Wie smartes Produktdesign die Fertigungskosten reduziert

Funktionalität und Leistungsfähigkeit allein machen noch kein gutes Produktdesign aus. Um die Anforderungen der Kunden zu erfüllen, müssen Hersteller bereits während des Designprozesses zusätzliche Faktoren wie behördliche Auflagen, Stückkosten und logistische Rahmenbedingungen berücksichtigen. Wer diese Ziele im Blick behält, kann auch langfristig von einem durchdachten Design profitieren.

Die Konzeptions- und Designphase von Produkten ist in den letzten Jahren insbesondere bei der Suche nach neuen Einsparungsmöglichkeiten für viele Hersteller in den Vordergrund gerückt. Zu Recht, denn der Großteil der Fertigungskosten eines Produkts hängt davon ab, wie vorausschauend und umsichtig Ingenieure beim Design vorgehen. Ein Paradebeispiel für smartes Industriedesign, das Funktionalität mit Kosteneffizienz vereint, ist die Cola-Dose. Ihr Design wurde über die letzten Jahrzehnte hinweg kontinuierlich weiterentwickelt, um beispielsweise Gewicht und Materialkosten zu sparen. Als Hersteller 1957 erstmals einen flachen statt einen konischen Deckel entwarfen, konnten die Getränkedosen zudem leichter gestapelt, transportiert und gelagert werden – was zu enormen Einsparungen im Vertrieb und Logistik führte.

Neue Konzepte wie „Design for Manufacturability“, „Design for Assembly“ oder „Design for Automation“ versuchen diesem Beispiel zu folgen und Kosten-, Qualitäts- und Effizienzmaßnahmen der Fertigung effektiv in das Produktdesign zu integrieren. Das gilt auch für das sogenannte „Design for Supply Chain“ (DfSC).

Smartes Produktdesign: Was ist Design for Supply Chain?

Die Lieferkette im Produktdesign mitzudenken ist angesichts volatiler Märkte und zunehmender Unsicherheiten heute wichtiger denn je. Eine Lieferkette, die höchste Zuverlässigkeit zu den niedrigsten Gesamtkosten (und geringsten Risiken) verspricht, kann über den langfristigen Erfolg eines Produkts unterscheiden und Hersteller vom Wettbewerb abheben. Prinzipiell beschreibt Design for Supply Chain die Notwendigkeit, die Kosten der ausgewählten Komponenten und Materialien, die Herstellbarkeit, sowie die Kapazität und Skalierbarkeit der Lieferkette bereits in der Konzeption eines Produkts zu berücksichtigen. Ziel ist es, eine lückenlose Supply Chain und fristgerechte Auslieferung an die Kunden sicherzustellen.

Um dies zu erfüllen, müssen Ingenieure frühzeitig mögliche Probleme und Herausforderungen in Betracht ziehen, die bei der Überführung eines Produkts in die Fertigung auftreten können. Fallen beispielweise die Rohmaterialkosten pro Einheit deutlich höher aus, als es das vorab definierte Budget zulässt? Oder ist die Fertigung in hoher Stückzahlen nur nach einem zusätzlichen Re-Design möglich? Solche Szenarien können schnell die Markteinführung verzögern, die Funktionalität eines Produkts einschränken, Kosten explodieren lassen und letztendlich auch die Beziehung zum Kunden nachhaltig schaden.

Supply-Chain-Experten beim Produktdesign früh mitreden lassen

DfSC-orientierte Hersteller stellen daher schon zu einem frühen Zeitpunkt eine enge Zusammenarbeit zwischen Supply-Chain-Experten und Entwicklerteam sicher. Gemeinsam können so bei jedem Konzeptionsschritt neue Möglichkeiten ausgelotet werden, um das Produkt hinsichtlich der Lieferkette zu optimieren. Je früher diese Zusammenarbeit beginnt, desto proaktiver und schneller können später unerwartete Szenarien und Herausforderungen bewältig werden.

Drei Schlüsselaspekte für gutes Produktdesign

Ein gutes Produktdesign umfasst heute nicht nur Funktionalität und Benutzerfreundlichkeit, sondern beinhaltet auch eine kosteneffiziente Fertigung und eine skalierbare Lieferkette, die die regulatorischen Standards in drei zentralen Punkten erfüllen:

1. Qualität: Die regulatorischen Anforderungen für die Inmarktbringung eines Produkts unterscheiden sich von Branche zu Branche. Dementsprechend umfassend müssen die Compliance-Vorgaben im Designprozess identifiziert und realisiert werden. Dazu gehören unter anderem ISO 13485 für medizinische Geräte, EN 9100 für die Luft- und Raumfahrtindustrie oder ATEX-Explosionsschutz. Die Einhaltung von gesetzlichen Vorgaben setzt ein langjähriges Knowhow über die Zulassungsvoraussetzungen einzelner Märkte sowie aktuellen Änderungen voraus. In der Medizin beispielsweise setzt die US-amerikanische Arzneimittelzulassungsbehörde FDA seit Jahren in vielen Bereichen der Zulassung und Überwachung von Medizinprodukten internationale Standards. In der EU gilt es, die Richtlinien sowie jeweiligen Umsetzungen der einzelnen Mitgliedstaaten zu kennen.

