Ganzheitliches Life Cycle Management (eBook)

PD Dr.-Ing. Christoph Herrmann (geb. 1970) ist Leiter der Abteilung „Produkt- und Life-Cycle-Management" und seit 2005 im Institutsvorstand des Instituts für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF) der Technischen Universität Braunschweig. Von 03/2005 bis 05/2008 war er zusätzlich wissenschaftlicher Leiter des KERP Kompetenzzentrums, Wien (Österreich). Seit 08/2009 ist er zudem wissenschaftlicher Geschäftsführer und Vorstandsmitglied des Niedersächsischen Forschungszentrums Fahrzeugtechnik (NFF) an der TU Braunschweig. Sein Forschungsgebiet umfasst Modelle, Methoden und Werkzeuge für ein ganzheitliches Life Cycle Management. Forschungsprojekte beschäftigen sich u.a. mit Fragen des Life Cycle Design, der energie- und ressourceneffizienten Produktion sowie des Informations- und Prozessmanagements zum Schließen von Produkt- und Materialkreisläufen.

Einleitung 29
1.1 Problemstellung 29
1.2 Zielsetzung und Aufbau der Arbeit 33
Herausforderungen und neue Anforderungen an Unternehmen 35
2.1 Globale Herausforderungen 35
2.1.1 Anstieg der Weltbevölkerung 36
2.1.2 Angleichung der Lebensstandards 37
2.1.3 Verbrauch natürlicher (nicht-erneuerbarer) Ressourcen 39
2.1.4 Umweltwirkungen 41
2.1.5 Verständnis für komplexe Systeme 43
2.2 Ökonomische Herausforderungen und allgemeine Trends 45
2.2.1 Neue Wettbewerber 46
2.2.2 Verhandlungsmacht von Zulieferern und Abnehmern 49
2.2.3 Konkurrenzdruck unter den vorhandenen Wettbewerbern 49
2.2.4 Alternative Produkte und Dienstleistungen 50
2.2.5 Gestaltungselemente für die Unternehmensentwicklung 50
2.2.6 Allgemeine Trends 52
2.2.7 Beispiel „Individualisierung der Produkte“ 52
2.2.8 Beispiel „X-Tronic“ 52
2.2.9 Beispiel „Innovationstiming“ 56
2.2.10 Beispiel „hybride Angebote“ 56
2.2.11 Wirtschaftlichkeit der eingesetzten Betriebsmittel 57
2.2.12 Steigende Energie- und Rohstoffkosten 58
2.3 Ökologische Herausforderungen 59
2.3.1 Umweltprobleme und -ursachen 60
2.3.2 Aktuelle Ausmaße von Umweltproblemen und -ursachen 62
2.3.3 Zukünftige Entwicklungen 69
2.4 Nachhaltige Entwicklung 72
2.4.1 Gegenstände der Nachhaltigkeitsforderung und Dimensionen der nachhaltigen Entwicklung 74
2.4.1.1 Ökologische Dimension 74
2.4.1.2 Ökonomische Dimension 75
2.4.1.3 Soziale Dimension 76
2.4.2 Prinzipien und Strategien einer nachhaltigen Entwicklung 76
2.5 Ziele und Instrumente der Umweltpolitik 79
2.5.1 Ziele der Umweltentwicklung 79
2.5.2 Instrumente der Umweltpolitik 82
2.6 Industrielle Ökologie, Nachhaltiges Wirtschaften und Konsequenzen für Unternehmen 84
2.6.1 Industrielle Ökologie (Industrial Ecology) 84
2.6.2 Nachhaltiges Wirtschaften 85
2.6.2.1 Nachhaltigkeit ist zukünftig ein zentraler strategischer Wettbewerbsfaktor für die Wirtschaft 85
2.6.3 Konsequenzen für Unternehmen 86
Lebenszykluskonzepte und Management 91
3.1 Lebensphasen- und Lebenszykluskonzepte 91
3.1.1 Lebensphasenkonzepte (flussorientiert) 92
3.1.2 Lebenszykluskonzepte (zustandsorientiert) 93
3.1.2.1 Lebenszyklus biologischer und natürlicher Systeme 95
3.1.2.2 Lebenszykluskonzepte technischer Systeme 97
3.1.2.3 Klassischer Produktlebenszyklus 98
3.1.3 Integrierte Lebenszykluskonzepte (phasen- und zyklusorientiert) 99
3.1.3.1 Ergänzung der Entstehungsphase 99
3.1.3.2 Ergänzung der Entsorgungsphase 99
3.1.4 Lebenszykluskonzepte für Technologien 102
