Walther Nachhaltige Wertschöpfungsnetzwerke

Überbetriebliche Planung und Steuerung von Stoffströmen entlang des Produktlebenszyklus
2010
ISBN: 978-3-8349-8643-6
Verlag: Betriebswirtschaftlicher Verlag Gabler
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 304 Seiten, eBook

Reihe: Produktion und Logistik

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.

Zielgruppe

Research

Autoren/Hrsg.

Walther, Grit

Inhaltsverzeichnis

1;Geleitwort;7
2;Vorwort;8
3;Inhaltsübersicht;9
4;Inhaltsverzeichnis;11
5;Abbildungsverzeichnis;17
6;Tabellenverzeichnis;23
7;Abkürzungsverzeichnis;26
8;1 Einleitung;30
8.1;1.1 Ausgangslage und Problemstellung;30
8.2;1.2 Zielsetzung und Lösungsweg;33
9;2 Charakteristika und Aufgaben nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke;38
9.1;2.1 Grundlagen und Rahmenbedingungen eines nachhaltigen Wirtschaftens;39
9.1.1;2.1.1 Konzept Nachhaltigkeit;39
9.1.2;2.1.2 Lenkungssystem (Umwelt-)Politik;40
9.1.2.1;2.1.2.1 Abfall- und schadstofforientierte Richtlinien;43
9.1.2.2;2.1.2.2 Medienübergreifender Umweltschutz;43
9.1.2.3;2.1.2.3 Freiwillige Instrumente;44
9.1.2.4;2.1.2.4 Integrierte Produktpolitik;45
9.1.3;2.1.3 Stoffstrommanagement zur Umsetzung einer nachhaltigen Entwicklung;46
9.2;2.2 Nachhaltige Wertschöpfungsnetzwerke;49
9.2.1;2.2.1 Wertschöpfungsnetzwerke;49
9.2.2;2.2.2 Charakteristika nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke;51
9.2.3;2.2.3 Planung nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke;53
9.2.3.1;2.2.3.1 Planungsrahmen;54
9.2.3.2;2.2.3.2 Planungsaufgaben entlang des Produktlebenszyklus;55
9.3;2.3 Fallbeispiel: Nachhaltige Wertschöpfungsnetzwerke in der Elektronikindustrie;57
9.3.1;2.3.1 Umweltwirkungen von Elektro(nik)geräten;57
9.3.2;2.3.2 Umweltrechtliche Rahmenbedingungen;58
9.3.3;2.3.3 Stoffstrommanagement entlang des Produktlebenszyklus;61
9.3.4;2.3.4 Zusammenarbeit in Wertschöpfungsnetzwerken;62
9.4;2.4 Fazit;66
10;3 Stoffstrombasierte Modellierung und Bewertung nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke;69
10.1;3.1 Modellierung vernetzter Produktionssysteme;69
10.1.1;3.1.1 Ermittlung der Input-Output-Relationen;71
10.1.1.1;3.1.1.1 Betriebswirtschaftliche Produktionsfunktionen;71
10.1.1.2;3.1.1.2 Aktivitätsanalyse;72
10.1.1.3;3.1.1.3 Approximation einer Technik durch Prozesssimulation;73
10.1.2;3.1.2 Ansätze zur dynamischen Modellierung;75
10.1.2.1;3.1.2.1 Dynamisches Grundmodell;75
10.1.2.2;3.1.2.2 Dynamische Input-Output-Grafen und Petri-Netze;76
10.2;3.2 Bewertung nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke;78
10.2.1;3.2.1 Ziele und Zielhierarchien;78
10.2.2;3.2.2 Ökonomische Bewertung;80
10.2.2.1;3.2.2.1 Verfahren der Umweltkostenrechnung;81
10.2.2.2;3.2.2.2 Ansatz der stoffflussbasierten Umweltkostenrechnung;83
