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Produktionsprozess
Produktionsprozesse vollziehen sich in Produktionssystemen durch Transformation von Material aus einem Rohzustand in einen Fertigzustand. Die Produktion …
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Begriff und Bedeutung
Ein Produktionsprozess ist ein in der Regel standardisierter Arbeitsablauf, bei dem Rohstoffe oder Zwischenprodukte mit festgelegten Fertigungsverfahren, Arbeitsmitteln und Betriebsmitteln maschinell und/oder manuell bearbeitet werden, bis ein verkaufsfähiges Produkt entsteht. Technisch betrachtet werden Produktionsfaktoren wie Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffe weiterverarbeitet. Ökonomisch ist Produktion ein Umwandlungsprozess, der mit Wertschöpfung verbunden ist. Material wird durch aufeinanderfolgende Produktionsoperationen aus einem Rohzustand in einen Fertigzustand überführt. Dabei können sich Stoffeigenschaften, der Stoffzusammenhalt oder räumliche Lagebeziehungen ändern.
Ein Prozess gilt als standardisiert, wenn er für bestimmte Anforderungen festgelegt wurde und wiederholt entsprechend abläuft. Zu diesen Anforderungen gehören Produktqualität, Arbeitsproduktivität, Wirtschaftlichkeit, Arbeits- und Gesundheitsschutz, Arbeitssicherheit sowie ökologische Kriterien. Die Arbeitsplanung beschreibt die Durchführung in einem Arbeitsplan und wählt ein geeignetes Fertigungsverfahren aus. Erfüllen mehrere Verfahren die Produktanforderungen, wird grundsätzlich das kostengünstigere eingesetzt. Elektrische Bauteile können beispielsweise mit einem Handlötkolben oder in einem Zinnbad gelötet werden; beide Verfahren erfüllen unterschiedliche Qualitätsanforderungen.
Das Zusammenwirken der produktionsbezogenen und betriebswirtschaftlichen Prozesse eines Unternehmens wird als Produktionssystem bezeichnet. Produktionsprozesse sind besonders eng mit der Logistik verbunden: Diese umfasst Beschaffung und Supply-Chain-Management, den innerbetrieblichen Materialfluss und die Distribution. Weitere Verbindungen bestehen zu Forschung und Entwicklung, Finanzwirtschaft, Rechnungswesen, Personalmanagement, Vertrieb und Kundendienst. Zusammen mit Arbeits- und Geschäftsprozessen bilden Produktionsprozesse den Kern der Prozesskette eines Industriebetriebs.
Durch Industrie 4.0 werden Produkte und Produktionsprozesse zunehmend digitalisiert. Dadurch können unterschiedliche Prozesse miteinander kommunizieren und künftig auch autonom interagieren.
Einteilung nach Menge, Auftrag und Absatz
Produktionsprozesse lassen sich unter anderem nach der hergestellten Menge, dem Auftrag, der Art des Absatzes und ihrer Organisation einteilen.
• Einzelfertigung: Jedes Erzeugnis wird individuell und einmalig hergestellt; die Güter gleichen einander nicht vollständig oder annähernd. Solche Sonder- oder Maßanfertigungen können sukzessiv, also nacheinander, oder simultan, also nebeneinander, entstehen. Beispiele sind Schiffbau, Maßanzüge, Brücken, Lifte, maßgefertigte Küchen und chemische Großanlagen.
• Serienfertigung: Eine begrenzte Stückzahl gleichartiger Konsum- oder Investitionsgüter wird produziert. Werden dieselben Anlagen für verschiedene Serien verwendet, müssen sie umgerüstet werden, wodurch meist besondere Umrüstkosten entstehen. Nach der Stückzahl unterscheidet man Klein-, Mittel- und Großserienfertigung. Beispiele sind verschiedene Modelle einer Automarke und Pharmaerzeugnisse.
• Sortenfertigung: Verschiedene Varianten gleichartiger Erzeugnisse werden nacheinander hergestellt. Herstellungsprozess und Rohstoffe bleiben gleich; die Erzeugnisse unterscheiden sich nur in Funktionalität, Abmessung oder Gestalt, etwa in Größe oder Farbe. Beispiele sind unterschiedliche Schraubensorten, Schuhe und Fruchtjoghurts.
