So nutzen Sie digitale Zwillinge für die vorausschauende Wartung in der Luftfahrt

In der Luftfahrt kann selbst eine einzige ungeplante Verspätung eine kostspielige Kettenreaktion auslösen: Flugverbote, umgeleitete Flugzeuge, gestörte Crews und unzufriedene Passagiere. Präzision ist in der Branche unerlässlich, doch traditionelle Wartungsmethoden mit Routinekontrollen, kalenderbasierten Überholungen und reaktiven Reparaturen genügen den Anforderungen des modernen Flugverkehrs oft nicht.

Die vorausschauende Wartung mit digitalen Zwillingen könnte die Lösung sein. Die Technologie bietet Fluggesellschaften und OEMs eine leistungsstarke Methode, Ausfälle vorherzusehen, bevor sie auftreten. Dazu werden Echtzeitdaten und virtuelle Modelle von Flugzeugsystemen genutzt.

Mit digitalen ZwillingenFlotten-MRO-Teamskönnen vorhandene physische Anlagen mit digitalen Gegenstücken abbilden. Anschließend unterziehen sie den virtuellen Zwilling verschiedenen Stresstests, darunter Unwetter, Komponentenausfälle und die Reaktion auf ungeplante Ausfallzeiten. Dieser proaktive Ansatz verlängert die Lebensdauer von Flugzeugen und verbessert Betriebsabläufe und Flugsicherheit.

Diese zusätzliche Präzision ist für eine Branche von entscheidender Bedeutung, die auf engen Margen und strengeren Vorschriften basiert.

Was sind digitale Zwillinge?

Die Idee hinter digitalen Zwillingen entstand Anfang der 2000er Jahre, ihre Wurzeln reichen jedoch bis zur Apollo-13-Mission der NASA im Jahr 1970 zurück (Siemens).

Während der Krise nutzten NASA-Ingenieure gespiegelte Systeme auf der Erde, um das versagende Raumschiff in Echtzeit zu simulieren – in einer primitiven Version dessen, was wir heute als digitalen Zwilling bezeichnen. Das formale Konzept wurde erstmals 2002 von Dr. Michael Grieves an der University of Michigan im Kontext des Produktlebenszyklusmanagements definiert (Offene Forschungsplattform für digitale Zwillinge).

Im Kern ist ein digitaler Zwilling ein dynamisches virtuelles Modell eines physischen Objekts, Prozesses oder Systems. Im Gegensatz zu einer statischen Simulation wird ein digitaler Zwilling kontinuierlich über Sensoren, Machine-Learning-Modelle und vernetzte Systeme mit realen Daten aktualisiert. Dadurch kann er nicht nur reale Bedingungen abbilden, sondern auch die Leistung seines realen Gegenstücks simulieren, vorhersagen und optimieren.

Digitale Zwillinge werden heute weit über die Luft- und Raumfahrt hinaus eingesetzt. In der Fertigung nutzt Siemens digitale Zwillinge, um Fabriklayouts und Maschineneffizienz zu simulieren. In der Automobilindustrie nutzen Tesla und BMW Zwillinge, um die Leistung von Elektrofahrzeugen zu überwachen und autonome Fahrsysteme zu verbessern. Im Gesundheitswesen wird die Technologie eingesetzt, um Organe zu simulieren und vorherzusagen, wie einzelne Patienten auf Behandlungen reagieren könnten (Deloitte).

Stadtplaner nutzen heute digitale Zwillinge, um ganze Städte zu modellieren. Das Projekt „Virtual Singapore“ in Singapur ist eine lebendige digitale Nachbildung des Stadtstaates, die für Stadtplanung, Notfallmaßnahmen und Umweltanalysen eingesetzt wird.Observatorium für Innovation im öffentlichen Sektor). Energieunternehmen wie GE und Shell nutzen inzwischen digitale Zwillinge, um Turbinen, Stromnetze und Offshore-Anlagen in Echtzeit zu verwalten (GE Vernova,Hülse).

