Das 16-Punkte-Bewertungsraster im Informationssystem COMMET

Klose, J.; Heinevetter, G.W.; Schön, Th.; Hahn, E.
COMMET  Informationssystem zur Konstruktion umweltgerechter Erzeugnisse
TU Dresden / Institut für Maschinenelemente und Maschinenkonstruktion
Lehrstuhl für Konstruktionstechnik / CAD
Prof. Dr.-Ing. habil. Johannes Klose
 

1 Einleitung


Vielfältige Umweltaspekte im Lebenszyklus eines Produktes sind erforscht worden und es wurden Regeln und Methoden abgeleitet, die eine Berücksichtigung bei der Produktentwicklung erlauben. Die Regeln und Methoden sind veröffentlicht und liegen in Form von Normen, Richtlinien oder Fachbüchern vor. Über diese wissenschaftlichen und oft theoretischen Erkenntnisse hinaus sammelt jeder Konstrukteur bei seiner Tätigkeit Erfahrungen, auch aus dem Bereich der gezielten Entwicklung umweltgerechter Erzeugnisse. Das persönliche Erfahrungswissen ist die effektivste Informationsquelle bei der Lösung neuer Aufgaben. Sie steht dem einzelnen unmittelbar zur Verfügung und erlaubt ihm vielfach die gezielte Lösung selbst von komplexen Problemen. Nicht befriedigend ist aber bis heute die Aufbereitung des Erfahrungswissens. Dabei hat die Bewertung eine wichtige Aufgabe.

Abbildung 1: Arbeit mit COMMET

Erst die ökologische Bewertung der Informationen erlaubt eine gezielte Auswahl aus konkurrierenden Lösungen. Die Beurteilung von Konstruktionen nach Umweltgesichtspunkten bildet einen weitgehend ungelösten Problembereich. Die Integration eines Bewertungstools zur schnellen groben Abschätzung der Umweltgüte einer Konstruktion bildet einen wesentlichen Inhalt des Informationssystems COMMET (COMMET - gefördert durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU), siehe Abbildung 1).
 

2 Stand der Technik

2.1 Umweltaspekte der Erzeugnisse

Jedes Produkt steht in Wechselwirkung mit der Umwelt. Dies beginnt bei der Rohstoffgewinnung, setzt sich fort über Fertigung, Betrieb, Recycling und endet mit der Abfallentsorgung. Diese Bereiche des Produktlebenszyklus, in denen das Produkt physisch existiert, müssen bei der Entwicklung berücksichtigt werden. Zu diesen Bereichen existiert vielfältiges Wissen, das der Konstrukteur bereits bei der Erzeugnisentwicklung auswerten muß.

2.2 Wissensverarbeitung

Die Informationen, ihre Gewinnung und ihre Verarbeitung bilden wesentliche Elemente in allen Phasen und Schritten der Konstruktion. Dies gilt unabhängig von der rechentechnischen Ausstattung. In jedem Arbeitsschritt wird ein bekannter Ausgangszustand zu einem höherwertigen Endzustand weiterentwickelt. Das persönliche Erfahrungswissen reicht dabei oftmals nicht aus. Informationen von außen müssen mit erschlossen werden.

2.3 Erfahrungswissen

Die Erfahrungen aus gelösten ähnlichen Problemstellungen bilden eine wesentliche Basis bei der Entwicklung neuer technischer Lösungen. Sie helfen auch bei komplexen Problemen, wie sie oft bei der Berücksichtigung von Umweltaspekten in der Konstruktion auftreten.

2.4 Bewertung

Es reicht nicht aus, das persönliche Erfahrungswissen jedes Mitarbeiters zu erfassen, es muß auch aufbereitet werden. Dabei werden die Kernaussagen herausgearbeitet und es erfolgt eine qualitative Bewertung. Der Konstrukteur erkennt so Schwachstellen besser und kann die für den speziellen Einsatz beste Lösungsvariante wählen. Die Bewertung erschließt Erfahrungswissen aller Mitarbeiter der gesamten Firma.
 

