Geschrieben von: Ben Baldwin | Februar 17, 2025
Dieser umfassende Leitfaden zu Fertigungsprozessen schlüsselt übergreifende Kategorien auf und bietet gleichzeitig einen strukturierten Rahmen für die Navigation durch die Fertigungslandschaft. Von der grundlegenden Umwandlung von Rohstoffen bis hin zur hochmodernen Integration von KI- und Cloud-Technologien werden wir untersuchen, wie sich diese Kategorien überschneiden, und die Stärken und Schwächen verschiedener Ansätze untersuchen.
Geschrieben von: Ben Baldwin | Februar 17, 2025
Wenn man in die Komplexität der modernen Fertigung eintaucht, ist es wichtig, ein klares Verständnis dafür zu entwickeln, was ein Fertigungsprozess wirklich beinhaltet. Auch wenn die schiere Vielfalt der verfügbaren Techniken und Strategien überwältigend sein kann, lässt sich jeder Fertigungsprozess im Kern untersuchen und kategorisieren, sodass wir den besten Prozess für jede beliebige Produktionsumgebung und jedes Produkt ermitteln können.
Dieser umfassende Leitfaden wird diese übergreifenden Kategorien aufschlüsseln und einen strukturierten Rahmen für die Navigation durch die Fertigungslandschaft bieten. Von der grundlegenden Umwandlung von Rohstoffen bis hin zur hochmodernen Integration von KI- und Cloud-Technologien werden wir untersuchen, wie sich diese Kategorien überschneiden, und die Stärken und Schwächen verschiedener Ansätze untersuchen.
Begeben wir uns auf diese Reise, um die Feinheiten der Fertigungslandschaft zu entschlüsseln und den richtigen Fertigungsprozess und die richtige Strategie für Ihr Unternehmen zu finden.
Bevor wir unseren vollständigen Leitfaden zu Fertigungsprozessen erkunden, müssen wir zunächst definieren, was ein Fertigungsprozess ist. Einfach ausgedrückt ist ein Fertigungsprozess die Umwandlung von Rohstoffen in Fertigwaren. Jeder Fertigungsprozess umfasst eine Reihe von Schritten und Bedingungen, die Arbeit, Maschinen und digitale Werkzeuge zur Herstellung eines gewünschten Produkts umfassen.
Dies kratzt jedoch nicht einmal an der Oberfläche der Komplexität und Leistungsfähigkeit der modernen Fertigung.
Um diese Frage genauer zu beantworten, haben wir 24 Fertigungsprozesse und -verfahren in fünf übergreifende Kategorien eingeteilt, die sich nach ihrem Hauptschwerpunkt richten.
Wenn Sie ein Produkt im Sinn haben, das Sie herstellen möchten, haben Sie höchstwahrscheinlich über die oben genannten fünf Faktoren nachgedacht. Behalten wir diese im Hinterkopf, während wir uns mit diesen Kategorien und den verschiedenen Fertigungsprozessen, -verfahren und -strategien befassen, die zu jeder dieser Kategorien passen.
Auf keinen Fall. Viele Hersteller setzen mehrere Prozessarten ein, um ihre Ziele zu erreichen. Im Fall der High-Mix Low-Volume (HMLV)-Fertigung ist es üblich, dass Betriebe sowohl Make-to-Order (MTO)-Prozesse einsetzen als auch ein repetitives oder Batch-Verarbeitungsmodell verwenden, um die Komponenten herzustellen, die sie in der Regel auf Lager haben müssen. Ebenso setzt ein Automobilhersteller sowohl wiederholte als auch diskrete Fertigungsprozesse ein, um sein Produkt effizient herzustellen. Die gleichen grundlegenden Montageschritte werden für jedes Fahrzeug wiederholt, aber bestimmte Komponenten werden in einem diskreten Prozess hergestellt, um den Schwankungen und Anpassungen des Marktes gerecht zu werden.