Diese Anwendungsfälle werden durch Fortschritte im IoT, Cloud Computing und Edge Analytics ermöglicht. Mit der Weiterentwicklung von 5G-Konnektivität und KI-Modellierung erweitert sich der Anwendungsbereich digitaler Zwillinge rasant und ermöglicht Echtzeitoptimierung und Szenariotests für Branchen, die bisher durch Datenverzögerungen und manuelle Überwachung eingeschränkt waren.

Was ist ein digitaler Zwilling in der Luftfahrt?

Ein digitaler Zwilling ist eine virtuelle Nachbildung eines realen Objekts, Systems oder Prozesses, die dessen aktuellen Zustand anhand von Live-Daten widerspiegelt. Im Gegensatz zu statischen Modellen oder anderen Simulationen ist ein echter digitaler Zwilling mit seinem physischen Gegenstück verknüpft und wird kontinuierlich anhand von Sensordaten und seiner Betriebsumgebung aktualisiert.Lufthansa Systems).

In der Luftfahrt werden verschiedene Arten digitaler Zwillinge verwendet:

Boeing beispielsweise nutzt digitale Threads und Zwillinge, um die Leistung kritischer Systeme in Programmen wie der MQ-25 und dem Chinook zu verfolgen. Ihr Ansatz schafft eine geschlossene Verbindung zwischen Design und Betrieb, bei der die reale Nutzung zukünftige Entwicklungsschritte beeinflusst (Boeing Innovation Quarterly).

Diese Genauigkeit ermöglicht es den Akteuren der Luftfahrt, nicht nur Anlagen zu überwachen, sondern auch deren Verhalten in zukünftigen Szenarien zu simulieren – von strukturellen Ermüdungszyklen bis hin zu Notfallumleitungen. Lufthansa Industry Solutions formuliert es so: „Der ‚Digitale Zwilling‘ ermöglicht es Unternehmen, ihre Prozesse virtuell abzubilden, Änderungen vorzunehmen und so echte Optimierungspotenziale zu erschließen.“Lufthansa Systems).

Warum „digitale Zwillinge“ und nicht „Drillinge“ oder „Vierlinge“?

Wenn ein digitaler Zwilling reale Bedingungen simulieren kann, warum sollte man es dann bei einem belassen? Warum nicht drei, zehn oder fünfzig Versionen desselben Systems erstellen, um jedes mögliche Ergebnis zu testen?

Wir sind schon da. Viele Systeme tun genau das bereits.

Der Begriffdigitaler Zwillingkam ursprünglich von der NASA in den frühen 2000er Jahren, als Ingenieure ein virtuelles Modell eines Raumfahrzeugs benötigten, das parallel zur physischen Version im Weltraum laufen konnte (IN). Die Idee bestand darin, eine digitale Eins-zu-eins-Replik zu erstellen, die den Status des realen Systems kontinuierlich widerspiegelt.

Seitdem hat sich das Konzept weiterentwickelt. Heutige digitale Zwillinge verwenden oftSzenariomodellierung oder Monte-Carlo-Simulationen, Techniken, die Hunderte oder Tausende von Zukunftsszenarien durchspielen, um den besten, schlechtesten und wahrscheinlichsten Ausgang zu ermitteln (NASA Ames Forschungszentrum). In der Luftfahrt beispielsweise könnten prädiktive Wartungsmodelle verschiedene Umgebungsbedingungen oder Nutzungsmuster testen, um vorherzusagen, wann eine Komponente wahrscheinlich ausfallen wird (Forschung zu elektrischen Energiesystemen).

Warum nennen wir sie nichtdigitale Drillinge oder digitale Vielfache?

Es kommt auf Branding und Einfachheit an.Digitaler Zwillingwurde zum Sammelbegriff, da er leicht verständlich und branchenübergreifend weit verbreitet ist. Selbst wenn ein Triebwerk oder eine Flugzeugzelle zehn parallele Simulationen in Echtzeit durchführt, wird das gesamte System aus Gründen der Konsistenz immer noch als „digitaler Zwilling“ bezeichnet. Dies sorgt für eine klare Sprache für Ingenieure, Führungskräfte, Regulierungsbehörden und Marketingfachleute gleichermaßen (McKinsey & Company).

