Luftfahrttechnik-Management (2) ( Gastautor werden )

So läuft der Musterzulassungsprozess ab

13.02.2019 - 10:14 0 Kommentare

Von der Idee bis zum marktreifen Produkt: Im zweiten Teil seines Tutorials zum Thema Luftfahrttechnik erklärt Prof. Martin Hinsch, welche Anforderungen an eine Entwicklung im Zulassungsprozess bestehen.

Die Tutorial-Kolumne zum Thema industrielles Luftfahrtmanagement. - © Kollage ©: airliners.de - AirTeamImages, fotolia: Dinosoftlabs, Photocreo Bednarek, Gorodenkoff, contrastwerkstatt

Die Tutorial-Kolumne zum Thema industrielles Luftfahrtmanagement. Kollage ©: airliners.de /AirTeamImages, fotolia: Dinosoftlabs, Photocreo Bednarek, Gorodenkoff, contrastwerkstatt

Am Beginn eines jeden Produktlebenszyklus steht die Entwicklungsphase, die dazu dient, eine Idee in ein marktreifes Produkt zu verwandeln. Nach der Markteinführung spielen Entwicklungsaktivitäten erneut eine Rolle, wenn Modifikationen, Erweiterungen oder umfangreiche Reparaturen am Ursprungsprodukt vorgenommen werden. Entwicklungsaktivitäten in der Luftfahrtindustrie bilden über alle Industriebranchen hinweg insoweit eine Besonderheit, da diese einer außergewöhnlichen Lenkung und Kontrolle durch die öffentliche Hand unterliegen.

Strenge Vorgaben an die Bauausführung des Produkts sowie an die Organisation der entwickelnden Betriebe und die Mitarbeiterqualifikation sollen dafür Sorge tragen, dass der Sicherheit und Zuverlässigkeit bereits während der Entwicklung luftfahrttechnischer Produkte große Aufmerksamkeit gewidmet wird.

Luftfahrttechnische Entwicklungsaktivitäten dürfen nur von Betrieben freigegeben werden, die über eine Zulassung gemäß EASA Part 21 Subpart J verfügen. Diese Betriebe müssen vor allem die folgenden Genehmigungsvoraussetzungen erfüllen:

  • Nachweis eines Qualitätsmanagement- und eines Konstruktionssicherungssystems;
  • in Umfang und Qualifikation über hinreichend Personal verfügen;
  • angemessene Einrichtungen und Betriebsausstattung;
  • Vorhalten eines Betriebshandbuchs, in dem Aufbau und Ablauf sowie Verantwortlichkeiten der Organisation festgelegt sind;
  • Entwicklungsaktivitäten müssen stets durch den Genehmigungsumfang gedeckt sein.

Musterzulassungen

Konstruktionen und technische Eigenschaften luftfahrttechnischer Produkte müssen durch die EASA zugelassen werden. Dies erfolgt in der heutzutage zumeist durch Serienfertigung geprägten Luftfahrtindustrie jedoch nicht für jedes Luftfahrzeug, Triebwerk oder jeden Propeller einzeln. Es werden dazu Musterzulassungen ausgesprochen, die dann für eine Bau- oder Modellreihe (Flugzeugmuster oder -typ) gültig sind.

Mit der Musterzulassung bestätigt die Agentur, dass die zum Muster gehörenden Konstruktions-, Betriebs- und Instandhaltungsunterlagen sowie die Betriebsdaten und -eigenschaften den anzuwendenden Bau- und Umweltvorschriften sowie etwaiger weiterer national gültiger Vorgaben gerecht werden.

Es gibt die folgenden Zulassungen für Luftfahrzeuge sowie für Triebwerke beziehungsweise Propeller (Motoren):

  • Musterzulassungen (Type Certificate, TC);
  • Änderungen an Musterzulassungen (Change of Type Certificate);
  • Ergänzende Musterzulassungen (Supplemental Type Certificate, STC);
  • Reparaturzulassungen (Repair Approvals).

Eine Sonderform stellen hier betriebliche Eignungs- beziehungsweise Leistungsdaten dar. Für diese wird zwar keine Zulassung ausgesprochen, sie bedürfen aber der behördlichen Genehmigung und werden dann in die Musterzulassung aufgenommen.

