Mensen staan centraal bij Toyota's aanpak om de toekomst van autoproductie te versnellen

Tijdens de onlangs gehouden monozukuri-workshop ('de kunst van het dingen maken') gaf Kazuaki Shingo, chief production officer bij Toyota Motor Corporation, uitleg over de transformatieve benadering van autofabricage die het bedrijf hanteert, door gebruik te maken van Toyota's unieke mensgerichte productiebenadering.

"Ik wil de toekomst van de autofabricage veranderen door middel van de deskundigheid die aanwezig is bij Toyota. Om dit te bereiken moeten we de sterke punten van monozukuri, waarover alleen Toyota beschikt, ontwikkelen via de fusie van menselijke vaardigheden, technologie en digitale technieken", aldus Kazuaki Shingo, chief production officer bij Toyota Motor Corporation.

"Wat we hopen te bereiken met de BEV Factory is om de toekomst van batterij-elektrische voertuigen te veranderen door de transformatie van de auto's, de productie en de manier waarop we werken", vertelt dan weer Takero Kato, voorzitter van de BEV Factory van Toyota Motor Corporation.

Mensgerichte benadering van productie

Toyota Motor Corporation heeft zijn mensgerichte benadering van productie geërfd van zijn oprichter Kiichiro Toyoda: 'we maken dingen ten behoeve van anderen'.

Uit deze filosofie werd het unieke Toyota Production System (TPS) geboren, dat gericht is op het maximaliseren van het gebruik van menselijke hulpbronnen om doorlooptijden te verkorten en dat verder beoogt om de jidoka ('automatisering met een menselijke touch') voortdurend te verfijnen. Het TPS focust op kortere doorlooptijden, waardoor het vervolgens eenvoudiger wordt om problemen te identificeren en kaizen ('continu verbeteren') te stimuleren. Deze stijl van monozukuri is uniek voor Toyota en vormt de basis van de aanpak van het bedrijf om de toekomst van de autofabricage te versnellen.

Toyota gelooft dat om de 'toekomst van de autofabricage' te realiseren, het noodzakelijk is om de filosofie van monozukuri te ontwikkelen door 1) voortdurend evoluerende mensgerichte best practices te combineren met 2) digitale tools en 3) innovatieve technologieën.

Goede voorbeelden van relevante gebieden waar mensgerichte beste praktijken worden ontwikkeld voor de toekomst van de autofabricage zijn onder andere:

Sinds de oprichting heeft Toyota zijn productielijnmedewerkers aangemoedigd om op de werkvloer samen te komen om hun vaardigheden, vindingrijkheid en wijsheid te delen en zo te helpen nieuwe producten te creëren en in massaproductie te nemen.

Dit proces gaat vandaag de dag nog steeds door en wordt verder ondersteund door de oprichting van een 'start-up studio' waar leden hun kennis kunnen delen om snel te kunnen reageren op de uitdaging van nieuwe productieprocessen en waar ze ideeën kunnen delen die snel kunnen worden gematerialiseerd naar prototypeontwikkeling en massaproductietechnologie.

Toyota heeft veel hoogopgeleide productieprofessionals in dienst die Takumi worden genoemd. Hun delicate werk zorgt voor een hoogwaardige productafwerking op een niveau dat robots nog niet kunnen bereiken.

Omdat veel Takumi-vaardigheden gebaseerd zijn op stilzwijgende praktische kennis, is het een uitdaging om ze te kunnen doorgeven aan de volgende generatie. Toyota gebruikt digitale technologie om de praktische vaardigheden van ambachtslieden op een begrijpelijke manier te visualiseren voor de volgende generatie en het heeft de potentie om deze vaardigheden in de toekomst te automatiseren.

Deze aanpak leidt nu al tot nieuwe productie- en verwerkingsmethoden. Zo zijn Takumi-ingenieurs nu bijvoorbeeld in staat om geavanceerde verwerkingstechnologieën te gebruiken om zeer unieke ontwerpen te realiseren die voorheen als te moeilijk werden beschouwd om te produceren.

Een goed voorbeeld is 's werelds eerste bumperverwerkingstechnologie die met succes de technologie van het incrementeel gieten toepast op kunstharsmaterialen bij de nieuwe Lexus LC.

Het is niet ongebruikelijk om meerdere modellen op één lijn te produceren. In de Motomachi-fabriek wordt de complexiteit nog vergroot door verschillende carrosserietypes te combineren met meerdere aandrijflijnen.

Deze mate van variatie vereist een uniek niveau van productiebehendigheid, wat een grotere uitdaging vormt voor de werknemers. De identificatie van kaizen-technieken op een hoger niveau, die het TPS-principe van 'het werk van een ander makkelijker maken' weerspiegelt, heeft geleid tot de ontwikkeling van werknemers met meerdere vaardigheden, van wie de ervaring wordt aangewend om complexe toekomstige productie-uitdagingen aan te gaan.

2. Digitale hulpmiddelen voor de toekomst van de autofabricage

Toyota gebruikt digitale hulpmiddelen om de doorlooptijd van de productie van apparatuur te verkorten en om de productiviteit van bestaande faciliteiten te verbeteren.

Om de doorlooptijd van de installatie en de ingebruikname van nieuwe productiefaciliteiten te verkorten, worden digitale 3D-modellen gebruikt om onverwachte defecten en problemen in productieapparatuur te identificeren die anders langere doorlooptijden, met nood aan herontwerp en opnieuw produceren, zouden veroorzaken.

