Computergestutztes betriebliches Umweltinformationssystem: Konzeption und Realisierung

303 Pages·2000·11.243 MB·German

by  Heiko Löchelt (auth.)

Heiko Lochelt
Computergestiitztes betriebliches Umweltinformationssystem
Wirtschaftsinformatik
~
Heiko Lochelt
Computergestutztes
betriebliches Umwelt-
informationssystem
Konzeption und Realisierung
Mit einem Geleitwort von Prof. Dr. Roland Fahrion
Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme
Lochelt, Heiko:
Computergestiitztes betriebliches Umweltinformationssystem :
Konzeption und Realisierung / Heiko lochel!. Mit einem Geleitw.
von Roland Fahrion. - Wiesbaden : DUV, Dt. Univ.-Ver!., 2000
(DUV : Wirtschaftsinformatik)
lug!.: Heidelberg, Univ., Diss., 1999 u.d.T. "Konzeption und
Entwicklung eines computergestiitzten betrieblichen Umwelt
informationssystems ineiner relationalen Datenbankumgebung"
Aile Rechte vorbehalten
© Springer Fachmedien Wiesbaden 2000
Urspriinglich erschienen bei Deutscher Universitlits-Verlag GmbH, Wiesbaden 2000.
lektorat: Ute Wrasmann / Gereon Roeseling
Das Werk einschlief3lich aller seiner Teile ist urheberrechtlich
geschGtzt. Jede Verwertung auf3erhalb der eng en Grenzen des
Urheberrechtsgesetzes ist ohne lustimmung des Verlages unzu
I.¢ssig und strafbar. Das gilt insbesondere fur Vervielfoltigungen,
Ubersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und
Verarbeitung in elektronischen Systemen.
www.duv.de
Hochste inhaltliche und technische Qualitat unserer Produkte ist unser lie!. Bei der
Produktion und Verbreitung unserer Bucher wollen wir die Umwelt schonen. Dieses Buch
ist deshalb auf saurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier gedruckt. Die Einschweif3-
folie besteht aus Polyathylen und damit aus organischen Grundstoffen, die weder bei der
Herstellung noch bei der Verbrennung Schadstoffe freisetzen.
Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in
diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme,
dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als
frei zu betrachten waren und daher von jedermann benutzt werden durften.
ISBN 978-3-8244-2135-0 ISBN 978-3-322-89624-7 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-322-89624-7
Geleitwort
Betriebliche Umweltinformationssysteme (BUIS) haben durch den Wechsel von der Ver
schuldungshaftung zur Geflihrdungshaftung im Umwelthaftungsgesetz eine neue Bedeutung
erhalten. Von besonderem Interesse ist daher die Implementierung eines betriebliches Infor
mationssystem fUr das operative Oko-Controlling, das auf der Grundlage eines allgemein zu
g1lnglichen Office-Pakets in den Fachabteilungen eingesetzt werden kann.
Bestehende Oko-Controlling-Konzepte konzentrieren sich bisher auf die Erfassung von
Stoffstromen zur Erstellung von Stoff-und Wirkungsbilanzen. Vor diesem Hintergrund liefert
diese Arbeit eine Vielzahl neuer Teilaspekte. Hervorzuheben sind die Konzepte fUr die MaJ3-
nahmenbewertung und fUr die Umsetzung der Problemiosungsstrategien in relationaIem
Rahmen.
1m Hauptteil I werden die theoretischen Grundlagen zur Zusammenfiihrung betrieblicher In
formationssysteme mit Umweltdaten, bei Fokussierung auf das Stoffstrommanagement, prli
sentiert. AuBerdem wird eine stlirkere Handlungsorientierung auf der Basis von eigenentwik
kelten Bewertungskonzepten verfolgt. Die integrative Gesamtsicht von Umwelt und Produk
tion im Sinne einer Zuordnung von Umweltdaten auf Produktionsprozesse und Produkte wird
in einem Referenzmodell deutlich, das in Verbindung mit einer Umweltdatenbank die Durch
fiihrung von Wirkungsanalysen und Soll-/lst-Auswertungen ermoglicht.
1m Zentrum des Hauptteils II steht die Konzeption und Realisierung des Softwaresystems fUr
ein integratives BUIS, welches das bisherige Defizit fehlender Bewertungskonzepte als In
strument zur MaJ3nahmenplanung beseitigt. Ein generaIisiertes Experton erlaubt die variable
Gestaltung der Merkmals-und Expertenanzahi. Die Implementierung erfolgt mit Microsoft
Access, einem allgemein zug1lnglichen Datenbanksystem, in Verbindung mit Excel fUr die er
forderlichen Matrizenoperationen. Die Problemlosungsstrategie wird vorwlirts- und rUck
wlirtsverkettet fiber eine VBA-Losung reaIisiert. Mit dieser Acc~sslExceIlVBA-Losung auf
einem Personalcomputer ergibt sich eine hohe Breitenwirkung fUr die Nutzbarkeit des Sy
stems.
