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E-Book

Nachhaltige Wertschöpfungsnetzwerke

Überbetriebliche Planung und Steuerung von Stoffströmen entlang des Produktlebenszyklus

AutorGrit Walther
VerlagGabler Verlag
Erscheinungsjahr2010
Seitenanzahl304 Seiten
ISBN9783834986436
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis49,44 EUR
Ausgewählte Modelle für jede Phase des Produktlebenszyklus finden konkrete Anwendung sowohl auf fertigungs- als auch auf verfahrenstechnische Fallbeispiele der Elektronik- und Fahrzeugindustrie.

Professor Dr. Grit Walther ist Inhaberin des Lehrstuhls für BWL, insbes. Produktion und Logistik an der Bergischen Universität Wuppertal.

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Leseprobe
6 Produktion (S. 157-158)

Im Rahmen der Entwicklung nachhaltiger Wirtschaftssysteme sind wie in Kapitel 2 dargestellt im Sinne der Konsistenzstrategien zukünftig technisch-anthropogene Stoffströme sowohl unter quantitativen als auch unter qualitativen Gesichtspunkten in den natürlichen Stoffwechsel einzubetten. Mit den derzeit verfügbaren, auf fossilen Energieträgern und endlichen Rohstoffen beruhenden konventionellen Technologien und Produkten kann dies nicht gelingen. Notwendig ist daher langfristig die Entwicklung von Werkstoffen auf Basis nachwachsender Rohstoffe sowie von Technologien zur Energieerzeugung auf Basis erneuerbarer Energieträger.

Nach erfolgreicher Entwicklung besteht die weitere Herausforderung in der großtechnischen Implementierung der ökologisch angepassten innovativen Technologien bzw. der Marktdiffusion der neuen Produkte. So existieren im Rahmen der Implementierung hohe technische, ökonomische und marktliche Unsicherheiten. Aufgrund der Neuartigkeit fehlt häufig die notwendige Infrastruktur zur Produktion der Technologien bzw. zum Vertrieb der Produkte. Fehlende Lernkurven- und Größendegressionseffekte bedingen anfangs hohe Produktionskosten, die zumeist deutlich höher liegen als die konventioneller Technologien und Produkte.

Der politische Entscheidungsträger kann hier unterstützend tätig werden durch Subventionierungen in der Entwicklungsphase, durch Anreize für Verbraucher sowie durch für alle Hersteller geltende Vorgaben bezüglich des Mindestanteils einer Technologie bzw. eines Produktes am Gesamtportfolio (vgl. auch Kapitel 4). Trotz derartiger Unterstützung sind die verbleibenden Unsicherheiten zumeist sehr hoch. Im Folgenden wird daher in Kapitel 6.1 zunächst auf Planungsaufgaben im Rahmen der Entwicklung und Umsetzung innovativer Produkte und Technologien eingegangen.

Hierbei wird insbesondere auf die strategische Planung von Produktionssystemen fokussiert sowie auf Möglichkeiten des Umgangs mit den bei innovativen Technologien und Produkten systemimmanenten sowie externen Planungsunsicherheiten. Im nächsten Schritt erfolgt in Kapitel 6.2 die Vorstellung eines Planungsmodells zur Planung von Produktionssystemen für synthetische Biokraftstoffe mit Darstellung einer Erweiterung im Sinne der robusten Optimierung. Das Modell wird anschließend in Kapitel 6.3 am Fallbeispiel zur Gewinnung von synthetischen Biokraftstoffen in den Bundesländern Niedersachsen und Bremen angewandt.

6.1 Planung von Produktionssystemen


Die Planung der Leistungserstellung von Produktionssystemen beinhaltet Aufgaben unterschiedlicher Fristigkeit und Tragweite unter Zugrundelegung verschiedener Detaillierungs- und Aggregationsgrade (Zäpfel 2000, Dyckhoff 2003): Aufgaben des strategischen Produktionsmanagements fokussieren auf die Schaffung und Erhaltung einer wettbewerbsfähigen Produktion. Hierfür sind Ziele und Strategien für das Leistungserstellungssystem zu definieren.

