Was versteht man unter fortschrittlicher Fertigung?

Fortschrittliche Fertigung beschreibt den Einsatz kreativer Technologien und Techniken zur Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen. Die Fertigungsindustrie nutzt kreative Technologien, um kontinuierlich mit den Fortschritten in der elektronischen Information, Computertechnologie, bei Maschinen, Materialien und im technologiegestützten Management Schritt zu halten sowie die Qualität und den Herstellungsprozess zu verbessern.

Diese technologischen Fortschritte können in allen Teilen des Konstruktions- und Fertigungsprozesses stattfinden – von der Idee über die Entwicklung, Online-Tests, Marketinganforderungen bis hin zum gesamten Management. Das Ziel ist, ein effizientes und qualitativ hochwertiges Produkt mit geringem Verbrauch und einem sauberen, skalierbaren Produktionsprozess zu schaffen. Kurz gesagt, die fortschrittliche Fertigung deckt in einigen Fällen alle Aspekte der Herstellung ab, von der Konzeption bis zum Regal und darüber hinaus. Sie stützt sich bei der nahtlosen Integration in die Fertigungs- und Geschäftsbereiche eines Unternehmens stark auf Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT).

Arten der fortschrittlichen Fertigung

Die fortschrittliche Fertigung wird in Technologien und Techniken unterteilt, die sich auf drei Hauptsektoren beziehen:

Effiziente Produktion

Die eingesetzten Technologien beziehen sich auf das Design, gefolgt von der Simulation. Sie befasst sich mit physischer und computergestützter Modellierung, allen fortschrittlichen Produktionstechnologien und den zugehörigen Steuerungstechniken, die eine Fertigungseinheit möglicherweise anwenden muss. Der Schwerpunkt liegt eher auf simultanem anstatt auf sequenzbasiertem Engineering. Zu den Produktionstechnologien gehören die schnelle Entwicklung von Prototypen und die endformnahe Herstellung sowie die Techniken des Präzisionsgusses, der Bearbeitung und des Fügens.

Intelligente Produktion

Die intelligente Produktion nutzt Informations- und Kommunikationstechnologie für alle Fertigungs- und Logistiksysteme. Dieses System konzentriert sich auf die Erstellung und Implementierung von Systemen zur Optimierung der Produktionsanlagen mit effektiver Überwachung in Verbindung mit regelmäßig aktualisierten Wartungs- und Reparaturplänen.

Effektive Organisation

Eine effektive Organisation bezieht sich auf die Entwicklung einer effektiven Herstellung und Koordination von Produktionsressourcen. Sie umfasst materielle Ressourcen sowie verwandtes Wissen und arbeitet in Bereichen, in denen Technologie eingesetzt werden kann, um die Beteiligung und Fähigkeiten eines KMU oder sogar eines großen Unternehmens zu verbessern. Eine effektive Organisation befasst sich mit verwandten Aspekten der Fertigung wie virtuellen Geboten, gemeinsamer Nutzung von Einrichtungen und Ressourcen, Inkubationseinheiten für neuere Ideen und Technologien, Wissensmanagement und allen Aspekten des E-Commerce.

Dies sind die allgemeinen Kategorien von Technologien. Einige fortschrittliche Fertigungstechniken unterstützen Unternehmen dabei, neuere Märkte, Strategien und Ansatzmethoden für ihre Produkte zu finden. Die Liste muss vorläufig bleiben, da diese Technologien ständig weiterentwickelt werden, um den Anforderungen eines dynamischen Marktes gerecht zu werden.

Additive Fertigung

Hersteller verwenden Methoden wie 3D-Druck, Modellierung des Fused Deposition Modeling (Schmelzschichtung) oder Systeme des selektiven Laserschmelzens, um komplexe Modelle aus einem einzigen Material zu erstellen. Auf diese Weise können Hersteller mögliche Schwachstellen in ihren Systemen erkennen, ohne Material und Ressourcen zu verschwenden. Branchen, die additive Fertigung einsetzen, sind unter anderem der Luft- und Raumfahrtsektor, der medizinische Bereich, das Prototyping, die Automobilindustrie und Konsumgüter. Die Implementierung dieser Technologie ist zudem kostengünstiger.