3.1.5 Lebenszykluskonzepte sozio-technischer Systeme 102
3.1.6 Kopplung verschiedener Lebenszyklen 106
3.2 Lebenszyklusorientiertes Management 107
3.2.1 Einordnung des Managements 109
3.2.2 Lösungsbausteine für ein lebenszyklusorientiertes Management 111
3.2.2.1 Wertketten- und kreislauforientierte Managementkonzepte 112
3.2.2.2 Life Cycle Management – UNEP/SETAC Life Cycle Initiative 114
3.2.2.3 Life Cycle Management – IFF Stuttgart 115
3.2.2.4 Life Cycle Management – CSC Ploenzke 117
3.2.2.5 Life Cycle Management in der Produktentwicklung – Schäppi 118
3.2.2.6 Life Cycle Management – 3M 118
3.2.2.7 Bezugrahmen für Nachhaltigkeitsorientierung in Forschung und Bildung – IWF Berlin 119
3.3 Handlungsbedarf 120
Modell und Bezugsrahmen für ein Ganzheitliches Life Cycle Management 123
4.1 Anforderungen an ein Ganzheitliches Life Cycle Management 124
Anchor 33 125
4.2 Managementmodelle und komplexe Systeme 126
4.2.1 Systemtheorie und Kybernetik 126
4.2.1.1 Systemtheorie 127
4.2.1.2 Kybernetik 130
4.2.2 Die systemisch-kybernetische Managementperspektive 131
4.2.2.1 Varietätsausgleich zwischen Umwelt, Operationen und Management 133
4.2.2.2 Lebensfähigkeit und Organisationsmethodik 133
4.2.3 Das Modell lebensfähiger Systeme 135
4.2.3.1 System 1 – Das Leistungssystem (ONE) 136
4.2.3.2 System 2 – Das Koordinationssystem (TWO) 136
4.2.3.3 System 3 und System 3* – Das operative Systemmanagement und sporadische Monitoring (THREE) 138
4.2.3.4 System 4 – Das strategische Systemmanagement (FOUR) 138
4.2.3.5 System 5 – Das normative Systemmanagement (FIVE) 139
4.2.3.6 Invarianz der Systemkomponenten 140
4.2.3.7 Rekursion der Systemkomponenten 140
4.2.3.8 Autonomie der Subsysteme 140
4.2.4 Das St. Galler Management-Konzept 141
4.3 Bezugsrahmen für ein Ganzheitliches Life Cycle Management 143
4.3.1 Disziplinen im Ganzheitlichen Life Cycle Management 146
4.3.1.1 Lebensphasenbezogene Disziplinen 147
4.3.1.2 Lebensphasenübergreifende Disziplinen 149
4.3.2 Kopplung von Lebenswegen und -zyklen 151
4.3.3 Integration und Zuordnung der Disziplinen 155
Lebensphasenübergreifende Disziplinen 159
5.1 Lebensweganalysen 159
5.1.1 Ökonomische Lebensweganalyse 159
5.1.1.1 Grundlagen 160
5.1.1.2 Kostenrechnung 164
5.1.1.3 Investitionsrechnung 166
5.1.1.4 Abgrenzung der Lebenszykluskostenrechnung im internen Rechnungswesen 167
5.1.1.5 Preinreich-Lücke-Theorems 170
5.1.1.6 Ansätze zur Lebenszyklusrechnung 171
5.1.1.7 Betrachtungsperspektive der Ansätze 171
5.1.1.8 Rechengröße der Ansätze 172
5.1.1.9 Umsetzung in Normen und Richtlinien 173
5.1.1.10 Vorgehensweise zur Lebenszyklusrechnung 174
5.1.1.11 Abbildungsziel 175
5.1.1.12 Erklärungsziel 175
5.1.1.13 Prognoseziel 176
5.1.1.14 Gestaltungsziel 177
5.1.1.15 Werkzeuge für die Lebenszyklusrechnung 177
5.1.2 Ökologische Lebensweganalyse 178
5.1.2.1 Grundlagen 180
5.1.2.2 Vorgehensweise 180
5.1.2.3 Zieldefinition 182
5.1.2.4 Sachbilanz 182
5.1.2.5 Wirkungsabschätzung 182
5.1.2.6 Interpretation 183
5.1.2.7 Auswertungsmethoden 183
5.1.2.8 Kumulierter Energieaufwand (KEA) 184
5.1.2.9 Methode des Umweltbundesamtes 184
5.1.2.10 Eco-Indikator 188
5.1.2.11 Material Intensität pro Serviceeinheit (MIPS) 189
5.1.2.12 Weitere Methoden 190
5.1.2.13 Allokation 191
5.1.2.14 Allokationsverfahren für offene und geschlossene Kreisläufe 192
5.1.2.15 Umgang mit Ungenauigkeiten und Unsicherheiten in Ökobilanzen 193
