What awaits the defense industry in 2024 and beyond? Which technological trends and developments should you keep a close eye on? We asked our experts at VINCORION.
Henning Radtke, Head of Governmental Affairs at VINCORION:
“The interoperability of systems and platforms for military operations is of essential importance and, in my view, will be a hot topic in the coming years. We are observing a rapidly progressing consolidation and harmonization across NATO’s armed forces. This has several advantages: armed forces from different countries are familiar with their partners’ systems and can use them and, if necessary, share maintenance and repair capacities. This creates economies of scale in joint procurement and deployment as well as greater and more reliable capacity utilization in the industry.”
Daniel Zeitler, Head of Product Management at VINCORION:
“NATO plans to be climate neutral by 2050 and the EU and national armies also have clearly defined net-zero carbon emissions targets for the next 20 years. But we know, that military systems have life cycles of more than 20 years, so armed forces need a future-proof energysupply already today. To achieve this, we must exploit all the technological possibilities offered by hybridization and electrification and, in addition to reducing emissions, integrate the resulting tactical, user-friendliness, and cost-efficiency benefits.
Our PGM low emissionsV gensets are a perfect example of this – thanks to their hybrid technology, fewer refueling operations are required, for example, which has direct tactical advantages in terms of personnel requirements, logistics, and costs. More climate-friendly, tactically superior, and more economical – in my view, green defense is a groundbreaking trend.”
Patrick Möser, Product Manager Digital & Service at VINCORION:
“Since 2022, we have seen a strong increase in demand for an effective spare parts supply and more efficient MRO processes in the military sector. In order to meet these needs, we are focusing on creating new, innovative services. Thereby we are using the power of digitalization for upcoming challenges, to already virtually model and evaluate the usage of complex weapons systems at an early stage. With this, we support our customers in closing capability gaps and opening up new potential. Market-driven availability, operational readiness, and lean life-cycle costs are at the heart of this approach. Our end customers, e.g., for our new hybrid gensets, value this approach.”
Rolf Kummer, Director Strategic Projects at VINCORION:
“With military operations becoming increasingly complex and unpredictable, modularity in military vehicles is becoming more and more relevant, which is why I believe it will be a key trend in the coming years. A modular design increases the operational readiness of land systems by ensuring that individual modules are always available for replacement, e.g. through spares pooling, thereby significantly reducing delivery times. This not only decreases the downtime of weapon systems, but also saves costs. This is why the aerospace industry has successfully been using modular design and logistics concepts such as these for some time.”
The defense industry should keep a close eye on these technological developments
Product managers and developers are always on the lookout for fresh ideas or busy working on improvements to their solutions – an “occupational disease” in the best sense. But a viable innovation also needs to be profitable. In other words, they are hunting for diamonds. Today we’ll be taking you on a treasure hunt with us for Insights
On Shark Tank, the internationally successful television format, people bravely stand in front of a jury, pitch the project they’ve put their heart and soul into, and hope for support and the opportunity to continue their dream. Who doesn’t love to root for the inventors and entrepreneurs who present their ideas and products and compete against each other in front of big-name investors? Because in the end, that’s exactly what it is – a competition for the best ideas and the associated injection of capital and expertise that founders are so eagerly hoping for. Although not quite as successful, this competition now also exists the other way around. On “Fuckup Nights,” participants take the stage to talk about their failures, about how they dusted themselves off and are trying again, about mistakes, and about lessons learned.
Don’t Follow Every Impulse
These completely different formats actually do a good job of describing the innovation process at a company in all its different facets. It begins with an idea, then a trend, a concept, a test, and then seeing whether it’s a good fit or not. For companies, this often involves future market positioning – and survival. “Innovation alone doesn’t add value if it doesn’t benefit the customer,” emphasizes Christoph Krüger-Leineweber, Vice President Engineering at VINCORION. “And achieving this at the right time so that there’s a market for the idea is increasingly difficult in our industrial world that’s moving at an ever faster pace in markets that are at the same time quite sluggish. This means it’s a matter of striking a balance between being alert and receptive but also not acting on every inventive impulse.”
