Fertigungsgerechte Produktgestaltung

Produktbezogene Strategie

Das Bild zeigt Icons, welche Arbeitsgeräte und Computersysteme in einer Fabrik symbolisieren.© VDI ZRE

Ressourceneffizienz, Anwendungsbereich, Grenzen

Die Tabelle ordnet die Strategie/Maßnahme Fertigungsgerechte Produktgestaltung ein. Der Bezug ist Produkt. Der einflussnehmende Akteur ist Produktentwicklung, Arbeitsvorbereitung. Die Lebensphase ist Produktherstellung. Die Lebensweganalyse ist bedingt erforderlich.Ziel und Funktion

Eine fertigungsgerechte Produktgestaltung zielt darauf ab, Produkte so zu gestalten, dass diese bei gegebener Produktions­infra­struktur herstellbar sind. In diesem Fall steht zusätzlich im Vordergrund, wie Produktentwickler mit dieser Strategie den Ressourcenaufwand zur Herstellung beeinflussen können. Indikatoren für eine misslungene Berücksichtigung der Fertigung in der Produktgestaltung sind beispielsweise hohe Aufwände für Nacharbeit, qualitäts- und fertigungsbedingte Ausschüsse sowie eine große Anzahl notwendiger Fertigungsschritte. Die Stellhebel des Produktentwicklers liegen hier in der Definition einer fertigungsgerechten Baustruktur sowie in der Beteiligung an der Auswahl und Optimierung des Fertigungsverfahrens.

Bezug zur Ressourceneffizienz

Fertigungsbedingte Ressourcenaufwände entstehen durch Stoffe, welche entweder direkt in das Produkt fließen (Roh- und Hilfsstoffe) oder in der Produktion verbraucht werden (Betriebsstoffe). In der Konstruktion werden Roh- und Hilfsstoffe durch die Materialwahl, die Geometrie und die Spezifikation von Fügeverbindungen direkt festgelegt. Darüber hinaus können qualitätsbedingte Ausschüsse reduziert werden (z. B. durch Vermeidung diffiziler Geometrien, die mit bestehenden Mitteln kaum herstellbar sind). Ein Einfluss auf den Bedarf an Betriebsstoffen erfolgt indirekt. So legen die gewählte Geometrie und das Material des Produktes die Anzahl notwendiger Bearbeitungsschritte fest. Hierdurch ergeben sich unter anderem auch die Betriebsdauer der Maschinen und der damit verbundene Stromverbrauch.

Anwendungsbereiche und Akteure

Eine Beeinflussung der Produktgestalt im Sinne einer ressourceneffizienten Fertigung ist für alle physisch herstellbaren Produkte relevant. Die konkreten Vorgaben zur Optimierung der Konstruktion unterscheiden sich nach den jeweiligen Fertigungsverfahren in urformgerecht, umformgerecht, trenngerecht und fügegerecht.* Pahl, G.; Beitz, W.; Feldhusen, J. und Grote, K. H. (2013). Pahl/Beitz Konstruktionslehre: Grundlagen erfolgreicher Produktentwicklung. Methoden und Anwendung. Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg, S. 426 ff.

Als Grundlage für produktbezogene Maßnahmen zur Optimierung der Ressourceneffizienz in der Fertigung bedarf es eines engen Dialoges zwischen Produktentwicklung und Produktionsplanung/Arbeitsvorbereitung.

Grenzen

Eine Optimierung der Produktgestalt für die Fertigung kann unter Umständen zu Wechselwirkungen und Zielkonflikten mit anderen Phasen des Produktlebenszyklus führen. So ist z. B. ein zentrales Element einer fertigungsgerechten Konstruktion eine möglichst einfache Bauteilgestaltung, die auf wenigen Verarbeitungsschritten beruht. Im Gegensatz dazu verlangt eine Gewichtsoptimierung von Gussbauteilen im Rahmen einer Leichtbaustrategie aufwändigere und komplexere Gussgestaltungen, die den Gießprozess risikoreicher und schwieriger gestalten* Herrmann, C.; Pries, H. und Hartmann, G. (Eds.) (2014): Energie- und ressourceneffiziente Produktion von Aluminiumdruckguss. Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg, S. 48. . Neue Möglichkeiten additiver Fertigung bieten hier große Potenziale, derartige Strukturen mit wenig Aufwand zu erzeugen. Nichtsdestotrotz entstehen durch die additive Fertigung hohe Energieaufwände, die der Einsparung von Material und Gewicht gegenübergestellt werden müssen. Dies kann im Rahmen einer Lebenszyklusanalyse erfolgen.

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Wege der Umsetzung und Beispiele

Mögliche Wege der Umsetzung sind:

  • Fertigungsgerechte Baustruktur
  • Auswahl und Optimierung des Fertigungsverfahrens
  • Digital integrierte Produktentwicklung und Produktion

 

Fertigungsgerechte Baustruktur

Die Festlegung der Baustruktur eines Produktes definiert bereits zu wesentlichen Teilen, wie viele Komponenten gefertigt werden müssen, welche Verfahren für die Fertigung infrage kommen und ob die Teile zukaufbar bzw. inhouse produzierbar sind. Aus Sicht der Ressourceneffizienz stellt sich hier insbesondere die Frage, ob eine Integral- oder Differenzialbauweise sinnvoll ist.* Pahl, G.; Beitz, W.; Feldhusen, J. und Grote, K. H. (2013). Pahl/Beitz Konstruktionslehre: Grundlagen erfolgreicher Produktentwicklung. Methoden und Anwendung. Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg, S. 419 ff.

