Design for and Assembly (DFMA)
In den letztenhnten hat die Forschung im Bereich des Design Thinkings eine neue Welle von Methoden im Produktdesign und in…
Das Design for Supply Chain ist Teil der Design for Excellence (DFX)-Philosophie, die darauf abzielt, Entwürfe zu schaffen, die bestimmten Aspekt eines Produkts verbessern. Zu den bekanntesten DFX-Kategorien gehören Design for Manufacturing (DFM), Design for Assembly (DFA), Design for Sustainability (DFS) und viele.
In all diesen Kategorien fügen die Entwickler Merkmale und Funktionen hinzu, die das Endprodukt in Bezug auf ein bestimmtes Attribut wie Fertigungs- oder Montagefreundlichkeit verbessern.
Design for Supply Chain ist ein ähnlicher Ableger von DFX. Es zählt heute zu den wichtigsten Designkonzepten, das Hersteller nutzen, um beträchtliche Vorteile zu erzielen.
Dieser Beitrag erläutert die Vorteile einer nahtlosen Integration von Produktdesign und Lieferkette und gibt Hinweise, wie Unternehmen davon profitieren können. Beginnen wir jedoch am Anfang.
Eine Lieferkette lässt sich als eine Abfolge von Prozessen im Produktlebenszyklus definieren, die von der Beschaffung der Rohmaterialien bis zum Verkauf eines Produkts reicht. Die vier Hauptelemente sind:
Die anfänglichen Phasen von Design und Entwicklung bestimmen bis zu 80 % der Endkosten eines Produkts. Aspekte wie Menge und Beschaffungszeit von Rohmaterialien/Komponenten, Standort der Lieferanten, Standardisierung von Bauteilen, physikalische Eigenschaften und Komplexität eines Produkts sollten schon frühzeitig betrachtet werden, um das operative Management zu optimieren.
Supply Chain Management bezeichnet den Prozess der Steuerung von Waren und Dienstleistungen von den ersten Produktionsschritten bis hin zu After-Sales-Services bzw. Garantieabwicklung.
Das Design eines Produkts mag das beste am Markt sein, kann jedoch hohe Kosten im Supply Chain Management verursachen, wenn die einzelnen Elemente schlecht verwaltet werden. Es ist daher ratsam, Entscheidungen für das Supply Chain Management so früh wie möglich einzubeziehen, um die Lieferkette resilient gegenüber verschiedenen Herausforderungen zu machen.
Design for Supply Chain oder DfSC ist eine Disziplin innerhalb von DFX, die praktische Techniken bietet, um das Produktdesign optimal mit der Lieferkette zu verzahnen.
Traditionell wurden operative Logistikfragen meist erst spät im Produktentwicklungsprozess berücksichtigt. Das liegt daran, dass viele Unternehmen die Rolle des Produktdesigns in der Lieferkette unterschätzen.
Forschungsergebnisse zeigen, dass Entscheidungen in der Designphase maßgeblichen Einfluss auf Agilität, Individualisierungsstrategien, Lieferkette und Produktlebenskosten haben. Eine reibungslose Zusammenarbeit zwischen Produktentwicklung, Fertigung, Marketing, Beschaffung, Finanzen und Supply Chain Management kann den Produktwert erheblich steigern und gleichzeitig die Gesamtkosten senken.
Eine durchdachte DfSC-Strategie kann Reaktionsfähigkeit, Transparenz in der Lieferkette und Kommunikation verbessern, Produktkosten, Time-to-Market sowie Lieferkettenrisiken verringern. All diese Vorteile verschaffen einem Unternehmen im globalen Wettbewerb einen enormen Vorsprung. Die Kombination von DfSC mit der Optimierung der Beschaffungsprozesse führt zu noch besseren Ergebnissen.
Design for Supply Chain schlägt vor, das Produktdesign gezielt anzupassen, um die gesamte logistische Effizienz zu steigern.
DfSC-Techniken sind effektive Werkzeuge, um Produkte zu entwickeln, die sich nahtlos in das logistische System einfügen. Obwohl Komponenten- und Herstellungskosten weiterhin eine zentrale Rolle bei den Gesamtkosten eines Projekts spielen, hat eine optimierte Lieferkette einen entscheidenden Einfluss.
Im Folgenden listen wir verschiedene DfSC-Strategien auf, die bereits in der Produktdesignphase berücksichtigt werden sollten, um die Lieferkette positiv zu beeinflussen.
