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Forschung

Forschungsrahmen

Unser Verständnis

Der Lehrstuhl steht seit mehr als 20 Jahren für ausgewiesene Forschungskompetenz in der Gestaltung, Planung und Steuerung industrieller Produktions- und Logistiksysteme. Unser Leitbild ist die technologie- und entscheidungsorientierte Betriebswirtschaftslehre. Hier modellieren wir Prozesse und Systeme passend zu den betrachteten Problemstellungen. Darauf aufbauend entwickeln wir Entscheidungsunterstützungsmodelle, die wir in der Industrie und Politik anwenden, um Handlungsempfehlungen abzuleiten. In interdisziplinären Teams werden anspruchsvolle Fragestellungen bearbeitet – praxisnah und oftmals direkt vor Ort.

Unsere Forschung adressiert zunächst das klassische Produktions- und Logistikmanagement. Hier reicht das inhaltliche Spektrum unserer Forschung vom Produktions-, Logistik- und Supply Chain Management hin zum Umweltschutz. Dabei vertieft sich unsere Forschung in den vier Themenfeldern „Energie“, „Digitalisierung“, „Mobilität“ und „Ressourcen“. In diesen Themenfeldern entwickeln wir innovative Lösungen für aktuelle Probleme, leiten daraus anwendbare Handlungsempfehlungen ab und unterstützen bei deren Umsetzung.

Unsere Forschungsfelder

Energie

Die Produktion und Distribution von physischen Produkten gehen stets mit dem Einsatz von Energie einher. Auch die Erzeugung, Übertragung und Speicherung von Energie können als eigenes Produktions- und Logistiksystem verstanden werden. Energie tritt dabei in unterschiedlichen Formen auf, wie beispielsweise elektrische Energie, Wärmeenergie oder chemische Energie. Am Anfang der Energie-Wertschöpfungskette steht die Exploration von erneuerbaren und nicht-erneuerbaren Primärenergieträgern, die mittels Umwandlungsprozessen zu Sekundärenergieträgern veredelt werden. Die Distribution umfasst die leitungsgebundene Übertragung durch Stromkabel oder Pipelines, den Transport von flüssigen und gasförmigen Kraftstoffen sowie (Zwischen-)Speicherung der Energie. Die Nutzer von Endenergie lassen sich in Verkehr, private Haushalte, Handel und Dienstleistungen sowie Industrie unterteilen.

Unsere Forschungsaktivitäten adressieren strategische, taktische und operative Fragestellungen entlang der gesamten Energie-Wertschöpfungskette. Sie reichen von der Simulation des Energiebedarfs zukünftiger Mobilitätssysteme über die Gestaltung von Distributionsnetzwerken für neuartige Kraftstoffe bis zur energieorientierten Losgrößen- und Reihenfolgeplanung in industriellen Produktionsprozessen. Dabei berücksichtigen wir das Spannungsfeld zwischen Versorgungssicherheit, gesellschaftlicher Akzeptanz, Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit. Mit den Erkenntnissen aus unseren Forschungsarbeiten unterstützen wir unternehmerische und politische Entscheidungsträger.

Bezugsrahmen

Ausgewählte Projekte

SUMAFly II Nachhaltigkeitsbewertung und -analyse zukünftiger Flugzeugsysteme II (Fokus auf das gesamte Flugzeug)
SUMAFly Nachhaltigkeitsbewertung und -analyse zukünftiger Flugzeugsysteme (Fokus auf innovative Antriebskonzepte)
HyNEAT Entwicklung von Konzepten für die globale Wasserstoffbereitstellungsinfrastruktur für wasserstoffbasierte Flugzeuge

Ausgewählte Publikationen

Barke, A.; Cistjakov, W.; Steckermeier, D.; Thies, C.; Popien, J.-L.; Michalowski, P.; Melo, S. P.; Cerdas, F.; Herrmann, C.; Krewer, U.; Kwade, A.; Spengler, T. S. (2022) Green batteries for clean skies: Sustainability assessment of lithium-sulfur all-solid-state batteries for electric aircraft, in: Journal of Industrial Ecology, pp. 1–16.
Barke, A.; Bley, T.; Thies, C.; Weckenborg, C.; Spengler, T. S. (2022) Are Sustainable Aviation Fuels a Viable Option for Decarbonizing Air Transport in Europe? An Environmental and Economic Sustainability Assessment, in: Applied Sciences, 12(2), 597.
Schlei-Peters, I.; Wichmann, M. G.; Matthes, I.-G.; Gundlach, F.-W.; Spengler, T. S. (2018) Integrated material flow analysis and process modelling to increase energy and water efficiency of industrial cooling water systems, in: Journal of Industrial Ecology, 22, pp. 41–54.

