CYCLOMETRIC

Die zunehmende gesellschaftliche Bedeutung von Nachhaltigkeit und Klimaschutz spiegelt sich auch in der deutschen Automobilindustrie in dem Wunsch nach einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft wider. Bei der Entwicklung neuartiger, nachhaltiger Technologien und Produkte müssen die Entwicklerinnen und Entwickler eine Vielzahl von Abhängigkeiten, z. B. hinsichtlicht der Produzierbarkeit, der Recyclingfähigkeit, der Nutzungsweise oder des Geschäftsmodells, über alle Entwicklungs- und Lebenszyklusphasen hinweg berücksichtigen. Produktentwicklerinnen und -entwickler sollten daher in der Lage sein, die Recyclingfähigkeit und Nachhaltigkeit bereits in einem frühen Entwicklungsstadium ganzheitlich zu bewerten. Es existieren zwar Analysemethoden zur Nachhaltigkeitsbewertung, diese unterstützen jedoch meist nur spätere Phasen und berücksichtigen nicht den Trade-off mit anderen Nachhaltigkeitsaspekten. Daher wird eine konsistente Wissens- und Entscheidungsunterstützung benötigt, die Nachhaltigkeitsanalysen über alle Entwicklungsphasen hinweg aggregiert und fortschreibt, um eine zielgerichtete Gestaltung mit Fokus auf Nachhaltigkeit zu ermöglichen.

Hier setzt das vom BMBF geförderte und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreute Forschungsprojekt »Modellbasierte Entscheidungsunterstützung zur proaktiven sowie Lebenszyklus-gerichteten Entwicklung von Fahrzeug-Komponenten CYCLOMETRIC« an. Ziel des im Jahr 2021 startenden Projekts ist die Erforschung, Konzeption und Erprobung eines prototypischen Wissens- und Entscheidungstools. Neben dem federführenden Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO und dem kooperierenden Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement IAT der Universität Stuttgart sind zahlreiche weitere Projektpartner aus Industrie und Forschung beteiligt.

Das Expertenteam widmete sich der Digitalisierung der Produktentwicklung und nutzte dabei Forschungsansätze des Advanced Systems Engineering (ASE) und des damit verbundenen Model-based Systems Engineering. Die Forschenden entwickelten eine spezifische Software für die kreislauforientierte Beschreibung der Produktarchitektur und eine Methodik für das kreislauforientierte Engineering. Das kooperierende Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement IAT der Universität Stuttgart erforschte ergänzend eine Methodik zur vorausschauenden und durchgängigen kreislauforientierten Produktgestaltung.  Die Methodik wurde am Beispiel eines im Projekt entwickelten Technologieträgers in Form einer Fahrzeugmittelkonsole definiert und evaluiert.

Zentrale Ergebnisse des Projektes sind das Softwaretool »CycloP«, eine Methodik zur Definition von Produktkonzepten und eine kreislauforientierte Fahrzeugmittelkonsole.  

Die Software »CycloP« unterstützt die kreislauforientierte und ökologisch nachhaltige Produktentwicklung bereits in frühen Phasen. Sie ermöglicht ein durchgängiges und zielgerichtetes nachhaltiges Produktdesign von Anfang an, auch wenn das Produkt noch nicht vollständig definiert ist. Designerinnen und Entwickler werden einerseits durch die Anwendung der Software unterstützt und andererseits durch eine kreislauforientierte und nachhaltige Entwicklungsmethodik angeleitet. Aufgrund der Abstraktion des Grundmodells der Software kann diese auch in anderen Branchen - außerhalb der Automobilindustrie - eingesetzt werden.  

Das methodische Vorgehen gibt insbesondere Designerinnen und Produktentwicklern einen Leitfaden an die Hand, um zu einem ersten Produktkonzept zu gelangen. Dabei geben die unternehmensindividuellen Motivatoren für Nachhaltigkeit und die Nachhaltigkeitsziele einen ersten Rahmen vor. Unter Berücksichtigung der eigenen Ressourcen und Kompetenzen wird der Innovationsgrad der Lösung bestimmt. R-Maßnahmen helfen im nächsten Schritt, ein lösungsorientiertes, kreatives Brainstorming anzuregen. Eine Bewertungsmatrix evaluiert aus den entstandenen Ideen Merkmale für ein erstes Produktkonzept, das anschließend an das Softwaretool übergeben werden kann.  

Zur Entwicklung, Testing und Evaluierung der Methode wurde ein Prototyp einer Mittelkonsole aufgebaut. Dieser berücksichtigt verschiedene R-Maßnahmen, besteht aus einer Vielzahl innovativer nachhaltiger Materialien und verwendet ausschließlich wiederlösbare Verbindungen.

• Fraunhofer-Institute für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO sowie für Bauphysik IBP
• Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement IAT, Institut für Flugzeugbau IFB sowie Institut für Akustik und Bauphysik IABP der Universität Stuttgart
• Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF)
• ESB Business School der Hochschule Reutlingen
• Schweizer Design Consulting GmbH
• Forward Engineering GmbH
• IILS Ingenieurgesellschaft für Intelligente Lösungen und Systeme mbH
• DXC Technology Deutschland GmbH
• Lotus Tech Innovation Centre GmbH
• Assoziierender Partner: ARENA2036 e.V.

Das Projekt CYCLOMETRIC wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.