Eine Preisgestaltung, die sich ausschließlich auf die Laserschneidzeit stützt, kann zwar zu Produktionsaufträgen führen, aber auch ein verlustbringendes Geschäft sein, insbesondere wenn die Gewinnmargen des Blechherstellers gering sind.
Wenn es um die Lieferkette in der Werkzeugmaschinenindustrie geht, sprechen wir üblicherweise über die Produktivität von Werkzeugmaschinen. Wie schnell schneidet Stickstoff Stahl um einen halben Zoll? Wie lange dauert ein Durchstoß? Wie hoch ist die Beschleunigungsrate? Führen wir eine Zeitstudie durch und sehen wir uns die Ausführungszeit an! Das sind zwar gute Ausgangspunkte, aber sind das wirklich Variablen, die wir bei der Suche nach der Erfolgsformel berücksichtigen müssen?
Die Maschinenverfügbarkeit ist für den Erfolg eines Laserunternehmens unerlässlich, doch wir müssen mehr berücksichtigen als nur die reine Zeitersparnis. Ein Angebot, das sich ausschließlich auf Zeitersparnis stützt, kann enttäuschend sein, insbesondere bei geringem Gewinn.
Um mögliche versteckte Kosten beim Laserschneiden aufzudecken, müssen wir den Arbeitsaufwand, die Maschinenverfügbarkeit, die Konstanz der Lieferzeiten und der Teilequalität, mögliche Nacharbeiten und den Materialverbrauch analysieren. Im Allgemeinen lassen sich die Teilekosten in drei Kategorien einteilen: Maschinenkosten, Arbeitskosten (z. B. für gekaufte Materialien oder verbrauchtes Hilfsgas) und Lohnkosten. Diese können weiter in detailliertere Kostenbestandteile aufgeschlüsselt werden (siehe Abbildung 1).
Bei der Berechnung der Arbeitskosten oder der Kosten eines Bauteils fließen alle Positionen aus Abbildung 1 in die Gesamtkosten ein. Es wird etwas kompliziert, wenn wir Kosten in einer Spalte erfassen, ohne die Auswirkungen auf die Kosten in einer anderen Spalte angemessen zu berücksichtigen.
Die Idee, Materialien optimal zu nutzen, mag nicht jeden begeistern, doch wir müssen ihre Vorteile gegen andere Faktoren abwägen. Bei der Kostenberechnung eines Bauteils zeigt sich, dass in den meisten Fällen das Material den größten Anteil ausmacht.
Um das Material optimal zu nutzen, können wir Strategien wie das kollineare Schneiden (CLC) einsetzen. CLC spart Material und Bearbeitungszeit, da zwei Kanten des Werkstücks gleichzeitig mit einem Schnitt erzeugt werden. Diese Technik hat jedoch einige Einschränkungen. Sie ist stark geometrieabhängig. Kleine, kippgefährdete Teile müssen zur Gewährleistung der Prozessstabilität zusammengefügt werden, und jemand muss diese Teile anschließend wieder trennen und gegebenenfalls entgraten. Dies verursacht zusätzlichen Zeit- und Arbeitsaufwand.
Das Trennen von Teilen gestaltet sich besonders bei dickeren Materialien schwierig. Laserschneidtechnologie ermöglicht die Herstellung von „Nano“-Etiketten mit einer Dicke von weniger als der Hälfte der Schnittdicke. Die Herstellung dieser Etiketten beeinträchtigt die Laufzeit nicht, da die Laserstrahlen im Schnitt verbleiben; nach dem Erstellen der Etiketten ist kein erneutes Zuführen von Material erforderlich (siehe Abb. 2). Solche Verfahren sind jedoch nur auf bestimmten Maschinen anwendbar. Dies ist nur ein Beispiel für die jüngsten Fortschritte, die nicht länger zwangsläufig zu einer Verlangsamung des Prozesses führen.
CLC ist stark von der Geometrie abhängig. Daher geht es in den meisten Fällen darum, die Bahnbreite im Verschachtelungsbereich zu reduzieren, anstatt sie vollständig zu eliminieren. Das Netzwerk wird verkleinert. Das ist an sich gut, aber was passiert, wenn sich das Werkstück neigt und eine Kollision verursacht? Werkzeugmaschinenhersteller bieten verschiedene Lösungen an, eine allgemein verfügbare Methode ist das Hinzufügen eines Düsenversatzes.
Der Trend der letzten Jahre geht dahin, den Abstand zwischen Düse und Werkstück zu verringern. Der Grund ist einfach: Faserlaser sind schnell, und große Faserlaser sind extrem schnell. Eine deutliche Produktivitätssteigerung erfordert eine gleichzeitige Erhöhung des Stickstoffdurchflusses. Leistungsstarke Faserlaser verdampfen und schmelzen das Metall im Schnittbereich wesentlich schneller als CO₂-Laser.
