Aviation Management ( Gastautor werden )

"Digitale Divide" gefährdet Industrie 4.0 im Flugzeugbau

13.12.2017 - 08:00 0 Kommentare

Die Automatisierung der Luftfahrtindustrie hat noch nicht das Niveau anderer Branchen erreicht. Das Gros der Zulieferer verharrt auf 2.0-Niveau, so Industriekenner Michael Santo.

Boeing-Verkaufsschlager 737: Erst ab bestimmten Stückzahlen rentieren sich die notwendigen Investitionen in die Automatisierung.Foto: © AirTeamImages.com

Verglichen mit anderen Industriebranchen operierte der Flugzeugbau die längste Zeit und zum Teil noch heute mit manufakturähnlichen Fertigungstechniken und Arbeitsprozessen. Nur vereinzelt fanden sich getaktete Fertigungsabläufe. Eine echte Automatisierung ließ sich lediglich auf den Ebenen der Einzelteile- und der Komponentenproduktion beobachten.

Nur bei der Herstellung ganzer Module und Systeme und vor allem bei der Endfertigung hat vor etwa zehn Jahren der Einsatz von Fließbändern und Robotern begonnen. Erst 100 Jahre nachdem die erste "Tin Lizzy" bei Ford vom Band gelaufen war, konnte der damalige Airbus-COO Günter Butschek 2014 feststellen: "Wir als Flugzeugbauer sind in der getakteten Fließfertigung angekommen."

Steigende Stückzahlen machen automatisierte Produktion unverzichtbar

Der Grund für diese verspätete Entwicklung liegt auf der Hand: Erst ab bestimmten Stückzahlen rentieren sich die notwendigen Investitionen in die Automatisierung. Liefen bei Volkswagen seit 1974 mehr als 30 Millionen "Golf" vom Band, wurden in den vierzig Jahren zwischen 1967 und 2006 gerade einmal 5000 Exemplare des meistgebauten Verkehrsflugzeugs der Welt, der Boeing 737. gefertigt. Die 10.000er-Marke dürfte Boeing allerdings bereits Anfang 2018 knacken.

© Grafik: Brützel, Lesen Sie auch: Industrie 4.0: Ziele und Konsequenzen für den Luftverkehr Aviation Management

Die rasante Entwicklung des globalen Flugverkehrs und die damit verbundene gestiegene Nachfrage - insbesondere nach den neuen Mittelstreckenprogrammen Airbus A320neo und Boeing 737 MAX sowie nach Regionalmaschinen wie der Embraer E-Serie - rechtfertigen heute nicht nur die notwendigen Investitionen. Ohne eine deutliche Steigerung des Automatisierungsgrades können die Hersteller die hohen Stückzahlen schon bald nicht mehr fristgerecht produzieren.

Die Flugzeugbauer haben daher bei der Produktion ihrer Volumenmodelle erste Montageschritte automatisiert und damit den Weg zur Industrie 3.0 eingeschlagen. Derzeit investieren sie verstärkt in die computer- und datengesteuerte Produktion, um den nächsten Schritt, hin zur Industrie 4.0, gleich mit zu gehen.

"Digital Divide" im Flugzeugbau

Mit der zunehmenden Digitalisierung in einigen Produktionssegmenten tritt allerdings ein ganz anderes Problem hervor: Einige Teile der Wertschöpfungskette sind hier sehr viel weiterentwickelt als andere. Gelingt es nicht, auch die bislang manufakturähnlichen und nur einfach automatisierten Produktionsschritte in der Kette zügig nachzuziehen, droht eine "Wertschöpfung 4.0" in der Luftfahrtindustrie an der digitalen Spaltung der Branche zu scheitern.

