Leitfaden zum Bestandsmanagement für Ersatzteile und zum Digital Warehousing

Die Verwaltung von Ersatzteilbeständen ist ein endloses Ringen um das perfekte Gleichgewicht zwischen dem Bedarf an Ersatzteilen, den Mindestbestellmengen und Durchlaufzeiten für die Produktion von Teilen sowie den Kosten der Bestandshaltung. Aber muss es wirklich so sein?

Die Stichworte digitale Warenlager und digitale Ersatzteilfertigung mögen wie Modebegriffe klingen, sie sind aber eine immer wirksamere Lösung für die Herausforderungen der Führung eines Ersatzteilbestandes, die zugleich die Bilanz eines Unternehmens verbessert und Lieferketten optimiert.

In diesem Leitfaden legen wir bewährte Praktiken zum Bestandsmanagement für Ersatzteile dar, vergleichen physische Ersatzteilbestände mit digitalen Inventaren und erläutern, wie Sie digitale Fertigungshilfsmittel wie 3D-Drucker einsetzen können, um Ersatzteile auf Abruf herzustellen.

Traditionellerweise schließt das Ersatzteilbestandsmanagement ein, physisch Inventur zu führen und den Bestand und Standort von Ersatzteilen in der Lagerhalle oder in der Fertigungsanlage aufzunehmen. Die Betriebsleitung muss Fehlbestände, Logistik und Lieferzeiten überwachen. Dieser physische Prozess bietet Raum für menschliche Fehler, die zu ungeplanten Ausfallzeiten, Kapitalverlust und verschiedenen betrieblichen Herausforderungen führen können.

Die Digitalisierung bietet Hilfsmittel, um die Verwaltung physischer Bestände zu optimieren und teilweise sogar die betrieblichen Herausforderungen zu lösen, die sich dadurch im Lager oder im Werk ergeben. 

Die erfolgreiche Implementierung einer optimierten Ersatzteillagerverwaltung beginnt mit der allgemeinen Einführung von Richtlinien und bewährten Praktiken:

1. Komponenten systematisch kategorisieren: Der erste Schritt zur Optimierung eines Ersatzteilinventars ist die Einführung oder Entwicklung einer Kategorisierung der Teile. Die Kategorisierungsmethode muss berücksichtigen, welche Komponenten für die Wartung oder Reparatur kritischer Maschinen erforderlich sind. In der Regel kommen zwei Methoden zur Kategorisierung von Bauteilen zum Einsatz, mit denen Inventare physischer Ersatzteile verwaltet werden. Dabei handelt es sich um die analytischen Methoden ABC und XYZ. 
   Der Ansatz der ABC-Analyse schreibt Komponenten mit höherem Verbrauchswert mehr Bedeutung zu. Der Verbrauchswert meint hier, dass die Komponenten deutlich häufiger eingesetzt werden als andere. Nach dieser Herangehensweise haben Ersatzteile der Kategorie „A“ einen höheren Verbrauchswert als Teile der Kategorie „B“, und den niedrigsten Verbrauchswert die Kategorie „C“. Diese Einordnung liefert Bestandsmanagern die nötigen Informationen, um den Bestand von Ersatzteilen mit höherem Verbrauchswert aufzustocken. 
   Mit der XYZ-Analayse werden Ersatzteile gemäß der Variabilität ihrer Nachfragezyklen kategorisiert. So handelt es sich zum Beispiel bei X-Teilen um Komponenten mit einer konstanten Nachfrage über Produktionszyklen oder bestimmte Perioden hinweg. Y-Teile sind Ersatzteile mit einem gewissen Maß an variabler Nachfrage, während die Nachfrage nach Z-Teilen am stärksten schwankt. Es ist also schwierig, den notwendigen Bestand an Ersatzteilen der Kategorie „Z“ vorherzusagen.

2. Stückliste optimieren: Die Stückliste ist eine strukturierte Liste aller Materialien und Komponenten, die für die Konstruktion eines Produktes benötigt werden. In Bezug auf Wartung und Reparatur führen konventionelle Stücklisten die Ersatzteile auf, die zur Reparatur von Produktionsausrüstung erforderlich sind. Die Optimierung von Stücklisten beginnt mit der Einführung eines Zeitplans, nach dem der Ersatzteilbestand kontinuierlich aktualisiert wird. Durch eine derartige Optimierung der Stückliste werden Ungenauigkeiten vermieden und sichergestellt, dass stets ein Lagerbestand der kritischen Ersatzteile für Wartungs- und Reparaturarbeiten vorhanden ist.

