Mass Customization

Ziel einer kundenindividuellen Massenproduktion (Mass Customization) ist die Aufrechterhaltung der Gesamtanlageneffektivität. (Bild: AdobeStock.com 384209749)

Vor Beginn der industriellen Massenproduktion waren viele Produkte ohne zusätzliche Prozesskosten individualisierbar. Danach gab es lange Zeit nur Produkte von der Stange oder man erhielt nur sehr teure Sonderanfertigungen. Mit den Möglichkeiten der Digitalisierung können nun Unternehmen, immer mehr Varianten und Optionen in ihrem Produktspektrum berücksichtigen. Viele Produkte werden als variantenreiches Serienprodukt angeboten, bei dem der Kunde aus einer Vielzahl von Optionen auswählen kann. Man kennt es vom Auto, von Fahrrädern oder auch Computer. Was heute bereits bei Turnschuhen üblich ist (Nike By You), weitet sich auf andere Märkte aus. So verfolgt Local Motors (USA) die Vision des personalisierten Autos aus dem 3D-Drucker.

Mass Customization
Mass Customization: Eine effiziente Alternative zur Massen- und Einzelstückproduktion. (Bild: Kuka)

Individualisierung und Variantenreichtum im B2B

Für die Märkte ist der Megatrend Individualisierung von fundamentaler Bedeutung. Wenn kein Lebensmuster mehr dem anderen gleicht, müssen Angebote an individuelle Bedürfnisse angepasst werden. Produkte und Services werden daher zunehmend personalisiert und auf die speziellen Vorstellungen maßgeschneidert. Die Individualisierung ermöglicht also neue Geschäftspotentiale durch neue Geschäftsmodelle oder Erweiterung bestehender Modelle. Gleichzeitig stellt dieser Megatrend wiederum eine Bedrohung für die Unternehmen dar, die sich dem Trend nicht oder nicht in der erforderlichen Geschwindigkeit anpassen können. Denn um individuelle Kundenwünsche bedienen und gleichzeitig kosteneffizient bleiben zu können, müssen Unternehmen kundenzentrierte Geschäftsmodelle entwickeln und intelligente, flexible Produktionstechnologien einsetzen.

Ziel einer kundenindividuellen Massenproduktion (Mass Customization) ist die Aufrechterhaltung der Gesamtanlageneffektivität. Die kritischen Faktoren Verfügbarkeit, Performance und Qualität dürfen im Vergleich zur reinen Serienproduktion nicht sinken. Zudem sollte ein attraktiver Return on Investment und eine möglichst niedrige Time-to-Market für neue Produkte und Produktvarianten gewährleistet sein.

Der Schlüssel liegt in einem hohen Standardisierungs- und Automatisierungsgrad, der gleichzeitig Raum für Variationen von kundenrelevanten Produktmerkmalen lässt. Auch das Konzept der Modularisierung, das dem Kunden eine individuelle Produktkonfiguration auf Basis eines modularen Baukastensystems bietet, ist eine kosteneffiziente Möglichkeit, individuelle Kundenwünsche in hoher Qualität und Quantität zu erfüllen.

 

Smart Production durch intelligente Automatisierung

Das Industrial Internet of Things (IIoT) schafft die Möglichkeit, individualisierte Komponenten und Einzelstücke in hoher Qualität und dennoch rentabel zu fertigen. Traditionelle Produktionsanlagen werden dabei durch Smart Factories ersetzt, in denen Produktionsprozesse reibungslos und kurzfristig angepasst werden können. In der von KUKA entwickelten Matrix-Produktion ermöglichen intelligente Automatisierungslösungen und eine vernetzte Prozesskette eine höchst wandlungsfähige Produktion im industriellen Maßstab. Ganze Produktionsanlagen sowie einzelne Maschinen und Roboter können ad hoc auf veränderte Produkttypen umgerüstet werden – ohne Wartezeiten oder Produktionsausfälle. Die Herstellung individualisierter Serien als wesentlicher Bestandteil von Industrie 4.0 wird dadurch im Rahmen industrieller Massenproduktion ohne Einschränkungen realisierbar.

Die Matrix-Produktion von Kuka, Augsburg, basiert auf kategorisierten, standardisierten Produktionszellen. Diese werden in nahezu beliebiger Anzahl auf einem Raster angeordnet. Alle Zellen sind mit produktneutralem Equipment und produktspezifischen Grundfunktionalitäten ausgestattet. Innerhalb der Zellen befinden sich Drehtische zur Ablage der Bauteile, Werkzeugaufnahmen und Roboter, die den jeweiligen Prozess ausführen. Diese Produktionszellen können durch prozessspezifisches Equipment individuell erweitert werden. Schweißen, Kleben, Stanzen, Löten und Clinchen: Nahezu jeder Prozess kann integriert werden.

Der Transport der Bauteile sowie Werkzeuge erfolgt über Automated Guided Vehicles (AGVs). Diese navigieren mithilfe eines SLAM-Navigationsalgorithmus zu den einzelnen Zellen. In der Zelle angekommen, greift ein Roboter nach den Bauteilen. Durch intelligente, Roboter-basierte Applikationen wie die Jigless-Bodyshop-Technologie werden diese Bauteile dann bearbeitet. Dabei hält der eine Roboter das eine Teil, der zweite Roboter das andere Teil. Beide Teile werden zu einer Einheit verriegelt, sodass der dritte Roboter – der sogenannte Prozess-Roboter – diese anschließend verschweißen kann. Die Lagerung der Bauteile findet im Warehouse statt. Im Toolstore hingegen befinden sich die typenspezifischen Werkzeuge.

