Projektmanagement in der Luft- und Raumfahrt: Produktentwicklung für sicherheitskritische Anwendungen

Dr. Manfred Nolle, Mitglied der Fachgruppenleitung Projektmanagement in Luft- und Raumfahrt GPM Deutsche Gesellschaft für Projektmanagement e. V., zeigt, welche besonderen Herausforderungen das Projektmanagement in der Luft- und Raumfahrt prägen und welche Methoden und Kompetenzen notwendig sind, um komplexe Aerospace-Projekte erfolgreich umzusetzen.

Die Fachgruppe „Projektmanagement in Luft- und Raumfahrt“ der GPM e.V. ermöglicht einen Erfahrungsaustausch zu den spezifischen Herausforderungen des Projektmanagements in der Luft- und Raumfahrt. Sie trifft sich dazu zweimal im Jahr bei einem der teilnehmenden Unternehmen aus der Branche. Die zentrale Herausforderung für die Unternehmen besteht darin, die Sicherheit von Besatzung und Passagieren zu gewährleisten, um Ereignisse wie die des Jahres 2019 rund um die Boeing 737 MAX zu verhindern [1]:

Die Luft- und Raumfahrt steht für technologische Höchstleistungen. Moderne Flugzeuge, Satelliten oder Raumfahrtsysteme vereinen Mechanik, Elektronik und Software zu hochintegrierten, komplexen Gesamtsystemen, die unter extremen Bedingungen zuverlässig funktionieren und gleichzeitig streng definierte Sicherheitsanforderungen erfüllen müssen. Solche sicherheitskritischen Systeme erfordern ein eng verzahntes Zusammenspiel von Systems Engineering und Projektmanagement.

Deshalb unterliegen diese Systeme strengen regulatorischen Vorgaben. Sicherheit ist kein Qualitätsmerkmal unter vielen, sondern das zentrale Entwicklungsziel. Projektmanagement ist in diesem Umfeld weit mehr als die Realisierung der Anforderungen unter vorgegebenen Terminen und Budgets. Es erfordert ein strukturiertes Vorgehen in einem technologischen Umfeld unter regulatorischen Anforderungen, hohem Risikobewusstsein und interdisziplinärer Zusammenarbeit über viele Jahre hinweg.

Zu den spezifischen Herausforderungen zählen:

Daraus ergeben sich zentrale Anforderungen an das Projektmanagement in der Luft- und Raumfahrt über alle Phasen einer Produktentwicklung hinweg:

planbasiertes Vorgehen untergliedert in Phasen mit klar definierten (Zwischen-) Zielen und Nachweisen

umfassendes Risikomanagement

Stakeholdermanagement mit klar festgelegter Einbeziehung unterschiedlicher Stakeholdergruppen

Umgang mit interkulturell bedingten Unterschieden bei internationaler Zusammenarbeit

Vorgehen bei der Entwicklung von (sicherheitskritischen) Produkten

Sicherheit steht letztendlich über allen anderen Aspekten und Anforderungen. Doch wann kann ein System, ein Subsystem oder ein Produkt als sicher eingestuft werden? Dazu soll zunächst ein Überblick über mögliche technisch bedingte Fehlerursachen gegeben werden:

Dafür gibt es Richtlinien, die einzuhalten sind, um eine Zulassung für ein sicherheitskritisches Produkt zu erhalten. Eine übergeordnete Grundlage dafür bietet die Norm DIN EN 61508 „Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer / elektronischer / programmierbarer elektronischer Systeme“. Für die verschiedenen Anwendungen und Branchen wie Medizin, Chemie, Eisenbahn u.a.m. gibt es daraus abgeleitete spezifische Regelwerke.

