Prof. Dr. Axel Tuma beschäftigt sich seit rund zwei Jahrzehnten mit der Frage, wie Produktionsabläufe, Materialströme und Lieferketten wirtschaftlich und zugleich ressourcenschonend gestaltet werden können. Als Wirtschaftsingenieur entwickelt er unter anderem betriebliche Umweltinformationssysteme, Konzepte für Kreislaufwirtschaft und Strategien für einen effizienteren Einsatz von Energie und Rohstoffen.
Seine Kenntnisse bringt er in zahlreiche Forschungs- und Praxisprojekte ein. Gemeinsam mit Unternehmen arbeitet er beispielsweise an nachhaltigen Ressourcenstrategien, ressourcenorientierten ERP-Systemen und organisatorischen Lösungen für energieeffiziente Produktionsverfahren.
Seit 2001 ist Prof. Dr. Tuma an der Universität Augsburg tätig. Zunächst leitete er dort den Georg-Haindl-Lehrstuhl für Umweltmanagement. Seit 2007 ist er Inhaber des Lehrstuhls für Production & Supply Chain Management an der Wirtschaftswissenschaftlichen Fakultät.
Am Materials Resource Management Institute forscht er gemeinsam mit Wissenschaftlern verschiedener Fachrichtungen an nachhaltigen Wertschöpfungs- und Kreislaufsystemen. Darüber hinaus hat er als ehemaliger Vizepräsident der Universität Augsburg und als Gründer des Resource Lab die Umwelt- und Ressourcenforschung der Universität über viele Jahre mitgestaltet.
Produktionsabläufe als Ansatzpunkt für Ressourceneffizienz
Herr Prof. Dr. Tuma, Sie beschäftigen sich mit der Optimierung von Produktionsprozessen und Materialströmen. Wie kann Ihre Arbeit zu einer besseren Ressourcennutzung beitragen?
Bereits seit meiner Promotion befasse ich mich intensiv mit der Entwicklung nachhaltiger Produktionssysteme. Im Mittelpunkt steht dabei das Ziel, Produkte mit einem möglichst geringen Einsatz von Rohstoffen und Energie sowie mit möglichst niedrigen Emissionen herzustellen.
Unsere Arbeit betrachtet nicht nur die klassische Lieferkette vom Zulieferer bis zum Kunden. Wir untersuchen auch, wie sich geschlossene Kreisläufe aufbauen lassen. In solchen sogenannten Closed-Loop-Systemen werden gebrauchte Produkte, Bauteile oder Materialien zurückgeführt, aufbereitet und erneut in die Wertschöpfung eingebunden.
Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der intelligenten Organisation von Produktionsanlagen. Häufig lassen sich erhebliche Einsparungen erzielen, ohne Maschinen technisch vollständig umzubauen. Entscheidend ist vielmehr, wann und wie einzelne Anlagen genutzt werden.
Ein Beispiel sind automatisierte Produktionslinien mit mehreren Robotern. Werden einzelne Roboter während längerer Stillstandszeiten konsequent abgeschaltet, können theoretisch sehr große Teile ihres Energieverbrauchs vermieden werden. Voraussetzung dafür ist allerdings eine äußerst genaue Planung, damit das Abschalten nicht zu Verzögerungen, Qualitätsproblemen oder Störungen im gesamten Produktionsablauf führt.
Genau an diesem Punkt setzt unsere Arbeit an. Als Betriebswirte und Produktionsforscher verändern wir nicht in erster Linie die technische Konstruktion einer Maschine. Wir untersuchen vielmehr die Abläufe innerhalb des Systems und entwickeln Planungsmodelle, mit denen sich vorhandene Anlagen besser auslasten und sparsamer betreiben lassen.
Technische Verbesserungsmöglichkeiten werden in Unternehmen meist schnell erkannt. Organisatorische Schwachstellen erhalten dagegen häufig weniger Aufmerksamkeit, obwohl gerade dort erhebliche Einsparpotenziale liegen können.
Wo Unternehmen besonders viele Ressourcen einsparen können
Welche Bereiche bieten aus Ihrer Sicht die größten Möglichkeiten, um die Ressourceneffizienz in Unternehmen zu steigern?
Ein großer Teil der Einsparungen kann durch eine verbesserte Produktionsorganisation erreicht werden. Besonders wichtig ist dabei die Produktionsplanung. Sie bestimmt, wann Maschinen laufen, in welcher Reihenfolge Aufträge bearbeitet werden und wie stark Energie- und Materialbedarfe schwanken.
In einem unserer Projekte haben wir untersucht, wie sich der Energieverbrauch eines Unternehmens durch organisatorische Maßnahmen beeinflussen lässt. Ziel war es, den Energiebedarf während der Produktion möglichst gleichmäßig zu halten.