Fortschrittliche und Verbundwerkstoffe

Fortschrittliche Materialien ermöglichen extrem präzise Verbundmischungen für bestimmte Anwendungen wie Mischungen aus Metallen, Kunststoffen, Glas und Keramik. Materialien, die Präzision in ihren chemischen und physikalischen Eigenschaften erfordern, werden bearbeitet, um technologische Durchbrüche zu ermöglichen und gleichzeitig Materialkompromisse zu reduzieren. Zu den verwendeten Verbundwerkstoffen gehören häufig recycelbare Kunststoffe, hochfeste Legierungen und fortschrittliche Keramik.

Robotik und Automatisierung

Robotik passt auf natürliche Weise zu fortschrittlichen Fertigungstechniken und wurde entwickelt, um Prozesse beständig und über alle Produktionseinheiten hinweg zu automatisieren, die Präzisionsbewegungen, das Heben schwerer Gegenstände und das Verbinden von Elementen beinhalten. Darüber hinaus reduziert die Robotik das Risiko gefährlicher Tätigkeiten beispielsweise in der Automobil- und Luftfahrtindustrie.

Laserbearbeitung und Schweißen

Das Laserverfahren ermöglicht Präzision bei der Bearbeitung und beim Schweißen. Die Lasertechnologie verarbeitet hochpräzise Teile schnell, da die Integrität der Komponente bei geringerer und gleichmäßiger Wärmemenge erhalten bleibt. Solche Verfahren werden verwendet, um Druckbehälter und Näherungssensoren zu schweißen. Es wird auch beim Schweißen von Batterien und empfindlicher Elektronik angewendet.

Nanotechnologie

Geräte werden immer kleiner, und natürlich steigt der Bedarf an kleineren Teilen und Komponenten. Die Nanotechnologie hat bei Designern, die die Funktionalität verbessern und die Größe der Geräte verringern möchten, zunehmend an Bedeutung gewonnen. Sie hat die Verkleinerung des Flächenbedarfs von fortschrittlichen Fertigungssystemen unterstützt und gleichzeitig die Funktionalität über alle Produktionslinien hinweg maximiert.

Netzwerk- und IT-Integration

Mit dem Internet ist die Konnektivität beispiellos, und Fortschritte in der Internettechnologie haben auch die Konnektivität von und zu Systemen und Maschinen ermöglicht. Die Kommunikation zwischen Sektoren kann elektronisch und muss nicht manuell erfolgen. Durch den Internetzugang zu allen Aspekten der Fertigung werden alle auftretenden Probleme sofort gemeldet, wodurch vorbeugende Reparaturen ermöglicht, Zeit und Kosten eingespart werden.

Vorteile fortschrittlicher Fertigungstechnologien

Fortschrittliche Fertigungstechnologien sind für kostengünstige, sich auf die Abfallbeseitigung konzentrierende Produktionsprozesse unerlässlich geworden. Technologien wie Robotik, additive Fertigung und Nanotechnologie revolutionieren die Arbeitsweise der Fertigungsindustrie. Es ist jedoch wichtig, die Vorteile einer fortschrittlichen Fertigung zu verstehen, um eine bessere Kontrolle der Effizienz des Produktionsprozesses zu gewährleisten.

1. Anstieg des Qualitätsniveaus

Der Hauptvorteil fortschrittlicher Fertigungstechnologien ist die Qualitätsverbesserung. Wenn Robotik und Automatisierung Teil des Fertigungsprozesses sind, ist die Wahrscheinlichkeit menschlicher Fehler gering. Dies ist der Hauptgrund, warum die Produktionsanlagen in der Großserienproduktion auf Robotik umgestellt haben. Die Anzahl der Unfälle, Mängel und sich daraus ergebenden Kostenineffizienzen wird reduziert.

Eine Umstellung auf automatisierte Fertigungsprozesse bedeutet, dass sich die Mitarbeiter auf strategisch wichtigere Aufgaben konzentrieren können, zu denen auch die Entscheidungsfindung gehört. Einfach ausgedrückt: Handarbeit wird den Maschinen und die intellektuellere Arbeit den Menschen überlassen.

2. Steigerung der Produktivität

Fortschrittliche Fertigungstechnologien steigern die Produktivität in mehrfacher Hinsicht. Sie geben Herstellern die Möglichkeit, je nach Marktanforderungen nach oben oder unten zu skalieren. Von der Fertigung kundenspezifischer Kleinserienprodukte bis hin zur Massenproduktion in großem Maßstab wird die Produktivität gesteigert und kann angepasst werden.

