Nutzung von Daten und digitalen Services und legt damit die Grundlage für skalierbare und nachhaltige Geschäftsmodelle.