Autoren: Maximilian Bega & Alexander Apfeld
Projektmitarbeiter #dzr
Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Produktionssysteme (LPS)
Veröffentllichung: 20.04.2025
Letzte Aktualisierung: 30.04.2026
Einleitung
Die Wertstromanalyse und ihre Erweiterungen ermöglichen eine tiefgreifende Analyse und Optimierung von Produktionsprozessen. Besonders hervorzuheben sind die Energiewertstromanalyse und die Ressourcenwertstromanalyse, die eine nachhaltige Produktion in KMU unterstützen können.
Die vierte industrielle Revolution, bekannt als Industrie 4.0, bietet enorme Potenziale, um Produktionsprozesse zu optimieren, Fehler zu reduzieren und Ressourcen zu schonen.
Durch datengetriebene und autonome Entscheidungsunterstützung können Produktionsmitarbeiter sich stärker auf ihre Kernkompetenzen konzentrieren und gleichzeitig die Effizienz steigern.
Ein zentraler Aspekt von Industrie 4.0 ist die papierlose Produktion, die Medienbrüche minimiert und damit Fehlerquellen reduziert.
Moderne Maschinen können heute umfangreiche Daten generieren und verarbeiten, beispielsweise über das ethernetbasierte Kommunikationsframework OPC UA.
Viele Unternehmen nutzen dieses Potenzial jedoch nicht vollständig.
Gründe hierfür sind unter anderem fehlendes interdisziplinäres technisches Wissen oder begrenzte Umsetzungskapazitäten.
Besonders kleine und mittlere Unternehmen verfügen oft über weniger Ressourcen für Industrie-4.0-Projekte.
Wertstromanalyse 4.0, Energiewertstromanalyse und Ressourcenwertstromanalyse
Ein geeignetes Werkzeug, um diese Barrieren zu überwinden, ist die Wertstromanalyse 4.0 (WSA 4.0).
Die Evolution der WSA ist in Abbildung 1 dargestellt.
Ursprünglich aus dem Lean Management stammend, erweitert die WSA 4.0 die klassische Wertstromanalyse um Eigenschaften für Datenübertragung und Datenverarbeitung.
Die Weiterentwicklung WSA 4.0 Plus bietet zusätzliche technische Eigenschaften, die es sowohl Produktions- als auch Softwareingenieuren ermöglichen, Produktionsprozesse und Datenflüsse ganzheitlich und detailliert darzustellen.
Sie integriert unter anderem:
Genauigkeit der Datenaufzeichnung
eingesetzte Kommunikationstechnologien
Schnittstellen zwischen Datenübertragung und Datenspeicherung
Neben diesen Erweiterungen existieren weitere Adaptierungen, die eine tiefgreifende Analyse und Optimierung ermöglichen – insbesondere die Energiewertstromanalyse und die Ressourcenwertstromanalyse.
Energiewertstromanalyse
Die Energiewertstromanalyse erfasst die innerbetriebliche Ist-Situation hinsichtlich energierelevanter Daten.
Sie ergänzt die klassische Wertstromanalyse um Verbrauchsdaten wie:
Strom
Erdgas
Druckluft
Durch die systematische Aufdeckung von Energieverschwendung können gezielte Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz entwickelt werden.
Ein zentraler Aspekt ist die Vergleichbarkeit der Energieintensität verschiedener Prozesse, ermöglicht durch die Berechnung von Energieäquivalenten in Wattstunden (Wh).
Ressourcenwertstromanalyse
Die Ressourcenwertstromanalyse erweitert den klassischen Wertstrom um die Dimension der Materialflüsse.
Dazu werden zunächst relevante Materialflüsse identifiziert, beispielsweise über den Black-Box-Ansatz, und anschließend im Wertstrom abgebildet.
Wesentliche Kennzahlen sind unter anderem:
Wirkungsgrade
Materialnutzungsgrade
Da die Anzahl relevanter Materialien schnell sehr groß werden kann, ist die Umrechnung in Äquivalente oft mit hohem Aufwand und Informationsverlust verbunden.
Daher empfiehlt es sich, sich auf drei bis fünf zentrale Materialien zu konzentrieren – insbesondere solche, die in vielen Prozessschritten vorkommen und damit einen Arbeitsplatzvergleich ermöglichen.
Potenziale für die Circular Economy
Die Wertstromanalyse besitzt großes Potenzial, die Prinzipien der Circular Economy in produzierenden Unternehmen zu fördern.
Dies geschieht durch:
Aufdeckung von Potenzialen bei Energieverbräuchen und Stoffströmen
Identifikation von Digitalisierungspotenzialen
Ressourceneffizienz gilt als Impulsgeber für die Circular Economy, während Digitalisierung als Enabler und Treiber verstanden wird.
Die Integration der erweiterten Wertstromanalysen in Industrie-4.0-Strategien ermöglicht Unternehmen:
Effizienzsteigerung
nachhaltigeres Wirtschaften
Förderung zirkulärer Prinzipien
Durch die gezielte Anwendung von Energie- und Ressourcenwertstromanalyse sowie der WSA 4.0 können Produktionsprozesse ganzheitlich optimiert und ökologische Nachhaltigkeit gestärkt werden.
Vorlagen und Kontakt
Vorlagen zur Durchführung der Wertstromanalyse 4.0 Plus finden sich hier:
Kontakt:
Alexander Apfeld
E-Mail: apfeld@lps.rub.de
Telefon: +49 (0)234 32-15267
Maximilian Bega
E-Mail: bega@lps.rub.de
Telefon: +49 (0)234 32-28713
Literatur
[1] Meudt T, Metternich J, Abele E (2017): Value stream mapping 4.0: Holistic examination of value stream and information logistics in production. CIRP Ann 66:413–416.
[2] Lewin M, Voigtlander S, Fay A (2017): Method for process modelling and analysis with regard to the requirements of industry 4.0. IEEE, Piscataway, NJ.
[3] Bega, M., Sapel, P., Ercan, F. et al. (2023): Extension of value stream mapping 4.0 for comprehensive identification of data and information flows within the manufacturing domain. Prod. Eng. Res. Devel. 17, 915–927.
[4] Neugebauer, R. (Hg.) (2014): Handbuch ressourcenorientierte Produktion. Hanser.
[5] Schmidt, Ch. M./Weber, Th. (Hrsg.) (2024): Digitale Enabler der Kreislaufwirtschaft. acatech STUDIE.