Dazu gehören Grundsatzentscheidungen bezüglich der Art der herzustellenden Hauptprodukte bzw. der zu beseitigenden Hauptredukte und der Gestaltung des Produktionssystems. Aufgaben des taktischen Produktionsmanagements bestehen in der Konkretisierung der o.g. Strategien. Hierbei werden vor allem Entscheidungen über die Leistungsfelder, die anzuschaffenden Produktionspotenziale sowie die Produktionsorganisation getroffen.

Aufgaben des operativen Produktionsmanagements bestehen im optimalen Einsatz des vorhandenen Produktionsapparates sowie dem wirtschaftlichen Vollzug der Transformationsprozesse. Hierbei erfolgt die Festlegung des konkreten Produktionsprogramms, die Bereitstellung der Produktionsfaktoren sowie die kurzfristige Planung und Durchführung des Prozessablaufs.
Inhaltsverzeichnis
Geleitwort7
Vorwort8
Inhaltsübersicht9
Inhaltsverzeichnis11
Abbildungsverzeichnis17
Tabellenverzeichnis23
Abkürzungsverzeichnis26
1 Einleitung30
1.1 Ausgangslage und Problemstellung30
1.2 Zielsetzung und Lösungsweg33
2 Charakteristika und Aufgaben nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke38
2.1 Grundlagen und Rahmenbedingungen eines nachhaltigen Wirtschaftens39
2.1.1 Konzept Nachhaltigkeit39
2.1.2 Lenkungssystem (Umwelt-)Politik40
2.1.2.1 Abfall- und schadstofforientierte Richtlinien43
2.1.2.2 Medienübergreifender Umweltschutz43
2.1.2.3 Freiwillige Instrumente44
2.1.2.4 Integrierte Produktpolitik45
2.1.3 Stoffstrommanagement zur Umsetzung einer nachhaltigen Entwicklung46
2.2 Nachhaltige Wertschöpfungsnetzwerke49
2.2.1 Wertschöpfungsnetzwerke49
2.2.2 Charakteristika nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke51
2.2.3 Planung nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke53
2.2.3.1 Planungsrahmen54
2.2.3.2 Planungsaufgaben entlang des Produktlebenszyklus55
2.3 Fallbeispiel: Nachhaltige Wertschöpfungsnetzwerke in der Elektronikindustrie57
2.3.1 Umweltwirkungen von Elektro(nik)geräten57
2.3.2 Umweltrechtliche Rahmenbedingungen58
2.3.3 Stoffstrommanagement entlang des Produktlebenszyklus61
2.3.4 Zusammenarbeit in Wertschöpfungsnetzwerken62
2.4 Fazit66
3 Stoffstrombasierte Modellierung und Bewertung nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke69
3.1 Modellierung vernetzter Produktionssysteme69
3.1.1 Ermittlung der Input-Output-Relationen71
3.1.1.1 Betriebswirtschaftliche Produktionsfunktionen71
3.1.1.2 Aktivitätsanalyse72
3.1.1.3 Approximation einer Technik durch Prozesssimulation73
3.1.2 Ansätze zur dynamischen Modellierung75
3.1.2.1 Dynamisches Grundmodell75
3.1.2.2 Dynamische Input-Output-Grafen und Petri-Netze76
3.2 Bewertung nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke78
3.2.1 Ziele und Zielhierarchien78
3.2.2 Ökonomische Bewertung80
3.2.2.1 Verfahren der Umweltkostenrechnung81
3.2.2.2 Ansatz der stoffflussbasierten Umweltkostenrechnung83
3.2.3 Ökologische Bewertung87
3.2.3.1 Kumulierter Primärenergieaufwand – KEA87
3.2.3.2 Bewertungsverfahren nach UBA88
3.2.4 Soziale Bewertung91
3.3 Multikriterielle Bewertung zur Integration der Nachhaltigkeitsindikatoren92
3.3.1 Indikatorensysteme zur Bewertung der Nachhaltigkeit92
3.3.2 Klassifikation multikriterieller Entscheidungsverfahren94
