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© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung | 2012 Folie: 1
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
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung | 2012 Folie: 3
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
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung | 2012 Folie: 6
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
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung | 2012 Folie: 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• 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.
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung | 2012 Folie: 9
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
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung | 2012 Folie: 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, 14044
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung | 2012 Folie: 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.
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
mis
sion
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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
rn (U
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Kunde
Entsorger
Zulieferer
Ext
ern
Festlegung des Ziels und des UntersuchungsrahmensD
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Rechnerunterstützte Wirkungsabschätzung
Wirk
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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
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung | 2012 Folie: 23
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: [email protected]: vpe.mv.uni-kl.de