Fortschrittliche Fertigung

Veröffentlichungsdatum : 05 October 2024

Verfasst von : Parul Atri

Der Einsatz fortschrittlicher Fertigungstechnologien birgt das Potenzial, Fertigungsprozesse zu verändern und neue Geschäftsmöglichkeiten zu eröffnen. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass fortschrittliche Fertigungstechnologien die bestehenden Technologien in naher Zukunft vollständig ersetzen werden.

Ein Grund dafür ist, dass zahlreiche bestehende Technologien, insbesondere für kleinere Betriebe, nach wie vor effektiv und effizient sind. Zudem kann es für manche Unternehmen, vor allem kleinere, unerschwinglich sein, die für die moderne Fertigung erforderlichen Werkzeuge und Software anzuschaffen und zu warten.

Darüber hinaus erfordert der Übergang zu fortschrittlichen Fertigungstechnologien erhebliche Investitionen in Aus- und Weiterbildung, um die notwendigen Fähigkeiten der Mitarbeiter für die Anwendung und Wartung dieser Technologien zu vermitteln. Dieser Faktor hält insbesondere kleine Unternehmen aufgrund mangelnder Investitionen davon ab, ihre Mitarbeiter für die fortschrittliche Fertigung zu qualifizieren.

Die Fertigung ist die Wurzel aller technologischen Innovationen und Entwicklungen. Verbesserungen in der Fertigung fördern oft das Wachstum unzähliger weiterer Branchen und Unternehmen entlang der Wertschöpfungskette. Der Einsatz modernster Technologien und Prozesse zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit der Fertigungsindustrie wird als fortschrittliche Fertigung bezeichnet. Diese nutzt flexible Produktionstechniken, die die vorhandenen Anlagen optimal ausnutzen und effektiver, effizienter und reaktionsschneller sind. Obwohl traditionelle, spezialisierte Methoden in bestimmten Situationen, wie beispielsweise bei langen, planbaren Produktionsläufen, weiterhin angebracht sind, ist die fortschrittliche Fertigung in der Lage, die vielfältigen Produktionsanforderungen und die Massenindividualisierung, mit denen Unternehmen häufig konfrontiert sind, ohne hohe Investitionen zu bewältigen.

Fortschrittliche Fertigungstechnologien steigern die Produktivität, indem sie Herstellern die Möglichkeit geben, ihre Produktion je nach Marktbedarf flexibel zu skalieren. Um Fertigung und Vertrieb in einen kontinuierlichen und effizienten Betrieb zu integrieren, setzt die moderne Fertigung auf Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT). Dies umfasst alle Bereiche der Wertschöpfungskette, von der Ideenfindung bis hin zur Entsorgung. Um die Fertigungstechnologie zukunftsfähig zu halten, sind fortschrittliche Fertigungstechnologien, oft auch als „intelligente Fertigung“ bezeichnet, unerlässlich.

Vorteile von Advanced

Fertigungstechniken

• Wenn die Fertigungsprozesse stärker automatisiert und wirtschaftlicher gestaltet werden, können die Ressourcen stärker auf Forschung und Entwicklung konzentriert werden, was die Einführung neuartiger und aufregender Produkte ermöglicht.
• Moderne Produktionstechniken sind insgesamt genauer, gleichmäßiger und effizienter, was zu qualitativ hochwertigeren Produkten führt, die zuverlässiger, leichter zugänglich und preisgünstiger sind.
• Durch die Automatisierung von Fertigungsabläufen trägt die fortschrittliche Fertigung zu schlankeren Produktionsmethoden bei, sodass sich die Mitarbeiter auf kreativere Aufgaben konzentrieren können.
• Eine bessere Marktreaktion wird durch die Flexibilität der fortschrittlichen Fertigung sowie durch optimierte Planung und Terminierung ermöglicht.

Die zukünftigen Marktchancen für

Fortschrittliche Fertigung

Der Weltmarkt für fortschrittliche Fertigungstechnologien wird voraussichtlich bis 2035 ein Volumen von rund 78 Milliarden US-Dollar erreichen, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von etwa 22 % im Prognosezeitraum 2023–2035. Technologische Entwicklungen und die steigende Beliebtheit neuer Anwendungen erklären das rasante Marktwachstum in diesem Bereich. Unternehmen der fortschrittlichen Fertigungsindustrie haben dank der Entwicklung neuer Methoden, Materialien und Anlagen zahlreiche Möglichkeiten, ihre Produktionskapazität und -effizienz zu steigern.

