End-of-life management of automation devices

Abstract

In den letzten Jahren wurde das Thema des nachhaltigen Lebens in der öffentlichen Diskussion immer populärer. Diese Entwicklung hat unterschiedliche Gründe. Einer davon ist die immer bedeutender werdende Wahrnehmung unserer Umwelt. Die Erhaltung dieser wird heutzutage als wichtig und lebensnotwendig angesehen. Ein weiterer wichtiger Grund ist die immer deutlicher zu Tage tretende Rohstoffknappheit, die durch steigende Rohstoffpreise für die breite Masse der Bevölkerung deutlich spürbar wird.<br />Vor diesem Hintergrund ist es von besonderer Wichtigkeit, mit den zur Verfügung stehenden Ressourcen verantwortungsvoll umzugehen und diese nicht zu vergeuden. Müll wird überall auf der Welt mit untergeordneter Bedeutung betrachtet, auch wenn Abfälle aller Art immer weniger als lästige Notwendigkeit als vielmehr als bedeutende Rohstoffquelle angesehen werden. Gerade Produkte, welche wertvolle Materialien beinhalten, stehen in besonderem Fokus dieser Maßnahmen, welche in einem gesamtheitlichen Gesichtspunkt als "End-of-Life-Management" zusammengefasst werden. Dieses umfasst verschiedene Strategien, mit denen Produkte nach ihrem Lebenszyklus sinnvoll benutzt werden können.<br />Einerseits sollen damit Ressourcen gespart werden, um ökonomischer produzieren zu können, und andererseits soll dadurch die Umwelt geschont werden.<br />Mögliche grundsätzliche Strategien im Rahmen des End-of-Life-Managements werden durch das 4-R-Modell illustriert. Dieses steht für Reduce (Reduzierung), Reuse (Wiederverwendung), Recycling (Rohstoffrückgewinnung) und Recovery (Energierückgewinnung). Die unterschiedlichen Methoden weisen unterschiedliche Kosten-Nutzen-Relationen auf, sodass für unterschiedliche Teile in unterschiedlichen Regionen und Ländern unserer Erde verschiedene Strategien optimal sind. Das bedeutet, dass es keine immer gültige optimale Lösung gibt, sondern dass diese nach den jeweiligen Rahmenbedingungen ausgewählt werden muss.<br />An diesen Punkt knüpft diese Arbeit an. In der Automatisierungsindustrie werden viele Produkte verwendet, die auch nach der Benutzung einen hohen Wert besitzen. Dies liegt nicht nur an den hohen Preisen, die für die enthaltenen Materialien bezahlt werden, sondern auch an der Möglichkeit, diese Geräte an anderer Stelle weiterzuverwenden. In dieser Dissertation wird erstmals ein quantitatives Evaluierungsmodell entwickelt, um die grundlegende Frage, für welches Gerät welche Verwendung am besten geeignet ist, zu beantworten.<br />Zu diesem Zweck werden verschiedene Kriterien, beispielsweise das Gewicht oder der Preis, benannt, die für die Entscheidung, was mit einem Bauteil nach seinem Lebenszyklus passieren soll, wesentlich sind.<br />Anschließend werden diese Kriterien nach ihrer Wichtigkeit gewichtet.<br />Jedes der zu evaluierenden Teile wird hinsichtlich der einzelnen Kriterien untersucht und auf Basis dieser Erkenntnisse mit einer Punktzahl versehen. Die Gesamtpunkte aller Kriterien eines Bauteiles geben einen ersten Hinweis auf die ideale Strategie während der End-of-Life-Phase. Eine höhere Punktzahl bedeutet, dass dieser Teil für eine höhere Strategie geeignet zu sein scheint.<br />Die Ergebnisse der einzelnen Kriterien zeigen, wo Potential für Verbesserungen besteht. Fortschritte, um die Effizienz des End-of-Life-Managements zu steigern, können in drei Bereichen erzielt werden. Der erste ist das Design eines Produktes, der zweite der Demontageprozess eines Produktes und der dritte die Marksituation des Produktes und der verwendeten Rohstoffe. Im Normalfall können jedoch nur die ersten zwei Bereiche beeinflusst werden.<br />Das vorgestellte Modell hat drei große Vorteile. Der erste ist der einfache und gleichzeitig effektive Aufbau, welcher eine intuitive Anwendung durch den Benutzer ermöglicht. Der zweite große Vorteil ist der breite Anwendungsbereich, der sich nicht auf spezielle Produkte beschränkt. Drittens kann das Modell ohne Probleme mit spezifischeren Daten gepflegt werden, um die Parameter an die jeweils herrschenden Rahmenbedingungen anzupassen.<br />Neben der Entwicklung eines einfach zu handhabenden Modells werden die wichtigsten Teile, welche in der Automatisierungsindustrie verwendet werden, dieser Evaluation unterzogen.

The importance of topics related to sustainability has grown during the last years in the public perception. This development has various reasons. One reason is the growing importance of cognition of our environment. The conservation of it is seen to be important and indispensable to life. Another important reason is the scarcity of resources, which is more and more obvious for the people due to the rising costs of raw materials.<br />Considering this background, it is of particular importance to deal with the available resources responsibly and to avoid dissipating them. All over the world, waste is considered as minor relevant, even waste materials of all kinds are seen as important sources of resources instead of inconvenient necessity. Especially products, which contain valuable materials, are in the focus of these arrangements that are summarized in a holistic point of view as "End-of-Life Management". That contains various strategies, how products can be used reasonable after the end of their life-cycle. On the one hand, resources should be saved to produce more economic profit, and on the other hand, the environment should be conserved. Possible strategies in the field of End-of-Life Management are described by the 4-R-model. That stands for Reduce, Reuse, Recycling and Recovery.<br />The various methods include various cost-benefit-relations, which could be used for different parts in different regions and countries. That means that there is not one solution, which is optimal in every situation, but that the optimal solution has to be chosen according to the relevant constraints.<br />The presented work is starting at this point. Within automation industries, many products are used, which have a high value even after the end of their life-cycle. This is not just related to the high prices that are paid for the included materials, but also to the possibility to reuse the devices somewhere else. In this dissertation, a quantitative evaluation model is developed for the first time to answer the fundamental question, which strategy is optimal for which device.<br />For this purpose, several criteria are used, e.g. the weight or the price of the related device, which are relevant for the decision, what should be done with a part after its life-cycle. Subsequent, these criteria are weighted according to their importance. Each of the evaluated parts are reviewed due to the single criteria and according to these findings, provided with an amount of points. The total amount of points of all criteria of a part indicates a hint to the optimal strategy during the End-of-Life phase. A higher amount of points reveals that this part is suitable for a higher strategy.<br />The results due to each criterion would provide us with a good hint, where potentials for improvements exist. Progress to enhance the efficiency of End-of-Life Management can be made in three fields. The first one is the design of a product, the second one is the disassembly process of a product and the third one is the market situation of a product and the containing resources. Usually, just the first two mentioned fields can be influenced.<br />The presented model has three major advantages. The first advantage is the simple and effective structure, which allows an intuitive handling by the user. The second major advantage is the wide field of application that is not limited to special products and the third advantage is that the model can be enlarged with more specific data without any sophistication, to adopt the parameters according to the specific relevant constraints. Furthermore, additional to the development of a user-friendly model, the most important devices in automation industries are evaluated according to this model.<br />