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Ist Industrie 4.0 bereit für die Massenfertigung individualisierter Produkte?

| Autor / Redakteur: Maxim Reimche * / Sebastian Gerstl

Wissenschaft und Industrie entwickeln fleißig an technischen Lösungen, um Industrie 4.0 zu verwirklichen. Aber nur wenige stellen die Frage, ob die aktuell vorherrschenden Ablauf- und Steuerungsprinzipien in den Produktionsbereichen für Industrie 4.0 geeignet sind?

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Welche Herausforderungen entstehen durch die vierte industrielle Revolution für die Massenfertigung von Gütern?
Welche Herausforderungen entstehen durch die vierte industrielle Revolution für die Massenfertigung von Gütern?
(Bild: CC0 / CC0 )

Industrie 4.0 gilt als Synonym für den Fortschritt. Mit „aufregend Neuem“ und „Fortschritt im Allgemeinen“ wird, wie Prof. Syska in seinem Buch „Illusion 4.0 - Deutschlands naiver Traum von der smarten Fabrik“ schreibt, dabei oft das Synonym 4.0 assoziiert. In verschiedensten Lebensbereichen wie Arbeit 4.0, Berufsausbildung 4.0, Mensch 4.0 oder Wirtschaft 4.0 findet die Abkürzung ihre Verwendung und suggeriert das Handeln auf einem nächst höheren Niveau.

Wissenschaft und Industrie forschen und entwickeln fleißig an technischen Lösungen, um Industrie 4.0 zu realisieren und die Vision einer rentablen individuellen Massenfertigung zu verwirklichen. Dennoch stellt sich die Frage, ob die aktuellen vorherrschenden Ablauf- und Steuerungsprinzipien für Industrie 4.0 geeignet sind und ob neben den technischen Innovationen auch eine Revolution im Denken stattfinden muss.

Die Geschichte der Massenfertigung

Ein Blick in die Zeitreihe der industriellen Revolution lässt feststellen, dass jede Revolution eine Auswirkung auf die Massenfertigung hatte.

Die erste Revolution ersetzte den von Menschen geleisteten Antrieb der Produktionsmaschinen durch die Dampfmaschine und ermöglichte erstmalig die Massenproduktion. Die zweite Revolution ersetzte die Dampfmaschine durch Elektromotoren, führte das Fließbandfertigung ein und beschleunigte die Massenproduktion. Als das Zeitalter der dritten Revolution eintrat, wurden erste Prozesse in den Fabriken automatisiert, um die Massenproduktion in gleichbleibender Qualität aber gleichzeitig kostengünstig sicherstellen zu können.

In der vierten Revolution steht nun die Massenproduktion von individualisierten Produkten im Fokus. Die steigende Nachfrage des Kunden an individuellen Produkten stellt die Hersteller nicht nur auf der technologischen Seite vor eine Herausforderung, sondern auch planerisch. Wesentlich für die vierte Revolution sind die cyber-physischen Systeme (CPS). Fraglich ist an dieser Stelle, ob allein der Einsatz von CPS in bestehenden Produktionsstrukturen ausreicht, um alle Voraussetzungen für eine individuelle Massenproduktion zu erfüllen und damit die Fabrik von morgen aufzubauen.

Entwicklungen im Rahmen von Industrie 4.0

Auch verändert sich in Industrie 4.0 die Rolle des Kunden. Der Kunde wird nicht mehr als passiver Nutzer gesehen, sondern als aktiver Gestalter, der frühzeitig in den Entwicklungsprozess eingreifen kann und beispielsweise durch Konfiguratoren individualisierte Produkte selbst mitentwickelt. Auch sind die Produkte nicht mehr passive Teilnehmer im Produktionsprozess. Beispielsweise mithilfe eines Transponders kann ein Produkt zum intelligenten Produkt werden und selbst mit der Umwelt kommunizieren und eindeutig maschinell identifiziert werden.

Auf der technologischen Seite ermöglicht der Einsatz von additiven Fertigungsverfahren für Kunststoff, Metall, Keramik, Beton und weiterer Materialien die Realisierung der individualisierten Kundenwünsche. Kombiniert mit klassischen Herstellungsverfahren ist die Entstehung hybrider Maschinen möglich, ein Beispiel hierfür ist die LUMEX Serie von Matsuura, die Lasersintern und Hochgeschwindigkeitsfräsen kombiniert.

Trotz aller geistigen und technologischen Entwicklungen bleibt die Liefertreue, auch im Zeitalter von Industrie 4.0, die Basisanforderung im Kano Modell und wird durch die Innovationen in der vierten industriellen Revolution vor neue Herausforderungen gestellt.

Zentrale Herausforderung für die Liefertreue sind die komplexen Materialflüsse, die aufgrund der hohen Produktvarianz entstehen. Die Wahl der Maschine durch das individuelle Produkt und die damit verbundene variable Bearbeitungszeit, welche technologie- und maschinenabhängig ist, erschwert die Kapazitätsplanung und die Vorhersage eines Fertigstellungstermins. Eine Lösung könnte die Durchführung von echtzeitnahen Simulationen zur Abschätzung der Bearbeitungszeiten sein. Bezieht die Simulation die von den Maschinen bzw. Werkzeugen gemeldeten Informationen wie Maschinenzustand, Werkzeugverschleiß etc. mit ein, dann lassen sich die Simulationsergebnisse präzisieren.

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