3.3.3 Multi Objective Decision Making95
3.3.3.1 MODM-Verfahren95
3.3.3.2 Bestimmung aller effizienten Lösungen97
3.3.3.3 Zielprogrammierung99
3.3.4 Multi Attribute Decision Making100
3.3.4.1 MADM-Verfahren101
3.3.4.2 Outrankingverfahren PROMETHEE103
3.4 Fallbeispiel: Modellierung und Bewertung von Recyclingnetzwerken105
3.4.1 Stoffstrommodell des Recyclingnetzwerks106
3.4.2 Stoffflussbasierte Umweltkostenrechnung zur Bewertung von Recyclingnetzwerken107
3.4.3 MODM-Verfahren zur Bewertung von Recyclingnetzwerken109
3.4.3.1 Zielfunktionen109
3.4.3.2 Effiziente Lösungen111
3.4.3.3 Zielprogrammierung113
3.4.4 MADM-Verfahren zur Bewertung von Recyclingnetzwerken115
3.4.4.1 Zielsystem und Attribute116
3.4.4.2 Anwendung von PROMETHEE117
3.5 Fazit119
4 Lenkungssystem (Umwelt-)Politik121
4.1 Folgenabschätzung für Politikoptionen121
4.1.1 Vorgehen im Rahmen der Folgenabschätzung122
4.1.2 Anforderungen an die Wirkungsanalyse125
4.2 Dynamisch komplexe Systeme126
4.2.1 Verhaltensmuster dynamisch komplexer Systeme126
4.2.2 Systemdynamische Modellierung dynamisch komplexer Systeme128
4.2.2.1 Problemdefinition128
4.2.2.2 Erstellung einer dynamischen Hypothese129
4.2.2.3 Formulierung eines Simulationsmodells130
4.2.2.4 Modellanalyse133
4.2.2.5 Entwicklung und Bewertung von Politikoptionen134
4.3 Fallbeispiel: Folgenabschätzung im Automobilsektor135
4.3.1 Planungsproblem135
4.3.2 Modell137
4.3.3 Daten und Szenarien148
4.3.4 Ergebnisse und Handlungsempfehlungen150
4.4 Fazit155
5 Produktentwicklung157
5.1 Produktlebenszyklus157
5.1.1 Bedeutung der Produktentwicklung157
5.1.2 Modellierung des Produktlebenszyklus159
5.2 Life Cycle Costing163
5.2.1 Mengengerüst163
5.2.2 Wertgerüst166
5.2.3 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung167
5.3 Fallbeispiel: Lebenszykluskosten komplexer Elektronikgeräte169
5.3.1 Entscheidungsalternativen169
5.3.2 Stoffströme170
5.3.3 Zahlungsströme171
5.3.4 Ergebnisse und Handlungsempfehlungen171
5.4 Life Cycle Assessment174
5.4.1 Vorgehensweise174
5.4.2 Vereinfachtes Life Cycle Assessment176
5.5 Fallbeispiel: Umweltwirkungen komplexer Elektronikgeräte177
5.5.1 Life Cycle Assessment eines Personal Computers177
5.5.2 Lebenszyklusweite Umweltwirkungen weiterer Elektronikgeräte180
5.6 Fazit182
6 Produktion184
6.1 Planung von Produktionssystemen184
6.1.1 Techno-ökonomisches Planungskonzept185
6.1.2 Strategische Produktionsplanung186
6.1.2.1 Betriebswirtschaftliche Systemgestaltung188
6.1.2.2 Schnittstelle zur technischen Systemgestaltung189
6.1.3 Berücksichtigung von Unsicherheiten189
6.2 Modellierung von Produktionssystemen am Beispiel synthetischer Biokraftstoffe191
6.2.1 Synthetische Biokraftstoffe als Technologieinnovation191
6.2.2 Charakterisierung des Produktionssystems193
6.2.3 Informationen aus der technischen Systemgestaltung194
6.2.4 Integrierte Standort-, Kapazitäts- und Technologieplanung198
6.2.4.1 Systembeschreibung198
6.2.4.2 Stoffströme200
6.2.4.3 Zielfunktion202
6.2.4.4 Robuste Erweiterung205
6.3 Fallbeispiel: Planung eines Produktionssystems zur Herstellung vonBTL-Kraftstoffen209
6.3.1 Daten209
6.3.2 Szenarien210
6.3.3 Ergebnisse und Handlungsempfehlungen210
