Der Einfluss der Produktqualität auf die Umwelt ist aktuell nicht im Bewusstsein unserer Gesellschaft. Das ist schade. Denn die Produktqualität hat einen nicht zu unterschätzenden Einfluss auf unsere Umwelt.

Dieser Beitrag enthält im Gegensatz zu allen anderen Impulsbeiträgen persönliche Ansichten des Autors zu den Themen Umweltschutz und nachhaltige Produktentwicklung. Es ist mir wichtig das zu betonen, da die Impulsbeiträge, bis auf diesen auf wissenschaftlichen Erkenntnissen, Industriestandards, Best Practice Ergebnissen und vor allem auf persönlichen Erfahrungen aus Beratungsprojekten basieren, die wirksam und erfolgreich bei Kunden umgesetzt wurden.

Es ist kein Geheimnis, dass sich qualitativ gute, robuste und langlebige Produkte positiv auf die Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit für Kunden und Hersteller auswirkt. Eine gute Produktqualität stellt sicher, dass das Produkt weniger Fehler über die Produktlebensdauer aufweist und somit wirtschaftlicher und darüber hinaus auch umweltfreundlicher ist. In diesem Beitrag fokussieren wir uns ausschließlich auf die Umweltaspekte der Produktqualität. Bei Interesse zu wirtschaftlichen Aspekten der Produktqualität sind diese in allen anderen Impulsbeiträgen der Qualitätssprechstunde direkt oder indirekt zu finden.

Die Ausprägungen einer mangelhaften Produktqualität, die sich belastend auf die Umwelt auswirken sind nachfolgend beschrieben:

  • Hohe Fehleranzahl über die Produktlebensdauer
  • Kürzere Produktlebensdauer als technisch möglich und sinnvoll

Für den zweiten Punkt „Kürzere Produktlebensdauer als technisch möglich und sinnvoll“ werden nicht nur die Auswirkungen dessen betrachtet, sondern auch Ideen besprochen, die eine längere Produktlebensdauer ermöglichen, ohne größere Abstriche zu den aktuellen Design- und Innovationstrends hinnehmen zu müssen.

Einfluss der Fehlerhäufigkeit von Produkten auf die Umwelt.

Wir alle kennen das: Bei Problemen/Fehlern muss das Produkt zum Service des Herstellers gebracht werden (z.B. Automobil in die Werkstatt) oder der Servicetechniker kommt zu den Kunden (z.B. Servicetechniker für Waschmaschine kommt nach Hause). Produktfehler verursachen neben dem wirtschaftlichen Schaden somit auch eine Verschwendung an Ressourcen und sind eine Belastung für die Umwelt.

Mit einer vereinfachten Modell-Rechnung wird der umweltbelastende Effekt von schlechter Produktqualität verdeutlicht. Hierzu betrachten wir die Automobilindustrie. Ich möchte jedoch ausdrücklich darauf hinweisen, dass die Qualität von Automobilen, für Produkte dieser Komplexität hervorragend ist und dieses Beispiel die Automobilindustrie nicht diskreditieren soll.

In 2019 wurden in Deutschland ca. 3,5 Mio. Fahrzeuge neu zugelassen. Wir betrachten für diese Modell-Rechnung ausschließlich die neu zugelassenen Fahrzeuge, über einen Zeitraum von zwei Jahren. Das ist die gesetzliche Gewährleistungsfrist in Deutschland, für die eine belastbare Datenbasis vorliegt. Die 47 Millionen Kraftfahrzeuge, die in Deutschland zugelassen sind, betrachten wir für diese Beispiel nicht, da hier keine belastbaren Daten für die Qualitätsfehler über die gesamte Lebensdauer vorliegen.

Für neu zugelassene Fahrzeuge sind Informationen zu Qualitätsfehler in den ersten zwei Jahren durch die gesetzliche Gewährleistung sehr genau erfasst. So kann man festhalten, dass neu zugelassene Fahrzeuge in den ersten zwei Jahren im Durchschnitt einen Gewährleistungsfall, hervorgerufen durch einen Produktfehler aufweisen.