Für Bauteile können keine Musterzulassungen erwirkt werden. Deren Zulassung erfolgt immer mit einem Flugzeug oder Motor.

Musterzulassungsprozess

Ausgangspunkt eines Entwicklungsvorhabens bildet die Spezifikationen, also die Leistungsbeschreibung des Entwicklungsvorhabens (General Description). Für die spätere Musterzulassung sind die geplanten Aktivitäten bereits in diesem Stadium nach deren Umfang und Komplexität zu klassifizieren. Unterschieden werden die Entwicklungskategorien

  • minor (geringfügig / klein) Entwicklungen und
  • major (erheblich / groß) Entwicklungen.

Als geringfügig werden alle Entwicklungsaktivitäten eingestuft, die "nicht merklich auf die Masse, den Trimm, die Formstabilität, die Zuverlässigkeit, die Betriebskenndaten, die Lärmentwicklung, das Ablassen von Kraftstoff, die Abgasemissionen oder sonstige Merkmale auswirken, die die Lufttüchtigkeit des Produkts berühren" (EASA Part 21 - 21A.91). Alle anderen Entwicklungen gelten als erheblich. Die Einstufung einer Entwicklung ist erforderlich, weil sich der Ablauf des Zulassungsprozesses am Umfang der geplanten Entwicklungsaktivitäten orientiert. Große Entwicklung müssen nämlich durch die Agentur begleitet und freigegeben werden, während kleine Änderungen durch 21J Betriebe selbst zugelassen werden können.

In der Luftfahrttechnik-Management-Kolumne erläutert Prof. Martin Hinsch, wie luftfahrttechnische Betriebe aufgebaut sind. Der Text lehnt sich eng an sein Fachbuch "Industrielles Luftfahrtmanagement - Technik und Organisation luftfahrttechnischer Betriebe" an, das im Frühjahr 2019 in neuer, 4. Auflage im SpringerVieweg Verlag erscheint.

Parallel zur Klassifizierung beginnen die eigentlichen Entwicklungsaktivitäten und in diesem Zuge die Erstellung der Bauunterlagen. Bei diesen handelt es sich um alle Dokumente, die die Bauart einer Musterzulassung (Type Design) oder Änderungen beziehungsweise Ergänzungen an dieser beschreiben. In der Sprache der EASA ist daher auch von Type Design Definition Documents die Rede. Wenngleich in diesem Schritt das Produktdesign und damit die Beschaffenheit des Produkts festgelegt wird, ist aus luftrechtlicher Sicht ein anderer Schritt noch wichtiger: die Erstellung und Abarbeitung des Musterprüfprogramms einschließlich der Nachweisführung.

Im Anschluss an die Klassifizierung der Entwicklungsaktivität erfolgt nicht nur die Erstellung der Bauunterlagen, sondern auch die Festlegung des Musterprüf-/Zulassungsprogramms (Certification Programm). Das Musterprüfprogramm bildet die Basis der Zulassung. In diesem Schritt werden:

  • die anwendbaren Bauvorschriften identifiziert und interpretiert,
  • Art und Umfang der Nachweisführung abgeleitet,
  • die einzelnen Bestandteile des Zulassungsprogramms zu einem ganzheitlichen Entwurf zusammengeführt,
  • der Entwurf des Zulassungsprogramms zwischen Musterprüfleitstelle und zuständiger Luftfahrtbehörde abstimmt.

Zunächst sind also die Vorschriften zu identifizieren. Beim Bau großer Flugzeuge (Airbus, Boeing) sind dies vor allem die Bauvorschriften CS-25 und die CS-ETSO, die auf der EASA-Homepage abrufbar sind. In den anwendbaren Paragraphen der Bauvorschriften sind dabei weiterführende Normen und Vorgabedokumente aufgeführt, die zwingend herangezogen werden müssen.

So wird zum Beispiel in den Bauvorschriften für ETSO-Produkte nicht selten auf ein SAE- oder ein RTCA-Dokument verwiesen (zum Beispiel SAE APR 4761 System Safety Assessment oder die RTCA DO 160 Environmental Conditions and Test Procedures of Airborne Equipment). Diesen sind dann nochmals detailliertere Hinweise zur Konstruktion und/oder der Nachweisführung zu entnehmen.