10.2.3;3.2.3 Ökologische Bewertung;87
10.2.3.1;3.2.3.1 Kumulierter Primärenergieaufwand – KEA;87
10.2.3.2;3.2.3.2 Bewertungsverfahren nach UBA;88
10.2.4;3.2.4 Soziale Bewertung;91
10.3;3.3 Multikriterielle Bewertung zur Integration der Nachhaltigkeitsindikatoren;92
10.3.1;3.3.1 Indikatorensysteme zur Bewertung der Nachhaltigkeit;92
10.3.2;3.3.2 Klassifikation multikriterieller Entscheidungsverfahren;94
10.3.3;3.3.3 Multi Objective Decision Making;95
10.3.3.1;3.3.3.1 MODM-Verfahren;95
10.3.3.2;3.3.3.2 Bestimmung aller effizienten Lösungen;97
10.3.3.3;3.3.3.3 Zielprogrammierung;99
10.3.4;3.3.4 Multi Attribute Decision Making;100
10.3.4.1;3.3.4.1 MADM-Verfahren;101
10.3.4.2;3.3.4.2 Outrankingverfahren PROMETHEE;103
10.4;3.4 Fallbeispiel: Modellierung und Bewertung von Recyclingnetzwerken;105
10.4.1;3.4.1 Stoffstrommodell des Recyclingnetzwerks;106
10.4.2;3.4.2 Stoffflussbasierte Umweltkostenrechnung zur Bewertung von Recyclingnetzwerken;107
10.4.3;3.4.3 MODM-Verfahren zur Bewertung von Recyclingnetzwerken;109
10.4.3.1;3.4.3.1 Zielfunktionen;109
10.4.3.2;3.4.3.2 Effiziente Lösungen;111
10.4.3.3;3.4.3.3 Zielprogrammierung;113
10.4.4;3.4.4 MADM-Verfahren zur Bewertung von Recyclingnetzwerken;115
10.4.4.1;3.4.4.1 Zielsystem und Attribute;116
10.4.4.2;3.4.4.2 Anwendung von PROMETHEE;117
10.5;3.5 Fazit;119
11;4 Lenkungssystem (Umwelt-)Politik;121
11.1;4.1 Folgenabschätzung für Politikoptionen;121
11.1.1;4.1.1 Vorgehen im Rahmen der Folgenabschätzung;122
11.1.2;4.1.2 Anforderungen an die Wirkungsanalyse;125
11.2;4.2 Dynamisch komplexe Systeme;126
11.2.1;4.2.1 Verhaltensmuster dynamisch komplexer Systeme;126
11.2.2;4.2.2 Systemdynamische Modellierung dynamisch komplexer Systeme;128
11.2.2.1;4.2.2.1 Problemdefinition;128
11.2.2.2;4.2.2.2 Erstellung einer dynamischen Hypothese;129
11.2.2.3;4.2.2.3 Formulierung eines Simulationsmodells;130
11.2.2.4;4.2.2.4 Modellanalyse;133
11.2.2.5;4.2.2.5 Entwicklung und Bewertung von Politikoptionen;134
11.3;4.3 Fallbeispiel: Folgenabschätzung im Automobilsektor;135
11.3.1;4.3.1 Planungsproblem;135
11.3.2;4.3.2 Modell;137
11.3.3;4.3.3 Daten und Szenarien;148
11.3.4;4.3.4 Ergebnisse und Handlungsempfehlungen;150
11.4;4.4 Fazit;155
12;5 Produktentwicklung;157
12.1;5.1 Produktlebenszyklus;157
12.1.1;5.1.1 Bedeutung der Produktentwicklung;157
12.1.2;5.1.2 Modellierung des Produktlebenszyklus;159
12.2;5.2 Life Cycle Costing;163
12.2.1;5.2.1 Mengengerüst;163
12.2.2;5.2.2 Wertgerüst;166
12.2.3;5.2.3 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung;167
12.3;5.3 Fallbeispiel: Lebenszykluskosten komplexer Elektronikgeräte;169
12.3.1;5.3.1 Entscheidungsalternativen;169
12.3.2;5.3.2 Stoffströme;170
12.3.3;5.3.3 Zahlungsströme;171
12.3.4;5.3.4 Ergebnisse und Handlungsempfehlungen;171