Der Einsatz von Standardteilen anstelle von proprietären Bauteilen wird empfohlen, um eine unterbrechungsfreie Versorgung sicherzustellen. Wenn ein Lieferant einen Auftrag nicht erfüllen kann, lässt sich schnell ein Ersatz finden.
Zudem sind Standardteile meist günstiger, da ihre Herstellung in größeren Stückzahlen erfolgt.
Oftmals können Lieferanten bereits eine Vorassemblierung übernehmen. Dies verkürzt die Montagezeit im eigenen Fertigungsprozess. Ein einfaches Beispiel verdeutlicht dies:
Angenommen, ein Produkt besteht aus der Montage von drei Einzelteilen. Das Fertigungsdesign kann ermöglichen, dass zwei dieser Teile bereits im Lager des Lieferanten vormontiert werden, bevor sie zur Endmontage mit dem dritten Teil versendet werden.
Selbst wenn das dritte Teil verspätet eintrifft und die Endmontage erst später beginnen kann, wurde durch die Vorarbeit wertvolle Zeit gespart.
Wenn möglich, sollte die Anzahl der für die Fertigung benötigten Subunternehmer begrenzt werden. Zwar bieten viele Hersteller ein breites Leistungsspektrum an, decken aber nicht alle erforderlichen Fertigungsmethoden eines Projekts ab.
Wenn der Designer diese Einschränkungen kennt, kann er sie bereits in der Designphase berücksichtigen.
Benötigt die Montage beispielsweise nur ein einzelnes CNC-gefertigtes Bauteil, das von einem anderen Subunternehmer hergestellt werden müsste (weil der Anbieter für Blechbearbeitung keine Zerspanung anbietet), sollte zumindest versucht werden, eine alternative Designlösung zu finden.
So lassen sich die Bezugsquellen minimieren, Kontaktpunkte reduzieren und logistische Herausforderungen vereinfachen, was die Belastung der Lieferkette senkt.
Eine weitere Möglichkeit ist, den Verantwortlichen für Supply Chain/Outsourcing frühzeitig über die Anforderungen zu informieren. So bleibt genügend Zeit, einen Fertigungspartner zu finden, der alle Anforderungen des Projekts erfüllen kann.
Aus diesem Grund arbeitet Fractory mit Partnerlieferanten mit unterschiedlichen Kompetenzen zusammen, um einen einzigen Ansprechpartner zu bieten. Dies erleichtert die Lösungsfindung für jedes Projekt und minimiert die Belastung von Supply Chain- und Lieferantenbeziehungsmanagement.
Wenn möglich, sollte die Lieferkette so viele lokale Fertigungspartner wie möglich einbeziehen. Das bedeutet nicht, dass immer der nächste Nachbar gewählt werden muss, aber die Auslagerung ins Ausland zur Kostenminimierung kann sich als nachteilig erweisen.
Gerade in der heutigen Zeit, in der Covid und politische Konflikte weltweit zu erheblichen Belastungen der Lieferketten führen, entstehen Stauungen in Häfen und zahlreiche weitere Probleme – bis hin zu stillstehenden Produktionslinien aufgrund fehlender Materialien und Teile.
Natürlich fallen die Kosten andernorts häufig niedriger aus. Doch addiert man Transportkosten, Lieferzeiten (auch Wartezeiten kosten Geld) und Risiken, kann sich der vermeintlich günstige Preis schnell relativieren gegenüber der Schnelligkeit und Zuverlässigkeit lokaler (oder zumindest regionaler) Partner.
Eilfracht, oft als Hotshot-Services bezeichnet, trägt häufig erheblich zu den Transportkosten bei. Durch intelligentes Produktdesign und Supply Chain Management lässt sich dieser Kostenfaktor jedoch steuern. Kritische Bauteile müssen identifiziert und ihre Lieferzeiten kontrolliert werden, um eine unterbrechungsfreie Versorgung sicherzustellen.
Designer sollten zudem Alternativkomponenten in Betracht ziehen, die bei Engpässen durch erhöhten Bedarf oder geringere Verfügbarkeit verwendet werden können.
Um solche Situationen zu vermeiden, sollte das Unternehmen den Lieferanten ausreichend lange Vorlaufzeiten und Bedarfsprognosen bereitstellen. Dies ermöglicht verlässlichere Lieferpläne und reduziert den Bedarf an Eilfracht.
Produktentwicklungsteams müssen auch die Auswirkungen von Designänderungen auf Lager und Transport bedenken. Plötzliche Änderungen, die zu schwereren Komponenten führen, können Bauteilengpässe und erhöhte Frachtkosten verursachen.