Starke Lastschwankungen können dazu führen, dass Anlagen zur Energieversorgung immer wieder hoch- und heruntergefahren werden müssen. Ein konstanterer Bedarf ermöglicht dagegen häufig einen günstigeren und energieeffizienteren Betrieb.
Durch eine angepasste Produktionsplanung und die geschickte Nutzung vorhandener zeitlicher Spielräume konnte der Energieverbrauch in diesem Fall um etwa zehn bis 15 Prozent reduziert werden. Dafür waren keine grundlegenden technischen Umbauten notwendig. Die Einsparungen entstanden vor allem durch eine bessere Organisation der Produktionsreihenfolge.
Dieser Ansatz lässt sich auf zahlreiche Produktionsbetriebe und unterschiedliche Anlagentypen übertragen. Voraussetzung ist, dass neben Lieferterminen, Kapazitäten und Kosten auch der Energieverbrauch als Zielgröße in die Planung aufgenommen wird.
In einem anderen Projekt entwickelten wir ein organisatorisches Verfahren, mit dem eine bestehende Anlage schneller und zuverlässiger zwischen verschiedenen Produktvarianten wechseln konnte. Die Umstellungen wurden flexibler und gleichzeitig weniger fehleranfällig.
Dadurch sank der Ausschuss deutlich. Weniger fehlerhafte Produkte bedeuten nicht nur geringere Materialverluste, sondern auch einen niedrigeren Energiebedarf, weil weniger Teile erneut produziert oder nachbearbeitet werden müssen.
Unterstützung im Supply Chain Management
Mit welchen Aufgaben und Fragestellungen können sich Unternehmen an Sie wenden?
Wir unterstützen Unternehmen bei zahlreichen Fragen des Supply Chain Managements. Dazu gehören beispielsweise die langfristige Gestaltung von Produktions- und Liefernetzwerken, die Auswahl geeigneter Standorte und die Planung von Waren- und Materialflüssen.
Weitere Arbeitsfelder sind die Distributionsplanung, das Bestandsmanagement und die Organisation von Transporten. Gemeinsam mit den Unternehmen untersuchen wir, wie viele Lagerstandorte benötigt werden, welche Mengen vorgehalten werden sollten und wie Lieferwege wirtschaftlicher sowie ressourcenschonender gestaltet werden können.
Im Produktionsmanagement beschäftigen wir uns unter anderem mit der Produktionsprogrammplanung, der Festlegung sinnvoller Losgrößen und der kurzfristigen Produktionsplanung und -steuerung.
Im Bereich Ressourcenmanagement stehen insbesondere die Wiederverwendung von Produkten und Bauteilen, die industrielle Aufarbeitung, das Recycling und die Rückführung gebrauchter Waren im Mittelpunkt.
Rücknahme- und Aufbereitungssysteme organisieren
Ein Schwerpunkt Ihrer Arbeit ist die Frage, wie Produkte nach ihrer Nutzung zurückgeholt und erneut verwendet werden können.
Viele Unternehmen wissen zunächst nicht, ob sich die Rücknahme ihrer Produkte wirtschaftlich lohnt. Dabei stellt sich unter anderem die Frage, ob gebrauchte Produkte erneut eingesetzt, industriell aufgearbeitet oder in ihre einzelnen Materialien zerlegt werden sollten.
Auch neue Geschäftsmodelle können aus solchen Überlegungen entstehen. Unternehmen verkaufen dann möglicherweise nicht mehr ausschließlich ein Produkt, sondern bieten dessen Nutzung als Dienstleistung an.
Damit Wiederverwendungs- oder Aufbereitungssysteme funktionieren, muss zunächst geklärt werden, wie gebrauchte Produkte zuverlässig zum Hersteller oder zu einem spezialisierten Dienstleister zurückgelangen.
Gemeinsam mit Unternehmen untersuchen wir deshalb, welche Rücknahmesysteme geeignet sind. Denkbar sind beispielsweise Pfandmodelle, Leasingangebote, Mietsysteme oder langfristige Serviceverträge.
Darüber hinaus müssen zahlreiche weitere Fragen beantwortet werden:
- Welche Produkte oder Bauteile sollen zurückgenommen werden?
- Wie lange können sie voraussichtlich genutzt werden?
- In welchem Zustand kommen sie zurück?
- Welche Komponenten lassen sich erneut verwenden?
- Wie können die Produkte aufbereitet werden?
- Welche Kosten entstehen bei Sammlung, Transport und Bearbeitung?
- Welche Absatzmärkte gibt es für aufbereitete Produkte?
