Was versteht man unter Fertigung?

Die Fertigung ist der Umwandlungsprozess von Rohstoffen oder Komponenten in Endprodukte. Hier handelt es sich um einen entscheidenden Sektor der Weltwirtschaft, der jährlich Billionen von Dollar zum Welthandel beiträgt und Millionen beschäftigt. Von ihren bescheidenen Anfängen in der Steinzeit hat sich die Fertigung zu einem innovations- und technologiegesteuerten Sektor gewandelt, der sich von den grundlegenden neolithischen Werkzeugen seiner Vergangenheit zu den komplexen intelligenten Fabriken von heute mit automatisierten Prozessen, ständig vernetzten Geräten und datenreicher Fertigung entwickelt hat.

Was ist eine Fertigungssoftware?

In den letzten Jahren haben höhere Kundenerwartungen zu dynamischeren Nachfrageverschiebungen und Auftragsanpassungen geführt. Infolgedessen müssen sich Hersteller auf Fortschritte bezüglich der Rechenleistung und Fertigungssoftware verlassen, um traditionelle Werke zu automatisieren und die richtigen Entscheidungen zu treffen.

Die Fertigungssoftware verwaltet die Informationen und Prozesse während des gesamten Fertigungsprozesses. Wenn sich die ERP-Fertigungssoftware in der Cloud befindet, kann sie dazu beitragen, Daten im gesamten Fertigungsbereich zu vereinheitlichen und sie anderen Abteilungssystemen für Finanzen, Entwicklung und Betrieb zur Verfügung zu stellen. Durch die Integration von ERP-Software und Supply Chain Management-(SCM-)Software können cloudbasierte Fertigungssoftwaresysteme zum Dreh- und Angelpunkt für Industrie 4.0-Initiativen werden, die Herstellern helfen, Produkte methodischer herzustellen, indem sie die richtigen Materialien und Ressourcen in allen Werken verwenden, Abfall vermeiden und zu qualitativ hochwertigen Produkten, verbesserter Effizienz und höheren Margen führen.

Welche Arten von Fertigungssoftware gibt es?

Die Planungssoftware für die Fertigung berücksichtigt den Status von Arbeitsressourcen, Materialien und Geräten, um detaillierte Produktionspläne zu erstellen. Diese Software verwendet Planungs- und Bestandsverwaltungssysteme für die Materialbedarfsplanung (MRP) oder Just-in-time-Produktion (JIT), um sicherzustellen, dass die detaillierten Bedarfsanforderungen erfüllt werden, nachdem alle Lieferengpässe berücksichtigt wurden.

Die Manufacturing Execution Systems-(MES-)Software verwaltet die Ausführung physischer Prozesse, die Rohstoffe in fertige Waren umwandeln, indem Arbeitsaufträge ausgeführt und Produktionseffizienz- und Qualitätskontrolldaten über Produktlinien oder sogar über mehrere Standorte hinweg überwacht werden.

Eine Wartungssoftware für Fertigungsanlagen ist notwendig, um die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit von Anlagen, insbesondere der Betriebsmittel von Produktionslinien, zu maximieren und eine kontinuierliche Produktionsleistung sicherzustellen. Zusammen mit Innovationen wie den Internet of Things-(IoT-)Sensoren zur Anlagenüberwachung und digitalen Zwillingen ermöglicht diese Software eine vorausschauende Instandhaltung, bei der Ausfälle vorhergesehen werden können, und Wartungsprogramme, die für niedrigere Lohn- und Ersatzteilkosten optimiert werden können. Dies ersetzt ältere Fertigungssoftware zur vorbeugenden Instandhaltung, die zu unnötigen Ausfallzeiten und höheren Instandhaltungskosten führen kann.

Entdecken Sie den Wert vorausschauender Instandhaltung (PDF)

Andere Arten von Softwaresystemen, wie z. B. Product Lifecycle Management-(PLM-)Software, können mit Fertigungssoftware verbunden werden, um sicherzustellen, dass Produktdesigns methodisch unter Verwendung der richtigen Materialien und Ressourcen über mehrere Werke hinweg hergestellt werden. Dies führt zu qualitativ hochwertigen Produkten, die in hohen Stückzahlen und mit verbesserten Gewinnspannen hergestellt werden können.