Das Buch ist dem an den theoretischen Grundlagen Interessierten und fUr Software
Entwickler von BUIS gleichermaJ3en zu empfehlen.
Prof. Dr. Roland Fahrion
v
Vorwort
An dieser Stelle ist es mir ein groBes Anliegen, mich bei all den Personen zu bedanken, die
maBgeblich am Zustandekommen dieser Arbeit beteiligt waren.
Zu allererst danke ich ganz herzlich meinem Doktorvater Herrn Prof. Dr. Roland Fahrion, der
mich wiihrend meiner gesamten Promotion fachlich und menschlich in vorbildlicher Weise
betreut hat. Er hat sich stets Zeit genommen und mir in vielen Diskussionen wertvolle Denk
anstiiBe gegeben. Des weiteren miichte ich mich beim Vorstand der Hermann-Dietrich
Stipendiumstiftung fiir die Gewiihrung eines Promotions-Stipendiums bedanken, ohne das
diese Arbeit nicht in dieser kurzen Zeit hiitte realisiert werden kiinnen. Fiir die Ubemahme
des Korreferats danke ich Herrn Prof. Dr. Dietfried Giinter Liesegang. Herrn Diplom
Biogeograph Wolfgang Bock miichte ich meinen Dank dafiir aussprechen, daB er die Daten
basis fiir die Evaluierung der unterschiedlichen Bewertungsverfahren geliefert hat.
GroBer Dank gebiihrt femer meinen Eltem und GroBeltem, die mich seit Studienbeginn in
jegJicher Form unterstUtzt haben. Ein ganz besonderes Dankeschiin geht an meine Lebensge
fahrtin Frau Katerina Roussou M.A., die sich nicht nur mit dem Korrekturlesen meiner Arbeit
beschiiftigt hat, sondem die mir auch tiber die gesamte Dauer meiner Promotion den niitigen
Riickhalt geboten hat. Ihr miichte ich diese Arbeit widmen.
Heiko Liichelt
VI!
InhaItsverzeichnis
Geleitwort .................................................................................................................................. V
Vorwort .................................................................................................................................... VII
Abbildungsverzeichnis ............................................................................................................ XV
Tabellenverzeichnis .............................................................................................................. XVII
Einleitung ................................................................................................................................... I
I. ProblemsteIlung ........................................................................................................... I
2. Ziele der Arbeit ........................................................................................................... 2
3. Aufbau der Arbeit ....................................................................................................... 3
Teil I: Betriebliche Umweltinforrnationssysteme (BUIS) .................................................... 7
I. Die Notwendigkeit eines BVIS ................................................................................... 7
2. Aufgaben und Ziele eines BVIS ................................................................................ 10
2.1. Betriebsinteme Ziele eines BVIS .............................................................................. II
2.2. Betriebsexteme Ziele eines BVIS ............................................................................. 12
3. Von BVIS unterstiitzte Aufgaben ............................................................................. 15
3.1. Die Vnterstiitzung des 6ko-Controlling -die Zentralaufgabe eines BVIS ............... 15
3.1.1. Das 6ko-Controlling-Schema ................................................................................... 16
3.1.1.1. Die Erfassung und DarsteUung der Stoffstrome ........................................................ 17
3.1.1.2. Anforderungen an Bewertungsinstrumente des 6ko-ControIling ............................. 19
3.1.1.3. Die quantitative Bewertung der Stoffstrome ............................................................. 22
3.1.1.3.1. Okobilanzen ............................................................................................................... 22
3.1.1.3.2. Stoffstromanalysen und Stoffstrommanagement ....................................................... 25
3.1.1.3.3. 6kologische Kennzahlen ........................................................................................... 28
3.1.1.4. Die qualitative Bewertung der Stoffstrome ............................................................... 36
3.1.1.4.1. Die Problematik der Bewertung von qualitativen Merkmalen .................................. 37
3.1.1.4.2. Die Nutzwertanalyse .................................................................................................. 41
3.1.1.4.3. Der Analytic Hierarchy Process (AHP) ................................................................... ..42
3.1.1.4.4. Die ABC-Bewertungsmethode .................................................................................. 46
3.1.1.4.5. Das Experton ............................................................................................................. 49
3.1.1.4.6. Die Eignung der Verfahren fUr Bewertungen im Vmweltbereich ............................. 53
3.1.1.5. Die Definition von Vmweltzielen, Planung von konkreten MaBnahmen und
Ergebniskontrolle ....................................................................................................... 61
3.1.2. Oko-Controlling-Konzepte ....................................................................................... 63
3.1.2.1. Die Bilanzierung der Stoffstrome nach dem lOW-Schema ...................................... 64
3.1.2.2. Die okologische Buchhaltung ................................................................................... 67
IX
3.1.2.3. Das Bewertungskonzept von Schaltegger und Stunn ............................................... 69
3.1.2.4. Das Konzept der kritischen Volumina nach BUWA L .............................................. 69
