CAD-basierte Kostenkalkulation

Mit der zunehmenden Digitalisierung der Fertigungsprozesse hat sich die Integration von CAD-Daten in die Arbeitsabläufe der Kostenkalkulation als vielversprechende Lösung zur Verbesserung von Genauigkeit und Effizienz erwiesen. Das Potenzial der CAD-basierten Kalkulation, die Art und Weise, wie Hersteller ihre Produktionskosten kalkulieren, zu „revolutionieren“, hat in der Industrie große Begeisterung ausgelöst.

Die Verwendung von CAD-Daten in der Kostenkalkulation bietet mehrere überzeugende Vorteile:

• Präzision: CAD-Modelle liefern exakte geometrische Informationen, die eine genauere Schätzung der Materialmenge ermöglichen und so den Ausschuss verringern können.
• Schnelligkeit: Die automatisierte Analyse von CAD-Daten kann die für die Kostenschätzung benötigte Zeit erheblich verkürzen und damit schnellere Angebots- und Entscheidungsprozesse ermöglichen.
• Konsistenz: Da die Berechnungen auf standardisierten CAD-Daten basieren, können Unternehmen konsistentere Kostenschätzungen für verschiedene Projekte und Teams erzielen.
• Optimierung der Konstruktion: Frühzeitiges Kostenfeedback auf der Grundlage von CAD-Daten kann in Konstruktionsentscheidungen einfließen und möglicherweise zu kostengünstigeren Produkten führen (Design-to-Cost).

Theoretisch schafft die Integration von CAD-Daten in den Kalkulationsprozess einen rationalisierten, effizienten Arbeitsablauf:

• Automatische Erkennung von Merkmalen: Fortschrittliche Software kann CAD-Modelle analysieren, um bestimmte Merkmale wie Löcher, Taschen oder komplexe Oberflächen zu erkennen, die sich direkt auf die Herstellungskosten auswirken.
• Materialberechnung: Durch die genaue Bestimmung des Volumens und der Oberfläche von Teilen ermöglichen die CAD-Daten eine präzise Berechnung des Materialbedarfs und der damit verbundenen Kosten.
• Prozessplanung: Auf Grundlage der im CAD-Modell identifizierten Geometrie und Merkmale kann die Software geeignete Fertigungsverfahren vorschlagen und die für jeden Arbeitsgang erforderliche Zeit abschätzen.
• Schätzung des Werkzeugbedarfs: Anhand der CAD-Daten kann die Komplexität und Menge der benötigten Werkzeuge bestimmt werden, was eine genauere Abschätzung der damit verbundenen Kosten ermöglicht.
• Analyse von Baugruppen: Die Komplexität des Montageprozesses von mehrteiligen Baugruppen lässt sich anhand der CAD-Daten abschätzen, was eine präzisere Schätzung der Arbeitskosten ermöglicht.
• Design-Iteration: Bei Änderungen am CAD-Modell erfolgt eine automatische Aktualisierung der Kostenkalkulationen, sodass ein Echtzeit-Feedback über die finanziellen Auswirkungen von Konstruktionsentscheidungen gewährleistet ist.

Dieser theoretische Arbeitsablauf verspricht einen Grad an Automatisierung und Genauigkeit, der den Kostenschätzungsprozess erheblich verbessern könnte. Allerdings zeigen wir in den folgenden Abschnitten auf, dass die Realität der CAD-basierten Kalkulation häufig wesentlich komplexer und von diversen Irrglauben geprägt ist, die zu ungenauen oder unvollständigen Kostenberechnungen führen können.

Einer der häufigsten Irrglauben in Bezug auf CAD-basierte Kostenkalkulationen besteht darin, dass die CAD-Daten allein alle erforderlichen Informationen für präzise Kostenschätzungen liefern. CAD-Modelle sind zweifellos reichhaltige Informationsquellen, die jedoch naturgemäß Einschränkungen aufweisen. Diese führen zu unvollständigen oder ungenauen Kostenberechnungen führen, wenn man sich ausschließlich auf sie stützt.

