Fertigung, Produktion & Automatisierung: Konzepte und Strategien

Fertigung: Definition und Bedeutung

Die Fertigung bezeichnet die Transformation von Rohstoffen in Fertigprodukte zum Verkauf. Dies umfasst auch die Verarbeitung von Halbfabrikaten.

Kernfunktionen der Fertigung

• Produktdesign
• Prozessplanung
• Einrichtung von Anlagen und Materialfluss
• Produktionsabläufe
• Planung und Steuerung der Produktion

OEM: Original Equipment Manufacturing

OEM steht für Original Equipment Manufacturing.

Operative Strategie in der Produktion

Die operative Strategie definiert, wie ein Unternehmen seine Produktionskapazitäten und Unternehmenskultur zur Unterstützung der Gesamtstrategie einsetzt.

Ebenen strategischer Entscheidungen

• Strategische Entscheidungen (langfristig)
• Taktische Entscheidungen (mittelfristig)
• Entscheidungen zur Steuerung und operativen Planung (kurzfristig)

Produktionsphilosophien und -arten

1. Massenproduktion

Fokus auf Kosteneffizienz durch Skaleneffekte und Kapitaleinsatz.

2. Lean Production (Schlanke Produktion)

Priorisiert Qualität und Liefertreue, kontinuierliche Verbesserung und effiziente Informations- und Lieferkettensysteme.

3. Schnelle Fertigung (Agile Manufacturing)

Betont Flexibilität, wirtschaftliche Erweiterung und Integration sowie den Einsatz von IT-gestützten Prozessen.

4. Strategische Agilität

Fokus auf Wissensmanagement, Mass Customization und intelligente Systeme.

Pioniere der modernen Fertigung

Eli Whitney

Zeigte, dass Instrumente aus standardisierten Teilen gefertigt werden können.

Frederick W. Taylor

Der Vater des wissenschaftlichen Managements. Er betonte, Mitarbeiter am richtigen Platz mit der richtigen Ausbildung einzusetzen und Anreize für ihre Arbeit zu schaffen.

Frank & Lillian Gilbreth

Pioniere der Zeit- und Bewegungsstudien.

Henry Ford

Einführung des Fließbands und der Fließbandproduktion.

W. Edwards Deming

Entwickelte Methoden der Qualitätskontrolle unter Einsatz von Statistiken zur Prozessanalyse und betonte die Einbeziehung der Mitarbeiter in Entscheidungen.

Elemente und Anforderungen der Fertigung

Grundlegende Elemente

• Materialien und Kunden
• Mitarbeiter, Anlagenbau, Teile, Prozesse und Steuerung
• Produkte und Services

Marktanforderungen an die Fertigung

Externe Anforderungen

• Günstige Preise
• Variable Lieferzeiten
• Kurze Lieferzeiten
• Neue Produkte
• Produkte auf Basis von Spezifikationen

Interne Anforderungen

• Hohe Leistung
• Zuverlässiger Betrieb
• Flexibilität
• Qualität
• Kostenkontrolle
• Geschwindigkeit
• Zuverlässigkeit

Produktionssysteme

Unterstützungssysteme für die Fertigung

• Verfahren zur Verwaltung von Herstellung, Material, Personal, Qualität, PLM (Product Lifecycle Management)

Einrichtungen und Organisation

• Einrichtungen und Ausrüstungen
• Organisation des Teams

Klassifizierung von Produktionssystemen

• Manuelle Arbeitssysteme
• Mensch-Maschine-Systeme
• Automatische Systeme

Rolle des Menschen in Produktionssystemen

Der Mensch reagiert auf unerwartete Reize, findet Lösungen für neue Probleme, passt sich an Veränderungen an und lernt aus Erfahrung.

Rolle der Maschinen in Produktionssystemen

Maschinen übernehmen sich wiederholende Aufgaben, speichern große Mengen an Informationen, führen mehrere Aufgaben gleichzeitig aus und bieten mechanische Festigkeit.