Ziele der fortgeschrittenen Fertigung

Ziel moderner Fertigungstechnologien ist es, sich im Markt einen Wettbewerbsvorteil zu verschaffen. Dies wird auf vielfältige Weise erreicht. Eine Produktionssteigerung ist zweifellos eines der Hauptziele. Je mehr produziert wird, desto mehr Produkte können verkauft werden. Das bedeutet jedoch nicht, dass Produktionssteigerung das einzige Ziel moderner Fertigung ist. Auch andere Bereiche wie Prozessoptimierung und Effizienzsteigerung lassen sich verbessern. So zielt die moderne Fertigung beispielsweise darauf ab, die Produktentwicklungszeit zu verkürzen sowie Stückkosten, Materialeinsatz, Materialbestände und die Auslastung von Anlagen zu reduzieren.

Arten der fortgeschrittenen Fertigung

• Effiziente Produktion: Im Mittelpunkt dieser Arbeit steht die simultane, im Gegensatz zur sequenziellen Entwicklung. Sie umfasst außerdem Konstruktion, Simulation, physikalische und computergestützte Modellierung, modernste Fertigungstechnologien und Steuerungsmethoden. Präzisionsguss und schnelles Prototyping nutzen dieses Prinzip.
• Intelligente Produktion: Sie nutzt Methoden zur Verlängerung der Lebensdauer und optimalen Auslastung von Produktionsanlagen mithilfe von Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) und zugehörigen Logistiksystemen. Dies wird durch effektive Überwachung, regelmäßige Wartung und Reparaturen erreicht.
• Effektive Organisation: Die Koordination und Nutzung industrieller Ressourcen, sowohl materieller als auch immaterieller Art. Dies findet Anwendung in virtuellen Ausschreibungen, Unternehmen, gemeinsam genutzten Ressourcen und Einrichtungen, innovativen Organisationsstrukturen, Gründerzentren, Wissensmanagement, Handel und Online-Handel.