Eine Differenzialbauweise ist vor allem gut mit einer Modularisierungsstrategie kombinierbar. Durch die Definition von Fertigungsbausteinen ergibt sich der Vorteil, dass die interne Variantenvielfalt für die Fertigung gering gehalten wird (z. B. durch Nutzung von gemeinsam verwendeten Bauteilen über verschiedene Produktvarianten bzw. eine Produktfamilie hinweg).* Reichwald, R. und Piller, F. T. (2000). Mass customization-Konzepte im electronic business. In: Handbuch Electronic Business (pp. 359 – 382). Gabler Verlag, Wiesbaden., S. 364 ff. In diesem Fall können z. B. Rüst- und Anfahrverluste in der Produktion durch höhere Losgrößen vermieden werden. Darüber hinaus ergeben sich Skaleneffekte über eine Lernkurve bei der Produktion, die zu geringerem qualitätsbedingtem Ausschuss führen kann. Komplementär zu Vorteilen in der Produktion können modulare Produkte auch positive Effekte in anderen Lebenszyklusphasen nach sich ziehen (z. B. bessere Reparierbarkeit, Wartbarkeit, teilweise kompakteres Transportvolumen).

Eine Integralbauweise bietet ebenfalls viele Vorteile. Wenn verschiedene Komponenten und Funktionen in einem Bauteil vereint werden, sinkt zumeist die Anzahl der Bearbeitungsschritte. So konnte z. B. die Anzahl der Bearbeitungsvorgänge eines Bauteils innerhalb des Airbus-A380-Treibstoffsystems durch Integralbauweise von 31 auf fünf Schritte reduziert werden.* Grützmann, C. und Wischeropp, T. (2014): A380 Fuel Connector unter Anwendung generativer Fertigungsverfahren, 13. Fachtagung Rapid Prototyping, HAW Hamburg. Darüber hinaus bietet sich ein hohes Potenzial für Material- und Energieeffizienz, indem Bauteile über Urformen anstelle einer spanenden Bearbeitung hergestellt werden. Aufgrund der komplexeren Geometrien, die mit diesen Verfahren herstellbar sind, bietet sich die Integralbauweise vor allem in Kombination mit einer beanspruchungsgerechten Konstruktion bzw. einer Leichtbaustrategie an.

Praxis-Beispiel: Funktionsintegration von Motorkomponenten durch Optimierung der Baustruktur

Ein Hersteller für Lastkraftfahrzeuge hat ein völlig neues Konzept für die Herstellung von Vierzylinder-Motoren präsentiert. Durch die Optimierung der Konstruktion für die additive Fertigung konnten jeweils 25 % der Teile (ca. 200 von 841 Teilen) in andere Komponenten integriert werden.
Neben einer signifikanten Reduktion der Fertigungsschritte ergab sich hierdurch auch eine Gewichtseinsparung im Endprodukt von ca. 25 % (ca. 120 kg von 525 kg).* 3Dmake (2017): 3D-Metall-Druck bei Renault Trucks (online). 3Dmake, (abgerufen am: 24. Juni 2022).


Auswahl und Optimierung des Fertigungsverfahrens

Für die fertigungsgerechte Auslegung eines Produktes ist es für den Produktentwickler wichtig, möglichst frühzeitig das Verfahren der Herstellung zu kennen, um das Produkt an die Prozesskette anzupassen. Sind mehrere Verfahren möglich, sollte zusammen mit der Produktionsplanung der ressourceneffizienteste Weg der Herstellung gewählt werden (siehe Beispiel). Ansonsten kann der Produktentwickler auch indirekt durch seine Konstruktion Einfluss auf mögliche Verfahren und den Ressourcenverbrauch der Fertigung nehmen. So impliziert z. B. die Vorgabe eines sehr geringen Bohrungsdurchmessers im Mikrometerbereich, dass herkömmliche Bohrmaschinen nicht mehr einsetzbar sind. In diesem Fall müsste eine energieintensive Laserbohrung vorgesehen werden. Ein weiteres Beispiel sind niedrige Toleranzen* Pahl, G.; Beitz, W.; Feldhusen, J. und Grote, K. H. (2013). Pahl/Beitz Konstruktionslehre: Grundlagen erfolgreicher Produktentwicklung. Methoden und Anwendung. Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg, S. 427 ff. , die zumeist aufwändigere Herstellverfahren mit größerem Verschnitt, mehr Nacharbeit und umfassende Qualitätskontrollen fordern. Durch zu genaue Angaben der Konstruktion steigt außerdem das Risiko qualitätsbedingter Ausschüsse. Im Allgemeinen sollte die Konstruktion also nur die tatsächlichen technisch-funktionalen Bedarfe des Produktes widerspiegeln und ein "Over Engineering" vermieden werden.