Aus der systematischen Beantwortung dieser Fragen können neue und wirtschaftlich interessante Geschäftsmodelle entstehen. Ein Beispiel dafür ist das sogenannte Service Selling, bei dem Kunden nicht mehr das Produkt selbst, sondern eine garantierte Leistung erwerben.
Reifen als Dienstleistung statt als klassisches Produkt
Ein anschauliches Beispiel ist die Wiederverwendung und Aufarbeitung von Nutzfahrzeugreifen. Private Verbraucher stehen gebrauchten oder runderneuerten Reifen teilweise skeptisch gegenüber. Gewerbliche Kunden betrachten das Thema häufig stärker aus wirtschaftlicher Sicht.
Im Rahmen eines Servicevertrags kann ein Dienstleister gewährleisten, dass Fahrzeuge jederzeit mit Reifen einer festgelegten Qualität ausgestattet sind. Gleichzeitig übernimmt er die Kontrolle, Wartung und den rechtzeitigen Austausch der Bereifung.
Die Reifen werden nach bestimmten Laufleistungen oder Nutzungszyklen gewechselt, geprüft und gegebenenfalls aufgearbeitet. Der Kunde kauft in diesem Modell nicht mehr in erster Linie einzelne Reifen, sondern eine dauerhaft verfügbare Mobilitäts- und Reifenleistung.
Für den Anbieter entsteht dadurch ein Anreiz, langlebige Produkte einzusetzen und gebrauchte Reifen möglichst gut wiederzuverwenden. Ein längerer Produktlebenszyklus kann sowohl die Kosten als auch den Rohstoffverbrauch reduzieren.
Neue Märkte durch die Wiederverwendung von Produkten
Re-Use-Systeme können Unternehmen außerdem den Zugang zu zusätzlichen Kundengruppen ermöglichen. Produkte, die in Deutschland aufgrund technischer Neuerungen ersetzt werden, sind häufig weiterhin voll funktionsfähig.
Ein Beispiel sind gebrauchte medizinische Großgeräte wie Kernspintomographen. Kliniken in wirtschaftlich starken Ländern ersetzen solche Anlagen teilweise bereits, obwohl sie technisch noch einsatzfähig sind.
Nach einer sorgfältigen Prüfung und Aufbereitung können diese Geräte in Ländern genutzt werden, in denen neue Anlagen derzeit nicht finanzierbar wären. Dadurch wird die Nutzungsdauer der Produkte verlängert und gleichzeitig der Zugang zu moderner Medizintechnik verbessert.
Für Hersteller können sich daraus langfristige Geschäftsbeziehungen und neue Absatzmärkte entwickeln. Kunden, die zunächst ein gebrauchtes oder aufgearbeitetes Gerät erwerben, kommen später möglicherweise auch als Käufer neuer Produkte infrage.
Projekte mit Großunternehmen, Mittelstand und öffentlicher Hand
Mit welchen Unternehmen und Kooperationspartnern arbeiten Sie zusammen?
Wir haben Projekte sowohl mit großen Konzernen als auch mit kleinen und mittleren Unternehmen durchgeführt. Die Fragestellungen unterscheiden sich je nach Branche, Unternehmensgröße und eingesetzten Materialien.
In verschiedenen Projekten wurden beispielsweise Roadmaps für die zukünftige Rohstoffversorgung von Unternehmen entwickelt. Dabei wurde untersucht, welche Materialien für Produktion und Lieferfähigkeit besonders wichtig sind und welche Risiken durch Preissteigerungen, Lieferengpässe oder geopolitische Abhängigkeiten entstehen können.
Darüber hinaus haben wir Checklisten und Bewertungsverfahren erarbeitet, mit denen sich die Kritikalität einzelner Rohstoffe in Produkten und Vorprodukten beurteilen lässt. Auf dieser Grundlage können Unternehmen alternative Materialien, Lieferanten oder Produktgestaltungen prüfen.
Neben privatwirtschaftlichen Betrieben arbeiten wir auch mit öffentlichen Auftraggebern zusammen. Dazu gehören Kommunen, Ministerien und weitere öffentliche Einrichtungen, die Unterstützung bei Fragen der Abfallvermeidung, Kreislaufwirtschaft und Ressourcenplanung benötigen.
Die wichtigsten Aufgaben für die Zukunft
Welche Herausforderungen sehen Sie künftig für die Ressourceneffizienz?
Eine wirtschaftlich und gesellschaftlich erfolgreiche Zukunft wird nur möglich sein, wenn innovative Produkte mit deutlich weniger Energie und Rohstoffen hergestellt werden. Dazu gehört auch der Aufbau einer intelligenten Kreislaufwirtschaft.
