Der Luftverkehr steht vor tiefgreifenden Veränderungen: steigende Anforderungen an den Klimaschutz, neue Technologien, wirtschaftlicher Druck und zunehmende Systemkomplexität. Der Digitale Airline-Zwilling bildet den Betrieb einer Fluggesellschaft realitätsnah ab und ermöglicht es, diese Entwicklungen zu analysieren und ihre Auswirkungen auf das Gesamtsystem fundiert zu bewerten.
Hinter jedem Flug steht ein komplexes System. Flugzeuge, Crews, Wartung, Infrastruktur und Zeitpläne greifen ineinander. Damit ein Airline-Betrieb zuverlässig funktioniert, müssen diese Prozesse gut aufeinander abgestimmt sein. Veränderungen in einem Bereich – etwa durch neue Technologien, regulatorische Vorgaben oder operative Maßnahmen – wirken sich daher direkt auf das gesamte System aus.
Der Digitale Airline-Zwilling ist ein digitales Abbild einer Fluggesellschaft. Er bildet die betrieblichen Abläufe einer Airline virtuell nach und macht sie im Zusammenspiel analysierbar – von der Flugplanung bis zum Einsatz von Flugzeugen und Personal.
Vom Einzelprozess zum integrierten System
In diesem digitalen Abbild werden zentrale Bereiche des Airline-Betriebs gemeinsam betrachtet. Dadurch entsteht ein konsistentes Gesamtbild des Systems.
Zentrale Fragestellungen sind unter anderem:
Wie wirken sich Unsicherheiten, etwa wetterbedingt variierende Flugzeiten, auf die Stabilität von Flugplänen aus?
Welche Folgen haben neue Technologien wie alternative Antriebe oder veränderte Flugzeugkonzepte für den Betrieb?
Wie beeinflussen Verbesserungen in einzelnen Planungsbereichen – etwa in der Flugzeugumlauf- oder Personalplanung – die Gesamtleistung einer Airline?
Welche Effekte haben operative Maßnahmen wie klimaoptimierte Flugrouten im Zusammenspiel mit anderen Anforderungen?
Die Animation zeigt die Dynamik konvektiver Wetterzellen. Gewitter sind sowohl aufgrund der Blitze als auch möglicher Abwinde und Hagel gefährlich für Flugzeuge und müssen daher umflogen werden. Dies kann zu Verspätungen führen. Der Digitale Airline-Zwilling kann genutzt werden, um zu bestimmen, wie sich die Verspätung einzelner Flüge auf den Airline-Betrieb auswirkt. Damit kann der Flugplan so angepasst werden, dass die Wahrscheinlichkeit von Folgeverspätungen reduziert wird.
Beispiel aus unserer Forschung – Flugpläne
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Beispiel aus unserer Forschung – Flugpläne
Die Animation zeigt die Dynamik konvektiver Wetterzellen. Gewitter sind sowohl aufgrund der Blitze als auch möglicher Abwinde und Hagel gefährlich für Flugzeuge und müssen daher umflogen werden. Dies kann zu Verspätungen führen. Der Digitale Airline-Zwilling kann genutzt werden, um zu bestimmen, wie sich die Verspätung einzelner Flüge auf den Airline-Betrieb auswirkt. Damit kann der Flugplan so angepasst werden, dass die Wahrscheinlichkeit von Folgeverspätungen reduziert wird.
Die Bedeutung einer integrierten Betrachtung nimmt weiter zu. Die Rahmenbedingungen im Luftverkehr verändern sich stetig und machen das Gesamtsystem noch komplexer:
Neue, klimaverträgliche Flugzeugantriebe wie Wasserstoff verändern Abläufe sowie Anforderungen an Infrastruktur und Personal
Flugzeiten werden unbeständiger – etwa durch extreme Wetterbedingungen, dichtere Lufträume oder operative Anpassungen
Regulatorische Vorgaben unterscheiden sich zunehmend zwischen Regionen und Marktteilnehmern
Der Digitale Airline-Zwilling schafft durch die Simulation realistischer Szenarien eine Grundlage, um diese Entwicklungen frühzeitig zu analysieren und ihre Auswirkungen auf den Betrieb systematisch zu bewerten.
Beispiel aus unserer Forschung – Flugbetrieb
Der Betrieb neuartiger Flugzeugtypen erfordert Anpassungen in sämtlichen Abläufen einer Airline. Ein Beispiel hierfür sind mit Wasserstoff betriebene Flugzeuge. Diese werden voraussichtlich deutlich länger betankt werden müssen als herkömmliche, mit Kerosin betriebene Flugzeuge.
Mit dem Digitalen Airline-Zwilling können wir die Auswirkungen auf den Betrieb einer Airline nachvollziehen: Wie viel mehr Flugzeuge benötigt man? Verschieben sich die Zeitfenster für Wartungen? Wie ändern sich die Arbeitszeiten der Crew, wenn zwischen Flügen mehr Pausen entstehen?
Datengetriebene Modellierung und integrierte Planung
Die Forschung am Digitalen Airline-Zwilling basiert auf modernen datengetriebenen Methoden und befasst sich mit konkreten Herausforderungen im Airline-Betrieb.
Dazu zählen unter anderem:
die automatisierte Korrektur und Ergänzung unvollständiger oder fehlerhafter Flugdaten als Grundlage robuster Planungsprozesse
die Integration flexibler Wartungsanforderungen in die Flugzeug-Umlaufplanung
die Simulation des Einsatzes neuer Flugzeugtypen und alternativer Antriebe sowie deren Auswirkungen auf Betrieb und Kosten
Diese Ansätze verbessern die Planungsqualität und ermöglichen eine realitätsnahe Bewertung betrieblicher Zusammenhänge.
Aus der ganzheitlichen Perspektive entsteht ein Analyseinstrument für verschiedene Zielgruppen:
Industrie: Abschätzung von Wirtschaftlichkeit, Umsetzbarkeit und operativen Auswirkungen neuer Technologien
Politik: Bewertung von Regularien und Maßnahmen, etwa im Bereich CO2-Bepreisung oder technologische Förderung
Wissenschaft: Entwicklung und Bewertung neuer Methoden unter realistischen Bedingungen
Durch die integrierte Betrachtung des Airline-Betriebs erhöht der Digitale Airline-Zwilling die Praxisnähe unserer Forschung. Technologien, Prozesse und regulatorische Maßnahmen können unter realistischen Bedingungen getestet und bewertet werden. So wird besser abschätzbar, welche Innovationen sich im Betrieb tatsächlich durchsetzen können.
Nachwuchsgruppe Digitaler Airline-Zwilling
Eine Nachwuchsgruppe am Institut für Luftverkehr arbeitet daran, den Digitalen Airline-Zwilling auszubauen und auf aktuelle Herausforderungen anzuwenden. Im Fokus stehen unter anderem steigende Treibstoffpreise, Fachkräftemangel und neue Antriebstechnologien. Mithilfe von Simulationen und Datenanalysen werden realitätsnahe Szenarien entwickelt, um Auswirkungen auf Flugplanung, Ressourceneinsatz und operative Abläufe zu untersuchen und bessere Lösungen abzuleiten.
Der Digitale Airline-Zwilling ist ein zentrales Werkzeug, um die komplexen Wechselwirkungen im Luftverkehr zu verstehen und aktiv zu gestalten. Er verbindet Forschung und Praxis, schafft Transparenz sowie eine Entscheidungsgrundlage in einem hochdynamischen System und liefert eine Grundlage für einen effizienten, robusten und klimaverträglichen Luftverkehr der Zukunft.