Die Identifizierung der Bauvorschriften dient als Ausgangspunkt des wichtigsten Prozessschritts innerhalb der Musterzulassung: der Nachweisführung: Nachweisführung

Die Nachweisführung (Showing of Compliance) dient dem Zweck, die Übereinstimmung der Entwicklung mit den anzuwendenden Bauvorschriften zu prüfen und zu begründen. Bei der Nachweiserbringung handelt es sich um die strukturierte Validierung der Entwicklungsaktivitäten. Mit ihr soll sichergestellt werden, dass das geplante Produkt in der Lage ist, die festgelegten Anforderungen an die Lufttüchtigkeit und den Umweltschutz zu erfüllen. Die Nachweisführung kann abzielen auf eine Prüfung:

  • der Baufestigkeit, Brennbarkeit beziehungsweise Belastbarkeit (zum Beispiel Ermüdungsfestigkeit, Lastannahmen),
  • der Gestaltung und Bauausführung oder
  • des Betriebsverhaltens, das heißt die Leistungs- und Betriebseigenschaften oder Betriebsgrenzen.

Die Herausforderung ist dabei korrekte Interpretation und Anwendung der Bauvorschriften, denn die Bestimmung der richtigen Nachweismethode einschließlich der Nachweisbedingungen bereitet auch Experten regelmäßig Kopfzerbrechen. Die Fragestellungen dabei lauten: Welches sind die anwendbaren Vorgaben und auf welche Nachweismethode (Test, Assessment, Analyse, Berechnung, et cetera) ist zurückzugreifen? Welches sind die konkret anzuwendenden Testanforderungen und wie ist der Nachweis praktisch auszugestalten, damit dieser am Ende im Einklang mit dem Luftrecht steht?

Das Problem ist, dass Bauvorschriften oder weiterführende SAE- oder RTCA-Dokumente nicht immer klare Vorgaben machen. Der Betrieb muss diese dann selbst interpretieren und unter Umständen mit der Agentur abstimmen. Dabei ist gegebenenfalls auf besondere Bedingungen beim späteren Einsatz des Equipments zu achten (zum Beispiel Kabine oder außerhalb des Druckbereichs), da sich diese in der Regel auf die Testanforderungen auswirken.

Sind alle Vorgaben sowie die Methodik der Nachweisführung (zum Beispiel mittels Simulation, Berechnung, Assessment oder Groundtest) bekannt, rückt die luftrechtlich anerkannte Durchführung der Nachweiserbringung, einschließlich dessen Vor- und Nachbereitung in den Vordergrund. Bei Tests sind ein Test Plan und ein Test Report zu erstellen. Überdies muss abschließend eine Übereinstimmungserklärung (DDP) erstellt werden, die darlegt, welche Eigenschaften getestet wurden und ob der Test bestanden wurde.

Im Anschluss an die Nachweiserbringung muss diese einer unabhängigen Zweitkontrolle (Independent Checking Function) unterzogen werden, um abzusichern, dass alle Entwicklungsergebnisse den Vorgaben der Spezifikation, den anzuwendenden Bauvorschriften und den Umweltanforderungen entsprechen. Die Zweitprüfung erstreckt sich sowohl auf formale wie auch auf fachlich-inhaltliche Aspekte der Nachweisführung und -dokumentation. In einer weiteren Prüfung wird die Entwicklung beziehungsweise die zugehörige Nachweisführung auf Einhaltung der Bauvorschriften geprüft. Dies erfolgt durch eine spezielle Abteilung innerhalb des 21J Entwicklungsbetriebs: der Musterprüfleiststelle (MPL).

Musterprüfung

Parallel zur betrieblichen Abarbeitung des Musterprüfprogramms findet die behördliche Begleitung großer Entwicklungsvorhaben statt. Es handelt sich genau genommen um eine Untersuchung der Entwicklungsaktivitäten durch die EASA, die als Musterprüfung bezeichnet wird. Sie ist notwendige Voraussetzung für Musterzulassungen der Kategorie major.

Dies bedeutet, dass die Behörde jede große Entwicklung auf Einhaltung der Bauvorschriften prüft, ganz gleich, ob es sich um ein gänzlich neues Luftfahrzeug oder nur um eine Modifikation handelt. Darüber hinaus wird im Rahmen der Musterprüfung festgestellt, dass die Dokumentation in Form von Herstellungs- und Instandhaltungsvorgaben sowie Betriebsanweisungen den anzuwendenden Vorgaben entspricht.

