Ein Verfahren zur ressourceneffizienzorientierten Produktweiterentwicklung unter Einsatz emergenter Technologien

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Verfahrens zur ressourceneffizienzorientierten Produktweiterentwicklung unter Einsatz emergenter Technologien in der Nutzungsphase. Dabei werden vier Teilziele verfolgt: Das Verfahren soll nutzungsphasenbezogene Ressourcenverbrauchspotenziale eines Produktes systematisch identifizieren und analysieren. Für diese sind auf Basis formalisierter ressourceneffizienzbezogener Optimierungsansätze und technologischer Potenzialdarstellungen alternative ressourceneffizienzsteigernde Lösungsprinzipien emergenter Technologien zu ermitteln. Eine ganzheitliche Bewertung soll anschließend den technisch-funktionalen, ökonomischen und ressourceneffizienzbezogenen Nutzen eines Lösungsprinzips in der A-wendung ermitteln. Das Verfahren muss im Rahmen einer Produktweiterentwicklung anwendbar sein und hinsichtlich relevanter Aufgabenstellungen des Technologie- und Innovationsmanagements unterstützen. Ressourceneffizienz wird in dieser Arbeit als marktkonforme Schlüsselstrategie zur Erfüllung von Erfordernissen aus Nachhaltigkeit, Umwelt- und Klimaschutz verstanden. Dabei definiert sie auch Anforderungen an die Nutzung von Energie, Material und Wasser in einem Produkt, welches in dieser Untersuchung als ein komplexes Investitionsgut des Maschinen- und Anlagenbaus verstanden wird. Ziel ist die Vergrößerung des nutzenbringenden Outputs je Ressourceninput durch die Anwendung geeigneter emergenter Technologien. Hieraus sollte ein Mehrwert entstehen, der sich in verbesserten Produkteigenschaften bzw. einer höheren Qualität äußert und zu einem erhöhten Kundenutzen oder im Idealfall einer Eco-Innovation führt. Folglich müssen Unternehmen systematisch an das Konzept der Ressourceneffizienz herangeführt werden, um beispielsweise auch emergente Technologien zur Realisierung von Ressourceneinsparung einsetzen zu können. Denn die unternehmerische Praxis offenbart, dass geeignete Methoden fehlen, die auf Basis vorhandener Schwachstellen eines Produktes alternative technologische Lösungsprinzipien aus dem Bereich der emergenten Technologien mit Ressourceneffizienzpotenzial identifizieren und ganzheitlich bewerten helfen. Dies liegt vor allem an einer geringen Praxistauglichkeit vorhandener Ansätze der Umweltwirkungsbewertung, Technologiebewertung und Produktentwicklung. Mit dem hier entwickelten Verfahren wird ein Ansatz der Produktweiterentwicklung vorgestellt, der Unternehmen bei der Integration von ressourceneffizienzsteigernden technologischen Lösungsprinzipien in ein Produkt unterstützt. So werden die vorhandenen ressourceneffizienzbezogenen Problemstellungen des Produktes in der Nutzungsphase mit einer Schwachstellenanalyse aufgenommen und beschrieben, um anschließend die Lösungssuche zur systematischen Entwicklung von technologischen Lösungsprinzipien durchzuführen. Die identifizierten alternativen technologischen Lösungsprinzipien sollen dabei ganzheitlichen Nutzenanforderungen genügen. Dies wird durch eine umfassende quantitative und qualitative Bewertung sichergestellt, die schließlich die Ableitung von Maßnahmen zur Umsetzung der favorisierten Lösungen einleitet. Das Verfahren beruht auf einer funktionsbezogenen Beschreibung des Produktes, welche als Bindeglied zwischen Produkt und Technologie fungiert. Zudem kommt ein ressourceneffizienzbezogenes Technologiepotenzialmodell zum Tragen, welches die in dieser Arbeit betrachtete Technologiedomäne aus emergenten Technologien mit Ressourceneffizienzpoten-zial operationalisiert. Schließlich werden existierende methodische Ansätze wie TRIZ, Schwachstellenanalyse, House of Technology und Szenario-Technik in angepasster Form angewendet. Insgesamt wird so ein Zugang zum Konzept der Ressourceneffizienz geschaffen. Auf diese Weise liefert das Verfahren dem Unternehmen wesentliche Ansatzpunkte für neue Ziel-Mittel-Kombinationen, welche sowohl inkrementell als auch radikal sein können. Der Anwendungskontext kann dabei substituierend, komplementär oder neu zu den bisherigen Lösungen sein. Diese alternativen ressourceneffizienzsteigernden Lösungen eröffnen dem Unternehmen die Möglichkeit, den genannten Mehrwert im Produkt umzusetzen und damit einen Wettbewerbsvorteil zu schaffen. Die Eignung des Verfahrens wurde am Beispiel des Bedarfs von Unternehmen der Verpackungstechnik und der Fahrzeugwäsche dargestellt. So erhielten sowohl ein Hersteller von Verpackungsmaschinen als auch ein Hersteller von Autowaschanlagen einen aufwandsamen und anwendungsspezifischen Zugang zur Ressourceneffizienz. Hierbei wurden vorhandene Ressourceneffizienzpotenziale möglichen alternativen ressourceneffizienzsteigernden Lösungsprinzipien emergenter Technologien gegenübergestellt. Dies geschah ausgehend von einer Vielzahl von identifizierten Schwachstellen und anhand von typischen Lösungs-mustern. Für die Recherche- und Bewertungsphasen wurde neben explizitem auch speziell implizites Wissen von Experten genutzt. Abschließend wurden der ganzheitliche Nutzen der Lösungsprinzipien bewertet und Maßnahmen zur weiteren Verfolgung der Ideen abgeleitet. Die angewendeten Analyse- und Bewertungsmethoden ermöglichten ein transparentes Vorgehen und konnten dem jeweiligen unternehmensspezifischen Bedarf angepasst werden.