Produkte entwickeln sich mit der Zeit weiter. Produktdesigner sollten künftige Modifikationen in der Architektur eines Produkts bewerten und sicherstellen, dass diese Änderungen die Lieferkette nicht belasten.
Beispiele für solche Designänderungen sind Größenvariation, erhöhte Empfindlichkeit, Technologie-Updates und Infrastrukturverbesserungen. All diese Anpassungen wirken sich direkt auf die Logistik aus und erfordern sorgfältige Planung sowie reibungslose Umsetzung, um Störungen zu minimieren.
Ein weiterer Design-Tipp zur Entlastung der Lieferkette ist der schnellstmögliche Technologiewechsel. Eine langwierige Übergangsphase belastet die Lieferkette unnötig, da sowohl alte als auch neue Komponenten bevorratet und verfügbar gehalten werden müssen.
Steht eine Technologie kurz vor dem Lebensende, empfiehlt es sich, ältere Technologien proaktiv auslaufen zu lassen und parallel neue einzuführen.
Lagerbestand umfasst alle für die Herstellung, Montage und den Versand eines Produkts benötigten Komponenten. Designentscheidungen beeinflussen den Bestand eines Produkts. Weniger Komponenten bedeuten in der Regel kürzere Gesamtlieferzeiten.
Durch die Verkürzung der Lieferzeiten kann ein Unternehmen mit einem kleineren Lagerbestand auskommen.
Ein zusätzlicher Design-Tipp ist das Umkonfigurieren von Komponenten für Mehrzweckanwendungen. Ein kleinerer Lagerbestand spart Kosten für Wartung, Lagerung und Versand. Zudem erhöht er die Flexibilität und senkt das Risiko von Verschwendung und Obsoleszenz.
Produktentwicklungsteams (PDT) können durch Bereitstellung relevanter Informationen und Anwendung empfohlener Praktiken während des Designs dazu beitragen, die passende Supply Chain Management-Methode auszuwählen.
Diese Auswahl sollte sich an der Unternehmensstrategie orientieren und nicht nur an den Produkteigenschaften. Beispielsweise ist zu berücksichtigen, ob das Fertigungsdesign für Großserienprodukte (>10.000/Jahr) oder für kleine, hochkomplexe Serien (10/Jahr bis 10.000/Jahr) ausgelegt ist.
Bei komplexen Produkten ist gewöhnlich ein höherer Individualisierungsgrad gefragt, und das Designteam bestimmt die Anzahl und den Umfang der Varianten. Es muss auch die Fähigkeit und Möglichkeit berücksichtigt werden, die Art der Lieferkette bei Bedarf zukünftig wechseln zu können.
Durch die Integration von Zuverlässigkeit und anderen relevanten Merkmalen ins Produkt kann das Designteam Service- und Garantiekosten erheblich senken. Die Entwicklung dieser Qualitätsmerkmale ist zwar kostenintensiv, wird jedoch in der Regel durch die Einsparungen bei den Garantieaufwendungen übertroffen.
Das PDT sollte anstreben, Selbstdiagnosefunktionen einzubauen, die den Benutzer bei Ausfall eines Teils oder einer Funktion warnen – insbesondere bei kritischen Komponenten mit hoher Ausfallrate. So lassen sich Serviceeinsätze minimieren, da Nutzer effektiver Fehler beheben können.
Eine Senkung der Garantiekosten bedeutet, dass weniger Ersatzteile und Werkzeuge in Servicezentren gelagert werden müssen, und auch das Distributionsnetz wird entlastet.
Das Design einer Aluminium-Getränkedose veranschaulicht die Prinzipien von DfSC besonders anschaulich.
Jährlich werden rund 180 Milliarden Aluminium-Getränkedosen durch das Vertriebsnetz transportiert, um die Verbraucher zu erreichen. Die gängigste Form ist dabei die zylindrische Dose – doch das war nicht immer so.
Anfangs wurden neben der heute verbreiteten Zylinderform viele verschiedene Formen vorgeschlagen, um Getränke zu lagern. Aufgrund der enormen Stückzahlen kann schon eine kleine Designänderung exponentielle Auswirkungen haben und zu hohen Kosten oder großen Einsparungen führen.
Die Idee einer kugelförmigen Dose wurde zunächst favorisiert. Sie würde den geringsten Materialeinsatz erfordern, da Kugeln für ein gegebenes Volumen die kleinste Oberfläche besitzen. Ihre Packeffizienz beträgt jedoch nur 74 % – 26 % des Raums würden bei Transport und Lagerung selbst bei engster Packung verloren gehen.
