Vom Prototyp zur Serie — wie sich die Kosten der CNC-Bearbeitung verändern

Ein Prototyp für mehrere hundert Zloty und dasselbe Teil in der Serie für einen Bruchteil dieser Summe — für viele Auftraggeber sieht das wie ein Kalkulationsfehler aus. Ist es nicht. Die Kosten der CNC-Bearbeitung haben eine Struktur, in der ein großer Teil des Geldes nicht in die Zerspanung selbst fließt, sondern in die Produktionsvorbereitung. Und die Vorbereitung ist ein Fixkostenblock: Sie verteilt sich auf so viele Teile, wie Sie bestellen.

In diesem Beitrag zerlegen wir den Teilepreis in seine Faktoren: was genau in der Vorbereitung steckt, wie sich das Rüsten auf die Losgröße verteilt, wie ein Richtwert-Index der Stückkosten für 1, 10, 100 und 1000 Stück aussieht und was zu tun ist, damit der Übergang vom Prototyp zur Serie so günstig wie möglich verläuft.

Woraus sich die Kosten der CNC-Bearbeitung zusammensetzen

Der Preis eines zerspanten Teils besteht vereinfacht aus drei Blöcken:

• Produktionsvorbereitung: Analyse der Dokumentation, CAM-Programmierung, Auswahl und Einrichten der Werkzeuge, Konstruktion oder Auswahl der Aufspannung, Einrichten der Maschine und Fertigung des vermessenen Erstmusterteils,
• Maschinenzeit: die Zykluszeit eines Teils multipliziert mit der Stückzahl, plus das Rohmaterial,
• Prüfung und produktionsbegleitende Tätigkeiten: Messungen, Qualitätsdokumentation, Verpackung, Logistik.

Der erste Block ist weitgehend unabhängig von der Stückzahl. Das Programm zum Fräsen eines Gehäuses wird einmal geschrieben — egal, ob die Maschine anschließend 1 Stück oder 500 fertigt. Ebenso beim Drehen: das Bestücken des Revolvers, die Werkzeugkorrekturen und das vermessene Erstmusterteil kosten unabhängig von der Losgröße gleich viel.

Der zweite Block wächst linear mit der Menge. Der dritte teilweise: Die Freigabe des Erstmusterteils ist fix, die Zwischenprüfung hängt von Serie und Anforderungen ab. Eine vollständigere Übersicht der Preisfaktoren finden Sie im Beitrag Was kostet ein CNC-Teil.

Rüsten — ein Fixkostenblock, der sich auf die Stückzahl verteilt

Rechnen wir es an einem Beispiel durch. Die Werte sind beispielhaft und dienen ausschließlich der Veranschaulichung des Mechanismus — sie sind keine Preisliste.

Angenommen, bei einem Frästeil dauert die Vorbereitung (Programmierung, Aufspannung, Einrichten, Erstmusterteil mit Messungen) insgesamt 4 Stunden, und der Bearbeitungszyklus eines Teils beträgt 12 Minuten.

• bei 1 Stück: Sie zahlen 4 Stunden Vorbereitung und 12 Minuten Zerspanung — die Vorbereitung macht über 90% der Zeit aus,
• bei 10 Stück: dieselben 4 Stunden verteilen sich auf 10 Teile, also 24 Minuten Vorbereitung pro Stück,
• bei 100 Stück: auf jedes Teil entfallen nur noch 2,4 Minuten Vorbereitung — weniger als die Zykluszeit selbst,
• bei 1000 Stück: der Anteil der Vorbereitung am Stückpreis ist vernachlässigbar; über die Kosten entscheiden die Optimierung des Zyklus und die Produktionsorganisation.

Deshalb ist „Wie viele Stück?" die erste Frage jeder Kalkulation. Ohne diese Information weiß der Fertiger nicht, ob er das Teil als Prototyp oder als Serie rechnen soll — und der Unterschied im Stückpreis kann ein Mehrfaches betragen.

In der Praxis kommt noch ein weiterer Fixkostenblock hinzu: das Umrüsten zwischen Aufträgen. Je mehr Positionen einer Bestellung ähnliche Werkzeuge und Aufspannungen nutzen, desto weniger Zeit verliert die Maschine zwischen den Teilen — ein zusätzliches Argument dafür, Teile zu Paketen zu bündeln, statt jedes einzeln anzufragen.

Richtwert-Index der Stückkosten: 1, 10, 100 und 1000 Stück

Die folgende Tabelle zeigt den typischen Verlauf der Kostenkurve für ein Teil mittlerer Komplexität. Die Werte sind Richtwerte und Indexzahlen — ein Teil im Los von 1 Stück hat den Index 100, die übrigen zeigen das Verhältnis, keine Preise. Der tatsächliche Verlauf hängt von Geometrie, Werkstoff und Anforderungen ab.

Zwei Schlussfolgerungen aus dieser Kurve. Erstens: Der größte Rückgang des Stückpreises passiert zwischen 1 und 10 Stück — danach flacht die Kurve ab. Zweitens: Bei großen Serien stammen weitere Einsparungen nicht mehr aus der Verteilung des Rüstens, sondern aus Optimierung: kürzere Zyklen, bessere Werkzeuge, weniger Umrüstvorgänge.