Bovendien halveert het gebruik van een digitale tweeling de doorlooptijd voor de productievoorbereiding, omdat potentiële defecten in het proces van tevoren kunnen worden geïdentificeerd, waardoor de eerstelijnsmedewerkers van Toyota hun kennis en ervaring al in de ontwerpfase van de apparatuur kunnen toepassen.

Toyota gebruikt ook digitale 3D-modellen van zijn bestaande faciliteiten om de productiviteit te verbeteren, met kortere doorlooptijden voor de implementering. Deze aanpak heeft ook geleid tot extra geautomatiseerde processen.

3. Innovatieve technologieën voor de toekomst van autofabricage

Er worden innovatieve technologieën geïmplementeerd om de efficiëntie en de productiviteit te verbeteren.

Het verbeteren van de efficiëntie, het verhogen van de productiviteit en het verkorten van de doorlooptijden zijn zaken waar TPS goed in is. Toyota identificeert en implementeert quick wins om de massaproductie van de volgende generatie batterij-elektrische voertuigen te optimaliseren.

Het doel is om het aantal processen en de fabrieksinvesteringen te halveren met de nieuwe modulaire gigacast-technologie en met de zelfrijdende productielijn.

Toyota's nieuwe, innovatieve Gigacast-technologie is gebaseerd op het spuitgieten van aluminium, waardoor veel onderdelen en processen overbodig zijn. Het proces is ontworpen als een driedelige modulaire structuur die het voordeel biedt dat productie- en assemblagewerkzaamheden in een open omgeving kunnen worden uitgevoerd.

De driedelige modulaire architectuur zorgt ook voor een grotere variatie in de types van voertuigen die ontworpen en geproduceerd kunnen worden.

De Gigacast-technologie vereist het periodiek vervangen van gietmallen, wat typisch ongeveer 24 uur in beslag neemt. Toyota is er echter in geslaagd om deze omwisseltijd aanzienlijk te verkorten door gebruik te maken van zijn knowhow op het gebied van motorenproductie, waaronder lagedrukgieten en spuitgieten. Door gebruik te maken van deze kennis konden de ingenieurs van Toyota een optimaal gevormde matrijs ontwikkelen waarmee vervanging in slechts 20 minuten mogelijk is.

Bovendien verbetert het gebruik van de eigen analysetechnologie de kwaliteit van de gietstukken, waardoor het aantal defecte matrijzen afneemt.

Door gebruik te maken van deze unieke architectuur in combinatie met de aanpak op het vlak van gietmallen, streeft Toyota naar een productiviteitsverbetering van 20% ten opzichte van de huidige industriestandaarden.

Het concept van de zelfrijdende lijn is al geïmplementeerd op bepaalde laslijnen in de Motomachi-fabriek en vormt de basis voor de toekomstige ontwikkeling en uitrol voor de productie van voertuigen van de nieuwe generatie. Deze nieuwe fabrieksinterne transporttechnologie verbetert de flexibiliteit van lijnlay-outs aanzienlijk en maakt kettingtransporteurs overbodig, waardoor de investeringen in de fabrieken en de doorlooptijden van de productievoorbereidingen drastisch worden verlaagd.

Zelfrijdende modules met deels geassembleerde voertuigen werken veilig met een snelheid die geschikt is voor massaproductie dankzij verschillende factoren: hun sensoren zijn in staat om voertuigen, mensen en objecten te herkennen en alle processen, gaande van de apparatuur tot de ontwikkeling en de massaproductie, zijn intern binnen de groep ontwikkeld, en maken gebruik van de kennis en ervaring die Toyota heeft opgedaan bij de ontwikkeling van autonoom rijdende technologie.

Verdere stappen naar de massaproductie van de volgende generatie batterijen

Zoals in een eerder bericht al is aangekondigd, streeft Toyota ernaar om de Popularisation-batterij van de volgende generatie, met vloeibaar elektrolyt, in 2026-2027 op de markt te brengen. De nieuwe batterij is ontworpen om een hoge kwaliteit tegen lagere kosten te leveren door het gebruik van lithiumijzerfosfaat (LiFePO) als kernmateriaal. Om de prestaties van de Popularisation-batterij te maximaliseren en de kosten te minimaliseren, is het essentieel dat de pasta tijdens het coatingproces gelijkmatig en in grote hoeveelheden - op snelheid - op de metaalfolie wordt aangebracht. Toyota kan dit realiseren door de kennis te benutten die het bedrijf de voorbije 26 jaar heeft opgedaan op het vlak van coaten, bij de productie van brandstofcelelementen en batterijen voor hybride elektrische voertuigen.

Bovendien zal Toyota's eerste solid-state batterij naar verwachting in 2027-2028 klaar zijn voor commercieel gebruik.

Bij de solid-state batterij bewegen ionen door een vaste stof. Daarom moeten de anode, de kathode en de vaste elektrolytische laag stevig aan elkaar vastgehecht zijn, zonder enige tussenruimte. Toyota heeft met behulp van een innovatief mechanisme en een synchrone besturingstechnologie een proces ontwikkeld voor het met hoge snelheid en hoge precisie stapelen van batterijen, zonder schade aan de verschillende materialen.