Digitalisierung 4.0 der Massivumformung

Digitalisierung 4.0 der Massivumformung

Zukunftspotenziale mit Digitalisierung 4.0 ausgestalten

Im Rahmen einer Tagung der German Cold Forging Group im Juli 2017 wurde durch das WOIS Institut zum Thema „Zukunft sichern – anders denken“ referiert und über versteckte Erfolgsmuster zu Chancen durch die Digitalisierung diskutiert. Wie lassen sich aktuelle Geschäftsmodelle der Forging Branche weiter entwickeln? Dieser Artikel erörtert, ohne unternehmensspezifische Sicht, potentielle Zukunftsaspekte mit Chancen durch Digitalisierung 4.0 für die Massivumformung – aus Sicht der WOIS Innovationsberatung.

Produkte der Massivumformung zeichnen sich insbesondere durch ihre Festigkeit, günstige Herstellbarkeit in hohen Stückzahlen und als ideales Halbzeug für die weitere Bearbeitung zum Fertigteil aus. Doch: Rahmenbedingungen ändern sich!
Im Zeitalter der Industrialisierung wurden durch Plattformstrategien Standardisierungseffekte erzielt, die in extrem niedrigen Herstellkosten resultierten. Die Digitalisierung 4.0 erhöht in vielen Bereichen die Individualisierbarkeit – bei konstantem Kostenniveau. Dieser Effekt ist für Branchenexperten des Forgings – nachvollziehbarerweise – erst einmal unvorstellbar.

Trotzdem: Jede Not eröffnet Chancen! Lesen Sie hier von Potenzialen durch die Digitalisierung 4.0. Sehen Sie, wie sie bisherige Produkte und Leistungen einer Branche verändern können und wie sie bestehende Prozesse und Denkweisen beeinflussen!

Kernkompetenzen wandeln sich in Digitalisierung 4.0

Unter Führung des Produktionsvorstandes Markus Schäfer hat Daimler bereits 2014 seine Schmieden, Teile des Karosseriebaus und die Gießereien in Frage gestellt. Die Produktionsvolumina der C-Klasse als Stückzahlgarant werden bereits seit Jahren ausgelagert. Seither steht die Schmiede in Untertürkheim unter enormem Kostendruck. Vollständiges Outsourcing wurde erneut geprüft, um die Autosparte profitabler zu gestalten. Auf der letzten Aktionärsversammlung im März soll von den Aktionären offene Kritik an dieser kapitalintensiven Unternehmensressource geübt worden sein. Das Beispiel Daimler zeigt, dass die Massivumformung als Kerngeschäft der OEM bald der Vergangenheit angehören könnte.

Bauteile von Verbrennungsmotoren und Antriebssträngen werden bei anderen OEM bereits in Zulieferbetrieben hergestellt. Damit hat sich die Herausforderung für diese Branche jedoch nur von der Ebene der OEM zu den Tier1 Lieferanten verlagert. Mittlerweile sind es die Zulieferer, die für sich neue Erfolgsfaktoren erarbeiten müssen.

Doch welches sind die maßgeblichen Kenngrößen für die Massivumformung der Zukunft?

Digitalisierung 4.0 im Wettlauf um die Zukunft

Im  Wettbewerb um die Zukunft der Massivumformung spielen mehrere Faktoren eine Rolle. Externe und nicht beeinflussbare Reglementarien, wie z.B. die Energieverordnungen und Gesetzgebungen der Länder, haben die Ausrichtung der Produktionsstätten hin zur Nachhaltigkeit und zum Schutz der Rohstoffe im Fokus.

Das Knowhow der Schmiedetechnologie ist vorzugsweise im DACH Wirtschaftsraum und in Japan angesiedelt. Doch nach der getroffenen Standortwahl ist diese Variable fixiert. Derartig kapitalintensive Produktionsanlagen erschweren die Verlagerung der Standorte in Best-Cost-Countries. Damit findet der Wettbewerb in der effektiven und effizienten Beherrschung der lokalen Wertschöpfungsketten des Massivumformens und der geschickten Verknüpfung für globale Verfügbarkeit statt. Damit stehen vor allem Fragen der Prozessgestaltung im Fokus.

