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Heutige Produktions- und Konsummuster folgen weitgehend einer linearen Logik: abbauen, herstellen, konsumieren, entsorgen. Nur neun Prozent der Weltwirtschaft sind laut Circular Gap Report 2020 kreislaufgef��hrt. Doch dieses Wirtschaftsprinzip tr��gt zu einer massiven ��berschreitung der ���Planetaren Grenzen��� und damit zu einer Destabilisierung der ��kosysteme und Lebensgrundlage der Menschen bei, wie etwa des Klimasystems und der Artenvielfalt. Demzufolge wird derzeit viel ��ber einen Paradigmenwechsel in der Logik industrieller Wertsch��pfung diskutiert ��� weg von einem ressourcenintensiven hin zu einem ressourcenproduktiven, weitgehend kreislaufgef��hrten Modell. F��r das Industrie- und Exportland Deutschland ergeben sich weitreichende Chancen, schlie��lich bedeutet dieser Wechsel nicht weniger als eine Neuinterpretation des Modells ���Made in Germany���. Die Europ��ische Union und zahlreiche Mitgliedsl��nder haben bereits strategische Pl��ne f��r einen ��bergang zu einer ressourcenschonenden Wirtschaftsweise nach den Prinzipien der Circular Economy entwickelt. Auch au��erhalb von Europa folgen L��nder dieser Leitidee, beispielsweise China, Japan oder Kanada. F��r Deutschland fehlt solch ein Plan derzeit. Die Circular Economy Initiative Deutschland (CEID) hat zum Ziel, als Multi-Stakeholder-Prozess mit mehr als f��nfzig Institutionen aus Wirtschaft, Wissenschaft und Zivilgesellschaft die Grundlage f��r einen solchen Plan zu legen. In interdisziplin��ren und branchen��bergreifenden Arbeitsgruppen er��rtern rund 130 Expertinnen und Experten, wie zirkul��re Wirtschaftssysteme erm��glicht und umgesetzt werden k��nnen. Dazu untersuchen sie m��gliche Anwendungsfelder und diskutieren, welche Rahmenbedingungen zu einer erfolgreichen Umsetzung f��hren k��nnten. Die Circular Economy Initiative Deutschland definiert Ziele f��r diesen Ver��nderungsprozess und fokussiert folgende Themen: - Zirkul��re Gesch��ftsmodelle und digitale Technologien als Innovationstreiber - Neue Wertsch��pfungsnetzwerke f��r Batterien und Verpackung - Rahmenbedingungen f��r eine zirkul��re Transformation und Bemessung der volkswirtschaftlichen Circular-Economy-Potenziale Zwischen Oktober 2019 und Dezember 2020 hat die Arbeitsgruppe Verpackung der Circular Economy Initiative Deutschland ein gemeinsames Zielbild 2030 und Handlungsempfehlungen hin zu einer Kreislaufwirtschaft (CE) f��r Verpackungen entwickelt. Mit einer wertsch��pfungsketten��bergreifenden Betrachtung hat die Arbeitsgruppe Anreiz und Nutzen f��r die Kreislauff��hrung von Verpackungsmaterialien zwischen relevanten Akteuren beleuchtet und dadurch Handlungsoptionen entlang der gesamten Wertsch��pfungskette identifiziert. Damit unterst��tzen die Mitglieder die Initiierung, Umsetzung und langfristige Verankerung der Circular Economy in Deutschland und dar��ber hinaus. Mit 20 Mitgliedsorganisationen der Arbeitsgruppe ���Verpackung��� umfassen die Mitglieder Vertreterinnen und Vertreter aus f��hrenden deutschen Unternehmen, akademischen Institutionen und zivilgesellschaftlichen Vereinigungen ��ber die gesamte Wertsch��pfungskette hinweg. Damit konnte die Arbeitsgruppe ihr Ziel erreichen, eine wissenschaftlich fundierte und m��glichst ganzheitliche Betrachtung des Themas zu gew��hrleisten. Most current patterns of production and consumption follow a linear ���extract, produce, consume, dispose��� model. According to the Circular Gap Report 2020, the global economy is just 9% circular. This economic model is contributing to a massive transgression of ���planetary boundaries��� and the destabilisation of ecosystems and factors essential to human life such as the climate system and biodiversity. As a result, there is currently much discussion of a paradigm shift in the industrial value creation model, away from a resource-intensive system and towards a resource-productive, predominantly circular model. This shift offers significant opportunities for an industrialized, exporting nation like Germany ��� ultimately, it entails nothing less than a recasting of the ���Made in Germany��� model. The European Union and several of its member states have already developed strategic plans for the transition to a resource-efficient economic system based on circular economy principles. Non-European countries such as China, Japan and Canada are also following the same fundamental approach. However, Germany has yet to formulate a plan of its own. The Circular Economy Initiative Deutschland (CEID) is a multi-stakeholder initiative involving over fifty institutions from science, industry and civil society that aims to lay the foundations of a plan for Germany. In its interdisciplinary, cross-sectoral working groups, some 130 experts consider how to enable and implement circular economic models, exploring potential fields of application and discussing the conditions that could facilitate successful implementation. The Circular Economy Initiative Deutschland is developing targets for the transition, with a focus on the following themes: - Circular business models and digital technologies as drivers for innovation - New value networks for batteries and packaging - Framework conditions for a circular transformation and assessment of circularity���s economic potential Between October 2019 und December 2020, the Working Group ���Packaging��� of the Circular Economy Initiative Deutschland developed a joint target picture 2030 and recommendations for action for the establishment of a Circular Economy for packaging. With a cross-value chain approach, the Working Group highlighted incentives and benefits for the recycling of packaging materials across relevant stakeholders and thereby identified options for action along the entire value chain. With the report, the members support the initiation, implementation and long-term anchoring of the Circular Economy in Germany and beyond. The 20 members of the Working Group ���Packaging��� are experts from leading academic institutions, German businesses and civil society across the entire packaging value chain. This composition allowed the group to achieve its goal of addressing the topic as holistically as possible.