Um die Herausforderungen und Chancenpotenziale der digitalisierten Automatisierung der Flugzeugindustrie richtig zu verstehen, lohnt ein Blick auf die vier wesentlichen Cluster in der Zulieferpyramide. Eine differenzierte Betrachtung der Supply-Chain macht deutlich, wo Investitionen besonders große Effekte erzielen können:

Industrie 4.0 der Aviation-Supply-Chain in der Herstellung. Darstellung: © Michael Santo

Cluster I – Luftfahrzeug OEMs und (Top-)Tier-1-Lieferanten: Die Big Player bestimmen das Tempo

Die Unternehmen dieses Clusters sind multinational agierende Konzerne, die weltweit Fertigungen in ihren Zielmärkten betreiben. Die führenden "Original Equipment Manufacturer" (OEM) wie Airbus und Boeing, Bombardier und Embraer liefern sich einen ständigen Wettbewerb auf Augenhöhe. Insbesondere im stückzahlstarken Segment der Kurz- und Mittelstreckenflugzeuge steigern sie ihre Investitionen in die Automatisierung und Digitalisierung stetig, um den beständig wachsenden Bedarf in den Hauptzielmärkten Asien, Europa und Nordamerika zu bedienen.

Auch die Führenden der so genannten Stufe 1-Lieferanten (Englisch Tier für Stufe) wie General Electric, Honeywell oder Rolls-Royce sind meist Großunternehmen oder gehören Konzernen an, die zum Teil sogar höhere Umsätze als die Luftfahrzeug-OEMs selbst erzielen. Manche gehören in gleich mehreren Branchen zu den Weltmarktführern.

Bei der Automatisierung und Digitalisierung ihrer Fertigungsprozesse sind manche der Top-Tier-1-Lieferanten den Luftfahrt-OEMs bereits deutlich voraus. Insbesondere Triebwerkshersteller wie Pratt & Whitney oder Rolls-Royce nutzen in ihren performanceorientierten Geschäftsmodellen alle verfügbaren Daten, um ihre Produkte sowohl in der Erstausrüstung wie auch im Service hocheffizient herzustellen und einzusetzen.

Erste Schritte in Richtung Industrie 3.0

Ganz anders ist die Lage noch bei den OEMs, die oft gerade erst die zweite Stufe der industriellen Revolution verlassen. So existieren zwar inzwischen Taktstraßen für nahezu alle Modelle. Doch obwohl die komplett maschinelle Fertigung von Flugzeugrümpfen oder Tragflächen schon heute möglich wäre, übernehmen nur in wenigen Einzelfällen Roboter ganze Arbeitsschritte.

Angesichts der bereits hohen Stückzahlen von mehr als 60 Einheiten pro Monat bei bestimmten Modellen ist der entschlossene Schritt in die Industrie 3.0 dringend geboten. Aufgrund des derzeit noch sehr hohen Anteils manueller Arbeit in diesen Produktionsschritten versprechen Investitionen besonders hohe Amortisations- und Effizienzsteigerungseffekte.

Beitrag

Dieser Text ist mit dem Titel "Verspätete Revolution im Flugzeugbau - die Luftfahrtindustrie auf dem Sprung von 2.0 nach 4.0" als Buchbeitrag in der Publikation "Praxishandbuch Industrie 4.0", Herausgeber Kai Lucks, erschienen.

Gleichwohl arbeiten sowohl Boeing als auch Airbus bisher erst an Pilotprojekten. So hat Airbus mit der vierten Endmontagelinie für den A320 in Hamburg seit Mitte 2017 erstmals eine Produktionseinheit in Betrieb genommen, in der Rumpfsektionen mittels Robotern automatisiert miteinander verbunden werden. Im Boeing-Werk Renton wird die 737 hingegen bereits seit 2014 teilweise von Robotern montiert.

Erklärte Ziele dieser Automatisierung ist nicht nur, die Produktionszahlen zu steigern und die laufenden Produktionskosten sowie den Zeitaufwand pro Stück zu reduzieren, sondern auch die Arbeitssicherheit zu erhöhen sowie die Zahl der Produktionsfehler zu senken.

