In der industriellen Transformation zur Smart Factory spielen die Produktionstypen eine wichtige Rolle, denn nicht jeder Ansatz passt zu jedem Fertigungstyp. Die Digitalisierungsstrategie muss auf die spezifischen Merkmale der jeweiligen Produktion abgestimmt sein.

In diesem Artikel möchte ich deswegen mit dir untersuchen, wie verschiedene Produktionsarten die Implementierung von Smart-Factory-Konzepten beeinflussen. Wir werden die wichtigsten Klassifizierungsmerkmale von Produktionen betrachten und deren Auswirkungen auf IIoT-Anwendungen analysieren. Dieses Wissen hilft dir dabei, die passende Digitalisierungsstrategie für deine spezifische Produktionsumgebung zu entwickeln.

Grundlegende Unterscheidungsfaktoren von Produktionen

Produktionen und Fertigungen können anhand vieler Unterscheidungsmerkmale klassifiziert werden. Abhängig davon, in welchem Zusammenhang man eine Zuordnung herstellen möchte, kann man einzelne oder mehrere dieser Faktoren hinzuziehen.

Begriffsdefinitionen

Bevor wir uns diese Unterscheidungsfaktoren näher anschauen, möchte ich den Begriff der Produktion genauer betrachten. Hier eine zutreffende Definition:

Produktion ist die Hervorbringung von Produkten durch den Einsatz betrieblicher Produktionsfaktoren. Demnach zählt zur Produktion nicht nur die Leistungserstellung im fertigungstechnischen Sinne, sondern auch die Bereitstellung von Dienstleistungen.

Quelle: Bundeszentrale für politische Bildung

Produktion beinhaltet neben der reinen Materialbearbeitung auch alle organisatorischen, planerischen und logistischen Aspekte, die für die Erstellung eines Produkts oder einer Dienstleistung erforderlich sind. Wenn man hingegen von Fertigung oder Herstellung spricht, dann ist ausschließlich die physische Umwandlung von Rohstoffen, Halbfertigprodukten oder Materialien in Endprodukte gemeint.

Ich halte es immer für hilfreich, gute Grundlagen zu schaffen. Mit diesen Definitionen im Gepäck lohnt sich nun ein Blick auf die unterschiedlichen Ausprägungen von Produktionen.

Klassifizierung nach Produktionstypen

Für diesen Abschnitt greife ich die Informationen von Wirtschaftslexikon Gabler auf. Darin wird eine eine Einteilung der Produktionstypen in absatz-, beschaffungs- und prozessorientiert vorgeschlagen.

Bei der Absatzorientierung geht es sowohl darum, ob man Einzelprodukte oder Mehrfachprodukte herstellt, als auch der mittelbare oder unmittelbare Absatz an den Kunden.

Die Beschaffungsorientierung betrachtet folgende Faktoren:

• Ortsgebundenheit, die auf den Standort der Produktion abzielt, also gebunden oder ungebunden.
• Wirtschaftlichen Aufwand der Produktion, wobei diese arbeitsintensiv, materialintensiv und betriebsmittelintensiv sein kann.
• Beschaffbarkeit des Inputs bezogen auf dessen wiederholbare Qualität.

Die Einteilung nach Prozessorientierung umfasst elf Faktoren. Somit bietet sie umfassende Beschreibungsmöglichkeiten des Produktionstypen einer Smart Factory.

Sicherlich kann jeder der hier genannten Faktoren eine Rolle spielen, je nach Aufgabenstellung und betrachteten Produktionsgegebenheiten.

Die für mich bedeutendsten Merkmale von Produktionen für IIoT-Anwendungen sind allerdings die Kontinuität, der Wiederholungs- sowie der Automatisierungsgrad. Lass‘ uns diese deswegen in den nächsten Abschnitten im Detail anschauen.

Kontinuität als Merkmal

Die Unterscheidung zwischen kontinuierlicher und diskreter Produktion bildet eine der fundamentalsten Klassifizierungen in der industriellen Fertigung. Deswegen kann dieses Merkmal eine tiefgreifende Auswirkung auf eine Smart-Factory-Implementierung haben.