Praxis-Beispiel: Berücksichtigung des Fertigungsverfahrens bei der Konstruktion von Titangroßbauteilen für die Luftfahrt

Zur Realisierung von Leichtbauprojekten in der Flugzeugindustrie werden Bauteile aus einer Titan-Aluminium-Legierung hergestellt. Die Teile können entweder aus dem Vollen gefräst oder gegossen werden. Daher sollte schon in der Konstruktion entschieden werden, welche Art der Herstellung aus Sicht der Ressourceneffizienz sinnvoller ist. In diesem Fall führt eine Fräsbearbeitung zu einem Materialverlust von ca. 90 % in Form von Spänen. Des Weiteren ist der Fräsprozess sehr energieintensiv, da Titan über schlechte Wärmeleiteigenschaften verfügt und somit große Mengen Kühlschmierstoff verwendet werden müssen.
Verglichen mit dem spanenden Verfahren kann der Materialverbrauch pro Bauteil durch Gießen von 10 kg auf 2 kg Titan gesenkt werden. Der Energieaufwand bei der Rohstoffherstellung wird von 1.090 kWh auf 266 kWh verringert. Übertragen auf den CO2-Ausstoß kann dieser von 650 kg/Fertigteil auf 127 kg reduziert werden* Gerke-Cantow, R. und Hellwig, C. (2010): Innovative, materialeffiziente Produktion von Titangroßbauteilen mittels Titanfeinguss. TITAL GmbH. 11.2010, (abgerufen am: 12.11.2018). . Aus diesem Grund sollte bereits in der Konstruktion auf eine gussgerechte Konstruktion der Bauteile geachtet werden.


Digital integrierte Produktentwicklung und Produktion

Digitale Engineering-Prozesse an der Schnittstelle zwischen Produktentwicklung und Produktion können bei der Erschließung neuer Ressourceneffizienzpotenziale unterstützen. Dies ist zum einen durch die Vermeidung von physischen Prototypen und Testständen möglich. Darüber hinaus ergeben sich Optionen, Konstruktionsentwürfe anhand von Simulationen des Ressourcenverbrauchs einzelner Fertigungsvorgänge zu optimieren.

Innerhalb der Produktentstehung werden in vielen Unternehmen noch immer umfangreiche Versuche mit physischen Prototypen durchgeführt. Zweck dieser Versuche ist einerseits die Absicherung von Funktionen des Produktes sowie die Vorbereitung einer Serienfertigung. Da die speziell für Tests gebauten Prototypen zumeist im Anschluss verschrottet werden, ergeben sich hier ebenfalls Potenziale für Ressourceneffizienz. Im Zuge der Digitalisierung­ der Engineering-Prozesse können diese Potenziale auch immer besser genutzt werden. Dies geschieht insbesondere dadurch, dass die Gestalt und das Verhalten von Produkt (virtueller Prototyp) und Produktionsanlage (digitale Fabrik) durch Modelle prospektiv abbildbar sind.

Als virtueller Prototyp wird eine Kombination von statischen (z. B. CAD) und dynamischen (z. B. FEM, MKS) Modellen eines Produktes bezeichnet* Feldhusen, J. und Gebhardt, B. (2008): Product Lifecycle Management für die Praxis. Ein Leitfaden zur modularen Einführung, Umsetzung und Anwendung (online). Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag Berlin Heidelberg. ISBN 978-3-540-34009-6. . Durch die modellhafte Abbildung können die Gestalt und das Verhalten des Produktes bereits frühzeitig simuliert und gegenüber allen prognostizierten Beanspruchungen und gewollten Funktionsmustern abgesichert werden. Hierdurch ist es möglich, die Anzahl physischer Prototypen zu verringern und somit auch Ressourcen einzusparen.

Die digitale Fabrik definiert sich durch das Zusammenwirken von Methoden, Modellen und Werkzeugen, die den Produktionsplaner bei Vorbereitungen der Inbetriebnahme, des Anlaufes und der Serienfertigung unterstützen. Hierbei stehen die Verkürzung und Absicherung des Anlaufs sowie die Optimierung der Serienproduktion im Vordergrund. Zu diesem Zweck erfolgt eine digitale Abbildung von statischen (z. B. Bauteilgeometrie) und dynamischen (z. B. Materialfluss) Modellen von Anlagen und Produktionsabläufen* VDI 4499 Blatt 2: 2011-05: Verein Deutscher Ingenieure e.V., Digitale Fabrik - Digitaler Fabrikbetrieb. Beuth Verlag GmbH, Berlin. . Neben Modellen der Fertigungsstationen können an dieser Stelle ebenfalls Modelle des Produktes integriert werden. Hierdurch bietet die digitale Fabrik eine wichtige Schnittstellenfunktion zwischen Produktentwicklung und Produktionsplanung. Aus Sicht der Ressourceneffizienz können durch Methoden der digitalen Fabrik daher neben fabrikplanerischen Maßnahmen, wie z. B. der Organisation effizienter Materialflüsse, auch Rückschlüsse auf das Produktdesign gezogen werden. So ist z. B. eine Simulation von Bearbeitungsvorgängen möglich, um den Verschnitt zu bestimmen. Ist dieser zu hoch, können Anpassungen der Produktgeometrie sinnvoll sein, z. B. die Vermeidung schwieriger Radien* Sauer, O. (2018): Digitales Abbild - Was in den Digitalen Zwilling gehört. TeDo Verlag GmbH (abgerufen am: 18. März 2019). .