Alea jacta est – oder auch: Die Spielregeln sind gesetzt!

Derjenige wird zunächst den Wettbewerb gewinnen, der durch  Kosteneffizienz die Stückkosten senken kann oder durch Alleinstellungsmale im Prozess besondere Produktmerkmale, wie Qualität, Leichtbau oder hohe Festigkeiten, generieren kann. Des Weiteren kann eine „Near-Net-Shape“-Fähigkeit oder die Zuverlässigkeit sowie Liefertreue im Geschäft einen Vorsprung zum Wettbewerb auf Zeit generieren.

Doch das sind allesamt Faktoren, die von den Experten der Massivumformung über Jahrzehnte optimiert wurden und aus WOIS-Sicht hohe Glaubwürdigkeit signalisieren.

Abb. 1 – Undenkbares als Nukleus für Innovation

Doch was ist neu? Welche Rahmenbedingungen, die grundlegende neue Kriterien erlauben, ändern sich? Welches sind diejenigen Kriterien, die bei Kunden Potenziale hervorbringen, die bisher nicht im Fokus standen? Schlüsselexperten der aktuellen Erfolge können meist nur die Fragen von „heute“ beantworten. Die Erarbeitung zukünftiger Potenziale erfordert neue Perspektiven –  Perspektiven, die aus heutiger Sicht ungewöhnlich sind.

Innovation ist, wenn der Kunde Hurra schreit.

Kann die Begeisterung dieses Ausspruches eines unbekannten Autors allein mit Expertenwissen generiert werden und reicht Begeisterung aus, um relevante Antworten finden zu können?

Innovation muss vom Kunden angenommen werden. Aktuelle Innovationsprojekte zeigen, dass durch „Digitalisierung 4.0“ bisher nicht fokussierte Stellen der Wertschöpfungskette zu Schlüsselstellen für Innovationen werden können. Dies geschieht genau dort, wo durch das Schließen von Regelkreisen Kundenmehrwert in überraschender Weise, erfolgreicher und neuartiger, nicht nur gedacht, sondern auch praktisch umgesetzt werden kann.

Wir WOISer bezweifeln, dass diese Veränderungen nur durch glaubwürdige Leistungsfähigkeit initiiert werden. Vielmehr weist ein derartiger Nukleus das Merkmal auf, dass er zunächst UNDENKBAR für viele Experten ist. So 2009 geschehen in Stanford California, als das erste I-Phone vor seiner Markteinführung von Marketing-Experten als chancenlos eingestuft worden ist, weil es nach „den alten Erfolgskriterien“ durch Branchenexperten beurteilt wurde.

 

Digitalisierung 4.0 ist der momentane Veränderungstreiber

Was hat die Branche der Massivumformung bisher so erfolgreich gemacht? Neben den Materialvorteilen waren es die großen Stückzahlen bei konstant zuverlässiger Qualität, die durch Standardisierung die Produkte im Automobil optimieren konnten. Produkte wurden erschwinglich und Fahrzeuge somit für viele verfügbar. Was einst mit der erfolgreichen Fließband-Produktion des Ford Modells T in „assembly lines“ begonnen hat, machte in der Folge Mobilität für jedermann greifbar.

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Abb. 2 – Die vier Stufen der industriellen Revolution

Die erste speicherprogrammierbare Steuerung initialisierte die dritte Revolution mit der Einführung von Elektronik und IT zur weiteren Automatisierung der Produktion. Aufstrebende Unternehmen fügten seither ihren Kompetenzen das Software-Knowhow hinzu.