Die weltweit steigende Nachfrage nach endlichen Ressourcen führt zu einer immer weiteren Preissteigerung dieser. Produzierende Unternehmen stehen im globalen Wettbewerb und können sich durch eine Steigerung der Energieeffizienz ökonomische Vorteile verschaffen. Zudem wird der ökologische Faktor bei der Energieeinsparung von Kunden positiv aufgenommen. Um die Energieeffizienz in der Produktion zu steigern, müssen die Zusammenhänge verstanden, Stellgrößen identifiziert und bewertet sowie geeignete Maßnahmen abgeleitet werden. Die vorliegende Dissertation greift diese Punkte auf und führt sie zu einer modellbasierten Planungs- und Bewertungsmethodik zur Steigerung der Energieeffizienz in der Produktion zusammen. Der grundlegende Modellierungsansatz besteht aus der Verknüpfung von Ressourcen der Hauptprozesse und der Peripherie auf Basis der Systemtechnik. Die einzelnen Ressourcen werden statusbasiert abgebildet, d.h. jeder vorhandenen Ressource werden spezifische Status zugewiesen. Außerdem erfolgt eine Zuordnung von individuellen Energieprofilen zum jeweiligen Status. Durch die Integration der Arbeitsplanung wird es möglich, verschiedene Planungsalternativen hinsichtlich ihres späteren energetischen Verhaltens bereits in der Planungsphase zu untersuchen und zu bewerten. Das ist erforderlich, da in dieser Phase ein Großteil des späteren energetischen Verhaltens festgelegt wird. Somit wird eine Möglichkeit geschaffen, dem Arbeitsplaner eine Entscheidungsgrundlage zur expliziten Betrachtung der Energie an die Hand zu geben. Die zusätzliche Integration der Arbeitssteuerung erlaubt es, eine Produktion permanent am energetisch bestmöglichen Betriebspunkt zu halten und Maßnahmen zur Minimierung der ungewünschten Teillastfälle abzuleiten. Hierfür wird ein bidirektionales Messaging-System verwendet, welches für den permanenten Datenaustausch zwischen den Ressourcen und der Leitebene zuständig ist.Ein entwickeltes Kennzahlensystem bildet die Basis zur Bewertung der verschiedenen möglichen Produktionsszenarien. Außer der Energieeffizienz werden noch weitere Zielgrößen der Produktion (Qualität, Durchlaufzeit,OEE) in die Bewertung mit einbezogen, um Korrelationen zwischen den einzelnen Kenngrößen abbilden zu können. Eine problemspezifische Gewichtung der einzelnen Kenngrößen erlaubt es, die Bewertungsmethode für verschiedene Fragestellungen zu verwenden. Die Gesamtmethodik wird anhand einer Werkstattfertigung mit Bearbeitungszentren erprobt. Hierbei zeigt sich, dass große Einsparpotentiale vorhanden sind, die durch die organisatorische Optimierung der Produktion gehoben werden können, ohne in neue Technologien oder Maschinen zu investieren. As global demand is rising constantly, the sustainable use of natural resources is a central challenge for the next years. This high demand leads to shortages and thus to rising costs of energy purchase. Manufacturing companies are facing global competition and improving their ressource efficiency can lead to both economic and ecologic benefits. But to increase the energy efficiency in production,interrelationships within the shop floor must be understood and suitable control variables have to be identified and applied. The methodology developed in this thesis addresses these aspects and merges them to a modelbased approach for the planning, evaluation and optimization of the energy consumption in factories. The basic methodology focuses on a state based modeling approach. This allows linking the states to the specific energy profiles. Therefore not only the resources of the main processes but also the peripheral systems have to be considered. The integration of process planning makes it possible to examine and evaluate different constellations of parameters during the planning phase already. This is important as the main aspects of the energetic behavior of a production are determined in this phase. Thus, the work planner is given the opportunity to get feedback concerning the energy efficiency and the energetic behavior of the planned system. The additional consideration of energetic aspects in the production planning and control allows operating the whole production continuously at the energetically best operating point by initiating suitable measures. This method is implemented using a bidirectional messaging system which is capable to manage a permanent exchange of data between the management system and the resources in the shop floor. A developed key performance indicator (KPI) system forms the basis to evaluate the different parameter sets or possible scenarios. Including the classic objectives of production too, the user of the KPI system not only considers energy consumption but also overall equipment effectiveness (OEE), lead time and current stocks of the given production. A power function allows to weight these criteria with specific factors and to set them in relation to each other. This leads to the possibility of using the KPI system for different issues. The methodology was evaluated on a scenario of a job-shop production with machining centers. It has proved that there are high energetic saving potentials which can be used by the organizational optimization of the production.

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.