Wenn das digitale Fabrikmodell soweit mit dem real existierenden Maschinenpark verknüpft ist, dass es ein realitätsgetreues Abbild der Maschinen und Anlagen liefert, kann von einem digitalen Fabrikzwilling gesprochen werden. Ziel sind die Simulation, Steuerung und Verbesserung der physischen Assets aus der virtuellen Welt. Charakteristisch hierbei ist die Kopplung eines statischen Fabrikmodells mit Echtzeitdaten, welche die reale Produktion widerspiegeln. Hierbei können Auftrags- und Betriebsdaten sowie Energie- und Materialverbrauchsdaten im Vordergrund stehen. Außerdem sind im Zwilling die jeweiligen Fähigkeiten und Konfigurationsmöglichkeiten der Maschinen hinterlegt, so dass sich diese automatisch und selbstständig an neue Situationen in der Produktion anpassen können (z. B. neue Aufträge, Störungen etc.).

Praxis-Beispiel: Demozelle Smarte Fabrik 4.0

Am Fraunhofer IPK wird im Kontext von Industrie 4.0 an Lösungen geforscht, um individuelle Produkte in kleinen Stückzahlen zu fertigen, ohne dabei den Produktionsablauf im Vorfeld fest planen zu müssen. Hierfür erfolgt der Aufbau einer durchgängigen digitalen Prozesskette vom Produktmodell zum Produktionsprozess. Diese ist insbesondere wichtig, um die Herstellbarkeit des Produktes automatisiert zu evaluieren, den Prozess ggf. anzupassen und darüber hinaus den Ressourcenverbrauch der Herstellung vorab zu prüfen. In der "Smart Factory 4.0" wird diese Vorgehensweise anhand eines vereinfachten Produktionsprozesses (Herstellung eines Kaffeeuntersetzers) bereits aufgezeigt. Wesentlicher Bestandteil der Smart Factory ist ein digitaler Zwilling des Produktionsprozesses, der Daten zum Prozess in Echtzeit generiert und darüber hinaus auch Simulationen erlaubt. Im Kontext der Entwicklung ressourceneffizienter Produkte wäre zukünftig beispielsweise folgendes Szenario denkbar: Die Entwicklung konstruiert auf Basis eines Kundenauftrages ein Bauteil und möchte sich über den Ressourcenaufwand zur Fertigung informieren. Hierfür kann der Produktionsplaner direkt auf Basis des digitalen Zwillings und entsprechender Simulationsmodelle eine Abschätzung für den Energie- und Materialbedarf der Herstellung geben. Auf dieser Basis kann ein Angebot zur Herstellung des Bauteils für den Kunden genau definiert bzw. das Produktdesign entsprechend abgeändert werden, um Ressourcenaufwände zu verringern* Fraunhofer IPK (2016): Demozelle »Smarte Fabrik 4.0« – Digitaler Fabrikzwilling (online). Das Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik, (abgerufen am: 24. Juni 2022). .

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Methoden

  • Abteilungsübergreifende Projektteams
  • Heuristiken für fertigungsgerechte Produktentwicklung
  • Simulationstools
  • Entwicklungsbegleitende Kostenabschätzung

 

Abteilungsübergreifende Projektteams

Eine typische Barriere für eine erfolgreiche und ressourceneffiziente Produktentwicklung liegt in einem mangelnden Austausch der verschiedenen an einer Produktentwicklung beteiligten Stakeholder. Hierzu zählen z. B. Vertreter aus den Bereichen Marketing, Beschaffung, Kostenmanagement und Fertigung. Da die hier genannten Bereiche in Unternehmen zumeist in getrennten Abteilungen organisiert sind, empfiehlt es sich, diese starre Struktur projektbasiert in interdisziplinären Teams aufzubrechen. Hierdurch ergibt sich neben dem fachlichen Austausch, der kontinuierlichen Produkt- und Prozessverbesserung sowie dem frühzeitigen Erkennen von Problemen auch die Möglichkeit, Entwicklungszeit zu sparen (Simultaneous Engineering). Die unter dem Begriff „Integrierte Produktentwicklung“ zusammengefasste Vorgehensweise von Ehrlenspiel, K. und Meerkamm, H.* Ehrlenspiel, K. und Meerkamm, H. (2017): Integrierte Produktentwicklung. Denkabläufe, Methodeneinsatz, Zusammenarbeit (online). 6., vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage. München: Hanser. ISBN 978-3-446-44089-0. greift diesen Gedanken auf und kann als Anleitung zur besseren Integration der Stakeholder verwendet werden. Es empfiehlt sich für derartige Projekte klare Ziele und Zeitpläne zu definieren. Außerdem kann gerade bei sensiblen Themen mit verfahrenen Ansichten auch eine externe Moderation von Projekttreffen sinnvoll sein.


Heuristiken für fertigungsgerechte Produktentwicklung

In der einschlägigen Fachliteratur wurden bereits zahlreiche Positiv- und Negativbeispiele für eine fertigungsgerechte Produktgestaltung definiert. Diese unterscheiden sich unter anderem nach den jeweiligen Fertigungsverfahren in urformgerecht, umformgerecht, trenngerecht, fügegerecht* Pahl, G.; Beitz, W.; Feldhusen, J. und Grote, K. H. (2013). Pahl/Beitz Konstruktionslehre: Grundlagen erfolgreicher Produktentwicklung. Methoden und Anwendung. Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg, S. 419 ff. . Neben Tipps zur Herstellbarkeit (z. B. Vermeidung von Hinterschneidungen bei Gießprozessen) finden sich hier auch Hinweise, Ressourcen einzusparen, z. B. Minimierung von Bearbeitungsflächen bei Fräsvorgängen.* Kalweit, A.; Paul, C.; Peters, S.; Wallbaum, R. (2012): Handbuch für Technisches Produktdesign – Material und Fertigung – Entscheidungsgrundlagen für Designer und Ingenieure. 2. Auflage, Springer Verlag, Berlin Heidelberg, ISBN 978-3-642-02641-6, S. 600 ff.


