DiCES

Ausgangssituation

Industrielle Wertschöpfung ist heute linear, sie endet weitgehend beim Konsumenten. Wirtschaftswachstum bei gleichzeitiger Reduktion des Ressourcenbedarfs ist damit nicht erreichbar. Die Kreislaufwirtschaft, also die Entschleunigung, Verringerung und Schließung von Energie- und Materialkreisläufen, kann diesen Widerspruch aufheben. Bestehende Kreislaufstrategien, auch als ReX-Strategien bezeichnet, werden dabei primär als singuläre Strategie eingesetzt. Allerdings bedeutet die Fokussierung einer ReX-Strategie, wie z. B. Re-pair, dass die vollen ökologischen und ökonomischen Potenziale der Kreislaufwirtschaft nicht ausgenutzt werden. Zur Ausschöpfung dieser Potenziale bedarf es der Gestaltung von Wertschöpfungssystemen, die eine parallele Integration mehrerer Kreislaufstrategien ermöglichen. Herausfordernd sind das Fehlen einer geeigneten multikriteriellen Entscheidungsunterstützung zur Bestimmung der ökologisch und ökonomisch optimalen ReX-Strategie, die mangelnde Vernetzung der Produktlebenszyklen und der zugehörigen IT-Systeme sowie die Einschränkungen durch lineare, nicht skalierbare Produktionssysteme. Um diese Einschränkungen herkömmlicher Ansätze aufzulösen, ist das Ziel dieses Forschungsvorhabens die Entwicklung eines datenbasierten integrierten Wertschöpfungssystems der multidimensionalen Kreislaufwirtschaft.

Lösungsweg

Mittels eines KI-Modells wird eine prädiktive Vorhersage der Kreislaufwirtschaftsaufwände für Produkte im Nutzungszyklus ermöglicht. In einem datenbasierten Entscheidungsmodell wird die ökonomische und ökologische optimale Kreislaufwirtschaftsstrategie für produzierende Unternehmen ausgewählt. Die Entwicklung einer multizirkulären Auftragsabwicklung bildet, parallel zu einer skalierbaren hybriden Produktion, die Grundlage dieses Projekts. Zusätzlich werden die Auswirkungen auf die Produktkonfiguration und die kreislaufwirtschaftsfähige Geschäftsmodelle untersucht. Durch eine praxisnahe operative, validierte Implementierung wird die Umsetzbarkeit des Vorhabens verdeutlicht und ein breiter Transfer in weite Teile der deutschen Industrie ermöglicht.

Erwartetes Ergebnis

Konkret werden durch den Lösungsansatz folgende Ergebnisse angestrebt: Gestaltung eines datenbasiertes Entscheidungsmodells, das die optimale Auswahl der ReX-Strategie basierend auf Daten eines Produktzwillings und den Eigenschaften des Wertschöpfungssystems realisiert. Dies ermöglicht eine wettbewerbsfähige Kreislaufwirtschaft unter Berücksichtigung ökologischer Faktoren und den daraus resultierenden höheren Durchdringungsgrad von Kreislaufprodukten. Das Entscheidungsmodell verwendet Informationen eines zu entwickelnden KI-Modells, basierend auf digitalen Produktzwillingen, welches eine prädiktive Planung der ReX-Strategien und der dazugehörigen Beschaffungs- und Ressourcennotwendigkeiten ermöglicht. Es werden die notwendigen Aufgaben der multizirkulären Auftragsabwicklung entwickelt und bestehende Funktionsmodule der IT-Systeme S4/HANA und Digital Manufacturing Cloud (DMC) von SAP adaptiert, sodass eine datenbasierte Unterstützung der zirkulären Auftragsabwicklung möglich ist. Die angestrebte Modularisierung der IT-Systemlandschaft der multizirkulären Auftragsabwicklung ermöglicht die Nutzung der Ergebnisse durch andere IT-Lösungsanbieter. Die IT-Systeme unterstützen das skalierbare hybride Produktionssystem, das eine flexible simultane Demontage, Aufbereitung und Neuproduktion fokussiert. Die Stationskonzepte werden durch eine integrierte datenbasierte Entscheidungsunterstützung zur Bestimmung der ökologisch und ökonomisch optimalen Demontagetiefe befähigt. Somit wird eine wettbewerbsfähige Produktion von Kreislaufprodukten durch den notwendigen Grad an Flexibilität zur Reaktion auf steigende Stückzahlen von ReX-Produkten im Sinne der Skalierbarkeit ermöglicht. Die ökologische und ökonomische Effizienz des multidimensionalen Wertschöpfungssystems wird durch die Gestaltung kreislaufgerechter Produkte unterstützt. Hierfür erfolgt die Konzeptionierung eines datenbasierten Vorgehens zur Multi-Parameter-Konfiguration von Produkten bezüglich der Materialzusammensetzung und kreislaufgerechter Produktmerkmale. Die Ergebnisse fließen in das Geschäftsmodell ein, das verschiedene Services-Bündel mit variierenden monetären und nachhaltigkeitsorientierten Eigenschaften definiert und die Kund:innen durch die Produktwiederverwendung zum nachhaltigen Handeln befähigt.

Nutzen für die Zielgruppe