3.1.2.5. Ein Vergleich der Oko-Controlling-Konzepte .......................................................... 70
3.1.3. Software zur Unterstiitzung von Oko-Controlling-Aufgaben ................................... 72
3.2. Produktionsnahe BUIS .............................................................................................. 76
3.3. BUIS zur Erfiillung von Dokumentationsaufgaben .................................................. 79
3.4. Integrierte BUIS ........................................................................................................ 80
4. Architektur-und Integrationsfonnen von BUIS ....................................................... 83
4.1. Das BUIS als Stand-Alone-System ........................................................................... 83
4.2. Das BUIS als integrierte Uisung ............................................................................... 85
4.2.1. Vollstiindige Integration ............................................................................................ 86
4.2.2. Add-On-Losung ........................................................................................................ 88
4.2.3. Das BUIS als Monolith ............................................................................................. 90
4.2.4. Das BUIS a1s Data-Warehouse-System .................................................................... 91
4.3. Der IntegrationsprozeB eines BUIS ........................................................................... 92
5. Probleme bei der Entwicklung und dem Einsatz von BUIS ...................................... 95
5.1. Begrenzte Handlungsspielraume fUr umweltverbessemde MaBnahmen
aufgrund technischer und okonomischer Restriktionen ............................................. 95
5.2. Unveriinderte Organisationsstrukturen ...................................................................... 95
5.3. Fehlende Motivation und Akzeptanz bei der Belegschaft. ........................................ 96
5.4. Integrationsprobleme aufgrund der Charakteristika von Umweltdaten .................... 97
6. Anforderungen an BUIS ............................................................................................ 99
6.1. Anforderungen an die inhaltliche Ausgestaltung eines BUIS ................................... 99
6.1.1. Gewlihrleistung von Vollstandigkeit und Aktualitat der benOtigten Daten ............... 99
6.1.2. Erfullung aller Dokumentationsaufgaben ............................................................... 100
6.1.3. Integration einer Entscheidungsunterstiitzung ........................................................ 101
6.2. Anforderungen an die BUIS-Architektur ................................................................ 102
Teil II: Konzeption und Realisation eines DV -gestiitzten BUIS auf der Grundlage von
MS-Access ............................................................................................................... 10 5
I. Spezielle funktionale und DV- technische Anforderungen an die zu
entwickelnde Software-Losung ............................................................................... 105
2. Grundsatzliches zur Datenmodellierung ................................................................. 107
2.1. Die Infonnationsbedarfsanalyse und das semantische Datenmodell ...................... 107
2.2. Das konzeptionelle Datenmodell ............................................................................ 108
2.3. Die Codd'schen Nonnalfonnen und referentielle Integritlit ................................... 109
2.4. Das physische Datenmodell .................................................................................... 109
3. Das Datenmodell des neu erstellten BUIS .............................................................. 111
x
3. I. Organisation und operative Tatigkeiten im Umweltbereich ................................... 114
3.1.1. Personen-und Aufgabenbezogene Recherche ........................................................ 116
3.1.2. Dokumente des betrieblichen Umweltschutzes ....................................................... 120
3.1.3. Operative Tatigkeiten im betrieblichen Umweltschutz ........................................... 124
3.1.4. Externe Datenbanken .............................................................................................. 126
3.2. Die Stoffd aten ......................................................................................................... 127
3.3. Oko-Controlling ...................................................................................................... 132
4. Datenerfassung und Datenintegrationsform ............................................................ 134
5. Modul Bewertung -Realisierung von quantitativen und qualitativen
Bewertungsansatzen innerhalb des Oko-ControIling ............................................... 136
5. I. Qualitative Bewertung -Eine Bewertung der verwendeten Stoffe mittels des
Experton-Konzepts .................................................................................................. 136
5.1.1. Modifikationen des Experton-Konzepts .................................................................. 136
5.1.2. Die Umsetzung des Expertons innerhalb des BUIS ................................................ 13 7
5.1.2.1. Dateneingabe und Berechnung des Expertons ........................................................ 138
5.1.2.2. Die Speicherung der Daten -eine Erweiterung des semantischen und
konzeptionellen Datenmodells des Expertons ......................................................... 145
5.1.2.3. Qualitative Analyseergebnisse ................................................................................ 146
5.1.3. Auswertung der Bewertungsergebnisse .................................................................. 147
5.2. Quantitative Bewertung -Eine Bewertung der Stoffverbrauche ............................. 149