Für unsere Rechnung treffen wir die Annahme, dass die Hälfte der 3,5 Millionen neu zugelassener Fahrzeuge in 2019 einen Gewährleistungsfall hatten. Diese Annahme hat eine gewisse Unschärfe, da Qualitätsprobleme (Gewährleistungsfälle) nicht zeitlich gleichverteilt auftreten. Für den Gewährleistungszeitraum trifft auch die Badewannenverteilung der Produktqualität zu, so dass postuliert werden kann, dass ein Großteil der Fehler am Beginn und am Ende der Gewährleistungsfrist auftreten. Es ist sicherlich eine realistische Größe, dass 1,75 Mio. Gewährleistungsfälle pro Jahr, konkret in unserem Beispiel das Jahr 2019 in Deutschland auftreten (Für Fahrzeuge, die in 2018 als auch in 2019 zugelassenen wurden, sowie der Badewanneneffekt, dass viele Qualitätsprobleme bereits am Beginn des Produktlebens auftreten).

Eine weitere Annahme ist, dass die Werkstatt, die den Fehler behebt im Durchschnitt 10 km von dem Fahrzeughalter entfernt ist. Das würde bedeuten, das für einen Gewährleistungsfall, ausgelöst durch ein Qualitätsproblem ein Fahrweg (Hin- und Rückfahrt) von durchschnittlich 20 km bestehen würden.

Auf 1,75 Mio. Gewährleistungsfälle pro Jahr berechnet würde das eine Gesamtstrecke von 70 Mio. km bedeuten, was einen jährlichen Kraftstoffverbrauch von 2,1 Mio. Litern verursachen würde (bei durchschnittlichen 6 l/100 km Verbrauch) und einen jährlich CO2-Ausstoß von 4.550 Tonnen (bei durchschnittlich 130 g/km CO2).

Modellrechnung Umweltbelastung durch Produktqualität

Nicht mit eingerechnet ist der Energiebedarf zum Beseitigen der Gewährleistungsfälle, zum Erstellen der Ersatzteile und die Transportwege der Ersatzteile vom Herstellungsort zu den Werkstätten.

In dieser Modellrechnung haben wir nur die neu zugelassenen Fahrzeuge betrachtet. Insgesamt gibt es in Deutschland ca. 47 Mio. Kraftfahrzeuge und diese weisen ein Durchschnittsalter von ca. 9 Jahren auf. Mit zunehmendem Produktalter häufen sich auch die Fehler, so dass alleine für die Fahrzeugflotte in Deutschland ein zig-facher Wert für Kraftstoffverbrauch und CO2-Ausstoß veranschlagt werden muss.

Es sind unglaublich große Zahlen, wenn man den Verbrauch und den CO2-Ausstoß auf alle Produktfehler der Branchen in Deutschland hochrechnen würde.

Eine Verbesserung der Produktqualität würde somit auch einen nicht unerheblichen Einfluss auf unsere Umwelt haben.

Einfluss der Lebensdauer von Produkten auf die Umwelt.

Neben der Anzahl der Fehler, die während eines Produktlebens auftreten, hat auch die durchschnittliche Produktlebensdauer einen Einfluss auf die Umwelt. Je länger ein Produkt ohne funktionale Einbußen verwendet werden kann, desto besser die Umweltbilanz. Konkret verbessert sich die Ressourcen-, die Transportwege- und die Energiebilanz, je länger ein erzeugtes Produkt im Einsatz ist. Siehe das nachfolgende schematische und fiktive Beispiel für eine Produktart (z.B. Waschmaschine) von verschiedenen Herstellern.

Produktlebensdauer

Wie bereits erwähnt wird in diesem Beitrag auf die Wirtschaftlichkeit der Langlebigkeit von Produkten nicht eingegangen. Trotzdem sei kurz gesagt, dass das Unternehmen von Produkt B, wirtschaftlich  nicht erfolgreicher ist, als die Unternehmen der anderen drei Produkte, auch wenn es auf den ersten Blick den Eindruck erwecken könnte. Im Gegenteil.

Lese Sie hierzu den Beitrag: Herausforderung Langzeitqualität.

Zielkonflikt: Innovation vs Langlebigkeit. Tatsächlich ein Widerspruch?

Die Frage ist berechtigt: Ist es sinnvoll Produkte mit kurzen Innovationszyklen auf ein langes Produktleben auszulegen? Ins besonders, wenn neuere Produktgenerationen in kurzen Zeitintervallen nutzenstiftende Innovationen dem Kunden zur Verfügung stellen?

