Individuelle Massenfertigung: Die Fabrik der Zukunft

Prof. em. Ing. Emeritus Yoram Koren ist ein Pionier des computergesteuerten Produktionsprozesses, der Robotik und der Systemgestaltung. Im Interview spricht er über aktuelle Trends wie kundenindividuelle Massenproduktion und individualisierte Fertigung sowie über seine Vision der Fertigungsindustrie des 21. Jahrhunderts. 

Wie sehen die Bedürfnisse des Endkunden heute aus und inwieweit ist das auf digitale Technologien zurückzuführen? Gibt es eine Tendenz zur individualisierten Anpassung an Kundenwünsche? 

 

Die Geschichte der modernen Produktion begann etwa 1850. In den Anfängen der Automobilindustrie wurden Autos lokal produziert, eines nach dem anderen. 1913 hat Ford das Fließband erfunden, damit begann der Siegeszug der Massenproduktion, die 1959 ihren Höhepunkt erreichte, als nur sieben verschiedene Autotypen produziert wurden. Später ging man zur individualisierten Massenfertigung über, die dem Kunden die Auswahl zwischen mehr Modellen und Möglichkeiten ermöglicht. Heute geht der Trend zur individualisierten Fertigung. Ein individuelles Produkt definiert sich dadurch, dass es auf einen einzigen Kunden zugeschnitten ist. Der Kreis schließt sich also.

Mit dem Aufkommen der Sozialen Netzwerke im Internet hat sich der Markt gewandelt. Durch die Sozialen Netzwerke wird es für Kunden einfacher, mit neuen Ideen und Produkten aufzuwarten. Der Kunde braucht jedoch eine Schnittstelle, die ihm erlaubt, sich in digitaler Form direkt mit der Fabrik zu vernetzen.

Wie verändert sich in diesem neuen Produktionssystem die Rolle des Kunden?

 

Bei der Massenproduktion ist die Terminierung unveränderlich: Am Tag werden 10.000 Produkte auf dem gleichen System und mit der gleichen Software produziert. Wenn allerdings jedes Produkt anders ist, führt das zu Problemen beim Produktionsablauf. Die Herausforderung besteht darin, mit einzelnen Kunden zu arbeiten, die jeweils ihr eigenes Produktdesign haben, aber nichts über das Produktionssystem wissen. Wir brauchen eine Technologie, die es dem Laien erlaubt, in einen direkten Austausch mit so einer neuartigen Fabrik zu treten – mit der Fabrik der Zukunft!

Wird das Internet der Dinge (Internet of Things = IoT) die individualisierte Fertigung begünstigen?

 

Wir hoffen, dass das IoT die Kunden in die Lage versetzen wird, der Fabrik die Vorgaben auf direktem Weg zu übermitteln. Die Herausforderung besteht darin, eine Sprache zu entwickeln, mittels der die Kunden der Fabrik ihre Produktidee kommunizieren können. Ich glaube, dass eine Branche sich ein Herz fassen und dabei vorangehen muss.

Welches sind die größten Herausforderungen bei der Umstellung einer Fabrik auf kundenindividuelle Massenproduktion?

 

Noch ist es mit kleinen Produkten einfacher, individuelle Produkte zu fertigen. Für ein einfaches Produkt wie einen Schuh oder ein Hemd kann man die Person digital vermessen und es dann herstellen. Das sind relative simple Prozesse, weil nur ein einziges Produkt auf ein oder zwei Maschinen produziert wird.

 

Was passiert, wenn sechs oder sieben Produktionsabläufe, wie etwa Montage, maschinelle Bearbeitung und Schweißen nötig sind? Sie müssen optimal terminiert werden, so dass alle Maschinen ständig ausgelastet sind, wobei jedes Teil auf jeder Maschine eine andere Bearbeitungszeit benötigt. Es ist sehr schwer eine Software zur Terminierung der Aufträge entwickeln. Welches Produkt ist zuerst dran? 

