Bei der auf den Menschen ausgerichteten Entwicklung Monozukuri verbinden sich die einzigartigen Stärken von Toyota mit innovativer Technologie und digitalen Werkzeugen, um die Fahrzeugherstellung und die Zukunft des Automobils zu verändern
Dadurch sollen die Investitionen in Ausrüstung um 50 % gesenkt, die Vorlaufzeit für die Produktionsvorbereitung halbiert und die Produktivität um 20 % gesteigert werden
Weitere Schritte auf dem Weg zur Serienproduktion von Batterien der nächsten Generation
«Ich möchte mit der Kompetenz von Toyota die Zukunft des Automobilbaus verändern. Um dies zu erreichen, müssen wir die Stärken von Monozukuri, über die nur Toyota verfügt, durch die Verbindung von menschlicher Kompetenz, Technologie und digitalen Techniken weiterentwickeln», erläutert Kazuaki Shingo, Chief Production Officer, Toyota Motor Corporation.
«Wir hoffen, mit der BEV Factory die Zukunft der batteriebetriebenen Fahrzeuge durch die Umgestaltung der Fahrzeuge, der Produktion und unserer Arbeitsweise zu verändern», so Takero Kato, Präsident der BEV Factory, Toyota Motor Corporation.
Bei einem Workshop zum Thema Monozukuri («die Kunst, Dinge zu erschaffen») erläuterte Kazuaki Shingo, Chief Production Officer der Toyota Motor Corporation, kürzlich die transformative Herangehensweise des Unternehmens bei der Automobilproduktion. Hierbei wird das einzigartige, auf den Menschen ausgerichtete Fertigungskonzept von Toyota eingesetzt.
Auf den Menschen ausgerichtetes Fertigungskonzept
Das auf den Menschen ausgerichtete Fertigungskonzept der Toyota Motor Corporation steht in der Tradition ihres Gründers Kiichiro Toyoda. Sein Leitgedanke war: «Wir stellen Dinge zum Wohl der anderen her».
Auf der Grundlage dieser Philosophie entstand das einzigartige Toyota-Produktionssystem (TPS). Dessen Ziel ist es, den Einsatz menschlicher Ressourcen zu maximieren, um die Durchlaufzeiten zu verkürzen und dabei kontinuierlich an Jidoka (Konzept der «Automatisierung mit menschlicher Note») zu arbeiten. Im Zentrum von TPS stehen kürzere Durchlaufzeiten, wodurch Probleme leichter identifiziert und das Kaizen («kontinuierliche Verbesserung») gefördert wird. Diese Form des Monozukuri pflegt nur Toyota und sie bildet die Grundlage für das Konzept des Unternehmens, die Zukunft der Automobilproduktion zu beschleunigen.
Nach Ansicht von Toyota ist es für die «Zukunft der Automobilproduktion» notwendig, die Philosophie des Monozukuri durch die Kombination von 1) sich ständig weiterentwickelnden, auf den Menschen ausgerichteten bewährten Verfahren, 2) digitalen Werkzeugen und 3) innovativen Technologien fortzuschreiben.
1) Sich ständig weiterentwickelnde, auf den Menschen ausgerichtete bewährte Verfahren für die Zukunft der Automobilproduktion
Folgende Beispiele zeigen relevante Bereiche, in denen auf den Menschen ausgerichtete, bewährte Verfahren für die Zukunft der Automobilproduktion entwickelt werden:
Ein Umfeld für den Austausch von Kompetenz, Ideenreichtum und Wissen
Seit seiner Gründung ermutigt Toyota seine Mitarbeitenden an den Fertigungslinien, ihre Kompetenz, ihren Ideenreichtum und ihr Wissen zu teilen, um neue Produkte zu entwickeln und in Serie zu produzieren.
Dieses Verfahren wird bis heute angewendet und durch die Einrichtung eines «Start-up-Studios» unterstützt, in dem die Mitglieder ihre Erfahrungen austauschen können, um schnell auf die Herausforderungen neuer Fertigungsverfahren zu reagieren und Ideen zu entwickeln, die unverzüglich in die Entwicklung von Prototypen und Serienfertigungsverfahren einfliessen können.
Lebendige Tradition der Takumi-Meister
Toyota beschäftigt viele hochqualifizierte Fachkräfte in der Produktion, die als Takumi bezeichnet werden. Mit ihrer behutsamen Arbeitsweise sorgen sie für eine Produktveredelung auf einem Qualitätsniveau, das Roboter noch nicht erreichen können.