Focusing on the Shared Vision
This is no easy task for passionate engineers and product managers. “An innovation with significant business potential is exceedingly rare. This is exactly the diamond in the rough we’re hunting for,” explains Daniel Zeitler, Head of Product Management. This search requires sufficient room for creativity during the project-driven day-to-day business routine and the ability to bounce ideas off other members of the team, people from other departments, and, ultimately, management. “And it needs strong leaders who continue to drive the project forward during the innovation process, critically questioning the path but never losing sight of the shared vision.” Because, as Zeitler is sure, people primarily become frustrated when there’s no clear, common goal. “For a medium-sized company like VINCORION, this also means that it has to limit itself to a handful of exceptional innovation projects that it can then implement in a manner commensurate with its capacity,” adds Krüger-Leineweber. So it’s a bit like the Shark Tank when ideas are pitted against each other internally.
Innovation as a Chain Reaction
If they are successful, these ideas may even uncover further diamonds in the rough. For example, a customer project for a hybrid power supply led to the basis for the PPM modular portable power management system – which has evolved over time from existing projects and products. And even long-established products can breathe new life into a company’s innovation process if viewed in light of new requirements or from a different perspective. With all of its hoist expertise and the experience of users and customers in the rescue helicopter sector, VINCORION was able to usher in a new era of next-generation rescue hoists. In the coming year, it will have to prove itself during the approval process. “Then we might have an extremely well-cut diamond on our hands,” Zeitler says, looking ahead. The project team is happy to go the necessary extra mile for this. Because in the end, in addition to all the business factors, it is precisely this enthusiasm that is needed in order to succeed – both in front of the jury and on the market.
Photo 1, Photo 2: Christoph Krüge-Leineweber, Daniel Zeitler
Climate change, automation, the coronavirus, the US election – 2020 was fraught with challenges for the German economy that will continue to impact the industry in the years to come. VINCORION Insights spoke with market experts about the trends and opportunities.
Whether in the air, on land, or at sea, 2020 was not an easy year for the products and solutions offered by the German and international supplier industry. And at the same time, tremendous opportunities for new processes and solutions have emerged. Whether in their supply chains, in production, or with respect to the way they interact with customers, very few companies and markets were prepared for the COVID-19 pandemic.
Multimedia Online Showroom for Customers and Partners
“The business environment has changed forever,” sums up Thomas Paustian, head of the Customer Support business unit at VINCORION. By the spring of 2020 at the very latest, it was clear that flexibility, agility, and a pragmatic approach were must-haves for the entire materials management sector and ultimately for the manufacturing industry as well. The coronavirus significantly accelerated the digitization of work processes and customer relations activities across national borders and entire continents. “With our virtual acceptance test and our VINCORION online showroom, we’ve implemented new processes and tools that allow us to reliably support our customers, even in the era of COVID-19,” explains Philippe Euzennat, head of the Power Systems BU.
VINCORION invested heavily in 2020 in order to keep up with the times and respond to changes with flexibility and agility. For example, the company developed its own state-of-the-art PCB assembly line in order to meet the enormous demand for power electronics even more efficiently in-house. Establishing manufacturing execution systems (MES) throughout the entire process chain, from development to production to customer support, will continue to keep the mechatronics specialist busy in 2021. This is a process that, above all else, benefits the company’s customers.
Climate Change Impacts the Defense Market
One of component supplier VINCORION’s long-standing partners and customers is the German armed forces, which celebrated its 65th anniversary in 2020. Power supply and predictive maintenance are topics just as relevant to it as to the entire defense market. After all, even if the CO2 emissions from military equipment are negligible compared to the overall carbon footprint: “Combating climate change is important in the military as well,” explains Astrid Biesterfeldt, head of the Energy & Drive business unit. This is why hybrid power systems, hydrogen technology, and fuel cells also play a key role in VINCORION’s research and development activities. “Our expertise can be put to excellent use here, for example when it comes to field camps.
But hybrid power solutions will also dominate the military vehicle sector in the coming years, for example in combination with a Powerpack powered by diesel or, in the future, also synthetic fuel.”
