Entwicklung eines Vorgehensmodells zur multikriteriellen bewertungsbasierten Potenzialanalyse additiver Fertigung

Abstract

Additive Fertigung, umgangssprachlich als 3D-Drucken bekannt, bekam im Rahmen der industriellen Fertigung (Produktion von Serienbauteilen oder Werkzeug-/Formen-bau) stets mehr Relevanz. Bisher erfolgreiche Anwendungen demonstrieren jedoch, dass eine reine Substitution von konventionellen Fertigungsverfahren dabei in den meisten Fällen nicht zielführend bzw. wirtschaftlich ist. Vielmehr ist ein Umdenken von produktionsorientiertem Produkt-Design hin zu design-, funktions- und nutzenorientierter Produktionsdenkweise („Additive Denkweise“ oder „Additive Thinking“) notwendig. Die Etablierung einer additiven Denkweise inkludiert dabei auch Veränderungspro-zesse bestehender Wertschöpfungssysteme und Geschäftsmodelle. Um dies jedoch systematisch umsetzen zu können, ist eine strategieorientierte Betrachtungsweise bereits in einer frühen Implementierungsphase erforderlich, die über eine reine produktfokusierte Perspektive hinausgeht. Um Potenziale additiver Fertigungstechnologien umfassend nützen zu können, ist eine Betrachtung der Auswirkungen additiver Fertigung auf das gesamte Wertschöpfungssystem unumgänglich.Das Ziel der Dissertation ist es, das Potenzial des Einsatzes additiver Fertigungsverfahren über das gesamte Wertschöpfungssystem in unterschiedlichen Betrachtungsbereichen (z.B. Produkt, Produktion, Logistik, Produktlebenszyklus, Strategie) umfassend zu analysieren. Dabei werden komplexe Zusammenhänge anhand einer transparenten Darstellung in den Ausprägungsmerkmalen Zeit, Kosten, Qualität, Flexibilität und Nachhaltigkeit gegenübergestellt. Das Ergebnis ist eine bewertungsbasierte mul-tikriterielle Potenzialanalyse additiver Fertigung, welche die genannten ökonomischen und nicht-monetären Faktoren mittels eines hybriden Ansatzes (qualitativ und quantitativ) gegenüberstellen lässt. Hierdurch wird, ausgehend von einem unternehmens-spezifisch betrachteten Anwendungsfall, die Darstellung von Potenzialen der additiven Fertigung in unterschiedlichen Betrachtungsbereichen des Wertschöpfungssystems möglich.Durch die erzeugte Transparenz der Einflussfaktoren, der Anwendungsmöglichkeiten sowie der möglichen Aus- und Wechselwirkungen auf die gesamte Wertschöpfungskette leistet das Modell einen Beitrag, die Zusammenhänge von „additiven Wertschöpfungssystemen“ zu erfassen. Damit soll die Anwendungskomplexität der Technologie reduziert und ein wesentlicher Mehrwert hinsichtlich einer systematischen umfassenden Darstellung der Möglichkeiten durch additive Fertigungstechnologien geleistet werden. Darüber stellt das Modell eine wesentliche Entscheidungsgrundlage für die Technologieimplementierung im Rahmen der strategischen Produktionsentwicklung dar.

Additive manufacturing, commonly known as 3D printing, has increasingly become more relevant in industrial manufacturing, as, e.g., in mass production of parts, or tool and die making). However, successful applications of additive manufacturing have demonstrated that a simple substitution of conventional manufacturing processes is usually neither effective nor economical. Rather, a reorientation away from production-oriented product design to a thinking about a design, function, and use-driven production (so called “Additive Thinking) is necessary. Additive Thinking can have radical effects on the value creation system as well as on business models. A comprehensive, strategy-oriented approach that goes beyond a purely product-focused approach is required for the systematic implementation of additive thinking. To fully realize the potential of additive manufacturing technologies, it is essential to consider the effects of additive manufacturing on the entire value creation system.This PhD thesis describes a method to analyze the potential of additive manufacturing across the entire value creation system (e.g., product-design, production, logistics, product life cycle, strategy) and to explicitly compare complex interrelations between characteristic parameters like time, costs, quality, flexibility, and sustainability. An evaluation-based multi-criteria potential analysis of additive manufacturing is presented, which uses a hybrid qualitative and quantitative approach and allows the comparison of the above-mentioned economic and non-monetary factors. Based on specific company use cases, this analysis allows for the exploration of novel uses of additive manufacturing and its direct effects and interactions on the value creation system.The presented model elucidates the interrelationships in additive value creation systems. It explicitly takes into account influencing factors, as well as application possibilities and possible effects and interactions on the entire value chain. The model thereby reduces the technology application complexity. Furthermore, it provides a significant added value with respect to a systematic and comprehensive representation of capabilities offered by additive manufacturing technologies for strategic production development.