Anstatt die Maschine zu verlangsamen (was kontraproduktiv wäre), passen wir die Düse an das Werkstück an. Dadurch erhöht sich der Durchfluss von Hilfsgas durch die Aussparung, ohne den Druck zu steigern. Klingt vielversprechend, doch der Laser bewegt sich weiterhin sehr schnell, und die Neigung wird zu einem größeren Problem.
Abbildung 1. Drei Schlüsselfaktoren, die die Kosten eines Bauteils beeinflussen: Ausrüstung, Betriebskosten (einschließlich Material und Hilfsgas) und Arbeitskosten. Diese drei Faktoren tragen jeweils zu einem Teil der Gesamtkosten bei.
Wenn Ihr Programm Schwierigkeiten beim Wenden des Werkstücks hat, empfiehlt sich eine Schneidtechnik mit größerem Düsenversatz. Ob diese Strategie sinnvoll ist, hängt von der Anwendung ab. Es gilt, die erforderliche Programmstabilität mit dem erhöhten Zusatzgasverbrauch, der mit einem größeren Düsenversatz einhergeht, abzuwägen.
Eine weitere Möglichkeit, das Umkippen von Teilen zu verhindern, ist die Zerstörung des Sprengkopfes, die manuell oder automatisch per Software erfolgen kann. Auch hier stehen wir vor einer Entscheidung. Die Zerstörung des Abschnittskopfes verbessert zwar die Prozesszuverlässigkeit, erhöht aber gleichzeitig die Kosten für Verbrauchsmaterialien und verlangsamt die Programme.
Die logischste Methode, um zu entscheiden, ob man die Zerstörung durch einzelne Teile (Slug Destroys) einsetzt, besteht darin, das Fallenlassen von Teilen zu prüfen. Ist dies möglich und lässt sich eine Kollision nicht sicher programmieren, stehen uns mehrere Optionen zur Verfügung. Wir können Teile mit Mikroverriegelungen befestigen oder Metallstücke abtrennen und diese sicher fallen lassen.
Wenn das Problem das gesamte Bauteil betrifft, bleibt uns keine andere Wahl, als es zu markieren. Liegt das Problem hingegen im internen Profil, müssen wir den Zeit- und Kostenaufwand für die Reparatur und das Auseinanderbrechen des Metallblocks abwägen.
Nun stellt sich die Frage nach den Kosten. Erschwert das Hinzufügen von Mikromarkierungen die Entnahme eines Teils oder Blocks aus einem Gefüge? Wenn wir den Sprengkopf zerstören, verlängern wir die Laufzeit des Lasers. Ist es günstiger, zusätzliche Arbeitsstunden für die Teiletrennung einzuplanen oder die Arbeitszeit in den Stundensatz der Maschine einzurechnen? Angesichts der hohen Stundenleistung der Maschine hängt die Entscheidung wahrscheinlich davon ab, wie viele Teile in kleine, sichere Stücke zerteilt werden müssen.
Die Arbeitskosten sind ein enormer Kostenfaktor und müssen im Wettbewerb auf einem Niedriglohnmarkt unbedingt kontrolliert werden. Laserschneiden erfordert Arbeitsaufwand für die Erstprogrammierung (wobei die Kosten bei Folgeaufträgen sinken) sowie für die Maschinenbedienung. Je automatisierter die Maschinen sind, desto geringer ist der Stundenlohn des Laserbedieners.
„Automatisierung“ beim Laserschneiden bezieht sich üblicherweise auf die Materialbearbeitung und -sortierung, moderne Laser bieten jedoch darüber hinaus viele weitere Automatisierungsmöglichkeiten. Moderne Maschinen sind mit automatischem Düsenwechsel, aktiver Schnittqualitätskontrolle und Vorschubregelung ausgestattet. Es handelt sich zwar um eine Investition, die sich aber durch die erzielten Arbeitsersparnisse amortisieren kann.
Die Stundenvergütung von Lasermaschinen hängt von der Produktivität ab. Stellen Sie sich eine Maschine vor, die in einer Schicht das schafft, wofür früher zwei Schichten nötig waren. In diesem Fall kann die Umstellung von zwei auf eine Schicht die Stundenleistung der Maschine verdoppeln. Da jede Maschine mehr produziert, reduziert sich die Anzahl der benötigten Maschinen für die gleiche Arbeitsmenge. Durch die Halbierung der Laseranzahl halbieren wir die Lohnkosten.