Die Musterprüfung ist keine zeitpunkt-, sondern eine zeitraumbezogene Untersuchung, die sich über die Spanne von der Herausgabe des Musterprüf-/Zulassungsprogramms bis zur Einreichung der Musterunterlagen erstreckt. Bei der Musterprüfung handelt es sich somit um eine projektbegleitendende Überwachung der Entwicklungsaktivitäten durch die EASA. Aufgrund des Umfangs von Entwicklungen ist es der Behörde aus kapazitiven Gründen nicht möglich, alle Entwicklungsergebnisse zu prüfen. Aus diesem Grund wird im Zuge der Erstellung des Zulassungsprogramms ein sogenanntes Evaluationsprogramm festgelegt, in dem die späteren Stichproben für die Musterprüfung definiert sind.

Musterzulassung

Ist die Basis der Musterzulassung erbracht, bescheinigt die EASA die Lufttüchtigkeit des Musters und bestätigt die Übereinstimmung des Luftfahrzeugs mit den Bauvorschriften und den Umweltschutzanforderungen. Zudem wird erklärt, dass alle notwendigen Unterlagen, welche die Sicherheit des Produkts gewährleisten und die Merkmale und Eigenschaften beschreiben, vorhanden sind. Die Musterzulassung kann unter Auflagen, zum Beispiel in Form von Betriebsbeschränkungen, erfolgen.

Musterzulassungen und deren Änderungen werden auf unbegrenzte Dauer ausgesprochen. Grundsätzlich besteht zwar für den Inhaber der Musterzulassung die Möglichkeit der Rückgabe und für die Behörde die Option zum Widerruf, jedoch bilden diese Vorgänge in der Praxis eine Ausnahme.

Mit der Musterzulassung werden aus den anwendbaren Entwicklungsunterlagen genehmigte Herstellungs- beziehungsweise Instandhaltungsvorgaben (Approved Data). Der antragstellende Entwicklungsbetrieb wird durch die behördliche Zulassung zum Inhaber der Musterzulassung (Type Certificate, TC). Er wird damit zum Type Certificate-Holder beziehungsweise STC-Halter nach Abschluss einer ergänzenden Musterzulassung.

Kleine (minor) Entwicklungen

Für kleine Änderungen und Reparaturen ist ein vereinfachtes Zulassungsverfahren vorgesehen. Die wichtigen Prozessschritte finden jedoch grundsätzlich trotzdem unter anderen Bedingungen statt. So muss auch hier eine Nachweisführung erbracht werden und die Dokumentationsanforderungen bleiben hoch.

Im Gegensatz zu erheblichen Änderungen dürfen Entwicklungsbetriebe kleine Entwicklungen auf Basis eines mit der EASA vereinbarten Verfahrens selbst zulassen. Bei Minor Changes ist die EASA damit üblicherweise nicht in die Überwachung einzelner Entwicklungsaktivitäten involviert. Die Agentur beschränkt sich auf ein Mitsprache- und Freigaberecht hinsichtlich des generellen Verfahrens und eine Überprüfung mittels Audits.

Über den Autor

Als Experte für Luftfahrttechnik erläutert Prof. Martin Hinsch in seiner Tutorial-Kolumne "Luftfahrttechnik-Management" auf airliners.de, wie luftfahrttechnische Betriebe aufgebaut sind und wie sie arbeiten.

Prof. Dr. Martin Hinsch Prof. Dr. Martin Hinsch ist Experte für luftfahrttechnisches Qualitäts-, Safety- und Prozessmanagement und lehrt Betriebswirtschaft mit Schwerpunkt Aviation-Management an der IUBH in Hamburg. Zudem ist er als authentifizierter Luftfahrt-Auditor zugelassen. Über seine Unternehmensberatung (aeroimpulse.de) unterstützt er luftfahrttechnische Industriebetriebe in Entwicklung, Herstellung und Instandhaltung. Vor seiner jetzigen Tätigkeit war er rund zehn Jahre bei der Lufthansa Technik AG und als Senior Consultant in Katar beschäftigt.

Von: Prof. Martin Hinsch für airliners.de
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