Die Antwort ist, dass dies für jede Produktart einzeln zu bewerten ist, in welchen Intervallen neue Innovationen entstehen und welchen Nutzen diese aufweisen. Daraus abgleitet kann man eine durchschnittliche Nutzungsdauer durch die Kunden ableiten und die Langlebigkeit entsprechend auslegen (durchschnittliche Nutzungsdauer + x Jahre = geplante Lebensdauer).

Definition der Lebensdauer von Produkten

Die spannende Frage, die sich Unternehmen stellen könnten wäre: Ist es möglich langlebige Produkte zu entwickeln, die funktional und designtechnisch auf der Höhe sind, trotz kurzer Innovationszyklen?

Nachfolgend eine beispielhafte Überlegung, wie die Automobilindustrie diesen Zielkonflikt zwischen kurzen Innovationszyklen und der Langlebigkeit der Produkte verbessern könnte.

Die wesentlichen Treiber, die Kunden zum Kauf von neuen Automobilen bewegen sind:

  • Neues Design bzw. altes Design nicht mehr zeitgemäß
  • Neue bzw. verbesserte Funktionen mit hohem Kundennutzen (z.B. Sicherheitsfeatures)
  • Wartungsaufwand bzw. Unterhaltungskosten (steigen mit zunehmenden Alter)

Die Frage die sich stellt: Kann ein Fahrzeug so gestaltet werden, dass Design und Funktion über einen langen Zeitraum auf dem aktuellen Stand der Mode und Technik gehalten werden kann, so dass ein Fahrzeugneukauf von Fahrzeughaltern in zeitlich längeren Intervallen erfolgt? Nachfolgend der Versuch einer Antwort.

Zeitloses Design

Es gibt Fahrzeuge, die in einem zeitlosen Design über lange Zeiträume kaum verändert wurden. Beispiele wäre die Mercedes G-Klasse (die seit 1979 gebaut wird und das Design kaum verändert hat) oder der Defender von Rover, der fast ein halbes Jahrhundert im gleichen Design gebaut wurde. Die Beispiele zeigen, dass nicht jedes Modell eines Hersteller designtechnisch weiterentwickelt werden muss, um bei den Kunden zu gefallen.

Ein zeitloses Design, gut vermarket kann sich auch in der designfokussierten Automobilindustrie behaupten. So wäre es denkbar, dass man die Karosserie zeitlos „designt“, jedoch die Front- und Heckleuchten austauschbar konzipiert.

Die Front- und Heckleuchten sind in der Automobilindustrie ein prägendes Designelement. Ein zeitloses Fahrzeug-Design könnte durch austauschbare Leuchten, die das neuste Leuchtendesign und die aktuelle Beleuchtungstechnik (z.B. LED, Laser) aufweisen, einen Bezug zum aktuellen Stand der Technik herstellen.

Aktueller Stand der Technik (Innovationen)

Spannender wird die Frage, wie man ein Fahrzeug, über eine lange Lebensdauer auf dem aktuellen Stand der Technik hält.

In der Automobilindustrie gibt es zwei große Innovationstreiber/-felder:

  • Elektromobilität
  • Autonomes Fahren
Elektromobilität

Die Elektromobilität erzeugt eine große Chance die Lebensdauer von Fahrzeugen signifikant zu erhöhen. Der Elektromotor (vereinfacht: Stator und Rotor mit gewickeltem Kupfer) verfügt im Gegensatz zu einem Verbrennungsmotor über eine deutlich höhere Lebensdauer und benötigt viel weniger Teile, was eine geringere Komplexität nach sich zieht. Weniger Teile und geringere Komplexität bedeuten auch weniger Fehlermöglichkeiten und somit eine bessere Produktqualität.