Die Wahl der Digitalisierungsstrategie muss immer auf den jeweiligen Produktionstypen deiner Smart Factory abgestimmt sein.

Diskrete Produktion

Diese Produktionsart zeichnet sich durch die Herstellung zählbarer Endprodukte aus verschiedenen Rohstoffen, Materialien und Kaufteilen aus. Der Fertigungsprozess erfordert oft vielfältige Fertigungs- und Montageschritte, sodass eine mehrstufige Planung (Grob- und Feinplanung) notwendig ist. Die Organisation erfolgt durch Arbeitspläne zur Festlegung der Fertigungsschritte und Stücklisten zur Definition der Produktzusammensetzung. Ein charakteristisches Merkmal ist die mögliche Trennung von Material- und Fertigungsstruktur. Deshalb sind flexible Anpassungen in diskreten Produktionen möglich.

Kontinuierliche Produktion

Diese Produktionsart basiert auf verfahrenstechnischen Prozessen und chemischen Reaktionen wie Mischen, Erhitzen oder Synthese. Sie differenziert sich in rein kontinuierliche Produktion sowie Chargen- und Kampagnenproduktion und verwendet Verfahrensbeschreibungen, Herstellervorschriften und Rezepturen statt Stücklisten. Der Herstellungsprozess ist untrennbar mit Stoff- und Mengendaten verbunden. Während der Produktion können Kuppel- und Nebenprodukte entstehen, was eine chargenweise Bestandsführung erfordert. Aufgrund regulatorischer Anforderungen gelten hohe Dokumentationsstandards, während die Kapazitätsplanung typischerweise einstufig erfolgt.

Wiederholung als Merkmal

Betrachten wir als Nächstes den Grad der Wiederholung einer Produktion. Er beeinflusst die organisatorischen Strukturen, den Automatisierungsgrad und die wirtschaftlichen Charakteristika einer Produktion.

Die verschiedenen Wiederholungsgrade erfordern unterschiedliche Digitalisierungsansätze in einer Smart Factory, bei denen erneut gilt: Die Auswahl der passenden Digitalisierungsstrategie muss auf den spezifischen Wiederholungsgrad abgestimmt sein, sodass der größtmögliche Nutzen erzielt werden kann.

Einzelfertigung

Hier werden individuelle, kundenspezifische Produkte mit der Stückzahl 1 gefertigt. Jeder Auftrag erfordert eine vollständig neue Planung und Ausführung. Herausforderungen liegen in der komplexen Terminplanung z.B. mittels Netzplantechnik, langen Durchlaufzeiten und hohen Flexibilitätsanforderungen an Personal und Maschinen. Typische Anwendungsbereiche: Großmaschinenbau, Schiffsbau, Sonderanlagenbau.

Serienfertigung

Bei dieser Art werden begrenzte Stückzahlen identischer Produkte in definierten Losen hergestellt. Nach Abschluss einer Serie erfolgt die Umrüstung auf das nächste Produkt. Dies ermöglicht mittlere Standardisierung mit Kosteneinsparungen gegenüber der Einzelfertigung, erfordert jedoch eine optimale Balance zwischen Rüst- und Lagerkosten. Anwendungsgebiete: Haushaltsgeräte, Maschinenbauteile, Werkzeuge.

Variantenfertigung

Standardisierte Grundprodukte mit kundenindividuellen Ausprägungen werden hier kombiniert. Dazu ermöglichen modulare Baukastensysteme verschiedene Produktvarianten bei gleichzeitiger Nutzung von Standardisierungsvorteilen. Größte Herausforderung ist die Beherrschung der Variantenvielfalt. Beispiele: Automobilindustrie, Möbelherstellung, Flugzeugbau.

Massenfertigung

Kontinuierlich große Mengen identischer Produkte ohne zeitliche Begrenzung werden in dieser Ausprägung produziert. Eine maximale Standardisierung ermöglicht höchste Automatisierung und minimale Stückkosten durch Skaleneffekte, wobei spezialisierte Anlagen und kontinuierlicher Materialfluss charakteristisch sind. Typische Anwendungen: Getränke, Lebensmittel, Konsumgüter.