Simulationstools

Mittels Simulationen lassen sich Ressourceneffizienzpotenziale genau evaluieren, ohne kostenintensive Prototypen herzustellen und Versuche durchzuführen. Standardwerkzeuge, wie Computer Aided Manufacturing, helfen dabei, aus dem CAD-Modell effiziente Bearbeitungswege (z. B. bei Fräsvorgängen) abzuleiten und diese vorab zu prüfen. Darüber hinaus existieren spezielle Softwarelösungen, die einzelne Fertigungsverfahren fokussieren (z. B. Druckgusssimulation).


Entwicklungsbegleitende Kostenabschätzung

Einige CAD-Programme bieten mittlerweile die Funktion an, mittels einer gegebenen Konstruktion Aussagen über die Material- und Fertigungskosten des Entwurfs zu treffen. Hierfür wird anhand der Geometrie auf die Fertigungsschritte geschlossen, die in einer Datenbank mit ihren jeweiligen Kosten hinterlegt sind. Hierdurch ist es möglich, verschiedene Geometriealternativen des Entwurfs zu evaluieren und diese auch hinsichtlich der Materialkosten zu vergleichen. Auf dieser Basis können dann ggf. Konstruktionsalternativen in Betracht gezogen werden, die weniger Fertigungsschritte und Materialverluste nach sich ziehen (siehe z.B. aPriori (2018)* aPriori (2018): Design to Cost (online). aPriori (abgerufen am: 27. November 2018). ).

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Übersicht aller Strategien und Maßnahmen

  • Produktbezogene Strategien und Maßnahmen
    • Produkt-Service-Systeme

      Durch die Kombination von Produkten und Services ergeben sich unterschiedliche Potenziale, um Ressourcen entlang des Produktlebens einzusparen.

      Zu „Produkt-Service-Systeme“
    • Optimierte Materialauswahl

      Die Wahl der Materialien eines Produktes erfolgt in der Entwicklung primär in Abhängigkeit von der angestrebten Funktionalität. Darüber hinaus kann die Materialauswahl als wesentliche Stellschraube für die Erschließung von Ressourceneffizienzpotenzialen dienen.

      Zur „Optimierten Materialauswahl“
    • Leichtbau

      Die Motivationen für Leichtbau ergeben sich entweder durch Einsparungen von Material und Energie in der Produktion oder im Fall bewegter Produkte durch eine Verringerung des Energieaufwandes und der sich daraus resultierenden Emissionen und Umweltwirkungen in der Nutzungsphase.

      Zum „Leichtbau“
    • Fertigungsgerechte Produktgestaltung

      Eine fertigungsgerechte Produktgestaltung zielt darauf ab, Produkte so zu gestalten, dass diese bei gegebener Produktions­infra­struktur herstellbar sind, ohne zusätzlich Ausschuss und Materialverluste oder einen übermäßig höheren Energieverbrauch zu erzeugen.

      Zu „Fertigungsgerechte Produktgestaltung“
    • Ressourceneffiziente Produktnutzung

      Für viele Produkte stellt die Phase der Nutzung den wesentlichsten Beitrag zum Ressourcenverbrauch in ihrem Lebenszyklus dar. Verbesserungen in dieser Phase bezogen auf die Ressourceneffizienz zeigen sich daher oft als besonders wirksam.

      Zur „Ressourceneffizienten Produktnutzung“
    • Verlängerung der Produktnutzungsdauer

      Eine Verlängerung der Produktnutzungsdauer entspricht einer Annäherung an die technische Lebensdauer. Dadurch vergrößert sich der Zeitraum, in dem eine Funktion bereitgestellt wird, ohne hierfür erneut Energie und Material für die Produktion aufzuwenden. Dies erhöht die Ressourceneffizienz entlang des Lebenswegs.

      Zur „Verlängerung der Produktnutzungsdauer“
    • Verlängerung der technischen Produktlebensdauer

      Durch die Verlängerung der technischen Lebensdauer müssen weniger Produkte nachproduziert werden. Dadurch sinkt der Energie- und Materialaufwand, um den Nutzen des Produktes bereitzustellen. Dies führt zu einer Erhöhung der Ressourceneffizienz entlang des Lebenswegs.

      Zur „Verlängerung der technischen Produktlebensdauer“
    • Kreislaufgerechte Produktgestaltung

      Eine kreislaufgerechte Produktgestaltung ermöglicht es, die Wiedernutzbarkeit sicherzustellen und eine Kreislaufführung von Bauteilen und Materialien, die im Produkt verwendet wurden.

      Zur „Kreislaufgerechte Produktgestaltung“
  • Prozessbezogene Strategien und Maßnahmen
    • Planung ressourceneffizienter Fertigungsprozesse

      Im Rahmen der Planung von Produktionsprozessen erfolgt u. a. die Auswahl der einzusetzenden Fertigungsverfahren. Insbesondere durch die Einrichtung und Gestaltung des Ablaufes neuer Produktionsprozesse bieten sich viele Potenziale, die Ressourceneffizienz zu erhöhen.