3. Förderung von Innovation

Durch die Möglichkeit, die Produktion zu skalieren, können Hersteller neuere Produkte kostengünstig herstellen. Personalisierte Kleinserienprodukte können ohne Kompromisse bei den regulären Produktionszeiten erstellt werden. Die Qualität der Produkte bleibt hoch, der Einsatz von Rohstoffen wird jedoch reduziert, wodurch auch die CO2-Bilanz sinkt.

4. Reduzierung der Produktionszeit

Die digitale Fertigung nutzt Virtualisierung, um digitale Fabriken zu schaffen, die den Produktionsprozess simulieren. Solche Simulationen helfen Ingenieuren, ein fehlerfreies Fabriklayout, Produktionsablauf und Modellausgabe zu entwerfen. Eventuelle Hindernisse können vor Produktionsbeginn beseitigt werden. Solche digital erstellten Umgebungen können in der Realität über mehrere Standorte hinweg repliziert werden, wodurch die Markteinführungszeit verkürzt wird.

Die wichtigsten Schritte zur Implementierung fortschrittlicher Fertigungstechnologien

Fortschrittliche Fertigungstechnologien sind nicht Plug-and-Play und hängen von Fachkräften und formalen Prozessen ab. Nachfolgend werden vier wichtige Schritte für die Implementierung fortschrittlicher Fertigungstechnologien beschrieben:

Synchronisierung von Fertigung und Geschäftsstrategie

Unternehmen müssen über eine gut durchdachte Fertigungsstrategie verfügen, die stark mit einer Geschäftsstrategie zusammenhängt. Dies kann erreicht werden, indem Aspekte wie Durchlaufzeiten, Qualität des Produkts, Flexibilität der Herstellung und Kosten für verschiedene Kundensegmente quantifiziert werden. Nach der Quantifizierung können die Daten aus diesen beiden Strategien verwendet werden, um innovative Fertigungsziele zu erstellen. Datenerkenntnisse wiederum helfen bei Investitionsausgaben und Investitionsentscheidungen für die Einführung neuerer Technologien und deren Umsetzung.

Ideale Fertigungsstrategien sollten auch aufführen, wann oder unter welchen Umständen Investitionen ausgesetzt werden sollten. Dies verhindert vergessene Projekte und reduziert die Belastung der Infrastruktur.

Diese Strategien können schwierig sein, wenn die Unternehmensleitung keinen Zugriff auf die richtigen Daten zu Geschäftsanforderungen und den verschiedenen Kostenoptionen zum Erreichen der Geschäftsziele hat. Weitere Probleme sind die Trennung zwischen verschiedenen Abteilungen und ihren Strategien sowie die den Mitarbeitern gegebenen Anreize. Das erste Problem kann gelöst werden, indem in starke Datenerfassungs- und Analysekapazitäten investiert werden. Das zweite Problem wird angegangen, indem sichergestellt wird, dass die Anreize aller Abteilungen im Einklang mit der geleisteten Arbeit stehen. Feedback-Kanäle sollten jederzeit offen bleiben, um Missverständnisse zwischen dem Management und anderen Abteilungen zu vermeiden.

Netzwerke zur Technologie-Identifizierung nutzen

Unternehmen müssen starke interne und externe Netzwerke aufbauen, um neue Technologien zu identifizieren, die für ihre Branche relevant sind. Wenn sie sich für eine relativ neue Technologie entscheiden, die Potenzial bei minimalem Risiko bietet, können sie hohe Rentabilität erzielen, die sie mit ihrem bisherigen Fabrikat mit hohem Markenwert nicht erreichen könnten.

Ein Unternehmensnetzwerk braucht den richtigen Rahmen mit klaren Zielen für die Mitglieder. Die Vorteile sollten für die Mitglieder klar sein, und die Netzwerkleistung muss regelmäßig mit einer Reihe quantifizierter Eingabe- und Ausgabemetriken gemessen werden. Die Vielfalt des Netzwerks ist auch entscheidend für seinen Erfolg.