Was hilft, günstig vom Prototyp in die Serie zu kommen

Der Übergang in die Serie ist dann günstig, wenn die beim Prototyp geleistete Arbeit nicht verloren geht. In der Praxis helfen:

• ein eingefrorener Zeichnungsstand — jede Konstruktionsänderung nach dem Prototyp bedeutet eine Programmkorrektur, manchmal eine neue Aufspannung und ein neues Erstmusterteil,
• erhaltene Prozessdokumentation — CAM-Programm, Werkzeugkarte und Parameter aus dem Prototyp sind für das Serienlos bereit,
• wiederholgenaue Aufspannungen — Schraubstöcke mit Anschlägen, Vorrichtungen oder einmal gefertigte weiche Backen bedienen alle Folgelose,
• Toleranzen nur dort, wo sie funktionsrelevant sind — ein Verengen „auf Vorrat" verteuert jedes Teil der Serie, was wir im Beitrag Was kostet Genauigkeit vertiefen,
• ein handelsüblich verfügbarer Werkstoff — eine exotische Güte in kleiner Menge kann mehr kosten als die Bearbeitung,
• eine Ankündigung von Wiederholaufträgen — wenn der Fertiger weiß, dass die Lose wiederkommen, kann er in Vorrichtungen investieren und sie über einen längeren Horizont verrechnen.

Es lohnt sich, das schon in der Anfrage klar zu sagen: „Prototyp 2 Stk., Zielserie 200 Stk. pro Quartal". Diese Information verändert, wie der Technologe den Prozess auslegt — von der Rohteilwahl bis zur Aufspannstrategie.

Wiederholaufträge — die zweite Welle der Einsparungen

Die Kostenkurve endet nicht beim ersten Los. Beim zweiten und jedem weiteren Auftrag derselben Position ist die Vorbereitung deutlich kürzer: Das Programm existiert, die Technologie ist beschrieben, die Aufspannungen liegen im Regal, und die Parameter wurden in der ersten Serie geprüft. Es bleiben das Einrichten der Maschine und die Wiederaufnahme der Produktion.

Bedingungen, damit diese Einsparung tatsächlich greift:

• die Zeichnung ändert sich zwischen den Losen nicht, und wenn doch, ist der Änderungsstand klar gekennzeichnet und kommuniziert,
• die Aufträge gehen an den Fertiger zurück, der die Prozessdokumentation des ersten Loses pflegt,
• die Abstände zwischen den Losen sind so vernünftig, dass Vorrichtungen und Werkzeuge noch verfügbar sind.

Das ist ein starkes Argument für die Bündelung der Teile bei einem Zulieferer, statt jedes Los neu auszuschreiben — das Prozesswissen bleibt beim Lieferanten und arbeitet für die künftigen Preise.

Wann sich 10 Stück statt 2 lohnen

Da das Rüsten bei kleinen Mengen dominiert, sind die Gesamtkosten eines 10er-Loses oft nur moderat höher als die eines 2er-Loses. Beispielhaft: Wenn 2 Stück zusammen den Indexwert 210 kosten, können 10 Stück etwa 380-450 kosten — fünfmal mehr Teile für weniger als das doppelte Budget. Das sind Richtwerte, aber der Mechanismus ist universell.

Ein größeres Probelos ist sinnvoll, wenn:

• die Konstruktion bereits stabil ist und Änderungen nach den Tests unwahrscheinlich sind,
• die Teile sich abnutzen oder bei Montageversuchen beschädigt werden können,
• Sie Teile für mehrere Testempfänger gleichzeitig brauchen (Montage, Labor, Kunde),
• das Teil ein Ersatzteil ist und ein Vorrat künftige Stillstände verkürzt.

Umgekehrt: Wenn Sie nach den Prototypentests Geometrieänderungen erwarten, bedeutet ein Vorrat, Geld in Teilen zu binden, die auf dem Schrott landen können. Dann sind 2 Stück und eine schnelle Korrekturschleife die bessere Wahl.

Wenn die Serien dagegen so wachsen, dass Sie über eine eigene Maschine statt externer Aufträge nachdenken, rechnen Sie nüchtern nach — dabei hilft der Beitrag Outsourcing der CNC-Bearbeitung oder eigener Maschinenpark.

Zusammenfassung

Die Kosten der CNC-Bearbeitung sinken in der Serie nicht, weil der Fertiger „Rabatt gibt", sondern weil sich die fixen Vorbereitungskosten auf die Stückzahl verteilen. Der größte Sprung in der Wirtschaftlichkeit liegt zwischen 1 und 10 Stück, und bei großen Serien entscheidet die Zykluszeit über den Preis, nicht das Rüsten. Ein stabiler Zeichnungsstand, wiederholgenaue Aufspannungen und klar angekündigte Mengen sind die einfachsten Hebel zur Senkung des Stückpreises.

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