Product Life Cycle Oriented Evaluation of Manufacturing Technologies
Final Report Abstract
Deutschland ist mit einem Weltmarktanteil von ca. 15 % eine der wichtigsten Exportnationen für Präzisionswerkzeuge. Dabei sind Unternehmen mit zunehmenden gesetzlichen Auflagen sowie mit einer Verknappung kritischer Rohstoffe konfrontiert. Dies hat zur Folge, dass Unternehmen verstärkt in die Verantwortung genommen werden, eine Reduktion der durch ihre Produkte verursachten Umweltbelastungen in der Nutzungsphase anzustreben. Dies kann durch eine Anpassung der eingesetzten Fertigungsverfahren erreicht werden. Ziel des beantragten Forschungsvorhabens war daher die Entwicklung einer Methodik zur produktlebenszyklusorientierten Bewertung von Fertigungsverfahren. Durch die Anwendung der Methodik werden Stellhebel zur Reduktion der Umweltauswirkungen in der Nutzungsphase von Produkten identifiziert. Die Methodik wurde anhand des Fallbeispiels Vollhartmetall (VHM) Schaftfräser entwickelt. Als Ordnungsrahmen wurde auf der Norm DIN EN ISO 14044 zur Ökobilanzierung aufgebaut. Diese wurde um verschiedene Modelle und Methoden erweitert, um die Einflüsse der Herstellphase eines Produkts auf Umweltauswirkungen in seiner Nutzungsphase zu bewerten und Stellhebel zur Optimierung zu identifizieren. Die Methodik wird angewendet, um ausgehend von einer bestehenden Prozessfolge zur Fertigung von Produkten wie bspw. VHM Schaftfräsern Einflüsse der Herstellphase auf Umweltauswirkungen in der Nutzungsphase zu identifizieren und die Umweltauswirkungen des Produkts zu reduzieren. Die Methodik wurde in einem Strukturmodell zusammengefasst, welches aus vier Modulen besteht. Im ersten Modul wird der Untersuchungsrahmen festgelegt. Um eine systematische Identifikation aller Energie- und Stoffströme zu ermöglichen, wurde ein neues Beschreibungsmodell zur Aufteilung des Untersuchungsrahmens entwickelt, das eine systematische Erfassung sämtlicher Energie- und Stoffströme ermöglicht. Im zweiten Modul werden Wirkbeziehungen zwischen der Herstellphase und der Nutzungsphase sowie innerhalb der Nutzungsphase am Beispiel eines VHM-Schaftfräsers identifiziert. Um mit der Informationsbeschaffung bezüglich der Wirkbeziehungen einhergehende Unsicherheiten zu berücksichtigen, werden die gewonnenen Informationen mithilfe eines Informationsreifegrades bewertet. Im dritten Modul werden Kennzahlen zur Bewertung der Vollständigkeit und des Informationsgehalts von Sachbilanzen eingeführt, die den Vergleich verschiedener Sachbilanzen ermöglichen. Weiterhin wird die Übertragung der Sachbilanz eines konkreten Anwendungsfalls eines Fertigungsprozesses auf ähnliche Anwendungsfälle ermöglicht. Zur Berechnung der Umweltauswirkungen der bilanzierten Energie- und Stoffströme erfolgt im vierten Modul die Wirkungsabschätzung mithilfe der ReCiPe Methode. Abschließend wird ausgehend von verursachten Umweltauswirkungen durch die Identifikation geeigneter Stellhebel eine Optimierung der Prozessfolge der Herstellphase und der Prozessparameter der Nutzungsphase ermöglicht, um die verursachten Umweltauswirkungen zu reduzieren. Die Methodik liefert einen Ansatz, die Wirkbeziehungen in der Herstell- und der Nutzungsphase systematisch zu erarbeiten und darzustellen sowie Stellhebel zur Optimierung zu identifizieren. Dadurch wird es ermöglicht, Ressourcen einzusparen und den Beitrag zum Klimawandel zu reduzieren, woraus sich neben der Entlastung der Umwelt auch ein wirtschaftlicher Nutzen ergibt.
Publications
- (2019) Life cycle oriented technology chain optimization: a methodology to identify the influences of tool manufacturing on environmental impacts caused in the tool’s use phase. Prod. Eng. Res. Devel. (Production Engineering) 13 (5) 567–577
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Grünebaum, Timm; Hermann, Lennard; Trauth, Daniel; Bergs, Thomas
(See online at https://doi.org/10.1016/j.procir.2019.01.001) - Lebenszyklusorientierte Technologieplanung – Technologieauswahl unter Berücksichtigung des Produktlebenszyklus. ZWF Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb 112(11) S. 783–787
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(See online at https://doi.org/10.3139/104.111820) - Advancing transparency and information accuracy in life cycle assessment. 26. CIRP Life Cycle Engineering Konferenz. Purdue University, West Lafayette, USA. (05/2019)
Grünebaum, T.
