Nachhaltige Wertschöpfungsnetzwerke - Überbetriebliche Planung und Steuerung von Stoffströmen entlang des Produktlebenszyklus

Geleitwort

Vorwort

Inhaltsübersicht

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung

1.1 Ausgangslage und Problemstellung

1.2 Zielsetzung und Lösungsweg

2 Charakteristika und Aufgaben nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke

2.1 Grundlagen und Rahmenbedingungen eines nachhaltigen Wirtschaftens

2.1.1 Konzept Nachhaltigkeit

2.1.2 Lenkungssystem (Umwelt-)Politik

2.1.2.1 Abfall- und schadstofforientierte Richtlinien

2.1.2.2 Medienübergreifender Umweltschutz

2.1.2.3 Freiwillige Instrumente

2.1.2.4 Integrierte Produktpolitik

2.1.3 Stoffstrommanagement zur Umsetzung einer nachhaltigen Entwicklung

2.2 Nachhaltige Wertschöpfungsnetzwerke

2.2.1 Wertschöpfungsnetzwerke

2.2.2 Charakteristika nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke

2.2.3 Planung nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke

2.2.3.1 Planungsrahmen

2.2.3.2 Planungsaufgaben entlang des Produktlebenszyklus

2.3 Fallbeispiel: Nachhaltige Wertschöpfungsnetzwerke in der Elektronikindustrie

2.3.1 Umweltwirkungen von Elektro(nik)geräten

2.3.2 Umweltrechtliche Rahmenbedingungen

2.3.3 Stoffstrommanagement entlang des Produktlebenszyklus

2.3.4 Zusammenarbeit in Wertschöpfungsnetzwerken

2.4 Fazit

3 Stoffstrombasierte Modellierung und Bewertung nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke

3.1 Modellierung vernetzter Produktionssysteme

3.1.1 Ermittlung der Input-Output-Relationen

3.1.1.1 Betriebswirtschaftliche Produktionsfunktionen

3.1.1.2 Aktivitätsanalyse

3.1.1.3 Approximation einer Technik durch Prozesssimulation

3.1.2 Ansätze zur dynamischen Modellierung

3.1.2.1 Dynamisches Grundmodell

3.1.2.2 Dynamische Input-Output-Grafen und Petri-Netze

3.2 Bewertung nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke

3.2.1 Ziele und Zielhierarchien

3.2.2 Ökonomische Bewertung

3.2.2.1 Verfahren der Umweltkostenrechnung

3.2.2.2 Ansatz der stoffflussbasierten Umweltkostenrechnung

3.2.3 Ökologische Bewertung

3.2.3.1 Kumulierter Primärenergieaufwand – KEA

3.2.3.2 Bewertungsverfahren nach UBA

3.2.4 Soziale Bewertung

3.3 Multikriterielle Bewertung zur Integration der Nachhaltigkeitsindikatoren

3.3.1 Indikatorensysteme zur Bewertung der Nachhaltigkeit

3.3.2 Klassifikation multikriterieller Entscheidungsverfahren

3.3.3 Multi Objective Decision Making

3.3.3.1 MODM-Verfahren

3.3.3.2 Bestimmung aller effizienten Lösungen

3.3.3.3 Zielprogrammierung

3.3.4 Multi Attribute Decision Making

3.3.4.1 MADM-Verfahren

3.3.4.2 Outrankingverfahren PROMETHEE

3.4 Fallbeispiel: Modellierung und Bewertung von Recyclingnetzwerken

3.4.1 Stoffstrommodell des Recyclingnetzwerks

3.4.2 Stoffflussbasierte Umweltkostenrechnung zur Bewertung von Recyclingnetzwerken

3.4.3 MODM-Verfahren zur Bewertung von Recyclingnetzwerken

3.4.3.1 Zielfunktionen

3.4.3.2 Effiziente Lösungen

3.4.3.3 Zielprogrammierung

3.4.4 MADM-Verfahren zur Bewertung von Recyclingnetzwerken

3.4.4.1 Zielsystem und Attribute

3.4.4.2 Anwendung von PROMETHEE

3.5 Fazit

4 Lenkungssystem (Umwelt-)Politik

4.1 Folgenabschätzung für Politikoptionen

4.1.1 Vorgehen im Rahmen der Folgenabschätzung

4.1.2 Anforderungen an die Wirkungsanalyse

4.2 Dynamisch komplexe Systeme

4.2.1 Verhaltensmuster dynamisch komplexer Systeme

4.2.2 Systemdynamische Modellierung dynamisch komplexer Systeme

4.2.2.1 Problemdefinition

4.2.2.2 Erstellung einer dynamischen Hypothese

4.2.2.3 Formulierung eines Simulationsmodells

4.2.2.4 Modellanalyse

4.2.2.5 Entwicklung und Bewertung von Politikoptionen

4.3 Fallbeispiel: Folgenabschätzung im Automobilsektor

4.3.1 Planungsproblem

4.3.2 Modell

4.3.3 Daten und Szenarien

4.3.4 Ergebnisse und Handlungsempfehlungen

4.4 Fazit

5 Produktentwicklung

5.1 Produktlebenszyklus

5.1.1 Bedeutung der Produktentwicklung

5.1.2 Modellierung des Produktlebenszyklus

5.2 Life Cycle Costing

5.2.1 Mengengerüst

5.2.2 Wertgerüst

5.2.3 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung

5.3 Fallbeispiel: Lebenszykluskosten komplexer Elektronikgeräte

5.3.1 Entscheidungsalternativen