In addition to power management, VINCORION also continues to focus on drive and stabilization technology in the military sector – while always keeping an eye on shifting, global deployment scenarios. Mobility and flexibility are guaranteed with the modular solutions that the mechatronics specialists in Altenstadt, Wedel, and Essen develop and manufacture, which are always designed with an eye to the entire product as well as life cycle. But even if all the technological requirements have been met, in many respects it is the politicians who will ultimately be the deciding factor: “We are not only competing with the world economically, but also strategically,” emphasizes VINCORION Managing Director Dr. Stefan Stenzel. “Major German and European projects such as TLVS or FCAS are driving innovation and are a significant contribution to NATO. Our supplier industry has all the competencies ready and waiting, but it needs a clear political signal in support of the pending major procurement programs.”
From the Product to Maintenance, Modularity Creates Efficiency
While VINCORION successfully develops state-of-the-art, tailor-made, rapid solutions for the specific requirements of customers around the world, another of the company’s competencies is also crucial: long-term obsolescence management and module overhaul, particularly in the military sector. “Our customer support technicians are experts in maintaining nearly all of our platforms and systems so that they will continue to operate reliably and durably for the next 30 years,” explains Thomas Paustian. Similar to the design of products and solutions, modular processes are increasingly being used in customer support as well. This makes maintenance even more efficient for customers in the defense, civil aviation, and railway industries.
Security, flexibility, durability, and sustainability will continue to dominate the defense, rail technology, and aerospace markets in 2021 and beyond. “With the knowledge and skills gained over 60 years and our dedicated engineers, we look forward to playing a leading role in shaping these trends,” says Dr. Stenzel.
Die präzise Diagnose von Batteriesystemen ist entscheidend für ein effizientes Energiemanagement, sagt Professor Christoph Weber von der Fachhochschule Kiel. In Kooperation mit VINCORION entwickelt er gemeinsam mit seinem Forschungsteam innovative Analyseverfahren, um den Ladezustand und die Lebensdauer von Batteriesystemen mithilfe Künstlicher Intelligenz so genau wie möglich zu ermitteln. Gefördert wird das Projekt von der Gesellschaft für Energie und Klimaschutz Schleswig-Holstein.
Herr Professor Weber, warum sind Batteriemanagementsysteme so wichtig?
Die meisten Menschen denken bei Batterien an Energiespeicher, die sie aus dem Alltag kennen. Eine Autobatterie zum Beispiel. Bei der merkt man irgendwann, dass sie kaputt ist, wenn sich der Motor nicht mehr starten lässt. Das ist ärgerlich, aber das Leben hängt nicht davon ab. Es gibt aber spezielle Anwendungsbereiche, in denen die Bereitschaftsfähigkeit einer Batterie eine äußerst wichtige Rolle spielt.
Was sind das für Anwendungsbereiche?
In unserer Kooperation mit VINCORION geht es etwa um Spezial- und Sonderfahrzeuge, bei denen ein Ausfall des Batteriesystems sehr ernste Folgen haben kann. Generell lässt sich unsere Forschung auf alle Anwendungen übertragen, in denen wir es mit Batteriesystemen zu tun haben, die sehr komplex sind oder eine außerordentlich hohe Bereitschaftsfähigkeit garantieren müssen. Ein solcher Bereich ist beispielsweise das intelligente Management unseres Stromnetzes in Deutschland – gerade auch mit Blick auf die Energiewende und den ressourcenschonenden Umgang mit Energie.
Können Sie das erläutern?
Ein wichtiges Schlagwort ist die sogenannte Primärregelleistung. Für uns ist es heute selbstverständlich, dass der Strom mit 50 Hertz und 230 Volt aus der Steckdose kommt. Die Netzfrequenz hängt aber davon ab, dass sich Bedarf und Produktion von Strom im Gleichgewicht befinden: Gibt es einen Überschuss an Leistung im Netz und nur wenige Abnehmer, dann steigt die Frequenz. Gibt es weniger Leistung bei mehr Abnehmern, dann sinkt sie. Um die Balance zu halten, passen die Kraftwerke im Hintergrund ihre Produktion permanent an die fluktuierenden Bedarfe an. Dies ließe sich mithilfe moderner Speichertechnologie deutlich effizienter gestalten. Das gilt besonders, wenn man an regenerative Energien denkt, deren Produktion von externen Faktoren abhängt und naturgemäß stärker schwankt. Eine wichtige Voraussetzung für diese Steuerung ist ein intelligentes und zuverlässiges Batteriemanagementsystem.
Gibt es solche Managementsysteme nicht schon?