 

Bei der Massenproduktion werden solche Probleme einmal gelöst und damit hat es sich. Bei der kundenindividuellen Massenproduktion bringt jeder neue Tag ein etwas anderes Produkt mit sich, das eine neue Lösung erfordert. Das Produkt wird nicht einzeln produziert. Es wird mit vier oder fünf weiteren Produkten simultan produziert. Siemens leistet in diesem Zusammenhang einen wichtigen Beitrag: Das Unternehmen stellt unter anderem die Schnittstelle zwischen sämtlichen Bereichen der Fabrik, zwischen Kunden und Lieferanten, Zulieferkette und Maschinen. Sie alle kommunizieren in der gleichen Sprache. Das verkürzt die Zeit von der Bestellung bis zur Auslieferung.

Wie werden die Kunden mit dieser Fabrik der Zukunft kommunizieren? Ist der „digitale Zwilling“ eine Möglichkeit?

 

Da Trend in der industriellen Fertigung hin zu individuellen Produkten geht, werden künftig Einzelpersonen Bestellungen aufgeben und Entwürfe einreichen. Eine Zeichnung reicht nicht aus, um ein Produkt herzustellen. Jemand muss die Ressourcen bereitstellen, um eine Software zu entwickeln, die den Kunden hilft, ihre Ideen in digitale Modelle umzusetzen.

 

Die Software muss Schnittstellen zu sämtlichen Stationen der Lieferkette haben. Das macht die Lieferkette äußerst effizient. Dies ist eine neue Stufe der Digitalisierung. Für mittelgroße Unternehmen werden damit die Karten völlig neu gemischt.

Welche anderen Technologien ermöglichen eine kundenindividuelle Massenproduktion?

 

Künstliche Intelligenz (KI) spielt eine wichtige Rolle bei der optimalen Produktplanung im Fertigungssystem. KI-Software kann Produktgruppen nach geometrischen Gemeinsamkeiten der einzelnen Produkte zusammenstellen. Die simultane Fertigung ähnlicher Produkte erleichtert die Synchronisation des Systems, um die Effizienz zu optimieren.

 

Die Frage der Hardware – wie soll das System konstruiert sein – ist einfacher zu beantworten. Alles wird mit einem System an einem Ort produziert: individuelle Produkte in Massenfertigung. Mit Reconfigurable Manufacturing Systems (RMS) lassen sich die Maschinen und Steuerungen, die wie Module integriert sind, einfach nach dem Plug-and-Play-Prinzip ersetzen. Die Grundidee besteht darin, eine Systemarchitektur mit Portalen und Förderbändern zu bauen und im Hinblick auf das, was in drei oder vier Jahren benötigt wird, Leerstellen für neue Maschinen einzuplanen. In den letzten zwanzig Jahren wurden solche Fabriken mit Kapazitätsreserven bereits erfolgreich gebaut.

Welche Rolle werden „kollaborative Roboter” und 3D-Druck zukünftig bei der Fertigung spielen? 

 

Die wachsende Popularität von Additive Manufacturing führt zu einer neuen Form von spezialisierter Fertigung. Maschinen für Additive Manufacturing und Computerized Number Control (CNC) sind in ein und dasselbe System integriert. Bei CNC sind alle Prozesse automatisiert. Alles passiert innerhalb eines einzigen rekonfigurierbaren Systems mit additiven Maschinen, den CNC-Maschinen und Montagerobotern – einem vollständigen und skalierbaren Fertigungssystem.

 

Die Herausforderung wird nicht darin bestehen, die Hardware der Fabrik zu konstruieren, sondern darin, sie zu steuern. Um die nötige Software zu entwickeln, bedarf es der gesamten bisher gewonnenen Erfahrung im Bereich der digitalen Arbeit. Für die Optimierung der Leistung ist es entscheidend, dass der digitale Zwilling ein hohes Maß an Präzision besitzt. Das Ziel ist es, dass die Kunden zukünftig ihre Vorgaben an lokale Fabriken übermitteln und das System dann automatisch die Fertigung jedes einzelnen Produktes terminiert.

Schnellere Verfügbarkeit, hohe Qualität und ein guter Preis – ist das mit individueller Fertigung möglich?