5.3.2 Stoffströme

5.3.3 Zahlungsströme

5.3.4 Ergebnisse und Handlungsempfehlungen

5.4 Life Cycle Assessment

5.4.1 Vorgehensweise

5.4.2 Vereinfachtes Life Cycle Assessment

5.5 Fallbeispiel: Umweltwirkungen komplexer Elektronikgeräte

5.5.1 Life Cycle Assessment eines Personal Computers

5.5.2 Lebenszyklusweite Umweltwirkungen weiterer Elektronikgeräte

5.6 Fazit

6 Produktion

6.1 Planung von Produktionssystemen

6.1.1 Techno-ökonomisches Planungskonzept

6.1.2 Strategische Produktionsplanung

6.1.2.1 Betriebswirtschaftliche Systemgestaltung

6.1.2.2 Schnittstelle zur technischen Systemgestaltung

6.1.3 Berücksichtigung von Unsicherheiten

6.2 Modellierung von Produktionssystemen am Beispiel synthetischer Biokraftstoffe

6.2.1 Synthetische Biokraftstoffe als Technologieinnovation

6.2.2 Charakterisierung des Produktionssystems

6.2.3 Informationen aus der technischen Systemgestaltung

6.2.4 Integrierte Standort-, Kapazitäts- und Technologieplanung

6.2.4.1 Systembeschreibung

6.2.4.2 Stoffströme

6.2.4.3 Zielfunktion

6.2.4.4 Robuste Erweiterung

6.3 Fallbeispiel: Planung eines Produktionssystems zur Herstellung vonBTL-Kraftstoffen

6.3.1 Daten

6.3.2 Szenarien

6.3.3 Ergebnisse und Handlungsempfehlungen

6.4 Fazit

7 Nutzung

7.1 Nutzungsdauerverlängerung durch Aufarbeitung

7.1.1 Aufarbeitungsoptionen

7.1.2 Integration in den Produktlebenszyklus

7.1.3 Umsetzung in Closed Loop Supply Chains

7.2 Planung der Aufarbeitung

7.2.1 Strategische Planung

7.2.2 Taktische Planung

7.2.3 Operative Planung

7.3 Integrierte Planung von Neuproduktion und Aufarbeitung

7.3.1 Planungssituation

7.3.2 Modell zur integrierten Produktions- und Aufarbeitungsplanung

7.4 Fallbeispiel: Kreislaufoptionen eines Automatenherstellers

7.4.1 Planungsumfeld und -aufgabe

7.4.2 Aufarbeitungsoptionen des Automatenherstellers

7.4.3 Ergebnisse und Handlungsempfehlungen

7.5 Fazit

8 Entsorgung

8.1 Begriffe und Grundlagen

8.1.1 Systemstufen und Aktivitäten

8.1.2 Akteure

8.2 Charakterisierung von Behandlungsprozessen

8.2.1 Charakteristika der Demontage und mechanischen Aufbereitung

8.2.2 Demontage und Aufbereitung als Kuppelproduktionsprozesse

8.3 Modellierung von Behandlungsprozessen

8.3.1 Modellierung der Demontage

8.3.2 Modellierung der mechanischen Aufbereitung

8.4 Modellierung integrierter Recyclingunternehmen

8.4.1 Allgemeines Stoffstrommodell

8.4.2 Hierarchisches Planungskonzept für integrierte Recyclingunternehmen

8.5 Fallbeispiel: Feinplanung eines integrierten Recyclingunternehmens

8.5.1 Daten

8.5.2 Ergebnisse

8.6 Fazit

9 Koordination nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke

9.1 Anforderungen an die Koordination nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke

9.1.1 Kooperationen entlang des Produktlebenszyklus

9.1.2 Anforderungen an die Koordination

9.2 Koordination in Netzwerken

9.2.1 Überbetrieblicher Leistungsaustausch

9.2.2 Koordination in Wertschöpfungsnetzwerken

9.2.3 Koordinationsmechanismen

9.2.3.1 Koordination durch Kontrakte

9.2.3.2 Koordination von mathematischen Optimierungsmodellen

9.3 Fallbeispiel: Koordination von Recyclingnetzwerken

9.3.1 Charakterisierung der Koordinationssituation

9.3.1.1 Aktivitäten und Stoffströme

9.3.1.2 Akteure, Zielsetzungen und Informationen

9.3.1.3 Weitere Präzisierung der Koordinationssituation

9.3.2 Koordinationsansatz

9.3.2.1 Zentrales Modell

9.3.2.2 Dezentrales Modell

9.3.2.3 Koordinationsmechanismus

9.3.2.4 Prototypische Umsetzung als Multi-Agentensystem

9.3.3 Ergebnisse

9.4 Fazit

10 Schlussfolgerungen

Stoffstrommodelle als Bewertungsgrundlage

Berücksichtigung vielfältiger und gegenläufiger Zielsetzungen

Antizipation der Auswirkungen der Lenkungssysteme ‚Markt – Politik – Gesellschaft‘ auf das Wirtschaftssystem

Berücksichtigung des gesamten Produktlebenszyklus

Lebenszyklusphase der Produktentwicklung

Lebenszyklusphase der Produktion

Lebenszyklusphase der Nutzung

Lebenszyklusphase der Entsorgung

Notwendigkeit einer akteursübergreifenden Zusammenarbeit

Umsetzung von Konsistenz-, Suffizienz- und Effizienzstrategien entlang des Produktlebenszyklus

Fazit

11 Zusammenfassung

Literatur