Ansprechpartner

  • Dr. Alexander Barke
  • Dr. Imke Joormann
Digitalisierung

Ein Fokus der aktuellen Forschung zur Digitalisierung in Produktion und Logistik liegt in der Entwicklung neuartiger Technologien, die sich physisch für den Einsatz in der industriellen Produktion eignen oder durch welche eine verstärkende Wirkung der zunehmenden Informationsbereitstellung und -nutzung generiert werden kann. Aus technologischer Perspektive sind hierfür komplexe ingenieurwissenschaftliche und informationstechnische Leistungen zu erbringen, welche in ihrem Zusammenspiel die erwünschte Funktionalität bereitstellen sollen. Neben Fragestellungen der technischen Realisierbarkeit von Neuerungen im Produktionssystem sind Unternehmen der industriellen Produktion an der Evaluation der Vorteilhaftigkeit ihrer Nutzung interessiert. Das entscheidungsorientierte Produktionsmanagement kann hierbei als hilfreiche Disziplin dienen, in deren Rahmen längerfristige Grundsatzentscheidungen über die Leistungserstellung, deren Konkretisierung, sowie Entscheidungen zum wirtschaftlichen Vollzug der Leistungserstellung getroffen werden.

In unserer Forschungstätigkeit bearbeiten wir öffentlich und privatwirtschaftlich geförderte Projekte und folgen hierbei einem dreistufigen Vorgehen. In der ersten Stufe, der Invention, bedürfen produzierende Unternehmen nach erfolgter Erfindung neuartiger Technologien und dem Nachweis ihrer technischen Realisierbarkeit der Orientierung. Hierzu entwickeln wir Werkzeuge, um die Vorauswahl von Technologien nach den Präferenzen der Entscheidungsträger zu unterstützen. In der zweiten Stufe, der Innovation, sind die Technologien nun nutzbar zu machen. Zur Evaluation vorteilhafter Anwendungsfälle sind die technischen Charakteristika der ausgewählten Technologien detailliert zu berücksichtigen. Hierzu bringen wir unsere Kompetenz in verschiedenen quantitativen Disziplinen der Wissenschaft ein. In der dritten Stufe unterliegt die Anwendung nach erfolgreicher Einführung ihrer Diffusion. In dieser Stufe können implementierende Unternehmen unterstützt werden, indem die durch die Vernetzung der eingesetzten Technologien verfügbaren Daten im Rahmen einer angepassten und verbesserten betrieblichen Planung nachgelagerter Probleme eingesetzt werden. Die von uns verfolgte Vorgehensweise ist im folgenden Bezugsrahmen veranschaulicht.

Bezugsrahmen Digitalisierung

Ausgewählte Projekte

Synus Methoden und Werkzeuge für die synergetische Konzipierung und Bewertung von Industrie 4.0-Lösungen
Recycling 4.0 Digitalisierung als Schlüssel für die Advanced Circular Economy am Beispiel innovativer Fahrzeugsysteme
Digitalisierung im Vorseriencenter Entwicklung von Werkzeugen zur Planung und Steuerung von Prozessen in Montage und Logistik

Ausgewählte Publikationen

Weckenborg, C.; Kieckhäfer, K.; Spengler, T. S.; Bernstein, P. (2020) The Volkswagen Pre-Production Center Applies Operations Research to Optimize Capacity Scheduling, in: INFORMS Journal on Applied Analytics, 50 (2), pp. 119–136.
Weckenborg, C.; Kieckhäfer, K.; Müller, C.; Grunewald, M.; Spengler, T. S. (2020) Balancing of assembly lines with collaborative robots, in: Business Research, 13 (1), pp. 93-132.
Müller, C.; Grunewald, M.; Spengler, T. S. (2018) Redundant configuration of robotic assembly lines with stochastic failures, in: International Journal of Production Research, 56 (10), pp. 3662–3682.

