So arbeiten Entwicklung und Produktion besser zusammen

„Die Fähigkeit zur Vereinfachung“, sagte Henry Ford, “bedeutet, das Unnötige zu eliminieren, damit das Notwendige sprechen kann.“ Dieses Sprichwort könnte für die Automobilproduktion nicht passender sein. Der ständige Kampf um die Reduzierung der Fahrzeugkomplexität ist für die Automobilhersteller und Zulieferer weltweit von grundlegender Bedeutung - und der Bedarf wächst.

Wenn man sich ein Fließband mit endlos vielen Komponenten vorstellt, das in eine hochtechnisierte und elektrifizierte intelligente Fabrik fließt, in der Millionen von Autos mit nahtloser Präzision ihre Form annehmen, dann stehen Ingenieure und Designer am Kopf des Fließbandes und stellen sicher, dass jedes Teil so geformt ist, dass eine fehlerfreie Integration von Anfang an gewährleistet ist. Dies ist einer der seltenen Fälle, in denen der Begriff „stromlinienförmig“ wirklich zutrifft.

Was steht hinter Design for Manufacturing?

Dieses unermüdliche Streben nach Feinabstimmung in jeder Phase der Produktion wird Design for Manufacturing (DFM) bezeichnet. Dabei geht es darum, Komponenten und Prozesse so zu gestalten, dass ihre Herstellbarkeit vollständig optimiert, ihre Kosten gesenkt und ihre Qualität verbessert wird – idealerweise vor der Markteinführung. Die Einbeziehung der DFM-Prinzipien von Anfang an ermöglicht die Identifizierung und Entschärfung von Produktionsproblemen, bevor sie überhaupt auftreten.

„DFM ist ein gemeinschaftlicher Prozess zwischen F&E- und Fertigungsingenieuren, der dazu beiträgt, Probleme zu beseitigen, die der schnelleren Markteinführung innovativer Produkte im Wege stehen“, erklärt Tom Black, Information Systems Product Manager & Agile Delivery Practice Lead beim Automobilzulieferer ABB Robotics. Zu den bewährten Verfahren gehören die frühzeitige Einbeziehung von Fertigungs- und Qualitätsexperten in den Entwicklungsprozess, die kontinuierliche Iteration und Verfeinerung der Entwürfe auf der Grundlage von Rückmeldungen und die Nutzung von Simulationswerkzeugen zur Identifizierung potenzieller Probleme, so der Experte.

Gesucht wird der „Geist der Nähe“

Gegenwärtig gibt es jedoch noch eine weitere Ebene der Komplexität. Angesichts des sich beschleunigenden Übergangs zu Elektrofahrzeugen und der damit verbundenen technologischen Komplexität ist eine engere Zusammenarbeit zur Förderung schnellerer Freigabezyklen von entscheidender Bedeutung. „Zusammenarbeit ist entscheidend für DFM“, fügt Black hinzu. „Sie ermöglicht die Abstimmung und enge Zusammenarbeit zwischen F&E und den Qualitäts-/Ingenieuren in der Fertigung, was zu höheren Erfolgsquoten bei den Produkten, kürzeren Vorlaufzeiten, kostengünstigeren Lösungen und Transparenz bei der Entwicklung und Fertigung führt.“

Diese Meinung wurde auch von Ex-Byton-Chef Daniel Kirchert auf der letzten Design4Production in München bestätigt: „Wir erleben einen enormen Wandel und die Geschwindigkeit des Wandels ist hoch“, und betonte, wie wichtig es ist, „den Geist der Nähe zwischen Design, Engineering und Produktion zu haben.“

BMWs Neue Klasse als Paradebeispiel

Ein Beispiel für diesen „Geist der Nähe“ ist die Umstellung des BMW-Werks München auf eine vollelektrische Produktion, die mit der Einführung der Neuen Klasse ihren Höhepunkt finden soll. Das Modell, das nach einer 650 Millionen Euro teuren Überarbeitung des Standorts im Jahr 2026 in die Serienproduktion gehen soll, ist ein wichtiger Schritt in der Elektrifizierungsstrategie von BMW, da das Werk bis Ende 2027 die Produktion von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor (ICE) und Hybridfahrzeugen einstellen wird.

Ein wesentliches Merkmal dieser Umstellung ist die enge Zusammenarbeit zwischen Design- und Entwicklungsteams. Die Produktion wird bereits in der Produktentwicklungsphase integriert, sodass Materialentscheidungen und Fertigungsprozesse frühzeitig optimiert werden können. Es wird erwartet, dass die Synergieeffekte zu einer Senkung der Herstellungskosten um 25 Prozent gegenüber dem Stand von 2019 führen werden.