      Zur „Planung ressourceneffizienter Fertigungsprozesse“
    • Fertigungsprozessoptimierung

      Prozessverbesserungen erzielen eine Verringerung an Material und Energieaufwand in Fertigungsprozessen, ohne dabei das Prozessergebnis oder die Produktqualität herunterzusetzen. Die Zahl möglicher Stellhebel ist groß.

      Zur „Fertigungsprozessoptimierung“
    • Vermindern von geplantem Ausschuss und Nacharbeit

      Die Verminderung von geplantem Ausschuss wirkt sich direkt auf die Materialeffizienz aus: Es können mehr Fertigteile aus einer festen Menge von Rohmaterial erzeugt werden. Die Produktivität erhöht sich durch eine verminderte Ausschussmenge.

      Zu „Vermindern von geplantem Ausschuss und Nacharbeit“
    • Vermindern von geplantem Verlust

      Eine Verminderung des geplanten Verlustes führt zu einer besseren Ausnutzung von (Roh-)Materialien. Die Produktion kann bei gleichem Materialeinsatz eine höhere Produktionsmenge erzielen oder aber bei gleicher Produktionsmenge den Materialeinsatz verringern.

      Zu „Vermindern von geplantem Verlust“
    • Minimierung des Bearbeitungsvolumens

      Durch die Verminderung des Bearbeitungsvolumens werden hauptsächlich (Roh-)Materialien eingespart und die Nutzungsdauer von Werkzeugen verlängert. Darüber hinaus kann durch ein verringertes Bearbeitungsvolumen eine Energieeinsparung erzielt werden.

      Zur „Minimierung des Bearbeitungsvolumens“
    • Vermindern von Lagerungsverlusten

      Verluste durch Lagerung sind vielfältig und verursachen sinnlose Energie- und Materialaufwände in der Herstellung. Die Minimierung von Lagerungsverlusten erhöht die Materialeffizienz in der Produktion und kann prinzipiell in jedem Unternehmen mit Lagerflächen durchgeführt werden.

      Zu „Vermindern von Lagerungsverlusten“
    • Vermindern des Energieverbrauchs

      Die Verringerung des Energieverbrauchs bewirkt eine Reduktion von Energieträgern innerhalb der Produktion, ohne die Qualität oder den Output der Prozesse zu beeinflussen. Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz im Produktionsprozess sind vielfältig.

      Zu „Vermindern des Energieverbrauchs“
    • Kreislaufführung von Produkten und Bauteilen

      Mittels Wiederverwendung kann die Lebensdauer von Produkten und Bauteilen verlängert werden, indem diese einer neuen Nutzungsperiode zugeführt werden. Wiederverwendung wird gegenüber Recycling und anderen Verwertungsmechanismen in der Abfallhierarchie bevorzugt, da hierdurch zusätzliche Material- und Energieaufwände für die erneute Herstellung von Bauteilen entfallen.

      Zur „Kreislaufführung von Produkten und Bauteilen“
    • Kreislaufführung von Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffen

      Innerbetriebliche Kreislaufführung von Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffen ermöglicht eine erneute Stoffnutzung und vermeidet Ressourcenaufwände bei der Rohstoffextraktion und beim Herstellungsverfahren des Produktionsinput.

      Zur „Kreislaufführung von Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffen“
    • Materialsubstitution von Hilfs- und Betriebsstoffen

      Die stoffliche Substitution im Bereich von Hilfs- und Betriebsstoffen eines produzierenden Betriebes kann zu einer Verringerung des Ressourceneinsatzes im Lebensweg führen, z. B. durch die Reduktion der Verbrauchsmenge von substituierten Hilfs- und Betriebsstoffen im Produktionsprozess.

      Zur „Materialsubstitution von Hilfs- und Betriebsstoffen“
    • Kaskadennutzung von Hilfs- und Betriebsstoffen

      Durch eine Kaskadennutzung von Hilfs- und Betriebsstoffen wird die Nutzungsdauer verlängert, dadurch dass eine gewünschte Funktion für einen bestimmten Anwendungsfall bereitgestellt wird ohne erneut Material und Energie aufzuwenden.

      Zu „Kaskadennutzung von Hilfs- und Betriebsstoffen“
  • Produkt- und prozessunabhängige Strategien und Maßnahmen
    • Effiziente Logistik

      Die Gestaltung effizienter inner- und überbetrieblicher Logistikprozesse ermöglicht die anfallenden Energie- und Materialaufwände so weit zu reduzieren, ohne die Durchlaufzeit oder Qualität der Produktion zu verringern.

      Zur „Effizienten Logistik“
    • Effiziente Beschaffung

      Durch eine effiziente Beschaffung werden Energie- und Materialaufwände entlang des Lebenswegs reduziert. Sie zielt auf einen energie- und materialgerechten Einkauf von Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffen, Bauteilen oder fertigen Gütern ab und dient der adäquaten Versorgung des Produktionsprozesses mit abgestimmten Material- und Energiemengen.

      Zur „Effizienten Beschaffung“
    • Effiziente Betriebsorganisation

      Durch eine effiziente Betriebsorganisation können die Ressourcenverbrauchsmengen in einem Unternehmen reduziert werden. Die Einflussfaktoren hierfür sind ebenso zahlreich wie vielfältig: von definierten Kommunikationsstrukturen und -fähigkeiten über Entscheidungsspielräume und Verantwortungsbereiche bis hin zu arbeitsorganisatorischen Aspekten.

