Ökobilanz als Bestandteil eines Product Lifecycle Management Ansatzes

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1 Ökobilanz als Bestandteil eines Product Lifecycle Management Ansatzes 8. Ökobilanz-Werkstatt des Netzwerks Lebenszyklusdaten Stuttgart, September 2012 Technische Universität Kaiserslautern Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung Prof. Dr.-Ing. Martin Eigner Dipl.-Kfm. techn. Patrick Schäfer Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung 2012 Folie: 1

2 Für Produkte und Prozesse von Morgen! Prof. Dr.-Ing. Martin Eigner Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung Technische Universität Kaiserslautern Dipl.-Kfm. techn. Patrick Schäfer Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung Technische Universität Kaiserslautern Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung 2012 Folie: 2

3 TU Kaiserslautern Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung Ökobilanz als Bestandteil eines Product Lifecycle Management Ansatzes VPE Kompakt LCA Ökobilanz Für Produkte und Prozesse von Morgen! Bsp. ERMA Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung 2012 Folie: 3

4 Gemeinsam Wissen schaffen! Forschungsprofil Erforscht wird das Themengebiet der Virtuellen Produktentwicklung. Der Lehrstuhl verfügt über gesicherte Expertise in den Bereichen: Product Lifecycle Management Product Data Management Model Based Systems Engineering Interdisziplinäre Produktmodellierung Interdisziplinäre Prozessmodellierung Informations- und Kommunikationstechnologien Nachhaltige Produktentwicklung Design by Properties / Engineering in Reverse Humanfaktoren in der Produktentwicklung Ingenieurarbeitsplatz der Zukunft Interdisziplinäre Produktmodellierung Model Based Systems Engineering Product Lifecycle Management Interdisziplinäre Prozessmodellierung Informationsund Kommunikationstechnologien Die Forschung innerhalb aller Kompetenzfelder des Lehrstuhls zeichnet sich durch eine hohe Anwendungsorientierung aus. Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung 2012 Folie: 4

5 Product Lifecycle Management (PLM) Verständnis Das durch Product Lifecycle Management verfolgte Ziel besteht in einer durchgehenden, d.h. integrierten, föderierten und interdisziplinären Unterstützung aller Produktdaten erzeugenden und -manipulierenden Prozesse. IT-basierte Lösungen unterstützen ein öko-effizientes Wirtschaften durch: Schnelle Datenbereitstellung an fast beliebigen Orten Bereitstellung detaillierten Datenmaterials Hochflexible, kontextspezifische Datenbereitstellung Fast unbegrenzte Datenverarbeitungskapazitäten Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung 2012 Folie: 5

6 Umsetzungsstrategie Prozess-, Methoden- und Tool-Änderungen sind Change Prozesse, die von den Faktoren Mensch, Technik und Organisation beeinflusst werden und auf den die drei Dimensionen der Nachhaltigkeit wirken. Technik Technik - Eingesetzte IT Lösungen - Komplexer werdende Anwendungen - Software Architektur Organisation Mensch Organisation - Organisationsstruktur - Geschäftsprozesse Soziales Mensch - Unternehmenskultur, &Werte - Mitarbeiterverhalten & Motivation - Führung & Kooperation Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung 2012 Folie: 6

7 TU Kaiserslautern Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung Ökobilanz als Bestandteil eines Product Lifecycle Management Ansatzes VPE Kompakt LCA Ökobilanz Für Produkte und Prozesse von Morgen! Bsp. ERMA Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung 2012 Folie: 7

8 Leitbild und Treiber für Veränderungen Das Leitbild der Nachhaltigen Entwicklung rückt immer mehr in den Fokus. Treiber eines Nachhaltiges Wirtschaften sind: Endliche Ressourcenverfügbarkeit Komplexere Produkte Prozesskomplexität Ressourcenverfügbarkeit Richtlinien und Compliance Neue Rolle von Zulieferern Produkt komplexität Komplexere Prozesse Komplexere Zulieferketten Komplexere Vorschriften Herausforderungen an eine nachhaltige Produktgestaltung Das Denken in Lebenszyklen spielt bei der Gestaltung und Bewertung, sowie bei der Optimierung von Produkten eine entscheidende Rolle. Die frühe Phase der Produktentwicklung nimmt eine Schlüsselrolle ein: In dieser Phase werden bis zu 80% der Kosten, der Umweltwirkungen und der sozialen Aspekte eines Produktes festgelegt. Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung 2012 Folie: 8

