Optimierung der Materialausnutzung und Beschaffungsstrategien
Der mit Abstand größte Kostenfaktor bei der Metallverarbeitung ist das Rohmaterial, das typischerweise 50–70 % der gesamten Produktionskosten ausmacht. Die Senkung der Fertigungskosten beginnt mit einer strategischen Beschaffung des Materials und einer effizienten Verschnittplanung. Der Einkauf von Stahlcoils statt vorgeschnittener Bleche ermöglicht es Verarbeitern, die Coils zu schlitten und auf exakt die erforderlichen Teilabmessungen zuzuschneiden, wodurch Randabfälle und Endreste vermieden werden, die bei der Verwendung standardisierter Blechgrößen bis zu 10–15 % des Materialabfalls ausmachen können. Moderne Verschnittsoftware optimiert die Anordnung der Teile auf jeder Platte oder jedem Coil und erreicht bei Serienfertigung Auslastungsraten von über 90 %. Für Hersteller kundenspezifischer Metallteile führt die Bündelung von Aufträgen in standardisierte Dickenbereiche sowie die Wiederverwendung von Reststücken für kleinere Komponenten zu einer Reduzierung der Entsorgungskosten für Ausschuss. Zudem gewährleistet die Beschaffung von Qualitätsmaterial mit Werksprüfbescheinigungen konsistente mechanische Eigenschaften und verhindert Nacharbeit aufgrund von Materialeigenschaftsschwankungen. Die Zusammenarbeit mit Lieferanten, die Just-in-Time-Lieferung anbieten, minimiert die Lagerhaltungskosten und verringert das Risiko von Korrosionsschäden während längerer Lagerzeiten. Durch die Integration der Materialoptimierung bereits in die Konstruktionsphase können Konstrukteure Standardprofilgrößen und -dicken festlegen, die unmittelbar aus dem Lager verfügbar sind, wodurch teure Sonderwalzungen oder lange Lieferzeiten vermieden werden.
Optimierung der Fertigungsprozesse durch Automatisierung und Lean-Methoden
Arbeits- und Verarbeitungskosten stellen die zweite große Ausgabenkategorie dar und werden unmittelbar durch die Fertigungseffizienz und die Durchsatzleistung beeinflusst. Die Investition in automatisierte Anlagen – beispielsweise Faser-Laserschneidanlagen, CNC-Abkantpressen mit robotergestützter Werkstückhandhabung sowie adaptive Roboter-Schweißzellen – verkürzt die Zykluszeiten und minimiert den Eingriff des Bedienpersonals. So kann beispielsweise ein KI-gesteuertes Laserschneiden mit Echtzeit-Anpassung der Prozessparameter die Schneidzeit im Vergleich zum konventionellen thermischen Schneiden um 20–30 % reduzieren, während automatisierte Verschnittplanung und Offline-Programmierung Stillstandszeiten der Maschinen zwischen den Aufträgen vollständig eliminieren. Zu den Lean-Manufacturing-Prinzipien in der Metallverarbeitung zählen die Reduzierung von Rüstzeiten mittels Schnellwechselwerkzeugen, die Implementierung eines Einzelstücksflusses für Kleinserienfertigung sowie die Standardisierung von Schweißverfahren zur Minimierung des Verbrauchsmaterialverschlechts. Durch das Cross-Training von Mitarbeitern für mehrere Prozesse (Schneiden, Biegen, Schweißen) wird die Flexibilität der Belegschaft erhöht und die Abhängigkeit von spezialisiertem Personal verringert. Regelmäßige präventive Wartung von Schneid- und Umformmaschinen verhindert ungeplante Ausfallzeiten, die Produktionsabläufe stören könnten. Zudem ermöglicht die Qualitätskontrolle während der Fertigung – etwa mithilfe von Koordinatenmessmaschinen oder Bildverarbeitungssystemen – eine frühzeitige Erkennung von Fehlern und vermeidet kostspielige Nacharbeiten in der Endmontage. Für Fertiger mit einer breiten Produktpalette bei geringen Losgrößen bietet eine zellulare Fertigungsanordnung Vorteile: Dabei werden unterschiedliche Maschinen (Laser, Abkantpresse, Schweißstation) zu Zellen zusammengefasst, um Bauteilfamilien mit ähnlichen Geometrien gemeinsam zu bearbeiten; dies reduziert den Materialtransport sowie den Bestand an Fertigungsteilen im Zwischenstadium.
Konstruktion für die Fertigung und Wertanalyse
Wesentliche Kostensenkungen werden bereits in der Entwurfsphase durch die Anwendung von Konstruktionsprinzipien für die Fertigungsgerechtigkeit (Design for Manufacturability, DFM) erzielt, die die Geometrie der Bauteile vereinfachen und die Anzahl der Fertigungsschritte reduzieren. Der Ersatz mehrerer geschweißter Komponenten durch ein einzelnes, mittels Laserschneiden zugeschnittenes und gebogenes Teil eliminiert Schweißzusatzwerkstoffe, Spannzeitaufwand sowie Nachbearbeitung nach dem Schweißen. Die Festlegung von Biegeradien, die mit Standardwerkzeugen kompatibel sind (z. B. Innenradius gleich Materialdicke), vermeidet Sonderwerkzeugkosten und verkürzt die Rüstzeit. Die Auslegung von Bauteilen mit einheitlicher Materialdicke innerhalb einer Baugruppe ermöglicht das Nesting verschiedener Komponenten auf derselben Blechtafel und maximiert so die Materialausbeute. Für strukturelle Anwendungen kann der Einsatz hochfester Stahlsorten (z. B. ASTM A572 Grad 50 statt A36) die erforderliche Plattendicke verringern und dadurch Gewicht sowie Kosten um bis zu 20 % senken, ohne die Tragfähigkeit einzubüßen. Eine kritische Überprüfung der Toleranzanforderungen – beispielsweise die Auflockerung nicht kritischer Maßtoleranzen von ±0,5 mm auf ±1,0 mm – reduziert Prüfzeitaufwand und Ausschussquote. Eine frühzeitige Einbindung von Blechverarbeitern in der Entwurfsphase hilft, potenzielle Fertigbarkeitsprobleme zu identifizieren, wie etwa eingeschränkten Zugang für Schweißarbeiten, scharfe Innenwinkel, die einen Laserstich erfordern, oder Merkmale, die sekundäre Bearbeitungsschritte notwendig machen würden. Wertanalyse-Reviews bewerten Funktion im Verhältnis zu Kosten und zeigen häufig, dass teure Oberflächenbeschichtungen (z. B. Feuerverzinkung) für Innenanwendungen durch kostengünstigere Alternativen (z. B. Pulverbeschichtung) ersetzt werden können, ohne die Nutzungsdauer zu beeinträchtigen. Durch die Integration von DFM-Prinzipien in den Produktentwicklungsprozess können Hersteller Kostensenkungen bei der Fertigung von 15–30 % erreichen, ohne Leistung oder Qualität einzubüßen.