Ja, digitale Zwillinge verhalten sich oft wie ganze digitale Familien, aber der BegriffZwilling„stuck“ bleibt bestehen, auch wenn es nicht die ganze Geschichte erzählt.

So funktioniert Predictive Maintenance mit digitalen Zwillingen

Die herkömmliche Wartung basiert auf festen Zeitplänen wie Kontrollen nach 500 Flugstunden oder jährlichen Inspektionen.Vorausschauende Wartungnutzt jedoch tatsächliche Leistungsdaten, um den Zustand von Komponenten in Echtzeit zu bewerten und abzuschätzen, wann ein Ausfall auftreten könnte. Digitale Zwillinge erhöhen die Genauigkeit dieser Modelle, indem sie kontinuierlich Betriebsbedingungen simulieren und das erwartete mit dem tatsächlichen Verhalten vergleichen.

Nehmen wir an, der Öldruck eines Motors ist tendenziell niedriger als normal. In einer herkömmlichen Konfiguration bleibt dies möglicherweise bis zu einer planmäßigen Überprüfung unbemerkt. Mit einem digitalen Zwilling hingegen wird diese Abweichung sofort anhand historischer Muster, Umgebungsbedingungen und Betriebsgrenzwerte erkannt. Wartungsteams können eingreifen, bevor ein Fehler auftritt, um Ausfallzeiten und Sicherheitsrisiken zu vermeiden.

Rolls-Royce veranschaulicht dies mit seiner IntelligentEngine-Plattform. Ingenieure erstellen mithilfe von Echtzeit-Sensordaten und Satellitenkonnektivität einen digitalen Zwilling eines Triebwerks. Das virtuelle Modell läuft parallel zum physischen Triebwerk und ermöglicht es Rolls-Royce, den Wartungsbedarf vorherzusagen, extreme Umgebungen zu simulieren und proaktive Reparaturen zu planen.Rollys-Royce).

Vorteile für Fluggesellschaften und MRO-Anbieter

Die Vorteile einer vorausschauenden Wartung durch digitale Zwillinge sind beträchtlich und sie behebt viele wichtige Schwachstellen:

Eine aktuelle Studie zeigt, dass die auf digitalen Zwillingen basierende vorausschauende Wartung im simulierten Flugbetrieb zu Kostensenkungen von bis zu 30 % und 40 % weniger ungeplanten Wartungsereignissen führte (Bauingenieurwesen, Wissenschaft und Technologie).

Reale Anwendungen in der Luftfahrt

Auch wenn die Verheißung der Digital-Twin-Technologie futuristisch klingt, ist sie bereits heute tief in den Arbeitsabläufen der Luftfahrt verankert.

Delta Airlines

Delta Air Lines ist führend in der Anwendung digitaler Zwillings- und KI-Technologien für die vorausschauende Wartung, vor allem durch sein APEX-System (Advanced Predictive Engine).Airways Mag).

APEX erfasst während jedes Fluges Echtzeit-Triebwerksdaten und erstellt mithilfe künstlicher Intelligenz dynamische digitale Replikate des aktuellen Zustands jedes Triebwerks. Diese digitalen Zwillinge ermöglichen es Delta, Komponentenverschleiß oder Anomalien vorherzusehen, lange bevor sie mechanische Probleme verursachen.

Erkennt das System beispielsweise Muster – wie leichte Vibrations- oder Temperaturerhöhungen – kann es Techniker darauf hinweisen, ein Teil innerhalb eines bestimmten Zeitfensters, beispielsweise nach 50 Flugstunden, auszutauschen, anstatt auf einen Ausfall zu warten. Dieser proaktive Ansatz verhindert Rätselraten, reduziert unnötige Austauschvorgänge und stellt sicher, dass die Wartung genau dann durchgeführt wird, wenn sie benötigt wird.

Die Ergebnisse waren dramatisch: Von 2010 bis 2018 reduzierte Delta die wartungsbedingten Stornierungen von über 5.600 jährlich auf nur 55 (Airways Mag).