Bei der Untersuchung der Fähigkeiten eines Fertigungsprozesses ist es wichtig zu verstehen, dass alle Fertigungsprozesse einem einfachen dreistufigen Prozessablauf folgen.
Zunächst werden Rohstoffe gesammelt, abgebaut oder angebaut. Anschließend werden diese Materialien umgewandelt, geschnitten, extrudiert, zusammengesetzt, geformt, geschweißt, bedruckt, veredelt usw., bis sie ein verwendbares Produkt oder eine verwendbare Komponente sind. Das Produkt wird dann durch Montage, Verpackung, Etikettierung, Qualitätsprüfung und/oder Vertrieb an den vorgesehenen Kunden/Markt fertiggestellt.
Alle Fertigungsprozesse können mindestens einer der folgenden Arten zugeordnet werden. Die meisten Hersteller und Produkte weisen zwar einzigartige Merkmale auf, aber wir können eine gute Grundlage schaffen, indem wir zunächst verstehen, in welche der folgenden vier Arten unser Betrieb passt.
Die diskrete Fertigung ist ein Fertigungsprozess, der sich auf die Herstellung einzelner Artikel konzentriert, von Autos und Sportgeräten bis hin zu Lampen und Schaufeln. Alles, was zusammengebaut, geschweißt, verbunden usw. werden kann, fällt in diese Kategorie.
Dieser Herstellungsprozess kann durch die Produktion verschiedener Produkte gekennzeichnet sein, die sich je nach Kundenaufträgen und/oder neuen Verträgen ändern können. In diesem Fall wird die Produktionslinie von einer Kombination aus Menschen und Industrieanlagen bedient.
Ein Metallbiegebetrieb könnte beispielsweise in einem Monat industrielle Regale und im nächsten Monat Metallgehäuse für Röntgenscanner herstellen. Dies bietet Herstellern eine Strategie, die flexibel auf die Marktnachfrage reagiert, Produktwechsel einfach durchführt und weniger Investitionen erfordert als automatisierte Montagelinien.
Dies kann jedoch dazu führen, dass die Produktion im Vergleich zu sich wiederholenden Fertigungsprozessen, die auf hohe Stückzahlen eines bestimmten Produkts ausgerichtet sind, etwas langsamer ist. Außerdem müssen die Mitarbeiter in diesem Umfeld möglicherweise ständig neue Verfahren erlernen, wenn neue Aufträge hereinkommen.
Eine Optimierungsmethode für Einzelhersteller ist die Anwendung der Chargen- oder Losfertigung. In diesem Fall stellen Einzelhersteller einen vollständigen Satz identischer Einheiten her, führen schnell einen Produktwechsel durch und fahren dann mit dem nächsten Satz identischer Einheiten im Rahmen des Auftrags fort. Dies ist besonders nützlich bei Arbeitsaufträgen mit mehreren Vorgängen.
Das Gegenstück zur Chargenverarbeitung ist die einfache Montage von Produkten auf der Grundlage des Arbeitsauftrags. Wenn die Benutzer über alle Teile und Materialien verfügen, um jedes Produkt zusammenzubauen, können die Mitarbeiter einfach den Einzelheiten des Arbeitsauftrags folgen, während das Produkt durch die Werkstatt läuft.
Ohne digitale Anleitung kann es jedoch schwierig sein, die Mitarbeiter dazu zu bringen, diese sich ändernden Arbeitsaufträge im Auge zu behalten. Hersteller von Einzelprodukten können das Wissen und die Ausbildung ihrer Mitarbeiter verbessern, indem sie Arbeitsanweisungssoftware einsetzen, die die Mitarbeiter mit interaktiven digitalen Anweisungen unterstützt.
Diese Strategie ist besonders effektiv für Hersteller von Einzelprodukten, die Produkte mit hohen Variationen wie die Brunswick Boat Group herstellen. In ihrem Fall werden alle Arbeitsauftragsspezifikationen automatisch an ihre Arbeitsanweisungen gesendet, sodass die Mitarbeiter einfach dem standardisierten Verfahren folgen und die in den dynamischen Anweisungen genannten Teile entnehmen können.