Viele Fertigkeiten der Takumi basieren auf unausgesprochenem, praktischem Wissen, daher stellt es eine Herausforderung dar, dieses Wissen an die nächste Generation weiterzugeben. Toyota setzt digitale Technologien ein, um die praktischen Fertigkeiten der Handwerker für die nächste Generation auf leicht verständliche Weise zu visualisieren, und hat das Potenzial, diese Fertigkeiten in Zukunft zu automatisieren.
Dieser Ansatz führt bereits heute zu neuen Fertigungs- und Verarbeitungsmethoden. So sind die Takumi-Ingenieure jetzt in der Lage, mithilfe moderner Verarbeitungstechnologien einzigartige Designs zu realisieren, deren Herstellung früher als zu schwierig galt.
Beispielhaft hierfür 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, dass mehrere Modelle auf einer Linie produziert werden. Im Werk Motomachi ist die Situation jedoch besonders komplex, da dort verschiedene Karosserietypen mit mehreren Antriebssträngen kombiniert werden.
Diese vielfältigen Variationen erfordern ein einzigartiges Mass an Flexibilität in der Produktion und stellen die Mitarbeitenden vor grössere Herausforderungen. Entsprechend dem Grundsatz des Toyota-Produktionssystems, «die Arbeit der anderen zu erleichtern», hat die Suche nach verbesserten Kaizen-Techniken dazu geführt, dass die Beschäftigten 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 setzt digitale Werkzeuge ein, um die Vorlaufzeiten beim Anlagenbau zu verkürzen und die Produktivität bestehender Anlagen zu verbessern.
Um die Vorlaufzeit für die Installation und Inbetriebnahme neuer Produktionsanlagen zu optimieren, werden digitale 3D-Modelle für die Erkennung unvorhergesehener Mängel und Schwierigkeiten bei der Fertigungsausrüstung eingesetzt, die andernfalls zu längeren Vorlaufzeiten bei der Neukonstruktion und erneuten Produktion führen könnten.
Darüber hinaus halbiert sich die Zeit für die Produktionsvorbereitung durch den Einsatz eines digitalen Zwillings, da potenzielle Prozessfehler im Vorfeld erkannt werden können und die Mitarbeitenden von Toyota ihr Wissen und ihre Erfahrung bereits in der Konstruktionsphase der Anlage einbringen können.
Auch bei seinen bestehenden Anlagen setzt Toyota digitale 3D-Modelle ein, um die Produktivität durch kürzere Vorlaufzeiten für die Installation zu steigern. Dieses Konzept hat zudem die Automatisierung weiterer Verfahren ermöglicht.
3) Innovative Technologien für die Zukunft der Automobilproduktion
Es werden innovative Technologien eingesetzt, um die Effizienz und Produktivität zu steigern.
Die Verbesserung der Effizienz, die Steigerung der Produktivität und die Verkürzung der Vorlauflaufzeiten sind die Stärken des TPS. Toyota optimiert mithilfe von Quick Wins die Serienproduktion von batteriebetriebenen Fahrzeugen der nächsten Generation.
Mit der neuen modularen Gigacast-Technologie und der selbstfahrenden Produktionslinie will Toyota die Anzahl der Prozesse und die Anlageinvestitionen halbieren.
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. Mithilfe dieser Kenntnisse konnten die Ingenieure von Toyota 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 % an.
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 Anlageinvestitionen 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 Serienproduktion werden durch das Wissen und die Erfahrung unterstützt, die Toyota bei der Entwicklung autonomer Fahrtechnologie gesammelt hat.
Weitere Schritte auf dem Weg zur Serienproduktion 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 Wissen im Bereich der Beschichtungen aus 26 Jahren Produktion von Brennstoffzellen-Stacks und Batterien für Hybrid-Elektrofahrzeuge.
Zudem wird die erste Feststoffbatterie von Toyota voraussichtlich 2027/2028 für den kommerziellen Einsatz bereit sein. Bei der Feststoffbatterie bewegen sich Ionen durch einen festen Körper. In der Feststoffbatterie sind die Anode, Kathode und festen Elektrolyte in dünnen Schichten übereinander angeordnet. Toyota hat mithilfe 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.