Automatisierung in der Produktion

Produktionsunterstützungssysteme

• Geschäftsfunktionen
• Produktdesign
• Fertigungsplanung
• Produktionssteuerung

Arten der Automatisierung

Feste Automatisierung (Fixed Automation)

Gekennzeichnet durch eine festgelegte Abfolge von Operationen. Bietet hohe Produktionsraten bei geringer Flexibilität.

Programmierbare Automatisierung

Geeignet für die Batch-Produktion mit der Fähigkeit, die Reihenfolge der Operationen zu ändern. Bietet mittlere Produktionsraten und Flexibilität.

Flexible Automatisierung

Ermöglicht die kontinuierliche Herstellung und die schnelle Umstellung zur Produktion verschiedener Teile oder Produkte. Bietet hohe Flexibilität bei variablen Produktionsraten.

SMED: Single-Minute Exchange of Die

Eine Methode zur Reduzierung der Rüstzeiten auf weniger als zehn Minuten.

Automatisierungs-Unterstützungssysteme

• CIM (Computer Integrated Manufacturing): Integrierte IT-Systeme für Design, Produktionsplanung, Betriebssteuerung und Geschäftsfunktionen.
• CAD (Computer-Aided Design): Computergestütztes Design.
• CAM (Computer-Aided Manufacturing): Computergestützte Fertigung.
• CAD/CAM: Kombination aus computergestütztem Design und Fertigung.

Gründe für die Automatisierung

• Steigerung der Produktivität
• Reduzierung der Kosten
• Minderung der Auswirkungen von Arbeitskräftemangel
• Verringerung oder Beseitigung manueller Routineaufgaben
• Erhöhung der Mitarbeitersicherheit
• Verbesserung der Produktqualität
• Senkung der Herstellungszeit für komplexe Prozesse
• Vermeidung hoher Kosten durch fehlende Automatisierung

Grenzen der Automatisierung: Handwerkliche Fertigung

Bereiche, die schwer zu automatisieren sind, umfassen Produkte mit kurzer Lebensdauer, kundenspezifische Produkte, variable Nachfrage und die Reduzierung von Risiken.

Grundsatz der Automatisierungsstrategie (USA)

Verstehen, vereinfachen, automatisieren.

Automatisierungsstrategien

• Spezialisierte Operationen
• Kombinierte Operationen
• Nebenläufige Operationen
• Integration von Operationen
• Höhere Flexibilität
• Verbessertes Materialhandling und Lagerung
• Online-Inspektionssysteme
• Prozesssteuerung und -optimierung
• Kontrolle von Produktionsabläufen
• Computer Integrated Manufacturing (CIM)

Phasen der Automatisierungsstrategie

• Phase 1: Manuelle Produktionszellen – Eine Station, die von Menschen unabhängig ausgeführt wird.
• Phase 2: Automatisierte Fertigungszellen – Eine Station, die unabhängig voneinander funktioniert.
• Phase 3: Integrierte Produktionssysteme – Automatisierte Multi-Station-Systeme.

Vorteile der Automatisierungsstrategie

• Ermöglicht die schnellstmögliche Einführung neuer Produkte.
• Ermöglicht eine schrittweise Automatisierung, die mit wachsender Nachfrage und technischen Änderungen skaliert werden kann.
• Vermeidet ein hohes Maß an Automatisierung von Anfang an, da die Risiken nicht immer durch die Nachfrage gerechtfertigt sind.

Wartungsprozesse und Produktionsarten

Der Wartungsprozess (oft grafisch dargestellt) unterscheidet sich je nach Produktionsart: Projekt, Werkstatt, Batch, Online oder kontinuierliche Fertigung (im Gegensatz zu Personalisierung und Bandfertigung).

Artikel: Flexibilität und Intelligenz im Materialhandling

Dieser Artikel befasst sich mit der Erhöhung der Flexibilität und Intelligenz im Materialhandling in Fabriken. Er beschreibt die Kombination von speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) mit Fuzzy-Logik (IFL) zur Schaffung von speicherprogrammierbaren Steuerungen mittels Fuzzy-Logik (IFLPLC).