Diese Einsparungen sind natürlich dahin, wenn sich unsere Anlagen als unzuverlässig erweisen. Verschiedene Prozesstechnologien tragen zu einem reibungslosen Laserschneidprozess bei, darunter die Maschinenzustandsüberwachung, die automatische Düsenprüfung und Umgebungslichtsensoren, die Verschmutzungen auf dem Schutzglas des Schneidkopfes erkennen. Dank intelligenter moderner Maschinenschnittstellen können wir heute die verbleibende Zeit bis zur nächsten Wartung anzeigen.
All diese Funktionen tragen dazu bei, bestimmte Aspekte der Maschinenwartung zu automatisieren. Unabhängig davon, ob wir Maschinen mit diesen Funktionen besitzen oder die Geräte auf altbewährte Weise (mit Fleiß und Engagement) warten, müssen wir sicherstellen, dass die Wartungsarbeiten effizient und termingerecht erledigt werden.
Abbildung 2. Die Fortschritte beim Laserschneiden konzentrieren sich weiterhin auf das Gesamtbild und nicht nur auf die Schnittgeschwindigkeit. Beispielsweise erleichtert diese Methode des Nanobondings (das Verbinden zweier entlang einer gemeinsamen Linie geschnittener Werkstücke) die Trennung dickerer Teile.
Der Grund ist einfach: Maschinen müssen in optimalem Betriebszustand sein, um eine hohe Gesamtanlageneffektivität (OEE) zu gewährleisten: Verfügbarkeit x Produktivität x Qualität. Oder, wie es auf oee.com heißt: „[OEE] definiert den Prozentsatz der tatsächlich effektiven Produktionszeit. Eine OEE von 100 % bedeutet 100 % Qualität (ausschließlich Qualitätsteile), 100 % Leistung (höchste Leistung) und 100 % Verfügbarkeit (keine Ausfallzeiten).“ Eine OEE von 100 % ist in den meisten Fällen unerreichbar. Der Branchenstandard liegt bei etwa 60 %, wobei die typische OEE je nach Anwendung, Maschinenanzahl und Komplexität des Betriebs variiert. In jedem Fall ist eine exzellente OEE ein erstrebenswertes Ziel.
Stellen Sie sich vor, wir erhalten eine Angebotsanfrage über 25.000 Teile von einem großen und renommierten Kunden. Die reibungslose Abwicklung dieses Auftrags kann sich erheblich auf das zukünftige Wachstum unseres Unternehmens auswirken. Wir bieten daher 100.000 US-Dollar, und der Kunde nimmt das Angebot an. Das ist eine gute Nachricht. Die schlechte Nachricht: Unsere Gewinnmargen sind gering. Daher müssen wir eine möglichst hohe Gesamtanlageneffektivität (OEE) sicherstellen. Um Gewinn zu erzielen, müssen wir alles daransetzen, die blaue Fläche in Abbildung 3 zu vergrößern und die orange Fläche zu verkleinern.
Bei geringen Gewinnmargen können unvorhergesehene Ereignisse die Gewinne schmälern oder sogar zunichtemachen. Kann eine fehlerhafte Programmierung meine Düse beschädigen? Kann ein defektes Schnittmessgerät mein Sicherheitsglas verunreinigen? Ich hatte einen ungeplanten Produktionsausfall und musste die Produktion für vorbeugende Wartungsarbeiten unterbrechen. Wie wirkt sich das auf die Produktion aus?
Mangelhafte Programmierung oder Wartung können dazu führen, dass die erwartete Vorschubgeschwindigkeit (und damit die zur Berechnung der Gesamtbearbeitungszeit verwendete Vorschubgeschwindigkeit) geringer ausfällt. Dies reduziert die Gesamtanlageneffektivität (OEE) und verlängert die Produktionszeit – selbst ohne dass der Bediener die Produktion unterbrechen muss, um Maschinenparameter anzupassen. Die Fahrzeugverfügbarkeit ist dann gefährdet.
Werden die von uns gefertigten Teile tatsächlich an Kunden geliefert oder landen manche im Müll? Schlechte Qualitätswerte in den OEE-Berechnungen können sich wirklich negativ auswirken.
Die Produktionskosten beim Laserschneiden werden wesentlich detaillierter betrachtet als nur anhand der reinen Laserzeit. Moderne Werkzeugmaschinen bieten zahlreiche Möglichkeiten, Herstellern die nötige Transparenz zu ermöglichen, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Um profitabel zu sein, müssen wir alle versteckten Kosten kennen und verstehen, die beim Verkauf unserer Produkte anfallen.
Bild 3 Insbesondere bei sehr schmalen Rändern müssen wir den Orangeanteil minimieren und den Blauanteil maximieren.
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Veröffentlichungsdatum: 28. August 2023