Industrie 4.0, in der Ausbaustufe der vierten industriellen Revolution, bezeichnet eine weitere grundlegende Veränderung der Produktionswelt. Moderne Informations- und Kommunikationstechnologien vereinen sich mit klassischen industriellen Prozessen und werden zu cyber-physischen Systemen. Durch die Potenziale der Informationsverfügbarkeit wachsen reale und virtuelle Welten immer weiter zusammen. Das erfordert für den neuen Unternehmenserfolg Kenntnisse im Bereich des Datenhandlings in das eigene Geschäftsmodell zu integrieren. Damit gewinnen Kompetenzen die bisher keine Rolle gespielt haben wettbewerbsentscheidende Bedeutung. Neben dem Handling der Daten ist es auch die Datensicherheit die in offenen, vernetzten Systemen kritisch zu beurteilen ist. Niemand möchte mit Partnern in Datensystemen kooperieren, die der Zugang für Cyber-Attacken sein könnten.

Allen vier Ausbaustufen der Industrierevolutionen ist gemeinsam, dass die Komplexität der Produktion und der Prozesssteuerung gewachsen ist. Für jede einzelne Stufe mussten neue Ressourcen aufgebaut werden. Doch genauso ist auch die Entscheidungsfindung für potenzialreiche, strategische Ausrichtungen gewachsen! Damit vervielfacht sich auch die Intensität, mit der sich Unternehmen für eine erfolgreiche Positionierung im Marktumfeld immer wieder neu orientieren und definieren müssen.

 

Das Dilemma der Branche

Abb. 3 – Dilemma der Branche

Getrieben durch das Kostenziel, den Lohnkosten-Aufwand zu verringern und dadurch im Wettbewerb mit Fertigungsverfahren in Low-Cost-Countries zu bestehen, verfolgten viele Lieferanten die Absicht, die umformenden Fertigungsstraßen zu automatisieren und teure Arbeitszeit einzusparen. Produkte wurden für den Industriekunden günstiger und konnten im Wettbewerb bestehen.
Doch gemäß den Gesetzmäßigkeiten nach Genrich Altschuller folgt einer derartigen Optimierungsetappe häufig der Entwicklungsschritt „Strukturelle Differenzierung, funktionelle Spezialisierung“. Bauteile werden damit komplexer und mehr Kundenindividualität erfordert zunächst eine Reduzierung der Automatisierung. Die Branche findet sich im Dilemma wieder. Ein Ausweg, der in der Widerspruchsentwicklung beschrieben wird, müsste mit der „Erhöhung der Kundenindividualität trotz Erhöhung des Grades der Automatisierung“ gefordert werden und wäre demnach paradox und unglaubwürdig.

Potenziale der Digitalisierung 4.0 durchbrechen den Denkrahmen

WOIS sagt: Die Metamorphose stellt den überraschenden Wandel eines gleichen Individuums zu einer völlig neuen Gestalt unter Beibehaltung der Identität dar. Für die Entstehung dieses Wandlungsmusters hatte die Natur viel Zeit zur Verfügung. Innovatoren müssen jedoch die Zukunft mit mehr Orientierung in kürzerer Zeit gestalten!
WOIS proklamiert: INNOMORPHOSE bündelt analytische Kreativität und strategische Orientierungsmittel für die Ausgestaltung erfolgreicher Zukunftsszenarien.

Welche Bereiche in Ihrem Unternehmen können durch Digitalisierung Mehrwert erlangen und den Kunden „Hurra“ rufen lassen? Wie gut kennen Sie ihr Geschäftsmodell und vor allem die Stellhebel der Geschäftsmodelle Ihrer Kunden?

Innovative Lösungen zeichnen sich dadurch aus, dass sie in Kundenbefragungen nicht gefordert werden – jedoch einmal verfügbar sich beachtliche Erfolge einstellen.

Neue Schlüsselkriterien ergeben sich durch Potenziale der Digitalisierung für bisher „nur hochfeste“ Produkte in der Analyse der Handlungen der Kunden und in den Prozessen der Wertschöpfungskette.