Dadurch würden sich die Logistikkosten erhöhen, da weniger Dosen gleichzeitig transportiert und gelagert werden könnten und mehr Fahrten notwendig wären. Zudem wären sie instabil und könnten leicht wegrollen.
Um die Packeffizienz zu maximieren, wurde die kubische Dose erwogen. Sie lässt sich nahezu verlustfrei stapeln und ist standfest, ist jedoch schlecht zu halten und unangenehm im Gebrauch, was die Kundenzufriedenheit senkt. Zudem treten an den Ecken hohe Spannungen auf, weshalb dickere Wände nötig wären – was die Materialkosten erhöht.
Daher wurde ein Kompromiss gefunden: Die zylindrische Dose kombiniert die Vorteile der Kugel- und der Kubusform. Sie bietet eine Packeffizienz von 91 %, ist damit deutlich besser als die Kugel, und ihre runden Wände sorgen für ausreichend Stabilität.
Auch die Herstellung ist vergleichsweise unkompliziert. Aus diesen Gründen ist die zylindrische Dose zum Standard geworden und bringt zahlreiche Vorteile für die Lieferkette mit sich.
Das Beispiel zeigt, dass die Kenntnis der Abläufe in der Lieferkette Designteams befähigt, Produkte zu entwickeln, die optimal zum Supply Chain Management passen – ohne dabei die Benutzerfreundlichkeit und andere wichtige Merkmale aus den Augen zu verlieren.
Bei der Umsetzung von DfSC in Unternehmen treten häufig typische Schwierigkeiten auf. Wer diese proaktiv angeht, profitiert von den zahlreichen Vorteilen des Ansatzes. Im Folgenden werden die wichtigsten Hindernisse erläutert.
Die Produktentwicklung ist meist das Aufgabenfeld von Produktdesignern, die isoliert arbeiten und andere Geschäftsbereiche wie Beschaffung, Logistik und Marketing kaum einbeziehen – dabei sind sie essenziell für ein erfolgreiches und wettbewerbsfähiges Supply Chain Management. Dieses „Silo-Denken“ ist insbesondere in traditionellen Unternehmen verbreitet.
Erschwerend kommt hinzu, dass die Ziele der verschiedenen Abteilungen oft widersprüchlich sind, was die Zusammenarbeit zusätzlich erschwert.
Mit zunehmender geografischer Distanz und Verteilung der Partner innerhalb der Lieferkette wird die Umsetzung von DfSC im Produktdesign schwieriger.
Beispielsweise lassen große, global agierende Unternehmen wie Apple, Sony, Microsoft, Samsung und Canon ihre Produkte Tausende Kilometer entfernt in Shenzhen, China fertigen. Das erschwert das operative Management, die effektive Zusammenarbeit und erhöht die Risiken innerhalb der Lieferkette.
Kundenpräferenzen sind ein wichtiger Indikator für Markttrends und müssen schnellstmöglich im Produktdesign und in der Lieferkette berücksichtigt werden.
Alle genannten Herausforderungen sind schwer zu überwinden, wobei insbesondere die Isolation der Funktionen als häufigstes Hindernis gilt, das es vor einer Optimierung der Lieferkette zu beseitigen gilt.
Es besteht kein Zweifel, dass das Design enorme Auswirkungen auf Kosten und Effizienz der Lieferkette hat. Daher müssen Design- und Supply Chain Management-Teams zusammenarbeiten, um Produkte zu schaffen, die optimal auf die gewählte Lieferkette abgestimmt sind.
Informationsaustausch ist entscheidend. Designer verfügen meist nur über begrenzte Informationen zu optimalen Prozessen und Materialien für ein Produkt im Hinblick auf die geplante Lieferkette. Diese und weitere Informationen, etwa zur Verfügbarkeit verschiedener Komponenten, liegen dagegen dem Logistikteam bereits vor.
Dennoch erfahren Beschaffungs- und Supply Chain Teams wichtige Produktdetails oft zu spät – nämlich erst, wenn sie Materialien beschaffen sollen.
Ein funktionsübergreifender Designprozess kann die Gesamtkosten um 38 % senken im Vergleich zum traditionellen linearen Ansatz. Um negative Auswirkungen des Designs auf die Lieferkette zu vermeiden, ist die Implementierung von DfSC daher unerlässlich.
