Total Cost of Ownership Versteckte Kosten aufdecken und senken

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Was sind die tatsächlichen Kosten eines Teils? Diese Frage ist für Unternehmen gar nicht so leicht zu beantworten. Oft werden vor allem Produktionskosten betrachtet, weshalb neue Technologien wie die additive Fertigung häufig als teuer angesehen werden. Oft vergessen werden jedoch dabei auch indirekte Kosten.

Die Produktionskosten sind nur ein kleiner Teil der Gesamtkosten. Versteckte Mehrkosten lauern wie der unsichtbare Teil eines Eisbergs unter der Oberfläche und sind schwerer zu bewerten. Dazu gehören Messgrößen wie Qualität, Zuverlässigkeit und Flexibilität. Um die tatsächlichen Kosten eines Teils zu verstehen, müssen die Gesamtbetriebskosten (Total Cost of Ownership = TCO), und damit auch der „unsichtbare Teil des Eisbergs“, aufgedeckt werden. Die TCO beschreiben alle direkten und indirekten Kosten während der gesamten Lebensdauer eines Teils - von der Konstruktion, dem Einkauf, der Produktion, der Logistik, der Lagerung und schließlich auch der Entsorgung. Die TCO-Betrachtung macht die Definition der Kosten so zwar komplexer, aber ist gleichzeitig auch die genaueste Rechnung für den Vergleich bestimmter Produktionstechnologien wie beispielsweise Spritzguss und 3D-Druck.

Das Design-Desaster: Wie Fehler sich auf die Kostenstruktur auswirken

Die Zehnerregel der Fehlerkosten besagt folgendes: Für jede Stufe in der Wertschöpfung, in der ein Konstruktionsfehler nicht erkannt wird, werden die Kosten für die Suche und Behebung zehnmal höher. Daher ist es äußerst wichtig, dass das Design direkt im ersten Schritt richtig ist. Wenn beim Spritzgießen beispielsweise ein Konstruktionsfehler auftritt, muss die erstellte Form geändert werden und bereits produzierte, gelagerte Teile müssen verschrottet werden. Dementsprechend muss die Produktion von vorne beginnen. Dies ist sicherlich nicht der effizienteste und nachhaltigste Prozess.

Der 3D-Druck wird als Revolution im Design und Prototyping angesehen. Änderungen am Design können schnell und ohne Mehrkosten vorgenommen werden, um neue Werkzeuge herzustellen. Außerdem können Teile auf Abruf produziert werden, ohne Mindestlosgrößen in der Produktion. Werden nur so viele Teile hergestellt, wie benötigt, können die Kostenauswirkungen von Designfehlern in den verschiedenen Phasen erheblich reduziert werden.

Kosten in der Produktion: Kleinserien vs. Massenproduktion

Um die Produktionskosten zu bestimmen, ist ein Blick auf die fixen und variablen Kosten erforderlich. Fixe Kosten beschreiben Investitionskosten, etwa für Werkzeuge und Formen. Variable Kosten hingegen fallen pro Teil an, zum Beispiel Energiekosten und Löhne. Insgesamt verändern sich die Kosten der Produktion je nach Produktionsmenge drastisch. Dies stellt einen wesentlichen Entscheidungsfaktor beim Vergleich der Kosteneffizienz von 3D-Druck und traditionellen Produktionsverfahren dar.

So zeigt die Grafik unten einen schematischen Vergleich der Stückkosten zwischen Spritzguss und 3D-Druck in Abhängigkeit von der Produktionsmenge. Sie verdeutlicht eine bekannte Tatsache: Je geringer das Volumen, desto wettbewerbsfähiger ist der 3D-Druck.

Bei Spritzgussverfahren muss anfangs viel in Werkzeuge und Betriebsmittel investiert werden. Sobald sich die anfänglichen Investitionskosten jedoch amortisiert haben, wird die traditionelle Fertigung in der Regel wettbewerbsfähiger, da die Stückkosten durch Skaleneffekte weiter sinken. Die additive Fertigung sticht dafür mit niedrigeren Stückkosten bei kleinen Produktionsmengen hervor. Denn für 3D-Druck ist lediglich eine 3D-Datei für die Produktion erforderlich, zusätzliche Werkzeuge müssen nicht produziert werden.

3D-Druck vs. Zerspanung

Additive oder substitutive Fertigungsverfahren?

