Fertigungssysteme: 6 gängige Systeme und Prozesse in der Produktion

Jede Fabrik arbeitet mit einem Produktionssystem, auch wenn es sich nicht immer so anfühlt. Das Layout Ihrer Produktionslinien, die Arbeitsabläufe und die Werkzeuge, auf die sich Ihre Teams tagtäglich verlassen - all das ist Teil Ihres Systems.

Und die Art des Systems, das Sie verwenden, hat echte Konsequenzen. Es wirkt sich auf alles aus, von Kosten und Vorlaufzeiten bis hin zu Produktqualität und Flexibilität. Ganz gleich, ob Sie Düsentriebwerke, Kosmetika mit Chargenformulierung oder 3D-gedruckte Prototypen herstellen, Ihr System bestimmt, wie die Arbeit erledigt wird.

In diesem Leitfaden nehmen wir sechs weit verbreitete Fertigungssysteme unter die Lupe, von der diskreten bis zur kontinuierlichen Fertigung, und untersuchen, wo jedes von ihnen am besten funktioniert. Außerdem erfahren Sie, wie moderne Tools wie MES die Möglichkeiten in der Fertigung verändern.

Ein Produktionssystem ist eine Kombination von Aktionen und Prozessen, die bei der Produktion von Waren eingesetzt werden. Während Unternehmen im Laufe der Zeit verschiedene Systeme und Prozesse entwickelt haben, sind sie zu einem immer wichtigeren Element jeder Produktionsumgebung geworden.

Die Entwicklung des richtigen Systems bietet ein Medium, über das Befehle an die Maschinen übermittelt und Aufträge an die Arbeiter verteilt werden können, und sie sind ein zunehmend wichtiger Bestandteil der Qualitätskontrolle.

Einige der gebräuchlichsten Systeme, die für die Herstellung verwendet werden, sind:

• Diskrete Fertigung

• Repetitive Fertigung

• Auftragsfertigung (Mass Customization)

• Batch-Herstellung

• Kontinuierliche Fertigung

• additive Fertigung

In diesem Beitrag werden wir diese verschiedenen Systeme und Prozesse untersuchen, die von Herstellern in verschiedenen Branchen auf der ganzen Welt eingesetzt werden.

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Diskrete Fertigung ist ein Begriff, der sich auf jede Art von Montage Prozess bezieht, der zur Herstellung eindeutiger, fertiger Produkte führt, die aus einer beliebigen Anzahl von Einzelteilen oder Komponenten bestehen. Das Konzept wird häufig auf Unternehmen angewandt, die eine Vielzahl von Produkten mit unterschiedlichen Größen und Eigenschaften herstellen, darunter die meisten Konsumgüter, Smartphones, medizinische Geräte, Autos und Kleidung.

Die Serienfertigung kann der diskreten Fertigung insofern ähneln, als sie die Produktion oder Montage von bestimmten Gütern beschreibt, die in ihre einzelnen Komponenten zerlegt werden können, ist aber eher für Prozesse mit wenig oder gar keiner Variation geeignet. Bei sich wiederholenden Fertigungsprozessen gibt es weniger Umrüstung zwischen den einzelnen Schritten, was zu einer höheren Produktionseffizienz führt. Sich wiederholende Fertigungsprozesse sind häufig in Umgebungen anzutreffen, in denen langlebige Güter wie Möbel und Haushaltsgeräte sowie viele Arten von Unterhaltungselektronik/elektrischen Komponenten hergestellt werden.

Die Auftragsfertigung, auch bekannt als Mass Customization, ist ein Verfahren, das die Personalisierung kundenspezifischer Produkte, die bei vielen Konsumgütern immer beliebter wird, mit den niedrigen Kosten und der Produktionseffizienz traditioneller Produktionssysteme kombiniert. Im Gegensatz zu diskreten und sich wiederholenden Fertigungsprozessen nutzt eine Job-Shop-Umgebung definierte Produktionsbereiche im Gegensatz zu den traditionellen Montage Linien. Dies ermöglicht es Unternehmen, kleinere Chargen kundenspezifischer Produkte zu fertigen, kann jedoch je nach Grad der Personalisierung schwierig zu automatisieren sein. Zu den Branchen, in denen Mass Customization-Prozesse zu finden sind, gehören maßgeschneiderte Kleidung und Möbel, spezielle Automobile und alle Konsumgüter, bei denen der Verbraucher das Endprodukt individuell gestalten kann.