Die Prozessfertigung ist eine Produktionsmethode, bei der Rohstoffe chemischen und/oder physikalischen Veränderungen unterzogen werden, um ein Endprodukt herzustellen. Im Gegensatz zur diskreten Fertigung, bei der feste Objekte zusammengebaut und miteinander verbunden werden, umfasst die Prozessfertigung das Mischen, Erhitzen, Fermentieren, Reinigen, Formen und vieles mehr, um feste und flüssige Produkte herzustellen.
Die Prozessfertigung kann aufgrund von zwei wichtigen Faktoren eine hocheffiziente Produktionsart sein.
Profi-Tipp: Wussten Sie, dass VKS DataConnect mit dem internen Überwachungssystem Ihres Chemikalienbehälters kommunizieren kann, um die Qualität zu validieren? Mitarbeiter, die Audits durchführen, können sogar dynamische Anweisungen auf der Grundlage der Qualitätsmessung erhalten.
Die Prozessfertigung hat zwar eine ganze Reihe von Vorteilen, bringt aber auch eine gewisse Komplexität mit sich.
Da Produkte, die in der Prozessfertigung hergestellt werden, irreversiblen Veränderungen unterliegen, ist die Sicherstellung von Qualität und Standardisierung ein zentrales Anliegen.
Bei dieser Art von Fertigungsprozess geht es um hohe Stückzahlen und eine hohe Optimierung durch die Herstellung von Produkten, die kaum oder gar keine Abweichungen aufweisen. Während einige Produkte der repetitiven Fertigung leichte Abweichungen aufweisen können, sind die meisten Produkte im Allgemeinen identisch (denken Sie an Automobilwerke). Diese Art der Fertigung ermöglicht es Unternehmen, einige wesentliche Stärken zu nutzen.
Hochautomatisierte Werkzeuge, Roboter und Massenmontagelinien eignen sich hervorragend für Unternehmen, die eine sich wiederholende Fertigungsanlage und -strategie aufbauen möchten. Da es innerhalb der Produktlinie nur sehr wenige Variablen gibt, können Maschinen einen Großteil der Arbeit mit unglaublicher Geschwindigkeit ausführen, wobei nur sehr wenig Zeit und Material verschwendet wird.
Diese sich wiederholende Art der Produktion und Optimierung führt jedoch auch zu zwei wesentlichen Schwachstellen.
Da Unternehmen auf automatisierte Maschinen angewiesen sind, können sie ihre Produktionslinien nicht schnell auf die Herstellung neuer Produkte umstellen. Die Planung und Durchführung eines Umrüstvorgangs nimmt viel Zeit in Anspruch. In einigen Märkten ist dieser Mangel an Flexibilität kein Problem. Für Unternehmen, die auf spezifische Kundenaufträge reagieren möchten, ist dies jedoch keine praktikable Strategie.
Bei der Auftragsfertigung geht es um die Herstellung von kundenspezifischen Produkten, die eine einzigartige Verarbeitung in mittleren bis niedrigen Stückzahlen erfordern. Da der Schwerpunkt auf maßgeschneiderten Produkten liegt, bietet diese Art von Fertigungsprozess wenig Raum für automatisierte Abläufe und ist stark auf qualifizierte Arbeitskräfte angewiesen. Aus diesem Grund sind die Produktionsmengen jedoch deutlich geringer.
Stellen Sie es sich wie einen Schneider vor, der maßgeschneiderte Anzüge herstellt. Große Marken sind zwar in der Lage, eine unglaubliche Menge an Produkten für den Markt herzustellen, aber wenn jemand einen einzigartigen, maßgeschneiderten Anzug möchte, muss er einen Schneider aufsuchen. Ebenso verhält es sich, wenn jemand ein maßgeschneidertes Teil bearbeiten oder eine Maschine für seinen eigenen automatisierten Prozess bauen lassen möchte. In diesem Fall muss er sich an einen Hersteller von Sonderanfertigungen wenden.