Das APEX-Programm spart der Fluggesellschaft jedes Jahr achtstellige Beträge und wurde 2024 mit dem Innovationspreis der Aviation Week ausgezeichnet. Durch den Einsatz digitaler Zwillinge hält Delta Flugzeuge länger in der Luft, reduziert kostspielige Ausfallzeiten und bietet den Passagieren ein zuverlässigeres Erlebnis bei gleichzeitig deutlich niedrigeren Wartungs- und Betriebskosten (Airways Mag).

Boeing

Boeing nutzt digitale Zwillinge nicht nur, wie bereits zuvor beschrieben, um die Leistung kritischer Systeme in einer geschlossenen Kreislaufumgebung zu verfolgen, sondern wendet die Technologie digitaler Zwillinge auch in der Produktentwicklung, Fertigung und Wartung an.

Der Hersteller hat digitale Zwillinge verwendet, um das komplexe System zum Falten der Flügelspitzen der 777X zu modellieren. Dadurch können Ingenieure die Strukturdynamik simulieren und den Aufwand für physische Prototypen reduzieren (Einfaches Fliegen). Boeing nutzt modellbasiertes Systems Engineering (MBSE), um umfassende digitale Darstellungen von Flugzeugen zu erstellen und die Interaktion zwischen elektrischen, hydraulischen und Avioniksystemen zu modellieren (Boeing-Zulieferer). Diese Zwillinge helfen dabei, potenzielle Probleme frühzeitig in der Entwurfsphase zu erkennen und die Zertifizierung zu rationalisieren.

Die Rolle von KI und maschinellem Lernen

Ein digitaler Zwilling ohne Intelligenz ist nur ein Spiegel. Was digitale Zwillinge so leistungsstark macht, ist ihre Fähigkeit zu lernen, sich anzupassen und Vorhersagen zu treffen – Funktionen, die durch KI und maschinelles Lernen ermöglicht werden.

In der Luftfahrt verarbeiten diese Algorithmen riesige Datensätze aus Flugprotokollen, Bordsensoren, Wetterdaten und Wartungsaufzeichnungen. Mit der Zeit lernen sie, schwache Signale zu erkennen – jene subtilen Anomalien, die Ausfällen vorausgehen, menschlichen Technikern aber entgehen würden.

Beispielsweise kann KI eine um 0,5 % erhöhte Vibration in einem Lüfterblatt unter bestimmten Wetterbedingungen erkennen und mit einem potenziellen Ermüdungsproblem in Verbindung bringen (Informations- und Softwaretechnologie). Der digitale Zwilling aktualisiert, gespeist durch diese Erkenntnisse, seine Simulationsparameter und markiert einen möglichen Defekt zur Überprüfung. Kein menschlicher Analytiker hätte diesen Zusammenhang rechtzeitig erkannt.

KI hilft auch, Unsicherheit zu quantifizieren. Anstelle binärer „Ja/Nein“-Vorhersagen und Entscheidungsbäume bietet sie probabilistische Risikoprofile – z. B.: „Es besteht eine 78-prozentige Wahrscheinlichkeit, dass diese Kraftstoffpumpe innerhalb von 300 Flugstunden ausfällt.“ Diese Spezifität verändert die Art und Weise, wie Fluggesellschaften Ressourcen zuweisen, Kontrollen planen und Risiken managen.

Vorteile der vorausschauenden Wartung mit digitalen Zwillingen

Die auf digitalen Zwillingen basierende vorausschauende Wartung bietet Fluggesellschaften und MROs erhebliche Kosteneinsparungen und andere Effizienzvorteile.

1. Reduzierte Ausfallzeiten der Flugzeuge:

Digitale Zwillinge sagen potenzielle Verhaltensweisen voraus, bevor sie auftreten, und ermöglichen so proaktive Wartungsmaßnahmen während verkehrsarmer Zeiten oder geplanter Ausfallzeiten.