CAD-Daten eignen sich hervorragend für die Bereitstellung präziser geometrischer Informationen über ein Bauteil oder eine Baugruppe. Die Geometrie ist jedoch nur ein Teil des Puzzles für die Kostenkalkulation. Ein CAD-Modell kann die genauen Abmessungen, das Volumen und die Oberfläche eines Bauteils angeben, aber es enthält keine Informationen über:

• Erforderliche Fertigungsverfahren
• Materialeigenschaften und -kosten
• Lohnkosten und Qualifikationsanforderungen
• Möglichkeiten und Grenzen der Ausrüstung
• Produktionsvolumen und Skaleneffekte

Bei komplexeren Baugruppen werden sehr häufig nicht alle Einzelteile vom Konstrukteur ausdetailliert. Dies geschieht z.B. bei Kaufteilen, die über einfache Darstellungen abgebildet werden.

Die ausschließliche Verwendung geometrischer Daten für die Kostenkalkulation kann zu stark vereinfachten Berechnungen führen, die die Komplexität der realen Fertigung nicht berücksichtigen.

Um genauere Kostenkalkulationen zu erstellen, müssen neben den CAD-Daten mehrere Faktoren berücksichtigt werden:

• Materialien: Ein CAD-Modell kann zwar einen Materialtyp angeben, liefert aber keine Informationen über Materialkosten, Verfügbarkeit oder mögliche Alternativen. Diese Faktoren können einen erheblichen Einfluss auf die Gesamtkosten haben und je nach Marktbedingungen und Lieferantenbeziehungen variieren. Ein wesentlicher Faktor hierbei ist auch die Information über die Rohteilgeometrie und das damit verbundene Verschnitt- oder Zerspanungsvolumen.
• Kaufteile, DIN-Normteile: Diese sind sehr häufig nicht in den CAD-Daten mit relevanten Preisen hinterlegt. Eine automatisierte Berechnung führt hierbei zu völlig falschen Ergebnissen.
• Prozesse: Das optimale Herstellungsverfahren für ein Bauteil ergibt sich nicht immer allein aus seiner Geometrie. Faktoren wie Produktionsvolumen, erforderliche Toleranzen und verfügbare Anlagen beeinflussen die Prozessauswahl und die damit verbundenen Kosten.
• Personal: CAD-Daten berücksichtigen nicht das für die Fertigung, Montage oder Endbearbeitung erforderliche Qualifikationsniveau. Die Arbeitskosten können je nach Komplexität, erforderlichem Fachwissen und geografischem Standort stark variieren.

Da CAD-gestützte Kalkulationstools immer ausgereifter werden, herrscht zunehmend der Irrglaube, dass diese automatisierten Systeme die menschliche Expertise bei der Kostenschätzung vollständig ersetzen können. Obwohl diese Tools zweifellos die Effizienz steigern und wertvolle Erkenntnisse liefern, bleibt die Rolle menschlicher Expertise weiterhin von entscheidender Bedeutung, um genaue und kontextgerechte Kostenkalkulationen zu gewährleisten.

Menschliche Erfahrung bringt ein Maß an Differenziertheit und kontextbezogenem Verständnis mit sich, das automatisierte Systeme oft nur schwer nachbilden können:

• Prozessauswahl: Erfahrene Kalkulatoren können auf der Grundlage von Faktoren, die aus den CAD-Daten allein nicht ersichtlich sind, wie z. B. Produktionsvolumen, Materialeigenschaften und verfügbare Ausrüstung, schnell die am besten geeigneten Fertigungsprozesse ermitteln.
• Design for Manufacturability (DFM): Erfahrene Fachleute können potenzielle Herausforderungen in der Fertigung oder Möglichkeiten zur Kostensenkung erkennen, die für ein automatisiertes System möglicherweise nicht erkennbar sind.
• Historisches Wissen: Menschliche Kalkulatoren stützen sich auf frühere Projekte und Ergebnisse, wenden die gewonnenen Erkenntnisse auf neue Situationen an und antizipieren mögliche Probleme.
• Kontinuierliche Verbesserung: Erfahrene Fachleute können Trends und Muster über mehrere Projekte hinweg erkennen und so die kontinuierliche Verbesserung der Kostenschätzungsprozesse vorantreiben.

