Entwicklung eines Vorgehensmodells zur prozessorientierten Kostenbewertung von konventionellen und additiven Ersatzteilbereitstellungsstrategien im Maschinen- und Anlagenbau

Abstract

Die Entwicklung von additiven Fertigungstechnologien schreitet im industriellen Umfeld mit großem Tempo voran. Dies führt dazu, dass diese Technologie durch ihre inhärenten Eigenschaften eine attraktive Alternative zu existierenden Strategien zur Ersatzteilversorgung in der Nachserienphase bildet. Hier seien als Vorteile die effiziente Fertigung kleiner Losgrößen, reduzierte Obsoleszenz- und Ausfallkosten, aber auch Kosteneinsparungen in Bezug auf Lagerhaltung sowie andere Logistikprozesse erwähnt. Viele wissenschaftliche Publikationen beschäftigen sich mit der Bewertung des additiven Fertigungsprozesses. Eine integrierte Betrachtung mit Fokus auf die Logistik, insbesondere auf zugehörige innerbetriebliche Lager- und Logistikprozesse in der Ersatzteilversorgung, erfolgt jedoch nicht ausreichend. Eine durchgängige, prozessorientierte Kostenbewertung ist demnach nicht vorliegend. Konventionelle und additive Ersatzteilstrategien können somit nicht hinsichtlich der kosteneffizientesten Variante auf Artikelebene verglichen werden. Die Zielsetzung dieser Arbeit ist es, Unternehmen im Maschinen- und Anlagenbau bei der Identifikation und Auswahl einer kostenoptimalen, artikelspezifischen Ersatzteilbereitstellungsstrategie in der Nachserienversorgung zu unterstützen. Dazu werden unterschiedliche Strategien bewertet und gegenübergestellt. Im Konkreten sind dies die Strategien Endbevorratung, konventionelle und additive Nachfertigung sowie Ersatzteilzukauf. Um die genannte Zielsetzung zu erreichen, wird gemäß der Design-Science-Methodik ein Artefakt in Form eines Vorgehensmodells zur artikelspezifischen, prozessorientierten Kostenbewertung entwickelt. Dieses Vorgehensmodell ermöglicht eine transparente Kostenbewertung auf Artikelebene und eine valide Gegenüberstellung der untersuchten Ersatzteilstrategien. Dazu werden bestehende Methoden und Modelle aus dem untersuchten Stand der Forschung aufgegriffen und weiterentwickelt. Das Ergebnis der Dissertation ist ein achtstufiges Vorgehensmodell, das Unternehmen eine strukturierte und zahlenbasierte Entscheidungsgrundlage für die Auswahl einer geeigneten Ersatzteilbereitstellungsstrategie zur Verfügung stellt. Die Anwendbarkeit des Vorgehensmodells wird anhand eines Fallbeispiels in der Schienenfahrzeugindustrie illustriert und validiert.

The development of additive manufacturing technologies is advancing at a rapid pace in the industrial environment. As a result, the inherent characteristics of this technology make it an attractive alternative to existing strategies for the supply of spare parts in the post-series phase. Advantages include efficient production of small batches, reduced obsolescence and failure costs, but also cost savings for warehousing and other logistics processes.Many scientific publications deal with the evaluation of the additive manufacturing process. An integrated view with a focus on logistics, in particular on associated internal warehousing and logistics processes in spare parts supply, is not sufficiently carried out. A consistent, process-oriented cost evaluation is therefore not available. Conventional and additive spare parts strategies can therefore not be compared with regard to the most cost-efficient variant at the item level. The objective of this work is to support companies in mechanical and plant engineering during the identification and selection of a cost-optimal, article-specific spare parts supply strategy in the post-series supply. For this purpose, different strategies need to be evaluated and compared. Specifically, these are the strategies of final stockpiling, conventional or additive remanufacturing and spare parts purchasing. In order to achieve the stated objective, an artefact in the form of a process model for item-specific, process-oriented cost evaluation is being developed in accordance with the Design Science Methodology. This process model makes it possible to carry out a transparent cost evaluation at the item level and, based on this, a valid comparison of the spare parts strategies under investigation. For this purpose, existing methods and models from the examined state of research are taken up and further developed.The result of the dissertation is an eight-stage process model, which allows companies to have a structured and number-based decision-making basis for the selection of a suitable spare parts supply strategy. The applicability of the process model is illustrated and validated in the course of a case study in the rail vehicle industry.