 

Ja, wenn alle Schritte innerhalb eines einzigen Systems passieren. Ziel ist deshalb ein System, das schneller reagieren kann, wenn der Markt ein neues Produkt oder eine andere Zahl von Produkten wünscht. Dafür muss die Fertigung aller Produkte an einem Ort integriert werden. Der Kunde übermittelt die Vorgaben und erhält zeitnah das fertige Produkt. Nach unserer Prognose ist das in zehn Jahren die Norm, weil dann die nötige Technik verfügbar ist. 

Welche Trends stehen uns in den nächsten 20 Jahren in der kundenindividuellen Massenproduktion und der individualisierten Fertigung bevor?

 

Die Entwicklung wird sich positiv auf die regionale Wirtschaft auswirken, da niemand mehr zwei Monate für ein Produkt aus China warten wird. Zur automatischen Fertigung individueller Produkte für die Menschen in ihrer Umgebung wird es viele dezentrale Fabriken geben. Dadurch entstehen vor Ort zahlreiche Arbeitsplätze im Produktionssektor.

 

Viele Softwaretechnologien müssen weiterentwickelt werden, damit die Abläufe im System automatisiert werden können. Im Idealfall plant die Software die zu produzierenden Produkte so, dass der Anlagenbetrieb optimiert wird.

 

Ein Beispiel ist die Open-Hardware-Plattform, mit der die einzelnen Produkte per Schnittstelle verbunden sind. Nach dem gleichen Prinzip wie Smartphone-Apps, die so geschrieben werden, dass sie auf die jeweilige Plattform oder das Betriebssystem zugeschnitten sind, benötigen wir gleichberechtigten Zugang zum Produktdesign, damit Drittfirmen Optionen für Produkte beisteuern können, die per Schnittstelle mit der offenen Plattform verbunden sind.

 

Beispielhaft für solche Hardware-Apps könnte die Gestaltung der Fahrgastzelle eines Autos sein. Autonomes Fahren ist heute bereits in aller Munde, doch im Innenraum des Autos hat sich in den letzten 100 Jahren nichts verändert. Schon ein Ford von 1910 war für einen Fahrer, einen Beifahrer und drei Passagiere auf dem Rücksitz ausgelegt. Das ist heute noch genauso.

 

Auf die Hauptfunktionen des Autos ist jeder angewiesen, aber der Innenraum bleibt der freien Gestaltung des Kunden überlassen. Sämtliche Schnittstellen sind vorhanden: Die Käufer können über das Internet Hardware-Module auswählen. Drittanbieter können auf Wunsch des Kunden Schreibtische, Hundesitze oder andere Objekte produzieren, die dann über standardisierte Verbindungen ans Chassis montiert werden. 

 

Die Industrie kann sich in so viele aufregende Richtungen entwickeln. Eine wichtige Voraussetzung dafür ist es, an die Konzepte zu glauben und die technischen Vorrausetzungen zu schaffen.  

Der Kunde übermittelt die Vorgaben und erhält zeitnah das fertige Produkt. Nach unserer Prognose ist das in zehn Jahren die Norm, weil dann die nötige Technik verfügbar ist.
Professor Yoram Koren

2018-04-10

Leane Clifton ist Primafila-Korrespondentin und freie Journalistin. Sie lebt in New York.

Alle Bilder zur Verfügung gestellt von Yoram Koren

Prof. em. Yoram Koren hat 1973 die erste computergestützte adaptive Echt-Zeit-Steuerung für eine Fräsmaschine erfunden. 1980 erschuf er die ersten autonomen Roboter und 1991 entwickelte er die erste Roboterschlange. Er hält zahlreiche Patente in den Bereichen Robotik und Fertigungstechnik und ist auch als „Vater der RMS“ (Reconfigurable Manufacturing Systems) bekannt.

 

RMS basiert auf der Idee, ein System nach dem Prinzip einer „lebendigen Fabrik“ zu konstruieren, „mit genau den Produktionsressourcen die benötigt werden, genau dann, wenn sie gebraucht werden.“ Die Architektur des Systems ist so aufgebaut, dass es einfach ist, Ressourcen wie Maschinen, Förderbänder und Portale hinzuzufügen. „Die Investitionskosten für RMS sind ein wenig höher", sagt Professor Koren, „das ist wie der Abschluss einer Versicherung gegen die Risiken eines unberechenbaren Markts."

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