Ein Batch-Herstellungsverfahren umfasst eine Reihe von Zutaten und eine Abfolge von einem oder mehreren Produktionsschritten, die einer vordefinierten Reihenfolge folgen. Am Ende jeder Sequenz wird eine bestimmte Menge an Produkten hergestellt, die eine einzelne Charge bilden. Die Verarbeitung nachfolgender Chargen beginnt erst, wenn alle Produkte in der festgelegten Menge hergestellt wurden. Chargenproduktionsverfahren sind häufig in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie anzutreffen, da sie eine bessere Kontrolle der Qualität, eine bessere Rückverfolgbarkeit und kürzere Produktionszeiten ermöglichen.

Bei einem kontinuierlichen Herstellungsprozess wird das Rohmaterial vom Beginn des Prozesses über jeden Produktionsschritt bis zum Endprodukt befördert. Anstatt zu warten, bis eine Produkteinheit fertig ist (wie bei der Chargenfertigung), wird das Rohmaterial kontinuierlich zugeführt und verarbeitet, um weitere Produkteinheiten herzustellen. Kontinuierliche Produktionsprozesse sind vor allem in Branchen anzutreffen, in denen die Anlagen ununterbrochen laufen können, wie z.B. in der Ölraffination, der Papierherstellung, der chemischen und kosmetischen Produktion sowie bei einigen Arten von Lebensmitteln und Getränken.

3D-Druck oder additive Fertigung Verfahren gehören zu den neuesten Formen der Produktion, die in den letzten zehn Jahren immer beliebter geworden sind. Im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsmethoden bietet der 3D-Druck mehrere Vorteile, wenn es um Individualisierung, Komplexität, Nachhaltigkeit und Innovation geht. Daher werden additive Fertigung Verfahren von einer Vielzahl von Branchen genutzt, von der Luft- und Raumfahrt über die Verteidigung bis hin zu Herstellern von medizinischen und zahnmedizinischen Geräten.

Bei der Auswahl eines Fertigungssystems geht es nicht darum, das effizienteste Diagramm aus einem Lehrbuch zu finden, sondern vielmehr darum, die Prozesse an die Realität anzupassen. Es kommt auf die Art der Produkte an, die Sie herstellen, auf das Tempo, das Sie erreichen müssen, und auf die Art und Weise, wie Ihr Unternehmen aufgebaut ist, um zu funktionieren.

Was Sie bei Ihrer Entscheidung berücksichtigen sollten

Produktionsvolumen
Wenn Sie Zehntausende von ein und demselben Teil herstellen, sind kontinuierliche oder sich wiederholende Linien normalerweise sinnvoll. Wenn jeder Auftrag anders aussieht, z.B. zehn kundenspezifische Komponenten für zehn verschiedene Kunden, sind Sie mit einer Lohnfertigung oder einem Additiv besser dran.

Produktkomplexität
Je mehr Variationen und Konfigurationen Ihr Produkt aufweist, desto mehr Flexibilität benötigen Sie von Ihrem System. Das ist der Punkt, an dem Job-Shops, Batch-Setups oder Additive hervorragend funktionieren. Wenn Ihr Produkt stark standardisiert ist, ist ein kontinuierlicher Fluss oft die sauberste Option.

Vorlaufzeiten
Kontinuierliche und sich wiederholende Systeme sind darauf ausgelegt, Teile schnell zu produzieren. Job-Shops und Zusatzstoffe können die Produktion anfangs beschleunigen, halten aber nicht immer das Tempo, wenn die Nachfrage steigt.

Kostendruck
Wenn Sie in großem Umfang produzieren, sind kontinuierliche oder sich wiederholende Prozesse in der Regel wirtschaftlich. Wenn jeder Cent zählt und das Volumen hoch ist, sind das die Systeme, die am meisten bringen.

Platzbedarf und Infrastruktur
Kontinuierliche Systeme erfordern eine bestimmte Stellfläche, Unterstützung durch Versorgungseinrichtungen und langfristige Investitionen. Batch- und Additivsysteme lassen sich leichter verschieben, erweitern oder neu konfigurieren.

Digitale Integration
Automatisierung und MES fügen sich in der Regel besser in sich wiederholende, kontinuierliche und einige diskrete Systeme ein. Diese Systeme profitieren am meisten von fortschrittlichen digitalen Tools.

Systeme auf Situationen abstimmen

• Sie müssen schnell über mehrere Standorte hinweg skalieren und dabei wenig variieren: Wiederkehrend oder kontinuierlich

• Herstellung kundenspezifischer Produkte in kleinen Stückzahlen: Auftragsfertigung oder Additiv

• Laufender saisonaler oder gemischter Produktbedarf: Charge

• Sie möchten automatisieren und über MES vernetzen: Wiederkehrend, kontinuierlich oder diskret

• Prototyping oder frühe Produktentwicklung: Additiv

• Senkung der Stückkosten in großem Umfang: Kontinuierlich oder repetitiv
  
  

Der nächste Schritt besteht darin, sich anzusehen, wie hybride Ansätze beginnen, diese Modelle zu kombinieren, um komplexere und wechselnde Anforderungen zu bewältigen.