Für die Luftfahrt gelten spezifische Luftfahrtstandards wie DO-178 für Software und DO-254 für elektronische Hardware. Diese Standards definieren zentrale Anforderungen für Entwicklungsprozesse sicherheitskritischer Aerospace-Systeme. Diese enthalten konkrete Vorgaben für den Entwicklungsprozess, deren Einhaltung die Voraussetzung für die Zulassung des Produkts nach Abschluss der Entwicklung ist:

Damit ergeben sich zum Vorgehen im Entwicklungsablauf folgende Randbedingungen:

klar definierte und verifizierbare Anforderungen zu Beginn

Untergliederung des Ablaufs in Phasen

detaillierte Planung der einzelnen Phasen mit den jeweiligen (Zwischen-) Ergebnissen

frühzeitige Abstimmung des Ablaufs durch Einbindung der Zulassungsbehörden

Risikomanagement in Luft- und Raumfahrtprojekten

Große Technologieprojekte in der Luft- und Raumfahrt unterliegen aufgrund ihrer langen Laufzeiten und hohen technischen Komplexität erheblichen Unsicherheiten. Der Einsatz neuer Technologien, knappe Ressourcen, mangelnde externe Unterstützung, unklare Anforderungen und viele andere Probleme gehören zum Projektalltag. Probleme dieser Art zeichnen sich häufig bereits vor deren Auftreten ab, so dass eine Chance besteht, diese durch geeignete Maßnahmen zu vermindern oder gar zu vermeiden. Dazu bedarf es eines systematischen und vor allem transparenten Managements.

Ziel des Risikomanagements ist es,

ungeplante mögliche Ereignisse frühzeitig zu identifizieren,

ihre Auswirkungen realistisch zu bewerten und

durch geeignete Maßnahmen mögliche Schäden zu begrenzen.

Risiken, die in Projekten in dem hier betrachteten Umfeld typischerweise bestehen können, lassen sich beispielsweise wie folgt kategorisieren:

Voraussetzung für ein erfolgreiches Risikomanagement sind klar definierte Prozesse und Abläufe, die in regelmäßigen, z.B. monatlichen, Abständen und bei Veränderungen durchgeführt werden. Der Ablauf unterteilt sich in die im Projektmanagement allgemein bekannten Schritte (siehe beispielsweise [2]):

Identifikation von ungeplanten Ereignissen, aus denen sich ein Risiko für das Projekt ergeben

Beschreibung der identifizierten Risiken und der möglichen Auswirkungen

Analyse und Bewertung der einzelnen Risiken in Bezug auf die Eintrittswahrscheinlichkeit sowie der möglichen Auswirkungen auf Kosten, Termine und Änderungen in der Leistungserbringung

Strategie für die einzelnen Risiken, die als kritisch eingestuft werden, zur Verminderung der Auswirkungen eines Risikos oder gar zur Vermeidung dessen

Festlegung von Maßnahmen zur Umsetzung der Strategie und Abschätzung der dafür notwendigen Aufwendungen

Umsetzung der festgelegten Maßnahmen und regelmäßiges Monitoring des Fortschritts und der Wirksamkeit

Für eine transparente und strukturierte Umsetzung der beschriebenen Schritte bietet sich ein Risikoregister an, in dem die oben erarbeiteten Informationen für die einzelnen Risiken zusammengetragen werden. Dieses Register bildet die Basis für das Management der Risiken über die gesamte Projektlaufzeit und ggf. auch darüber hinaus. Für das Reporting kann eine Risikomatrix verwendet werden, in der die einzelnen Risiken entsprechend ihrer Eintrittswahrscheinlichkeit und dem Grad der möglichen Auswirkungen klassifiziert werden, um so einen transparenten Überblick über die Risikosituation im Projekt zu erhalten.

Mit dem Abschluss der Entwicklungsphase endet die Verantwortung für das Projektteam. Ein Großteil der Erwartungen der Stakeholder in den späteren Phasen können jedoch nur erfüllt werden, wenn diese in der Entwicklungsphase soweit wie möglich berücksichtigt werden, was dann doch wiederum in der Verantwortung des Projektteams liegt. So kann beispielsweise nur während der Entwicklung eine wirtschaftliche Reparatur eines Geräts mit verfügbaren Ersatzteilen durch einen entsprechenden Aufbau und dem Einsatz von Komponenten erreicht werden, die möglichst lange nach Abschluss der Entwicklung auch noch verfügbar sind.