Automatisierungsgrad als Merkmal

Werfen wir nun einen Blick auf den Automatisierungsgrad als weiteres prägendes Merkmal einer Produktion. Er beschreibt das Ausmaß, in dem manuelle Arbeit durch automatisierte Prozesse ersetzt wird. Dabei beeinflussen Produktivität, Personalanforderungen und Investitionskosten maßgeblich die Produktionsumgebung.

In einer Smart Factory wirst du sicherlich bestrebt sein, viele Prozesse so automatisch wie möglich zu gestalten. Manchmal geht es allerdings nicht ohne manuelle Fertigung. Aber auch in solchen Fällen gibt es smarte Lösungen zu Effizienzsteigerung.

Manuelle Fertigung

Diese Art basiert vollständig auf menschlicher Arbeitskraft ohne Unterstützung durch automatisierte Systeme. Arbeiter führen alle Verrichtungen per Hand oder mit einfachen Werkzeugen aus, was höchste Flexibilität für individuelle Anpassungen und komplexe Aufgaben bietet, jedoch qualifiziertes Personal erfordert und zu höheren Personalkosten bei begrenzter Produktivität führt.

Maschinelle Fertigung

Hier werden konventionelle Maschinen zur Unterstützung der Arbeitsprozesse genutzt, während Menschen die Maschinen bedienen, rüsten und überwachen. Typische Beispiele sind Drehmaschinen, Fräsmaschinen oder Pressen, die manuelle Eingriffe erfordern. Dies erhöht die Produktivität gegenüber rein manueller Arbeit, benötigt aber weiterhin konstante menschliche Aufmerksamkeit.

Automatisierte Fertigung

Hier kann man erneut untergliedern in Teil- und Vollautomatisierung. Teilautomatisierung überlässt einzelne Prozessschritte selbstständig arbeitenden Maschinen, während Menschen für Rüsten, Qualitätsprüfung und Überwachung zuständig bleiben. Beispiele sind CNC-Maschinen oder Fertigungsroboter mit manueller Beschickung. Vollautomatisierung eliminiert weitgehend menschliche Eingriffe. Komplette Fertigungsabläufe laufen eigenständig ab, von der Materialzuführung über die Bearbeitung bis zur Entnahme. Menschen übernehmen primär Überwachungs- und Wartungsaufgaben. Vollautomatisierung erfordert hohe Anfangsinvestitionen, bietet jedoch maximale Produktivität bei gleichbleibender Qualität für standardisierte Prozesse mit hohen Stückzahlen.

Ausgewählte Beispiele

Die Vielfalt der Produktionstypen in Smart Factory-Umgebungen wird besonders deutlich bei einem Branchenvergleich. Dazu eignet sich diese Kategorisierung besonders gut. Für diesen Artikel habe ich drei Beispiele aus meiner eigenen Laufbahn gewählt, die völlig unterschiedliche Welten mit jeweils eigenen Digitalisierungsanforderungen sind.

Energieerzeugung

Meine Ausbildung habe ich bei einem Hersteller für Schiffdiesel und Gasturbinen absolviert, sodass sich diese Etappe dem Energiesektor als Branche zuordnen lässt.

Kontinuität
Kontinuierliche Produktion
– Fortlaufender, ununterbrochener Prozess ohne definierte Stückzahl – Verfahrenstechnische Vorgänge und physikalische Umwandlungsprozesse – Kaum Unterbrechungen, meist 24/7-Betrieb (besonders bei Grundlastkraftwerken)

Wiederholung
Massenfertigung
– Kontinuierliche Produktion ohne zeitliche Begrenzung – Hohe Standardisierung der Prozesse – Keine kundenindividuellen Anpassungen des Endprodukts (Strom)

Automatisierungsgrad
Teil- bis vollautomatisiert
– Kraftwerke arbeiten weitgehend selbstständig mit hochautomatisierten Systemen – Menschliche Überwachung und Steuerung beschränkt sich primär auf Kontroll- und Eingriffsaufgaben – Leitwarten steuern und überwachen die Prozesse digital

Zigarettenproduktion

Relativ kurz nach meiner Ausbildung bin ich als Service Engineer bei einem Maschinenbauunternehmen gestartet. Dieses baut Fertigungsmaschinen für Zigaretten, also Konsumgüterproduktion.