Das Konzept der Smart Factory as a Service geht sogar einen Schritt weiter: Skalierbare, vollautomatische und anpassungsfähige Produktionskapazitäten können zu variablen Kosten als Dienstleistung gebucht werden. So können neue Produktvariationen schnell, flexibel und risikoarm nach Bedarf hergestellt werden. Einblicke in das Konzept der Smart Factory as a Service bietet Kuka bereits heute. Gemeinsam mit den Kooperationspartnern MHP und Munich Re betreibt man einen Prototyp der smarten Fabrik in München, Deutschland.

Produktion
Die Matrix-Produktion basiert auf kategorisierten, standardisierten Produktionszellen. (Bild: Kuka)

Industrieller 3D-Druck als Innovationstreiber

Das aktuelle Produktionsumfeld wird also geprägt durch immer kürzer werdende Produktlebenszyklen bei einer stetig zunehmenden Variantenvielfalt. Einen grundlegenden Wandel durchläuft zeitgleich die industrielle Produktion unter dem Begriff Industrie 4.0, der mit einer stetigen Digitalisierung der Fertigung einher geht. Die Schnelllebigkeit der Märkte erfordert kurzfristige Fertigung sowie die agile Entwicklung neuer Produkte für die individualisierten Marktbedürfnisse. Um wettbewerbsfähig zu bleiben, muss sich die Industrie jetzt mit den Möglichkeiten von additiven Produktionsverfahren befassen und bestehende Fertigungsverfahren um die Möglichkeiten des 3D-Drucks ergänzen. Vor allem Erstausrüster (OEM) setzen verstärkt auf die Vorteile der Technologie und erwarten das auch von ihren mittelständischen Zulieferern.

Vor diesem Hintergrund spielen die Möglichkeiten des industriellen 3D-Drucks eine wichtige Rolle für die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen und dies unabhängig von der Unternehmensgröße. Die Technologie ermöglicht die Individualisierung von Produkten bis hin zur Losgröße 1 und ganz neue Freiheitsgrade in Konstruktion und Fertigung. So lassen sich komplexe Strukturen realisieren, die mit herkömmlichen Fertigungsverfahren nicht machbar sind.

Marie Langer, CEO von EOS mit Sitz in Krailling bei München, vertritt die Meinung, dass 3D-Druck vieles ermöglicht, was für Industrien wichtig oder gar essenziell sei. So wären bisher undenkbare Funktionsintegration, Leichtbau (Gewichtsreduzierung), Produkt-Individualisierung und daraus entstehende Nachhaltigkeitseffekte möglich. Deshalb plädiert Langer für eine Produktion der Zukunft, die digitaler, dezentraler und flexibler werden muss, um sich an stetig verändernde Markt- und Kundenanforderungen anpassen zu können.

Die FIT AG, Lupburg, gilt als Spezialist in Sachen additive Fertigung. Das Unternehmen hat die weltweit erste Fabrik dafür eröffnet. Bereits 2015 hatte der Spezialzulieferer angekündigt, 20 Mio. EUR in eine solche Fabrik zu investieren, die rein auf die additive Fertigung (AM) ausgerichtet ist. 2017 haben die AM-Spezialisten die additive Fertigung industrialisiert. Ein ganzes Stockwerk der Fabrik in Lupburg ist der Additiven Fertigung von Metallteilen gewidmet, in Weiteres steht für die Additive Fertigung von Kunststoffteilen, meist Prototypen für den Fahrzeugbau, zur Verfügung. Dabei werden eine Vielzahl von Verfahren und Maschinen eingesetzt, insbesondere im Bereich der Qualitätssicherung sowie ergänzender additiver Verfahren für die Herstellung von Klein- und Sonderserien. Diese Factory soll als Vorlage für weitere AM-Fabriken der weltweit operierenden FIT-Gruppen dienen. Bisher ging dieser Plan aber noch nicht auf.

3D-Druck
Die 3D-Druck Technologie ermöglicht die Individualisierung von Produkten bis hin zur Losgröße 1 und ganz neue Freiheitsgrade in Konstruktion und Fertigung. (Bild: AdobeStock.com 408594901)

Ein andauernder Prozess

Im Zeitalter der Individualisierung ändern sich Kundenwünsche stetig und führen zu schnell wechselnden Fertigungsanforderungen. Können hier neue KI-basierte Automatisierungslösungen weiterhelfen? Herkömmliche Automatisierung ist hier nicht immer eine geeignete Lösung. Statt auf immer komplexere und teurer werdende Hardware zu setzen, ist vielleicht die Kombination mit Software der Schlüssel zu einer agilen und kosteneffizienten Produktion. Die Fortschritte in der KI, vor allem im Teilbereich des Maschinellen Lernens (ML), bieten Betrieben effiziente Möglichkeiten, Prozesse und Produkte zu planen und zu fertigen.

Die kundenindividuelle Massenproduktion ist ein Thema, das ein ganzes Buch füllen könnte, denn technische Möglichkeiten sind bereits viele vorhanden, nur wie man sie gewinnbringend einsetzen und verknüpfen kann, muss noch erforscht werden. Sicher ist das die sog. smarte Fabrik immer individuell an die Produkte angepasst werden muss. Also individuell auf die individuelle Massenproduktion. (hw)

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