Mit dem Blick in die WOIS Innovationsarena und der Perspektive auf deren Innovationssäulen ließen sich im Juli 2017 im Rahmen der Forging Konferenz Ansätze für Veränderungspotenziale erkennen:

Aus der Perspektive der Märkte und Bedarfe:
Die Märkte der Massivumformung sind aktuell stark von der Automobil Industrie abhängig und damit durch die Schlagworte „autonom, shared, electrified, connected“ charakterisiert.

Diese Märkte werden sich durch E-Mobilität und die teilweise Verdrängung der Verbrennungsmotoren weiter entwickeln. Anregungen für Digitalisierung können aus benachbarten Branchen wie z.B. dem Bereich der Wearables erschlossen werden. Aktorik und Sensorik können bei Wellen und anderen Komponenten verbaut werden, um z.B. einen Lebenszykluskompass zu realisieren und für den wachsenden Bereich des Re-Use wertvolle Informationen mitzubringen.

Dies bliebe nicht ohne Auswirkung auf die Innovationsäule der Produkte und Leistungen. Das Engineering oder die Dienstleistung könnten vom Produkt separiert werden. Auslegung und Konstruktion könnten über Netzwerke erfolgen, um deutlich schneller volatilere Märkte zu bedienen und digitale Machbarkeit zu realisieren. Werkzeugerstellung, lange Zyklen der Maschinenadaptierung und Versuche liegen nicht im Interesse des Kunden und könnten reduziert werden oder gar entfallen. „Minimum Viable Products“ aus Branchen der Software oder Beratung zeigen, wie in schneller Weise und unter Einbeziehung des Kunden neuartige Werte generiert werden können. Derartige Role Models könnten neue Vertriebskanäle erschließen. Das könnte bis zur Bauteilerstellung durch den Kunden führen, die dieser selbst in ein System eingeben könnte und in digitalisierter Form bereits einen ersten Anhaltspunkt für die Realisierung oder den Fertigungsort erhielte.

Für die Perspektive der Services im Rahmen der Leistungssäule ergäbe sich eine Entkopplung von Dienstleistung und Hardware. Informationen des Produktes könnten neben seiner Funktion als eigene Dienstleistung verkauft werden. Optimierungen von Prozessreihenfolgen, Wärmebehandlungsauswirkungen könnten durch digitalisierte Fertigungsmodelle vorab erstellt und im Produktionsbetrieb online überwacht werden.

Das eröffnet für die Innovationssäule der Organisation und Prozesse die Möglichkeit in der Produktion einen digitalen Zwilling zu analysieren, um rechtzeitig möglichen Toleranzabweichungen entgegenzusteuern. Ebenso bestünde die Möglichkeit, Komponenten nach Toleranzauswahl zu erstellen und diesen Mehrwert für den späteren Wirkpartner des Bauteils zu kommunizieren.

Für die Innovationssäule der Ressourcen und der Wertschöpfung bedeutet das, die Mitarbeiter im nötigen Wissenstransfer auszubilden, um rückkoppelnde Prozesse steuern zu können und dabei ständig mitzulernen sowie weiterzuentwickeln. Schulungsbedarf besteht in der Prozesstechnik der Umformung in den vor- und nachgelagerten Prozessen. Anbindung an z.B. betriebswirtschaftliche Systeme vervollständigen die Perspektiven für Industrie 4.0. Im Bereich der rechtlichen Aspekte müssten Lösungsansätze vorhanden sein, damit digitalisierte Dienstleistungen für Komponenten, sowie Auswertungssensorik und Software für den Kunden zugänglich ist, um Mehrwert zu organisieren. Dafür bedarf es der Datenorganisation für Speicherung und Ausgabe an den Kunden, die im Bereich der Umformer häufig noch fremd sind.

Über die Frage nach der Sinnfälligkeit der Datenerfassung und der Rückkopplung lässt sich aus Sicht der Spezifika der einzelnen Branchen jeweils trefflich streiten. Eines hat sich jedoch auch immer wieder bestätigt: Diejenigen, die den Weg gegangen sind, konnten so Zusammenhänge erkennen, die ohne die Rückkopplung nicht möglich gewesen wären.
Diese umfassende Sichtweise auf Bewegungen in einer Branche können für die eigene Unternehmung die Orientierung geben, um den oder die Prozessschritte zu filtern, die mit Mitteln der Digitalisierung den größten Nutzwert im Geschäftsmodell für den eigenen Kunden erzeugen können.