Je nach Funktion und eingesetzter Technologie unterliegen Produkte der Luftfahrt häufig deutschen, europäischen oder internationalen Exportbeschränkungen. Restriktionen können unter Umständen durch den Einsatz alternativer Technologien reduziert oder vermieden werden. Einschränkungen können sich bei Produkten für sogenannten Dual-Use ergeben; dies sind Produkte, die für eine zivile Anwendung entwickelt sind, aber auch unverändert militärisch genutzt werden können wie beispielsweise eine Wärmebildkamera oder eine Drohne für Filmaufnahmen.

Die Luft- und Raumfahrt ist eine stark international orientierte Branche. Kaum ein Unternehmen bietet seine Produkte ausschließlich auf dem heimischen Markt an. Wirtschaftlich erfolgreich sind Produkte meist nur dann, wenn sie für den weltweiten Einsatz konzipiert werden, von der Entwicklung über die Produktion bis hin zu Service und Wartung.

Damit arbeiten Projektteams mit Menschen aus unterschiedlichen Kulturkreisen zusammen wie internationale Kunden, Lieferanten, Partnerunternehmen, Behörden u.a.. Gleichzeitig sind viele Organisationen selbst multikulturell geprägt, Fachkräfte aus verschiedenen Ländern mit unterschiedlichem kulturellem Hintergrund arbeiten zusammen.

Diese Vielfalt ist eine große Stärke, da sie unterschiedliche Perspektiven, Erfahrungen und Lösungsansätze zusammenbringt. Gleichzeitig kann sie aber auch zu Konflikten und Missverständnissen führen, wenn sich Beteiligte der kulturellen Unterschiede nicht bewusst sind. Dazu zwei Beispiele:

Solche Unterschiede sind nicht grundsätzlich problematisch – solange sie erkannt und bewusst berücksichtigt werden.

Ein wichtiger Schritt im Umgang mit kulturellen Unterschieden ist ein grundlegendes Bewusstsein dafür, dass nicht jedes Missverständnis seine Ursache in fachlichen Differenzen oder mangelnden Kenntnissen hat. Häufig liegen unterschiedliche kulturelle Prägungen zugrunde. Deshalb ist es hilfreich, wenn Projektteams kulturelle Aspekte genauso ernst nehmen wie technische oder organisatorische Themen.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, sich auf internationale Zusammenarbeit vorzubereiten und Verständnis für andere kulturelle Hintergründe zu entwickeln:

In internationalen Programmen tragen interkulturelle Kompetenz und entsprechende Projektkommunikation wesentlich dazu bei, Missverständnisse zu vermeiden, Vertrauen aufzubauen und komplexe Projekte erfolgreich zu steuern. Gerade in der Luft- und Raumfahrt, wo internationale Kooperation und langfristige Partnerschaften zusammenkommen, wird deutlich: Erfolgreiche Projekte entstehen nicht nur durch technische Exzellenz, sondern auch durch das Verständnis der Menschen untereinander, um so vertrauensvoll zusammenzuarbeiten. Mehr zu den Modellen kultureller Unterschiede siehe beispielsweise in [3][4].

Projektmanagement in der Luft- und Raumfahrt erfordert ein Zusammenspiel aus technischem Verständnis, strukturierten Entwicklungsprozessen und konsequentem Risikomanagement. Nur durch ein systematisches Vorgehen lassen sich Innovation, regulatorische Anforderungen und langfristige Sicherheit erfolgreich miteinander verbinden.

Das Einhalten der zum Teil sehr restriktiven Vorgaben ist kein Garant für Sicherheit in technischen Systemen der Luftfahrt, aber es ermöglicht ein Vorgehen, das die Sicherheit deutlich erhöht und damit das Risiko für ein Fehlerverhalten der Technik erheblich verringert. Zu dem eingangs geschilderten Vorfall bei Boeing gab es intensive Untersuchungen [5] mit dem Ergebnis, dass mehrere beteiligte Stellen offensichtlich die Vorgaben nicht mit der notwendigen Sorgfalt angewandt haben und damit eine Reihe von eigentlich notwendigen Maßnahmen nicht entsprechend durchgeführt haben, um letztendlich gegenüber einem Wettbewerber nicht das Nachsehen zu haben. Im Ergebnis führte dies unter anderem dazu, dass Boeing über zwei Jahre keine Flugzeuge dieses Typs ausliefern konnte, bis eine neue Software entwickelt und intensiv getestet war.