5.2.1. Vorbereitende Analysen ................................................. '" ...................................... 149
5.2.1.1. Die Direktbedarfsmatrix. ......................................................................................... 150
5.2.1.2. Die Gesamtbedarfsmatrix ........................................................................................ 153
5.2.1.3. Die Relation "Verbrauch" ....................................................................................... 157
5."2.2. Kennzahlen .............................................................................................................. 158
5.2.2. I. Absolute Kennzahlen -Die Stoffverbrauche .......................................................... 158
5.2.2.2. Relative Kennzahlen ............................................................................................... 159
5.2.3. Okobilanzen ............................................................................................................ 163
6. Modul Verbesserungspotentiale -Das AufspUren von Einsparmoglichkeiten
und Schwachstellen ................................................................................................. 166
6.1. Ermittlung von qualitativen Verbesserungspotentialen .......................................... 166
6.2. Ermittlung von quantitativen Verbesserungspotentialen ........................................ 166
7. Modul Umweltziele -Das Ableiten konkreter Umweltziele ................................... 169
7. I. Implikation konkreter quantitativer Ziele ............................................................... 169
7.2. Implikation konkreter qualitativer Ziele ................................................................. 171
XI
8. Modul MaBnahmenplanung -Neue konzeptionelle Entwicklung und
Implementierung einer Expertensystem-Shell zur MaBnahmengestaltung
innerhalb des Oko-Controlling ................................................................................ 173
8.1. Grundlagen zu Expertensystemen ........................................................................... 173
8.1.1. Wissensrepriisentationsformen ................................................................................ 174
8.1.2. Regelbasierte Expertensysteme ............................................................................... 176
8.1.2.1. Die Wissensbasis ..................................................................................................... 178
8.1.2.2. Der Regelinterpretierer ............................................................................................ 179
8.1.2.3. Weitere Komponenten eines Expertensystems ....................................................... 184
8.1.3. Herkommliche Werkzeuge flir die Entwicklung von Expertensystemen ................ 184
8.2. Anforderungen an die zu erstellende Expertensystem-Shell... ................................ 185
8.3. Das semantische Datenmodell des Expertensystems .............................................. 186
8.4. Das konzeptionelle Datenmodell der Expertensystem-Shell .................................. 187
8.4.1. Die relationale Abbildung einer Regel... ................................................................. 187
8.4.2. Die Relation "Regelbasis" ....................................................................................... 188
8.4.3. Die Relation ,,Faktenbasis" ..................................................................................... 191
8.4.4. Ein Regelbeispiel .................................................................................................... 195
8.4.5. Die Abfi-age "Wissensbasis" ................................................................................... 197
8.5. Die Inferenzmaschine .............................................................................................. 200
8.5.1. Die Realisation eines vorwiirtsverketteten Regelinterpretierers ............................. 20 I
8.5.2. Die Realisation eines rtickwiirtsverketteten Regelinterpretierers ............................ 202
8.5.3. Das Coding der Inferenzmaschine .......................................................................... 203
8.5.4. Ausftihrungsmodi des Expertensystems .................................................................. 209
8.6. Hilfesystem und Erkliirungskomponente ................................................................ 211
8.7. Die Wissensakquisitionskomponente ...................................................................... 213
8.7.1. Die Akquisition von Regelwissen ........................................................................... 213
8.7.2. Die Akquisition von beobachtbarem Faktenwissen ................................................ 228
8.8. Die Lemfahigkeit des Expertensystems .................................................................. 230
8.9. Die Schnittstellen des Moduls zu Relationen des BUIS ......................................... 231
8.9.1. Die Relation "Datenpool" als Datenlieferant flir das Expertensystem .................... 231
8.9.2. Die Relation "MaBnahmen" ......................................... :. ......................................... 233
9. Modul Kontrolle -Ein SOLL-IST-Vergleich .......................................................... 235
9.1. Kontrolle quantitativer Ziele ................................................................................... 235
9.2. Kontrolle qualitativer Ziele ..................................................................................... 236
10. Zusammenfassung und SchluBbemerkung .............................................................. 238
11. Anhang .................................................................................................................... 241
ILL Sonstiger Quellcode ................................................................................................ 241
XII