Was ist Cloud Manufacturing?

Veröffentlicht von Sellamawe Woldemariam am 22. Februar 2018.

In diesem Artikel wird Cloud Manufacturing für die Beschaffung von Prototypen beschrieben.

Cloud Manufacturing wird die Fertigungslandschaft schon bald grundsätzlich verändern. Es wird darauf eingegangen wie Cloud Manufacturing bereits von Unternehmen wie #KREATIZE auf Basis von CAD-Daten, Maschinen und Materialdatenbanken umgesetzt wird. Um schneller und ohne manuellen Aufwand den “besten” Fertigungsbetrieb für die Herstellung von technischen Prototypen bsp. über Verfahren wie #cnc, #additive, #MetalAM zu vermitteln.

Ein absehbarer und stabilerer Bedarf für eine Spezialisierung im Bereich der IT-Infrastruktur ist schon lange vorhanden gewesen. Viele Unternehmen waren schlicht überfordert mit dem steigenden Aufwand und den Kosten die durch die Inbetriebnahme von Unternehmenssoftware auf eigenen Servern entstand.

Der erste Versuch diesen Bedarf zu decken erfolgte bereits gegen Ende der 1990er Jahre durch die Application Service Provider (ASP). Die Grundlegende Idee ist die gleiche wie die des Cloud Computings: Man will Unternehmen den Aufwand abnehmen der durch den Betrieb von IT Infrastruktur und Software entsteht und diesen als Service anbieten. Die technischen Voraussetzungen waren allerdings in den 90er Jahren nicht optimal. Es gab Probleme im Bereich Datensicherheit und Netzinfrastruktur. Insbesondere aber die fehlende Möglichkeit, dass eine Vielzahl von Nutzern auf dieselbe Instanz einer Software zugreifen können, ohne die Daten der anderen Nutzer einsehen zu können.

Das Cloud Computing der 2000er hatte dagegen den Vorteil, dass die Zeit die technischen Möglichkeiten mit sich brachte um durch die Spezialisierung erhebliche Vorteile zu erlangen. Durch geschickte Verteilung der Auslastung an individuelle Nutzer ist es möglich nahe der Vollauslastung zu operieren. Eine vergleichbare Entwicklung ist auch in der Fertigung von technischen Bauteilen absehbar, womit wir bei dem Thema Cloud Manufacturing wären.

Während beim Cloud Computing eine Vielzahl verschiedener Nutzer optimal auf einen Pool von Softwarekapazitäten aufgeteilt wird, kann Cloud Manufacturing eine Vielzahl von Fertigungsanfragen optimal auf einen Pool von Fertigungskapazitäten aufgeteilt.

Betrachtet man den Prozess der Entwicklung von (physischen) Produkten, so steht am Ende der Produktentwicklung meist der Bau eines Prototyps. Dieser ist zusammengesetzt aus individuellen Bauteilen (Abb.1).

Abb.1: Einzelteile eines Prototyps

Unternehmen die auf solche Bauteile angewiesen sind, können diese nur selten selbst produzieren. Es entsteht hier also ein Markt für die Produktion dieser Teile. Auf der einen Seite dieses Marktes stehen OEM´s (Original Equipment Manufacturer) die „Kunden“ welche auf individuelle Bauteile, oft in geringer Stückzahl, angewiesen sind. Auf der anderen Seite sind die Produzenten, sogenannte Lohnfertiger. Dies sind Betriebe die keine eigene Produktentwicklung haben und auf die Fertigung von Bauteilen spezialisiert sind.

Gerade für diesen Markt der technischen Prototypenbauteile bietet das Cloud Manufacturing ein hohes Potential. Wieso das so ist wird deutlich nachdem wir zunächst die vorherrschende Problematik die aktuell hier präsent ist betrachten:

Bsp. Einzelnes Blechteil als Laserzuschnitt

Sicht des Kunden:

Eine Umfassende Produktentwicklung ist erfolgt. Die Pläne für einen Prototypen liegen vor und sollen schnellstmöglich realisiert werden. Die Liste der notwendigen Bauteile ist oft nicht nur lang, sondern auch divers: Die Bauteile unterscheiden sich signifikant und erfordern verschiedene Fertigungsverfahren. Je nach Anforderung entscheidet man sich bsp. fürs CNC Laserschneiden, CNC Fräsen oder die Kombination mehrerer Verfahren.

Damit ist es natürlich noch nicht getan. Denn dass sich ein Fertigungsbetrieb schnell finden lässt, der alle Bauteile mittels der gewünschten Verfahren und zu den erwünschten Konditionen, im vorgeschriebenen Zeitraum fertigt, ist eher unwahrscheinlich. In der Praxis wird für die verschiedenen benötigten Bauteile eine Vielzahl von Angeboten von diversen Lohnfertigern angefragt und miteinander verglichen.