      Zur „Effizienten Betriebsorganisation“
    • Effiziente Energiebereitstellung

      Eine effiziente Energiebereitstellung zielt darauf ab, die für den Betrieb von Maschinen und Anlagen notwendige Energie unter minimalem Einsatz von Primärenergieträger bereitzustellen.

      Zur „Effizienten Energiebereitstellung“
    • Effiziente Gebäude­infrastruktur

      Eine effiziente Gebäudehülle kann die Energieverluste eines Gebäudes minimieren und den Energiegewinn durch die passive Nutzung erneuerbarer Energien optimieren. Im Zusammenspiel mit einer effizienten Gebäude­infrastruktur können die benötigten Innenraumanforderungen in der Nutzungsphase effizient und mit möglichst wenig Energiebedarf erfüllt werden.

      Zur „Effizienten Gebäude­infrastruktur“
  • Produkt-Service-Systeme

    Durch die Kombination von Produkten und Services ergeben sich unterschiedliche Potenziale, um Ressourcen entlang des Produktlebens einzusparen.

    Zu „Produkt-Service-Systeme“
  • Optimierte Materialauswahl

    Die Wahl der Materialien eines Produktes erfolgt in der Entwicklung primär in Abhängigkeit von der angestrebten Funktionalität. Darüber hinaus kann die Materialauswahl als wesentliche Stellschraube für die Erschließung von Ressourceneffizienzpotenzialen dienen.

    Zur „Optimierten Materialauswahl“
  • Leichtbau

    Die Motivationen für Leichtbau ergeben sich entweder durch Einsparungen von Material und Energie in der Produktion oder im Fall bewegter Produkte durch eine Verringerung des Energieaufwandes und der sich daraus resultierenden Emissionen und Umweltwirkungen in der Nutzungsphase.

    Zum „Leichtbau“
  • Fertigungsgerechte Produktgestaltung

    Eine fertigungsgerechte Produktgestaltung zielt darauf ab, Produkte so zu gestalten, dass diese bei gegebener Produktions­infra­struktur herstellbar sind, ohne zusätzlich Ausschuss und Materialverluste oder einen übermäßig höheren Energieverbrauch zu erzeugen.

    Zu „Fertigungsgerechte Produktgestaltung“
  • Ressourceneffiziente Produktnutzung

    Für viele Produkte stellt die Phase der Nutzung den wesentlichsten Beitrag zum Ressourcenverbrauch in ihrem Lebenszyklus dar. Verbesserungen in dieser Phase bezogen auf die Ressourceneffizienz zeigen sich daher oft als besonders wirksam.

    Zur „Ressourceneffizienten Produktnutzung“
  • Verlängerung der Produktnutzungsdauer

    Eine Verlängerung der Produktnutzungsdauer entspricht einer Annäherung an die technische Lebensdauer. Dadurch vergrößert sich der Zeitraum, in dem eine Funktion bereitgestellt wird, ohne hierfür erneut Energie und Material für die Produktion aufzuwenden. Dies erhöht die Ressourceneffizienz entlang des Lebenswegs.

    Zur „Verlängerung der Produktnutzungsdauer“
  • Verlängerung der technischen Produktlebensdauer

    Durch die Verlängerung der technischen Lebensdauer müssen weniger Produkte nachproduziert werden. Dadurch sinkt der Energie- und Materialaufwand, um den Nutzen des Produktes bereitzustellen. Dies führt zu einer Erhöhung der Ressourceneffizienz entlang des Lebenswegs.

    Zur „Verlängerung der technischen Produktlebensdauer“
  • Kreislaufgerechte Produktgestaltung

    Eine kreislaufgerechte Produktgestaltung ermöglicht es, die Wiedernutzbarkeit sicherzustellen und eine Kreislaufführung von Bauteilen und Materialien, die im Produkt verwendet wurden.

    Zur „Kreislaufgerechte Produktgestaltung“
  • Planung ressourceneffizienter Fertigungsprozesse

    Im Rahmen der Planung von Produktionsprozessen erfolgt u. a. die Auswahl der einzusetzenden Fertigungsverfahren. Insbesondere durch die Einrichtung und Gestaltung des Ablaufes neuer Produktionsprozesse bieten sich viele Potenziale, die Ressourceneffizienz zu erhöhen.

    Zur „Planung ressourceneffizienter Fertigungsprozesse“
  • Fertigungsprozessoptimierung

    Prozessverbesserungen erzielen eine Verringerung an Material und Energieaufwand in Fertigungsprozessen, ohne dabei das Prozessergebnis oder die Produktqualität herunterzusetzen. Die Zahl möglicher Stellhebel ist groß.

    Zur „Fertigungsprozessoptimierung“
  • Vermindern von geplantem Ausschuss und Nacharbeit

    Die Verminderung von geplantem Ausschuss wirkt sich direkt auf die Materialeffizienz aus: Es können mehr Fertigteile aus einer festen Menge von Rohmaterial erzeugt werden. Die Produktivität erhöht sich durch eine verminderte Ausschussmenge.

