Wer kennt nicht die Logik beim Einkauf: Die Kosten pro Stück für ein Stück sind höher als bei 10 Stück und die Stückkosten bei 10 Stück sind höher als bei 100 Stück usw. Gleichzeitig geht der Trend eindeutig in die Richtung von kleineren Losgrößen bis hin zur Stückzahl eins. Damit rückt das Thema, kleine Losgrößen wirtschaftlich zu möglichst konstanten Fertigungskosten produzieren zu können, in den Fokus. Wie das geschilderte Preismuster durch agile Fertigungssysteme durchbrochen und in der Folge in einer von Wettbewerb geprägten NC-Welt zugleich auch noch konkurrenzfähig umgesetzt werden kann, zeigt dieser Beitrag. Darüber hinaus werden drei Thesen aufgestellt, die die ökonomischen Effekte der agilen Fertigung beschreiben.
Die Fertigung der Zukunft?
Typische Treiber von Mengeneffekten, die auf die Herstellungskosten eines Produktes durchschlagen, sind die „Economies of Scale“ und Lernkurveneffekte durch immer wiederkehrende Arbeitsvorgänge. Insbesondere Letztere werden durch Automatisierung mehr und mehr ersetzt und obsolet. Das bedeutet aber noch keine konstanten, von der Stückzahl unabhängigen Fertigungskosten. Die Fragen sind demnach: Wie sollte eine Fertigung idealerweise aussehen, um losgrößenunabhängige Fertigungskosten zu realisieren? Welche Voraussetzungen sind hierfür notwendig? Und kann eine solche Fertigungslandschaft auch nachhaltig zu konkurrenzfähigen Stückkosten produzieren?
Durchgängige Digitalisierung
Selbstverständlich erfordert der Anspruch an losgrößenunabhängige Fertigungskosten eine ganze Fülle an Bedingungen und Maßnahmen. Eine zentrale Voraussetzung für eine agile Fertigung ist hierbei die durchgängige Digitalisierung und Vernetzung. Diese beginnt mit den zu fertigenden Teilen und erstreckt sich über den gesamten Fertigungsprozess inklusive der gesamten Hardware (z.B. Werkzeugmaschinen, Werkzeuge, Paletten, Roboter etc.). Zielrichtung der durchgängigen Digitalisierung ist, dass alles dematerialisiert wird, was sich dematerialisieren lässt. Ergo müssen die zu fertigenden Teile in digitaler Form vorliegen und auch der zugehörige Fertigungsprozess mit seinen Hardwarekomponenten. Dabei sollte es keine Rolle spielen, ob die Fertigungslogistik der Teile nun palettenbasiert oder mit Hilfe eines Werkstückhandlings erfolgt.
Lückenlose Kommunikation
Darüber hinaus müssen über den gesamten Fertigungsprozess, angefangen von der Schnittstelle zur Auftragsverwaltung bis hin zum Endprodukt, alle Hardware- und Softwarekomponenten miteinander vernetzt sein und miteinander kommunizieren können. Als gewissermaßen übergeordnete Instanz ist eine zentrale Steuerungs- und Kontrollsoftware erforderlich, die alle Aufträge und die damit notwendigen Fertigungsprozesse plant, deren Fertigstellung prognostiziert, steuert, kontrolliert, überwacht und möglichst auch noch visualisiert.
Im Trend: Universalmaschinen
Eine weitere wichtige Vorausetzung für eine agile Fertigung ist, dass sämtliche Maschinen im Fertigungsprozess (z.B. Werkzeugmaschinen, Kontroll- und Messmaschinen etc.) alle Teile bearbeiten bzw. prüfen können. Mit anderen Worten: Universalmaschinen werden zu einem wichtigen Bestandteil, da der Maschinenpark in der Lage sein muss, selbst dann Teile zu fertigen, wenn sich diese über die Produktionszeit hinweg ändern. Dies spiegelt auch der zu beobachtenden Markttrend wider, dass zunehmend Universalmaschinen angeschafft werden. Für die Praxis bedeutet das nicht zwangsläufig einen Maschinenpark von einem Hersteller, lässt sich aber unter Umständen dennoch nicht vermeiden.
Skalierbarkeit des Fertigungssystems
Eine weitere wichtige Eigenschaft eines agilen Fertigungssystems ist deren Skalierbarkeit. Die stufenweise Erweiterung im Zeitablauf darf nicht bedeuten, dass bisher getätigte Investitionen in den Maschinenpark nicht mehr hineinpassen oder eine Erweiterung erst gar nicht mehr zulassen. Dies verleiht der Investition in den Maschinenpark mehr Sicherheit.
