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Sind Prototypen immer zeit- und kostenintensiv?

Dieser Blogpost setzt sich mit der Beschaffung von technischen Prototypen auseinander und zeigt Lösungsideen auf, wie die On-Demand Fertigung die Beschaffung von technischen Bauteilen beschleunigen und damit auch den technischen Einkauf unterstützen kann.

Vorab: Was ist der technische Einkauf?

Der technische oder auch strategische Einkauf dient unter anderem der Beschaffung von Einzelteilen und Baugruppen nach technischen Zeichnungen. Meist geht dies mit einer langfristigen Beschaffung von Bauteilen einher, die im Rahmen von Neuentwicklungen anfallen. Ein anderer Aufgabenbereich des technischen Einkaufs ist die kurzfristige Beschaffung von zeitkritischen Bauteilen. Eine kurze Lieferzeit von Bauteilen spielt besonders bei anstehender Baugruppen-Montage oder der Erprobung von Prototypen eine wichtige Rolle.

Und: Was ist ein Prototyp?

Ein Prototyp bezeichnet ein Bauteil, anhand dessen während der Produktentwicklung die Funktion und das Zusammenspiel aller Komponenten unter realen Bedingungen erprobt werden. Die Stückzahl variiert hierbei von 1 bis 100+ und hängt stark vom Produkt und der Industriebranche ab.

Ein Prototyp kann aus einer Vielzahl von Bauteilen bestehen, die je nach Material, Form und Funktion mit unterschiedlichen Fertigungsverfahren hergestellt werden.

Wie finde ich einen geeigneten Lieferanten?

Besonders bei den “traditionellen” Fertigungsverfahren, wie CNC-Fräsen und Laserschneiden, bestehen in den meisten produzierenden Unternehmen Lieferantenkarteien. Bei neuen Fertigungsverfahren, wie dem Metall-3D-Druck oder bei zeitkritischen Bestellungen, liegen oft keine bekannten Lieferantendaten vor und die Suche nach einem geeignete Partner beginnt. Nicht selten wird hierfür eine Suchmaschine genutzt, in welcher nach Schlüsselbegriffen wie “Prototyp, CNC-Fräsen, etc.“ gesucht wird. 

Das Suchergebnis-Ranking führt anschließend entweder die Website des Lieferanten oder ein Online-Lieferantenverzeichnissen auf. Anschließend erfolgt das Prüfen der Website oder ein Anruf um festzustellen, ob Material oder Bauteilgröße fertigbar ist. In vielen Fällen bleibt für die Klärung der Fertigbarkeit keine andere Möglichkeit, als das Bauteil bei mehreren Lieferanten anzufragen. Da jede Bestellung mindestens zwei bis drei weitere Vergleichsangebote benötigt, wiederholt sich dieser Prozess mehrmals. Bis alle Angebote vorliegen, können ohne weiteres bis zu Arbeitstage verbunden mit damit investierten Arbeitsstunden und Personalkosten vergehen. 

Warum kostet das Erstellen eines passenden Angebots meist relativ viel Zeit?

Sobald ein Lohnfertiger eine Anfrage erhält, überprüft er diese auf fehlerhafte Angaben. Nicht selten sind Material und Stückzahlen bei verschiedenen Positionen unklar oder unvollständig. Dies führt zwangsläufig zu Rückfragen, Mehrarbeit oder zur erneuten Auswahl eines nicht passenden Fertigungsverfahrens.

Sind alle Fragen geklärt, kann mit der eigentlichen Kalkulation der Bauteilpreise begonnen werden. Die Kosten setzen sich hierbei aus den einmaligen Rüstkosten und den Programmierkosten, den Materialkosten und den Bearbeitungskosten zusammen. Die Materialkosten erfordern oft weitere Kommunikation durch das Einholen von Angeboten bei Materiallieferanten. Erfahrungswerte liegen oft bei Bearbeitungskosten und den einmaligen Rüst- und Programmierkosten vor. Typischerweise werden diese Daten in einer Excel-Tabelle zusammengeführt und in das ERP-System (Enterprise Resources Programm) übertragen. Daraus erstellt der Sachbearbeiter ein PDF-Dokument und schickt dieses im Anschluss per E-Mail an den Kunden.

Und warum sind die Angebote technischer Prototypen so teuer?

Die Hauptursache dafür ist, dass die Bestellung und Angebotserstellung von Bauteilen und die damit verbundenen Prozesse oft zu wenig standardisiert sind. Durch fehlende Standards und den Wechsel zwischen verschiedenen Programmen ist die Prototypenfertigung in vielen Fällen sehr von händischen Eingriffen geprägt und dadurch fehleranfällig. Jede neue Anfrage ist mit Unsicherheiten verbunden, da die angefragten Bauteile bisher noch nie gefertigt wurden.

Fehleinschätzung des Bearbeitungsaufwands fallen direkt zu Lasten des Lohnfertigers. Da bereits kleine Fehler zu finanziellen Verlusten führen, ist bei kleineren Lohnfertigungsunternehmen mit bis zu ca. 20 Mitarbeitern die Erstellung von Produktionsangeboten oft Aufgabe des Geschäftsführers, dessen Arbeitszeit knapp bemessen ist. 

Der häufige Programmwechsel zwischen nicht-vernetzten Softwareprogrammen verringert die Produktivität enorm, wobei der Mensch als Flaschenhals im Mittelpunkt aller Prozesse steht.

Objektiv betrachtet. hat sich der Prozess in den letzten Jahrzehnten nicht großartig verändert. Stift und Papier wurden zwar durch leistungsfähige CAD-Software, Excel und E-Mails ersetzt, der Ursprung dieser Arbeitsabläufe stammt jedoch aus der Zeit der Massenproduktion.