Versteckte Kosten in der Lieferkette aufdecken

Die mit der Lieferkette verbundenen Kosten nehmen einen großen Teil der versteckten Kostenstruktur eines Teils ein. Bei zentraler Produktion müssen Rohstoffe, Komponenten und Endprodukte oft um die ganze Welt verschickt werden. Dazu kommen - insbesondere bei Ersatzteilen - häufig kostspielige Expresssendungen, sowie das Risiko von Unterbrechungen der Lieferketten, wie jüngste globale Entwicklungen zeigen. Außerdem muss die Fracht durch den Zoll, was eine ziemlich zeitraubende Angelegenheit sein kann.

Wählen Originalgerätehersteller (OEMs) stattdessen eine dezentrale Produktionsstrategie mit mehreren kleineren, weltweit verteilten Produktionsstätten, so erfordert dies weitere Investitionen in Maschinen und Arbeitskräfte. Um die Produktion rentabel zu machen, müssen Mindestbestellmengen eingehalten werden, was eine Lagerhaltung erforderlich macht. Dabei können Lagerteile obsolet werden und müssen verschrottet werden. Lagerkosten entsprechen in der Regel zwischen 12 % und 34 % der Gesamtkosten. Damit bergen sie hohes Einsparpotential für Unternehmen.

Die additive Fertigung in Verbindung mit einem digitalen Warenlager und dezentraler Produktion kann mehrere Herausforderungen der Lieferkette lösen. Ein digitales Warenlager eliminiert die Kosten und Risiken der Lagerung. Teile sind verfügbar, wann immer sie benötigt werden, und können auf Abruf produziert werden. Mit der Auslagerung der Produktion auf weltweit vertretene dezentrale Produktionspartner können die Teile an dem Ort gedruckt werden, an dem sie benötigt werden. Auf diese Weise kann der 3D-Druck nicht nur zu erheblichen Einsparungen führen, sondern auch die Risiken in der Lieferkette mindern.

Industrieller 3D-Druck mit Kunststoffen

Spritzguss und additive Fertigung erfolgreich kombinieren

Folgekosten: Ein kaum vorhersehbares Risiko

Es gibt noch einen weiteren Aspekt, der zwar nicht in den Rahmen von fixen und variablen Kosten passt, aber dennoch einen großen Einfluss auf die Prozessrentabilität hat: die Folgekosten. Darunter versteht man Kosten, die im Budget nicht vorgesehen waren und sich negativ auf die Break-even-Berechnung auswirken können. Folgekosten entstehen häufig aufgrund eines Ausfalls der Produktion. Die Höhe der Kosten ist stark von der Durchlaufzeit abhängig, in der ein fehlendes Ersatzteil geliefert werden kann. Eine Minute Ausfallzeit in der Automobilindustrie kann beispielsweise 22.000 bis 50.000 Dollar kosten, so Thomas.

In solchen zeitkritischen Situationen kann der 3D-Druck eine wichtige Rolle bei der Minderung des Risikos von Lieferverzögerungen führen. Das Teil kann dabei problemlos bei einem lokalen 3D-Druck-Service in der Nähe des Verbrauchers hergestellt werden. Selbst bei Teilen in hohen Stückzahlen, bei denen die herkömmliche Fertigung in der Regel die kosteneffizientere Lösung ist, kann die Einrichtung des 3D-Drucks als ergänzende Fertigungsmethode wirtschaftlich attraktiv sein. Zusätzlich haben Produzierende die Möglichkeit, in Notfällen schnell reagieren zu können. Um von dieser Lösung zu profitieren, braucht der OEM natürlich den richtigen Partner mit einem Netzwerk zuverlässiger Lieferanten, die in industrieller Qualität arbeiten.

Senkung der TCO mithilfe von 3D-Druckplattformen

Glücklicherweise gibt es inzwischen Unternehmen, die den gesamten Prozess im Auftrag von OEMs übernehmen können. Replique zum Beispiel bietet OEMs eine End-to-End-Lösung für die Lieferkette von Morgen an: vom Design über die Qualifizierung für 3D-Druck, digitale Lagerung bis hin zur verschlüsselten dezentralen Produktion auf Abruf. Für OEMs lohnt es sich, über die Möglichkeiten, mit 3D-Druck Gesamtkosten zu senken, zu recherchieren. Denn wer würde es nicht begrüßen, die Wertschöpfungsaktivitäten in der Lieferkette von Produktion bis Versand von einem industriellen Partner übernehmen zu lassen und gleichzeitig seine TCO zu senken?

* Henrike Wonneberger ist COO und Mitbegründerin von Replique, Teil des Venture Builders der BASF.

DIeser Beitrag stammt von unserem Partnerportal www.industry-of-things.de

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