The aim of this thesis is to develope a method for a resource efficienct product development by using emerging technologies in the utilization phase of the product life cycle. The thesis pursues four sub-goals: systematically identify and analyse relevant resource consumption weak spots of a product to identify improved resource efficiency solution principles using formalized resource efficiency approaches and technological principles to undertake a holistic assessment to determine the conformity with the functional, the resource efficiency and the economic performance to determine that the method is applicable to the product development process and supports typical technology and innovation management activities. In this thesis resource efficiency is understood as a key strategy for achieving environmental sustainability and climate protection requirements. These are also in line with the market needs that are increasingly driving business to seek for eco-innovation solutions. Resource efficiency in this thesis is defined as the efficiency of the use of energy, material and water in the product life cycle with the aim of increasing value as defined by a beneficial output per resource input. A product is understood as a complex durable good from the machinery and plant engineering industry. Emerging technologies are capable of opening up new potential opportunities to improve product attributes, quality and user benefit. However entrepreneurial practices demonstrate deficiencies in applying resource efficiency principles and implanting emerging technologies in a product. Hence companies need systematic methodologies to introduce the concept of resource efficiency into all phases of the product life cycle. These methodologies need to address existing resource consumptions to identify product weak spots – and then identify and holistically assess alternative technological solution principles creatively and practically. Too often this approach is missing. This thesis take a holistic approach to mean an approach which considered the integrated life cycle and asseses functionality, resource efficiency as well as economic related impacts applying emerging technologies. This is needed to address the poor functionality, complexity and lack of process specification of existing environmental assessment tools, technology assessment tools and product development approaches. With the proposed developed methodology, companies will be assisted in integrating resource efficiency increasing use of technological solution principles in products. The method is defined as a product development method. Existing resource inefficiency of the product will be identified and described through a weak point analysis of the utilization phase. Subsequently systematic technological solution principles will be developed. The identified alternative technological solution principles will address holistic requirements. The method is based on a function based description which performs a translation between product and technology. Emerging technologies which have a potential to improve their resource efficiency can realise this potential using a resource efficiency related technological potential model. The model provides a method to access resource efficiency. Methodological approaches like TRIZ, weak point analyses, house of technology and scenario-technique are used in an adapted form to achieve this. Preceding the search for solutions, the method identifies specific problems (weak spots) as potential starting points for which emerging technologies, in principle, can provide suitable solutions. These solutions could be incremental or radical by pursuing a new mean-purpose-combination. Old solutions may be replaced by complementary or new solutions.This method will open up the possibility of improving certain properties of the product, use new technologi-cal solution principles or integrate new product features. The aim is to increase the holistic value of the product, by providing resource efficient solution to achieve competitive advantages. The benefit of the identified solution principle will be evaluated quantitatively and qualitatively with key performance indicators measured. The method was applied with two companies within the packaging and car wash technology sector. Both companies received custom-designed access to resource efficiency solutions without significant time and cost investment. From this existing resource efficiency saving solutions as well as possible alternative resource efficiency increasing solution principles of emerging technologies are identified. Following assessment of a wide range of weak spots, relevant solution principles with typical resource efficiency solution patterns are chosen to shape the appropriate solution. For the identification and assessment of each solution expert knowledge was sought. The holistic value was assessed and methods for its implementation into practice were defined. Simple analysis of will ensure a transparent procedure and the adaptability on existing method.