All diese potentiellen Fehlerquellen werden letztlich auf die Bauteilpreise umgelegt und das macht die Fertigung von Prototypen teuer und zeitintensiv.

Was macht den Einkauf von Prototypen fehleranfällig?

Prototypen sind erst einmal Einzelstücke, das heißt kein Bauteil gleicht dem anderen. Neuentwicklungen müssen sehr schnell gefertigt und verbessert werden, damit das Produkt ausgiebig getestet werden kann. Daher muss auch der Einkauf von diesen Bauteilen oftmals sehr schnell von statten gehen. Im Gegensatz zur Serienfertigung steht bei der Beschaffung von Prototypen also vor allem die Bezugsgeschwindigkeit eine große Rolle – was  diesen Prozess wiederum sehr fehleranfällig macht.

Vor der Bestellung: Bisher wurde das Produkt oder Bauteil noch nicht gefertigt. Daher wird beim Lohnfertiger eine händische Kalkulation erstellt, die auf Basis der voraussichtlich geschätzten Kosten erfolgt. Dieses Verfahren ist durch die 100% händische Eingabe aller Daten einerseits ineffizient und andererseits sehr fehleranfällig, wodurch es oft zu einer zu hohen oder zu niedrigen Fehleinschätzung und damit verbundenen Fehlkalkulation kommt, was wiederum zu höheren Kosten für alle Beteiligten führt.

Eine weitere Fehlerquelle ist, dass alle Anforderungen per E-Mail übermittelt werden und manuell in die ERP-Systeme eingepflegt werden. Weiterhin erfolgt der Datenaustausch bei Rückfragen zu Dateiformaten ebenfalls per Hand und nicht automatisiert, genauso wie der Übertrag der Angebote in das ERP-System, um diese vergleiche zu können.

Mit jedem händischen Schritt erhöht sich die Fehleranfälligkeit. Je früher Fehler passieren, desto stärker wirken sich diese auf den späteren Prozess aus, weshalb gerade in der Anfangsphase eine niedrige Fehlerwahrscheinlichkeit zu einer deutlich höheren Zufriedenheit am Ende beiträgt.

Bei der Fertigung: Obwohl die Bestellung bereits in Bearbeitung ist, kommt es besonders bei Prototypen noch zu Änderungswünschen durch die Konstruktion. Dazu gehören abweichende Materialangaben oder Modifikationen der CAD-Modelle. Auch diese Daten werden per E-Mail oder telefonisch  ausgetauscht.

Diese Änderungen werden erst von einem Sachbearbeiter bearbeitet und anschließend der Bestellung zugeordnet. Hierbei kann es zu Fehlern kommen, wenn dem Fertigungstechniker nicht alle Informationen zugänglich sind. Besser wäre ein digitaler Datentransfer mit Versionsmanagement und dem sofortigen Sperren nicht aktueller Daten, so dass Konstruktionsänderungen auch noch Ad-hoc durchgeführt werden können.

Bei der Lieferung: Während der Lieferung können Inkonsistenzen durch manuelles Übertragen von Bestell- und Artikelnummern auf der Auftragsbestätigung, dem Lieferschein und der Rechnung zu Fehlern führen. Auch die Liefer- und Rechnungsadresse ist durch die manuelle Bearbeitung gelegentlich fehlerhaft oder unvollständig übermittelt.

Bei zunehmender Produktvielfalt sind solche Fehlangaben fatal, da eine eindeutige Zuordnung der Bauteile verloren geht.

Wie lange dauert die Beschaffung von technischen Bauteilen?

Die typische Lieferzeit von CNC-Fräs oder Dreh-Bauteilen beträgt in Deutschland ungefähr vier bis sechs Wochen. Alles, was schneller gehen muss, ist eine Herausforderung, denn es gibt keine transparente Vergleichsmöglichkeit von Lieferzeiten. So würde ein Einkäufer aus Stuttgart vergeblich bei seinen regionalen Lieferanten anfragen und zur selben Zeit haben ähnliche Lohnfertiger in der Region Hannover eine geringe Auslastung der Fertigung. Schneller geht es beim 3D-Druck. Hier beträgt die Lieferzeit im Schnitt drei bis sieben Tage, beim Laserschneiden und -biegen liegt diese bei ein bis vierzehn Tagen.

Neben der Stückzahl hängt die Lieferzeit im Wesentlichen von drei Komponenten ab: die Verfügbarkeit von Personal, Maschine und Material. Das Material ist in vielen Fällen ein besonders großer Unsicherheitsfaktor, da die meisten Lohnfertiger nur geringe Lagerbestände vorhalten und das Rohmaterial bei jeder Bestellung individuell bestellen.

Wie kann der technische Einkauf auf Basis von On-Demand Fertigung beschleunigt werden?

Eine Beschleunigung der Lieferzeit kann durch das Aggregieren und Bündeln von ähnlichen Fertigungsaufträgen, beispielsweise nach Material oder Lieferzeit erfolgen. Durch den Wandel der Fertigungswelt von der Industry of Scale zur Industry of Scope sinken die Produktionskosten mit zunehmender Stückzahl. Kürzere Produktionszyklen und Produktindividualisierungen verringern die Stückzahlen je Bauteil.

On-Demand Fertigungs-Plattformen, wie KREATIZE, unterstützen den technischen Einkauf von Prototypen optimal. Bauteile verschiedener Projekte, Abteilungen und sogar Unternehmen können automatisiert aggregiert und gebündelt werden. Ein Lohnfertiger, der Bauteile eines spezifischen Materials fertigt, erzielt Zeit- und Kostenvorteile und eine höhere Effizienz. Von den hieraus entstehenden Kosteneinsparungen profitiert der Kunde.  

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