Einführung in die Methode MFCA - kongress-bw.de · • CO2 Äquivalent + CO2 Bilanzen lassen sich...

Ressourceneffizienzkongress 2017

Prof. Dr. Mario [email protected]

Einführung in die Methode MFCA


55 Mio. t /a Nahrungsmittel kommen in D in den Handel.

Die Treibhausgasemissionen im Bereich Ernährung betragen ca. 16 %der Gesamtemissionen, also von derzeit ca. 900 Mio. t CO2eq /a.

Nach einer Studie aus dem Jahr 2012 landen in Deutschland 11 Mio. tNahrung von Verbrauchern, Handel, Industrie und Gastronomie im Müll.Der WWF schätzt insg. 18 Mio. t/a Lebensmitteln, die verloren gehen.

Verluste am Beispiel Nahrungsmittel

Mal eine grobe Schätzung….


Massenströme incl. Verluste der „Nahrungskette“

Modellrechnung, Zahlen geschätzt


Jetzt mit THG-Emissionen entlang der Nahrungskette



Der Carbon Footprint der Produkte im System



Der anteilige Carbon Footprint nur eines Produktes



Jetzt: Der Carbon Footprint der vermeidbaren Verluste



Jetzt: Die THG-Ströme der vermeidbaren Verluste

So viel THG werden unnötig für die Produktion der Verluste emittiert und wären vermeidbar!


1990 2015 2020

900 Mt

750 Mt

1250 Mt


Ein Beitrag zum Erreichen des Klimaziels in Deutschland…

verursacht durchNahrungsmittelverluste


Mehr Nahrungsmittel stehen zur Verfügung -> soziale Dimension!

Weniger THG-Emissionen -> ökologische Dimension!

Weniger Kosten -> ökonomische Dimension!

Weniger Verluste bei den Nahrungsmittel bedeutet:


Und das sind die Verluste in den Unternehmen:

Entsorgungs-kosten

MaterialkostenLogistikkosten

Produktionskosten mit:Lohnkosten

InvestitionskostenEnergiekosten

usw.

Hidden costs

Grundidee des Material Flow Cost Accountings(Materialflusskostenrechnung)


Abbildung: Fischer, Ökol. Wirts. 6/2001, S. 14


Grundidee des Material Flow Cost Accountings(Materialflusskostenrechnung)

Instrument zur Steigerung der Öko- und Ressourceneffizienz

Motivation: Vermeidung materialfluss-bezogener Verschwendung und Ineffizienzen in der Produktion

Methode: Ausweisung aller durch Reststoffe (Material-/ Produkt-verluste) bedingten Kosten → Einsparpotentiale für produktions-bezogene Verbesserungs- und Umwelt-managementmaßnahmen

Zeigt „Hotspots“ der Verlustkosten auf, liefert aber selbst noch keine technischeLösung dafür!


Film unter: https://youtu.be/Shm2XZmkVIw?list=PLIPrpPoN5lwyhgcyAEhcm7wx-AGu0V71H

Der Pionier der MFCA-Methode….

DIN EN ISO 14051:2011-12: Umweltmanagement –Materialflusskostenrechnung – Allgemeine Rahmenbedingungen


Internationale Normierung der Methode ….

Quelle: Schmidt/Nakajima 2014


Beispiel Canon / Produktion optischer Systeme

Ressourceneffizienzkongress

Quelle: Schmidt/Nakajima 2014

Beispiel Canon / Produktion optischer Systeme


Mit MFCA wollen Sie aus Fehlern lernen!

Man macht MFCA in Produktionsbereichen, die längst optimiert sind.

Man verwendet für die Analyse nur Plan-Daten, z.B. aus SAP etc.

Relevante Informationen (tatsächliche Ausschussraten etc.) werdenzurückgehalten oder „geschönt“.

Identifizierte Verluste nimmt man als gottgegeben hin:„War schon immer so, haben wir schon immer so gemacht.“


Zum Aufwand einer MFCA-Untersuchung

Sie müssen es WOLLEN, Kosten zu sparen.