Die Fertigungsindustrie entwickelt sich ständig weiter und wird von verschiedenen externen Faktoren beeinflusst, denen automatisierte Systeme nur schwer Rechnung tragen können:

• Volatilität der Materialpreise: Die Preise für Rohstoffe können aufgrund der globalen Wirtschaftslage, der Handelspolitik oder Unterbrechungen der Lieferkette stark schwanken. Menschliche Experten können diese Veränderungen interpretieren und die Kalkulationen entsprechend anpassen.
• Neu aufkommende Technologien: Wenn neue Fertigungstechnologien verfügbar werden, ist menschliches Fachwissen von entscheidender Bedeutung, wenn es darum geht, ihre potenziellen Auswirkungen auf die Kosten zu bewerten und zu bestimmen, wann und wie sie in die Kalkulationen einfließen sollen.
• Regulatorische Änderungen: Branchenvorschriften können sich auf Herstellungsverfahren und Kosten auswirken. Menschliche Experten halten sich über diese Änderungen und ihre möglichen Auswirkungen auf die Produktionskosten auf dem Laufenden.

Ein weit verbreiteter Irrglaube in der Fertigungsindustrie ist, dass alle CAD-Daten einheitlich und gleichermaßen für die Kostenkalkulation geeignet sind. Die Realität ist jedoch viel komplexer. Die Qualität, das Format und die Integrität von CAD-Daten können erheblich variieren, was sich auf die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der aus diesen Informationen abgeleiteten Kostenkalkulationen auswirkt.

Die CAD-Landschaft ist vielfältig, mit zahlreichen Softwarepaketen und Dateiformaten, die in der gesamten Industrie verwendet werden:

• Software-Vielfalt: Zu den gängigen CAD-Programmen gehören Creo, Siemens Teamcenter, AutoCAD, SolidWorks, CATIA, Fusion 360 und viele andere. Jede Software hat ihre eigenen Stärken, Einschränkungen und Möglichkeiten der Datendarstellung.
• Verbreitung von Dateiformaten: Zu den gängigen Formaten gehören STEP, IGES, STL und native Formate wie .dwg oder .prt. Jedes dieser Formate hat unterschiedliche Fähigkeiten in Bezug auf die Erhaltung von Entwurfsabsicht und Metadaten.
• Herausforderungen bei der Interoperabilität: Die Übersetzung zwischen verschiedenen CAD-Systemen und Dateiformaten kann zu Datenverlusten oder Interpretationsfehlern führen, die sich möglicherweise auf die Kostenkalkulation auswirken.
• Variabilität bei der Feature-Erkennung: Kostenschätzungssoftware kann Features unterschiedlich interpretieren, je nachdem, wie sie im ursprünglichen CAD-System erstellt wurden, wodurch es zu Inkonsistenzen bei der automatischen Analyse kommt.

Die Qualität der CAD-Daten kann sich erheblich auf die Genauigkeit der Kostenkalkulationen auswirken:

• Unvollständige Modelle: In CAD-Dateien können wichtige Informationen wie Materialspezifikationen, Toleranzen oder Anforderungen an die Oberflächengüte fehlen.
• Übermäßig vereinfacht dargestellte Konstruktionen: Stark eingeschränkte Modelle können von automatischen Systemen nur schwer interpretiert werden, was zu Fehlern bei der Merkmalserkennung und Kostenschätzung führt.
• Vereinfachte Darstellungen: CAD-Modelle, die zu Visualisierungszwecken erstellt wurden, sind möglicherweise nicht so detailliert, wie es für eine genaue Schätzung der Herstellungskosten erforderlich ist.
• Veraltete Daten: Ältere CAD-Dateien entsprechen möglicherweise nicht den aktuellen Standards oder wurden mit veralteten Verfahren erstellt, was ihre Verwendung in modernen Kostenkalkulationstools erschwert.
• Menschliches Versagen: Fehler bei der Modellierung, z. B. Lücken zwischen Flächen oder falsche Merkmalsdefinitionen, können zu fehlerhaften Kostenberechnungen führen.

