Vernetzt produzieren und digital organisieren

Verschwendung ist im linearen Wirtschaftsmodell fest verankert: Waren werden hergestellt, benutzt, weggeworfen und nur in Bruchteilen wiederverwertet. Informationen über die Zusammensetzung von Produkten sind deshalb bislang kaum von Bedeutung. Doch die Verknappung vieler Ressourcen und der steigende Konsum der Gesellschaft erfordern ein Umdenken: Unternehmen befinden sich auf dem Weg zur intelligenten Produktion inmitten der vierten industriellen Revolution. Treibende Kraft dieser Entwicklung ist die rasant zunehmende Digitalisierung: Neue Ansätze, die die Digitalisierung und zirkuläres Wirtschaften klug miteinander verknüpfen, ebnen Kreislaufinnovationen den Weg. So zum Beispiel im Projekt ProLoop: Sämtliche Daten entlang eines Produktkreislaufs werden digital erfasst und allen beteiligten Akteuren – unter Berücksichtigung des Datenschutzes – zur Verfügung gestellt: Rückläufe von Materialien und Ressourcen werden in bestehende Unternehmensstrukturen zurückgeführt. So können Überproduktionen vermieden werden: ein wichtiger Schritt, um Wirtschaftswachstum vom Ressourcenverbrauch zu entkoppeln.

Kreislauf digital – (K)ein Weg zurück?

Bisher produzieren Unternehmen klassischerweise linear: herstellen, verkaufen, entsorgen – das war’s. Eine Software, die Rückläufe von Materialien in bestehende Unternehmensstrukturen integriert, gibt es noch nicht. Das soll sich mit ProLoop ändern. Das BMBF-Projekt verknüpft Circular-Economy-Ansätze mit der Digitalisierung.

Diese beiden Männer wären sich im Alltag vermutlich nie begegnet: Daniel Reiser von der Reiser AG, einem mittelständischen Maschinenbau-Unternehmen in Veringenstadt im Süden Baden-Württembergs, und Marcel Ely Gomes, Wirtschaftsinformatiker bei der international agierenden Trumpf Werkzeugmaschinen GmbH + Co. KG in Ditzingen. Doch an diesem nasskalten Dezembertag sitzen sie gemeinsam im Konferenzraum des Softwareunternehmens flexis AG in Stuttgart. Was sie eint: Beide arbeiten in der Metallbranche, die als besonders ressourcen- und energieintensiv gilt. Und sie sind beide Partner in dem vom BMBF im Rahmen von „KMU-innovativ“ geförderten Projekt ProLoop, das Ende 2017 angelaufen ist und an diesem Tag zum Kick-off eingeladen hat. „Ziel des Projektes ist es, ein Produktionsplanungs- und -steuerungssystem zu entwickeln, das entlang des gesamten Wertschöpfungsnetzwerks hilft, weniger Ressourcen zu verbrauchen, indem es Materialrückflüsse in bestehende Unternehmensstrukturen integriert“, erklärt Hansjörg Tutsch von der flexis AG, die für diese Herkulesaufgabe die Planungskomponente entwickelt und gemeinsam mit Raphael Hägele vom Softwareentwickler XETICS in die Produktionssteuerung integriert.

Hand in Hand: Circular Economy und Digitalisierung

„Kein leichtes Unterfangen“, bestätigt auch PtJ-Mitarbeiter Dr. Enrico Barsch, der das Projekt betreut, „aber wir haben bei der Beurteilung der Projektskizze Aspekte von Sprunginnovationen ausgemacht“, so Barsch weiter. Und die sind in der Forschungsförderung von besonderer Bedeutung: Lassen sie doch wahre Technologiesprünge oder alternative Geschäftsmodelle erwarten. Barsch geht davon aus, dass sich aus den ProLoop-Ergebnissen nachhaltige Geschäftsmodell-Innovationen im Sinne der Digitalen Transformation als Themengebiet von Industrie 4.0 ableiten lassen: „Das Projekt adressiert richtungsweisend das Thema Circular Economy in Verbindung mit der Digitalisierung.“

Doch zurück zu den Herren Reiser, Ely Gomes und der Metallbranche: Dort ist die gesamte Produktion auf Linearität ausgerichtet. Bauteile, Metalltafeln oder Werkzeuge werden hergestellt, verarbeitet, verkauft und irgendwann entsorgt – in der Regel energieintensiv eingeschmolzen, klassisches Downcycling also. Laut einer Studie des Umweltinstituts bifa liegt der Verschnitt in der Blechbearbeitung – je nach Materialart und Teilegeometrie – bei 30 bis über 65 Prozent. Viel Abfall also, noch mehr ungenutzte Ressourcen.