Welche Rolle spielt DFM bei VWs Einstiegs-Stromer?

Erst letztes Jahr kündigte VW den Plan an, erschwingliche Elektroautos in Europa anzubieten – ein entscheidender Punkt für DFM. Um den Preis von 20.000 Euro zu erreichen, muss jedes Konstruktionselement für eine effiziente Großserienproduktion optimiert werden. Dies erfordert die Vereinfachung von Komponenten, die Sicherstellung der Modularität und die nahtlose Integration neuer elektrospezifischer Teile wie Batteriesysteme in das Design.

„Trotz des attraktiven Preises werden unsere Fahrzeuge im Einstiegssegment Maßstäbe in Sachen Technik, Design, Qualität und Kundenerlebnis setzen“, betont VW-Markenchef Thomas Schäfer.

Wenn die DFM-Prinzipien erfolgreich angewandt werden, können die Produktionskosten durch die Wahl der Materialien, die Bereitschaft zur Automatisierung und die Abstimmung mit den lokalen Fertigungsmöglichkeiten weiter gesenkt werden. Die Anwendung von DFM-Prinzipien verwandelt komplexe Designherausforderungen in skalierbare, kosteneffiziente Fertigungsprozesse, die für eine wettbewerbsfähige Produktion von Elektrofahrzeugen für den Massenmarkt unerlässlich sind.

Das ist Toyotas flexibler DFM-Ansatz

Bei Toyota liegt der Schwerpunkt auf der Integration von Flexibilität direkt in dem Designprozess. Auf der AMS Evolution North America in Detroit im vergangenen Jahr erläuterte Jaime Moore, leitende Ingenieurin bei Toyota North America, dass die Ingenieure jetzt die Herstellbarkeit und Logistik von Anfang an berücksichtigten, um sicherzustellen, dass die Entwürfe sowohl machbar als auch anpassungsfähig blieben.

„Man hat keine Zeit, um Fehler zu machen“, betonte sie und wies darauf hin, wie wichtig es ist, die Entwürfe gleich beim ersten Mal richtig zu machen. Dieser Ansatz, der integraler Bestandteil des DFM ist, ist wichtig, um die Vorlaufzeit zu verkürzen, indem die Zusammenarbeit zwischen Design- und Fertigungsteams verstärkt wird. Moore merkte außerdem an: „Wir fügen ständig neue Anforderungen hinzu - Vorschriften, Kundenwünsche, Fertigungsanforderungen -, aber wir entfernen keine der alten Anforderungen. Das Ergebnis ist ein zunehmend komplexer Designprozess.“

Sie erläuterte weiter, dass Toyota von kurzfristigen Kostensenkungsmaßnahmen wie der Verringerung der Teilegröße Abstand genommen hat, falls diese letztlich die Komplexität erhöhen. „Wenn es dem Kunden keinen Mehrwert bringt, machen wir es nicht“, fügte sie hinzu.

Chinesische Design sind deutlich schneller reif

Es ist kein Geheimnis, dass chinesische Automobilhersteller Produktionszyklen erreicht haben, die weit über denen ihrer „westlichen“ Pendants liegen. Einem aktuellen Bericht des Technologieunternehmens CoLab zufolge müssen die Automobilhersteller in den USA und Europa ihre Zeitpläne für die Entwicklung neuer Produkte komplett überarbeiten, um mit der aggressiven Marktexpansion Chinas Schritt zu halten – eine Entwicklung, die auch auf Chinas überlegener DFM-Infrastruktur beruht. CoLab, das kollaborative Design-Review- und KI-Lösungen für Hardware-Engineering-Teams entwickelt und bereits mit Ford und Schaeffler zusammenarbeitet, kommt zu dem Schluss, dass eine Beschleunigung der Designzyklen überlebenswichtig ist.

Der Colab-Bericht hat ergeben, dass chinesische Hersteller neben weniger Vorschriften und einer konstanten staatlichen Unterstützung der Lieferketten von starken internen Kapazitäten profitieren, die es ihnen ermöglichen, die Produktentwicklungszeiten drastisch zu verkürzen. Entscheidend ist, dass chinesische Unternehmen wie Nio neue Designs in etwa 120 Wochen auf den Markt bringen, während führende europäische und amerikanische Marken wie Volkswagen und Renault 200 bis 216 Wochen brauchen.