5.1.2.16 Werkzeuge und Datenbanken zur Durchführung von Ökobilanzen 193
5.1.3 Soziale Lebensweganalyse 194
5.2 Informations- und Wissensmanagement 197
5.2.1 Grundlagen des Informationsmanagements 198
5.2.1.1 Abgrenzung und Definition der Begriffe Information und Wissen 199
5.2.1.2 Begriffsbestimmung Informationsmanagement 201
5.2.1.3 Gegenstandsbereich und Ziele des Informationsmanagements 202
5.2.1.4 Aufgaben des Informationsmanagements 203
5.2.1.5 Informationsbedarfsanalyse 206
5.2.1.6 Informationsbeschaffung 206
5.2.1.7 Informationsverarbeitung 207
5.2.1.8 Informationsbereitstellung 208
5.2.2 Grundlagen des Wissensmanagements 208
5.2.2.1 Begriffsbestimmung Wissensmanagement 208
5.2.2.2 Gegenstandsbereich und Ziele des Wissensmanagements 209
5.2.2.3 Wissen in der Wissensbasis eines Unternehmens 210
5.2.2.4 Unterscheidung von Wissensarten 211
5.2.2.5 Aufgaben des Wissensmanagements 212
5.2.3 Lebenszyklusorientiertes Informations- und Wissensmanagement 216
5.2.3.1 Anforderungen an ein lebenszyklusorientiertes Informationsmanagement 217
5.2.3.2 Lebenszyklusorientierte Informationsbedarfsanalyse 218
5.2.3.3 Lebenszyklusorientierte Informationsbeschaffung 219
5.2.3.4 Lebenszyklusorientierte Informationsverarbeitung 220
5.2.3.5 Lebenszyklusorientierte Informationsbereitstellung 221
5.2.3.6 Anforderungen an ein lebenszyklusorientiertes Wissensmanagement 222
5.2.4 Entwicklungsstufen und –perspektiven eines lebenszyklusorientierten Informations- und Wissensmanagements 224
5.2.4.1 Product Data Management (PDM) 225
5.2.4.2 Product Lifecycle Management (PLM) 226
5.2.4.3 Collaborative Product Definition Management (CPDM) 229
5.2.4.4 Information Lifecycle Management 231
5.2.4.5 Umsetzungsbeispiele 232
5.2.4.6 Internationales Materialdatensystem (IMDS) 232
5.2.4.7 International Dismantling Information System (IDIS) 232
5.2.4.8 Recyclingpass 233
5.3 Prozessmanagement 234
5.3.1 Grundlagen des Prozessmanagements 235
5.3.1.1 Modellierung von Prozessen 241
5.3.1.2 Prozessgestaltung und -optimierung 244
5.3.1.3 Kenngrößen von Prozessen 249
5.3.2 Lebenszyklusorientiertes Prozessmanagement 252
5.3.2.1 Supply Chain Management 252
5.3.2.2 Closed-Loop Supply Chain Management 256
5.3.2.3 Umweltfokussierung in Supply Chains durch Green CLSC 258
5.3.2.4 Outsourcingpotenziale von Prozessen in CLSC 259
5.3.2.5 Eintreten in CLSC als taktische Unternehmensoption 260
5.3.2.6 Erweiterung des SCOR-Modells im Sinne eines CLSC Managements 260
5.3.2.7 Prozessstrukturen bei der Unterstützung von CLSC in der Ersatzteilversorgung 261
5.3.2.8 Zusammenfassung operativer Lösungsansätze 262
Lebensphasenbezogene Disziplinen 263
6.1 Produktmanagement 263
6.1.1 Grundlagen des Produktmanagements 263
6.1.1.1 Produktentstehung und Innovationsmanagement 264
6.1.1.2 Verständnisebene 266
6.1.1.3 Steuerungsebene 269
6.1.1.4 Aufgaben des Innovationsmanagements 270
6.1.1.5 (Strategische) Produktplanung 270
6.1.1.6 Strategische Produktplanung nach Gausemeier 273
6.1.1.7 Produktplanung nach VDI 274
6.1.1.8 Produktentwicklung 275
6.1.1.9 Schaffen geeigneter Strukturen und Prozesse 278
6.1.1.10 Einsatz von Hilfsmitteln zur Unterstützung von Entwicklungsaktivitäten 278
6.1.2 Lebenszyklusorientierung in der Produktplanung 285
6.1.2.1 Kostenbasierte, lebenszyklusorientierte Produktplanung 289
6.1.2.2 Lebenszyklusorientierte Zielfindung 290
6.1.2.3 Lebenszyklusorientierte Situationsanalyse 291
