Denk als productontwikkelaar na over de productie en houd er volledig zicht op

Fijn dat er een hoop eerstelijnstoeleveranciers klaarstaan om je product te gaan produceren, maar met blind vertrouwen in deze partijen neem je een hoop risico. Eddy Allefs geeft tips om een goede start te maken met het inrichten van een maakproces voor je machine.

Eddy Allefs is cto en innovatiemanager.

11 oktober

Ik krijg vaak de vraag wat een goed moment is om de productievoorbereiding te starten. Vooral startups worstelen ermee. De kern van de vraag is meestal: wanneer zal ik kandidaat-producenten om offertes vragen?

Ik vraag dan op mijn beurt altijd: hoe ver ben je al met het machineontwerp? Heb je zelf al een eerste blauwdruk voor de toekomstige productie? Weet je welke stappen lastig zijn? Zitten er qua product of productie echt nieuwe dingen tussen? Welke risico’s zie je en heb je zicht op het tijdpad?

Eerst even terug naar de vraag. Zodra de systeemarchitect de allereerste decompositie in functionele subsystemen heeft bedacht, is het al zinvol om na te denken over het productieproces. Want interfaces tussen de subsystemen zijn wellicht de optimale blauwdruk voor het functionele gedrag van de machine, maar niet voor productie. Die stelt eisen aan kwaliteit, kostenopbouw, doorlooptijd, testbaarheid, transporteerbaarheid, repareerbaarheid, kortom alle aspecten die we samenvatten als design for manufacturing, kort DfX.

Het pijnpunt: de gevraagde blauwdruk en bijbehorende risico-inschattingen ontbreken vaak. Dat komt omdat de ontwikkelaars op de machine zelf focussen. Dat is ook niet zo verwonderlijk. Aan startups wordt altijd geadviseerd: concentreer je op het minimum viable product, productie en opschalen komen later.

Ondertussen nemen de architectuurkeuzes voor de machine toe. De kans is groot dat de beperkingen zich opstapelen om optimaal te kunnen produceren. Ik zie dat ook ervaren machinefabrikanten denken dat het wel goed komt als ze volledig vertrouwen op de beoogde producent. Op zich kun je de productievoorbereiding ook uitstekend overlaten aan daarvoor gespecialiseerde toeleveranciers, maar ik zal laten zien dat zelf tijdig nadenken een hoop discussie over kosten of kwaliteit kan voorkomen.

We gaan een industriële printer ontwerpen

Tijd voor een casus. We ontwerpen een industriële inkjetprinter. Deze bestaat in ons geval uit vijf subsystemen: een frame, een bewegende brug met daarop de printkoppen en de inktvoorraad, een substraatdrager waarop het product ligt waarop wordt geprint en een besturingskast. We tekenen met ons projectteam in een Gantt-chart op het whiteboard hoe het productieproces opgezet zou kunnen worden. Figuur 1 laat zien waar we op uit kunnen komen.

Figuur 1: Een Gantt-chart laat zien hoe het productieproces opgezet zou kunnen worden. Hiermee kan het eerste contact worden gelegd met een producent.

Op naar de producent

Met de opzet van figuur 1 kunnen we nu naar een beoogd producent stappen. Dat zal dan typisch een eerstelijnstoeleverancier (tier 1) zijn. Van een dergelijke partij verwachten we dat die ons totaal ontzorgt en de onderliggende toeleverketen zal opzetten. Ik heb persoonlijk slechte ervaringen met deze aanpak. Er zijn maar weinig tier 1-leveranciers die de kennis in huis hebben om voor alle aspecten van een specifiek product het onderste uit de kan te halen.

Neem het verschil in domeinkennis. Als printerontwerpers weten we zelf heel goed waar het op aankomt als het om printkoppen gaat. Die hebben bij aanvang mogelijk een lage productieopbrengst omdat het een innovatief product is. De inktkopleverancier is zelf nog druk bezig met zowel ontwikkeling als productie. Het vraagt domeinkennis om deze toeleverancier goed aan te sturen.

Een ander nadeel van het volledig vertrouwen op een tier 1 is dat het productieproces volledig uit het zicht verdwijnt. Het is met andere woorden een black box, waarvan de opdrachtgever niet weet waar de knoppen zitten wat betreft kosten en doorlooptijden. De tier 1 heeft ook een commercieel belang om daar niet 100 procent transparant over te zijn. Zeker bij een scheve machtsverhouding – in het geval van een grote supplier en een kleine onervaren startup.

Deze aanpak heeft ook inhoudelijke nadelen. De opdrachtgever kan zijn product alleen op het einde testen. Fouten die er vroeg in sluipen, manifesteren zich pas op het eind.