Die Bemühungen zur Standardisierung von CAD-Daten stoßen auf mehrere Hindernisse:

• Branchenspezifische Anforderungen: Unterschiedliche Branchen haben mitunter einzigartige Anforderungen an CAD-Daten, was eine universelle Standardisierung schwierig macht.
• Proprietäre Interessen: Die Anbieter von CAD-Software bevorzugen oft ihre eigenen Formate und wehren sich gegen eine vollständige Standardisierung, die ihren Wettbewerbsvorteil schmälern könnte.
• Sich entwickelnde Technologie: Schnelle Fortschritte in der CAD-Technologie können die Standardisierungsbemühungen überholen, was zu einem ständigen Aufholspiel führt.
• Implementierungskosten: Die Einführung neuer Standards kann für Unternehmen teuer und zeitaufwändig sein, vor allem wenn sie über große Bibliotheken mit alten CAD-Daten verfügen.

Mit der zunehmenden Digitalisierung der Fertigungsprozesse steigt auch das Vertrauen in automatische Kostenkalkulationssysteme. Obwohl diese Werkzeuge erhebliche Vorteile in Bezug auf Geschwindigkeit und Konsistenz bieten, ist es ein Trugschluss zu glauben, dass sie immer genau sind. Tatsächlich stehen automatisierte Systeme vor zahlreichen Herausforderungen, wenn es darum geht, die Komplexität realer Fertigungsszenarien zu erfassen.

Fertigungsprozesse sind in der Regel wesentlich komplexer als das, was in einem automatisierten System erfasst werden kann:

• Prozessvariationen: Selbst innerhalb eines einzigen Herstellungsverfahrens kann es zahlreiche Variationen geben, die auf spezifischen Anlagen, Materialien oder Qualitätsanforderungen beruhen.
• Einricht- und Umrüstzeiten: Diese können aufgrund von Faktoren wie Chargengröße, Erfahrung des Bedieners und Zustand der Anlagen erheblich variieren und sind für automatisierte Systeme schwer vorherzusagen.
• Sekundäre Operationen: Viele Teile erfordern zusätzliche Prozesse wie Entgraten, Wärmebehandlung oder Oberflächenveredelung, die aus den CAD-Daten allein möglicherweise nicht ersichtlich sind.
• Produktionsumgebung: Faktoren wie das Fabriklayout, die Materialhandhabungssysteme und die Effizienz der Arbeitsabläufe können die Kosten beeinflussen, sind aber in automatischen Berechnungen nur schwer zu berücksichtigen.
• Qualitätskontrolle: Der Umfang und die Komplexität der Qualitätssicherungsprozesse können sich erheblich auf die Gesamtkosten auswirken und variieren je nach Kundenanforderungen oder Industriestandards.

Automatisierte Kostenkalkulationssysteme haben oft Schwierigkeiten, die große Bandbreite an Variablen in Bezug auf Ausrüstung, Werkzeuge und menschliche Faktoren zu berücksichtigen:

• Leistungsfähigkeit der Ausrüstung: Die Effizienz, Genauigkeit und Betriebskosten der verschiedenen Maschinen sind unterschiedlich, was sich erheblich auf die Produktionskosten auswirken kann.
• Überlegungen zur Werkzeugausstattung: Die Lebensdauer der Werkzeuge, die Umrüstzeiten und die Anforderungen an Spezialwerkzeuge können sehr unterschiedlich sein und beruhen oft eher auf Erfahrungswerten als auf leicht quantifizierbaren Daten.
• Qualifikationsniveau des Bedienpersonals: Das Fachwissen und die Effizienz der Maschinenbediener können sich erheblich auf die Produktionszeiten und die Qualität auswirken. Diese Faktoren sind in automatisierten Systemen schwer zu standardisieren.
• Lernkurven: Je besser die Bediener mit einem bestimmten Werkstück oder Prozess vertraut sind, desto größer ist in der Regel die Effizienz. Automatisierte Systeme haben unter Umständen Schwierigkeiten, diese Verbesserungen im Laufe der Zeit zu berücksichtigen.
• Wartung und Ausfallzeiten: Die Zuverlässigkeit der Anlagen und die Wartungspläne können sich auf die Gesamtproduktionskosten auswirken, lassen sich aber in automatisierten Berechnungen nur schwer vorhersagen.