3 Problembeschreibung

Das Erfassen von umweltrelevanten Informationen für die Produktentwicklung allein bietet nicht die bestmögliche Unterstützung. Die Bewertung der Informationen ist ein unverzichtbarer Aspekt zur praktischen Nutzung und erlaubt auch unerfahrenen Nutzern die gezielte Wahl günstiger technischer Lösungen.

Sinnvoll ist ein ganzheitlicher Ansatz, der den gesamten Lebensweg des Produktes berücksichtigt. Ein erprobtes Werkzeug dazu ist die Ökobilanz. Sie erlaubt die Berücksichtigung aller Wechselwirkungen zwischen Produkt und Umwelt. Der Konstrukteur löst aber die überwiegende Zahl der konstruktiven Aufgaben selbständig. Eine Ökobilanz kann nur in einem Expertenteam mit erheblichem Zeitaufwand erstellt werden. Der einzelne Konstrukteur kann sie nicht aufstellen.
 

4 Lösungsansatz

Eine praxisgerechte Möglichkeit zur Erschließung von Erfahrungswissen sind ausgeführte Konstruktionen in Form von Beispiellösungen mit Bemerkungen des Urhebers. Diese werden in COMMET geordnet erfaßt, ausgewertet und ausgegeben. Bei jedem Beispiel wird mindestens ein markanter Umweltaspekt herausgearbeitet.

In COMMET steht dem Konstrukteur zur ökologischen Bewertung ein 16-Punkte-Bewertungsraster zur Verfügung. Mit einer rechentechnisch umgesetzten, um eine detaillierte gewichtete Punktbewertung erweiterten Checkliste (vgl. Abbildung 2) kann der Konstrukteur eigene und fremde Erkenntnisse selbständig bewerten. Er ist dabei nicht auf die Hilfe eines Expertenteams angewiesen und kommt in kurzer Zeit zu einem aussagekräftigen Ergebnis. Die Weiternutzung eigener Erkenntnisse wird verbessert und externe Informationen können beurteilt werden.
 

5 Erschließen von Praxisbeispielen

COMMET erschließt das Erfahrungswissen des Einzelnen in Form von Beispiellösungen. Dabei kann es sich um Maschinenelemente, Baugruppen oder ganze Produkte handeln. Es werden Werkzeuge zur Verfügung gestellt, mit denen der Konstrukteur ohne großen Mehraufwand seine Entwicklungen in das System integrieren kann. Diese Erkenntnisse stehen dann einem breiten Nutzerfeld zur Verfügung.

Wesentlich sind bei diesem Informationssystem:

  • Struktur der Funktionselemente
  • Struktur der Umweltaspekte
  • Schlagwortsuche (Technik und Umwelt)

  • Die Informationen werden in COMMET entsprechend den Strukturen abgelegt. Die Strukturen unterstützen bei der Dateneingabe, wie auch bei der Suche nach Informationen. Darüber hinaus kann auf gespeicherte Informationen über Schlagworte zugegriffen werden. Dazu wird ein Thesaurus angeboten.
     

    6 Die Bewertung in COMMET

    Um in der kurzen, in der Praxis zur Verfügung stehenden Zeit zu aussagefähigen Bewertungen zu gelangen, bedarf es der systematischen Unterstützung des Konstrukteurs. Geeignet ist auch in diesem Hinsicht eine rechnerunterstützte Bewertung anhand des Bewertungsrasters (siehe Abbildung 2).

    Durch das in COMMET integrierte Bewertungsraster wird der Konstrukteur in die Lage versetzt, seine Entwicklung selbständig grob auf umweltspezifische Schwachstellen zu überprüfen, diese zu vermeiden und durch eine entsprechende Einstufung im Informationssystem auch andere Konstrukteure vor Fehlentwicklungen zu schützen.

