Ubiquitous Computing in der Flugzeugwartung

Ubiquitous Computing in der Flugzeugwartung Martin Strassner, Elgar Fleisch Universität St. Gallen Matthias Lampe ETH Zürich Zusammenfassung: Die Technologien des Mobile und Ubiquitous Computings können dazu beitragen Prozesse in der Flugzeugwartung zu verbessern. Strenge Anforderungen an die Qualität, Sicherheit und Dokumentation sowie hohe Oppor- tunitätskosten rechtfertigen den Einsatz technologisch aufwendiger Lösungen zur Effizienzsteigerung des Wartungsprozesses. Schlechtes Werkzeugmanagement, ar- beitsintensive manuelle Dokumentationen und Kontrollen sowie menschliche Feh- ler stellen Schwachstellen diese Prozesses dar. Dieser Aufsatz stellt eine Lösung mit Hilfe der Technologien des Ubiquitous Computings vor. Die Lösung umfasst ein Anwendungsszenario, eine Systemarchitektur und Applikationen zur Unterstüt- zung des Wartungsprozesses. Der „smarte Werkzeugkasten“ und die „smarte Werkzeugausleihe“ wurden zum Nachweis der Machbarkeit implementiert. Schlüsselworte: Ubiquitous Computing, Flugzeugwartung, RFID 1 Einleitung1 Für Wartung, Reparatur und Überholung von Flugzeugen, den sogenannten “Maintenan- ce, Repair and Overhaul“ (MRO)-Prozess, gelten strenge Anforderungen an die Qualität, Sicherheit und Dokumentation. Aus diesem Grund ist der Prozess weitgehend standardi- siert [ATA03]. Wartungen werden regelmäßig zur Vorsorge durchgeführt. Bei Passa- gierflugzeugen sind solche Routinewartungen nach Absolvierung von ca. 650 Flugstun- den vorgeschrieben. Die MRO-Kosten betragen ca. 12% der gesamten Betriebskosten eines Flugzeugs und besonders bei kommerziell genutzten Flugzeugen entstehen dem Betreiber hohe Opportunitätskosten. Die Kosten, die bei ungeplanten Wartungsereignis- sen entstehen, werden auf ca. US-$ 23 000 pro Stunde geschätzt [Br03]. Aus diesen 1 Erstveröffentlichung auf der Multikonferenz Wirtschaftsinformatik, Essen, 9. – 11. März. 2 Martin Strassner, Elgar Fleisch, Matthias Lampe Gründen lassen sich durch eine genaue Planung und effiziente Ausführung von War- tungsaufträgen Wettbewerbsvorteile erzielen. Dieser Aufsatz untersucht den Einsatz von Technologien des Ubiquitous Computings (Ubicomp) im Bereich der Flugzeugwartung. Er präsentiert ein Anwendungsszenario und eine Architektur, die dazu beitragen können, den MRO-Prozess effizienter zu gestal- ten. Die Lösung verwendet „smarte Assets“, wie sie in einem Konzept für das Manage- ment mobiler Assets in [LS03] vorgeschlagen wurden und ist ein Ergebnis praktischer Erfahrung, die in einem gemeinsamen Projekt mit der Flugzeug AG2 und der Firma SAP SI AG gewonnen wurde. Während des Projekts wurden die Prototypen „smarter Werk- zeugkasten“ und „smarte Werkzeugausleihe“ zum Nachweis der Machbarkeit implemen- tiert. Die Vision des Ubicomp besteht in der nahtlosen Verknüpfung der physischen Welt mit Informationssystemen [We91, Ma01]. Technologien des Ubicomp, wie die automatische Identifikation (Auto-ID), Sensornetzwerke, Lokalisierung und mobile Kommunikation ermöglichen smarte Objekte, die eine eindeutige Identifikationsnummer und einen Da- tenspeicher besitzen, kontextsensitiv sind und kommunizieren können [Fe03]. Smarte Objekte besitzen ein Potenzial für eine effizientere Gestaltung von Geschäftsprozessen und ermöglichen neuartige Produkte und Dienstleistungen [Fl01, SS02]. Bisher existieren wenige Forschungsergebnisse über industrielle Anwendungen von Technologien des Ubicomp. Die Verwendung von „wearable“ Computern bei der Flug- zeugwartung wurde in [OP98] untersucht. Die dort gezeigten Applikationen könnten in der selben Weise auch in Verbindung mit der in diesem Aufsatz vorgestellten Lösungs- architektur verwendet werden. Darüber hinaus beschreibt dieser Aufsatz ein komplettes Anwendungsszenario, ähnlich dem Ansatz, der in [Ko02] für den Bereich Einzelhandel gewählt wurde. Zu weiteren Institutionen, die angewandte Forschung des Ubicomps an- hand von Prototypen betreiben, gehören Accenture, das Georgia Tech Institute, IBM und das Telecooperation Office (TeCo) in Karlsruhe. Im Anschluss an die Einleitung beschreibt das zweite Kapitel die Schwachstellen des MRO-Prozesses der Flugzeug AG. Dabei wurde der Schwerpunkt auf das Werkzeugma- nagement gelegt, dass einen wesentlichen Einfluss auf die Effizienz des Gesamtprozes- ses hat. Kapitel drei zeigt ein Anwendungsszenario bei Verwendung von Technologien des Ubicomps sowie eine entsprechende Systemarchitektur und betrachtet die Wirt- schaftlichkeit des Systems. Abschließend fasst das vierte Kapitel die Herausforderungen bei der Einführung der Lösung zusammen und zeigt mögliche zukünftige Erweiterungen des Szenarios auf. 2 Die Flugzeug AG (Name geändert) ist Anbieter von Wartungsdienstleistungen für Flugzeuge. Ubiquitous Computing in der Flugzeugwartung 3 2 Der MRO-Prozess Die nachfolgenden Abschnitte vermitteln einen Überblick über den MRO-Prozess der Flugzeug AG und identifizieren Schwachstellen im Bereich des Werkzeugmanagements. 