12.4;5.4 Life Cycle Assessment;174
12.4.1;5.4.1 Vorgehensweise;174
12.4.2;5.4.2 Vereinfachtes Life Cycle Assessment;176
12.5;5.5 Fallbeispiel: Umweltwirkungen komplexer Elektronikgeräte;177
12.5.1;5.5.1 Life Cycle Assessment eines Personal Computers;177
12.5.2;5.5.2 Lebenszyklusweite Umweltwirkungen weiterer Elektronikgeräte;180
12.6;5.6 Fazit;182
13;6 Produktion;184
13.1;6.1 Planung von Produktionssystemen;184
13.1.1;6.1.1 Techno-ökonomisches Planungskonzept;185
13.1.2;6.1.2 Strategische Produktionsplanung;186
13.1.2.1;6.1.2.1 Betriebswirtschaftliche Systemgestaltung;188
13.1.2.2;6.1.2.2 Schnittstelle zur technischen Systemgestaltung;189
13.1.3;6.1.3 Berücksichtigung von Unsicherheiten;189
13.2;6.2 Modellierung von Produktionssystemen am Beispiel synthetischer Biokraftstoffe;191
13.2.1;6.2.1 Synthetische Biokraftstoffe als Technologieinnovation;191
13.2.2;6.2.2 Charakterisierung des Produktionssystems;193
13.2.3;6.2.3 Informationen aus der technischen Systemgestaltung;194
13.2.4;6.2.4 Integrierte Standort-, Kapazitäts- und Technologieplanung;198
13.2.4.1;6.2.4.1 Systembeschreibung;198
13.2.4.2;6.2.4.2 Stoffströme;200
13.2.4.3;6.2.4.3 Zielfunktion;202
13.2.4.4;6.2.4.4 Robuste Erweiterung;205
13.3;6.3 Fallbeispiel: Planung eines Produktionssystems zur Herstellung vonBTL-Kraftstoffen;209
13.3.1;6.3.1 Daten;209
13.3.2;6.3.2 Szenarien;210
13.3.3;6.3.3 Ergebnisse und Handlungsempfehlungen;210
13.4;6.4 Fazit;213
14;7 Nutzung;215
14.1;7.1 Nutzungsdauerverlängerung durch Aufarbeitung;215
14.1.1;7.1.1 Aufarbeitungsoptionen;216
14.1.2;7.1.2 Integration in den Produktlebenszyklus;217
14.1.3;7.1.3 Umsetzung in Closed Loop Supply Chains;218
14.2;7.2 Planung der Aufarbeitung;221
14.2.1;7.2.1 Strategische Planung;221
14.2.2;7.2.2 Taktische Planung;221
14.2.3;7.2.3 Operative Planung;222
14.3;7.3 Integrierte Planung von Neuproduktion und Aufarbeitung;222
14.3.1;7.3.1 Planungssituation;223
14.3.2;7.3.2 Modell zur integrierten Produktions- und Aufarbeitungsplanung;225
14.4;7.4 Fallbeispiel: Kreislaufoptionen eines Automatenherstellers;230
14.4.1;7.4.1 Planungsumfeld und -aufgabe;230
14.4.2;7.4.2 Aufarbeitungsoptionen des Automatenherstellers;232
14.4.3;7.4.3 Ergebnisse und Handlungsempfehlungen;234
14.5;7.5 Fazit;235
15;8 Entsorgung;237
15.1;8.1 Begriffe und Grundlagen;237
15.1.1;8.1.1 Systemstufen und Aktivitäten;238
15.1.2;8.1.2 Akteure;240
15.2;8.2 Charakterisierung von Behandlungsprozessen;241
15.2.1;8.2.1 Charakteristika der Demontage und mechanischen Aufbereitung;241
15.2.2;8.2.2 Demontage und Aufbereitung als Kuppelproduktionsprozesse;243
15.3;8.3 Modellierung von Behandlungsprozessen;244
15.3.1;8.3.1 Modellierung der Demontage;245
15.3.2;8.3.2 Modellierung der mechanischen Aufbereitung;249
15.4;8.4 Modellierung integrierter Recyclingunternehmen;253