Der Aufwand hierfür steht oft in einem äußerst ungünstigen Verhältnis zu dem sachlichen Wert der eigentlichen Bauteile.

Sicht der Lohnfertiger:

Die Wertschöpfung des Unternehmens liegt in der Fertigung. Doch zunächst muss es sich aktiv auf dem Markt positionieren damit neue Aufträge generiert werden können. Bei einer Anfrage muss zunächst die Machbarkeit überprüft werden und ein Angebot mit einer realistischen Preiseinschätzung erstellt werden.

Dieser Aufwand wird betrieben, ohne die Gewissheit ob der potentielle Kunde sein Bauteil doch bei der Konkurrenz fertigen lässt. Die Auftragsgewinnungsquote liegt durchschnittlich bei ca. 20 bis 30%.

Cloud Manufacturing bedeutet diese manuelle Arbeiten beiden Parteien zu ersparen. Das Unternehmen, dass ein Bauteil benötigt soll im Idealfall nur wissen was für ein Bauteil es benötigt. Davon ausgehend erhält es ein für die individuellen Bedürfnisse optimiertes Angebot.

Die Fertigungsbetriebe ihrerseits erhalten Anfragen für welche bereits eine Machbarkeit und Preisanalyse durchgeführt wurde. Sie können diese einfach annehmen oder ablehnen und sich auf die Fertigung konzentrieren.

Model einer Cloud Manufacturing Plattform von #KREATIZE.

Was Stand einer solchen Entwicklung bisher im Wege?

Es verhält sich ähnlich wie mit der Entwicklung des Cloud Computings. Eine Spezialisierung auf dieses Tätigkeitsfeld bringt Probleme mit sich und wurde erst durch neue technische Entwicklungen ausreichend effizient und lukrativ. Automatisierung ist hier das Stichwort und gerade dies ist durch die technische Komplexität bisher schwierig gewesen.

Für gewöhnlich wird eine Anfrage per Mail an einen Fertigungsbetrieb geschickt. Anschließend führt der Fertigungsbetrieb eine grobe Machbarkeitsüberprüfung durch. Bei dieser werden Punkte wie Materialverfügbarkeit und die Dimensionen des zu fertigenden Bauteils überprüft. Es folgt die detaillierte Machbarkeitsüberprüfung: Hier werden Informationen aus CAD-Dateien und technischen Zeichnungen ausgewertet. Fällt dies erfolgreich aus so fehlt für ein Angebot noch ein Preis.

Es müssen also die Kosten für die Fertigung berechnet werden. Dafür ist es nötig Materialkosten, Rüstkosten der Maschinen, Prozesszeiten und Stundensätze der Mitarbeiter zu berücksichtigen.

Erst jetzt kann man dem Kunden ein Angebot unterbreiten. Die Automatisierung dieses Prozesses erscheint zunächst schwer vorstellbar und tatsächlich ist dies in der Vergangenheit auch kaum realisierbar gewesen. Eine weitgehende Automatisierung und durchgehende Digitalisierung ist für Cloud Manufacturing aber notwendig. Sonst ist das Angebot eines solchen Service zu langsam und zu teuer und damit nicht Wettbewerbsfähig.

Betrachten wir also Schrittweise die einzelnen Probleme und ihre potentiellen Lösungen. Am Anfang steht die Übermittlung der zur Erstellung eines Angebotes notwendigen Informationen. Upload Masken und verschlüsselter CAD-Daten Transfer ergeben hier einen neuen Standard. Dies ersetzt bisherigen unstrukturierten E-Mailverkehr und Telefonate.

Ein weiteres Problem, vielleicht sogar das Kernproblem, ist die Machbarkeitsanalyse. In den letzten Jahren ist die Technologie des maschinellen Lernens erstmals für Unternehmen einfacher zugänglich geworden. Besonders für die automatisierte Machbarkeitsanalyse eignen sich hierzu neuronale Netzwerke, die ähnlich wie ein menschliches Gehirn aufgebaut sind. Solche neuronale Netzwerke werden aktuell in immer mehr Bereichen wie dem autonomen Fahren oder der Medizinischen Diagnostik erfolgreich eingesetzt. Sie sind auch in der Lage ausgehend von 2D- und 3D CAD-Daten die fertigungstechnische Machbarkeit von Bauteilen zu beurteilen.