2.1 Überblick Der MRO-Prozess wird in einem Hangar durchgeführt (siehe Abb. 1). Hierbei benötigen die Mechaniker Zugriff auf verschiedene Dokumente. Alle Dokumentationen, die wäh- rend der Durchführung zu erstellen sind, werden auf einem Schreibtisch aufbewahrt. Hier befindet sich auch ein PC, da einige Dokumente elektronisch erstellt werden. In der Nähe befinden sich weitere Regale, auf denen die ausgebauten Bauteile sowie Ersatzteile liegen. Ebenfalls an einer zentralen Stelle im Hangar werden die Handbücher der Her- steller (MRBs) aufbewahrt, die Wartungsvorschriften für die einzelnen Komponenten beschreiben. Während der Wartung sind meistens mehrere Mechaniker gleichzeitig an einem Flugzeug tätig. Jeder Mechaniker besitzt einen persönlichen Werkzeugkasten, der häufig benötigte Werkzeuge enthält. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, Spezialwerk- zeuge bei einer Werkzeugausgabe auszuleihen. Werkzeug- kasten Werkzeug- ausgabe Mechaniker Regale mit Schreibtisch Regale mit Bauteilen Handbüchern Zentrale Stelle, an der alle Ausgebaute Teile zum Handbücher mit Wartungs- während der Wartung be- Wiedereinbau oder zur vorschriften (MRBs) nötigten Dokumente abge- Reparatur, Ersatzteile legt werden (MPDs, RODs, IPCs) MRB: Maintenance Review Board, MPD: Maintenance Planning Document, ROD: Discrepancies Report, IPC: Illustrated Parts Catalogue Abbildung 1: Layout des Wartungsarbeitsplatzes 4 Martin Strassner, Elgar Fleisch, Matthias Lampe Der MRO-Prozess umfasst die folgenden Schritte: Kundenauftrag und Planung. Ein MRO-Prozess wird durch einen Kundenauftrag initi- iert. Zu einem vereinbarten Termin wird das Flugzeug in den Hangar gebracht und die relevanten Dokumente (Logbücher) werden dem Service Center übergeben. Die Logbü- cher enthalten Informationen über Flugstunden, Betriebsstunden, Anzahl der Starts und Landungen, Gesamtzustand des Flugzeugs und seiner Bauteile sowie festgestellte Prob- leme. Mit diesen Informationen werden die MRO-Tätigkeiten geplant. Einige der ver- wendeten Daten werden elektronisch protokolliert, z.B. die Anzahl der Flugstunden, an- dere Angaben stammen von Piloten oder Eigentümern des Flugzeugs, z.B. Anzahl der Starts und Landungen sowie aufgetretene Probleme, oder wurden während des letzten MRO aufgenommen. Diese Daten können fehlerhaft sein, falls sie auf Schätzungen beruhen oder absichtlich oder versehentlich falsch aufgenommen wurden. Die Planung wird im so genannten “Maintenance Planning Document“3 (MPD) festgehalten, das die durchzuführenden Aufgaben und die zugehörigen Aktivitäten beschreibt. Beschaffung von Bauteilen und Werkzeugen. Gemäß den Angaben im MPD werden die zu beschaffenden Teile und Werkzeuge bestimmt. Fehlende Bauteile können bei der Be- schaffungsstelle mittels des Bauteilekatalogs (IPC) bestellt werden. Spezialwerkzeuge können bei der Werkzeugausgabe bestellt und ausgeliehen werden. Fehlende Teile, lange Lieferzeiten oder verlegte Werkzeuge verursachen Verzögerungen des MRO-Prozesses. Durchführung der MRO-Aktivitäten. Die MRO-Aktivitäten werden gemäss der Rei- henfolgeplanung des MPD durchgeführt. Fehler, die erst bei der Durchführung erkannt werden, führen dazu, dass das MPD erweitert und ggf. weitere Ersatzteile und Werkzeu- ge beschafft werden müssen. Die Mechaniker verwenden einen PC, um alle Aktivitäten, die sie ausführen, in den so genannten “Discrepancies Report“ (ROD) aufzunehmen. Je- des Bauteil, das während der Wartung inspiziert, ersetzt oder repariert wird, muss ein- deutig anhand seiner Seriennummer identifiziert und der Status des Teils beschrieben werden. Gesetzliche Vorschriften verlangen, dass die Mechaniker vor der Durchführung von Wartungen an einem Bauteil in den Handbüchern der Hersteller nachsehen. Manchmal vernachlässigen die Mechaniker diesen zeitintensiven Vorgang. Kontrolle und Auslieferung. Nach der Durchführung aller Wartungsaktivitäten kontrol- liert ein Inspektor das Ergebnis. Der Inspektor stellt ein so genanntes “Aircraft Certifica- te of Release to Service and Maintenance Statement“ aus, das alle ausgeführten War- tungsaufgaben und Reparaturen sowie alle reparierten bzw. ersetzen Bauteile beschreibt.