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Ökobilanz als Bestandteil eines Product Lifecycle Management Ansatzes

8. Ökobilanz-Werkstatt des Netzwerks LebenszyklusdatenStuttgart, 04.-06. September 2012

Technische Universität KaiserslauternLehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung

Prof. Dr.-Ing. Martin EignerDipl.-Kfm. techn. Patrick Schäfer

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Für Produkte und Prozesse von Morgen!

Prof. Dr.-Ing. Martin EignerLehrstuhl für Virtuelle ProduktentwicklungTechnische Universität Kaiserslautern

Dipl.-Kfm. techn. Patrick SchäferLehrstuhl für Virtuelle ProduktentwicklungTechnische Universität Kaiserslautern

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TU KaiserslauternLehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung

Ökobilanz als Bestandteil eines Product Lifecycle Management Ansatzes

Für Produkte und Prozesse von Morgen!

VPEKompakt

LCAÖkobilanz

Bsp.ERMA

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Gemeinsam Wissen schaffen!

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

Forschungsprofil

Erforscht wird das Themengebiet der Virtuellen Produktentwicklung. Der Lehrstuhl verfügt über gesicherte Expertise in den Bereichen:

Die Forschung innerhalb aller Kompetenzfelder des Lehrstuhls zeichnet sich durch eine hohe Anwendungsorientierung aus.

Product Lifecycle Management

Model Based Systems

Engineering

InterdisziplinäreProdukt-

modellierung

InterdisziplinäreProzess-

modellierung

Informations-und

Kommunikations-technologien

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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

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Technik

Organisation Mensch

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

MenschOrganisation

Technik

- Eingesetzte IT Lösungen

- Komplexer werdende Anwendungen

- Software Architektur

Mensch

- Unternehmenskultur, &Werte

- Mitarbeiterverhalten & Motivation

- Führung & Kooperation

Organisation

- Organisationsstruktur

- GeschäftsprozesseSoziales

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TU KaiserslauternLehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung

Ökobilanz als Bestandteil eines Product Lifecycle Management Ansatzes

Für Produkte und Prozesse von Morgen!

VPEKompakt

LCAÖkobilanz

Bsp.ERMA

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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• Komplexere Prozesse• Komplexere Zulieferketten• Komplexere Vorschriften

Herausforderungen an eine nachhaltige Produktgestaltung

Richtlinienund

Compliance

Neue Rollevon

ZulieferernProzess-

komplexitätProdukt

komplexitätRessourcen-verfügbarkeit

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.

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Umweltbetrachtung im Rahmen eines PLM Ansatzes - Begründung

Wesentlicher Einsatz von PLM im Produktentstehungsprozess:

Auswirkungen von „Design“-entscheidungen auf das Umweltprofil eines Produktes

„Des

ign“

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Festlegung der Öko‐Effektivität Festlegung der Öko‐Effizienz

Kenntnisse der Umweltrelevanz

Einfluss auf die Umweltaspekte

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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, 14044

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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.

0 50 100 150 200

Aluminium

Nickel

Kunststoffe(Polypropylen)

Kupfer

Stahl

Blei

Kumulativer Energiebedarf pro Masseneinheit [MJ‐eq/kg]

Rezyklat

Primärwerkstoff

Quelle: Demel, H. (2009): 30. Internationales Wiener Motorensymposium

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Leichtbau vor dem Hintergrund einer Lebenszyklusanalyse

Beispiel aus dem Automotive:

Quelle: Krinke, S. (2011): CIRP LCE 2011

Intelligenter Leichtbau führt zu weniger Emissionen während des gesamten Lebenszyklus

Produktion Laufdistanz [in km] Recycling

Break Even

Extremer LeichtbauIntelligenter LeichtbauKonventionelles Design

GH

G E

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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

Produktion

Betrieb

Recycling

Werkstoff-herstellung

Well-to-Wheel

Treibstoff

Gewinnung

Transport

Aufbereitung

Rohmaterial-gewinnung

Life Cycle Assessment

Quelle: Demel, H. (2009): 30. Internationales Wiener Motorensymposium

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TU KaiserslauternLehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung

Ökobilanz als Bestandteil eines Product Lifecycle Management Ansatzes

Für Produkte und Prozesse von Morgen!