Die Elektromobilität reduziert die Komplexität des Antriebstranges extrem, da neben dem Verbrennungsmotor auch kein Getriebe mehr benötigt wird. Allerdings bestehen bei der Elektromobilität noch große Herausforderungen, das Fahrzeug mit der notwendigen Energie zu bevorraten. War das beim Verbrennungsmotor mit einem Kunststofftank für Benzin/Diesel recht einfach, ist das bei der Elektromobilität und der hierfür notwendigen Batterietechnik noch eine große Herausforderung. Die Batterie-Technologie steht erst am Anfang und wird sicherlich noch große Innovationssprünge erfahren. Besonders bei der Lebensdauer und Energiedichte werden Batterien noch besser werden und somit einen Tausch bei Fahrzeugen mit dem Anspruch einer langen Lebensdauer notwendig machen.

Autonomes Fahren

Autonomes Fahren im Level 5 wird der Menschheit einen großen volkswirtschaftlichen Vorteil verschaffen, in dem der Fahrer die Zeit der Fahrt für wertschöpfende Tätigkeiten verwenden kann und die Anzahl an Unfällen drastisch sinken wird.

Auch wenn Level 5 noch länger auf sich warten lässt, so werden Level 3 und 4 in den nächsten Jahren bei dem einen oder anderen Hersteller möglich sein.

Um Fahrzeuge mit einer langen Lebensdauer an diesen Innovationen teilhaben zu lassen, muss die Fahrzeug-Architektur entsprechend zukunftssicher ausgelegt werden.

Der größte Teil der Innovationen in der Automobilindustrie wird durch Softwareentwicklungen erfolgen (Studien sprechen von 90 %). Aber mit Softwareupdates alleine wird man den Stand der Technik nicht bewerkstelligen können. Die Fahrzeugfunktionen werden heute durch mechatronische Systeme repräsentiert, die sich aus Software, Steuergeräten/Rechnern (Hardware), Sensorik/Aktorik und dem Kabelbaum (verbindet Sensorik/Aktorik mit den Steuergeräten) zusammensetzen. Innovationen werden über eine längere Zeit immer alle Elemente eines mechatronischen Systems betreffen (z.B. neues Kamerasystem für autonomes Fahren => Sensorik).

Die Herausforderung ein Fahrzeug mit einer langen Lebensdauer auf einem aktuellen Stand der Technik zu halten, dürfte für das autonome Fahren deutlich größer sein als für den Elektroantrieb.

Konkret würde das bedeuten, dass die einzelnen Steuergeräte (heute im Durchschnitt um die 70 Stück pro Oberklassenfahrzeug) durch einen bzw. wenige Zentralrechner (HCPs) abgelöst werden müssten, was bereits für zukünftige Fahrzeugarchitekturen angestrebt wird. Diese Zentralrechner müssten darüber hinaus leicht austauschbar sein, was bedeutet, dass ein Bauraum für die Hardware definiert werden müsste. Das Gleiche würde auch für die Sensorik und Aktorik gelten. Diese müsste auch in definierten Bauräumen leicht austauschbar sein. Einzig der Kabelbaum wird nicht austauschbar sein. Bei der Definition des Kabelbaumes müssten alle Trends bereits berücksichtigt werden, damit dieser Innovationen in Software, Hardware, Sensorik und Aktorik im Fahrzeug so lange wie möglich integrieren kann.

Das mag sich jetzt einfach anhören, ist es aber überhaupt nicht. Die Funktionen des autonomen Fahren sind so ziemlich mit allen anderen Funktionen im Fahrzeug vernetzt, so dass neue Releases von autonomen Fahrfunktionen nur mit größten Herausforderungen in bestehende Fahrzeuge integriert werden können. Viele würden das wahrscheinlich auch als nicht möglich beschreiben.

Aber Dinge sind immer nur solange unmöglich, bis jemand kommt und es macht. Siehe Tesla in Bezug auf Elektromobilität.

Auf die Umwelt hätte es allerdings einen positiven Einfluss, wenn man in Deutschland, durch Produkte, die technisch über eine längere Produktlebenszeit den aktuellen Stand der Technik repräsentieren, das Durchschnittsalter von Fahrzeugen von 9 Jahren auf 15 Jahre erhöhen könnte. 

 

 

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Das folgende Video erklärt, was man als Verbraucher beim Kauf von neuen Produkten berücksichtigen sollte, um die Umwelt zu entlasten. 

 

Hier noch ein Link auf eine interessante Studie zur Langzeitqualität: Studie zu Langlebigkeit von Produkten: Qualität zahlt sich aus | VZBV