    Am Ende dieses kurzen Prozesses kann er Aussagen über mögliche Umweltrisiken einzelner Bauteile treffen. Bereits bei der Entwicklung kann er negative Folgen für die Umwelt vermeiden. Über diesen einfachen Prozeß erstellt der Konstrukteur zudem eine Rangfolge der Lösungsvarianten entsprechend den 16 Umweltaspekten.

    6.1 Ermittlung des COMMET-Ökowerts

    Zur effizienten Bewertung von Lösungen bietet sich die Bildung eines Ökowertes an. Dazu wählt der Nutzer für jeden Bewertungsaspekt einen Wichtungsfaktor zwischen 1 und 10 (es werden Empfehlungen vorgegeben). In dem nächsten Schritt wählt er die Wichtungsfaktoren der Bereiche im Lebenszyklus (Gruppen-Wichtungsfaktoren).

    In der eigentlichen Bewertung vergibt der Konstrukteur, soweit wie möglich, zu jedem Bewertungsaspekt (16 Punkte) eine Bewertung. Dazu findet er zu jedem Bewertungsaspekt und jeder Einstufung eine kurze Erläuterung.

    Er hat jeweils die Wahl zwischen:

    A: Idealzustand (6 Punkte)

    B: Akzeptabler Zustand (4 Punkte)

    C: Dringender Handlungsbedarf (1 Punkt)

    D: Keine Einstufung (0 Punkte)

    Das System weist entsprechend jeder Einstufung sechs, vier, ein oder null Punkte zu und berechnet durch Multiplikation mit dem jeweiligen Wichtungsfaktor die gewichtete Punktzahl. Die Gruppenwerte ergeben sich aus der Summe der gewichteten Punkte je Gruppe. Die Gruppenwerte werden danach automatisch mit den jeweiligen Gruppen-Wichtungsfaktoren multipliziert, die gewichteten Gruppenwerte aufaddiert und auf den maximalen Wert in Prozent normiert. Dieser normierte Wert wird als "COMMET-Ökowert" bezeichnet. Er gibt einen Anhaltspunkt für die Umweltgüte der Lösung.

    6.2 Detaillierte Auswertung

    Der Nutzer entscheidet durch die Wahl der Wichtungsfaktoren maßgeblich über das Ergebnis der Bewertung. Er hat so die Möglichkeit, entweder Schwerpunkte zu setzen oder die vorgegebene ausgewogene Bewertung zu übernehmen. Zum Vergleich von Lösungsvarianten ist es erforderlich, durchgehend die gleiche Wahl der Wichtungsfaktoren beizubehalten.

    Durch die detaillierte Ausgabe der Einzelwerte, der Gruppenwerte und des Gesamtwertes (COMMET-Ökowert) hat der Nutzer zudem die Möglichkeit, die Vor- und Nachteile der Varianten gegeneinander abzuwägen.
     

    7 Zusammenfassung

    In COMMET wird ein Informationssystem erstellt, das es dem Konstrukteur in der Praxis erlaubt, Erfahrungswissen geordnet abzuspeichern und nach Umweltgesichtspunkten zu bewerten. Das so aufbereitete Erfahrungswissen des Einzelnen wird über COMMET einem größeren Nutzerkreis erschlossen. Durch die Kopplung zum Internet kann zudem auf zentral gespeicherte Daten zugegriffen werden und der Anwender hat die Möglichkeit, eigene Erkenntnisse auch externen Nutzern zugänglich zu machen.

    Neben der Informationsverarbeitung ist die Integration eines ökologischen Bewertungssystems für den Praxiseinsatz von besonderer Bedeutung. In COMMET steht dem Nutzer ein 16-Punkte-Bewertungsraster zur Verfügung, mit dessen Hilfe er selbständig und effizient eine Bewertung nach wesentlichen Umwelteffekten vornehmen kann. Er kann sich so schnell einen Überblick über ökologische Vor- und Nachteile sowie Schwachstellen eigener oder fremder Lösungen verschaffen.
     