3. Prozess für Produktionsaufträge einführen: Produktionsaufträge spielen eine wichtige Rolle dabei, den Ersatzteilverbrauch, Fehlbestände und Nachfüllbedarf zu ermitteln. Szenarien, die menschliche Fehler zulassen – beispielsweise vergessene Produktionsaufträge für verbrauchte Teile – können mit der Zeit ungeplante Ausfallzeiten und Probleme bei der Wartung verursachen. Durch die Einführung eines Auftragsprozesses mit digitalen Lösungen wie automatisierten Zeitplänen und Berichterstellung lassen sich Fehler mindern und die Bearbeitung von Produktionsaufträgen optimieren.  

4. Fokus auf kontinuierliche Mitarbeiterschulung: Trotz der größten Bemühungen kommen Fehler manchmal vor. Fehlkalkulationen und Fehler der Bestandsaufnahme können durch die Einführung von Hilfsmitteln zur Verwaltung digitaler Ersatzteilinventare und durch eine angemessene Schulung der Belegschaft reduziert werden. Die Schulungsprogramme müssen sowohl physische als auch digitale Bestandsführungsprozesse berücksichtigen, um zu gewährleisten, dass die Mitarbeitenden mit beiden Prozessen oder auch hybriden Ansätzen vertraut sind.

5. Lagerorte zugänglich machen: Die Prozesse zum Bestandsmanagement sollen dafür sorgen, dass Ersatzteile stets auf Lager und für die Belegschaft zugänglich sind. Ein zentralisiertes Inventar liefert einen klaren Überblick über den Lagerbestand der Teile und deren Standort, was die Effizienz des Betriebs steigert.  

6. In ein Bestandsmanagementsystem investieren: Der Umstieg auf digitale Plattformen bietet Warenlagern und Fertigungseinrichtungen intuitive Systeme, die den Prozess des Bestandsmanagements automatisieren. Diese Plattformen verfügen über Funktionen wie Benachrichtigungssysteme und Datenanalysefunktionen, mit denen sich viele der oben genannten bewährten Praktiken implementieren lassen. Zudem können die Möglichkeiten von Bestandsmanagementsystemen durch die Kombination mit IoT-Lösungen zur Nachverfolgung von Ersatzteilen auch über Lieferketten hinweg sowie Prognose-Tools zur Vorhersage des zukünftigen Ersatzteilbedarfs erweitert werden. Dadurch wird sichergestellt, dass Fehlbestände antizipiert und im Vorhinein verhindert werden.

Traditionell führen Unternehmen eigens für die Lagerung und Verwaltung großer Bestände von Ersatzteilen, bis diese benötigt werden, physische Warenlager. Diese Ersatzteilinventare nehmen enorm viel Platz in Anspruch und erfordern regelmäßige Wartung, um zu garantieren, dass die Teile bis zu Ihrer Verwendung in optimalem Zustand bleiben. Die Verwaltung von Lagerräumen und physischen Beständen bindet eine beträchtliche Menge finanzieller Ressourcen, die anderweitig produktiver eingesetzt werden könnten.

Unternehmen, die zur Beschaffung von Ersatzteilen auf Drittanbieter zurückgreifen, stehen anderen Problemen im Zusammenhang mit der Inventarführung gegenüber. Diese Probleme umfassen unter anderen längere Lieferzeiten bei erhöhter Nachfrage nach Ersatzteilen, Produktionsausfälle und in extremen Fällen sogar Insolvenz. Störungen in der Lieferkette durch Pandemien oder politische Hindernisse können die Lieferzeit von Ersatzteilen von externen Herstellern verlängern. Aufgrund von Mindestbestellmengen müssen Unternehmen zudem häufig mehr Teile bestellen, als laut ihrer Prognosen benötigt werden.

Die digitale Lagerhaltung und digitale Fertigung von Ersatzteilen bieten Lösungen, um die Herausforderungen der Unterhaltung physischer Ersatzteilbestände zu bewältigen.

Digitale Warenlager sind digitale Plattformen, in welchen die Designs von Ersatzteilen und die Vorlagen für deren On-Demand-Fertigung in digitaler Form gespeichert sind. Im Grunde handelt es sich also um digitale Verzeichnisse von CAD-Dateien, 3D-Modellen und anderen Vorlagen, mit denen Teile produziert werden können, indem die digitale Datei an einen 3D-Drucker oder ein anderes digitales Fertigungswerkzeug gesendet wird, entweder intern am Unternehmensstandort oder bei einem Fertigungsdienstleister.