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Ein kurzer historischer Überblick über die Fertigung

Die Fertigung kann bis in die Jungsteinzeit zurückreichen, als zum ersten Mal grundlegende Werkzeuge zum Mahlen von Lebensmitteln, zum Färben und Weben von Textilien sowie zum Fermentieren und Destillieren von Alkohol hergestellt wurden. Die nächste Entwicklungsphase wurde von den alten Griechen und Römern eingeläutet, denen die Erfindung von Schrauben, Flaschenzügen und Hebeln zugeschrieben wird – den Bausteinen der ersten Maschinen. Während dieser Zeit wurde die Arbeit von erfahrenen Handwerkern erledigt, die schließlich Gilden gründeten, um ihr Handwerk und ihre Privilegien zu schützen.

Im späten 18. Jahrhundert führte die Einführung des Fabrikwesens in Großbritannien zur ersten industriellen Revolution, bei der die Textilindustrie von manuellen Produktionsmethoden zu Maschinen überging, die durch Dampfmaschinen angetrieben wurden. Die nächste industrielle Revolution sollte etwa ein Jahrhundert später eintreffen, gekennzeichnet durch die Verfügbarkeit von Eisenbahntransport, Telegrafenkommunikation und Elektrizität. Zu den bemerkenswerten Erfindungen in dieser Zeit gehören die Glühbirne und das Automobil. Im frühen 20. Jahrhundert hat die Ford Motor Company die Massenproduktion durch den Einsatz von Spezialmaschinen und Vorrichtungen an Fließbändern populär gemacht.

Die Erfindung des Transistors im Jahr 1947 ebnete den Weg für digitale Computer, die wiederum zu Fortschritten in den Transport- und Kommunikationstechnologien führten, wie z. B. der drahtlosen Kommunikation, die die dritte industrielle Revolution prägen sollten. Lean Manufacturing (auch als Just-in-time-Produktion bekannt) wurde von Toyota in den 1930er-Jahren entwickelt, wurde aber erst in den 1970er-Jahren populär, als japanische Autos einen bedeutenden Marktanteil eroberten. Diese Produktionsmethode zielte darauf ab, sowohl die Bearbeitungszeiten und Lagerbestände innerhalb des Werks als auch die Reaktionszeiten der Lieferanten zu reduzieren.

Heute befinden wir uns in der vierten industriellen Revolution – oder Industrie 4.0 – die durch die Automatisierung der traditionellen Fertigung durch intelligente Technologie gekennzeichnet ist. Zu diesen Technologien gehören das Internet of Things (IoT), Cloud-Computing, Robotik, künstliche Intelligenz (KI), maschinelles Lernen (ML) und Natural Language Processing. Echtzeitdaten und Analysetools werden in die Hände der einzelnen Mitarbeiter gelegt, um eine dezentrale Entscheidungsfindung zu ermöglichen – ein wichtiges Prinzip von Industrie 4.0.

Arten von Fertigungstechniken

Eine Möglichkeit, die Fertigung zu klassifizieren, besteht darin, die Techniken zu betrachten, die zur Erfüllung der Kundennachfrage verwendet werden.

Lagerfertigung (MTS, Make-to-Stock)

MTS ist eine traditionelle Produktionstechnik, bei der Produkte gemäß prognostiziertem Bedarf hergestellt und dann als Bestand in Ausstellungsräumen oder Lagern gehalten werden. Bedarfsprognosen basieren auf vergangenen Verkaufsdaten, aktuellen wirtschaftlichen Bedingungen und makroökonomischen Trends.

Zu den Vorteilen gehören die effiziente Nutzung von Ressourcen aufgrund vorhersagbarer Produktionspläne und die reduzierten Produktionskosten aufgrund von Skaleneffekten. Kunden können auch die Endprodukte viel schneller erhalten, da sie normalerweise vorrätig sind. Der Hauptnachteil ist die höhere Wahrscheinlichkeit von überschüssigem Bestand und andererseits Fehlbeständen. Diese können aus ungenauen Bedarfsprognosen aufgrund externer Faktoren wie dem Wetter sowie wirtschaftlichen und geopolitischen Ereignissen resultieren.

