Prozess- vs. Diskrete Fertigung: Unterschiede und Vorteile verstehen

Kategorisieren ist menschlich. Angesichts der Vielzahl an Industrien und Fertigungsstätten weltweit – und neuen, die jedes Jahr hinzukommen – ist eine Kategorisierung nützlich. So lassen sich gemeinsame Probleme über eine breite Branchenbasis adressieren und mit Industrien anderer Kategorien kontrastieren, um alternative Lösungen zu entwickeln.

Generell lässt sich Fertigung in zwei Typen unterteilen: Prozess- und diskrete Fertigung. Zwischen den Kategorien gibt es Grauzonen. Manchmal kann eine Anlage je nach aktueller Produktionsmethode in eine der beiden Kategorien fallen.

Was ist Prozessfertigung?

Prozessfertigung ist die Erzeugung eines kontinuierlichen Produkts, das nach der Herstellung schwer trennbar ist. Die Produkte werden oft in Behälter abgefüllt für den Verkauf an die Öffentlichkeit oder direkt in eine andere Industrieanlage eingespeist. Häufig haben die Produkte eine irreversible physikalische oder chemische Reaktion durchlaufen, sodass die ursprünglichen Komponenten nicht mehr leicht trennbar sind.

Betrachten wir die Herstellung von Dispersionsfarbe. Ausgangsmaterialien umfassen die Komponenten der Dispersion: Farbstoffe, Entschäumer, Verdickungsmittel und ähnliche Zutaten. Sie werden vermischt, es laufen Reaktionen ab, und die Flüssigkeit fließt in Farbdosen oder wird direkt an einen nachgelagerten Prozess geliefert.

Die Farbe ist nach der Herstellung schwer trennbar; die chemischen Reaktionen sind erfolgt, und es ist unwahrscheinlich, dass ein Durchschnittsmensch die Verdickungsmittel aus der Flüssigkeit trennen könnte, sobald sie vermischt ist. Deshalb gilt dies als Prozessfertigung.

Was ist diskrete Fertigung?

Bei der diskreten Fertigung werden einzelne Teile oder Geräte hergestellt. Sie wird manchmal als „Montage“ bezeichnet, da der Fertigungsprozess typischerweise Material an einem Gerät hinzufügt oder entfernt, während es durch die Anlage routet. Das Endprodukt kann potenziell zerlegt und in die seine Montage ausmachenden Teile aufgeteilt werden.

Fahrzeuge sind ein Beispiel für diskrete Fertigung. Von den frühen Tagen mit Henry Ford bis zum modernen automatisierten Werk: der Prozess beinhaltet weiterhin Montage. Ein Rahmen wird entlang einer Montagelinie gezogen, wo Motor, Getriebe, Räder und Fahrwerkskomponenten montiert werden. Sitze, Armaturen, Karosserieteile und andere Großkomponenten folgen, dann Fenster und diverse Einbauten.

Wenn das Auto das Band verlässt, könnte es direkt zum Schrottplatz fahren, und die Crew könnte es identisch demontieren – jede dieser Komponenten entfernen. Keine chemischen Reaktionen, keine wesentlichen physikalischen Veränderungen; alle Komponenten sind vorhanden und erkennbar.

Gemeinsamkeiten zwischen Prozess- und diskreter Fertigung

Beide Fertigungsarten benötigen dieselben Arten von Produktionsparametern. Ob Dosensuppe oder Elektromotoren – Hersteller wollen Kosten senken und Gewinne steigern. Daher messen beide Durchsatz (wie viel die Fabrik verlässt), Betriebskosten oder Kosten pro Stück bzw. Standardeinheit Volumen, und einige andere Parameter.

In beiden Fällen müssen Ingenieure die Anlagennutzung verbessern und Routing sowie Werkzeugauslastung optimieren, um Betriebskosten zu senken. Sie müssen Wege finden, Energie-, Rohstoff- und Arbeitseffizienz zu verbessern, während der Durchsatz der Gesamtanlage erhalten oder gesteigert wird. All dies erfordert umfangreiche Zusammenarbeit zwischen internen Abteilungen.