Digitale Warenlager können einfache Online-Speicherplattformen sein (Google Drive, Microsoft OneDrive, Dropbox, Bynder etc.), aber es sind auch intelligentere Lösungen mit fortschrittlichen Funktionen wie Kategorisierung, Markierung, Filtern, erweiterter Suche und Verlinkungen zu Dienstleistern verfügbar.

Die Vorteile digitaler Warenlager und der digitalen Fertigung von Ersatzteilen umfassen unter anderem:

• Niedrigere Kosten: Indem physische Lagerbestände geschmälert werden, können Unternehmen die Kapitalausgaben für die Lagerung von Ersatzteilen und die Kosten der Unterhaltung großer Lagereinrichtungen reduzieren.

• Kürzere Lieferzeiten: Eine häufige Konsequenz komplexer und langer Lieferketten für die Produktion von Teilen ist, dass Komponenten erst nach Wochen oder Monaten ankommen. Das macht den Prozess unflexibel und zwingt Unternehmen dazu, beträchtliche zeitliche Puffer einzuplanen, um die Planungsunsicherheit zu kompensieren. Im Gegensatz dazu können digitale Fertigungswerkzeuge einen neuen Satz von Teilen auf Abruf innerhalb weniger Tage produzieren.  

• Robustere Lieferketten: Die COVID-19-Pandemie und der Ukraine-Krieg haben gezeigt, wie störungsanfällig komplexe Lieferketten sind. Eine dezentralisierte Produktion mit digitalen Fertigungslösungen verringert das Risiko und bringt die Produktion näher zum Endverbraucher.

• Keine Mindestbestellmengen: Traditionelle Methoden der Massenproduktion sind darauf ausgelegt, identische Teile in riesigen Stückzahlen herzustellen, um Skaleneffekte auszunutzen. Für Ersatzteile, die nur in geringen Mengen benötigt werden, kann das ein Problem darstellen. Digitale Fertigungsverfahren geben keine Mindestbestellmengen vor und können Teile auf Abruf produzieren.  

• Weniger Abfall: Werden Komponenten auf Lager gehalten, besteht das Risiko, das die Teile mit der Einführung von Produktänderungen obsolet werden, was Unmassen an Abfall verursacht. Digital gespeicherte Designs können in verschiedenen Versionen existieren, stets aktualisiert und ganz nach Bedarf produziert werden. Das verringert das Abfallaufkommen und verbessert die CO2-Bilanz des Herstellers.

Wann macht es Sinn, ein physisches Inventar zu halten, und wann bietet sich eher ein digitales Warenlager an? In den meisten Fällen ist die Antwort die Nutzung beider Lösungen zugleich. So können die Vorteile beider Ansätze voll ausgenutzt werden. 

Wie Prof. Jeannette Song erklärt, wird ein optimales Bestandsmanagement von Ersatzteilen dann erreicht, wenn bestimmte Teile auf Lager sind, während andere nach Bedarf 3D-gedruckt werden. Durch den Einsatz analytischer Lösungen für die Bedarfsprognose wird sichergestellt, dass die richtige Menge von Teilen auf Lager gehalten wird und zusätzlicher Bedarf durch digitale Fertigungsmethoden abgedeckt werden kann. 

Ein solcher hybrider Ansatz verringert die Kosten und Abfälle, die durch physische Lagerhaltung anfallen, und gleicht dabei die Produktionsbeschränkungen aus, die mit digitalen Inventaren verknüpft sind.

Eine bewährte Praxis ist beispielsweise, einen ausreichenden Bestand kritischer Ersatzteile zu halten. Für hohe Stückzahlen gleicher Teile werden konventionelle Fertigungsmethoden vermutlich immer kosteneffizienter bleiben, während digitale Lagerbestände und digitale Fertigung bei der Herstellung von Ersatzteilen in kleinen Stückzahlen (~1–10 000 Stück) bedeutende Einsparungen erzielen können. Das Material, die Abmessungen des Teils und andere funktionale Spezifikationen haben ebenfalls Einfluss darauf, was die beste Produktionsmethode und der beste Ansatz zur Bestandsverwaltung bestimmter Teile ist. Hersteller sollten bei der Berechnung ihrer Kapitalrendite verschiedene Faktoren einbeziehen: Obsoleszenz, Risiko von Lieferengpässen, Möglichkeit zur Bestandsverkleinerung und mehr. Software-Tools wie 3YOURMIND oder Spare Parts 3D können dabei helfen, Ersatzteilbestände zu analysieren und das Potenzial der einzelnen Komponenten zu beurteilen.

Zu guter Letzt erleichtert ein hybrider Ansatz es Herstellern, in die Digitalisierung einzusteigen, ohne sich vollständig von bewährten konventionellen Verfahren zu lösen.