Such-Richtungen für die Roadmaps

Wie können die gefundenen Keimzellen in Produkte und Leistungen transferiert werden?

Selten ohne führende Prozesse und vor allen Dingen, nicht ohne eine zukunftsorientierte Unternehmenskultur!

„Das ist das tiefste und vornehmste Band,
das Menschen miteinander verbinden kann:
miteinander etwas wollen.“

Albert Schweitzer hat hier formuliert, was erfahrungsgemäß mehr als 50% einer erfolgreichen Unternehmung ausmacht.

Alle beteiligten Unternehmensabteilungen sollten an gemeinsamen Zielen arbeiten, weshalb im WOIS-Innovationsprozess in der frühen Phase auf ein interdisziplinäres Team mit beteiligten Repräsentanten aller WOIS-Innovationssäulen Wert gelegt wird.

Hier haben 25 Jahre WOIS-Innovation in den verschiedensten Branchen gezeigt, dass nicht nur die eine Idee, z.B. nach technisch technologischen Mitteln, ausgestaltet wird und am Markt erfolgreich werden kann, sondern dass im Verbund mehrere Lösungsansätze die größere Wertschöpfung erzielen können.

Disruptive Innovationen sind keine Verbesserung im Sinne von „mehr vom Gleichen“. Sie erfordern eine Neuverknüpfung von Expertise über alle Unternehmensbereiche und Unternehmensgrenzen hinweg.

Daher erfolgt das WOIS-Frontlevelling immer unter Nutzung aller fünf Perspektiven der Innovationssäulen unter Einbeziehung der betroffenen Unternehmensbereiche. So entsteht ein gemeinsam getragener Leuchtturm für die Zukunftsgestaltung. Dieser kann zu langfristigen Strategien, mittelfristigen Maßnahmen und kurzfristigen Lösungsansätzen konkretisiert werden.

In der folgenden Abbildung wird für die Forging Branche eine potentielle Zukunftsgestaltung beschrieben: Über diverse Branchen hinweg hat sich gezeigt, dass Ziele für neue Wertschöpfungs-Innovationen neuartige Wertschöpfungsmodelle erfordern.
Vom heutigen Portfolio ausgehend, mit der Absprungbasis der heutigen Kundenwünsche, ist eine Neuinterpretation der Markt- und Bedarfsgruppen erforderlich. Für die interne Unternehmens-Roadmap muss aus Sicht der Massivumformer gefragt werden, inwiefern das Thema der Operational Excellence für die Prozessorganisation weiter ausgereizt werden kann, bzw. wie nahe die Branche aus heutiger Sicht bereits Grenznutzenbetrachtungen ausgereizt hat. Last but not least bedeuten Veränderungen der genannten Zielrichtungen einer ressourcenintensiven Industrie auch Veränderungen, welche die Themen Energie, Material und Recycling beleuchten.

 

Abb. 4 – Potenzielle Suchrichtungen für die Massivumformung

GCFG – Roadmaps der Branche der Massivumformung

Da der Verband der German Cold Forging Group auf Branchenebene diskutiert hat und trotzdem einzelnen Sichten der Unternehmen genannt wurden, soll mit einer abstrakten Brille auf die folgende Roadmap geschaut werden.

Im Wesentlichen zeigen sich drei Schlüsselbarrieren, die durch eine digitale Transformation bewältigt werden können. Die spezifischen Antworten müssen jedoch für jedes Unternehmen individuell im Detail ausgestaltet werden. Relevante Lösungen sind dabei nicht zuletzt von der Unternehmenshistorie und der aktuellen Ausgestaltung des Geschäftsmodells abhängig.

