Die Produktion – Wertschöpfung in der digitalen Zukunft

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Digital Manufacturing im Spannungsfeld von Kundenanforderungen und Flexibilität

Flexibilität und Wandlungsfähigkeit sind Hauptanforderungen an die Produktion

Die Produktion steht im Einfluss vielfältiger Marktentwicklungen. Sie wird durch sich ändernde Kundenanforderungen und deren Nachfrageverhalten sowie global gesellschaftliche Trends beeinflusst. Steigende Kundenerwartungen an die Produktvielfalt bedingt branchenübergreifend eine höhere Produktvarianz. Diese Varianz stellt spezielle Anforderungen an die Produktion von morgen und hat einen direkten Einfluss auf die Planung, die Materialbeschaffung und -bereitstellung. Dabei sollen sowohl den spezifischen Kundenwünschen Rechnung getragen, als auch kostenoptimal produziert werden. Hinzu kommt der Anspruch an die Verfügbarkeit von Produkten und die zeitgenaue Lieferung trotz volatiler Kundennachfrage, was nicht nur die Produktion, sondern auch die Lieferkette zu einem hohen Maß an Flexibilität bei möglichst effizienter Ausgestaltung zwingt.

Flexibilität und Wandlungsfähigkeit zu möglichst geringen Kosten sind wesentliche Einflussgrößen auf die Produktion. Um dieses Spannungsfeld aufzulösen, setzen viele produzierende Unternehmen auf Industrie 4.0-Technologien. Durch innovative Forecasting- und Planungs-Modelle soll ein effizienter, flexibler und bedarfsgerechter Produktionsplan ermöglicht werden. Volle Transparenz über die Materialflüsse, unterstützt durch Echtzeitinformation, ist die Basis für die Flexibilität der Produktion. Künstliche Intelligenzen bieten sowohl bei der Produktqualität, als auch bei der Maschineninstandhaltung die Möglichkeit des Lernens von immensen Datenmengen, sodass diese handelnd in den Produktionsprozess eingreifen können. Beispielsweise ist die Detektion von Qualitätsmängeln der Produkte vor deren Eintritt möglich, um die Ausschussrate positiv zu beeinflussen. Weiterhin können Anlagenausfälle auf Basis historischer und Echtzeit-Daten vorhergesagt werden, wodurch Ausfälle vermieden werden und die Produktion effizienter gestaltet wird.

Die Fließbandfertigung steht auf dem Prüfstand

Die Innovationskraft, welche von den Industrie 4.0-Technologien ausgeht, schafft die Möglichkeit bestehende Paradigmen zu hinterfragen. Seit 1914, dem Start der ersten Fließbandfertigung, haben zahlreiche Entwicklungen die Fließbandarbeit vorangebracht. Der Mensch in seiner Rolle als Arbeitskraft hat sich mit der Zeit zum mitdenkenden und selbstorganiserendem Mitglied der Produktion entwickelt, das mehr und mehr Steuerungs- und Kontrollaufgaben übernimmt und dafür den Großteil seiner Tätigkeiten an die Maschine abgibt. Neue technologische Möglichkeiten wie intelligente Fertigungssteuerungssysteme, autonom fahrende Transportsysteme, Mensch-Maschine-Kollaboration, Big Data & Analytics oder Drohnen prägen das Bild einer Zukunftgfabrik. Jedoch können diese Technologien im aktuellen Umfeld einer klassischen Fließbandfertigung ihr volles Potential nicht ausschöpfen. Waren früher die Erzueugung von möglichst vielen und gleichartigen Produkten in kürzester Zeit noch der Schrittmacher der Produktivität, gilt dieses Bild heute als veraltet. Die steigende Variantenvielfalt bringt die Fließbandfertigung an die Grenzen der Beherrschbarkeit der Komplexität. Produktionswerke müssen auf die Marktveränderungen schneller und in kürzeren Zyklen reagieren und ihre Produktion entsprechend ausrichten. Diese Anforderungen müssen durch flexible Produktionssysteme, die einem modularen Aufbau entsprechen, erfüllt werden. Fertigungsinseln mit beliebig skalierbaren Schnittstellen, die sich automatisch auf andere Produktfamilien umstellen können und ihre Kapazitäten verändern, wird die Antwort auf das zukünftige Anforderungsprofil sein. Eine erhöhte Mobilität durch örtlich uneingeschränkte Beweglichkeit von Maschinen und die Kompatibilität der Module zur Vernetzung von Material, Information und Energie, geht mit den genannten Anforderungen einher.

Die Flugzeugproduktion auf der Überholspur in Richtung 4.0

Individualanforderungen, hohe Bauteilkomplexität und Baustellenfertigung mit hoher Variantenabdeckung sind in der Flugzeugproduktion keine Neuheit. Blieb die Automatisierung und damit der echte Übergang zur dritten industriellen Revolution für die Flugezugprduktion weitgehend aus, befindet sich nun diese auf dem Sprung zur vierten industriellen Revolution. Anlagenbauer werden bereits bei dem Design neuer Fabriken beauftragt die Bauplätze mit möglichst geringem Umrüstaufwand zu entwickeln, sodass eine große Variantenvielfalt innerhalb einer Produktionshalle realisiert werden kann. Standardisierte Schnittstellen in den Anlagen zum Anschluss von Maschinen für Energie, Betriebsstoffe und Entsorgung werden in Zukunft wichtiger. Durch Augmented und Virtual Reality werden Mitarbeiter in kürzester Zeit in die Arbeitsumgebung eingearbeitet. Die Fusion von Mensch und Roboter wie z.B. durch Exoskellette bringen neue Möglichkeiten für die Mitatbeiter bei der Bauteilhandhabung und haben einen positiven Effekt auf die Ergonomie. Die gleichzeitige Einführung von Industrierobotern, wodurch die Automatisierung von beispielsweise Bohr-und Nietaufgaben ermöglicht wird, und die Erprobung von fahrerlosen Transportsystemen, die die Flugzeugrümpfe zwischen den Bauplätzen transportieren, sind bereits in Pilot-Projekten berücksichtigt. Die Produktion von ultraleichten Bauteilen sowie eine optimierte Ersatzteilbeschaffung sind durch additive Fertigungsverfahren in der Flugzeugproduktion möglich und aktuell in der Erprobung. Von einem künftigen flächendeckenden Einsatz ist auszugehen.

Integration entlang der Wertschöpfungskette durch Industrie 4.0

Um Industrie 4.0-Technologien voll nutzbar zu machen und eine flexible Fertigung zu gewährleiten, ist die Integration wesentlicher Systeme entlang der Wertschöpfungskette notwendig. Dabei ist zum einen die Integration aller unternehmensinternen Systeme, vom Sensor auf Shop-Floor-Ebene bis hin zum ERP System, zu berücksichtigen. Zum anderen muss eine Integration von Kunden und Lieferanten in das eigene Produktionsnetzwerk erfolgen, sodass eine System- und Prozesslandschaft ohne Brüche und somit eine durchgängige Datenbasis mit hoher Datentransparenz entsteht. Diese Vollvernetzung der Wertschöpfungskette ermöglicht Echtzeitdatenaustausch sowie den Aufbau prädiktiver Modelle, auch über die Unternehmensgrenzen hinaus.

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