Ironischerweise ist Design for Manufacturing keine einfache Angelegenheit, die Zahl der Werkzeuge ist mannigfaltig. Stefan-Adrian Ionescu, leitender CAD-Ingenieur bei Nio, verweist auf die Bedeutung von Software-Tools und Smart-Factory-Prinzipien als Schlüssel für ein erfolgreiches DFM: „Zu Beginn eines jeden Projekts ist es zentral, zu verstehen, wie der Kunde den Entwurf, an dem man arbeiten soll, zu integrieren plant.“ Es sei wichtig, den Kunden nach früheren Erfahrungen mit ähnlichen Projekten, nach seiner Fähigkeit zur Skalierung und wichtigen Kontakten in der Fertigungsumgebung zu fragen. „In der Praxis zu sein, hilft auch beim Dry-Fitting der Bauteile und dem Verständnis, wo sie bei den nächsten Iterationen des Produkts potenziell optimieren können.“

Ingenieure und Zulieferer müssen zusammenarbeiten

Design for Manufacturing ist dabei zwangsläufig mit dem Aufbrechen von Abteilungs- und Technologiesilos verbunden. Colab ist der Ansicht, dass eine vielversprechende Strategie darin bestehe, mit der Innovation früher im Designprozess zu beginnen, und hat festgestellt, dass Unternehmen durch eine Aktualisierung des Angebotsanforderungsverfahrens (RFQ) Innovationen beschleunigen und die Kosten in der Designphase und die Einführung von Co-Design-Praktiken optimieren können.

„Co-Design unter der Leitung von Ingenieuren ist eine einfache Möglichkeit, die Widerstandsfähigkeit der Lieferkette zu erhöhen“, sagt Adam Keating, Mitbegründer und CEO von CoLab. „Durch den Einsatz moderner digitaler Tools [...] können Ingenieure und Zulieferer während der Ausschreibungen gemeinsame technische Überprüfungen durchführen, um die Verwaltung zu beschleunigen und zu beseitigen [...]. Dies ermöglicht es ihnen, gemeinsam und parallel zu entwerfen und sich in Echtzeit an Änderungen anzupassen.“

Der Bericht ergab, dass Unternehmen, die dieses innovative Modell der Zusammenarbeit in der Lieferkette anwenden, 30 bis 50 Prozent kürzere Vorlaufzeiten, doppelt so schnelle Entwicklungszyklen und bis zu 50 Prozent niedrigere Stücklistenkosten erreichen. Auch die OEMs profitieren davon, da diese Änderungen es den Entwicklungsteams ermöglichen, Produktdesigns täglich oder wöchentlich zu iterieren und so die Entwicklungszeiten zu halbieren. Solche Synergien sind besonders wertvoll, wenn es um die Neukonstruktion von Teilen geht. Bei Colab, so Keating, „sehen wir Umgestaltungen, die die Stücklistenkosten um 30 Prozent oder mehr senken“.

Trotz einer Verlangsamung der Verkäufe und der Produktion im Jahr 2024 aufgrund gekürzter Subventionen und strengerer Emissionsvorschriften wird Europa im Jahr 2025 voraussichtlich 160 neue E-Fahrzeugmodelle auf den Markt bringen. Um mit den wettbewerbsfähigen Preisen und den Erwartungen der Verbraucher an die chinesischen Angebote mithalten zu können, müssen diese Modelle jedoch sowohl innovativ als auch agil sein. „Das Rennen um die Elektroautos läuft seit fast fünf Jahren, was bedeutet, dass Unternehmen, die jetzt mit Modellen auf den Markt kommen, bereits sehr spät dran sind“, erklärt Keating.

Künstliche Intelligenz eröffnet weitere Potenziale

„Der Erfolg wird von der Fähigkeit abhängen, flexibel zu sein, von einfachen Plattformen und von der Stärke der Ökosysteme, die die Autohersteller aufbauen.“ Er warnt jedoch davor, dass das Innovationstempo auch bedeutet, dass einige E-Fahrzeuge bereits veraltet sind, wenn sie auf den Markt kommen. „Produktverzögerungen und verpasste Meilensteine können Millionen von Dollar kosten, was sich die Autohersteller in einem Markt, in dem es bereits eine Vielzahl von Rabattaktionen gibt, nicht leisten können. Traditionelle Automobilhersteller müssen die Geschwindigkeit der Produktentwicklung verdoppeln und die typischen Produktzyklen von vier bis fünf Jahren abschaffen, sonst riskieren sie den Zusammenbruch.“

Fortschritte in der künstlichen Intelligenz und die Integration digitaler Werkzeuge wie kollaborative Design-Engagement-Systeme (DES) in bestehende CAD-Plattformen bieten einen weiteren Weg nach vorn. Diese Technologien können die Entwurfsprüfung automatisieren und beschleunigen und ermöglichen es wichtigen Partnern, in einer kontrollierten, parallelen Umgebung zu arbeiten. Dies ist nur ein Beispiel für die Möglichkeiten der Digitalisierung zur Förderung eines effektiven Design for Manufacturing.

Der Artikel erschien im englischen Original bei automotive manufacturing solutions.