6.1.2.4 Lebenszyklusorientierte Zukunftsprognose 296
6.1.2.5 Lebenszyklusorientierte Ideenfindung und -bewertung 298
6.1.2.6 Lebenszyklusorientierte Umsetzungsplanung 302
6.1.2.7 Handlungsstrategien und Suchfelder zur Integration von Umweltanforderungen 303
6.1.2.8 Informationssysteme für die lebenszyklusorientierte, umweltgerechte Produktgestaltung 305
6.1.2.9 Ganzheitliche Produktanalyse und -bewertung 305
6.1.3 Lebenszyklusorientierung in der Produktentwicklung 306
6.1.3.1 Lebenszyklusorientierte Erweiterung des Concurrent Engineering und des DFM 309
6.1.3.2 Lebenszyklusorientierte Entwicklung von Werkzeugmaschinen 311
6.1.3.3 Berücksichtigung von Umweltaspekten bei der Integration von Kundenwünschen und -anforderungen 311
6.1.3.4 Integration von Anforderungen aus Service, Demontage und Recycling 313
6.1.3.5 Unterstützung der lebenszyklusorientierten Produktentwicklung durch Informations- und Wissensbereitstellung 317
6.1.3.6 Zusammenfassung Produktmanagement 319
6.2 Produktionsmanagement 322
6.2.1 Grundlagen des Produktionsmanagement 322
6.2.1.1 Produktion als Transformationsprozess 323
6.2.1.2 Aufbau eines Produktionssystems 325
6.2.1.3 Aufgaben des Produktionsmanagements 327
6.2.1.4 Produktionsplanung und -steuerung 328
6.2.1.5 Gestaltung des Produktionsprogramms 330
6.2.1.6 Evolution der Produktionsorganisation 331
6.2.1.7 Ganzheitliche Produktionssysteme 332
6.2.2 Lebenzyklusorientiertes Produktionsmanagement 334
6.2.2.1 Anpassungs- und Entwicklungsfähigkeit des Fabriksystems 337
6.2.2.2 Integration wirtschaftlicher, ökologischer und sozialer Aspekte 340
6.2.2.3 Betriebliches Umweltmanagement, betrieblich-technischer Umweltschutz und Umweltmanagementsysteme 343
6.2.2.4 Energie- und Ressourceneffiziente Produktionsprozesse 348
6.2.2.5 Ganzheitliche Betrachtung energieeffizienter Fabriksysteme 357
6.2.2.6 Nachhaltigkeitsorientierte Gestaltung Ganzheitlicher Produktionssysteme 367
6.2.2.7 Zusammenfassung Produktionsmanagement 372
6.3 After-Sales Management 376
6.3.1 Grundlagen des After Sales Management 377
6.3.1.1 Betriebsverhalten technischer Systeme 380
6.3.1.2 Grundlagen der Instandhaltung 382
6.3.1.3 Grundlagen des Ersatzteilmanagements 383
6.3.2 Lebenszyklusorientiertes After-Sales Management 387
6.3.2.1 Lebenszyklusorientierte Betrachtung von Instandhaltungsstrategien 388
6.3.2.2 Ökologische und wirtschaftlich-technische Bewertung der Instandhaltung 392
6.3.2.3 Lebenszyklusorientiertes Ersatzteilmanagement 393
6.3.2.4 Lebenszyklusorientiertes dezentrales Wissensmanagement in der Nachserienversorgung 398
6.3.2.5 (Industrielle) Produkt-Service-Systeme 400
6.3.2.6 Zusammenfassung After-Sales-Management 401
6.4 End-of-Life Management 403
6.4.1 Grundlagen und Rahmenbedingungen 404
6.4.1.1 Rechtliche Rahmenbedingungen 406
6.4.1.2 Technische Rahmenbedingungen 411
6.4.1.3 Ökonomische Rahmenbedingungen 419
6.4.3 Lebenszyklusorientiertes End-of-Life Management 425
6.4.3.1 Definition von End-of-Life Strategien 427
6.4.3.2 Redistributionsplanung 431
6.4.3.3 Demontageplanung 434
6.4.3.4 Aufarbeitungsplanung 436
6.4.3.5 Gestaltung der Schnittstelle zur Produktplanung und -entwicklung 439
6.4.3.6 Gestaltung der Schnittstelle zur Produktionsplanung und -steuerung 440
6.4.3.7 Zusammenfassung End-of-Life Management 441
Zusammenfassung und Ausblick 444
7.1 Zusammenfassung 444
7.2 Ausblick 446