Ohne Daten – meistens zusätzliche / neue Daten – geht gar nichts!

Ein Mindestmaß an Zeit und Personal ist notwendig.

Die Mitarbeiter/innen von Shop Floor, Einkauf, Controlling…müssen kooperieren.

Kosten können durch Einsatz von Praktikanten, Diplomanden etc.reduziert werden. Gleichzeitig lernen beide Seiten voneinander.

Es interessieren die „echten“ Zustände, keine geschönten oder Standarddaten aus dem Computer.


Vielen Dank!

JUNKER-FILTER GMBHCarl-Benz-Str. 1174889 SinsheimGERMANY

MFCA – MIT MATERIALFLUSSKOSTENRECHNUNG EFFIZIENZ GEWINNEN ? -

Referent: Jürgen Junker

Ressourceneffizienz Kongress

19. Oktober 2017

Stuttgart

Inhalt

• Motivation für ein Unternehmen alla JF für MFCA

• Basic Einstieg in MFCA

• Produktuntersuchung

• MFCA – Strategie bei Junker-Filter

• Vorteile / Nachteile

• Fazit

1. Motivation für ein Unternehmen alla JF für MFCA

• Hohe Exportquote:33 % direkt und nochmals 30 % geschätzt indirekter Export (OEM)

• Kostenreduzierung als produzierendes Unternehmen Preisdruck aus Europa , China , Indien

• Wachsender potentieller Kundendruck auf CO2 Footprint erste Anfragen liegen vor

• Pariser Umweltgipfel, CO2 Reduzierung bis 2030 bis zu 60 % auf 1990 betrachtet

• Einstieg Industrie 4.0 Ultra High Effizienz Fabrik der Zukunft Batchgröße 1 zu Kosten Batchgröße 10.000 liefern zu

müssen

2. Anforderung an die Daten

Detaillierte Kenntnisse über alle Stoffströme in der Fertigung des untersuchten Produktes Hinterfragung der „heiligen Kühe“ in Produktion • Material Zugänge• Material Abgänge• Material Verluste

Detaillierte Kenntnisse aller in das Produkt investierten Arbeitsstunden

Detaillierte Kenntnisse aller Energieverbräuchebei der Herstellung des Produktes

Untersuchung jeder einzelnen Mengenstelle

2. Rückblick

März April Mai Juni Juli August September

20.03.2017: Kick-Off Termin mit Prof. Schmidt und neuem Projektteam

10.04.2017 – 12.05.2017: Praktikum Werksstudent

07.07.2017:interner Strategieentwurf JF und

Projektteam

11.07.2017: Abschlusspräsentation

Ergebnisse Definition der weiteren Vorgehensweise

Unterstützung durch Werksstudent

Erkenntnisse

• Modellierung relevanter Modelle

• Berechnung Praxisbeispiel

• Siehe Extrafolie

• Abstimmung der weiteren Vorgehensweise

• Siehe Extrafolie

• Definition Projektteam• Strategieabstimmung• Siehe Extrafolie

3. Produktuntersuchung

Produktgruppen für MFCA-Untersuchung

Aufgabenstellung :

- Detaillierte Modellierung aller Modelle inklusive Prozessbäume für Varianten- Durchrechnen eines Modells anhand spezifischen Kundenauftrages- Ableiten von Erkenntnissen, Potentialen und Ideen zur weiteren Vorgehensweise

