Nachhaltiges Produzieren

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Den unter dem Leitbild der Nachhaltigkeit entstandenen Produkten, ihrer Produktion und den damit verknüpften Dienstleistungen wird eine attraktive Marktchance prognostiziert. Unternehmensziel ist hierbei Gewinn nicht trotz sondern durch Nachhaltigkeit. Gerade aus den Ansprüchen eines nachhaltigen Wirtschaftens erwachsen Innovationsanreize und Produktideen, die den Wirtschaftstandort Deutschland stärken können, da sie zukunftsorientiert sind und im internationalen Wettbewerb einen Alleinstellungsanspruch markieren können. Grundlegende Zielstellung aller Entwicklungen innerhalb der Produktionsforschung ist deshalb die Berücksichtigung des Leitbildes der Nachhaltigkeit.

Ökonomisch und ökologisch nachhaltige Ergebnisse erreicht man, wenn es gelingt, Produktkreisläufe zu schließen. Entscheidend hierfür ist, dass tragfähige Strategien und Lösungen für die Produktentwicklung, die Gestaltung von Fertigungsverfahren, die Produktionsprozesse mit dem zugehörigen Dienstleistungspotential, die Erlangung von Kenntnissen aus der Produktnutzung, für die Entsorgungslogistik und das Produktrecycling vorhanden sind und dass die Prozesse in ihrer Vernetzung betrachtet werden. Um zum gewünschten ökonomischen und ökologischen Erfolg zu kommen, muss mit einem funktionierenden Produkt-Lebenszyklusmanagement ein ganzheitlicher Ansatz verfolgt werden. Dieses gilt insbesondere für die Herstellung von Maschinen und Anlagen.

Die Investitionskosten von Maschinen und Anlagen übersteigen nicht zuletzt wegen einer notwendigen Flexibilität hinsichtlich der zu bearbeitenden Produktspektren inzwischen oftmals die Gebrauchskosten um ein Vielfaches. Bisherige Entwicklungs- und Investitionsentscheidungsmethoden berücksichtigen diesen Sachverhalt allerdings unzureichend. Zukünftig werden Kunden ihre Kaufentscheidungen nicht nur von den reinen Investitionskosten abhängig machen, sondern auch die Folgekosten berücksichtigen, die während des Maschinenlebenszyklusses entstehen. Grundlagen hierfür sind Lebenszyklus-Kostenrechungen, die die Nutzungsphase und die Sicherung der Verfügbarkeit berücksichtigen.

Im Projekt LoeWe wurde eine deutliche Senkung der Lebenszykluskosten von Werkzeugmaschinen angestrebt. Die wirtschaftliche Lebensdauer von Werkzeugmaschinen sollte durch die Steigerung der Anpassungsfähigkeit an neue Fertigungsaufgaben und Technologien verlängert werden. Entwickelt wurde eine modulare, anpassungsfähige Werkzeugmaschine mit geringeren Lebenszykluskosten, bei der innerhalb der Nutzungsphase Informationen über den Zustand der Maschine und ihrer Komponenten für das Lebenszyklusüberwachungssystem bereitgestellt werden.

Mittels eines ganzheitlichen Ansatzes wurden im Projekt HarWeST neue Werkzeugmaschinenkonzepte entwickelt, die es ermöglichten, durch gezielte Reduktion bzw. Optimierung der nicht wertschöpfenden Prozesse die Stückkosten erheblich zu senken sowie die Flexibilität bezüglich Anlauf, Umbau und Umrüstung der Gesamtanlage beim Kunden zu erhöhen. Zur Bewertung der Konzepte wurden sowohl monetär bewertbare Kriterien wie Investitionskosten als auch nicht bzw. kaum monetär bewertbare Kriterien wie das anpassbare Produktionsvolumen im Ramp-Up-Zeitraum und in der Serienproduktion, Umrüstflexibilität bei Varianten und Produktänderungen, Robustheit gegen Störungen und Widerverwendbarkeit von Anlagenkomponenten nach Erreichen der Produktlebenszeit herangezogen.