Fortschrittliche Fertigungslösungen

• Künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen (ML) können die Fertigung grundlegend verändern. Obwohl KI schon länger existiert, rücken neueste Entwicklungen wie Cloud Computing, Big Data und maschinelles Lernen das Konzept in den Mittelpunkt der Weltwirtschaft. KI in der Fertigung kann optimiert werden, um datengetriebene Echtzeitlösungen zu ermöglichen, indem Daten aus verschiedenen Unternehmensbereichen erfasst werden. Beispielsweise können Daten aus der Produktionslinie helfen, die Fertigungszykluszeit zu berechnen und vorherzusagen und so eine präzise Planung und Terminierung zu ermöglichen. Mithilfe von Sensoren kann KI die Produktqualität oder den Zustand der Produktionsanlagen überwachen. Im Einkauf kann KI eingesetzt werden, um genaue Bedarfsprognosen zu erstellen und die benötigten Rohstoffe entsprechend zu bestellen. Prognosen zufolge kann KI bis zum Jahr 2035 zu einer Gewinnsteigerung von 40 % in der Fertigungsindustrie beitragen.
• Nanotechnologie: Mit der Miniaturisierung unserer Geräte steigt auch der Bedarf an kleineren Bauteilen. Da Designer immer mehr Funktionalität in kompakte Designs integrieren müssen, rückt die Nanotechnologie in verschiedenen Branchen zunehmend in den Vordergrund. Darüber hinaus werden Nanopartikel in chemischen und biologischen Anwendungen eingesetzt, wo sie Materialeigenschaften verbessern, die Lichtspektroskopie regulieren und die chemische Reaktivität modifizieren können.
• Robotik: Die Robotik zählt zu den modernen Fertigungsprozessen, was angesichts ihrer automatisierten Funktionen – wie dem Heben schwerer Lasten, präzisen Bewegungen und Verbindungen sowie einer verbesserten Arbeitsgleichmäßigkeit in zahlreichen Produktionseinheiten – nicht verwunderlich ist. Industrieroboter sind äußerst nützlich für gefährliche Arbeiten, da sie Risiken für die Beteiligten, Kosten und Abfall reduzieren und gleichzeitig eine zuverlässigere, schnellere und kostengünstigere Produktion ermöglichen. Die Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Schmiede-, Konsumgüter- und viele andere Branchen setzen Roboter häufig ein. Mit dem Fortschritt unseres Verständnisses der Robotik wächst auch unsere Fähigkeit, automatisierte Systeme in weiteren Bereichen einzuführen.
• Additive Fertigung: CAD-Software oder 3D-Objektscanner werden in der additiven Fertigung eingesetzt, um Maschinen anzuweisen, Material Schicht für Schicht in exakten geometrischen Formen aufzutragen. Dadurch verringern Hersteller die Wahrscheinlichkeit eines Systemausfalls, was zahlreiche Vorteile mit sich bringt, wie z. B. geringeres Gewicht, reduzierte Komplexität und verbesserte Wärmeableitung. Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik, Prototypenbau, Automobilindustrie, Konsumgüter und viele weitere Branchen profitieren von der additiven Fertigung, und diese Branchen werden weiter wachsen, sobald die Technologie erschwinglicher und einfacher anzuwenden ist.
• Laserbearbeitung: Laserbearbeitung und -schweißen, die Lasertechnologie nutzen, ermöglichen die schnelle und hochpräzise Fertigung von Bauteilen. Laser verhindern Risse und unsaubere Verbindungen und erhalten die Bauteilintegrität durch die präzise Steuerung der zugeführten Wärmemenge. Druckbehälter, Schweißen von Näherungssensoren, Batterieschweißen, empfindliche Elektronik und viele weitere Produkte werden heute mithilfe dieser Technologien sicherer und präziser hergestellt.

Branchen, die diese nutzen

Fortschrittliche Fertigung

Fortschrittliche Fertigungstechnologien lassen sich nicht in jedes Unternehmen integrieren, das sich Verbundwerkstoffe oder Cloud-Computing leisten kann. Sie sind nur dann erfolgreich, wenn eine hochentwickelte IT-Infrastruktur vorhanden ist, wie beispielsweise in der Elektromobilität, der Robotik, der Luft- und Raumfahrt und einigen anderen Branchen.

Liste der Branchen, die heute durch fortschrittliche Fertigungstechniken transformiert werden:

• Konsumgüter: Gerade in der frühen Phase der Produktentwicklung eignet sich der 3D-Druck hervorragend zur Herstellung komplexer Unterhaltungselektronik mit realistischer Ästhetik und Funktionalität. Schnelle und präzise Prototypen haben sich insbesondere bei Sportartikeln als vorteilhaft erwiesen. Detaillierte Architekturmodelle sowie Requisiten und Kostüme für die Unterhaltungsbranche sind weitere Beispiele für den erfolgreichen Einsatz. In den kommenden Jahren ist zu erwarten, dass vermehrt Konsumgüter auf additive Fertigung umgestellt werden, da die 3D-Drucktechnologie Bauvolumen und -geschwindigkeit verbessert.
• Energie: Die Fähigkeit, schnell spezialisierte, geschäftskritische Komponenten herzustellen, die auch unter extremen Bedingungen bestehen, ist für den Erfolg in der Energiebranche entscheidend. Die Entwicklung effizienter, leichter und bedarfsgerechter Komponenten sowie umweltfreundlicher Materialien mittels additiver Fertigung bietet Lösungen für vielfältige Anforderungen und Einsatzbereiche.
• Medizin: Additive Fertigungslösungen werden im sich rasant entwickelnden Medizinsektor eingesetzt, um Innovationen für Ärzte, Patienten und Forschungseinrichtungen zu entwickeln. Medizinproduktehersteller nutzen eine Vielzahl harter, flexibler, opaker und transparenter 3D-Druckmaterialien, um Designs zu erstellen, die individueller denn je anpassbar sind. Durch den Einsatz von Komponenten in chirurgischer Qualität, funktionalen Prototypen und realistischen anatomischen Modellen ermöglicht die fortschrittliche Fertigung bisher unvorstellbare Entwicklungen für lebensrettende Technologien. Orthopädische Biomaterialimplantate, zahnärztliche Implantate, präoperative Modelle aus CT-Scans, individuelle Säge- und Bohrschablonen, Gehäuse und kundenspezifische Instrumente sind nur einige Beispiele für Anwendungen, die den Medizinsektor grundlegend verändern.