• Massenfertigung: Große Mengen homogener, also gleichartiger Güter werden für einen „anonymen Markt“, für Lager oder Vorfertigungen hergestellt. Die Produktion kann einmalig oder roulierend erfolgen. Große Stückzahlen ermöglichen weitgehende Rationalisierung und niedrige Stückkosten. Wegen der Automatisierung sind keine Umrüstungen der Anlagen notwendig. Beispiele sind Zement, Gummibärchen, Bier und Zigaretten.
Nach dem Auftragstyp wird zwischen individueller und anonymer Fertigung unterschieden. Nach dem Absatz gibt es Lagerfertigung, Auftragsfertigung und Programmfertigung. Die Lagerfertigung bietet aufgrund ihrer Struktur keine Flexibilität beim Produkt. Die Auftragsfertigung hat gegenüber ihr Nachteile bei Lieferzeit und Produktionskosten. Die zunehmend wichtige Programmfertigung soll kundenindividuelle Produkte zu niedrigen Preisen ermöglichen. Unter dem Begriff individualisierte Massenfertigung („mass customization“) wird versucht, die Vorteile von Lager- und Auftragsfertigung zu verbinden.
Organisation und Bewegungsablauf
Die Organisation der Fertigung kann anhand der räumlichen Anordnung der Arbeitsplätze und des Bewegungsablaufs der Fertigungsobjekte beschrieben werden.
Bei der Fließfertigung sind die Betriebsmittel und Arbeitsplätze in der Reihenfolge des Fertigungsablaufs angeordnet. Nach der Definition von Mäckbach/Kienzle aus „Fließarbeit“ von 1926 ist sie eine „örtlich fortschreitende, zeitlich bestimmte lückenlose Folge von Arbeitsgängen“. Die Werkstücke durchlaufen die Arbeitsplätze fortlaufend; Beschäftigte wirken kaum oder gar nicht an Planung und Kontrolle des Arbeitsprozesses mit. Ein Beispiel ist die Fließbandmontage von Autos.
• Fließbandfertigung: Arbeitsplätze sind starr durch Fließbänder verbunden und arbeiten in gleichen Takten. Die Arbeit ist stark geteilt und spezialisiert. Eine Störung kann die gesamte Produktion stilllegen.
• Straßenfertigung, auch Fließstraßen- oder Linienfertigung: Zwischenpuffer verbinden die Arbeitsplätze elastisch und fangen Störungen auf. So lässt sich ein vollständiger Stillstand eher vermeiden. Das Verfahren wird beispielsweise bei Nutzfahrzeugen eingesetzt, wenn keine Bindung an einen Sekundentakt besteht.
• Fließreihenfertigung: Sie wird verwendet, wenn sich Arbeitsgänge nicht an eine gemeinsame Taktzeit anpassen lassen. Da kein starrer Arbeitstakt gilt, können Beschäftigte ihr Tempo teilweise selbst bestimmen.
Bei der Werkstättenfertigung werden Arbeitsplätze und Betriebsmittel mit gleichen oder ähnlichen Verrichtungen räumlich zusammengefasst, etwa zum Hobeln, Fräsen oder Schmieden. Das Produkt wandert gemäß der Ablaufplanung durch die Werkstätten. Diese Form bietet hohe Flexibilität und eignet sich bei häufig wechselnden Arten und Mengen von Arbeitsobjekten, beispielsweise in Schlossereien, Schweißereien oder Fräsereien.
Die Inselfertigung ist eine Form der Gruppenfertigung. Eine Gruppe stellt ein Produkt in einer Fertigungsinsel möglichst vollständig her; dafür müssen dort alle benötigten Betriebsmittel vorhanden sein. Bei der Gruppenmontage werden Menschen und Arbeitsplätze für gleichartige Teilprozesse zusammengefasst. Sie verbindet Merkmale der Fließ- und Werkstättenfertigung, um deren Vorteile zu nutzen und Nachteile zu vermeiden.
Bei der Baustellenmontage bleibt das Arbeitsobjekt an einem Ort; die Arbeiten finden an der Baustelle statt. Daneben nennt der Artikel Fließmontage und Reihenmontage als weitere Bewegungsformen.
Weitere Fertigungsformen
Nach der Ortsabhängigkeit werden zwei Formen unterschieden. Bei der ortsgebundenen Fertigung werden Arbeitskräfte, Material und Betriebsmittel zum Standort des herzustellenden Objekts gebracht. Sie ist vor allem im Hochbau verbreitet, außerdem beim Bau von Heizungsanlagen, Aufzügen und Kraftwerken. Bei der ortsungebundenen Fertigung sind Mensch und Arbeitsgegenstand beweglich. Dazu zählen wandernde Baustellen im Straßen-, Brücken- oder Tunnelbau.