9 Umweltbetrachtung im Rahmen eines PLM Ansatzes - Begründung Wesentlicher Einsatz von PLM im Produktentstehungsprozess: Auswirkungen von Design -entscheidungen auf das Umweltprofil eines Produktes Kenntnisse der Umweltrelevanz Einfluss auf die Umweltaspekte Festlegung der Öko Effektivität Festlegung der Öko Effizienz Design = Phase der Produktentwicklung Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung 2012 Folie: 9

10 Zur Bewertung des Umweltprofils Das Umweltprofil eines Produktes wird anhand von fünf Kategorien bestimmt: Verbrauch von Energie Verbrauch von Rohstoffen Emissionen in Luft, Wasser und Boden Toxizitätspotenzial der eingesetzten und freiwerdenden Stoffe Einhaltung von Gesetzen und Verordnungen Standardisierte Bewertungsverfahren zeigen Ansatzpunkte und Prioritäten auf: Kumulierter Energieaufwand (KEA): VDI 4600 Ermittlung des Carbon Footprint (GWP): PAS 2050 Ökobilanzierung (LCA): ISO 14040, Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung 2012 Folie: 10

11 KEA für Werkstoffalternativen - Beispiel Der Kumulierte Energieaufwand zeigt für ausgewählte Werkstoffalternativen deutliche Unterschiede. dass die Herstellung von Aluminium, Nickel und Polypropylen (blauer Balken) aus Rohmaterial sehr energieintensiv ist. Im Gegensatz dazu kann die Herstellung dieser Materialien aus Rezyklaten (roter Balken) energiesensitiver sein. Blei Rezyklat Primärwerkstoff Stahl Kupfer Kunststoffe (Polypropylen) Nickel Aluminium Quelle: Demel, H. (2009): 30. Internationales Wiener Motorensymposium Kumulativer Energiebedarf pro Masseneinheit [MJ eq/kg] Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung 2012 Folie: 11

12 Leichtbau vor dem Hintergrund einer Lebenszyklusanalyse Beispiel aus dem Automotive: Produktion Laufdistanz [in km] Recycling GHG Emissionen [kg CO 2 eq] Break Even Extremer Leichtbau Intelligenter Leichtbau Konventionelles Design Intelligenter Leichtbau führt zu weniger Emissionen während des gesamten Lebenszyklus Quelle: Krinke, S. (2011): CIRP LCE 2011 Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung 2012 Folie: 12

13 LCA im Automotive - Beispiel Die Ökobilanz über den Lebenszyklus eines Fahrzeugs umfasst eine Bewertung über die Gewinnung von Rohstoffen, die Herstellung von Materialien die Fahrzeugproduktion und des Recycling als auch die Konditionierung und Bereitstellung des Treibstoffs und den Verbrauch Life Cycle Assessment Well-to-Wheel Gewinnung Produktion Transport Treibstoff Aufbereitung Betrieb Werkstoffherstellung Rohmaterialgewinnung Recycling Quelle: Demel, H. (2009): 30. Internationales Wiener Motorensymposium Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung 2012 Folie: 13

14 TU Kaiserslautern Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung Ökobilanz als Bestandteil eines Product Lifecycle Management Ansatzes VPE Kompakt LCA Ökobilanz Für Produkte und Prozesse von Morgen! Bsp. ERMA Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung 2012 Folie: 14

15 Gemeinsam Wissen schaffen! Ausgewählte Forschungsprojekte: ERMA Energie- und ressourceneffiziente mobile Arbeitsmaschinen Der Schwerpunkt im Projekt besteht darin, die Entwicklung bzw. Optimierung der mobilen Arbeitsmaschine durch einen konzeptionellen Ansatz zur Erweiterung des Product Lifecycle Management zu unterstützen. Dieser Ansatz erweitert sowohl das Produktmodell als auch das Prozessmodell um eine technisch-wirtschaftliche Beachtung ökologischer Parameter und ermöglicht damit eine aggregierte Bewertung der Energie- und Ressourceneffizienz des Produktes über den Lebenszyklus. Partner an der TU Kaiserslautern: Ziel: Ableitung und Entwicklung von prozessorientierten Methoden und Konzepten zur lebenszyklusweiten Erfassung und Bewertung des Energie- und Ressourcenbedarfs von mobilen Arbeitsmaschinen Projektlaufzeit: Februar 2011 bis Januar 2014 Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung 2012 Folie: 15