Ansprechpartner

  • Dr. Christian Weckenborg
Mobilität

Der Personen- und Güterverkehr ist ein notwendiger und wesentlicher Bestandteil der modernen Gesellschaft. Gleichzeitig verursacht der Transportsektor etwa ein Viertel der weltweiten CO Emission und ist damit verantwortlich, signifikant zur Senkung von Emissionen und fossilen Ressourcenverbräuchen beizutragen. Um den Anforderungen an individuelle Mobilitäts- und Logistiklösungen gerecht zu werden, sind deshalb neben ökonomischen und technischen Aspekten verstärkt ökologische und soziale Aspekte einzubeziehen.

In unserer Forschung beschäftigen wir uns darum mit der Planung, Gestaltung und Steuerung zukünftiger Mobilitäts- und Logistiksysteme unter Berücksichtigung der Faktoren Technologie, Markt, Umwelt und Gesellschaft . Beispiele sind Fragen zum Einsatz innovativer Antriebstechnologien und der Planung dazugehöriger Wertschöpfungsketten für die Transportwege Luft, Straße, Schiene und Wasser. Hierbei gibt es enge Anknüpfungspunkte zur Energie- und Ressourceneffizienz, die wir nutzen, um Entscheidungsunterstützung hinzu einer nachhaltigen Mobilität zu bieten.

Bezugsrahmen Mobilität

Ausgewählte Projekte

STENOS Entwicklung von Zukunftsszenarien zur Förderung der Einführung neuer emissionsmindernder Technologien im Luftverkehrssystem
THEWA Gestaltung von Wasserstoff-Tankstellennetzwerken für eine nachhaltige Mobilität
Zero.50 Effiziente Entwicklungspfade zu einer klimaneutralen Fahrzeugflotte 2050

Ausgewählte Publikationen

Ginster, R.; Blömeke, S.; Popien, J.-L.; Scheller, C.; Cerdas, F.; Herrmann, C.; Spengler, T. S. (2024) Circular Battery Production in the EU: Insights from integrating Life Cycle Assessment into System Dynamics Modeling on Recycled Content and Environmental Impacts, in: Journal of Industrial Ecology, 28, pp. 1165–1182.
Talwar, C.; Joormann, I.; Ginster, R; Spengler, T. S. (2023) How much can electric aircraft contribute to reaching the Flightpath 2050 emissions goal? A system dynamics approach for European short haul flights, in: Journal of Air Transport Management, 112, pp. 102455.
Thies, C.; Hüls, C.; Kieckhäfer, K; Wansart, J.; Spengler, T. S. (2022) Project portfolio planning under CO2 fleet emission restrictions in the automotive industry, in: Journal of Industrial Ecology, 26(3), pp. 937-951.
Hansknecht, C.; Joormann, I.; Korn, B.; Morscheck, F.; Stiller, S. (2022) Feeder routing for air-to-air-refueling, in: European Journal of Operational Research, 304(2), pp. 779-796.

Ansprechpartner

  • Dr. Alexander Barke
  • Dr. Imke Joormann
  • Dr. Kerstin Schmidt
  • Raphael Ginster
Ressourcen

Vor dem Hintergrund von Ressourcenknappheit und steigendem Ressourcenverbrauch ist die Kreislaufführung von Produkten, Materialien und Stoffen von hoher Bedeutung, um sowohl nicht-erneuerbare als auch erneuerbare Ressourcen möglichst effizient einzusetzen und somit der Zielsetzung eines nachhaltigen Wirtschaftens gerecht zu werden. Dies bedingt die Entwicklung und den Einsatz innovativer Lösungen zur erneuten Verwendung von Produkten und ihren Komponenten, zur Rückgewinnung und stofflichen Verwertung von Ressourcen sowie zur zweckmäßigen Kombination dieser Lösungen im Sinne der Kaskadennutzung.

