Fertigungsprozess: Definition, Verfahren und Optimierung

Was ist ein Fertigungsprozess?

Ein Fertigungsprozess ist die definierte Abfolge von Arbeitsschritten, durch die Rohmaterial oder Halbzeuge in ein fertiges oder teilfertiges Werkstück umgewandelt werden. Er umfasst alle wertschöpfenden und nicht-wertschöpfenden Vorgänge zwischen dem Eingang des Materials in die Fertigung und der Bereitstellung des Fertigteils zur Weiterverarbeitung oder zum Versand.

In der diskreten Fertigung besteht ein Fertigungsprozess aus einer Kombination von Fertigungsverfahren (Urformen, Umformen, Trennen, Fügen, Beschichten, Stoffeigenschaften ändern), Transportvorgängen, Rüstoperationen, Prüfschritten und Wartezeiten. Die DIN 8580 klassifiziert die Fertigungsverfahren in sechs Hauptgruppen, die in der Praxis fast immer kombiniert werden: Ein Karosseriebauteil durchläuft erst eine Umformoperation (Pressen), dann eine Fügeoperation (Schweißen), dann eine Beschichtungsoperation (KTL-Lackierung).

Der Begriff wird im Alltag häufig mit "Produktionsprozess" gleichgesetzt. Die Unterscheidung ist aber operativ relevant, weil sie bestimmt, welche Kennzahlen und Optimierungsansätze greifen.

Fertigungsprozess vs. Produktionsprozess vs. Herstellungsprozess

Drei Begriffe, die in Besprechungen und Dokumenten austauschbar verwendet werden, aber unterschiedliche Scopes haben.

Der Fertigungsprozess ist der engste Begriff: Er beschreibt, was auf dem Shopfloor mit dem Werkstück passiert. Der Produktionsprozess umfasst zusätzlich die organisatorischen Abläufe im Werk (Planung, Logistik, Qualitätsfreigabe). Der Herstellungsprozess ist der weiteste Begriff und schließt Entwicklung und Supply Chain ein. Die Unterscheidung ist wichtig, weil unterschiedliche Rollen unterschiedliche Scopes optimieren: Der Fertigungsingenieur optimiert den Fertigungsprozess, der Produktionsleiter den Produktionsprozess, der Operations Manager den Herstellungsprozess.

Die sechs Hauptgruppen der Fertigungsverfahren nach DIN 8580

Die DIN 8580 ist die Grundnorm für die Klassifikation von Fertigungsverfahren in Deutschland. Sie teilt alle Verfahren in sechs Hauptgruppen ein, die sich nach der Art der Formgebung oder Stoffveränderung unterscheiden.

In der Praxis durchläuft ein Bauteil fast immer mehrere Hauptgruppen nacheinander. Ein geschmiedetes Zahnrad wird erst urgeformt (Warmumformen), dann spanend bearbeitet (Trennen), dann gehärtet (Stoffeigenschaften ändern), dann geschliffen (Trennen). Die Reihenfolge der Verfahren, die Prozessparameter an jeder Station und die Zwischenprüfungen definieren den konkreten Fertigungsprozess für dieses Bauteil.

Fertigungsarten: Wie der Fertigungsprozess organisiert wird

Neben dem "Was" (Fertigungsverfahren) ist das "Wie" (Fertigungsart) entscheidend. Die Fertigungsart beschreibt, wie der Fertigungsprozess organisiert ist, also in welcher Menge und Reihenfolge produziert wird.

Einzelfertigung. Jedes Produkt ist ein Unikat. Typisch im Werkzeugbau, Sondermaschinenbau oder Prototypenfertigung. Der Fertigungsprozess wird für jeden Auftrag neu geplant. Hoher Anteil manueller Arbeit, geringe Automatisierung, lange Durchlaufzeiten.

Serienfertigung. Gleiche Produkte werden in definierten Losgrößen gefertigt. Zwischen den Losen wird umgerüstet. Typisch in der Automobilzulieferindustrie, Metallverarbeitung, Kunststoffverarbeitung. Die Rüstzeit zwischen den Losen ist einer der größten Hebel zur Prozessoptimierung.