Parts in the digital warehouse have to be represented with digital files. If your part or product was designed using CAD software, then the digital file should be readily available. 

For older spare parts, reverse engineering with 3D scanning and 3D modeling are the tools used in building the digital spare parts inventory.

To get started, companies can use a simple online storage platform, use a digital warehouse software solution or develop a fully proprietary solution. For those planning to order parts from demand, some 3D printing service providers also offer digital warehousing solutions.

3D-Druck oder additive Fertigungsverfahren erzeugen dreidimensionale Teile aus computerunterstützten Entwürfen, die das Material Schicht für Schicht hinzufügen, bis ein physisches Teil entsteht.

Der 3D-Druck wird seit Jahrzehnten zur Prototypenfertigung und Produktentwicklung verwendet. Mittlerweile hat die Technologie einen Stand erreicht, der eine breite Anwendung in der Fertigung erlaubt. Viele Hersteller greifen bei der Produktentwicklung bereits auf die Flexibilität des 3D-Drucks zurück, um internes Werkzeug wie Halterungen, Vorrichtungen sowie andere Fertigungshilfen zu erstellen, oder auch Rapid Tooling wie Spritzgussformen und Thermoformwerkzeuge.

Recent advances in machinery, materials, and software open opportunities for producing high-precision, functional 3D prints that can stand in for end-use parts—parts that are sold to and used by the final customer—empowering businesses to bring innovative products to market and make small and mid-scale manufacturing finally accessible. 

3D-Drucker werden gemeinhin zur Herstellung von Kunststoffteilen verwendet. Zwar sind auch Metall-3D-Drucker erhältlich, doch zu erheblich höheren Preisen. Es gibt zahlreiche verschiedene Arten von 3D-Druckern. Die gängigsten Druckverfahren zur Produktion von Kunststoffteilen sind selektives Lasersintern (SLS), Stereolithografie (SLA) und Schmelzschichtung (Fused Deposition Modeling, FDM).

Während die meisten traditionellen Fertigungsprozesse kostspieliges industrielles Gerät, eigene Anlagen und geschultes Personal erfordern, ermöglicht der 3D-Druck eine Produktion im eigenen Haus. Kompakte Desktop- oder Benchtop-3D-Drucksysteme zur Fertigung von Kunststoffteilen sind kostengünstig und benötigen sehr wenig Platz. Außerdem sind keine besonderen Fachkenntnisse erforderlich, wodurch Ingenieur*innen, Designer*innen und Hersteller die Iterationen beschleunigen und Produktionszyklen von Monaten auf einige wenige Tage verkürzen.

Ringbrothers, eine preisgekrönte Autowerkstatt für kundenspezifische Fahrzeuge, investierte ursprünglich in den betriebsinternen SLA-3D-Druck, um durch 3D-gedruckte Prototypen schneller und kostengünstiger zu iterieren. Seit das Unternehmen diese Technologie verwendet, hat es Wege gefunden, um mithilfe von 3D-gedruckten Endverbrauchsteilen die Qualität und Kreativität seiner Arbeit zu steigern – das umfasst auch Ersatzteile für Oldtimer.

Zur Herstellung eines Spiegels verwendete das Team 3D-gedruckte Teile in der finalen Baugruppe. Das Teil diente als permanente Montagevorrichtung, die in einem Carbonfasergehäuse befestigt und mit weiteren Teilen verschraubt wurde. Für ein anderes Projekt verwendete das Team ein gussfähiges 3D-Druckmaterial, um ein Emblem für ein kundenindividuell angepasstes Auto herzustellen. 

„Diese überragende Detailtreue hätten wir nie erzielen können, wenn wir nicht in der Lage gewesen wären, das Wachs hausintern zu drucken und das Emblem in unserer Werkstatt von [unserem lokalen Juwelier] gießen zu lassen“, so Matt Mosemann, Experte für die Produktentwicklung.

Der weltgrößte Möbelhersteller Ashley Furniture hat neue Technologien wie 3D-Druck und Robotik in seine Werkstätten integriert. Im Werk von Ashley Furniture in Arcadia im US-Bundesstaat Wisconsin werden von der Montage bis zur Fertigung 700 3D-gedruckte Teile eingesetzt – neben Industrierobotern und CNC-Fräsmaschinen.

Abgesehen von Fertigungshilfen stellt die Fertigung von Ersatzteilen für das Werk einen der praktischsten Anwendungsfälle des Teams dar. Als eine Vakuumdichtung für ein Bohrwerk nicht einzeln gekauft werden konnte, wäre die einzige Möglichkeit gewesen, die gesamte teure Baugruppe zu bestellen.