VPEKompakt

LCAÖkobilanz

Bsp.ERMA

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Gemeinsam Wissen schaffen!

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.

Ausgewählte Forschungsprojekte: ERMA Energie- und ressourceneffiziente mobile Arbeitsmaschinen

Ziel:Ableitung und Entwicklung von prozessorientierten Methoden und Konzepten zur lebenszyklusweiten Erfassung und Bewertung des Energie- und Ressourcenbedarfs von mobilen ArbeitsmaschinenProjektlaufzeit:Februar 2011 bis Januar 2014

Partner an der TU Kaiserslautern:

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Spezielle Randbedingungen

Typische Randbedingungenfür PKW

Hohe Reichweiten Variable Routen und Tank-

/Ladestationen Möglichst niedriges Eigengewicht

Wenige und kurze Pausen Hohe Erwartungen an Komfort Hauptfunktion ist Fahren

Typische Randbedingungenfür Nutzfahrzeuge

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

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ÖkonomieÖkologieSoziales

Stückliste aus dem Materialmanagement / Produktionsplanung

Arbeitsplan aus der Produktionsplanung und -steuerungHerstellkosten aus der Produktionskosten-kalkulation

Pflichtenheft

Inte

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nter

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Kunde

Entsorger

Zulieferer

Ext

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Festlegung des Ziels und des UntersuchungsrahmensD

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Rechnerunterstützte Wirkungsabschätzung

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Rechnerunterstützte Sachbilanzierung

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Konzept einer ökologisch-ökonomischen Produktbilanzierung im Kontext der Nachhaltigkeitsbetrachtung

Information und Daten Ökobilanzierung nach ISO 14040 integriert in ein PLM Konzept

Konzept einer ökonomisch-ökologischen Produktbilanzierung

Hier: Ökobilanzierung nach ISO 14040 integriert in einen PLM Ansatz

Sachbilanz-datenbank

Werkstoff-Datenbanken

Umweltdaten-banken

Quelle: Feikert, S. (2007) Quelle: ISO 14040 (2006))

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Aus dem Verbundprojekt ERMA - Beispiel

Produktmodellierung mit PTC Windchill und Product Analytics

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Aus dem Verbundprojekt ERMA - Beispiel

Produktmodellierung mit PTC Windchill und Product Analytics

Identifizierung, Klassifizierung

Bauteil

Geometrieparameter

Oberflächenparameter

Werkstoffparameter

Position, Orientierung

Monetärparameter

Produktdefinierenden Daten(Merkmale, characteristics)

Produktverhalten(Eigenschaften, properties)

Lebensdauer

Transporteigenschaften

Instandhaltungseigenschaften

Compliance

Fertig., Montageeigensch.

…

Funkt. Eigenschaften

Stabilität

Quelle: Vajna (2009)

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Aus dem Verbundprojekt ERMA - Beispiel

Ökobilanzierung mit PTC Windchill und Product Analytics

Quelle: PTC (2012)

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Aus dem Verbundprojekt ERMA - Beispiel

Ökobilanzierung mit PTC Windchill und Product Analytics

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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 Entscheidungsprozessein der Produktentwicklung zu unterstützen.

Product Lifecycle Management … ist ein Konzept, um die richtigen

Informationen zur richtigenZeit im richtigen Kontext zur Verfügung zu stellen.

Das nachhaltige Produkt

Ökobetrachtung eines Produkts

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Technische Universität KaiserslauternLehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung

Vielen Dank!

http://www.uni-kl.de/ERMA

Lehrstuhl für Virtuelle ProduktentwicklungDipl.-Kfm. techn. Patrick SchäferFachbereich Maschinenbau und VerfahrenstechnikGottlieb –Daimler-Str./Geb. 44-324D-67663 KaiserslauternPostfach 3049D-67653 KaiserslauternTelefon: (0631) 205-48 23Telefax: (0631) 205-38 72E-Mail: schaefer@mv.uni-kl.deInternet: vpe.mv.uni-kl.de

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