Nachdem wir die häufigsten Irrglauben in Bezug auf die Kostenkalkulation mit CAD-Daten untersucht haben, ist es wichtig, darauf einzugehen, wie Hersteller diese Herausforderungen überwinden können. Durch einen differenzierteren und umfassenderen Ansatz können Unternehmen die Vorteile der CAD-basierten Kostenkalkulation nutzen und gleichzeitig ihre Fallstricke vermeiden.

Um genaue Kostenkalkulationen zu erhalten, sollten die CAD-Daten durch zusätzliche Informationsquellen ergänzt werden:

• Integrieren Sie CAD-basierte Kalkulationstools mit ERP-Systemen, um auf aktuelle Informationen zu Materialkosten, Lohnkosten und Produktionskapazität zuzugreifen.
• Nutzen Sie Echtzeit-Produktionsdaten, um Kostenkalkulationen auf der Grundlage der tatsächlichen Prozesszeiten und Ressourcenauslastung zu verfeinern.
• Integrieren Sie Daten über Lieferantenkapazitäten, Vorlaufzeiten und Preise, um sicherzustellen, dass die Kostenkalkulationen den aktuellen Marktbedingungen entsprechen.
• Pflege und verwenden Sie eine Datenbank mit früheren Projekten, einschließlich der tatsächlichen Kosten und der gewonnenen Erkenntnisse, um zukünftige Kalkulationen zu unterstützen.
• Nutzen Sie branchenspezifische Kostendatenbanken und Benchmarks, um interne Kostenkalkulationen zu validieren und zu verfeinern.
• Kombinieren Sie 2D-Zeichnungen mit den entsprechenden 3D-Modellen. Oft enthalten die 2D-Daten weitere wichtige Informationen.

Um die Genauigkeit automatisierter Kostenkalkulationssysteme zu verbessern, sollten Sie die folgenden Kontrollmechanismen einführen:

• Mehrstufige Überprüfung: Implementieren Sie ein mehrstufiges Genehmigungsverfahren, bei dem die automatisierten Kalkulationen vor ihrer Fertigstellung von erfahrenen Kalkulatoren überprüft werden.
• Sensitivitätsanalyse: Nutzen Sie Werkzeuge, mit denen die Benutzer schnell beurteilen können, wie sich Änderungen bei Schlüsselvariablen (z. B. Materialpreise, Losgrößen) auf die Gesamtkostenkalkulation auswirken.
• Algorithmen für kontinuierliches Lernen: Implementieren Sie maschinelle Lerntechniken, die Kostenmodelle auf der Grundlage von Rückmeldungen aus tatsächlichen Produktionsdaten verfeinern können.
• Systeme zur Fehlererkennung: Nutzen Sie Algorithmen, um ungewöhnliche oder potenziell fehlerhafte Kostenkalkulationen für eine manuelle Überprüfung zu kennzeichnen.
• Regelmäßige Audits: Führen Sie regelmäßige Vergleiche zwischen geschätzten und tatsächlichen Kosten durch, um systematische Verzerrungen oder Fehler im automatisierten System zu erkennen.

Um den Wert der CAD-basierten Kalkulation zu maximieren, sollten Unternehmen in die Entwicklung ihres Humankapitals investieren:

• Funktionsübergreifende Ausbildung: Bieten Sie den Kalkulatoren die Möglichkeit, praktische Erfahrungen in Konstruktions- und Fertigungsprozessen zu sammeln.
• CAD-Kenntnisse: Stellen Sie sicher, dass die Kostenkalkulationsteams mit der von der Konstruktionsabteilung verwendeten CAD-Software vertraut sind, um die Feinheiten der Modelle besser zu verstehen.
• Kontinuierliche Weiterbildung: Ermutigen Sie die Teammitglieder, sich über die neuesten Fertigungstechnologien, Materialien und Branchentrends auf dem Laufenden zu halten.
• Wissensaustausch: Führen Sie Mentoring-Programme und regelmäßige Sitzungen zum Wissensaustausch ein, um das Fachwissen im gesamten Unternehmen zu verbreiten.

