Die Zukunft der Automobilproduktion

Köln. Toyota verfolgt in der Fahrzeugfertigung einen einzigartigen, auf den Menschen ausgerichteten Ansatz. Bei einem Workshop zum Thema monozukuri („Die Kunst, Dinge zu machen“) hat Kazuaki Shingo, Chief Production Officer der Toyota Motor Corporation, die transformative Herangehensweise des Unternehmens bei der Automobilproduktion erläutert.

„Ich möchte mit den Fähigkeiten von Toyota die Zukunft des Automobilbaus verändern“, sagte

Kazuaki Shingo. „Dazu müssen wir die monozukuri-Stärken, die nur Toyota besitzt, weiterentwickeln: durch die Verbindung mit menschlichen Fähigkeiten, Technologie und digitalen Werkzeugen.“

Menschenzentrierter Ansatz in der Fertigung

„Wir stellen Dinge zum Nutzen anderer her.“ Diesen auf den Menschen ausgerichteten Fertigungsansatz hat die Toyota Motor Corporation von ihrem Gründer Kiichiro Toyoda geerbt. Auf Grundlage dieser Philosophie entstand das einzigartige Toyota Produktionssystem (TPS). Dessen Ziel ist es, den Einsatz menschlicher Ressourcen zu maximieren, um Durchlaufzeiten zu verkürzen und kontinuierlich an der Automatisierung mit menschlicher Note (jidoka) zu arbeiten.

Kürzere Durchlaufzeiten erleichtern die Identifizierung von Problemen und fördern das Kaizen („kontinuierliche Verbesserung“). Diese Art von monozukuri ist einzigartig bei Toyota und bildet die Grundlage für den Ansatz des Unternehmens, die Zukunft der Automobilproduktion zu beschleunigen. Dabei ist es nach Ansicht von Toyota notwendig, die Philosophie von monozukuri weiterzuentwickeln, indem 1) sich ständig weiterentwickelnde, auf den Menschen ausgerichtete Best Practices mit 2) digitalen Werkzeugen und 3) innovativen Technologien kombiniert werden.

1) Sich ständig weiterentwickelnde, auf den Menschen ausgerichtete Best Practices für die Zukunft der Automobilproduktion 

Die folgenden Beispiele zeigen auf den Menschen ausgerichtete Best Practices für die Zukunft der Automobilproduktion:

Austausch von Fähigkeiten, Einfallsreichtum und Wissen

Toyota ermutigt seit jeher seine Mitarbeiter an den Fertigungslinien dazu, ihre Fähigkeiten, ihren Einfallsreichtum und ihr Wissen zu teilen, um neue Produkte zu entwickeln und in Serie zu produzieren.

Dieser Prozess wird bis heute fortgesetzt und durch die Einrichtung eines „Start-up-Studios“ unterstützt. Darin können die Mitarbeiter ihre Erfahrungen austauschen, um schnell auf die Herausforderungen neuer Fertigungsverfahren zu reagieren und Ideen zu entwickeln, die sich schnell in der Entwicklung von Prototypen und Serienproduktionstechnologien umsetzen lassen.

Anhaltende Bedeutung der Takumi-Fertigkeiten

Toyota beschäftigt viele hochqualifizierte Fertigungsfachkräfte: die sogenannten Takumi. Sie sorgen für eine Produktveredelung auf einem Qualitätsniveau, das Roboter noch nicht erreichen können.

Viele Fähigkeiten der Takumi basieren auf unausgesprochenem, praktischem Wissen. Daher ist es eine Herausforderung, sie an die nächste Generation weiterzugeben. Toyota setzt digitale Technologien ein, um die praktischen Fertigkeiten der Handwerker auf leicht verständliche Weise für die nächste Generation zu visualisieren. Zudem gibt es das Potenzial, diese Fertigkeiten in Zukunft zu automatisieren.

Dieser Ansatz führt schon jetzt zu neuen Fertigungs- und Verarbeitungsmethoden. So sind die Takumi-Ingenieure jetzt in der Lage, mit Hilfe fortschrittlicher Verarbeitungstechnologien höchst einzigartige Designs zu verwirklichen, die zuvor als zu schwierig zu produzieren galten.

Ein Beispiel dafür ist die weltweit erste Technologie zur Bearbeitung von Stoßfängern, bei der eine inkrementelle Formtechnik erfolgreich auf Kunststoffmaterialien angewendet wird. Die Stoßfänger kommen beim neuen Lexus LC zum Einsatz.

Gemischte Produktionslinien für unterschiedliche Kundenbedürfnisse

Es ist nicht ungewöhnlich, mehrere Modelle auf der gleichen Linie zu produzieren. Doch im Werk Motomachi herrscht eine besondere Komplexität: Verschiedene Karosserietypen werden dort mit mehreren Antriebssträngen kombiniert.

Dies erfordert ein einzigartiges Maß an Flexibilität in der Produktion und stellt eine große Herausforderung für die Mitarbeiter dar. Entsprechend dem TPS-Grundsatz, „die Arbeit eines anderen zu erleichtern", hat das Umsetzen von Kaizen-Techniken auf einer höheren Ebene dazu geführt, dass Beschäftigte Mehrfachqualifikationen entwickelt haben. Ihre Erfahrung wird genutzt, um komplexe Herausforderungen in der zukünftigen Produktion zu bewältigen.

2) Digitale Werkzeuge für die Zukunft der Automobilproduktion

Toyota nutzt digitale Werkzeuge, um die Herstellung von Anlagenausstattung zu beschleunigen und die Produktivität bestehender Anlagen zu verbessern.

