Datengestützte Gestaltung des nachhaltigen Werkzeuglebenszyklus

Schweins, Julian Benedikt; Boos, Wolfgang; Schuh, Günther

doi:HT030672096

Datengestützte Gestaltung des nachhaltigen Werkzeuglebenszyklus = Data-driven design of the sustainable tool life cycle

Schweins, Julian Benedikt^RWTH*

2024

VerantwortlichkeitsangabeJulian Schweins

Ausgabe1. Auflage

ImpressumAachen : Apprimus Verlag 2024

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

ISBN978-3-98555-197-2

ReiheErgebnisse aus der Produktionstechnik ; 2024,2

Dissertation, RWTH Aachen University, 2023

Druckausgabe: 2024. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Schuh, Günther (Thesis advisor)^RWTH* ; Boos, Wolfgang (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2023-12-14

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2024-00921
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/977818/files/977818.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Nachhaltigkeit (frei) ; Produktionstechnik (frei) ; Werkzeuglebenszyklus (frei) ; digitale Vernetzung (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Die gesellschaftlichen und ökologischen Auswirkungen der industriellen Entwicklungen sind in den letzten Jahrzehnten verstärkt sichtbar geworden. Natürliche Kapazitätsgrenzen werden überschritten und führen zu einer Verknappung der weltweit verfügbaren Ressourcen. Gleichzeitig ist das produzierende Gewerbe für einen Großteil der weltweit ausgestoßenen Treibhausgase verantwortlich. Die daraus resultierende Klimakrise hat dazu geführt, dass sich das kapital- und ressourcenintensive Produktivitätsdenken vom Zukunftsbild der ökologisch bewusster denkenden Gesellschaft unterscheidet. Dies spiegelt sich nicht zuletzt durch eine Zunahme der weltweiten Klimaschutzgesetze und -vorgaben wider. Dieser Paradigmenwechsel erfordert ein Umdenken im Werkzeugbau, der aufgrund seiner Schlüsselposition in der industriellen Wertschöpfungskette ein zentraler Befähiger der nachhaltigen Entwicklung sein kann. Die Umsetzung der nachhaltigen Entwicklung scheitert bis dato jedoch oftmals am mangelnden Verständnis der ganzheitlichen Struktur der Wertschöpfungskette sowie der unterentwickelten Informationsverfügbarkeit. Ein besonderes Potenzial liegt in der echtzeitnahen, horizontalen und vertikalen Vernetzung entlang des Werkzeuglebenszyklus. Der Einsatz von informations- und kommunikationstechnischen Systemen im Rahmen von Industrie 4.0 ermöglicht die Beherrschung der Komplexität, die sich aus der nachhaltigen Entwicklung ergibt. Bezugnehmend auf die beschriebene Problemstellung ist die übergeordnete Zielsetzung der vorliegenden Arbeit die Entwicklung eines organisatorischen Rahmenwerks, um die nachhaltige Entwicklung des Werkzeuglebenszyklus datengestützt zu gestalten. Dieses Rahmenwerk ist als allgemeingültiges Gestaltungsmodell konzipiert, welches die prozessuale Gestaltung der nachhaltigen Entwicklung des Werkzeugbaus entlang des Werkzeuglebenszyklus fokussiert. Das so definierte Prozessmodell ist in fünf Gestaltungselemente strukturiert. Nachhaltigkeitsziele beschreiben die Anforderungen aller relevanten Stakeholder in einem Zielsystem. Darauf aufbauend wird im Rahmen der kontinuierlichen Lebenszyklusbewertung eine Steuerungs- und Bewertungssystematik entwickelt, die eine Ermittlung der Zielerreichung ermöglicht. Das Element Nachhaltigkeitsleistung fokussiert die gezielte Entwicklung von Leistungen zur nachhaltigen Gestaltung der Werkzeugnutzung. Dahingegen umfasst die nachhaltige Wertschöpfung Handlungsmöglichkeiten zur Umgestaltung von Prozessen, Ressourcen und Organisationsstrukturen im Werkzeugbau. Der digitale Schatten schafft die Transparenz im Werkzeuglebenszyklus und adressiert somit die unterentwickelte Informationsverfügbarkeit. Durch umfangreiche Gestaltungsempfehlungen kann das Prozessmodell für den unternehmensspezifischen Anwendungsfall ausdetailliert und in der Praxis eingesetzt werden. Die Forschungsergebnisse werden anhand der Haidlmair Group und der BMW Group validiert. Der wissenschaftliche Beitrag dieser Arbeit liegt in der Entwicklung eines ganzheitlichen Lösungsansatzes zur datengestützten Gestaltung des nachhaltigen Werkzeuglebenszyklus. Die Unternehmen der Branche Werkzeugbau sind gefordert, diesen Beitrag zu verwenden, um unter Berücksichtigung der unternehmensindividuellen Anforderungen einen Beitrag zur nachhaltigen Entwicklung zu leisten.

The social and ecological effects of industrial developments have become increasingly visible in recent decades. Natural capacity limits are being exceeded, leading to a shortage of resources available worldwide. At the same time, the manufacturing sector is responsible for a large proportion of the greenhouse gases emitted worldwide. The resulting climate crisis has led to a shift in capital- and resource-intensive productivity thinking towards a different future image of a more ecologically aware society. This is reflected not least by an increase in globalclimate protection laws and regulations. This paradigm shift requires a rethink in the tool and die industry, which can be a key enabler of sustainable development due to its key position in the industrial value chain. However, the implementation of sustainable development has often failed until now due to a lack of understanding of the holistic structure of the value chain and the under developed availability of information. A special potential lies in the near-real-time, horizontal and vertical connectivity along the tool life cycle. The use of information and communication technology systems in the context of Industry 4.0 enables the management of the complexity resulting from sustainable development. With reference to the described problem, the overall objective of this thesis is the development of an organizational framework to design the sustainable development of the tool life cycle in a data-driven way. This framework is designed as a generally applicable design model that focuses on the processual design of the sustainable development of toolmaking along the tool life cycle. The thus defined process model is structured in five design elements. Sustainability goals describe the requirements of all relevant stakeholders in a target system. Based on this, a control and evaluation system is developed within the continuous life cycle assessment, which enables the determination of target achievement. The sustainability performance element focuses on the specific development of services for the sustainable design of the tool use. Whereas the sustainable value creation includes possibilities for action to redesign processes, resources and organizational structures in toolmaking. The digital shadow creates transparency in the tool life cycle and thus addresses the underdeveloped information availability. Through extensive design recommendations, the process model can be detailed for the company-specific use case and applied in practice. The research results are validated on the basis of the Haidlmair Group and the BMW Group. The scientific contribution of this thesis lies in the development of a holistic approach for the data-driven design of the sustainable tool life cycle. The companies of the tool and die industry are challenged to use this approach in order to contribute to sustainable development considering the individual requirements of each company.

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