Nur weil der Durchsatz in einer Abteilung steigt, heißt das nicht, dass es die beste Lösung ist. Beispiel: Zugabe von Ferrosilicium zur Schmelze erhöht die Fließfähigkeit in der Stahlproduktion – mehr Stahl wird produziert. Doch es reagiert tendenziell mit der Ofenauskleidung, was häufigere Wartungsstopps verursacht. Ob Prozess- oder diskrete Fertigung: Alle Produktionsänderungen sollten einen Änderungsannahmeprozess durchlaufen, um sicherzustellen, dass der Gesamtgewinn steigt.

Schließlich, aber am wichtigsten: Beide Anlagentypen erfordern dasselbe Niveau an Sicherheitsplanung und -training. Viele Gefahren finden sich in beiden Fertigungsarten, und Verletzungen sowie Todesfälle ereignen sich in beiden. Zwar hat die OSHA (Occupational Safety and Health Administration) branchenspezifische Protokolle, doch es gibt große Überschneidungen zwischen den beiden Fertigungskategorien.

Einzigartige Herausforderungen der Prozess- und diskreten Fertigung

Obwohl beide Fertigungsbereiche ähnlich sind, haben sie Schlüsselunterschiede, die zu einzigartigen Herausforderungen führen.

In der Prozessfertigung liegt Teil der Optimierungsherausforderung in der Vorhersage des Rohmaterialeinsatzes und der rechtzeitigen Lieferung (Just-in-Time, Lean Manufacturing). Zwar ist dies auch in der diskreten Fertigung ein Thema, doch dort sind benötigte Teilemengen etwas leichter vorherzusagen.

Beispiel: Ein Elektronikhersteller (diskret) benötigt vier kleine Verstärkerchips pro Produkt – er wird wahrscheinlich ein Vielfaches von vier Chips ordern. Stellen Sie sich stattdessen ein Stahlwerk vor, das Profile wie I-Träger produziert. Es gießt und walzt Stahl kontinuierlich, vieles davon aus Schrottstahl.

Um den Prozess für Qualitätszwecke wiederholbar zu machen, werden kleine „Masterlegierungen“ zugesetzt, um die Chemie basierend auf Proben während des Prozesses leicht zu verändern. Je nach Schrottquelle – geschredderte I-Träger, Geräte, Autokarosserien u. a. – kann die Chemie tagtäglich stark variieren.

Das bedeutet, der Vorrat an Masterlegierungen wird mit variierenden Raten verbraucht und ist extrem schwer zu modellieren und vorherzusagen. Zudem haben viele Prozessfertigungsbetriebe mit Artikeln kurzer Haltbarkeit zu tun – Lebensmittel, Chemikalien u. a. –, weshalb Überbevorratung oft zu Verschwendung führt.

Die diskrete Fertigung hat ihre eigenen Schwierigkeiten. Oft hat kontinuierliche Prozessfertigung offensichtliches Routing mit sehr wenig Entscheidungs- und Transportzeit. Chemikalien werden direkt vom Reaktor zur Destillationskolonne geleitet, Stahlblöcke werden geschnitten und gelangen direkt zum Walzwerk. In der diskreten Fertigung können bearbeitete Teile multiple Pfade haben, und Optimierung bedeutet, den logischsten Pfad für jedes Teil zu wählen. Dies kann bedeuten, Laufreihenfolgen von Prozessequipment basierend auf Liefer- oder Wartungsplänen zu ändern oder Produkte nach Inspektion zur Nacharbeit oder Reparatur zurückzuschicken.

Betrachten Sie eine Halterung für einen Lichtmaschinen-Anbau. Sie erfordert ein Bohrloch, eine Schweißnaht und zwei verschraubte Teile – die Reihenfolge spielt keine Rolle. Der Werksingenieur oder Techniker kann vorausplanen und Bohroperationen zuerst durchführen, um Vorrat aufzubauen. Dann kann die Bohranlage zur routinemäßigen Wartung genommen und der Vorrat an die Schweißstation geschickt werden.

Prozess- und diskrete Fertigungsoperationen werden von ähnlichen Themen beeinflusst, haben aber auch einzigartige Herausforderungen. Da kein Fertigungsbetrieb wirklich rein „Prozess“ oder „diskret“ ist, sollten Ingenieure lernen, Probleme in beiden Feldern zu lösen, um das Maximum aus ihrer Anlage herauszuholen. In den kommenden Wochen tauchen wir tiefer in die für Prozesstechnik benötigten Geräte ein und wie Fernüberwachung die Prozessindustrien voranbringt.