Aufgrund ihres Schwerpunkts auf der kundenspezifischen Fertigung sind Auftragsfertiger unglaublich flexibel, was die Bedürfnisse ihrer Kunden angeht. Da diese Produkte jedoch in der Regel auf Bestellung gefertigt werden, sind die Lieferzeiten auch viel länger als bei anderen Fertigungsverfahren.
Watchfire Signs, ein Hersteller von maßgeschneiderten digitalen Werbetafeln, verwendet eine Arbeitsanweisungssoftware, um sicherzustellen, dass seine Mitarbeiter bei sich ständig ändernden kundenspezifischen Produktionsaufträgen immer die richtigen Maßnahmen ergreifen. Watfire Signs ist in der Lage, wichtige wiederholbare Prozesse digital zu standardisieren und dann einfach die Maße und Spezifikationen für jeden Arbeitsauftrag anzupassen.
Nachdem wir nun einen Überblick über die wichtigsten Arten von Fertigungsprozessen haben, wollen wir uns ansehen, wie moderne Produktionsmethoden nach Marktnachfrage aufgeschlüsselt werden können.
Die Lagerfertigung (Make-to-Stock, MTS) ist ein traditioneller Produktions- und Lageransatz, bei dem Unternehmen Waren produzieren und ihre Regale auffüllen, um die erwartete Verbrauchernachfrage zu decken. Ein Paradebeispiel für diese Methode ist die saisonale Bekleidungsherstellung, bei der die Kleidung in Massenproduktion mit sich wiederholenden Herstellungsverfahren vor der expliziten Kundennachfrage hergestellt wird.
Im Wesentlichen handelt es sich bei MTS um einen Push-Fertigungsansatz, bei dem Produktions- und Lagerbestände im Voraus festgelegt werden und der Verkauf auf der produzierten Menge basiert. Einer der Hauptvorteile dieses Fertigungsprozesses besteht darin, dass Bestellungen sofort aus dem vorgefertigten Lagerbestand erfüllt werden, was die Lieferzeiten erheblich verkürzt.
Zu den Nachteilen gehören hohe Anfangskosten im Zusammenhang mit der Bestandsentwicklung und die Möglichkeit einer Über- oder Unterproduktion, wenn sich die Nachfrageprognosen als falsch erweisen.
Unternehmen, die den Ansatz der Auftragsfertigung (Make-to-Order, MTO) verwenden, stellen ihr Produkt erst her, wenn die Kundenbestellung eingegangen ist. Dies ermöglicht es den Herstellern, die entsprechende Menge auf der Grundlage der tatsächlichen aktuellen Nachfrage zu produzieren, während die Produkte genau nach den Spezifikationen des Kunden gefertigt werden können.
Niedrige Lagerhaltungskosten und praktisch keine veralteten Bestände sind die Hauptvorteile des MTO-Ansatzes. Jedes Mal, wenn die Produktion beginnt, wurde das Produkt bereits verkauft. Ebenso ermöglicht dieser Herstellungsprozess den Herstellern, Produkte zu bauen, die große Kapitalmengen erfordern, ohne enorme Anfangsinvestitionen bei ungewissen Verkaufszahlen tätigen zu müssen.
Der größte Nachteil dieses Ansatzes besteht darin, dass die Fertigung erst nach Eingang der Bestellung beginnen kann, was zu längeren Vorlaufzeiten führt. In Branchen wie der Luft- und Raumfahrt und dem Maschinenbau müssen die Vorlaufzeiten jedoch nicht so kurz sein wie in der Konsumgüterindustrie.
MTO-Hersteller können auch kleine Pufferbestände anlegen, um die von Natur aus längeren Vorlaufzeiten dieses Fertigungsprozesses zu verkürzen.