  1. Kundenwünsche vorhandener OEM zeigten, dass die Kunden wesentlich eher in den Gestaltungs- und Produktionsprozess eingebunden werden wollen. Dazu bedarf es der Rekrutierung kompetenter Mitarbeiter, welche die Thematik der speziell in Deutschland strengen Datenschutzregeln und die Frage nach dem geistigen Eigentum der Produkt- und Prozessdaten handhaben können. Die Bedenken in den Entscheidungsprozessen in Wirtschaft und Industrie erschweren bisher diese Zusammenarbeit.
  2. Welche Alleinstellungsmerkmale haben neue Produkte und Leistungen? Zum Einen wurde schon beschrieben, dass die Zerlegung in Hardware und „Verkauf“ gesammelter Daten ein weiteres Geschäftsfeld eröffnen kann. Genauso besteht in der Fortführung der Themen der Initiative Massiver Leichtbau  noch großes Potenzial. Jedoch scheint das bisher Undenkbare, die Stückzahl 1, mit den Vorteilen des Massivumformens unerreichbar zu sein. Viel spricht für die Paradoxie, die Kundenindividualität ohne Werkzeug zu steigern und trotzdem die Technologie des Umformens zu nutzen.
  3. Als dritte Barriere sei auf dem Weg nach dem Robotic Deeplearning der Widerspruch hervorgehoben, damit die Qualitätssicherheit weiter erhöht wird ohne dass die Anzahl neuer Prozessschritte erhöht werden soll. Unter diesem Aspekt wurden digitale Potenziale für Online Prüfverfahren diskutiert.

Die Abstimmung der Rhythmik aller Aktivitäten auf den Pfaden der Roadmap sollte zur Chef-Sache erklärt werden, um formulierte Unternehmensziele auf dem Leuchtturmweg zu kommunizieren. Bottom Up benötigt es die Bereitschaft der Mitarbeiter, deren Motivation und die Befähigung durch Befugnisse, um die Lösungsansätze in die Realität zu transformieren.

Abb. 5 – WOIS Roadmaps der Branche der Massivumformer

 

Take AWAY: Digitalisierung 4.0 in der Branche der Massivumformung

Es werden in Zukunft nicht mehr die großen Stückzahlen derselben standardisierten Gleichteile nachgefragt werden, welche die Ära der Verbrennungsmotoren über Jahrzehnte für die Massivumformung herausgefordert hat. Jedoch bedeutet das Erwachsenwerden der Elektromobilität nicht den Entfall der heutigen Komponenten im Antriebsstrang. Leichtbau und hochfeste Präzisionsbauteile werden weiter gefragt sein und werden mit Mustern der Digitalisierung effizienter produziert werden müssen. Wellen, Zahnräder, Seitenwellen oder beispielsweise Achsen werden weiter gebraucht werden, während Kolben, Kurbel- und Nockenwellen sukzessive abgelöst werden werden. Doch wodurch? Beinhalten die Asynchronmotoren oder permanenterregte Synchronmaschinen bereits die Chancen für die Massivumformer?

Oder sind es die Anforderungen der Fahrzeugumgebungen für die Akku-Technologie oder andere Energiequellen? Oder finden sich neue Geschäftsfelder für neuartige Kundenbedürfnisse? Hier hilft ein Blick auf die wesentlichen Themen, welche die Welt beschäftigen werden: Aging Society, Fragen der Ressourcen-Nachhaltigkeit und der Ernährung.
Analysieren Sie die Prozesse und Strukturen Ihres Geschäftsmodelles.
Gestalten Sie für Ihre Unternehmung rechtzeitig den neuartigen Entwicklungsvektor und positionieren Sie Ihren Leuchtturm in einem Bild der Zukunft mit Digitalisierung 4.0!

 

Abb. 6 – Der WOIS Innovationsprozess für Mehrwert von Geschäftsmodellen

Autoren: Michael Lechner, Dr. Gunther Herr

Quellen:

Partner die uns vertrauen und mit uns die Zukunft gemeinsam gestalten.

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