Filterschläuche Ölmatten Filtertücher Lufttrocknerkartuschen

3. Benutzeroberfläche mit Modellier-Oberfläche

3. Sankey-Diagramm: Material- und Energieflüsse [kg, kWh]

3. Sankey-Diagramm: Kostenflüsse [€] (einschl. Verluste)

3. Kostenaufteilung auf Produkt und Verluste

3. Kostenaufteilung auf Produkt und Verluste nach Prozess

3. Darstellung Adsorberkartusche

3. Darstellung Ölmatte

4. MFCA – Strategie bei Junker-Filter

Kos

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MFCA

5. Vorteile

• Visualisierung von Stoffströmen

• Darstellung der Stoffströme als Sankey Diagramm

• Genaue Betrachtung aller Eingangsströme und Verluste

• Darstellung als Auswertung anhand von Mengenstellen

• Ermittlung von Verluststellen

• Ermittlung der bestmöglichen Optimierungsstellen

• Automatische Ermittlung des CO2- Äquivalents

5. Nachteile

• Hoher Aufwand bei der Ermittlung der Eingangsgrößen

und des Netzplanes

• Noch keine Datenübernahme von ERP Systemen

• Einheiten von Eingangs- und Ausgangsgröße sollten identisch sein

• Einheitenrechner notwendig, wenn Eingangs- u. Ausgangsgröße

nicht identisch sind.

• In der Datenbank sind nicht alle Stoffe und Materialien für CO2

Footprint enthalten

6. Fazit MFCA

• DBU (Deutsche Bundesumweltstiftung) leitet Förderprogramm ein, um Nachteile zu eliminieren + Datenerfassung auf mobile Geräte möglich zu machen

• Die UKOM errichtet Arbeits-Workshop mit 8- 10 produzierenden Unternehmen Erweiterungsoptionen praxisnah erproben

• MFCA = verhältnismäßig einfaches Vorgehen um Kosten transparent zu ermitteln

• CO2 Äquivalent + CO2 Bilanzen lassen sich mit überschaubarem Aufwand ermitteln

• Ermittlung von Kosten und CO2 Äquivalent wird parallel durchgeführt, d.h. kein zusätzlicher Aufwand

MFCA ist ein Werkzeug das aufgrund seiner vielseitigen Einsatzbarkeit in allen produzierenden Industriezweigen seine berechtigte

Anwendung finden sollte.

19.10.2017 1

Durchführung

einer Materialflusskostenrechnung mit

anschließender Untersuchung und Bewertung von

Optimierungsmaßnahmen in einer

MagnesiumgießereiThomas Tauporn

Prof. Dr. Peter Baumann

Dipl.-Phys. (Univ.) Jürgen Römhild

Dr. rer. pol. Cyrus Bark

2

• Familienunternehmen, gegründet 1924

• Anzahl Mitarbeiter 80

• Umsatz > TEUR 10.000

• Leistungsspektrum

• eigener Formen- und Werkzeugbau• Produktions-FMEA und Machbarkeitsanalysen• Herstellung von Magnesiumdruckgussteilen im Warm- und Kaltkammerverfahren

(Teilegewicht von 1g – 4.000g)• CNC-Bearbeitung der Magnesiumdruckgussteile auf CNC-Fräszentren• Oberflächenbehandlung• Baugruppenfertigung / Montage

3

Rohstoff‐und

Material‐kosten20%Energie i.w.S.10%

Hilfs‐ und Betriebs‐stoffe10%

Sonstige (Personal, Fremdleistungen,…)

60%

Gesamtkostenstruktur

Maßnahmen zur Steigerung der Ressourcen- und Energieeffizienz sind erfolgskritisch

Die Materialflusskostenrechungist ein Hebel, um Einpar-

potentiale zu identifizieren CHANGING THE GAME !

Ca. 40% der Gesamtkosten sind abhängig vom Grad der

Ressourcen- und Energieeffizienz.

19.10.2017 4

Bestimmung der Mengenstellen

Physikalische Bestimmung der In-/Outputs

Monetäre Bewertung der In-/Outputs

1.

2.

3.

Auswertung4.