"Assemble to Order (ATO)" ist eine Produktionsmethode, bei der Unterbaugruppen und Komponenten eines Endprodukts hergestellt, aber noch nicht zusammengebaut werden, bevor der Kunde die Bestellung aufgibt. Sobald die Bestellung eingeht, montieren die Mitarbeiter die Unterkomponenten zum fertigen, maßgeschneiderten Produkt und liefern das Produkt dann umgehend an den Kunden aus.
Im Kern ist ATO die Verschmelzung von MTO- und MTS-Methoden.
Dieser Fertigungsprozess scheint das Beste aus beiden Welten zu vereinen, erfordert jedoch einen bestimmten Produkttyp, bei dem die Teilkomponenten sofort verfügbar sind. Computerhersteller wie Dell und HP sind Paradebeispiele für ATO-Prozesse, bei denen Motherboards, Computerchips und Prozessoren schnell zusammengebaut werden können, wenn Arbeitsaufträge eingehen.
Engineer-to-Order (ETO) ist ein Fertigungsprozess, bei dem Produkte von Grund auf neu konzipiert und entwickelt werden, basierend auf den Anforderungen des Kunden. Bei diesem Fertigungsprozess ist die Stückzahl gering und die Produktvariation hoch. Komplexe Industrieanlagen, Verteidigungssysteme und Bau-/Infrastrukturprojekte folgen in der Regel diesem Fertigungsansatz.
Obwohl die ETO-Methode der MTO-Methode ähnelt, bietet sie ein Höchstmaß an Flexibilität und Anpassungsfähigkeit. Anstatt lediglich ein Endprodukt mit einigen Anpassungen zu kaufen, beauftragen Unternehmen die Herstellung des Produkts und sind von der Entwurfsphase bis zum Abschluss der Produktfertigstellung beteiligt.
In diesem Fall eignet sich ein Lohnfertigungsverfahren oder ein Unternehmen mit einer F&E-Abteilung am besten für diese Art von Arbeit.
Während der Schwerpunkt von Fertigungsprozessen oft auf den physischen Methoden zur Herstellung von Waren liegt, umfasst die moderne Fertigung viel mehr als das. Nämlich die Strategien und Werkzeuge, die wir zur Verbesserung der Produktion und zur Erreichung der Fertigungsziele einsetzen.
Aus diesem Grund wollen wir unsere Untersuchung der Fertigungsprozesse auf die wichtigsten Methoden und Systeme ausweiten, die in der modernen Industrie eingesetzt werden.
Die schlanke Produktion ist eine Produktionsmethode, die sich auf zwei Hauptziele konzentriert.
Durch sorgfältige Identifizierung, wo ein Fertigungsprozess verschwenderisch ist und wo der Wert optimiert werden kann, können Hersteller ihre Abläufe positiv verändern und verbessern. Die Frage ist jedoch, wie Hersteller verschwenderische Bereiche identifizieren und einen höheren Wert schaffen können.
Es gibt zwar spezielle Methoden für eine schlanke Produktion wie 5S, Kaizen, Poka-Yoke, Wertstromanalyse und viele weitere Methoden, für die jeweils eine kritische Menge an Daten erforderlich ist, um effektiv zu sein.
In diesem Fall müssen moderne Hersteller auf eine digitale und intelligente Form der Fertigungsverarbeitung zurückgreifen.
Die Cloud-Fertigung nutzt Technologien wie Cloud-Computing, das Internet der Dinge, Datenanalysen und digitale Threads, um ein vernetztes Netzwerk aus cyberphysischen Ressourcen zu schaffen. Diese Ressourcen helfen Herstellern, Daten zu sammeln und zu analysieren, während sie gleichzeitig Produktionsaufträge und die Planung steuern.