    Zu „Vermindern von geplantem Ausschuss und Nacharbeit“
  • Vermindern von geplantem Verlust

    Eine Verminderung des geplanten Verlustes führt zu einer besseren Ausnutzung von (Roh-)Materialien. Die Produktion kann bei gleichem Materialeinsatz eine höhere Produktionsmenge erzielen oder aber bei gleicher Produktionsmenge den Materialeinsatz verringern.

    Zu „Vermindern von geplantem Verlust“
  • Minimierung des Bearbeitungsvolumens

    Durch die Verminderung des Bearbeitungsvolumens werden hauptsächlich (Roh-)Materialien eingespart und die Nutzungsdauer von Werkzeugen verlängert. Darüber hinaus kann durch ein verringertes Bearbeitungsvolumen eine Energieeinsparung erzielt werden.

    Zur „Minimierung des Bearbeitungsvolumens“
  • Vermindern von Lagerungsverlusten

    Verluste durch Lagerung sind vielfältig und verursachen sinnlose Energie- und Materialaufwände in der Herstellung. Die Minimierung von Lagerungsverlusten erhöht die Materialeffizienz in der Produktion und kann prinzipiell in jedem Unternehmen mit Lagerflächen durchgeführt werden.

    Zu „Vermindern von Lagerungsverlusten“
  • Vermindern des Energieverbrauchs

    Die Verringerung des Energieverbrauchs bewirkt eine Reduktion von Energieträgern innerhalb der Produktion, ohne die Qualität oder den Output der Prozesse zu beeinflussen. Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz im Produktionsprozess sind vielfältig.

    Zu „Vermindern des Energieverbrauchs“
  • Kreislaufführung von Produkten und Bauteilen

    Mittels Wiederverwendung kann die Lebensdauer von Produkten und Bauteilen verlängert werden, indem diese einer neuen Nutzungsperiode zugeführt werden. Wiederverwendung wird gegenüber Recycling und anderen Verwertungsmechanismen in der Abfallhierarchie bevorzugt, da hierdurch zusätzliche Material- und Energieaufwände für die erneute Herstellung von Bauteilen entfallen.

    Zur „Kreislaufführung von Produkten und Bauteilen“
  • Kreislaufführung von Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffen

    Innerbetriebliche Kreislaufführung von Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffen ermöglicht eine erneute Stoffnutzung und vermeidet Ressourcenaufwände bei der Rohstoffextraktion und beim Herstellungsverfahren des Produktionsinput.

    Zur „Kreislaufführung von Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffen“
  • Materialsubstitution von Hilfs- und Betriebsstoffen

    Die stoffliche Substitution im Bereich von Hilfs- und Betriebsstoffen eines produzierenden Betriebes kann zu einer Verringerung des Ressourceneinsatzes im Lebensweg führen, z. B. durch die Reduktion der Verbrauchsmenge von substituierten Hilfs- und Betriebsstoffen im Produktionsprozess.

    Zur „Materialsubstitution von Hilfs- und Betriebsstoffen“
  • Kaskadennutzung von Hilfs- und Betriebsstoffen

    Durch eine Kaskadennutzung von Hilfs- und Betriebsstoffen wird die Nutzungsdauer verlängert, dadurch dass eine gewünschte Funktion für einen bestimmten Anwendungsfall bereitgestellt wird ohne erneut Material und Energie aufzuwenden.

    Zu „Kaskadennutzung von Hilfs- und Betriebsstoffen“
  • Effiziente Logistik

    Die Gestaltung effizienter inner- und überbetrieblicher Logistikprozesse ermöglicht die anfallenden Energie- und Materialaufwände so weit zu reduzieren, ohne die Durchlaufzeit oder Qualität der Produktion zu verringern.

    Zur „Effizienten Logistik“
  • Effiziente Beschaffung

    Durch eine effiziente Beschaffung werden Energie- und Materialaufwände entlang des Lebenswegs reduziert. Sie zielt auf einen energie- und materialgerechten Einkauf von Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffen, Bauteilen oder fertigen Gütern ab und dient der adäquaten Versorgung des Produktionsprozesses mit abgestimmten Material- und Energiemengen.

    Zur „Effizienten Beschaffung“
  • Effiziente Betriebsorganisation

    Durch eine effiziente Betriebsorganisation können die Ressourcenverbrauchsmengen in einem Unternehmen reduziert werden. Die Einflussfaktoren hierfür sind ebenso zahlreich wie vielfältig: von definierten Kommunikationsstrukturen und -fähigkeiten über Entscheidungsspielräume und Verantwortungsbereiche bis hin zu arbeitsorganisatorischen Aspekten.

    Zur „Effizienten Betriebsorganisation“
  • Effiziente Energiebereitstellung

    Eine effiziente Energiebereitstellung zielt darauf ab, die für den Betrieb von Maschinen und Anlagen notwendige Energie unter minimalem Einsatz von Primärenergieträger bereitzustellen.

    Zur „Effizienten Energiebereitstellung“
  • Effiziente Gebäude­infrastruktur

    Eine effiziente Gebäudehülle kann die Energieverluste eines Gebäudes minimieren und den Energiegewinn durch die passive Nutzung erneuerbarer Energien optimieren. Im Zusammenspiel mit einer effizienten Gebäude­infrastruktur können die benötigten Innenraumanforderungen in der Nutzungsphase effizient und mit möglichst wenig Energiebedarf erfüllt werden.

    Zur „Effizienten Gebäude­infrastruktur“

Kontakt

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Tel.: +49 (0)30 2759506-0

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