2. Stückkosten: Um die Stückkosten niedrig zu halten, muss das Design einerseits auf Entwicklerseite kontinuierlich auf innovative und kosteneffektive Teillösungen überprüft werden. Gleichzeitig gilt es unter dem Blickpunkt der Supply Chain alternative Wege der Materialbeschaffung sowie neue Zulieferer zu untersuchen. In Kombination mit Ansätzen des „Design for Cost (DfC)“ können Hersteller die „Produzierbarkeit“ einzelner Komponenten optimieren. Plexus erkannte zum Beispiel bei der Realisierung eines Produkts, dass der extrudierte Aluminiumrahmen ein zu hohes Gewicht sowie extrem enge Toleranzen aufwies. Änderungen beim Design führten zu einer Gewichtsreduzierung von 22% und einer Verbesserung der Oberfläche. Dadurch konnte der EMS-Dienstleister die Qualität des Produkts sowie die Reproduzierbarkeit verbessern und Stückkosten reduzieren.

3. Time-to-Market: Bei der Markteinführungszeit gilt es mehrere Aspekte zu berücksichtigen:

• Auswahl der Zulieferer: Die Suche nach dem richtigen Partner innerhalb der Supply Chain kann Zeit kosten: Zulieferer sollten idealerweise in Nähe des Herstellerstandorts operieren und eine hohe Skalierbarkeit bieten, um wenn nötig Kapazitäten bedarfsgerecht anzupassen. Gleichzeitig müssen die erforderlichen Akkreditierungen vorliegen und Qualitätsanforderungen erfüllt werden. Hersteller, die kurzfristig gezwungen sind auf alternative Partner umzusteigen, verlieren wertvolle Zeit und müssen im Worst-Case-Szenario das Produktdesign hinsichtlich fehlender Komponenten erneut überarbeiten.
• Tooling: Die Herstellung von Werkzeugen oder Werkzeugbestandteilen muss sorgfältig in den vorgegebenen Zeitplan eingeplant werden. Wer schon früh Entscheidungen treffen kann, welche Soft/Hard-Tools bei der Fertigung nötig sind, kann langfristig Zeit und Kosten sparen. Entscheidend für das Tooling ist die genaue Planung des Produktionsvolumens sowie ein ganzheitlicher Überblick des Produktlebenszyklus – angefangen bei der Konzeption bis hin zum End-of-Life.
• Verkürzen der Fertigungszeit: Ob eine Komponente in Eigenfertigung oder über einen Lieferanten bezogen wird (Make-or-Buy), kann letztendlich über eine kürzere oder längere Fertigungsdauer entscheiden. Ein gutes Beispiel ist hier eine sogenannte „Clam-Shell“. Die Klappkonstruktion, wie sie bei Notebooks verwendet wird, setzt sich aus verklebten Metall-Spritzguss-Scharnieren sowie anderen Kunststoffteilen zusammen. Hier stehen Hersteller vor der Wahl, das Bauteil selbst vor Ort zusammenzufügen oder von einem ausgewählten Zulieferer vormontieren zu lassen. Höhere Materialkosten sind hier mit einem geringeren Aufwand in der eigenen Fertigung, dem Transport und der Lagerung der Teile sowie der Abwicklung und Koordination mit unterschiedlichen Zulieferern abzuwägen.

Stückkosten für medizinische Einweggeräte

Wie stark sich das Produktdesign auf die Stückkosten eines Produkts auswirken kann, zeigt das Beispiel eines medizinischen Einweggerätes, das Plexus für einen seiner Kunden realisierte. Da die Materialkosten des ursprünglichen Konzepts weit über dem geplanten Budget lagen, prüften die Supply-Chain-Experten des EMS-Dienstleisters gemeinsam mit dem Hersteller das Design und konnte eine Reihe an Einsparungsmöglichkeiten identifizieren, ohne die Funktionalität des Produkts zu beeinträchtigen. Dazu zählten folgende Maßnahmen:

• Einbeziehen von regionalen Zulieferern zu deutlich niedrigeren Kosten
• Verhandeln von Angeboten mit Partnern und Zulieferern, vor allem in Bezug auf kritische Aspekte der Fertigung
• Ausschöpfen von Preisvorteile bei Mengeneinkäufen
• Einbeziehen von Zulieferern und Entwicklern für eine Design for Manufacturing (DfM)-Analyse, um Kosten- und Zeitvorteile von neuen Technologien und innovativen Verfahren zu evaluieren
• Entwickeln von optimierten Fertigungsprozessen
• Hardwarestandardisierung und Konsolidierung

Für die Planung und Umsetzung dieser Maßnahmen musste der Zeitplan entsprechend angepasst und um rund zweieinhalb Monate verlängert werden. Eine Investition, die sich jedoch langfristig für den Hersteller auszahlte: So lagen die Stückkosten des Single-Use-Devices vor dem Beginn der Evaluierung 31% über dem Zielpreis. Durch DfM und DfSC ließen sich die Kosten deutlich reduziert und mit bis zu 2%-Abweichung an den Zielpreis anpassen. Damit konnte der Kunde allein im ersten Jahr zwei Millionen US-Dollar in der Fertigung einsparen.

Je komplexer die Produkte, desto wichtiger wird es für Hersteller, beim Produktdesign langfristig und ganzheitlich Fertigung und Supply Chain mitzudenken. Nur so können sie langfristig Kosten einsparen, ohne an Innovationskraft und Wettbewerbsfähigkeit zu verlieren.

Lesen Sie auch: Generatives Design und KI-Lösungen: Schneller vom Entwurf zum Produkt