19.10.2017 5

Produktionszeit[s]

Soll-Zeit[s]

Belegzeit[s]

Prozess

83,4 103,6 208,9

Belegzeit

Soll-Zeit Ungeplante Stillstände

Produktionszeit Geplante und ungeplante Stillstände

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

Ofen Maschine Temperiergeräte Schiene Nachtabsenkung Masselvorwärmung

Energieverbrauch in kWhProduktion Stillstand

19.10.2017 6

19.10.2017 7

Stillstand reduzieren

Ausschussquote senken Zielzustand

Internes Recycling einführen

MFCA in der Frühphase der Prozess- und Produktentwicklung 6. Ressourceneffizienz- und Kreislaufwirtschaftskongress Baden-Württemberg19. Oktober 2017, Dr.-Ing. Jürgen Seibold

6. Ressourceneffizienzkongress, 19. Oktober 2017, Dr.-Ing. Jürgen Seibold, MFCA in der Frühphase der Prozess- und Produktentwicklung

Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung

• Europas größte Textilforschungseinrichtung

• Gegründet 1921, Stiftung des öffentlichen Rechts

• 3 Forschungseinrichtungen, 1 Produktionsgesellschaft (ITVP)

• Anwendungsorientierte Forschung vom Molekül bis zum Produkt auf 25.000 m2

• Forschung mit industriellen Pilotanlagen, Fokus Technische Textilien und Life Science

• Anbindung an Universität Stuttgart und Hochschule Reutlingen über 3 Lehrstühle und 2 Professuren

2


Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung

3

Hochleistungsfasernund Garne

Textilveredlung und Beschichtung

Faserverbund und Leichtbau

Medizintechnik

Smarte Textilien

Textil 4.0

Architektur und Bau 8%Gesundheit und Pflege 10%Mobilität 15%Energie und Umwelt 19%Produktionstechnologien 38% Bekleidung und Heimtextilien 10%

Forschungsfelder Anwendungsfelder (2016)

Kenndaten 2016Beschäftigte:

Erlöse:

Industrie:

ca. 300

ca. 29 Mio. €(11 Mio. € Öffentlich, 18 Mio. € Industrie)

31% aus Baden-Württemberg35% national

34% international49% KMU-Anteil


Forschungsthema: Alternative Verfahren für CFK*

Bauteile

Unter welchen Randbedingungen ist welches Verfahren nachhaltig?

*Carbonfaserverstärkte Kunststoffe

Personal-bedarf

Herstell-dauer

Produkt-parameter

Energie-kosten

Alternative Techno-logien

Prozess-ketten

Material-kosten

Personal-kosten

Abfallrate

Anlage-kosten

Verfahrens-parameter

Auslast-ung

4


Standard Prozess

Weben Flachgewebe (Greiferwebmaschine)

Schneiden (Schnittbild)

Drapieren (mehrerer Lagen)

RTM Verfahren

Nachbearbeitung

3D-Prozess

Weben 3D-Gewebe(Steckschützenwebmaschine)

Drapieren (fertige Bauteilform)

RTM Verfahren

Nachbearbeitung

Prozessketten im direkten Vergleich

Carbon

Produkt 3D-Verbindungsstruktur

5


Bauteil 3D - Prototyp

6


Standard Prozess


3D-Prozess


Prozessketten im direkten Vergleich - Weben

Carbon


Quelle: https://www.lindauerdornier.com/de/home/newsarchiv/bilder-vision-wirklichkeit2.jpg/image_preview

Quelle: http://mageba.com/?page_id=113

7


Standard Prozess



3D-Prozess


Prozessketten im direkten Vergleich - Schneiden

Carbon


8


Standard Prozess




3D-ProzessWeben 3D-Gewebe

(Steckschützenwebmaschine)