Natürliche Systeme können dabei als Orientierung dienen. In funktionierenden Ökosystemen werden Stoffe immer wieder in Kreisläufe zurückgeführt. Abfälle im industriellen Sinn entstehen dort kaum, weil die verbleibenden Stoffe von anderen Organismen oder Prozessen erneut genutzt werden.
Technische Kreisläufe lassen sich allerdings nicht einfach nach demselben Muster aufbauen. Dafür müssen Wissen und Methoden aus verschiedenen Fachrichtungen zusammengeführt werden. Benötigt werden unter anderem Kompetenzen aus Ingenieurwissenschaften, Betriebswirtschaft, Informatik, Logistik, Materialforschung und Umweltwissenschaften.
Gleichzeitig muss die für Produktion, Transport und Aufbereitung benötigte Energie möglichst aus erneuerbaren Quellen stammen. Ein Materialkreislauf allein ist noch nicht vollständig ressourcenschonend, wenn die dafür notwendigen Prozesse mit einem hohen Verbrauch fossiler Energie verbunden sind.
Die zentrale Aufgabe besteht deshalb darin, neue Lösungen zu entwickeln, die geschlossene Kreisläufe sowohl technisch als auch organisatorisch und wirtschaftlich ermöglichen.
Für Unternehmen ist es im täglichen Geschäft häufig schwierig, solche langfristigen Entwicklungen zu verfolgen. Produktionsziele, Liefertermine und kurzfristige Kosten stehen meist im Vordergrund. Grundlegende Veränderungen von Geschäftsmodellen oder Wertschöpfungsketten benötigen dagegen Zeit, Wissen und eine langfristige Perspektive.
Deshalb sind eine frühzeitige Planung und eine enge Zusammenarbeit zwischen Wirtschaft, Wissenschaft und öffentlicher Hand erforderlich. Unsere Aufgabe sehen wir darin, Unternehmen bei diesem Prozess mit wissenschaftlichen Methoden, Datenmodellen und praxistauglichen Konzepten zu unterstützen.
Kontakt
Prof. Dr. Axel Tuma
Lehrstuhlinhaber
Universität Augsburg
Lehrstuhl für Production & Supply Chain Management
Universitätsstraße 16
86159 Augsburg
Telefon: +49 821 598-4357
Fax: +49 821 598-4353
E-Mail: [email protected]
Internet: Universität Augsburg – Lehrstuhl von Prof. Dr. Axel Tuma
Einrichtungen
- Universität Augsburg – Institut für Materials Resource Management
- Universität Augsburg – Lehrstuhl für Production & Supply Chain Management
- Universität Augsburg – Resource Lab
Projekte
- Entwicklung eines Leitfadens zur Abfallvermeidung für Kommunen
- Forschungs- und Praxisprojekte des Lehrstuhls für Production & Supply Chain Management
- Graduiertenkolleg zu ressourcenstrategischen Konzepten für zukünftige Energiesysteme
- Forschungs- und Transferprojekte des Resource Lab
- Entwicklung von Rohstoff-Roadmaps für Unternehmen
- Bewertung der Kritikalität von Rohstoffen in Produkten und Vorprodukten
Beratungs- und Kooperationsangebote
- Analyse kritischer Rohstoffe und Entwicklung geeigneter Handlungsempfehlungen
- Ressourceneffiziente Gestaltung von Lieferketten
- Optimierung von Produktionsabläufen und Materialströmen
- Energieorientierte Produktionsplanung
- Reduzierung von Ausschuss und Materialverlusten
- Entwicklung von Produktrücknahmesystemen
- Konzeption von Aufbereitungs- und Wiederverwendungsmodellen
- Entwicklung von Re-Use- und Remanufacturing-Systemen
- Planung von Recycling- und Kreislaufwirtschaftsprozessen
- Entwicklung neuer dienstleistungsorientierter Geschäftsmodelle
Kernkompetenzen von Prof. Dr. Axel Tuma
Ressourcenmanagement
- Kreislaufwirtschaftssysteme
- Urban Mining
- Reverse Logistics
- Re-Use und Wiederverwendung
- Remanufacturing und industrielle Aufarbeitung
- Recyclingstrategien
- Rohstoffkritikalität
Supply Chain Management
- Strategische Gestaltung von Liefer- und Produktionsnetzwerken
- Standortplanung
- Layoutplanung
- Distributionsplanung
- Bestandsmanagement
- Transportplanung
- Gestaltung nachhaltiger Lieferketten
Produktionsmanagement
- Optimierung von Geschäfts- und Produktionsprozessen
- Produktionsprogrammplanung
- Master Planning
- Kapazitätsplanung
- Losgrößenplanung
- Produktionsplanung und Produktionssteuerung
- Scheduling
- Energieeffiziente Produktionsplanung
- Reduzierung von Ausschuss und Stillstandszeiten