Digitaler Gesamtüberblick als Chance

„Jahrzehntelang bestand kaum Notwendigkeit, an diesem Zustand etwas zu ändern, da immer ausreichend Rohstoffe verfügbar waren“, sagt Prof. Dr. Anja Braun, Professorin für Produktionsplanung an der Hochschule Reutlingen. Auch sie ist an diesem verregneten Nachmittag im Konferenzraum zugegen – zusammen mit Oliver Schöllhammer und Dr. Hans-Hermann Wiendahl vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA. Die drei übernehmen den wissenschaftlichen Part in ProLoop, stellen die richtigen Fragen, definieren die Anforderungen an die Software und denken die vielen verschiedenen Aspekte der Beteiligten zu einem digitalen Kreislauf zusammen, der Rückflüsse integriert. Das bedeutet beispielsweise: Schleust der Kunde bestimmte Materialien wieder in den Kreislauf ein, passt der Einkauf des Herstellers seine Beschaffung entsprechend an, um unnötige Lagerbestände zu vermeiden. „Einen solchen digitalen Gesamtüberblick als Standardmodul gibt es noch nicht“, ergänzt Tutsch. Am Projektende von ProLoop soll ein solcher Prototyp stehen, der sich auch auf andere Industriebereiche übertragen lässt: Die Software
bleibt, die Parameter werden an die individuellen Bedürfnisse angepasst. Aber nicht nur die entsprechenden digitalen Planungs- und Steuerungskonzepte für die Wertschöpfungskreise sollen entwickelt werden, sondern auch neue oder alternative Geschäftsmodelle stehen auf der „To-do-Liste“: Trumpf verarbeitet in der Blechfertigung unter anderem Kupfertafeln. Der Verschnitt ist hoch, da nur wenige Kupferteile pro Tafelauftrag gefertigt werden. Was übrig bleibt, wird von einem Verwerter aufgekauft. „Bisher hat es sich für Trumpf aufgrund des hohen Aufwandes wirtschaftlich nicht gelohnt, diese Restmetalle selbst zu verarbeiten“, sagt Ely Gomes. Die Idee von ProLoop ist, die Resttafeln im Produktionskreislauf zu halten: Entweder werden sie mit neuen, geometrisch kleineren Aufträgen belegt und in der hauseigenen Produktion verwendet oder als Rohmaterial an andere Produzenten verkauft. Denkbar wäre damit eine Plattform zum Handel mit Restblechen. Die Rohstoffproduktivität lässt sich mit diesen Ansätzen steigern, die Beschaffungs- und Herstellungskosten lassen sich bei gleichzeitiger Output-Optimierung reduzieren, die Ökobilanz fällt besser aus.

PtJ-Mitarbeiter Barsch ist vor allem von der Zusammensetzung des Konsortiums überzeugt: „Ein gemeinsames Ziel, zwei Maschinenbau-Firmen von unterschiedlicher Größe, zwei Software-Unternehmen, ein Fraunhofer-Institut und – assoziiert im Rahmen von Expertengesprächen – die Kunden der Maschinenbauer, die ihre Erwartungen an die Partner zurückspielen.“ Das sind gute Voraussetzungen für ein erfolgreiches Projekt. Barrieren für die Umstellung zu Produktionskreisläufen sieht Barsch vor allem in der Akzeptanz und den Rahmenbedingungen: „Für die Unternehmen ist es ein großes Risiko, bewährte Prozesse zu verändern. Durch Rückläufe, die in den Prozess integriert werden, gestaltet sich die gesamte Planung deutlich komplexer, entsprechend entstehen höhere Kosten.“ Da müssten gute Argumente ins Feld geführt werden, beispielsweise, dass die Einsparung der Materialkosten die Aufwandskosten übersteigt. Braun gibt sich zuversichtlich: „Wir müssen das wirtschaftliche Wachstum vom Ressourcenverbrauch entkoppeln, um auch zukünftigen Generationen eine Lebensgrundlage zu bieten. ProLoop ist ein Projekt, das dafür die Richtung vorgibt!“

Ablauf innerhalb des Projektes ProLoop:

Das Bild zeigt den Ablauf innerhalb des Projektes ProLoop.

Quelle: Projektträger Jülich, Forschungszentrum Jülich GmbH

Hinweis

Die Texte stammen aus dem Dossier „Zirkuläre Wirtschaft“ des PtJ-Geschäftsberichts 2017.

Redaktion:

  • Projektträger Jülich
  • Katja Lüers

Bildnachweise


•Bild „Vernetzt produzieren und digital organisieren“: shansekala/iStock/thinkstock

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