„Das Unternehmen wollte den Ring nicht allein verkaufen. Wir hätten das ganze Gehäuse für 700 [US-]Dollar kaufen müssen“, erzählt Produktionsingenieur Brian Konkel. „Stattdessen konnten wir das Teil 3D-scannen, um die Geometrie zu erfassen, und ein Ersatzteil für nur 1 Dollar drucken. Das hielt unsere Bohrausrüstung am Laufen, ohne die gesamte Baugruppe zu kaufen.“

Instead of purchasing a complete new assembly pod for $700, the company 3D printed the part that needed replacement for just $1.

Machine shop A&M Tool and Design has scaled to use 3D printing to produce functional parts like fixtures and several end-use parts. For example, when a spider coupling for one of their large lens polishing machines arrived in the wrong size two days before a big trade show, Little quickly designed and 3D printed a correctly-sized replacement on an SLA 3D printer. The printed coupling was used to drive a two-horsepower motor on a grinding machine.

Tessy Plastics, a contract manufacturer of plastic parts for the healthcare industry, utilized the Fuse Series SLS 3D printer to manufacture a spare timing-belt pulley system on demand. In this scenario, a last-minute change in the customer’s requirements would have delayed production for days if conventional manufacturing processes were used. With 3D printing, Tessy Plastics was able to quickly 3D print the replacement system, and the end part was used for weeks.

Computer numerical control (CNC) tools are subtractive manufacturing processes. They start with solid blocks, bars, or rods of plastic, metal, or other materials that are shaped by removing material through cutting, boring, drilling, and grinding.

CNC-Werkzeuge umfassen Zerspanung, wobei Material entweder mit einem rotierenden Werkzeug und einem festen Teil (Fräsen) oder einem rotierenden Teil und einem festen Werkzeug (Drehmaschine) entfernt wird. Bei Schneidlasern kommt ein Laser zur Anwendung, um mit höchster Präzision bestimmte Materialien zu gravieren oder zu schneiden. Beim Wasserstrahlschneiden wird Wasser mit Abriebstoffen bei hohem Druck eingesetzt, um so gut wie jedes Material zu schneiden. CNC-Fräsmaschinen und -Drehmaschinen können mit mehreren Achsen arbeiten, wodurch sie komplexere Designs bewältigen. Schneidlaser und Wasserstrahlschneider sind eher für flache Teile geeignet.

CNC-Maschinen bearbeiten Teile aus Kunststoffen, Weichmetallen, Hartmetallen (Industriemaschinen), Holz, Acrylglas, Stein, Glas und Verbundwerkstoffen. Sie sind ideal für die Herstellung individueller oder in Kleinserie gefertigter Endverbrauchsteile, für Strukturteile und für die Werkzeugbestückung einer Reihe von Branchen.

Verglichen mit den Geräten der additiven Fertigung ist der Aufbau und Betrieb von CNC-Geräten komplizierter. Einige Materialien und Designs könnten besondere Werkzeuge, Handhabung, Positionierung und Verarbeitung erfordern. Das lässt sie für Einzelteile im Vergleich zu additiven Verfahren kostspieliger werden. Sie eignen sich eher für Serien als für Einzelteile. Zerspanung ist ideal bei der Kleinserienproduktion von Teilen mit engen Toleranzen und schwer formbaren Geometrien wie Rollen und Riemenräder, Zahnräder oder Buchsen und Muffen. 

Bei solchen Zerspanungsprozessen sind die möglichen Teilegeometrien im Vergleich zum 3D-Druck aber begrenzt. Je höher die Komplexität der Teile, desto mehr steigen die Stückkosten mit der CNC-Bearbeitung. Hinterschneidungen, Durchlässe und Merkmale auf verschiedenen Seiten – dies alles spiegelt sich in den Kosten wider. Die Zerspanungsprozesse erfordern Aufmaße für den Werkzeugzugang und bestimmte Geometrien wie geschwungene, interne Kanäle lassen sich mit herkömmlichen subtraktiven Verfahren nur schwer oder gar nicht herstellen.

Setting up a digital spare parts inventory is a cost-effective way to reduce inventory management costs. Pairing this system with an in-house digital fabrication tool like 3D printing supports on-demand strategies, and enables manufacturers to reduce costs and lead times, improve resiliency, and reduce downtime. 

Formlabs offers cutting-edge SLA and SLS 3D printers and industrial-grade materials for manufacturing spare and replacement parts. Explore our 3D printers or get in touch with a specialist to discuss how you can piece together an ideal workflow.