Entwicklung eines Lebenszyklus- und Bewertungsmodells zur nachhaltigen und kosteneffizienten Implementierung der additiven Fertigung in das Ersatzteilmanagement des österreichischen Schienenfahrzeugsektors

Abstract

In der Nachserienversorgung von Ersatzteilen führen verkürzte Produktentwicklungszyklen und eine hohe Variantenvielfalt häufig zu Versorgungsengpässen. Vor allem bei Maschinen und Anlagen mit langen Lebenszyklen bauen Betreiber folglich zur Vorbeugung von Obsoleszenz Lagerbestände auf. Da sich zukünftige Bedarfe lediglich teilweise vorhersagen lassen, entstehen hohe Lebenszykluskosten. Ein in der Praxis gelebtes reaktives Obsoleszenzmanagement verschärft die Situation im Ersatzteilmanagement weiter. Vor allem der Schienenfahrzeugsektor ist stark von diesen Entwicklungen betroffen. Die Ergänzung konventioneller Versorgungsstrategien durch additive Fertigungstechnologien eröffnet neue Möglichkeiten für die Ersatzteilbereitstellung in Form innovativer Anwendungsfälle. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Lebenszyklus von Ersatzteilen im Schienenfahrzeugsektor und zeigt darauf aufbauend die Vorteile der additiven Fertigung als Ergänzung zu konventionellen Beschaffungsmethoden auf. Da es im Bereich der Ersatzteilidentifikation und -bewertung für die additive Fertigung keine automatisierten und strukturierten Ansätze in der Literatur gibt, wird ein besonderes Augenmerk auf diesen Themenkomplex gelegt und ein Modell dafür entwickelt. Ersatzteilexperten werden durch Workshops partizipativ in die Arbeit eingebunden. Außerdem erfolgt die Durchführung von empirischen 3D-Druckversuchen zur Erhebung signifikanter Werte wie beispielsweise der Fertigungszeit. Das Ziel dieser wissenschaftlichen Arbeit ist es, ein Potenzialbewertungsmodell und eine ganzheitliche Lebenszyklusbetrachtung von Ersatzteilen für die Implementierung der additiven Fertigung in den österreichischen Schienenfahrzeugsektor zu entwickeln. Um die Zielsetzung zu erreichen, wird die Design-Science-Forschungsmethodik herangezogen. Das Ergebnis der Diplomarbeit ist ein Ersatzteillebenszyklusmodell für langlebige Maschinen und Anlagen sowie ein teilautomatisiertes Bewertungsmodell zur Identifikation und Potenzialbewertung von Ersatzteilen. Die Anwendbarkeit des teilautomatisierten Potenzialbewertungsmodells wird in Form einer R-Applikation anhand eines Fallbeispiels im Schienenfahrzeugbereich validiert. Schlagworte: Ersatzteillebenszyklus, Ersatzteilbewertung, additive Fertigung, Schienenfahrzeugbereich, Ersatzteilmerkmale, Ersatzteilklassifizierung, Ersatzteilstrategien, Potenzialbewertung

In the post-production supply of spare parts, shortened product development cycles and a high number of different variants can lead to supply bottlenecks. Particularly in the case of long-life machinery, operating companies build up stocks to avoid obsolescence. Since future demands can only be partially forecasted, high life cycle costs occur. A reactive obsolescence management approach in practice worsens the situation in the spare part management even furthermore. The rail vehicle sector is strongly impacted by these developments. The complementation of conventional supply strategies with additive manufacturing technologies creates new opportunities for the disposal of spare parts in terms of innovative use cases. This thesis analyses the life cycle of spare parts in the rail vehicle sector and shows the advantages of additive manufacturing as an extension to conventional procurement methods. Since no automated and structured solutions to identify and evaluate spare parts for additive manufacturing exist in the literature, special attention is paid to this issue and a model is developed. Through workshops, spare part experts are participatively involved in this thesis. Moreover, empirical 3D printing experiments are conducted to collect data such as the production time. The objective of this thesis is to develop a potential evaluation model and a holistic life cycle assessment of spare parts for the implementation of additive manufacturing in the Austrian rail vehicle sector. To achieve these goals, the design science research methodology is used. The result of this master's thesis is a spare part life cycle model for long-life machinery as well as a semi-automated evaluation model for the identification and potential assessment of spare parts. Based on a case study in the rail vehicle sector, the applicability of the developed model is validated within an R application. Keywords: spare part life cycle, spare part evaluation, additive manufacturing, rail vehicle sector, spare part characteristics, spare part classification, spare part strategies, potential evaluation