Im Forschungsfeld „Ressourcen“ beschäftigen wir uns vor diesem Hintergrund mit den vielfältigen betriebswirtschaftlichen Herausforderungen, die mit der Zielsetzung eines nachhaltigen Wirtschaftens einhergehen. Von der Rohstoffgewinnung über die Produktion und Distribution, hin zur Nutzung sowie der anschließenden Retrodistribution und Sammlung bis zur Rückgewinnung oder Entsorgung werden alle Lebenszyklusphasen betrachtet und unterschiedlichste Akteure bei den zu treffenden Entscheidungen unterstützt. Dabei stehen Zieldimensionen wie Umweltverträglichkeit, Effizienz, Transparenz, gesellschaftliche Akzeptanz aber auch Wirtschaftlichkeit und Versorgungssicherheit im Fokus unserer Forschungsarbeiten. Aktuelle Vorhaben zielen beispielsweise ab auf die Netzwerkgestaltung und Planung von Ersatzteilstrategien für eine verlängerte Produktnutzung und optimierte Kaskadennutzung von Elektro(nik)produkten sowie die Entwicklung von Planungs- und Steuerungsansätzen für Closed-loop Supply Chains in der Fahrzeugindustrie, welche Informationen aus einem Informationsmarktplatz nutzen.

Bezugsrahmen Ressourcen

Ausgewählte Projekte

CircularLIB Graduiertenkolleg CircularLIB - Skaleneffekte in der zirkulären Batterieproduktion
SIMTEGRAL Integrierte Multi-Skalen Systemsimulation und Nachhaltigkeitsbewertung von primären und zirkulären Rohstoff-Supply Chains für Lithium-Ionen-Batterien
EffizientNutzen Datenbasierte Geschäftsmodelle für die Kaskadennutzung und verlängerte Produktnutzung von Elektro(nik)produkten

Ausgewählte Publikationen

Ginster, R.; Blömeke, S.; Popien, J.-L.; Scheller, C.; Cerdas, F.; Herrmann, C.; Spengler, T. S. (2024) Circular Battery Production in the EU: Insights from integrating Life Cycle Assessment into System Dynamics Modeling on Recycled Content and Environmental Impacts, in: Journal of Industrial Ecology, 28, pp. 1165–1182.
Scheller, C.; Schmidt, K.; Spengler, T. S. (2023) Effects of network structures on the production planning in closed-loop supply chains – A case study based analysis for lithium-ion batteries in Europe, in: International Journal of Production Economics.
Blömeke, S.; Scheller, C.; Cerdas, F.; Thies, C.; Hachenberger, R.; Gonther, M.; Herrmann, C.; Spengler, T. S. (2022) Material and energy flow analysis for environmental and economic impact assessment of industrial recycling routes for lithium-ion traction batteries, in: Journal of Cleaner Production.
Thies, C.; Kieckhäfer, K.; Spengler, T. S.; Sodhi, M. S. (2019) Operations Research for sustainability assessment of products – A review, in: European Journal of Operational Research, 274 (1), pp. 1–21.

Ansprechpartner

  • Dr. Kerstin Schmidt
  • Raphael Ginster

 

Unsere Aktivitäten

In vielzähligen Forschungsprojekten arbeiten wir zusammen mit nationalen und internationalen Partnern aus Wissenschaft und Industrie, oftmals unter Einbindung öffentlicher Förderinstitutionen wie der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und verschiedenen Bundesministerien. Ziel ist der Transfer anspruchsvoller theoretischer Arbeiten in die industrielle Anwendung. Hierzu kooperiert der Lehrstuhl mit Unternehmen vielfältiger Branchen und Größen, von lokalen Recyclingunternehmen bis hin zu Partnern aus der Automobil- und Stahlindustrie. Die Ergebnisse spiegeln sich auch in einer Vielzahl von Veröffentlichungen in anerkannten Zeitschriften wider. Unsere Stärken bringen wir auch in der aktiven Gestaltung verschiedener Forschungszentren ein.

Aktuelle Forschungsprojekte

Forschungszentren

Abgeschlossene Forschungsprojekte

Veröffentlichungen

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