Een tweede nadeel: als we ons proces inrichten om op klantenorder te produceren in plaats van op voorraad, dan moeten we bij ontvangst van een order het gehele productieproces doorlopen, en dat duurt mogelijk te lang voor de klant.

En stel dat we in de toekomst meerdere productvarianten zoals printers met meer of minder koppen gaan produceren waarbij machineframe en besturing hetzelfde blijven. Dan kunnen we beter ontkoppelpunten aanbrengen en afzonderlijk gekwalificeerde modules gaan produceren in parallelle paden.

Laten we daarom een betere opzet bedenken.

We gaan verschillende specialisten inschakelen

We besluiten om de subsystemen van onze printer bij verschillende specialisten te betrekken: het frame van een metaalwarenbedrijf, de besturingskast van een bedrijf dat goed is in elektronica en software. De printkoppen zijn inkoopdelen. Voor de substraatdrager hangt het van onze specificaties af of we hem ontwikkelen of inkopen. Dat laatste scheelt geld en doorlooptijd, maar vraagt mogelijk ook in de systemarchitectuur en de mechanische, elektrische en software-interfaces een aanpassing om deze bestaande module in te passen.

Door de modules bij specialisten neer te leggen, veranderen we de sequentiële aanpak in een parallelle. Daarbij laten we de afzonderlijke modules als vooraf geteste modules in de eindassemblage bij elkaar komen. We denken na of de eindassemblage uitbesteed moet of kan worden, en zo ja, wanneer. Wellicht is het slim om de nulserie-assemblage nog zelf te doen; daar kunnen we zelf nog veel van leren.

We gaan vroegtijdig kandidaat-leveranciers benaderen voor de verschillende modules en maken samen met hen hun deel van de Gantt-chart. Voor het machineframe bestaan diverse productietechnologieën zoals een lassamenstelling, frezen of 3D printen. De gezamenlijke eisen gesteld aan het product en productieproces bepalen wat de beste oplossing is. We bespreken op welke manier een module getest, verpakt en vervoerd moet gaan worden. Daar zijn testmiddelen en ook interfaces aan het product voor nodig, die kunnen we nu nog meenemen in het machineontwerp.

In figuur 2 is het aangepaste productieproces geschetst voor onze printer. De grijs omkaderde delen van het proces zijn nu afzonderlijke deelproductieprocessen geworden, waarvoor we offertes kunnen vragen aan specialistische toeleveranciers. Elk proces eindigt met een kwalificatiestap. Of die echt nodig is, en wat specifiek getest moet worden, wordt pas later in het project bepaald.

Figuur 2: Het aangepaste productieproces voor een denkbeeldige printer.

Voor nu werkt deze stap als herinnering om zowel productontwerp als productieproces zodanig op te zetten dat de subsystemen de blauw omkaderde systeemassemblage niet kunnen verstoren door fouten die we eerder in de keten al hadden kunnen vaststellen. De in rood kader aangegeven productie van de printkoppen wordt ingeschat als risicovol. Het inrichten van dit deel van het productieproces zal dus in de toekomst extra aandacht vragen. Het denken in gekwalificeerde modules gaan we in de volgende fase van het project verder uitwerken naar subsystemen en onderdelen binnen de modules. Niet alleen nodig voor productie maar ook voor toekomstige reparaties bij de klant. Reserveonderdelen of -subsystemen willen we getest naar de klant kunnen opsturen. Als we het slim aanpakken, is er synergie tussen de inrichting voor productie en service.

Nog geen productieproces, maar een praatplaat

De blauwdruk van figuur 2 is nog geen uitontwikkeld productieproces maar een praatplaat die ons vroegtijdig gaat helpen bij de selectie van partners en het inschatten van doorlooptijden en kritische paden. Het zet ons aan het denken hoe we de kwalificatiestappen gaan invullen en wat daarvoor nodig is aan testmiddelen.

We kunnen nu beter voorbereid het offertetraject ingaan en meteen meer gedetailleerde offertes vragen dan met figuur 1 mogelijk zou zijn geweest. Materiaal-, assemblage- en testkosten moeten inzichtelijk worden. Als deze te hoog zijn, dan kunnen we het machineontwerp of een specifieke module er nog op aanpassen.

De opzet van figuur 2 laat overigens nog steeds toe om vroegtijdig ook met tier 1-kandidaten te spreken. Wellicht vinden we er een die ons kan ontzorgen: totaal of voor een groot deel van het pakket. Mocht er een black box worden aangeboden, dan gaan we deze alsnog proberen open te krijgen. En anders laten we hem gewoon staan.