    8 Literatur

    [BePf-97] Behrendt, S.; Pfitzner, R.: Umweltgerechte Produktentwicklung; VDI-Seminar; Düsseldorf: VDI Bildungswerk, 1997

    [BeVo-95] Betz, G.; Vogl, H.: Das umweltgerechte Produkt; Neuwied, ...: Luchterhand, 1995

    [BrFl-93] Breiing, A.; Flemming, M.: Theorie und Methoden des Konstruierens; Berlin;...: Springer, 1993

    [BrKn-97] Breiing, A.; Knosala, R.: Bewerten technischer Systeme; Berlin, ...: Springer, 1997

    [DBU-97] Lefèvre, J.; Husemann, I.: "Umweltger. Konstruieren und ökolog. Produktgestaltung", Expertengespräch bei DBU am 05.06.97; Osnabrück: DBU, 1997

    [DIN14040] DIN EN ISO 14040 (Entwurf, mehrere Blätter); Umweltmanagement: Produkt-Ökobilanzen, Berlin: Beuth, 1996

    [KHHS-98] Klose, J.; Hahn, E.; Heinevetter, G.W.; Schön, Th.: COMMET - ein rechnerunterstütztes Infosystem zur Konstruktion von umweltgerechten Maschinen und Anlagen; in: Bläsing, J. P. (Hrsg.). Nachhaltige Produkt- und Prozeßentwicklung; Ulm: TQU, 1998

    [KlHe-97] Klose, J.; Heinevetter, G.: COMMET – Informationssystem zur Konstruktion umweltgerechter Erzeugnisse, Veranstaltung 30./31.01.97 am PTZ Berlin (IWF/IPK); Berlin: TU Berlin, 1997

    [KlHS-97] Klose, J.; Heinevetter, G.; Schön, Th.: COMMET – Desing of environment-friendly products by using practical examples, 4th CIRP Seminar on Life Cycle Engineering, Berlin, Germany; London, ...: Chapman ∓ Hall, 1997

    [KlMe-97] Klose, J.; Mertens, R.: Bereitstellung und Organisation von Wissen; in: Grabowski, H.; Geiger, K. (Hrsg.): Neue Wege zur Produktentwicklung; Stuttgart, ...: Raabe-Verlag, 1997
     
     
    Lfd. Nr.
    Bewertungsgruppe
    Bewertungsaspekt
    Wichtungsfaktor
    1 ...10
    Merkmale für Einstufung
    Punktzahl
    Wichtung x Punktzahl
    Gruppenwert / bew. max. Wert
    Wichtungsfaktor (wg = 1...10)
    Gew. Gruppenwert (wg x Gruppenwert) / bew. Max. Gruppenwert
    A Idealzustand
    6 Punkte
    B Akzeptabler Zustand
    4 Punkte
    C Dringender Handlungsbedarf
    1 Punkt
    1
    Rohstoff, Ausgangsstoff
    Werkstoffvielfalt
    7
    Werkstoffe gemeinsam verwertbar mit hochwertigen Sekundärrohstoffen Werkstoffe gemeinsam verwertbar mit minderen Sekundärrohstoffen Werkstoffe nicht gemeinsam verwertbar
    4
    28
    93 / 163
    5


    465 / 810
    2
    Werkstoffmenge
    3
    Leichtbau, höchste Werkstoffauslastung mit vertretbarer Sicherheit Funktionsgerechte Dimensionierung des Produktes Überdimensionierung (nicht funktionsnotwendig)
    6
    18
    3
    Einsatz von Sekundärrohstoffen und Rezyklaten
    7
    Hoher Rezyklatanteil (100%-70%) Mittlerer Rezyklatanteil (70%-30%) Niedriger oder kein Anteil (30%-0%)
    1
    7
    4
    Schadstoffe
    10
    100% schadstofffreie  Minimaler gekennzeichneter Schadstoffanteil Deutlicher Schadstoffanteil 
    4
    40
    5
    Fertigung
    Kennzeichnung der Konstruktionswerkstoffe
    7
    Hoher maschinenlesbarer Kennzeichnungsgrad (100%-70%) Mittlerer Kennzeichnungsgrad (70%-30%) Niedriger oder kein Anteil (30%-0%)
    4
    28
    28 / 42
    7