Die gibt es tatsächlich, sie sind in der Regel aber nicht besonders genau. Die meisten Hersteller garantieren einfach eine gewisse Anzahl Auf- und Entladungen und zählen deshalb lediglich die Ladezyklen der Batterie – so zum Beispiel auch in der Elektromobilität. Diese Garantie basiert allerdings nur auf einem Wert, der unter Laborbedingungen mit genau definierten Parametern ermittelt wird. Fahren wir aber ein Auto beispielsweise bei sehr kalten Temperaturen oder sehr sportlich, dann altert die Batterie viel schneller.
Worin unterscheidet sich Ihr Ansatz von konventionellen Systemen?
Uns stehen letztlich die gleichen Daten zur Verfügung wie allen anderen auch. Wir haben uns deshalb das Ziel gesetzt, die Daten schlauer auszuwerten als andere Entwickler. Dazu testen wir verschiedenste Verfahren und Messtechniken an unterschiedlichen Batterietechnologien – von Bleibatterien bis hin zur Lithium-Ionen-Technologie. Für die Auswertung der Daten wenden wir anschließend Methoden der Künstlichen Intelligenz an, insbesondere aus dem Bereich des Machine Learning.
Wie kann man sich das vorstellen?
Für unsere Messungen bringen wir in die Batterien einen Strom ein, der nicht nur eine, sondern mehrere Frequenzen hat. Das kann man sich vorstellen wie eine Gitarre, an der man zupft. Man regt das Instrument an und horcht dann auf die Antwort, also den Ton. In unserem Fall ist das die Spannungsantwort: der Wechselstromwiderstand einer jeden Batteriezelle. Dabei handelt es sich um ein sehr spezifisches Merkmal, das den jeweiligen Zustand einer Zelle genau charakterisiert.
Aber was hat das mit Künstlicher Intelligenz zu tun?
Für Menschen ist es nahezu unmöglich, eine Korrelation zwischen dem Wechselstromwiderstand, dem Ladezustand und der verbliebenen Lebensdauererwartung zu erkennen. Für Hochleistungsrechner, die sehr große Datenmengen auswerten können, sieht das anders aus. Sie erkennen Muster sehr viel besser als wir. Wir greifen dazu in der Programmierung auf sogenannte künstliche neuronale Netze zurück, mit deren Hilfe sich in großen Datensammlungen Zusammenhänge zwischen einzelnen Werten identifizieren lassen. Wir trainieren die Algorithmen mit den von uns gemessenen Anregungssignalen, der Frequenzmessung aus der Zelle und der Zielgröße, also dem Lade- und Gesundheitszustand, und erforschen auf diese Weise die Zusammenhänge zwischen den Parametern.
Sie sprechen von einem „Training“. Wie ist das zu verstehen?
Wir versetzen die Batterien während unserer Messungen in realistische Zustände, das heißt, wir kühlen sie, wir heizen sie auf, laden große Ströme, kleine Ströme – und dabei beobachten wir das System durch das Immer-wieder-reinrufen-und-zuhören-Prinzip. Dadurch generieren wir tausende von Merkmalsdatensätzen, die wir in Beziehung zum aktuellen Zustand der Batterie setzen. Das ist es letztlich auch, was bei solchen maschinellen Lernprozessen „erlernt“ wird: Der Algorithmus erhält von uns die Messdaten und Informationen zum Zustand der Batterie. Daraus entwickelt er selbstständig ein Regelsystem, um nach und nach aus Messdaten Aussagen zum Zustand der Batterie ableiten zu können. Auf diese Weise erhalten wir Modelle, die wir für zukünftige Prognosen nutzen können.
Konnten Sie damit bereits bessere Ergebnisse erzielen als mit konventionellen Batteriemanagementsystemen?
Alles, was wir bislang getestet haben, zeigt uns, dass es sehr gut funktioniert. Und es gibt bereits Ansatzpunkte, um noch einen Schritt weiterzugehen. Wir haben zuletzt beispielsweise damit begonnen, an sogenannten selbstlernenden Verfahren zu arbeiten. Das Batteriemanagementsystem misst dabei selbstständig alle relevanten Daten und versucht die Zielgröße durch einen selbstlernenden Algorithmus zu erfahren. Der Algorithmus ist dabei so programmiert, dass er erkennen kann, ob die Selbsteinschätzung des Systems gut war oder nicht. Dazu nutzt er eine sogenannte Reward-Funktion. Je häufiger dieser Vorgang wiederholt wird, desto stärker konvergiert der Algorithmus in die richtige Zielrichtung. Das System lernt sich sozusagen „on-the-fly“ selbst kennen und bewerten.