Kontinuität
Diskrete Fertigung mit kontinuierlichem Charakter
– Zählbare Einheiten (Zigaretten), die jedoch in extrem hoher Geschwindigkeit gefertigt werden – Fließender Produktionsprozess mit konstanten Materialströmen – Nahezu kontinuierlicher Betrieb der Produktionsanlagen

Wiederholung
Massenfertigung
– Extrem hohe Stückzahlen identischer Produkte – Standardisierte Produkte mit minimalen Varianten – Optimierung auf maximale Ausstoßmenge und Kosteneffizienz

Automatisierungsgrad
Hoch- bis vollautomatisiert
– Moderne Zigarettenmaschinen produzieren über 10.000 Zigaretten pro Minute – Personal hauptsächlich für Überwachung, Materialversorgung und Qualitätssicherung – Vollautomatische Verpackungs- und Logistikprozesse

Zuginstandhaltung

In meiner derzeitigen Position bin ich in einem Werk für die Bereitstellung und Instandsetzung von Hochgeschwindigkeitszügen tätig. Also eine Werkstatt für Zuginstandhaltung.

Kontinuität
Diskrete Produktion
– Bearbeitung einzeln identifizierbarer Objekte (Züge, Komponenten) – Arbeit an konkreten, individuellen Einheiten – Sequenzielle Arbeitsschritte statt kontinuierlichem Fluss

Wiederholung
Mischform aus Einzel- und Serienfertigung
– Serienfertigung bei Standardwartung gleicher Zugtypen – Einzelfertigung bei komplexen Reparaturen und Umbauten – Baureihenspezifische Arbeiten durch Spezialisierung der Mitarbeitenden

Automatisierungsgrad
Maschinell bis teilautomatisiert
– Diagnose zunehmend durch digitale Systeme und Sensoren – Standardarbeiten durch spezielle Maschinen und Anlagen unterstützt – Komplexe Reparaturen und Qualitätskontrollen weiterhin stark manuell geprägt – Trend zu höherer Automatisierung in neuen Instandhaltungswerken

Alleine die Einordnung meiner drei Beispiele zeigt, wie vielfältig industrielle Produktionsformen sein können. Die Ausprägungen der drei Schlüsselmerkmale können je nach Branche und Anwendungsfall sehr unterschiedlich sein, wobei sich im Zweifel weitere Merkmale hinzuziehen lassen.

Mission Recap

Die charakteristischen Merkmale von Produktionstypen – Kontinuität, Wiederholungsgrad und Automatisierungslevel – bestimmen maßgeblich den Erfolg deiner Smart-Factory-Strategie. Während kontinuierliche Prozesse von Prozessüberwachung und automatischer Optimierung profitieren, benötigen diskrete Fertigungen flexible Tracking-Systeme und modulare Anlagen. Die Wiederholungshäufigkeit entscheidet über den Einsatz von adaptiven Planungssystemen oder vollautomatisierten Produktionslinien, während der Automatisierungsgrad den Fokus auf Werker-Assistenzsysteme oder cyber-physische Systeme lenkt.

Jede Branche erfordert eine maßgeschneiderte IIoT-Implementierung, egal ob Energieerzeugung, Konsumgüterproduktion oder Instandhaltung. Eine erfolgreiche Smart Factory basiert nicht auf einer Universallösung, sondern auf dem tiefen Verständnis deiner eigenen produktionsspezifischen Anforderungen.

Welche Produktionsmerkmale prägen dein Unternehmen? Teile deine Erfahrungen in den Kommentaren und lass uns gemeinsam die passende Smart-Factory-Strategie für deine Branche diskutieren.

Wenn du einen der Vorschläge zur Digitalisierung umsetzen möchtest, dann kann mein Beitrag über die Vier-Ebenen einer IIoT-Anwendung interessant für dich sein. Schau‘ gerne mal vorbei 🙂.