Qfalle - Quantitative Fabrik-Lebenszyklus-Evaluation

Um erfolgreich am Markt zu bestehen, benötigen Unternehmen flexible und wandlungsfähige Fabriken. Laufend erforderliche Anpassungsprozesse müssen dabei zielgerichtet gestaltet werden, um die benötigte Wirtschaftlichkeit der Fabriken über deren gesamten Lebenszyklus zu sichern und gleichzeitig ökologische Zielsetzungen einzuhalten. Die besondere Herausforderung für Fabrikplaner liegt in der Tatsache, dass die Lebensdauer von Fabrikgebäuden, Produktionsmaschinen oder technischer Gebäudeausstattung die Produktionsdauer von Produkten in der Regel deutlich überschreitet. Vor dem Hintergrund verschiedener interner und externer Veränderungstreiber wie bspw. neuer Technologien, verkürzter Produktlebenszyklen oder geänderter Gesetzgebung gilt es, alle Fabrikobjekte unter Berücksichtigung ihres individuellen Lebenszyklus so aufeinander abzustimmen, dass eine im Hinblick auf die ökonomischen und ökologischen Ziele geeignete Fabrikkonfiguration erreicht wird. Diesen Herausforderungen in Fabrikplanung und -betrieb kann mit bestehenden Methoden und Werkzeugen nicht ausreichend begegnet werden, da diese eher auf ein reaktives Anpassen der Fabrik an quasi-statische Rahmenbedingungen abzielen. Eine generische quantitative Beschreibung der verschiedenen Lebenszyklen von Fabrikobjekten auf unterschiedlichen Systemebenen fehlt. Es gibt insbesondere bisher keine ausreichende Möglichkeit, die dynamischen Wechselwirkungen zwischen Fabrikobjekten über deren Lebenszyklus adäquat abzubilden und diese nutzenbringend bei der Planung, Entwicklung und dem Betrieb der Fabrik zu berücksichtigen.

Zielsetzung

Ziel dieses Vorhabens ist somit das „Sehen“, „Verstehen“ und „Evaluieren“ der Lebenszyklen der Fabrikobjekte. Aufgrund der Komplexität des Systems Fabrik soll eine quantitative Lebenszyklusevaluation auf Basis eines Modells der Fabrik („LC-Fabrikmodell“) ermöglicht werden. Mit dessen Hilfe sollen Empfehlungen für eine lebenszyklusorientierte Fabrikkonfiguration abgeleitet werden können, die zur Erfüllung von ökonomischen und ökologischen Zielvorgaben über den Lebenszyklus beitragen. Der methodische Fortschritt besteht darin, dass detaillierte, quantitative Beschreibungsmodelle der Fabrikobjekte der unteren Systemebenen derart miteinander verknüpft und aggregiert werden, dass Fabrikkonfigurationen bis hin zur Fabrikebene quantitativ bewertet und gestaltet werden können. Somit kann eine Fabrik unter der Berücksichtigung heterogener Lebenszyklen ihrer Fabrikobjekte sowie aktueller und künftiger Veränderungstreiber im Hinblick auf definierte Zielgrößen optimal eingestellt werden.

Vorgehensweise

Zunächst wird ein generisches Beschreibungsmodell des Systems Fabrik mit den inhärenten Fabrikobjekten, deren Zustandsvariablen, möglichen Veränderungstreibern und einem zu entwickelnden Kennzahlensystem als Grundlage der folgenden Lebenszyklusevaluation des Systems Fabrik entwickelt. Anschließend erfolgt die Untersuchung von einseitigen und wechselseitigen Dependenzen zwischen den Zustandsvariablen der Fabrikobjekte, des Einflusses der internen und externen Veränderungstreiber auf diese Zustandsvariablen sowie deren Messbarkeit im entwickelten Kennzahlensystem. Es folgt die Zusammenführung der zuvor ausgewählten Fabrikobjekte, Zustandsvariablen, Veränderungstreiber sowie KPIs in einem analytischen Gesamtmodell zur quantitativen Lebenszyklusevaluation von Fabriken („LC-Fabrikmodell“). Abschließend findet die praktische Erprobung und simultane Kalibrierung des LC-Fabrikmodells durch die retrospektive Verwendung von lebenszyklusrelevanten Daten realer Fabriken von Partnerunternehmen statt.