Datenpflege und Qualität noch nicht auf dem notwendigen Niveau

Insgesamt betrachtet steht Industrie 4.0 im gesamten Cluster 1 jedoch erst am Anfang. Zwar sind die informationstechnischen Voraussetzungen zur automatisierten Kommunikation, zum Austausch technischer Daten, Auftragsdaten und Plandaten zwischen den beteiligten Betrieben durchgängig gegeben. Datenpflege und -qualität erreichen allerdings bisher meistens noch nicht das Niveau, auf dem diese Schnittstellen weitgehend eigenständig funktionieren könnten.

Das Problem ist, dass die sogenannte "Übersteuerung" der Systeme - also notwendige manuelle Eingriffe, die insbesondere bei Produktanläufen, beim Service und im Reparaturfall erforderlich sind - den Bedienern extreme Präzision und Disziplin abverlangen. Denn Fehler (etwa bei der Aufnahme von Ad-hoc-Bestellungen oder der Erfassung fehlerhafter Bauteile) können sich insbesondere über mehrere Tier-Ebenen hinweg potenzieren und die gesamte Zulieferkette aus dem Gleichgewicht bringen. Die Übermittlung von fehlerhaften Daten führt daher nicht selten zu erheblichen Produktionsverzögerungen oder sogar Ausfällen.

Cluster II – Tier-1- und Tier-2-Lieferanten: Die Angst vor der Transparenz

In diesem Cluster begegnen sich, insbesondere in Europa, Unternehmen völlig unterschiedlicher Größenordnungen und technologischer Reifegrade. Konzerne der Tier-1-Ebene treffen hier auf kleine und mittlere Unternehmen in Inhaber- oder Familienbesitz – häufig mit Wurzeln in der militärischen Luftfahrt.

Studien aus den Jahren 2012 und 2013 haben gezeigt, dass diese Unternehmen überwiegend als verlängerte Werkbänke tätig sind. Während sie im Wesentlichen ihre Maschinen- und Anlagenkapazität zur Verfügung stellen, werden Arbeitsvorbereitung, Fertigungsplanung sowie Qualitätsmanagement und -sicherung durch den Tier-1-Lieferanten geleistet.

Fachleute schätzen, dass etwa ein knappes Drittel dieser Lieferanten heute nur noch deshalb existiert, weil ihr Umsatzvolumen so gering ist, dass es sich aus Sicht der Abnehmer nicht zu lohnen scheint, den Zulieferer zu wechseln oder ihn zwecks Prozess- und Kostenoptimierung unter Druck zu setzen. Ob diese Einschätzung zutrifft, ist allerdings fraglich, denn viele Tier-2-Lieferanten verfügen bereits heute über hochmoderne Anlagen.

Nur können diese Fertigungskapazitäten nicht ihr volles Potenzial entfalten, da die einzelnen Maschinen als faktische „Stand-Alones“ räumlich, prozessual und informationstechnisch von anderen Maschinen und vor allem vom Gesamtprozess entkoppelt sind.

Nur wenige Tier-2-Lieferanten investieren in die Automatisierung

Eine automatisierte Vernetzung - im Sinne von Industrie 3.0 - sowie eine volldigitalisierte Steuerung der Anlagen verbunden mit einem Austausch hochqualitativer Daten zwischen Lieferanten und Abnehmern - im Sinne der Industrie 4.0 - würde einen Quantensprung in der Effizienz dieser Betriebe bedeuten. Gleichwohl haben weniger als 15 Prozent der Tier-2- Lieferanten in den vergangenen Jahren in die Automatisierung ihrer Fertigung investiert.

Diese Unternehmen ragen heute zwar aus der großen Masse im Tier-2-Segment heraus, dennoch sind sie noch längst nicht auf jenem Niveau angekommen, das ein OEM oder (Top-)Tier-1-Lieferant heute verlangen müsste und das in der Automobilindustrie bereits Standard ist. Die Schwachpunkte liegen weiterhin in der starken Abhängigkeit der Produktion von Fachkräften, die bei den fraglichen Prozessen nicht nur unweigerlich langsamer, sondern vor allem fehlerhafter arbeiten als computergesteuerte Maschinen.

