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19.03.2021 | Automobilproduktion | Im Fokus | Onlineartikel

Die Produktion der Zukunft ist modular und selbstorganisiert

Autor:
Thomas Siebel
3:30 Min. Lesedauer

Der Automobilbau ächzt unter den vielfältigen Antriebs- und Modellvarianten. Modulare Fertigungseinheiten, autonome Transportfahrzeuge und die dezentrale Produktionssteuerung versprechen Abhilfe.

Der Umbruch in der Automobilindustrie ist in vollem Gange: Hersteller fahren die Produktion von Elektroautos hoch und befassen sich mit Erdgas- oder Brennstoffzellenantrieben, während sie jedoch weiterhin Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren produzieren, wie Markus Kropik seiner Übersicht über die Automobilfertigung im Buch Produktionsleitsysteme für die Automobilindustrie erläutert. Zeitgleich ziehen Informationstechnologie und Software für das automatisierte Fahren und Entertainment massiv ins Fahrzeug ein, und neue Markteilnehmer wie Tesla setzen die etablierten Hersteller mit neuen Geschäftsmodellen unter Druck. In den kommenden Jahren wird zudem der Privatbesitz von Pkw zugunsten der Shared Mobility abnehmen, wobei Car-Sharing-Fahrzeuge wiederum ganz spezifische Anforderungen an Ausstattung, Technik und Vertrieb stellen.

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Produktion

In diesem Abschnitt der Prozessbibliothek werden jene Prozesse beschrieben, die mit Hilfe der Produktionsleittechnik implementiert werden, um direkt die Produktion zu führen und zu überwachen. Es geht also um Prozesse am Band, wobei sowohl Werker als auch automatische Anlagen mit der Produktionsleittechnik interagieren. 

Wollen Automobilunternehmen in Zukunft erfolgreich sein, müssen sie Fahrzeuge in einer bislang ungekannten Vielfalt herstellen: Jedem Kunden, jeder Anwendung und jedem Markt das passende Fahrzeug. Damit sind OEMs zunehmend gezwungen, Alternativen zum jahrzehntelang bewährten Modell der Volumendegression zu finden, nach dem niedrige Stückkosten vor allem über große Produktionsmengen zu erreichen sind. Stattdessen sind Automobilhersteller immer stärker gefordert, Fahrzeuge auch in geringen Stückzahlen wirtschaftlich zu produzieren.

Hohe Investitionen bei sinkendem Pkw-Absatz

Die OEMs stellen sich dieser Herausforderung. Besonders effektiv sind sie dabei aber nicht, wie das Beratungsunternehmen Strategy& herausgefunden hat. Demnach haben BMW, Daimler und Volkswagen den Wert ihrer Maschinenparks in den Jahren 2013 bis 2018 zwar um 33 % gesteigert, die Produktivität ist im gleichen Zeitraum allerdings nur um 20 % gestiegen. Problematisch ist daran insbesondere, dass die Verkaufszahlen für Neuwagen in Europa ab dem Jahr 2025 sinken dürften. Die hohen Investitionen in neue Fertigungsanlagen müssten dann mit immer geringeren Einnahmen aus dem Fahrzeugverkauf bezahlt werden.

Dennoch können die OEMs auch in Zukunft profitabel produzieren, wenn sie es schaffen, ihre Fertigung flexibel auf neue Varianten, fluktuierende Produktionsvolumen und neue Fahrzeugmodelle einzustellen. Einen Weg hin zu dieser Autofabrik der Zukunft zeichnet eine aktuelle Studie von Strategy& und dem Fraunhofer-Institut für Optotronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB. Danach muss die Fabrik drei Anforderungen erfüllen: Sie muss modular aufgebaut sein, flexible Materialflüsse erlauben und sie muss sich in Teilen selbst und dezentral organisieren.

Modular, flexibel und selbstorganisiert

Anstelle von fließbandgestützten Produktionseinheiten, die auf die Fertigung bestimmter Modellkomponenten spezialisiert sind, sollten robotergestützte modulare Arbeitsstationen eingeführt werden, die unterschiedliche Fertigungs- oder Montageaufgaben übernehmen können und dabei ohne größeren Aufwand neu konfigurierbar sind.

In der flexiblen Intralogistik nehmen fahrerlose Transportfahrzeuge, sogenannte Automated Guided Vehicles (AGVs), eine Schlüsselrolle ein. Mit KI-gesteuerten AGVs kann beispielsweise jede Karosserie eine individuelle Route über die verschieden Stationen in der Montagehalle zurücklegen. So können Montagestationen ohne Stillstand oder Stau jederzeit voll ausgelastet werden. Entscheidend ist dabei der permanente Datenaustausch zwischen sämtlichen physikalischen Prozessen, Werkzeugen und Montagesystemen.

Flexible Fabrik neben dem Fließband

Unterstützt durch Fachkräfte lernen die Produktionseinheiten nach und nach, sich selbst und dezentral zu steuern. Beispielsweise kann ein AGV für jede Karosserie und abhängig von Fertigungsanforderungen und Maschinenauslastung selbstständig entscheiden, welches die optimale Route durch die Produktionshalle ist. Mit dieser Form der Selbstorganisation könnten Produktionsabläufe deutlich schneller auf Verzögerungen in der Zulieferkette oder veränderte Absatzzahlen reagieren, etwa indem bestimmte Maschinen an einem Tag hinzugezogen werden oder nicht. Die erforderliche Kommunikationstechnologie und die Algorithmen für die dezentrale Selbstorganisation ist den Studienautoren zufolge bereits heute verfügbar. Auch Zulieferer könnten in diesem Modell profitieren, etwa indem sie ganze Module für die Fertigung oder die Montage beim OEM bereitstellen.

Dass die Hersteller nun ihre gesamte Produktion auf höchste Flexibilität trimmen, würde den Autoren zufolge jedoch über das Ziel hinausschießen. Stattdessen rechnen sie mit einem optimalen Grad an Flexibilität, ab dem sich weitere Investitionen in modulare und autonome Systeme nicht mehr rechnen. So dürften die bekannten Gesetze der Massenproduktion für die Automobilindustrie in Teilen auch weiterhin gültig bleiben. Dies gilt umso mehr mit Blick auf die Shared Mobility, auf die bis 2030 etwa ein Drittel aller Fahrzeuge in Europa entfallen dürfte, denn diese, so die Studienautoren weiter, lassen sich am wirtschaftlichsten am Fließband produzieren.

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