Product lifecycle-oriented optimization of the manufacturing phase and the use phase of precision tools
Final Report Abstract
Die Planung von Technologieketten und Fertigungsprozessfolgen beeinflusst die Kosten und Umweltwirkungen, die ein Produkt entlang seines Lebenswegs verursacht. Bislang existierte keine methodische Unterstützung für die Technologieplanung, um Technologieketten und Fertigungsprozessfolgen unter Berücksichtigung der Einflüsse der Fertigung auf die Produktnutzungsphase nach ökologisch-ökonomischen Kriterien zu gestalten. Das Ziel des Projekts war daher die Entwicklung einer Methodik zur Gestaltung von Technologieketten sowie Fertigungsprozessfolgen nach ökologischen und ökonomischen Kriterien unter Berücksichtigung der Einflüsse der Fertigung auf die Nutzungsphase der hergestellten Produkte. Die entwickelte Methodik ermöglicht es, während der Planung einer Technologiekette die durch die Kette verursachten Stoff- und Energieflüsse unter Berücksichtigung von Informationsunsicherheiten wissensbasiert zu quantifizieren. Ein Bewertungsmodell befähigt dazu, die Kosten und Umweltwirkungen, welche die quantifizierten Flüsse verursachen, in einer ökonomisch-ökologischen Kennzahl zu aggregieren. So wird eine Möglichkeit geschaffen, die nach ökologisch-ökonomischen Kriterien bestgeeignete Technologiekette auszuwählen. Das Bewertungsmodell ermöglicht darüber hinaus die Quantifizierung der verursachten ökologischen Schäden in 18 Kategorien (Klimawandel, Feinstaub etc.). Ausgehend von der Bewertungskennzahl befähigt die Methodik dazu Stellhebel zur Reduktion von Kosten und Umweltwirkungen zu identifizieren. Ansätze für diese Reduktion sind eine Neugestaltung der Prozessfolge sowie eine algorithmusbasierte Anpassung der Prozessparameter. Die Ergebnisse dieses Projekts zeigen Anknüpfungspunkte für weitere Forschungsarbeiten. Der hohe Aufwand zur Informationsbeschaffung in der Methodik lässt sich reduzieren, wenn Daten zu Stoff- und Energieflüssen in der Fertigung automatisiert erhoben und Stakeholdern standardisiert angeboten werden. Das entwickelte Bewertungsmodell ist geeignet, derartige Daten zu bewerten, um die automatisierte Bewertung von Fertigungsprozessen zu ermöglichen. Über eine Bepreisung der Daten ließe sich ein Anreiz für ihre Bereitstellung schaffen, sodass Anbietende und Nachfragende profitierten. Eine weitere Herausforderung besteht in der Nutzung von Erklärungsmodellen aus der Fertigungstechnik für eine optimierte Prozessauslegung. Die Anwendung wurde in dieser Arbeit beispielhaft für einen Arbeitspunkt gezeigt. Für eine global optimierte Auslegung von Fertigungsprozessfolgen nach ökologisch-ökonomischen Kriterien müssen die komplexen prozessinternen und prozessübergreifenden Wirkbeziehungen in der Fertigung noch besser verstanden werden. Darüber hinaus steigt der Rechenaufwand mit jedem zusätzlichen Modell an. Zur Reduzierung des Rechenaufwands erscheint die Erforschung der Kombination der Forschungsergebnisse mit der Metamodellierung in der Fertigung ein vielversprechender Ansatz.
Publications
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Enabling Sustainable Production with the Digital Twin; Beitrag im Tagungsband zum Aachener Werkzeugmaschinenkolloquium vom 22.-23.09.2021
Bergs, T.; Gierlings, S.; Augspurger, T.; Ganser, P.; Barth, S.; Fricke, K. & Grünebaum, T.
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Life cycle assessment for milling of Ti- and Ni-based alloy aero engine components. Procedia CIRP, 98(2021), 625-630.
Bergs, Thomas; Grünebaum, Timm; Fricke, Kilian; Barth, Sebastian & Ganser, Philipp
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Methodik zur Gestaltung von Technologieketten und Prozessfolgen nach lebensphasenübergreifend ökologisch-ökonomischen Kriterien, Dissertation, RWTH Aachen, 2021
Grünebaum, T.
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Methodology for the selection of manufacturing technology chains based on ecologic and economic performance indicators. Journal of Manufacturing Systems, 66, 42-55.
Grünert, G.; Grünebaum, T.; Beckers, A.; Stauder, L.; Barth, S. & Bergs, T.