Die Vorbehalte der Tier-2-Lieferanten, sich an automatisierte Planungs- und Kapazitätssysteme in der Supply Chain anzukoppeln, sind derweil enorm. Einerseits liegt das an der oft noch geringen Datenqualität auf dieser Ebene, der allerdings mit entsprechenden Investitionen beizukommen wäre.

Der tiefer liegende Grund für die mangelnde Bereitschaft, in eine voll vernetzte Wertschöpfung einzutreten, liegt sicher im Misstrauen gegenüber OEMs und (Top-) Tier-1-Lieferanten begründet, die dann gegebene Datentransparenz bei Vertragsverhandlungen zu Ungunsten der nächsten Lieferanten-Ebene zu nutzen.

Cluster III – Tier-2- und Tier-3-Lieferanten: Das hintere Ende der Lieferkette wird von "Hand-Werk" dominiert

Die meisten Unternehmen dieses Clusters sind bestenfalls in der zweiten industriellen Revolution angekommen: Zwar gibt es getaktete Prozesse, die teils in Fließbandarbeit, teils in Einzelschritten mithilfe von Maschinen ausgeführt werden. Dennoch prägen manuelle Eingriffe, kurzfristige Ad-hoc-Beauftragungen und niedrigere Auslastungskontinuitäten den Alltag selbst dort, wo technologische Alleinstellungsmerkmale eine gewisse Auftragssicherheit geben sollten.

Die Kommunikation im Cluster III läuft meistenteils ohne jegliche Tool- und Automatisierungslösungen. Die Auftragsfeinsteuerung findet eher gemeinschaftlich-pragmatisch mit den Tier-2-Lieferanten statt, als mit durchgehend konsistenten Lieferkettendaten. Eine Verknüpfung ihrer Daten über die verschiedenen Tiers bis hin zum OEM ist derzeit offenbar weder vorstellbar noch gewollt. Daher wird in diesem Cluster der substanzielle Rückstand der Luftfahrtindustrie im vernetzten Daten- und Informationsaustausch besonders augenfällig.

Cluster IV – Multi-Tier-Lieferanten: Die Avantgarde mit Cross-Industry-Kompetenzen

Unternehmen des Multi-Tier-Clusters beliefern sowohl die OEMs direkt als auch alle anderen Lieferantenebenen. Im Durchschnitt sind sie deutlich größer als Tier-2- und Tier-3-Unternehmen. Manche von ihnen wie Thyssen Krupp oder Ferrostaal erzielen sogar ähnlich hohe Umsätze wie (Top-)Tier-1-Unternehmen.

Viele der Multi-Tier-Unternehmen beliefern zudem auch andere Branchen, namentlich die Automotive-Industrie. Bei ihren Produkten handelt es sich vor allem um Rohmaterial wie Spezialmetalle, um fertige C-Teile oder um Fertigungshilfsmittel. Der Wettbewerbserfolg hängt in diesem Cluster deshalb weniger von der Ausdifferenzierung der Produkte ab, als von der Prozesseffizienz. Entsprechend optimieren diese Unternehmen kontinuierlich ihre Produktionsstrukturen.

In der Folge haben die meisten Multi-Tier-Lieferanten ihr Geschäft bereits lange vor dem Rest der Lieferkette automatisiert und digitalisiert. Zudem erweisen sie sich in der Anpassung ihrer Service- und Leistungsangebote als hoch agil. Insbesondere aus der Automobilindustrie verfügen viele von ihnen über ausgeprägte Erfahrungen etwa mit elektronischen Anbindungen oder selbststeuernden Logistiklösungen.

