Nachhaltigkeit und Digitalisierung

Inhaltsverzeichnis

1. Frontmatter

2. 1. Einleitung

   Florian Tomaschko

   Zusammenfassung

   Nachhaltigkeit Prozesse und nachhaltiges Handeln stellen für Unternehmen einen wesentlichen Wettbewerbsfaktor dar. Durch die Digitalisierung der Produktion können Fertigungsprozesse nachhaltiger gestallten werden. Die Kernidee dieser Arbeit umfasst das Prinzip, dass neben positiven Nachhaltigkeitseffekten bei der Digitalisierung auch negative Effekte durch die Herstellung, den Transport, den Betrieb und die Verwertung entstehen können. Hierzu entwickelt diese Arbeit ein Investitionsbewertungsmodell, um den Einsatz von Digitalisierungstechnik im produzierenden Umfeld zu prüfen. 

3. 2. Grundlagen der Arbeit

   Florian Tomaschko

   Zusammenfassung

   Das Verständnis von Nachhaltigkeit hat sich über Zeit immer weiterentwickelt und wird heute in Form von drei Säulen (ökonomisch, ökologisch und sozial) ausgedrückt. Im Rahmen der Arbeit werden die ökonomische und ökologische Säule näher betrachtet. Um diese in einem Unternehmen und für eine Investition zu bewerten existieren unterschiedliche Investitionsbewertungsmethoden. Das Thema Industrie 4.0 oder Digitalisierung stellt ein breites Themenfeld mit einer Vielzahl an Anwendungen dar. Für den produzierenden Bereich lassen sich konkrete Technologien identifizieren und eingrenzen (DT und CPS).

4. 3. Stand der Forschung

   Florian Tomaschko

   Zusammenfassung

   In der Forschung und in der Literatur sind sowohl das Thema Digitalisierung und auch dessen Verknüpfung mit dem Thema Nachhaltigkeit feste Bestandteile.  Eine Literaturanalyse zeigt, dass überwiegend konzeptionelle Arbeiten im Fokus der Wissenschaft stehen und ein Großteil der themenrelevanten Publikationen lediglich die entstehenden Vorteile, welche durch den Einsatz von Digitalisierungstechnologie entstehen, ohne mögliche Nachteile daraus,  betrachtet. Mittels der Analyse von 9 als relevant identifizierten Publikationen, werden Lücken im aktuellen Forschungsstand aufgezeigt.

5. 4. Entwicklung einer Vorgehensweise zur ganzheitlichen Nachhaltigkeitsbewertung von Digitalisierungstechnologien

   Florian Tomaschko

   Zusammenfassung

   Die Grundlage für die Investitionsbewertung bildet die Formel der Ressourceneffizienz. Hierzu wird das Gesamtsystem in ein Nutzen- und ein Aufwandssystem unterteilt. Für beide Systeme existieren in der Theorie unterschiedliche Fälle, wie Einsparungen und Aufwendungen im System verlaufen. Für den Einsatz in der Praxis dient ein fünfstufiges Ablaufschema, welches Rahmenbedingungen wie Berechnungsgrößen oder Systemgrenzen berücksichtigt. Neben einer Vorprüfung der Digitalisierungseignung einer Fertigungsumgebung wird die eigentliche Bewertung mit der Kapitalwertmethode und der ökologischen Rückzahlugnsdauer durchgeführt. 

6. 5. Digitalisierung eines Fertigungsprozesses

   Florian Tomaschko

   Zusammenfassung

   Zur Herstellung von Plattenmöbeln werden Holzwerkstoffe mittels einer Plattenaufteilsäge, einer Kantenanleimmaschine und eines CNC-Bearbeitungszentrums bearbeitet. Diese Anlagen sind an der Technischen Hochschule Rosenheim in einem Forschungsdemonstrator vorhanden und sind um betriebstechnische Anlagen zur Druckluft- und Ablufterzeugung ergänzt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Forschungsdemonstrator mittels eines IoT-Kopplers, Sensoren und ausgewählter Open Source Software digitalisiert. Hierdurch stehen für eine entwickelte Musterproduktion (Sideboard) Daten zur Bearbeitung der Forschungsfragen zur Verfügung.

7. 6. Anwendung der entwickelten Bewertungsmethodik

   Florian Tomaschko

   Zusammenfassung

   Die Datenerhebung aus der Musterproduktion, bei welcher drei Beispiel-Produkte gefertigt wurden, erfolgte zweistufig und im Zeitraum von 2019 bis 2023. In der ersten Phase wurde das Aufwandsystem installiert, aus dem anschließend die Daten für das Nutzensystem generiert wurden. Die Ergebnisse aus dem Forschungsdemonstrator, das heißt für den Nutzen und aus der Digitalisierungstechnik, das heißt für den Aufwand werden für die entwickelten qualitativen Modellgleichungen und für die entwickelte Vorgehensweise verwendet. Je nach Einsparungsfaktor und betrachteter Fertigungsumgebung ergeben sich unterschiedliche Amortisationszeiten, die zur Ergebnisbildung im Detail betrachtet werden. Um die Praxisrelevanz der Methode zu prüfen, wird die Demonstratorumgebung skaliert, dass sie einem industriellen Fertigungsprozess entspricht.

8. 7. Diskussion der Bewertungsergebnisse und der entwickelten Vorgehensweise

   Florian Tomaschko

   Zusammenfassung

   Als Ausgangsbasis zur Berechnung der Ergebnisse dienen die Daten aus dem Forschungsdemonstrator, welche in eine Aufwand- und in eine Nutzenbetrachtung unterteilt sind. Aus den Zwischenergebnissen dieser Betrachtung entstehen mittels Anwendung der entwickelten Modellgleichungen die Ergebnisse für die Amortisationszeit, den Nachhaltigkeitsgewinn und für die Ressourceneffizienz. Ebenfalls dienen die Ausgangsdaten der Anwendung der entwickelten Vorgehensweise für die Praxis, die als Ergebnis die ökonomische und ökologische Digitalisierungseignung prüft. Die Qualität der Ergebnisse ist abhängig von der Güte der Ausgangsdaten und den getroffenen Annahmen. Mittels unterschiedlichen Analysemethoden lassen sich die Qualität der Ergebnisse, Zusammenhänge zwischen den Ergebnissen und den Ausgangsdaten sowie wesentliche Einflüsse auf die Ergebnisse identifizieren.

9. 8. Schlussfolgerungen

   Florian Tomaschko

   Zusammenfassung

   Ein zentrales Alleinstellungsmerkmal dieser Arbeit liegt in der Entwicklung der strukturierten, methodischen Vorgehensweise zur Investitionsbewertung von Digitalisierungstechnologien und deren praxisnaher Anwendung. Besondere Merkmale sind die integrierte Vorbewertung, die ganzheitliche Berücksichtigung ökonomischer und ökologischer Effekte, die lebenszyklusumfassende Betrachtung, die Flexibilität bei der Wahl der Berechnungsgrößen (Wirkungskategorien) sowie die granulare Datenerfassung. Hierdurch liefert diese Arbeit neue Ansätze zur Bestimmung des optimalen Digitalisierungsgrades, um Fertigungsprozesse nachhaltig zu gestalten und leistet damit einen Beitrag zur nachhaltigen Transformation der Industrie.

10. Backmatter