Um die Zeiten für die Installation und Inbetriebnahme neuer Produktionsanlagen zu verkürzen, werden digitale 3D-Modelle eingesetzt. Dadurch können unvorhergesehene Defekte und Schwierigkeiten bei der Herstellung von Ausrüstung erkannt werden, die andernfalls durch ein erneutes Konstruieren und Herstellen zu längeren Durchlaufzeiten führen könnten.

Darüber hinaus wird durch den Einsatz eines digitalen Zwillings die Zeit für die Produktionsvorbereitung halbiert, da potenzielle Fehler im Voraus erkannt werden können. Dadurch können die Toyota Mitarbeiter ihr Wissen und ihre Erfahrung bereits in der Entwurfsphase der Anlagen anwenden.

Auch bei seinen bestehenden Anlagen nutzt Toyota digitale 3D-Modelle, um die Produktivität durch kürzere Durchlaufzeiten für die Implantation zu verbessern. Dieser Ansatz hat auch zu zusätzlichen automatisierten Prozessen geführt.

3) Innovative Technologien für mehr Effizienz und Produktivität

Die Verbesserung der Effizienz, die Steigerung der Produktivität und die Verkürzung der Durchlaufzeiten sind die Stärken des TPS. Toyota optimiert mit Hilfe von Quick Wins die Massenproduktion von batteriebetriebenen Fahrzeugen der nächsten Generation.

Mit der neuen modularen Gigacast-Technologie und der selbstfahrenden Produktionslinie will Toyota die Anzahl der Prozesse und die Anlageninvestitionen halbieren.

1. Gigacast-Technologie

Die neue und innovative Gigacast-Technologie von Toyota basiert auf Aluminiumdruckguss, der viele Teile und Prozesse überflüssig macht. Sie ist als dreiteilige modulare Struktur konzipiert, was den Vorteil hat, dass die Fertigungs- und Montagearbeiten in einer offenen Umgebung durchgeführt werden können.

Die dreiteilige modulare Architektur sorgt auch für eine größere Vielfalt an Fahrzeugtypen, die entworfen und produziert werden können.

Die Gigacast-Technologie erfordert einen regelmäßigen Austausch der Gussformen, der in der Regel etwa 24 Stunden dauert. Durch sein Know-how in der Motorenherstellung – einschließlich Niederdruckguss und Druckguss – war Toyota jedoch in der Lage, diese Austauschzeiten erheblich zu verkürzen. Mit Hilfe dieser Kenntnisse konnten die Toyota Ingenieure eine optimale Form entwickeln, die einen Austausch in nur 20 Minuten ermöglicht.

Der Einsatz einer firmeneigenen Analysetechnologie verbessert zudem die Qualität der Gussteile und reduziert die Zahl der fehlerhaften Formen.

Durch den Einsatz dieser einzigartigen Architektur in Verbindung mit dem Ansatz für Gussformen strebt Toyota im Vergleich zu den derzeitigen Industriestandards eine Produktivitätssteigerung von 20 Prozent an.

1. Selbstfahrende Produktionslinie

Das Konzept der selbstfahrenden Produktionslinie wird im Werk Motomachi bereits in einigen Schweißlinien eingesetzt und bildet die Grundlage für die zukünftige Entwicklung und Einführung der neuen Fahrzeuggeneration. Die neue werksinterne Transporttechnologie verbessert die Flexibilität des Layouts der Produktionslinie erheblich und macht Förderbänder überflüssig. Dadurch werden die Anlageninvestitionen und die Vorlaufzeit für die Produktionsvorbereitung deutlich reduziert.

Mehrere Faktoren sorgen für einen sicheren Betrieb der selbstfahrenden, teilmontierten Fahrzeuge mit einer für die Massenproduktion geeigneten Geschwindigkeit: Ihre Sensoren sind in der Lage, Fahrzeuge, Personen und Objekte zu erkennen, und alle Prozesse von der Ausrüstung über die Entwicklung bis hin zur Massenproduktion werden durch das Wissen und die Erfahrung unterstützt, die Toyota bei der Entwicklung autonomer Fahrtechnologie gesammelt hat.

Weitere Schritte zur Massenproduktion von Batterien der nächsten Generation

Wie bereits mitgeteilt, strebt Toyota für die Jahre 2026/2027 die Kommerzialisierung seiner „Popularisation“-Flüssigelektrolyt-Batterie der nächsten Generation an. Die neue Batterie soll durch die Verwendung von Lithium-Eisen-Phosphat (LiFePO) als Kernmaterial hohe Qualität zu geringeren Kosten liefern. Um die Leistung der „Popularisation“-Batterie zu maximieren und ihre Kosten zu minimieren, muss bei der Beschichtung die Paste gleichmäßig und in großen Mengen auf die Metallfolie aufgetragen werden – und das bei hoher Geschwindigkeit. Toyota nutzt dabei sein Beschichtungswissen aus 26 Jahren Produktion von Brennstoffzellen-Stacks und Batterien für Hybrid-Elektrofahrzeuge.

Die erste Feststoffbatterie von Toyota wird voraussichtlich 2027/2028 für den kommerziellen Einsatz bereit sein. Bei der Feststoffbatterie bewegen sich Ionen durch einen festen Körper. In der Feststoffbatterie sind die festen Elektrolyte in dünnen Schichten übereinander angeordnet. Die Ionenleiter sind um einiges schwerer entflammbar als in Lithium-Ionen-Akkus, was ihnen einen deutlichen Pluspunkt beim Thema Sicherheit gibt. Toyota hat mit Hilfe eines innovativen Mechanismus und synchroner Steuerungstechnik ein Verfahren entwickelt, das das Stapeln von Batterien mit hoher Geschwindigkeit und hoher Präzision ermöglicht, ohne die verschiedenen Materialien zu beschädigen.

Link zur englischsprachigen Meldung: People at the heart of Toyota’s approach to accelerate the future of car manufacturing