Für valide und belastbare Kostenkalkulationen sollten Hersteller einen ganzheitlichen Kalkulationsansatz verfolgen, der alle Aspekte des Produktionsprozesses berücksichtigt:

• Design for Manufacturability (DFM): Beziehen Sie Experten für Kostenkalkulationen frühzeitig in den Entwurfsprozess ein, um mögliche Kosteneinsparungen zu ermitteln.
• Gesamtbetriebskosten: Berücksichtigen Sie bei der Berechnung der Gesamtproduktkosten nicht nur die Produktionskosten, sondern auch Faktoren wie Wartung, Logistik und Entsorgung am Ende des Lebenszyklus.
• Szenarienplanung: Entwickeln Sie mehrere Kostenszenarien, die unterschiedliche Produktionsvolumina, Materialoptionen und Herstellungsverfahren berücksichtigen.
• Risikobewertung: Beziehen Sie eine Risikoanalyse in Ihre Kostenkalkulationen ein und berücksichtigen Sie dabei Faktoren wie Unterbrechungen in der Lieferkette, gesetzliche Änderungen und Marktschwankungen.
• Kontinuierliche Verbesserung: Etablieren Sie Feedbackschleifen, damit Erkenntnisse aus der Produktion in künftige Kostenkalkulationen und Konstruktionsentscheidungen einfließen können.
• Professionelle Kalkulationssoftware: Durch den Einsatz professioneller Kalkulationssoftware können Sie nicht nur die Genauigkeit und Konsistenz Ihrer Kalkulationen verbessern, sondern gewinnen auch wertvolle Erkenntnisse durch erweiterte Berichts- und Analysefunktionen. Dies ermöglicht eine bessere Entscheidungsfindung über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg, von den ersten Designkonzepten bis hin zu Überlegungen zum End of Life, was letztlich zu wettbewerbsfähigeren Preisstrategien und höherer Rentabilität führt.

Die Verwendung von CAD-Daten in der Kostenkalkulation bietet ein gewisses Potenzial zur Verbesserung der Effizienz und Genauigkeit. Es ist jedoch von entscheidender Bedeutung, die Irrglauben im Zusammenhang mit diesem Ansatz zu kennen und auszuräumen, um eine effektive Umsetzung zu gewährleisten. Wenn sich Hersteller dieser Irrglauben bewusst sind, können sie robustere und zuverlässigere Kostenschätzungsprozesse entwickeln, die die Stärken sowohl der CAD-basierten, automatisierten Kalkulation als auch des menschlichen Fachwissens nutzen.

Die wichtigsten Erkenntnisse aus diesem Artikel sind:

1. CAD-Daten sind ein wertvoller Ausgangspunkt, aber sie müssen durch zusätzliche Informationen zu Materialien, Prozessen, Arbeit und Marktbedingungen ergänzt werden.
2. Menschliches Fachwissen ist nach wie vor entscheidend für die Interpretation von Daten, das Verständnis komplexer Fertigungsszenarien und das Treffen fundierter Entscheidungen.
3. Die Qualität und das Format der CAD-Daten können die Kostenkalkulationen erheblich beeinflussen, sodass Standardisierungsbemühungen und Maßnahmen zur Qualitätskontrolle erforderlich sind.
4. Automatisierte Systeme sind zwar leistungsfähig, müssen aber so konzipiert sein, dass sie den komplexen Gegebenheiten der realen Fertigung Rechnung tragen und Kontrollmechanismen vorsehen.
5. Ein ganzheitlicher Ansatz zur Kostenschätzung, der CAD-Daten mit anderen Informationsquellen integriert und Automatisierung mit menschlichem Verständnis kombiniert, führt zu den genauesten und zuverlässigsten Ergebnissen.

Die Zukunft der Kostenkalkulation in der Fertigung liegt nicht in der Wahl zwischen Automatisierung und menschlichem Fachwissen, sondern darin, das optimale Gleichgewicht zwischen beiden zu finden. Durch Investitionen sowohl in technologische Lösungen als auch in Humankapital können Unternehmen genaue und effiziente Kostenkalkulationsprozesse entwickeln.