Neueste Innovationen in

Fortschrittliche Fertigung

• Simulation: Die Simulation ist die zweithäufigste Innovations- und Managementmethode in der Fertigungsindustrie. Sie unterstützt die Just-in-Time-Fertigung und bietet folgende Vorteile: Berechnung des optimalen Ressourcenbedarfs, der Verweildauer einzelner Teile im System, der Transportzeiten sowie der Maschinen- und Personalauslastung. Mithilfe von Integrated Computational Materials Engineering (ICME) können Produktentwickler ein virtuelles Produktmodell entwerfen und dessen Leistung unter verschiedenen Bedingungen testen, bevor die reale Produktion startet. Die virtuelle Fertigung simuliert Fertigungsprozesse und trägt so wesentlich dazu bei, Ineffizienzen zu beseitigen und die Produktion zu optimieren.
• Augmented Reality (AR): Für Fertigungstechniker bietet AR eine immersive, detaillierte Bedienungsanleitung. Die Funktionsweise von Maschinen wird visualisiert, sodass Mitarbeiter besser lernen können. Dies verbessert die Lernerfahrung und reduziert unnötigen Zeit- und Kostenaufwand. AR unterstützt die Wartung von Produktionsanlagen. Da AR-Anwendungen reale und virtuelle Realität auf innovative Weise kombinieren, helfen sie Herstellern, den Produktionsprozess zu optimieren. Sie fördern die Korrektheit und Bewertung der digitalen Planung in der realen Umgebung.

Zukunft der fortgeschrittenen Fertigung

Cobots, oder kollaborative Roboter, sind dafür konzipiert, schwere oder gefährliche Arbeiten an der Seite von Menschen auszuführen. Es wird erwartet, dass sie mit der Weiterentwicklung der Cobot-Technologie häufiger in der Fertigung eingesetzt werden und so Produktivität und Sicherheit steigern. Darüber hinaus legt die sogenannte Kreislaufwirtschaft Wert auf Abfallvermeidung und Ressourceneffizienz. Die Nutzung erneuerbarer Energien in der Produktion und die Herstellung leicht demontierbarer und recycelbarer Produkte sind zwei Aspekte dieser Strategie.

Wie können kleine Organisationen die Einführung fortschrittlicher Fertigungstechnologien fördern?

Um Wissen und Erfahrung in der modernen Fertigung zu erwerben, können kleine Unternehmen mit Spezialisten wie Beratern und Technologieanbietern zusammenarbeiten. Dies hilft ihnen, technische Herausforderungen zu meistern, sich über aktuelle Entwicklungen auf dem Laufenden zu halten und Zugang zu Ressourcen wie Finanzierung und Weiterbildung zu erhalten. Darüber hinaus können kleine Unternehmen staatliche Förderprogramme wie Zuschüsse, Darlehen und Steuervorteile nutzen, um die Anschaffung moderner Fertigungsanlagen zu finanzieren. Indem sie Technologie für kleine Unternehmen erschwinglicher machen, tragen diese Programme dazu bei, die finanzielle Belastung durch Investitionen zu verringern.

Abschließend

Fortschrittliche Fertigung ist nicht nur ein vorübergehender Trend oder ein Schlagwort, das in wenigen Jahren wieder vergessen sein wird. Sie ist ein Phänomen, das sich in naher Zukunft rasant entwickeln und den Weg für ferngesteuerte, intelligente Fabriken ebnen wird, die neue und fortschrittliche Fertigungstechnologien einsetzen. Der erste Schritt in diese Richtung wäre, dass Hersteller eine Infrastruktur schaffen, damit ihre Initiativen für fortschrittliche Fertigung erfolgreich umgesetzt werden können.