Bei der Werkbankfertigung führt eine Person oder Arbeitsgruppe handwerkliche Arbeitsprozesse an einer Bearbeitungsstation von Anfang bis Ende aus, ohne Unterstützung durch Maschinen. Ein zwingender Übergang zu anderen Arbeitsplätzen besteht meist nicht. Auf diese Weise entstehen überwiegend Einzelstücke oder kleine Serien.
Die Prozessfertigung erzeugt keine abzählbaren Einheiten wie Autos, Schrauben oder Gummibärchen, sondern Flüssigkeiten, Gase, Gemische oder Granulate. Der Prozess kann kontinuierlich oder diskontinuierlich ablaufen.
Der Produktionsstrukturtyp, auch Materialflussstrukturtyp oder Vergenztyp, beschreibt, wie Produkte aus den benötigten Werkstoffen entstehen:
• Synthetische oder konvergierende Fertigung: Mehrere Teile werden zu einem Produkt zusammengefügt, etwa Einzelteile und Baugruppen zu einem Auto.
• Analytische oder divergierende Fertigung: Aus einem Werkstoff entstehen mehrere Produkte. Aus Rohöl werden beispielsweise Diesel, Benzin und weitere Kohlenwasserstoffe gewonnen.
• Serielle, glatte, durchgängige oder lineare Fertigung: Ein Werkstoff wird lediglich bearbeitet, etwa ein Baumstamm zu einem Dachbalken.
• Umgruppierende Fertigung: Bei dieser Mischform werden mehrere der genannten Strukturtypen kombiniert.
Sonderformen und Produktionsnetzwerke
Die Chargenfertigung ist eine Sonderform, bei der der Produktionsprozess nicht endlos, sondern in einzelnen Chargen abläuft. Die Ergebnisse verschiedener Chargen unterscheiden sich qualitativ oder können sich unterscheiden; entscheidend ist somit die genaue Qualität der Endprodukte. Maßgeblich für die Einordnung ist nicht, ob Ausgangsstoffe in bestimmten Gebinden bereitstehen, sondern ob eine Anlage einen endlosen Strom des Ausgangsmaterials verarbeiten kann. Beispiele sind Bier im Braukessel, Brötchenteig in der Knetschüssel, Kartoffeln auf einem Acker und medizinische Produktionsvorgänge, bei denen die exakte Mischung wichtig ist.
Bei der Kuppelproduktion, auch Verbundproduktion genannt, entstehen in einem Teilprozess gleichzeitig zwei oder mehr Produkte. Der Mengenanteil dieser Kuppelprodukte kann fest oder variabel sein.
Im Zuge der Globalisierung verteilen weltweit tätige Unternehmen ihre Produktionsprozesse auf zahlreiche spezialisierte Werke. So entstehen globale Produktionsnetzwerke mit einem Fertigungs- und Lieferverbund, der genau geplant und gesteuert werden muss. In der Automobilindustrie verfügen einzelne Konzerne über mehr als einhundert Produktionsstätten. Hersteller wie Toyota, Mercedes und Volkswagen haben eigene Produktionssysteme entwickelt. Sie sollen die Abläufe vereinheitlichen, besser beherrschbar machen und weltweit eine einheitliche Produktqualität gewährleisten.
Beispiel eines chemischen Produktionsprozesses
Bei der Herstellung eines Isoliermittels plant zunächst die Arbeitsvorbereitung die SOLL-Produktionsdaten und übermittelt die Planwerte an den Produktionsbereich. Danach werden mehrere Rohstoffe vermischt und durch ein Betriebsmittel in Formen gepresst. Ein Band transportiert sie zum Hochofen, wo bei über 1000 °C der Schmelzprozess stattfindet. Anschließend erfolgt die weitere Bearbeitung über Platindüsen.
In einem Schacht wird Bindemittel zugegeben. Die entstehenden Isolierfasern fallen auf ein Band und bilden ein Isoliermittelflies, das nach Maß zugeschnitten wird. Abschließend prüft die Produktionssicherung die IST-Produktionsdaten und führt einen SOLL-IST-Vergleich durch. Werden Unregelmäßigkeiten festgestellt, muss der Produktionsprozess nachgesteuert werden.