    196 / 294
    6
    Einsatz energiesparender Verfahren
    5
    Energiesparende Fertigung, Kaskadennutzung von Energie Energiesparende Fertigung Hoher Energieverbrauch
    -
    0
    7
    Betrieb
    Betriebsstoffvielfalt
    5
    Betriebsstoffe gemeinsam verwertbar - keine toxischen Betriebsstoffe Minimum von unterschiedliche – keine toxischen Betriebsstoffe Unterschiedlichste Betriebsstoffe oder toxischen Betriebsstoffe
    4
    20
    155 / 234
    10


    1550 / 2340
    8
    Betriebsstoffmenge
    10
    Geringe Betriebsstoffmenge und minimaler Verbrauch Mäßige Betriebsstoffmenge und mäßiger Verbrauch Große Menge und Verbrauch
    4
    40
    9
    Emissionen
    10
    Keine Gering unvermeidbar Hoch
    6
    60
    10
    Lebensdauererhöhung
    7
    Geringer Verschleiß, auf wenige leicht tauschbare Teile b. Mittlerer Verschleiß, betroffene Teile tauschbar Hoher Verschleiß, ohne Tauschbarkeit der betroffenen Teile
    4
    28
    11
    Produktpflege und –betreuung
    7
    Laufende Verbesserung der Produkte, Nachrüstungsmöglichkeiten und Information der Kdn. Laufende Verbesserung der neuen Produkte, aber keine Integration in ausgelieferte Produkte Seltene Überarbeitung der Produkte und keine Rückkopplung zum Kunden
    1
    7
    12
    Wirkungsgrad
    10
    Geringer Energieverbrauch, Kaskadennutzung von Energie Geringer Energieverbrauch Hoher Energieverbrauch
    -
    0
    13
    Recycling
    Recyclingfähigkeit
    7
    Leichte Aufarbeitung mit gegenüber Neuteil gleicher Produktqualität Aufarbeitung mit mäßigem Aufwand möglich und vermarktbare Prduktq.  Aufarbeitung nicht oder nur mit hohem Aufwand möglich
    4
    28
    60 / 90
    8


    480 / 720
    14
    Demontagegerechtheit
    8
    Modulbauweise vollständig realisiert Partielle Modulbauweise Komplexe Verbundstruktur
    4
    32
    15
    Abfälle
    Energiegewinnung bei Verwertung
    7
    Hohe Energieausbeute bei thermischer Verwertung, keine problematischen Emissionen und Abfälle Geringe Energieausbeute, für unvermeidbare Emissionen und Abfälle sind Sekundärmaßnahmen verfügbar  Keine Energieausbeute, problematische Abfälle und Emissionen
    -
    0
    0 / 0
    8
    0 / 0
    16
    Energieaufwand bei Entsorgung
    10
    Kein Energieaufwand bei Entsorgung, keine energieintensiven Zusatzmaßnahmen Energieaufwand für Entsorgung der Abfälle und von Stoffen aus der Entsorgung gering Hoher Aufwand für umweltgerechte Entsorgung
    -
    0
    Summe
    120
    46
    336
    336 / 529
    38
    2691 / 4164
    COMMET-Ökowert = 2691 / 4164 x 100 =
    65

    Abbildung 2: Beispiel für die Bildung von Gruppen- und Gesamt-COMMET-Ökowert (erweitert nach [BePf-97], [BeVo-95], [DBU-97])