Die Preiskalkulation ist ein weiterer wichtiger Punkt: Der Preis wird im Wesentlichen durch Prozess- und Materialkosten bedingt. Die Abfrage von Materialkosten erfolgt meist über entsprechende Datenbanken. Während die Prozesskosten oft durch virtuelle Simulationen des Produktionsablaufs bsp. CAD- und CAM- Software bestimmt werden. Um Cloud Manufacturing effizient zu gestalten ist es notwendig solche bestehenden Lösungen in den Prozess zu integrieren. Hierfür sind sogenannte Anwendungsprogrammierschnittstellen (API) das Mittel der Wahl. Sie ermöglichen eine Kommunikation von außen mit anderen netzwerkfähigen Systemen. In unserem Fall ermöglichen solche APIs die vollautomatische Abfrage von Materialkosten über Datenbanken und die automatische Bestimmung der Prozesskosten mittels der entsprechenden Software. Auch Informationen über die Lohnfertiger können damit abgefragt werden. Fertigungsrelevante Abfragen sind z.B. aktueller Materialbestand und Informationen über freie Fertigungskapazitäten. Diese könnten über APIs zum ERP-System (Enterprise Resource Management) abgefragt werden.

Es lohnt sich das Thema Cloud Manufacturing im Auge zu behalten, denn es gibt große Vorteile und Chancen:

Chancen für Lohnfertiger:

Optimale Auslastung der Fertigungskapazitäten. Sind die Kapazitäten nicht vollständig ausgelastet, so führt dies zu höheren Kosten pro Bauteil und mindert die Wettbewerbsfähigkeit. Aufgrund der intrinsischen Flexibilität die Cloud Manufacturing liefert, kommt man dem Ziel Vollauslastung ein bedeutendes Stück näher.

Spezialisierung. Die Vorteile liegen auf der Hand: die Notwendigkeit der manuellen Angebotserstellung und Marketing lenkt oft von der eigentlichen Kernkompetenz, der Fertigung ab. Durch Cloud Manufacturing steigt der Grad der Spezialisierung wodurch ein Gewinn an Effizienz erzielt wird.

Chancen für OEMs:

Zeiteinsparung: Das Management einer umfassenden Fertigungspartnerkartei ist aufwändig. Die manuelle Suche nach optimalen Fertigungspartnern sowie das Erstellen von Anfragen ebenfalls. Das Cloud Manufacturing hilft wertvolle Zeit und Ressourcen einzusparen.

Flexibilität: Auch wenn es bereits ein etabliertes Netzwerk an Lieferanten gibt und die Zusammenarbeit in der Regel gut funktioniert, können immer Kapazitätsengpässe bei diesen Lieferanten auftreten. Hier kann eine Auslagerung von Aufträgen durch Nutzung von Cloud Manufacturing Plattformen eine schnelle und flexible Lösung bieten.

Wie bei den meisten neu entstehenden Technologien und Verfahren gibt es auch bei dem Cloud Manufacturing Situationen bei denen die Technologie früher sinnvoll ist als bei anderen.

Wann sich Cloud Manufacturing besonders gut eignet:

Zeitkritische Bauteile: Bedingt durch den hohen Grade der Automatisierung, bietet Cloud Manufacturing das Potential zur schnellen Bearbeitung von Fertigungsaufträgen. Wo dieser Punkt wichtig ist, sollte man Cloud Manufacturing in Erwägung ziehen.

Geringe Komplexität: Umso geringer die Komplexität der Bauteile desto größer sind die Vorteile von Cloud Manufacturing. Bei Bauteilen mit hoher Komplexität, also vielen einzelnen Bearbeitungsschritten in der Fertigung, reichen die bestehenden technischen Möglichkeiten nicht aus und Produktionsanfragen müssen manuell überprüft werden.

Geringe Stückzahlen: Cloud Manufacturing ist in der Regel besonders gut für Kleinserien und Prototypenherstellung geeignet. Gerade bei geringen Stückzahlen ist der Aufwand für Auftragserteilung bzw. Überprüfung im Verhältnis zu dem Auftragsvolumen sehr hoch, wodurch der Vorteil von Cloud Manufacturing besonders groß ist.

Was haltet Ihr von Cloud Manufacturing für die Beschaffung von Prototypen? Wir von #KREATIZE freuen uns wenn wir unsere Erfahrung teilen können.

Bleiben Sie über den NEWSLETTER auf dem neusten Stand oder nehmen Sie direkt mit mir Kontakt per Email sw@kreatize.com auf.

Sellamawe Woldemariam
Sellamawe WoldemariamHead of Customer Success bei KREATIZE GmbH

By |2018-11-09T17:33:06+00:00Februar 22nd, 2018|Cloud Manufacturing, On-Demand Manufacturing|