Diese Leistungen könnten sie relativ einfach auf alle Tier-Ebenen der Luftfahrtindustrie übertragen und dort anbieten. Tatsächlich aber müssen sie ihr Angebot herabstufen, um ihre Partner in der Lieferkette nicht zu überfordern.

Der Druck steigt: Wenn es der Branche nicht gelingt, ihre schwächsten Glieder in der Wertschöpfungskette mitzuziehen, drohen erhebliche Systemrisiken.

Vor dem Hintergrund der dynamisch wachsenden Nachfrage in einer prosperierenden Weltwirtschaft sind die OEMs und (Top-)Tier-1-Lieferanten die treibenden Kräfte der Luftfahrtbranche auf dem Weg zur automatisierten und digital vernetzten Wertschöpfung. Die Notwendigkeit, Prozessinnovationen für die übergreifende Wertschöpfung durchgängig umzusetzen, wird durch eigene Produktinnovationen zusätzlich angeheizt: Die deutlich niedrigeren Betriebskosten neuerer Modelle wie Airbus A320neo und A350, Boeing 737 MAX und B787-"Dreamliner" sowie der hocheffizienten Regionaljets von Bombardier und Embraer werden die Nachfrage der Luftfahrtgesellschaften abermals steigern.

Die wachsenden Stückzahlen werden ihrerseits fast zwangsläufig die Zusammenarbeit und Effizienz über die gesamte Lieferkette verbessern. Und die Automatisierung von Fertigung und Montage sowie die Digitalisierung von Prozessen und Informationsaustausch wirken zusätzlich beschleunigend.

Den Tier-2- und Tier-3-Lieferanten wird diese Entwicklung allerdings eine Wandlungsfähigkeit und -bereitschaft abverlangen, die bisher allenfalls vereinzelt zu erkennen ist. Für die einzelnen Unternehmen besteht hier die Gefahr, notwendige Investitionen in Technologien und Humankapital zu verschleppen. Da diese Unternehmen in den aktuellen Strukturen aber eine unverzichtbare Rolle spielen, erwachsen daraus erhebliche Systemrisiken für die gesamte Luftfahrtindustrie.

Denn die bisherigen Arbeitsprozesse sind kaum geeignet, jene Transparenz und Liefersicherheit zu garantieren, die die Flugzeugbauer angesichts der rasanten Aufstockung ihrer eigenen Kapazitäten zunehmend verlangen müssen. Die Luftfahrtindustrie steht vor der Herausforderung, den Sprung von der Industrie 2.0 in die Industrie 4.0 als Ganzes zu vollziehen.

  • Wesentliche Schritte, um kleinere und mittlere Unternehmen in der Luftfahrtindustrie zukunftsfähig aufzustellen:

  • Bestehende Fertigungsanlagen mit automatisierten Betriebssystemen und elektronischer Datenerfassung ausrüsten;
  • Maschinen und Anlagen vernetzen und über zentrale Leitstände steuer- und kontrollierbar machen;
  • Maßnahmen zur kontinuierlichen Verbesserung von Effizienz und Auslastung der Anlagen konsequenter verfolgen;
  • Gemeinsam mit Kunden und Lieferanten Regeln definieren, um Daten automatisiert zu erfassen und zu übertragen;
  • Automatisierte Schnittstellen mit den Planungs- und Steuerungssystemen der Kunden und Lieferanten etablieren;
  • Dynamische Planungssysteme einrichten, um intern die Reaktionsfähigkeit bei Planungsänderungen zu steigern.

Über den Autor

Michael Santo Michael Santo ist als Vorstand der Unternehmensberatung HUZ verantwortlich für die Branchen Maschinen- und Anlagenbau sowie Luftfahrt und Verteidigung. Zuvor war er neun Jahre Offizier der Luftwaffe, unter anderem beim Flugzeugbauer Fairchild Dornier. Sein Diplom als Wirtschaftsingenieur hat er an der Universität der Bundeswehr Hamburg erworben. Kontakt: michael.santo@huz.de

Von: Michael Santo für airliners.de
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