Intelligentes Werkzeugmanagement
Und schließlich ist obligatorisch eine hinreichende Anzahl an Werkzeugen, die überdies für alle Maschinen verfügbar sind. Ohne ein intelligentes Werkzeugmanagement über eine leistungsfähige Software geht auch hier so gut wie nichts. Nur wer unverzüglich und im Fertigungsablauf unterbrechungsfrei auf alle erforderlichen, einsatzbereiten Werkzeuge zugreifen kann, erzielt einen hocheffizienten Produktionsprozess. Das entsprechende Werkzeugmanagement muss daher mit Blick auf alle zu fertigenden Teile eine hohe Werkzeugverfüg-barkeit sicherstellen und somit in der Lage sein, den Einsatz der Werkzeuge simultan zur laufenden Fertigung zu steuern und deren Standzeiten zu überwachen.
Unter den genannten Voraussetzungen können alle zu fertigenden Teile durch optimale Steuerung der Fertigungsprozesse über eine zentrale, leistungsfähige Software zu jeder Zeit gefertigt werden, wobei es keine Rolle spielen sollte, ob nur ein Teil, 10 Teile oder 100 Teile produziert werden müssen. Rüstkosten sind im Prinzip nicht vorhanden und somit sind die Herstellkosten pro Stück losgrößenunabhängig.
These 1: Im Vergleich zu einem spezialisierten Hersteller entstehen bei einem Hersteller mit einer agilen Fertigungsstrategie losgrößenunabhängige Herstellkosten pro Stück. (Grafik 1)
Relativierung der Fixkosten
So vielversprechend diese Aussage auch für die spanabhebenden Fertigungen der Zukunft sein mag, so ganz stimmt sie nicht. Natürlich entstehen auch in dieser Fertigungslandschaft Fixkosten an mehreren Stellen, die einen Mengeneffekt verursachen. Zum einen entstehen diese Kosten bei der Einrichtung eines neuen zu fertigenden Werkstücks (z.B. Digitalisierung der Werkstücke, Einfahren der Maschinen etc.). Diese Fixkosten sollten aber in der Regel längerfristig betrachtet bei Nachbestellungen selbst in kleinen Stückzahlen keine große Rolle mehr spielen.
Economies of Scope
Zum anderen schlägt die Investition in das agile Fertigungssystem zu Buche. Wer also in Summe eine geringe Stückzahl produziert, der wird mit der Investition, auf das einzelne zu fertigende Stück heruntergebrochen, auf keine konkurrenzfähigen Stückkosten kommen. Dies ändert sich jedoch, wenn man kleine Lösgrößen, davon aber sehr viele mit unterschiedlichen Teilen herstellt. Dann kommen die Economies of Scope zum Tragen, wenn der Hersteller also über eine hinreichend große zu fertigende Teilevielfalt verfügt. Denn viele unterschiedliche zu fertigende Teile rechtfertigen eine entsprechend große Investition in Hard- und Software. Selbstverständlich muss das Fertigungsprogramm so gestaltet sein, dass sich die zu bearbeitenden Werkstücke in ihren Dimensionen ähneln und gewisse Grenzen weder unter- noch überschreiten. Aber dies sollte bei der Vielseitigkeit von heute verfügbaren Universalmaschinen und der gegenüberstehenden zu fertigenden Teilevielfalt im Markt kein Problem sein. Auf der anderen Seite sorgt die Automatisierung und die hierzu verfügbare übergreifende Software dafür, dass die Ressourcen optimal ausgenutzt werden.
These 2: Ein Hersteller mit einem agilen Fertigungssystem kann mit zunehmender Teilevielfalt seine Herstellkosten pro Stück über sein ganzes Fertigungsprogramm senken. (Grafik 2)
Konkurrenzfähige Stückkosten
Vor diesem Szenario ist es nicht unrealistisch, dass ein Hersteller mit sehr vielen kleinen Losgrößen kostengünstiger und losgrößenunabhängig mit gleichbleibenden Stückkosten fertigen kann, im Vergleich zu einem spezialisierten Hersteller, der größere Mengen von wenigen Teilen fertigt. Digitalisierung, Vernetzung, Automatisierung, Skalierbarkeit und Economies of Scope gehen also Hand in Hand.
These 3: Hersteller mit einer agilen Fertigungsstrategie gewinnen mit zunehmender Teilevielfalt Marktanteile von spezialisierten Herstellern. (Grafik 3)
Die Zukunft ist Realität
Die beschriebenen Voraussetzungen für ein agiles Fertigungssystem lassen sich schon heute realisieren, denn die Werkzeuge für eine hochgradige Digitalisierung der Fertigung liegen bereits vor. Ebenso verfügbar sind die vernetzte Hardware, die entsprechenden Automatisierungssysteme sowie die Software. Und für die Umsetzung in die Praxis gibt es ebenfalls schon Beispiele.
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