Ein arbeitnehmerorientiertes MES wie VKS Enterprise nutzt die Cloud-Fertigung beispielsweise auf folgende Weise:
On-Demand-Wissenszugriff: Von Arbeitsanweisungen und digitalen Formularen bis hin zu erweiterten Berichten und unternehmensspezifischen KPIs haben die Mitarbeiter jederzeit Zugriff auf die richtigen Prozesse und genauen Produktionsdaten. Vernetzte Ressourcen: Durch die direkte Kommunikation von Mitarbeitern und Prozessen mit Drehmomentwerkzeugen, SPS, Geräten, Maschinen, IoT-Sensoren und Datenbanken können Hersteller ein intelligenteres und effizienteres Fertigungsökosystem nutzen.
Profi-Tipp: Mit unserem neuen BI Connector können Sie VKS-Produktionsdaten automatisch direkt mit Ihrer integrierten Business-Intelligence-Software teilen. Dies ist eine perfekte Möglichkeit, KI-Tools zu nutzen, um aus Ihren Produktionsdaten erweiterte Erkenntnisse und umsetzbare Elemente zu gewinnen.
KI ist seit einigen Jahren ein heißes Thema, wenn nicht sogar seit einem Jahrzehnt und darüber hinaus. Insbesondere bei der KI-Fertigung wird künstliche Intelligenz eingesetzt, um Fertigungsprozesse in einigen Bereichen zu verbessern.
Die Datenanalyse ist ein Schwerpunkt, da Hersteller nach und nach immer mehr Daten aus ihren unterschiedlichen Systemen abrufen. Und je mehr Daten Sie haben, desto intelligenter muss die Analyse sein. Diese Daten können dann genutzt werden, um umsetzbare Erkenntnisse zu gewinnen und Prozesse intelligent zu optimieren.
Darüber hinaus ermöglicht die KI-Fertigung einen höheren Automatisierungsgrad, bei dem Maschinen und Roboter autonom und mit wenig menschlichem Eingreifen arbeiten. Algorithmen für maschinelles Lernen identifizieren auch Muster und ermöglichen es automatisierten Systemen, datengesteuerte Vorhersagen zu treffen und/oder autonome Entscheidungen zu treffen. Oder, im Fall von Cobots, erleichtert KI die Zusammenarbeit zwischen Arbeitern und ihren cyber-physischen Gegenstücken.
Lesen Sie mehr: 10 spannende und bahnbrechende Beispiele für KI in der Fertigung
Nachdem wir die Fertigungsprozesse und die zu ihrer Verbesserung eingesetzten Strategien richtig kategorisiert haben, können wir uns die 10 wichtigsten Fertigungsverfahren ansehen, die von modernen Herstellern eingesetzt werden.
Am Ende dieses Artikels fragen Sie sich vielleicht, welches Fertigungsverfahren für Ihr Unternehmen am besten geeignet ist. Wie wir oben untersucht haben, hängt die richtige Beantwortung dieser Frage in hohem Maße von diesen vier Schlüsselfaktoren ab.
Die Fähigkeiten Ihrer Fabrik und Ihrer Belegschaft: Obwohl jeder dieser Faktoren wichtig ist, sollten Sie diesen Faktor nicht aus den Augen verlieren. Wenn Ihre Fertigungsumgebung unzureichend ausgestattet ist oder Ihre Belegschaft nicht ausreichend vorbereitet ist, kann der Fertigungsprozess nicht voranschreiten.
VKS ist eine Software für Arbeitsanweisungen, die die Fähigkeiten und das Wissensmanagement jedes Fertigungsmitarbeiters verbessert. Von automatisierten Produktionslinien bis hin zur Auftragsfertigung – Menschen stehen im Mittelpunkt jedes Fertigungsunternehmens. Sie sind diejenigen, die Maschinen bedienen, Komponenten zusammenbauen, Qualitätstests durchführen und sicherstellen, dass jedes Produkt den Wert behält, den Ihre Kunden verdienen.
Aus diesem Grund stärken Hersteller ihre Prozesse, indem sie ihre Verfahren standardisieren und ihre Mitarbeiter fördern.
Die Frage ist also, wie Sie Ihren Fertigungsprozess verbessern können.