Das alles klingt eher nach Silicon Valley als nach Schleswig-Holstein …
Es ist in jedem Fall sehr spannend für uns und bietet uns die Möglichkeit, ingenieurwissenschaftliche Disziplinen wie Messtechnik und klassische Hardwareentwicklung mit den Methoden der Künstlichen Intelligenz zu verknüpfen, die man ja tatsächlich eher bei Google und Co. vermutet. Wir profitieren hierbei natürlich auch davon, dass wir Algorithmen aus anderen Anwendungsbereichen für unsere Aufgabenstellung adaptieren können. Insgesamt können wir unseren Studenten damit zukunftsorientierte Projekte und unseren Partnern in der Industrie echte Mehrwerte bieten.
Für den Industrie- und Wissenschaftsstandort Schleswig-Holstein kann das nur gut sein.
Wie schätzen Sie die Perspektive für die Region ein?
Schleswig-Holstein ist schon heute zusammen mit Niedersachsen und Mecklenburg-Vorpommern eines der wichtigsten Zentren der Energiewende in Deutschland. Das ist schon allein geografisch bedingt: Wir befinden uns mit Blick auf Europa in sehr zentraler Position und bilden damit einen wichtigen Angelpunkt. Im Norden entsteht mit NordLink eine Verbindung der Stromnetze von Norwegen und Deutschland, die den Austausch von Energie ermöglichen wird. In die andere Himmelsrichtung haben wir die Trasse nach Süddeutschland. Hinzu kommt, dass wir hier in Schleswig-Holstein in Zukunft sehr viele regenerative Energien erzeugen werden. Ich bin mir sicher, dass das den Standort perspektivisch stärken wird, da sich Unternehmen vor allem dort ansiedeln, wo die Energie produziert wird.
Wenn Wirtschaft und Forschung Hand in Hand gehen, eröffnet das zusätzliche Potentiale. Wie wichtig sind aus Ihrer Sicht die Zusammenarbeit und der gegenseitige Austausch mit der Industrie?
Es gibt da ja zwei Perspektiven. Forschungskooperationen wie unser gemeinsames Projekt mit VINCORION bieten der Industrie auf der einen Seite vergleichsweise risikoarme Pfade, um risikoreiche Ideen zu verfolgen. Es ist zu Beginn eines Forschungsvorhabens oft nicht absehbar, wie sich diese in konkrete Produkte und Dienstleistungen ummünzen lassen. Deshalb ist es auch so wichtig, dass sich Hochschulen mit diesen Themen beschäftigen. Über diesen Aspekt hinaus bietet der Hochschulkontext in der Regel einen unvoreingenommenen Blick. Auch das kann für Unternehmen sehr wertvoll sein.
Und für Sie als Hochschule?
Für den Forschungsbereich sind diese Kooperationen natürlich genauso attraktiv. Der starke Praxisbezug ist eine Riesenmotivation für unsere Studierenden, auch komplizierte Themen zu bearbeiten. Und wenn Projektmitarbeiter nach ihrem Abschluss bleiben, um weiter zu forschen, dann muss das auch finanziert werden. Hier liegen tatsächlich die Hauptkosten bei so einem Projekt. Wir können ja nicht ausschließlich mit Studierenden in Teilzeit daran arbeiten. Über die Personalkosten hinaus profitieren wir natürlich auch stark von den Investitionen durch Unternehmen. Mit VINCORION konnten wir zum Beispiel zuletzt eine neue Klimakammer anschaffen und unsere bisherige aus den 1990er Jahren ersetzen. Das hilft uns sehr bei der Arbeit und führt im Ergebnis zu einer echten Win-in-Situation. Deshalb bin ich mir sicher, dass wir im Rahmen unserer Projekte auch weiterhin gemeinsam mit unseren Partnern zukunftsweisende Technologien und starke Produkte entwickeln werden.