Wenn Sie heute durch die meisten Fabriken gehen, werden Sie kein einziges Lehrbuchsystem finden, das durchgängig läuft. Was Sie sehen werden, sind Mischformen, ein kontinuierlicher Durchlauf zum Abfüllen von Flaschen, dann ein Wechsel zur Batch-Verarbeitung für die Etikettierung. Oder eine diskrete Linie, die mit ein paar 3D-Druckern für kundenspezifische Teile zusammengeschraubt wurde. Diese Anlagen werden nicht gebaut, um einen Designpreis zu gewinnen, sondern um die Arbeit am Laufen zu halten, ohne alles abreißen zu müssen, wenn sich die Nachfrage ändert.

Warum werden die Modelle in den Geschäften immer häufiger gemischt? Weil sich die Werkzeuge verändert haben.

Sensoren sind heute überall. Maschinen können Probleme melden und ihre eigenen Einstellungen ändern, bevor ein Bediener dies überhaupt bemerkt. Ingenieure nutzen digitale Zwillinge, um Was-wäre-wenn-Szenarien durchzuspielen, ohne den Boden zu berühren. Das Machine learning hält Einzug in die Bereiche Qualität und Wartung und hilft den Teams, Probleme nicht länger im Nachhinein zu verfolgen. Und Automatisierung ist nicht mehr nur etwas für riesige Anlagen. Kleinere Betriebe können modulare Roboter einsetzen, ohne ihren gesamten Prozess umzuschreiben.

All dies verändert die Art und Weise, wie Systeme entworfen werden. Die alte Annahme, dass ein einmal festgelegter Prozess nicht mehr geändert werden kann, gilt jetzt nicht mehr. Die Produktlinien rotieren schneller. Die Kunden wollen mehr Variation. Die Vorschriften ändern sich ständig. Das System muss sich anpassen, sonst bricht es zusammen.

Das ist die Lücke, die Tulip zu schließen versucht. Statt eines großen MES , das Stabilität erwartet, bietet es Ihnen kleinere Bausteine, die Sie dort einsetzen können, wo Sie sie brauchen. Beginnen Sie mit einer einzigen Anwendung in einer Pilotlinie und fügen Sie dann weitere hinzu, wenn sich der Betrieb weiterentwickelt. Schließlich funktionieren hybride Prozesse nur, wenn sich Ihre Software mit ihnen biegen kann.

Die moderne Fertigung lässt sich nicht in eine Schublade stecken. Ob hohe Stückzahlen, komplexe Variationen oder eine Mischung aus beidem - das System muss zu den tatsächlichen Arbeitsabläufen in Ihrem Betrieb passen. Auftragsfertigung, Chargenfertigung, additive Fertigung, kontinuierliche Fertigung: jedes hat seinen Platz, und viele Betriebe kombinieren sie. Der eigentliche Test ist, ob Ihre digitalen Werkzeuge Schritt halten können. Ein komponierbares MES bietet Ihnen diese Flexibilität - Sie können dort beginnen, wo Sie es brauchen, und es bei Bedarf erweitern.

In den letzten zehn Jahren ist die Zahl der Softwareanbieter, die auf den Markt gekommen sind, um Fertigungssysteme zu automatisieren und zahllose verschiedene Anwendungsfälle und Herausforderungen zu lösen, die täglich in Fertigungsumgebungen auftreten, explosionsartig gestiegen.

Laut Allied Market Research wird der globale Markt für Manufacturing Operations Management-Software bis 2026 voraussichtlich 15,2 Mrd. US-Dollar erreichen. Während ein Großteil dieses Wachstums auf etablierte Lösungen wie isolierte Einzellösungen und traditionelle Manufacturing Execution Systems (MES) entfallen wird, glauben wir, dass eine neue Generation von IoT Lösungen ohne Code den Weg bereiten und einen immer größeren Anteil des Marktes erobern wird.

Mit der branchenführenden Frontline Operations Platform von Tulipsind Hersteller in der Lage, eine ganzheitliche, flexible Lösung zu konfigurieren, unabhängig davon, welche(s) System(e) sie in ihrem Betrieb einsetzen. Ganz gleich, ob Sie Produkte auf Montage , in Job Shops oder in Chargen herstellen, die Anwendungsbibliothek von Tulipkann Ihnen helfen, die Herausforderungen in Ihrer Umgebung zu lösen.

Wenn Sie wissen möchten, wie Sie Ihre Abläufe mit der Tulip digitalisieren können, wenden Sie sich noch heute an ein Mitglied unseres Teams!