Zur Lebensdauerbetrachtung von Maschinen und Anlagen gehört auch der zielgerichtete Einsatz von Sensor- und Aktorsystemen für eine Diagnose und Überwachung in der Nutzungsphase. So können Stillstandszeiten und damit verbundene Ausfallkosten erheblich reduziert werden. Aufgaben sind Entwicklungen von preisgünstigen produktbegleitenden Informationssystemen, der Einsatz neuer Diagnosetechnologien und der Informationstausch zwischen Maschine und Steuerung. Aus der Bekanntmachung "Verfügbarkeit von Produktionssystemen als Dienstleistung" (14. Bekanntmachung vom 03.03.2005) gingen eine Reihe von Forschungs- und Entwicklungsvorhaben hervor, die sich unter anderem mit der durchgängigen Erfassung von Maschinen- und Prozessdaten zur zeitnahen Reaktion auf aktuelle Betriebszustände befassten. Es werden innovative Konzepte für die Interpretation, die Verarbeitung und den Austausch der funktions- und betriebsrelevanten Daten im Produktlebenszyklus entwickelt.

Im Projekt Make-it wurden Maßnahmen dargestellt, mit denen sich die Lebenszykluskosten von Werkzeugmaschinen deutlich reduzieren lassen. Durch die Berücksichtigung der Lebenszykluskosten während der Konstruktion neuer Maschinen, zum Beispiel durch das bewusst größere Auslegen der Maschinenelemente oder den Verzicht auf anfällige Systeme, lässt sich ein „design to TCO“ umsetzen. Weiterhin wurde gezeigt, dass durch Speicherung von Informationen direkt auf der Komponente sowohl die Einricht- als auch Instandsetzungszeiten reduziert werden können. Ein weiterer Schritt, um die Lebenszykluskosten zu senken, ist die kontinuierliche Überwachung der Maschinenkomponenten, um eine zustandsorientierte Instandhaltung zu realisieren.

Ressourceneffizienz ist eine neue Chance zum nachhaltigen Wirtschaften. Angesichts des Klimawandels sowie der zunehmenden Verknappung und Verteuerung natürlicher Ressourcen rückt die Verbesserung der Ressourceneffizienz in der Produktion verstärkt in das Zentrum der Betrachtung. Diesem Trend müssen sich die Unternehmen der Fertigungs- und Verfahrenstechnik sowie die jeweiligen Produktionsausrüster stellen. Unternehmen können ihre Ressourceneffizienz verbessern, indem sie sowohl die Prozessketten der Produktion als auch den Lebenszyklus der Produkte optimieren. Nicht nur einzelne Komponenten sondern auch ganze Prozessketten können energieeffizient gestaltet werden. Stichworte sind hier: Intelligentes Wärmemanagement, Optimierung des Materialeinsatzes, energieautarke Systeme und Energierückgewinnung in Produktionsprozessen.

In einer Untersuchung zur Energieeffizienz in der Produktion - EffPro wurden Potentiale zur Steigerung der Ressourceneffizienz in der Produktion ermittelt und der entsprechende Forschungs- und Handlungsbedarf sowie erste Lösungsansätze erarbeitet. Die Handlungsempfehlung dieser Untersuchung führten zur Bekanntmachung "Ressourceneffizienz in der Produktion" (25. Bekanntmachung vom 03.03.2008).
Informationen zu diesen Projekten finden Sie im Themenfeld Energieeffizienz in der Produktion.

Um künftig nachhaltige kundenindividuelle Produkte realisieren zu können, ist Forschung in verschiedenen Phasen des Produktlebenszyklus erforderlich, z.B. für innovative Methoden der Produktentwicklung und neue Produktionsstrategien, zur Verknüpfung verschiedener Fertigungstechnologien in schnell umrüstbaren und rekonfigurierbaren Produktionssystemen oder zur nutzerorientierten Instandhaltung unter Einsatz produktbegleitender Informationssysteme. Gleichzeitig brauchen Unternehmen innovative Geschäftsmodelle zur nachhaltigen kundenindividuellen Produktion, die auf neuen Formen der Zusammenarbeit beruhen und die Vielseitigkeit qualifizierter Mitarbeiter nutzen.


Stand: Juni 2011