16 Spezielle Randbedingungen Typische Randbedingungen für PKW Typische Randbedingungen für Nutzfahrzeuge Hohe Reichweiten Variable Routen und Tank- /Ladestationen Möglichst niedriges Eigengewicht Wenige und kurze Pausen Hohe Erwartungen an Komfort Hauptfunktion ist Fahren Kleiner Bewegungsradius Feste Routen und Tank- /Ladestationen Höhere Massen können unkritischer/hilfreich sein Häufige und planbare Pausen Fahrzeug Arbeitswerkzeug Vielzahl bedarfsabhängiger Funktionen Quelle: Müller, S. (2011): CVC Jahrestagung Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung 2012 Folie: 16

17 Konzept einer ökonomisch-ökologischen Produktbilanzierung Hier: Ökobilanzierung nach ISO integriert in einen PLM Ansatz Information und Daten Ökobilanzierung nach ISO integriert in ein PLM Konzept Intern (Unternehmen) Pflichtenheft Stückliste aus dem Materialmanagement / Produktionsplanung Arbeitsplan aus der Produktionsplanung und -steuerung Herstellkosten aus der Produktionskostenkalkulation Sachbilanzdatenbank Definition Sachbilanz Festlegung des Ziels und des Untersuchungsrahmens Rechnerunterstützte Sachbilanzierung Ergebnisdarstellung: Visualisierung der Ergebnisse Extern Zulieferer Kunde Entsorger Umweltdatenbanken Werkstoff- Datenbanken Wirkungsabschätzung Rechnerunterstützte Wirkungsabschätzung Konzept einer ökologischökonomischen Produktbilanzierung im Kontext der Nachhaltigkeitsbetrachtung Quelle: Feikert, S. (2007) Ökologie Soziales Ökonomie Quelle: ISO (2006)) Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung 2012 Folie: 17

18 Aus dem Verbundprojekt ERMA - Beispiel Produktmodellierung mit PTC Windchill und Product Analytics Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung 2012 Folie: 18

19 Aus dem Verbundprojekt ERMA - Beispiel Produktmodellierung mit PTC Windchill und Product Analytics Produktdefinierenden Daten (Merkmale, characteristics) Bauteil Identifizierung, Klassifizierung Position, Orientierung Geometrieparameter Oberflächenparameter Werkstoffparameter Produktverhalten (Eigenschaften, properties) Funkt. Eigenschaften Stabilität Lebensdauer Fertig., Montageeigensch. Transporteigenschaften Instandhaltungseigenschaften Compliance Monetärparameter Quelle: Vajna (2009) Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung 2012 Folie: 19

20 Aus dem Verbundprojekt ERMA - Beispiel Ökobilanzierung mit PTC Windchill und Product Analytics Quelle: PTC (2012) Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung 2012 Folie: 20

21 Aus dem Verbundprojekt ERMA - Beispiel Ökobilanzierung mit PTC Windchill und Product Analytics Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung 2012 Folie: 21

22 PLM & LCA: Für Produkte und Prozesse von Morgen! Life Cycle Assessment ist produkt- und dienstleistungsorientiert ist ein integrierter Ansatz um Umweltwirkungen zu bilanzieren ist ein quantitativer Ansatz (auch) um Entscheidungsprozesse in der Produktentwicklung zu unterstützen. Product Lifecycle Management ist ein Konzept, um die richtigen Informationen zur richtigen Zeit im richtigen Kontext zur Verfügung zu stellen. Ökobetrachtung eines Produkts Das nachhaltige Produkt Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung 2012 Folie: 22

23 Technische Universität Kaiserslautern Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung Vielen Dank! Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung Dipl.-Kfm. techn. Patrick Schäfer Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik Gottlieb Daimler-Str./Geb D Kaiserslautern Postfach 3049 D Kaiserslautern Telefon: (0631) Telefax: (0631) Internet: vpe.mv.uni-kl.de Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung 2012 Folie: 23

24 Foto: Jörg Lehrstuhl Bien 2012 für Virtuelle Produktentwicklung 2012 Folie: 24

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