2. Längere Lebensdauer der Komponenten:

Die Wartung erfolgt nicht mehr in festen Intervallen, sondern bedarfsgerecht nach tatsächlicher Nutzung und Zustand. Dieser Ansatz trägt dazu bei, die Lebensdauer der Anlagen zu optimieren und unnötigen Teileaustausch zu reduzieren.

3. Verbesserte Sicherheit und Compliance:

Digitale Zwillinge unterstützen eine zustandsbasierte Überwachung, die Anomalien kennzeichnet, bevor sie kritisch werden.ePlaneAIintegriert MEL-Daten mit prädiktiver Analytik, sodass aufgeschobene Artikel verfolgt und basierend auf dem Risiko intelligent priorisiert werden.

4. Umweltfreundlichere Betriebsabläufe

Wenn prädiktive Modelle anzeigen, welche Fehler wahrscheinlich sind und wann, können Techniker besser eingeplant, Werkzeuge im Voraus vorbereitet und Lagerbestände effizienter gelagert werden. Lufthansa Industry Solutions hebt dies als einen Weg zur CO₂-Reduzierung hervor – denn weniger Reparaturen in letzter Minute bedeuten weniger treibstofffressende Flugverspätungen oder Wartungsflüge (Lufthansa Industry Solutions).

Integration digitaler Zwillinge in bestehende MRO-Systeme

Die größte Hürde besteht nicht darin, die Leistungsfähigkeit digitaler Zwillinge zu verstehen, sondern sie dazu zu bringen, reibungslos mit Altsystemen zusammenzuarbeiten.

Viele Luftfahrtunternehmen verlassen sich immer noch auf ein Flickwerk aus Tabellenkalkulationen, eigenständigen Wartungssystemen und ERP-Plattformen mit isolierten Daten. Ein digitaler Zwilling ist wertlos, wenn er nicht auf präzise Live-Datenfeeds aus diesen Quellen zugreifen kann.

Hier kommen Unternehmen wie ePlaneAI ins Spiel. ePlaneAI verbindetdigitale Zwillingsmodelle mit ERP-Systemenum Wartungsauslöser, Teilebestellungen, Compliance-Berichte und die Planung von Technikern zu automatisieren.

Wenn der digitale Zwilling eine Ermüdung des Fahrwerks vorhersagt, kann ePlaneAI automatisch den zugehörigen Arbeitsauftrag erstellen, die Verfügbarkeit von Ersatzteilen überprüfen und sicherstellen, dass die gesetzlichen Vorschriften für die MEL-Aufschubverfolgung eingehalten werden.

Der Schlüssel zur erfolgreichen Umsetzung liegt in:

Zukunft der vorausschauenden Wartung mit digitalen Zwillingen in der Luftfahrt

Da die Branche weiterhin mit sinkenden Margen, alternden Flotten und Nachhaltigkeitsanforderungen zu kämpfen hat, wird die vorausschauende Wartung auf Basis digitaler Zwillinge den Weg in die Zukunft weisen.

Zu den neuen Innovationen gehören:

Da KI-Modelle immer fortschrittlicher und die IoT-Infrastruktur robuster werden, werden digitale Zwillinge intelligenter, autonomer und wichtiger für die Verwaltung der Flugzeuggesundheit.

Schneller und intelligenter fliegen: Warum digitale Zwillinge bereit zum Abheben sind

Digitale Zwillinge verändern die Luftfahrt von heute. Hersteller und Fluggesellschaften wie Boeing, Delta und Lufthansa sind Vorreiter bei der Entwicklung schnellerer, sichererer und kosteneffizienterer Abläufe.

Sind Sie bereit, die gleiche Präzision digitaler Zwillinge auch für Ihre Flotte zu nutzen? ePlaneAI unterstützt Luftfahrtteams mit leistungsstarken und optimierten Integrationen bei der Integration der vorausschauenden Wartung in ihren Betrieb. Von der Optimierung der MEL-Verschiebung über Echtzeitdiagnosen bis hin zu intelligenteren Prognosen – wir machen es einfacher, Probleme zu erkennen, bevor Ihre Flugzeuge stillstehen.

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