Auftragsfertigung (MTO, Make-to-Order)

MTO ist eine Produktionstechnik, bei der Produkte nach Kundenspezifikation angepasst werden und die Produktion erst nach Eingang einer Bestellung beginnt. Dies ist in spezialisierten Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Bauwesen und Hightech üblich. Eine Teilmenge dieser Fertigungsart, die als auftragsspezifische Konstruktion (ETO, Engineered-to-Order) bezeichnet wird, gilt für Produkte, die im Vorfeld einen erheblichen Umfang an Konstruktionsarbeit erfordern.

Der Hauptvorteil von MTO besteht darin, dass es keine überschüssigen Lagerbestände gibt, die mit einem Rabatt verkauft oder verschrottet werden müssen. Jede angenommene Bestellung wird ausgeführt und Kunden erhalten diese gemäß ihren Spezifikationen. Zu den Nachteilen gehören längere Lieferzeiten für Kunden, um Endprodukte zu erhalten, und für den Hersteller die Gefahr von Schwankungen bei der Rohstoffversorgung, die einen höheren Sicherheitsbestand erfordern kann. Auch ungleicher Bedarf kann zu Außerbetriebnahmen führen, was kostspielig sein kann, da Fabriken eine hohe Produktionslinienverwendung benötigen, um profitabel zu sein.

Montagefertigung (MTA, Make-to-Assemble) oder auftragsbezogene Montage (ATO, Assemble-to-Order)

MTA ist eine Mischung aus Lagerfertigung (MTS, Make-to-Stock) und Auftragsfertigung (MTO, Make-to-Order), bei denen Komponententeile oder Unterbaugruppen auf der Grundlage von Bedarfsprognosen hergestellt werden. Die Endmontage beginnt erst, wenn ein Kunde eine Bestellung aufgibt. Der Hersteller kann kundenspezifische Aufträge annehmen, da die endgültige Konfiguration des Produkts erst während der Endmontage erfolgt. Das Endprodukt kann im Vergleich zur MTO-Technik auch viel schneller an den Kunden geliefert werden. Wenn Kunden jedoch keine Bestellungen aufgeben, kann es sein, dass der Hersteller einen beträchtlichen Bestand an Komponenten behält.

Arten von Fertigungsprozessen

Eine andere Möglichkeit, die Fertigung zu klassifizieren, besteht darin, die Produktionsmethode und die Art der hergestellten Endprodukte zu betrachten.

Diskrete Fertigung

Unter einer diskreten Fertigung versteht man die Produktion von Artikeln, die leicht identifizierbar und einzeln aufgeführt sind – zum Beispiel PCs und Haushaltsgeräte. Eine Stückliste wird verwendet, um die Bestandteile und Rohstoffe zu definieren, aus denen das einzelne Endprodukt besteht. Die Produktion findet normalerweise in einer Produktionslinie statt, wo der einzelne Artikel dupliziert wird, um die vom Produktionsplan geforderte Menge zu erfüllen. Umrüstungen und Rüstvorgänge aufgrund der Produktion unterschiedlicher Produkte auf derselben Produktionslinie können dies zu einem komplexen Prozess machen.

Prozessfertigung

Der Unterschied zwischen Prozessfertigung und der diskreten Fertigung liegt darin, wie das Produkt entsteht. Anhand von Rezepturen und Formeln werden Rohstoffe und Zutaten durch chemische und physikalische Veränderungen in ein Endprodukt umgewandelt. Während das Endprodukt normalerweise in großen Mengen hergestellt wird, kann es in kleinere, getrennte Einheiten unterteilt werden, die vom Kunden verbraucht werden können.

Es gibt zwei Methoden der Prozessfertigung: Chargenprozessfertigung und kontinuierliche Prozessfertigung. Die Chargenprozessfertigung umfasst die Herstellung eines Produkts in einer Standardserie oder Losgröße, die durch Behältergröße, Linienraten oder Standardausführungslänge bestimmt wird. Dies wird unter anderem häufig in der Lebensmittel- und Getränkebranche eingesetzt. Im Gegensatz dazu arbeitet die kontinuierliche Prozessfertigung rund um die Uhr an 365 Tagen im Jahr mit sehr langen Zeiträumen zwischen den Abschaltungen. Sie wird beispielsweise in der Öl- und Gasindustrie eingesetzt.