15.4.1;8.4.1 Allgemeines Stoffstrommodell;253
15.4.2;8.4.2 Hierarchisches Planungskonzept für integrierte Recyclingunternehmen;256
15.5;8.5 Fallbeispiel: Feinplanung eines integrierten Recyclingunternehmens;257
15.5.1;8.5.1 Daten;258
15.5.2;8.5.2 Ergebnisse;260
15.6;8.6 Fazit;262
16;9 Koordination nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke;264
16.1;9.1 Anforderungen an die Koordination nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke;264
16.1.1;9.1.1 Kooperationen entlang des Produktlebenszyklus;264
16.1.2;9.1.2 Anforderungen an die Koordination;266
16.2;9.2 Koordination in Netzwerken;267
16.2.1;9.2.1 Überbetrieblicher Leistungsaustausch;267
16.2.2;9.2.2 Koordination in Wertschöpfungsnetzwerken;269
16.2.3;9.2.3 Koordinationsmechanismen;271
16.2.3.1;9.2.3.1 Koordination durch Kontrakte;272
16.2.3.2;9.2.3.2 Koordination von mathematischen Optimierungsmodellen;273
16.3;9.3 Fallbeispiel: Koordination von Recyclingnetzwerken;275
16.3.1;9.3.1 Charakterisierung der Koordinationssituation;276
16.3.1.1;9.3.1.1 Aktivitäten und Stoffströme;276
16.3.1.2;9.3.1.2 Akteure, Zielsetzungen und Informationen;277
16.3.1.3;9.3.1.3 Weitere Präzisierung der Koordinationssituation;278
16.3.2;9.3.2 Koordinationsansatz;279
16.3.2.1;9.3.2.1 Zentrales Modell;279
16.3.2.2;9.3.2.2 Dezentrales Modell;279
16.3.2.3;9.3.2.3 Koordinationsmechanismus;281
16.3.2.4;9.3.2.4 Prototypische Umsetzung als Multi-Agentensystem;283
16.3.3;9.3.3 Ergebnisse;284
16.4;9.4 Fazit;288
17;10 Schlussfolgerungen;290
17.1;Stoffstrommodelle als Bewertungsgrundlage;290
17.2;Berücksichtigung vielfältiger und gegenläufiger Zielsetzungen;290
17.3;Antizipation der Auswirkungen der Lenkungssysteme ‚Markt – Politik – Gesellschaft‘ auf das Wirtschaftssystem;291
17.4;Berücksichtigung des gesamten Produktlebenszyklus;292
17.5;Lebenszyklusphase der Produktentwicklung;292
17.6;Lebenszyklusphase der Produktion;293
17.7;Lebenszyklusphase der Nutzung;294
17.8;Lebenszyklusphase der Entsorgung;294
17.9;Notwendigkeit einer akteursübergreifenden Zusammenarbeit;295
17.10;Umsetzung von Konsistenz-, Suffizienz- und Effizienzstrategien entlang des Produktlebenszyklus;296
17.11;Fazit;296
18;11 Zusammenfassung;298
19;Literatur;302

Charakteristika und Aufgaben nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke.- Stoffstrombasierte Modellierung und Bewertung nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke.- Lenkungssystem (Umwelt-)Politik.- Produktentwicklung.- Produktion.- Nutzung.- Entsorgung.- Koordination nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke.- Schlussfolgerungen.- Zusammenfassung.

Leseproben

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.

Über Autor(innen)

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