Prozessketten im direkten Vergleich - Drapieren

Carbon


9


Standard Prozess




RTM Verfahren

Nachbearbeitung

3D-Prozess



RTM Verfahren

Nachbearbeitung

Prozessketten im direkten Vergleich – RTM, Nachbearbeitung

Carbon


10


Kombinierte Modellierung: MFCA + Excel

11

Export

Prozessm

odul W

eben

Stand

ard

aktiv Variante

2 1 2 3

Prozessparameter

Schuss pro Minute [U/min] 300 200 300 200

Nutzeffekt [%] 80 80 80 80

Elektrische Leistung [kW] C03 9 9 9 9

Personaleinsatzfaktor C02 0,2 0,2 0,2 0,2

Produktparameter

Kettgarnfeinheit Nm [m/g] 5 5 5 5

Schussgarfeinheit Nm [m/g] 5 5 5 5

Anzahl Gewebebahnen 1 1 1 1Kettfadendichte im Rohgewebe [FK/cm] 5 5 5 5

Rohgewebebreite [cm] 180 180 180 180

Ketteinwebung [%] 5 5 5 5

Verlustfaktor Kette [%] 0 0 0 0Schussfadendichte im Rohgewebe [SF/cm] 5 5 5 5

Schusseinwebung [%] 5 5 5 5

Abfall/Rand Schuss [cm/Schuss] 6 6 6 6

Abschreibungsrelevante Systemparameter

Afa je Betriebsstunde [€/h] C00 2 2 2 2

Anlagekosten [€] 160.00 160.000 160.000 160.000

Betriebsstunden [h/a] 8.000 8.000 8.000 8.000

Nutzungsdauer in Jahren Jahre 10 10 10 10

Stückliste

Masseanteil Schuss je kg [kg] C04 0,51

Masseanteile Kette je kg [kg] C05 0,49

Gewebeanteil je kg [kg] C06 0,98Abfallanteil je kg [kg] C07 0,02

Parameter mittels Live Link


Standard Prozess - Weben Flachgewebe

12


3D-Prozess - Weben 3D-Gewebe

13


Gesamtkostenübersicht der Bauteilgrößen: 8 cm, 16 cm, 32 cm

14

1,89 2,153,77 4,29

7,548,59

1,03 1,01

1,31 1,02

1,871,04

1,21 0,71

2,260,73

4,34

0,76

2,41

7,09

3,167,14

4,67

7,22

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

3D - 8 Standard - 8 3D - 16 Standard - 16 3D - 32 Standard - 32

Kos

ten

[€]

DienstleistungKettherstellung

Personalkosten

AfA

Energiekosten

Materialkosten


Überlappung der Gewebebahnen beim manuellen Drapieren im Standard Prozess

15

4,29 4,72 5,15

1,02 1,03 1,030,73 0,73 0,74

7,14 7,15 7,15

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0% 10% 20%

Kos

ten

[€]

Überlappung

Personalkosten

AfA

Energiekosten

Materialkosten


0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

20 30 60 20 30 60 20 30 60 20 30 60 20 30 60 20 30 60 20 30 60

Kos

ten

[€]

Geschwindigkeit [U/min]

Materialkosten

Energiekosten

AfA

Personalkosten

DienstleistungKettherstellung

QC5 PositionierenQC6 RTM Prozess

QC7 Nachbearbeitung

Prozesskosten bei unterschiedlichen Webgeschwindigkeiten bei der 3D – Gewebe Herstellung

16

QC1 Kettgarn HerstellungQC2 Schussgarn Herstellung

QC3 3D Gewebe HerstellungQC4 Cutter


Zusammenfassung

• Ein Prozessmodell in Umberto MFCA und alle Daten unterschiedlicher Varianten in Excel

• Grafische Auswertungen und Vergleiche in Excel konfigurierbar

• Hochgradige Parametrisierung der Prozesse und Produkte und damit gutes Wissen über Abhängigkeiten

• Identifikation relevanter Parameter mit entsprechender Sensitivitätsanalyse

• Ad-hoc Variationen konfigurieren, berechnen, vergleichen

• Vorgabe von Spezifikationen für nachhaltige Prozesse und Produkte

17

Die Zukunft ist Textil

Dr.-Ing. Jürgen SeiboldManagement ResearchDeutsche Institute für Textil- und Faserforschung DenkendorfT: +49 (0)711 / 93 40 - 430E: [email protected]

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