Massenfertigung. Sehr große Stückzahlen eines identischen Produkts über lange Zeiträume. Typisch bei Schrauben, Kronkorken, Standardbauteilen. Hoher Automatisierungsgrad, geringe Variantenvielfalt. Die Maschinenverfügbarkeit ist der kritische Erfolgsfaktor.

Chargenfertigung. Produktion in abgegrenzten Mengeneinheiten (Chargen), die als Einheit rückverfolgbar sind. Typisch in der Lebensmittelindustrie, Pharma-Verpackung, Chemie. Die Chargendokumentation und Rückverfolgbarkeit sind regulatorisch vorgegeben.

Die Fertigungsart bestimmt, welche Kennzahlen relevant sind: In der Serienfertigung ist die Rüstzeit der Schlüsselhebel. In der Massenfertigung die OEE. In der Chargenfertigung die Chargenfreigabezeit.

Warum Fertigungsprozesse oft weniger effizient sind als angenommen

Die meisten Betriebe kennen ihre Bearbeitungszeiten pro Station genau. Was sie nicht kennen, ist der tatsächliche Anteil der Wertschöpfung an der Gesamtdurchlaufzeit des Fertigungsprozesses. In vielen diskreten Fertigungen liegt dieser Anteil bei 5 bis 15 %. Der Rest verteilt sich auf Rüsten, Warten, Transportieren und Prüfen.

Unsichtbare Verluste. Mikrostillstände (unter 5 Minuten) werden bei manueller Erfassung nicht dokumentiert. Eine automatische Maschinendatenerfassung zeigt, dass diese Mikrostillstände typischerweise 8 bis 12 % der gesamten Produktionszeit ausmachen. In einer Schicht mit 8 Stunden geplanter Laufzeit sind das 40 bis 60 Minuten, die in keinem manuellen Schichtbericht auftauchen.

Entkoppelte Informationsflüsse. Das ERP plant mit hinterlegten Vorgabezeiten, die oft Jahre alt sind. Die SPS steuert die Maschine mit aktuellen Parametern. Aber zwischen beiden Systemen fließen keine Echtzeitdaten. Wenn die tatsächliche Bearbeitungszeit 20 % über der Vorgabezeit liegt, plant das ERP unrealistische Durchlaufzeiten, und die Termintreue leidet. Ein MES schließt diese Lücke, indem es die tatsächlichen Fertigungsdaten vom Shopfloor in Echtzeit an das ERP zurückmeldet.

Fehlende Prozessvergleichbarkeit. Wenn dasselbe Bauteil auf drei Maschinen gefertigt werden kann, aber die Zykluszeiten zwischen den Maschinen um 15 % streuen, liegt das entweder an unterschiedlichen Maschinenparametern, an Werkzeugzuständen oder an Bedienerunterschieden. Ohne automatische Betriebsdatenerfassung ist diese Streuung unsichtbar. Im Automobilzulieferbereich zeigt die Erfahrung aus Implementierungen über mehrere Werke, dass die Streuung der Prozessleistung zwischen Werken oft größer ist als die Streuung innerhalb eines Werks. Das deutet auf unterschiedliche Prozessstandards hin, nicht auf Maschinenprobleme. Erst die konzernweite Transparenz über Fertigungsdaten macht den Unterschied sichtbar und adressierbar.

Fertigungsprozesse transparent machen: Was in der Praxis funktioniert

Die Optimierung des Fertigungsprozesses beginnt mit der Frage: Wo vergeht die Zeit tatsächlich? Ohne Antwort auf diese Frage bleibt jede Verbesserung ein Zufallstreffer.

Ein MES erfasst automatisch, wann ein Auftrag an welcher Station startet, wie lange die Bearbeitung dauert, wann und warum die Maschine steht und wann das letzte Teil des Auftrags fertig ist. Aus diesen Daten lässt sich der tatsächliche Fertigungsprozess pro Auftrag rekonstruieren und mit dem Planwert vergleichen.

