Concept Development of a Cessna 150 Digital Twin using Multi-Agent-Systems

Abstract

In order to digitize and improve operational procedures with interacting digital twins in aviation industry, new approaches are necessary. One approach is the use of multiagent systems. The objective of this thesis is to develop a concept for a digital twin using a multi-agent system, which models a Cessna 150 as well as its pilot and the air traffic controller. The first implementation of this system is based on the "MARS" framework. The MARS group represents all “Multi-Agent Research and Simulation” activities at the University of Applied Sciences Hamburg at the Department of Computer Science. The developed and implemented concept demonstrates a first simulation approach, which aims to model the flight operation from preflight check to takeoff. This concept and its first implementation are presented and evaluated. Afterwards, with exploring the potential of multi-agent systems, further recommendations for the application along the flight operation stages are done. The result of this thesis offers a better understanding of multi-agent system in aviation industry and acts as a first foundation for future research with MARS in this area.

Um die Digitalisierung und Verbesserung der Betriebsabläufe mit interagierenden digitalen Zwillingen in der Luftfahrtindustrie zu ermöglichen, sind neue Ansätze erforderlich. Ein Ansatz ist die Verwendung eines Multi-Agenten Systems sein. Ziel dieser Arbeit ist es, das Konzept eines digitalen Zwillings unter Verwendung eines Multi-Agent Systems für eine Cessna 150 mit einem Piloten und einem Fluglotsen zu entwickeln und eine erste Implementierung mit Hilfe des „MARS“ - Frameworks umzusetzen. Die MARS-Gruppe repräsentiert alle „Multi-Agent Research and Simulation“ Aktivitäten innerhalb der Hochschule für angewandte Wissenschaften Hamburg am Institut für Informatik. Das entwickelte und implementierte Konzept demonstriert einen ersten Ansatz realistischer Simulationen für den Flugbetrieb vom Preflight-Check bis zum Takeoff. Dieses Konzept und seine erste Implementierung werden vorgestellt, bewertet und anschließend mit der Entdeckung des Potenzials von Multi-Agenten Systemen weitere Empfehlungen für die Anwendung entlang der Flugbetriebsphasen gegeben. Das Ergebnis dieser Arbeit bietet ein besseres Verständnis für Multi-Agenten Systeme in der Luftfahrtindustrie und stellt eine erste Grundlage für zukünftige Arbeiten mit MARS in diesem Gebiet dar.