Priorisierung und Bewertung der Technologie

Jedes Unternehmen muss eine Reihe starker Prozesse besitzen, um die Kosten und Vorteile aller Technologieoption gemessen an der Geschäftsstrategie des Unternehmens zu quantifizieren. Dieser Prozess sollte von qualifizierten Führungskräften überwacht werden, die Risiken eingehen und Innovationen in die richtige Richtung lenken können. Solche Führungskräfte sollten auch bereit sein, fehlerhafte Technologien bei Bedarf zu prüfen. Sie benötigen zudem die Unterstützung spezialisierter Analysten, die ihnen die richtigen Daten liefern und die Auswirkungen der Technologie für einen Übergangszeitraum prognostizieren können.

Schnelle und dennoch strategische Implementierung von Technologien

Unternehmen brauchen eine schnelle Pilotierung und Einführung neuer Technologien. Die meisten Unternehmen stehen der Implementierung neuer Technologien jedoch skeptisch gegenüber und harren aus, bis es zu spät ist. Für die Führungskräfte eines Unternehmens ist es mitunter schwierig, das Tagesgeschäft und Forschung an und Entwicklung von neuen Technologien im Gleichgewicht zu halten. Dazu benötigen sie ein kleines, spezialisiertes Team, das unabhängig neue Technologien erforschen und entwickeln kann. Fortschrittliche Technologien können so leichter in einem Unternehmen integriert werden.

Herausforderungen und Lösungen bei der Implementierung von fortschrittlicher Fertigung

Bei der Einführung fortschrittlicher Fertigung gibt es zwei große Herausforderungen: Personalwesen und Technologie.

Probleme mit der Personalabteilung

• Es besteht eine zunehmend unerfüllte Nachfrage nach Fachleuten mit IT- und Designkenntnissen auf der Führungsebene, die Risiken eingehen.
• Für kürzere, kundenspezifische Produktionsläufe sind fortgeschrittene Designkenntnisse erforderlich.
• IT-Kenntnisse und -Fähigkeiten wie ein Verständnis von CAD/CAM und maschinenbasierter CNC-Software sind erforderlich, aber nicht immer verfügbar.
• Arbeitgebern fällt es zunehmend schwer, Fachkräfte anzuwerben.
• Es ist eine Herausforderung, sicherzustellen, dass leitende Mitarbeiter ihre technischen und geschäftlichen Fähigkeiten verbessern können.

Technologische Herausforderungen

Es gibt mehrere technologische Herausforderungen, denen sich ein Unternehmen stellen muss:

• Fortschrittliche Fertigungstechnologien erfordern natürlich große Investitionen in Forschung und Entwicklung. Es gibt auch einen relativ hohen Risikofaktor, der sich gelegentlich auf die Entscheidungsfindung und letztendlich auf die Innovation eines Unternehmens auswirkt.
• In einigen Fällen kann die Beschaffung bestimmter Materialien schwierig sein, in anderen ist möglicherweise kein vollständiges Verständnis der Materialeigenschaften vorhanden. Evaluierungstechniken und die Bearbeitung von Entwürfen können in der Erstellung und Anwendung komplex sein.
• Häufig halten die von einem Unternehmen eingesetzten Simulationsfunktionen nicht mit der technologischen Entwicklung Schritt, wodurch Verzögerungen entstehen.
• Es sind mehr Investitionen in die Cybersicherheit erforderlich, um mit technologischen Innovationen Schritt zu halten.

Zur Bewältigung dieses Spektrums an Personal- und Produktherausforderungen können Unternehmen mehrere mögliche Lösungen anwenden:

• Sie können in die Entwicklung eines Teams aus Fachleuten mit fundierten Kenntnissen der Design-Software investieren.
• Die Unternehmen können mehr Ausbildungsplätze mit dem Anreiz besserer Bezahlung und anspruchsvoller technischer Berufsprofile anbieten.
• Sie können mit skalierbaren fortschrittlichen Fertigungstechnologien in Sektoren mit geringerem Risiko beginnen, die dann ganz allmählich im übrigen Unternehmens eingeführt werden. Ein solcher phasenweiser Ansatz hilft Unternehmen, mögliche Herausforderungen zu verstehen und sie vor der Expansion zu lösen.

Fortschrittliche Fertigungstechnologien haben das Potenzial, Fertigung und Produktion exponentiell zu steigern, wenn sie richtig eingesetzt werden. Die Verschmelzung von Technologie mit menschlichen analytischen Fähigkeiten ist eine unschlagbare Kombination.