In der Metallverarbeitung (Schmiedeprozesse, Umform- und Zerspanungsoperationen) sorgt die Kombination aus Echtzeit-Maschinendaten und bidirektionaler ERP-Anbindung dafür, dass Stillstände schneller erkannt, Ursachen direkt überprüft und Rückmeldungen automatisiert ins ERP fließen. Weniger fehleranfällige manuelle Datenerfassung, konsistente Rückmeldungen und eine skalierbare digitale Grundlage sind die Ergebnisse.

In der Pharma-Verpackung (GMP-Umfeld, vollautomatische Blisterlinien) ermöglicht die Erfassung von Stückzahlen und Stillständen über DI-Gateways ohne LAN-Infrastruktur eine schnelle Anbindung. Die unidirektionale ERP-Anbindung stellt sicher, dass Auftragszustände und Stammdaten automatisch zugeordnet werden. Im regulierten Umfeld ist die automatische Dokumentation und Rückverfolgbarkeit aller Fertigungsdaten besonders wertvoll.

Die wirksamsten Hebel zur Optimierung des Fertigungsprozesses sind fast immer dieselben: Rüstzeitreduktion durch Standardisierung und SMED, Eliminierung von Wartezeiten durch bessere Sequenzierung, Prozesskontrolle in Echtzeit zur Vermeidung von Ausschuss und geschlossene Regelkreise zwischen Shopfloor-Daten und Feinplanung.

Häufige Fragen zum Fertigungsprozess

Was ist ein Fertigungsprozess?
Ein Fertigungsprozess ist die definierte Abfolge von Arbeitsschritten, durch die Rohmaterial oder Halbzeuge in ein fertiges oder teilfertiges Werkstück umgewandelt werden. Er umfasst alle Vorgänge auf dem Shopfloor: Bearbeitung, Rüsten, Transport, Prüfen und Warten.

Was ist der Unterschied zwischen Fertigungsprozess und Produktionsprozess?
Der Fertigungsprozess beschreibt die Arbeitsschritte am Werkstück auf dem Shopfloor. Der Produktionsprozess umfasst zusätzlich die organisatorischen Abläufe im Werk wie Auftragsplanung, Materialbereitstellung, Intralogistik und Qualitätsfreigabe. Der Fertigungsprozess ist eine Teilmenge des Produktionsprozesses.

Welche Fertigungsverfahren gibt es?
Die DIN 8580 klassifiziert Fertigungsverfahren in sechs Hauptgruppen: Urformen (z. B. Gießen, Spritzgießen), Umformen (z. B. Pressen, Tiefziehen), Trennen (z. B. Fräsen, Stanzen), Fügen (z. B. Schweißen, Kleben), Beschichten (z. B. Lackieren, Galvanisieren) und Stoffeigenschaften ändern (z. B. Härten, Vergüten).

Was sind die häufigsten Verlustquellen im Fertigungsprozess?
Die größten Verlustquellen sind Wartezeiten zwischen Stationen (40 bis 70 % des Produktionszyklus), Mikrostillstände unter 5 Minuten (8 bis 12 % der Produktionszeit), Rüstzeiten ohne Standardisierung und fehlende Transparenz über den tatsächlichen Prozessverlauf. Die reine Bearbeitungszeit macht in vielen Betrieben nur 5 bis 15 % der Gesamtdurchlaufzeit aus.

Wie kann man Fertigungsprozesse optimieren?
Die wirksamsten Hebel sind: automatische Maschinendatenerfassung zur Sichtbarmachung von Verlusten, Rüstzeitreduktion durch SMED, Verkürzung von Liegezeiten durch bessere Sequenzierung, Echtzeit-Prozesskontrolle zur Ausschussvermeidung und geschlossene Regelkreise zwischen Shopfloor-Daten und Feinplanung über ein MES.