6.4 Fazit213
7 Nutzung215
7.1 Nutzungsdauerverlängerung durch Aufarbeitung215
7.1.1 Aufarbeitungsoptionen216
7.1.2 Integration in den Produktlebenszyklus217
7.1.3 Umsetzung in Closed Loop Supply Chains218
7.2 Planung der Aufarbeitung221
7.2.1 Strategische Planung221
7.2.2 Taktische Planung221
7.2.3 Operative Planung222
7.3 Integrierte Planung von Neuproduktion und Aufarbeitung222
7.3.1 Planungssituation223
7.3.2 Modell zur integrierten Produktions- und Aufarbeitungsplanung225
7.4 Fallbeispiel: Kreislaufoptionen eines Automatenherstellers230
7.4.1 Planungsumfeld und -aufgabe230
7.4.2 Aufarbeitungsoptionen des Automatenherstellers232
7.4.3 Ergebnisse und Handlungsempfehlungen234
7.5 Fazit235
8 Entsorgung237
8.1 Begriffe und Grundlagen237
8.1.1 Systemstufen und Aktivitäten238
8.1.2 Akteure240
8.2 Charakterisierung von Behandlungsprozessen241
8.2.1 Charakteristika der Demontage und mechanischen Aufbereitung241
8.2.2 Demontage und Aufbereitung als Kuppelproduktionsprozesse243
8.3 Modellierung von Behandlungsprozessen244
8.3.1 Modellierung der Demontage245
8.3.2 Modellierung der mechanischen Aufbereitung249
8.4 Modellierung integrierter Recyclingunternehmen253
8.4.1 Allgemeines Stoffstrommodell253
8.4.2 Hierarchisches Planungskonzept für integrierte Recyclingunternehmen256
8.5 Fallbeispiel: Feinplanung eines integrierten Recyclingunternehmens257
8.5.1 Daten258
8.5.2 Ergebnisse260
8.6 Fazit262
9 Koordination nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke264
9.1 Anforderungen an die Koordination nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke264
9.1.1 Kooperationen entlang des Produktlebenszyklus264
9.1.2 Anforderungen an die Koordination266
9.2 Koordination in Netzwerken267
9.2.1 Überbetrieblicher Leistungsaustausch267
9.2.2 Koordination in Wertschöpfungsnetzwerken269
9.2.3 Koordinationsmechanismen271
9.2.3.1 Koordination durch Kontrakte272
9.2.3.2 Koordination von mathematischen Optimierungsmodellen273
9.3 Fallbeispiel: Koordination von Recyclingnetzwerken275
9.3.1 Charakterisierung der Koordinationssituation276
9.3.1.1 Aktivitäten und Stoffströme276
9.3.1.2 Akteure, Zielsetzungen und Informationen277
9.3.1.3 Weitere Präzisierung der Koordinationssituation278
9.3.2 Koordinationsansatz279
9.3.2.1 Zentrales Modell279
9.3.2.2 Dezentrales Modell279
9.3.2.3 Koordinationsmechanismus281
9.3.2.4 Prototypische Umsetzung als Multi-Agentensystem283
9.3.3 Ergebnisse284
9.4 Fazit288
10 Schlussfolgerungen290
Stoffstrommodelle als Bewertungsgrundlage290
Berücksichtigung vielfältiger und gegenläufiger Zielsetzungen290
Antizipation der Auswirkungen der Lenkungssysteme ‚Markt – Politik – Gesellschaft‘ auf das Wirtschaftssystem291
Berücksichtigung des gesamten Produktlebenszyklus292
Lebenszyklusphase der Produktentwicklung292
Lebenszyklusphase der Produktion293
Lebenszyklusphase der Nutzung294
Lebenszyklusphase der Entsorgung294
Notwendigkeit einer akteursübergreifenden Zusammenarbeit295
Umsetzung von Konsistenz-, Suffizienz- und Effizienzstrategien entlang des Produktlebenszyklus296
Fazit296
11 Zusammenfassung298
Literatur302

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