Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTWhitepaper »Resilienz in der Luftfahrt«: Fraunhofer IPT zeigt Handlungsbedarfe und Strategien für eine krisenfestere Produktion
Internationale Krisen wie die Coronapandemie, der Krieg in der Ukraine und langfristig auch der Klimawandel zwingen viele Unternehmen dazu, Prozesse, mit denen sie Produkte herstellen und Dienstleistungen erbringen, sehr schnell grundlegend zu verändern. Schwierig ist dies jedoch für Branchen, in denen lange Entwicklungszyklen und aufwändige Zulassungsverfahren die Regel sind. Am Beispiel der Luftfahrtindustrie zeigt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT in einem kostenlosen Whitepaper, mit welchen Resilienzstrategien sich sowohl langfristige Unternehmensziele verwirklichen als auch kurzfristige Krisensituationen bewältigen lassen.
Als global agierende Branche ist die Luftfahrtindustrie in besonderem Maße von internationalen Krisen betroffen. So etwa, als 2020 während der Coronapandemie innerhalb kürzester Zeit für zunächst unbestimmte Dauer der Flugverkehr weitgehend eingestellt wurde. Auch die politischen und wirtschaftlichen Maßnahmen gegen den Klimawandel zwingen die Unternehmen zu umfassenden Veränderungen: Die Nachhaltigkeits- und Effizienzziele der EU-Kommission im Programm »Flightpath 2050« sowie die Klimaschutzziele des »Green Deal« geben vor, CO2-Emissionen in der Luftfahrt bis zum Jahr 2030 zu halbieren und bis 2050 sogar CO2-Neutralität zu erreichen. Das bedeutet, dass die Branche sich dringend mit neuen Antriebskonzepten und Flugzeugdesigns auseinandersetzen muss. Die Produktion, die die Unternehmen dazu befähigt, ihre neuen Produkte so rasch wie möglich zur Marktreife zu bringen, muss sich dafür an vielen Stellen stark wandeln.
Vier Handlungsfelder für mehr Resilienz
Das Fraunhofer IPT in Aachen beschreibt im Whitepaper mit dem Titel »Resilienz in der Luftfahrt«, in welchen vier wesentlichen Handlungsfeldern sich produzierende Unternehmen in der Luftfahrtindustrie stärker oder gänzlich neu aufstellen müssen, damit sie zukünftige Krisensituationen rasch erkennen und gegensteuern können: Die Autoren sehen Bedarfe in den Dimensionen Technologie, Digitalisierung, Nachhaltigkeit und Personal. Das Management produzierender Unternehmen im Luftfahrtsektor ist damit umfassend gefordert, Lieferketten und Produktionsumgebungen, wertschöpfende Prozesse und Einzeltechnologien hinsichtlich ihrer Krisenfestigkeit zu prüfen, zu verbessern und in vielen Fällen völlig neu zu gestalten.
Technologische Trends rasch umsetzen
Das Whitepaper geht auf aktuelle Trends der Luftfahrtindustrie ein, etwa die Umsetzung neuer Antriebskonzepte, die Wasserstoff oder synthetische Kraftstoffe (Sustainable Aircraft Fuels, SAF) als Alternative zum Kerosin nutzen, sowie die Verwendung neuer, hochtemperaturfester Werkstoffe mit geringer Dichte im Turbomaschinenbau. Diese sollen in hohem Maße dazu beitragen, die ökologischen Ziele zu erreichen. Bestehende Fertigungsprozesse und -prozessketten müssten sich dafür jedoch wandeln, Prozessdaten ohne Medienbrüche übergeben und die Fertigung vollständig digitalisiert werden, so die Autoren.
Digitaler Zwilling schafft Transparenz
Als grundlegendes Werkzeug für die Produktion sicherheitskritischer und komplexer Komponenten dient bereits heute der Digitale Zwilling. Indem alle relevanten Produktions- und Betriebsdaten über den gesamten Lebenszyklus der einzelnen Bauteile mitgeführt werden, gelinge es, Transparenz über Qualität und Wartungsintervalle der beteiligten Systeme zu erlangen. So können letztlich auch Zertifizierungen und Nachhaltigkeitsbewertungen beschleunigt werden. Das Whitepaper beschreibt exemplarisch für einen zentralen Fertigungsschritt der Triebwerkherstellung, wie der Digitale Zwilling eingesetzt werden kann und welchen Nutzen er dort entfaltet.
Neue Bewertungskriterien für nachhaltige Produkte
Zur Bewertung der Nachhaltigkeit fordern die Autoren dazu auf, neben der bisherigen rein ökonomischen Bewertung vertiefende Fragen zu stellen: Zeitliche und geographische Abhängigkeiten einzelner Fertigungsschritte spielen hier ebenso eine Rolle wie die Herkunft der eingesetzten Rohstoffe und deren Auswirkungen auf das Produktportfolio. Eine dringende Empfehlung lautet, Life-Cycle-Assessments für eine transparente Neubewertung von Produktionsprozessketten und Produkten zu nutzen, um so den zukünftigen gesetzlichen Rahmenbedingungen Folge leisten zu können.
Solche Analysen beziehen zahlreiche umweltbezogene Kriterien wie das Global Warming Potential, die Ökotoxizität, die Flächennutzung und den Wasserverbrauch in die Berechnungen ein. Die Empfehlung ist hier, nicht – wie bisher meist üblich – allein auf den CO2-Footprint zu schauen. In der Produktion zeige dies nicht das vollständige Gesamtbild, da weitere relevante Kriterien vernachlässigt würden. In welchem Umfang die einzelnen Prozessschritte einander gegenübergestellt und bewertet werden müssen, zeigen die Autoren am Beispiel der Fertigung einer komplexen Einzelkomponente für Turbomaschinenverdichter.
Qualifikation und Wissensmanagement als Erfolgsfaktoren
Damit auch Unternehmen mit langen Entwicklungszyklen im Krisenfall schnell in die Entwicklung neuer Technologien für ein verändertes Produktportfolio einsteigen können, raten die Autoren des Whitepapers, Mitarbeiterqualifizierung und Wissensmanagement fest im Unternehmenskultur zu verankern. Eine innovationsfreundliche Unternehmenskultur bilde die Basis für die Technologieentwicklung und den Umgang mit neuen digitalen Anwendungen und schaffe Bewusstsein für die Dringlichkeit, die Nachhaltigkeitsziele zu erreichen.
Whitepaper verbindet Expertise aus Industrie und Forschung für die Luftfahrtindustrie
Das Whitepaper, das ab sofort zum kostenlosen Download bereitsteht, ist Ergebnis des BMWK-geförderten Forschungsprojekts »SpAIcer – Skalierbare adapive Produktionssysteme durch KI-basierte Resilienzoptimierung«. Die Expertisen des Fraunhofer IPT und zahlreicher Partner aus dem »ICTM Aachen – International Center for Turbomachinery Manufacturing« zur Fertigung von Luftfahrtkomponenten flossen zudem in die Empfehlungen des Autorenteams ein. Gemeinsam mit dem Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen und der Senseering GmbH evaluierten die Fraunhofer-Forscherinnen und -Forscher im Projekt das Resilienzmanagement produzierender Unternehmen im Luftfahrtsektor. Ergebnis des Projekts ist – neben dem vorliegenden Whitepaper – auch ein Softwaretool, das auf Grundlage von Datenmodellen und Künstlicher Intelligenz Störungen der Produktion vorhersagen, Prozesse und Produkte optimieren und auf diese Weise die Resilienz von Unternehmen fördern kann.