Fertigung im gemischten Modus

Um den veränderten Kundenerwartungen gerecht zu werden, setzen einige Branchen sowohl die diskrete als auch die Prozessfertigung ein. Ein Beispiel ist die Konsumgüterbranche, die einige Produkte in einem Chargen-Mischprozess herstellt, bevor sie in einzelne Einheiten verpackt werden. Diese Methode kann für Hersteller eine Herausforderung darstellen, die diesen Prozess auf einer Produktionslinie mit einer Manufacturing Execution System-(MES-)Anwendung ausführen müssen.

Lesen Sie die Lösungsübersicht: Oracle Mixed-Mode Manufacturing Cloud für die CPG-Branche (PDF)

Lohnfertigung

Die Lohnfertigung ist für kleinere Chargen von kundenspezifischen Produkten, die MTO oder MTS sein können. Da dies eine einzigartige Einrichtung und Abfolge von Prozessschritten erfordert, werden bestimmte Produktionsbereiche anstelle von Produktionslinien verwendet – beispielsweise eine Maschinenhalle, die kundenspezifische Teile für andere Hersteller von Industriemaschinen, Flugzeugen oder Hightech-Geräten herstellt.

Lesen Sie die Lösungsübersicht: Oracle Project-Driven Supply Chain in der Cloud (PDF)

Serienfertigung

Einige Branchen, wie z. B. die Automobil- und Konsumgüterbranche, erfordern einen konstanten Produktfluss mit minimalen Rüst- oder Umrüstzeiten. Bei der Serienfertigung werden dedizierte Montagelinien oder Fertigungszellen für dasselbe Produkt oder dieselbe Produktfamilie eingerichtet, die Produktion läuft rund um die Uhr, 365 Tage im Jahr, und unfertiges Material wird nicht in einen temporären Lagerbereich verschoben.

Intelligente Fertigung und intelligente Fabriken

Smart Manufacturing bzw. die intelligente Fertigung ist der Sammelbegriff für Bemühungen zur Modernisierung industrieller Praktiken durch eine Kombination aus intelligenteren Geräten, Anlagen, Produkten, Daten und Prozessen. Dieser Begriff umfasst die parallelen Konzepte von Industrie 4.0 und Smart Factory (intelligente Fabrik).

In intelligenten Fabriken wird die Produktionsumgebung mit minimalem menschlichen Eingriff unter Verwendung neuer industrieller Fertigungstechnologien betrieben. Sensoren erkennen Geräteprobleme vor dem Ausfall, um kostspielige Ausfallzeiten zu vermeiden. Die generative Fertigung, allgemein bekannt als 3-D-Druck, ermöglicht die individuelle Anpassung, schnelles Prototyping und die Massenproduktion von kompliziert geformten Teilen. Ein digitaler Zwilling, die digitale Repräsentation eines physischen Objekts, das immer mit Daten seines physischen Gegenstücks aktualisiert wird, ermöglicht ein schnelleres Design-Prototyping und eine kontinuierliche Überwachung der Geräteleistung.

Diese Technologien erfordern alle Anwendungssoftware, von den lokalen Programmen, die zum Ausführen von Sensoren verwendet werden, bis hin zu Fertigungsausführungssystemen, die Ressourcen über mehrere Produktionslinien hinweg überwachen und koordinieren. Die Integration mit Enterprise Resource Planning und anderer Supply Chain Management-(SCM-)Software stellt sicher, dass Produktdesigns methodisch hergestellt werden, wobei die richtigen Materialien und Ressourcen in mehreren Fabriken verwendet werden, was zu qualitativ hochwertigen Produkten und verbesserten Gewinnspannen führt.

Was kommt als Nächstes für die Fertigung?

Die Fertigung wird weiterhin das wichtigste Mittel sein, mit dem wir Rohstoffe in Endprodukte umwandeln. Länder, die derzeit für den Großteil ihres BIP auf die Landwirtschaft und andere Branchen angewiesen sind, werden sich weiterentwickeln und die Fertigung nutzen, um ihre industrielle Agenda voranzutreiben und die Beschäftigung zu erhöhen. Technologieunternehmen und Hersteller werden weiterhin Fortschritte bei der Computer- und Softwareentwicklung vorantreiben, um das Versprechen der intelligenten Fertigung einzulösen und die Zukunft von Industrie 4.0 – und darüber hinaus – zu gestalten.