Sie wissen es vielleicht nicht, aber viele der Produkte, die Sie kaufen, kosten tatsächlich viel mehr als den ursprünglichen Preis, den Sie dafür bezahlt haben. Nehmen wir zum Beispiel an, Sie haben 25.000 US-Dollar für Ihr Fahrzeug bezahlt. Wie weit fahren Sie und wie viele Gallonen Benzin verbrauchen Sie jede Woche? Wie oft wechseln Sie das Öl, drehen die Reifen oder lassen andere Wartungsarbeiten durchführen?

Über einen Zeitraum von fünf Jahren können sich die für den Betrieb Ihres Fahrzeugs erforderlichen Kosten leicht auf bis zu 12.000 US-Dollar summieren – oder etwa die Hälfte des Fahrzeugpreises. Auch die Zeit, die Sie mit der Durchführung von Online-Suchen, dem Lesen von Autobewertungen und der Besichtigung potenzieller Kauffahrzeuge verbringen, trägt zu den Kosten für den Besitz des Fahrzeugs bei.

Eine ähnliche Logik gilt beim Kauf von Investitionsgütern: Wenn man sich nur auf den anfänglichen Kaufpreis konzentriert, kann es sowohl vor als auch nach dem Kauf leicht zu unerwarteten Kosten für das Eigentumserlebnis kommen.

Die kurzfristig „billige“ Lösung kann auf lange Sicht höhere Kosten verursachen. In diesem Artikel untersuchen wir, wie sich die Gesamtbetriebskosten (TCO) auf lineare Bewegungssysteme auswirken.

Lineare Bewegungssysteme, auch Linearmodule oder elektromechanische Aktuatoren genannt, kombinieren typischerweise einen linearen Antriebsmechanismus, wie z. B. eine Präzisionskugelumlaufspindel oder einen Zahnriemen, mit einem linearen Führungssystem – häufig einer Kugelschienen- oder Nockenrollenführungsbaugruppe – innerhalb eines Gehäuses um eine einzelne lineare Achse zu erstellen.

Es stehen zahlreiche Größen und Ausführungen zur Verfügung, sodass sie problemlos zu maßgeschneiderten Mehrachsen-Robotersystemen für ein breites Anwendungsspektrum kombiniert werden können.

Kleinstanlagen lassen sich beispielsweise zu einem 3-Achs-Dosiersystem für die Laborautomation kombinieren oder sehr große Anlagen zu einem Handlingsystem für schwere Automobilteile.

Für ein stärker integriertes System sind Motoren, Antriebsverstärker und Steuerungen erforderlich. Um die Spezifikation und Bestellung zu vereinfachen, haben einige Linearbewegungsunternehmen damit begonnen, komplette, vorkonfigurierte kartesische Bewegungssysteme anzubieten.

Medizinische Fertigungs- und Verpackungsunternehmen entscheiden sich häufig für diese vorkonfigurierten, vormontierten Systeme, um den Zeit- und Arbeitsaufwand für die Montage und Ausrichtung mehrerer Achsen, die Auswahl der richtigen Motor- und Antriebskombination sowie die Gestaltung von Montageschnittstellen zu vermeiden und sich so auf ihr Fachwissen konzentrieren zu können : Geräteherstellung, Hochdurchsatz-Screening oder Verpackung.

TCO Wird auf lineare Bewegungen angewendet
Das Total Cost of Ownership-Prinzip wurde erstmals in den 1980er Jahren definiert, um die Kosten für die Implementierung von Personalcomputern am Arbeitsplatz zu quantifizieren.

Seitdem wird die TCO-Theorie in allen wichtigen Branchen, einschließlich der Fertigung, umfassend angewendet, um die Lebenszeitkosten wichtiger Anlagen zu analysieren. Ein gut implementierter kartesischer Roboter oder ein anderes mehrachsiges Fertigungssystem kann beispielsweise nicht nur die Produktionszeit verkürzen und den Durchsatz erhöhen, sondern auch Qualität und Gewinn verbessern.

Bei schlechter Umsetzung können diese Gewinne jedoch durch Nacharbeit, Neugestaltung oder unerwartete Wartungskosten verloren gehen. In unserem Autobeispiel haben wir die laufenden Kosten für den Betrieb und die Wartung des Fahrzeugs als wichtige Überlegungen über den ursprünglichen Kaufpreis hinaus bewertet. Doch welche Faktoren sollten Sie bei der Bewertung der Kosten eines Linearbewegungssystems berücksichtigen? In diesem Fall fallen ungeplante oder selten berücksichtigte Kosten häufig in drei separaten Phasen der Systemimplementierung an.

Aktivitäten vor dem Kauf wie Design und Spezifikation.
Der Einkauf umfasst Bestellung, Abnahme, Systemmontage und Inbetriebnahme.
Die Phase nach dem Kauf, einschließlich der Wartung und Neuausrichtung Ihres Systems.

Die Vorkaufsphase: Der entscheidende Ausgangspunkt
Die Vorkaufsphase ist die wichtigste Phase bei der Implementierung eines Linearbewegungssystems. In dieser Phase hängen die Kostenelemente, die die Gesamtbetriebskosten beeinflussen, von der Zeit ab, die für die Entwicklung, Spezifikation und den Kauf des geeigneten Linearbewegungssystems erforderlich ist. Wenn Sie in der Vorkaufsphase gute Entscheidungen treffen, können Sie beim Entwurf des Systems und bei der Beschaffung der Komponenten Zeit sparen. Eine frühzeitige Rechtfertigung gewährleistet außerdem einen reibungslosen Start und einen störungsfreien Betrieb. Bei guter Planung lässt sich hier etwas Geld sparen, ohne später Ärger zu machen.

Der Schlüssel zum Erfolg in dieser Phase liegt in der Dimensionierung und Auswahl des oder der geeigneten Linearmodule für Ihr System. Um den Dimensionierungs- und Auswahlprozess zu vereinfachen, bieten die meisten renommierten Linearantriebsunternehmen umfangreiche Ressourcen an webbasierten Dimensionierungs- und Auswahltools an.

Ein typisches dreiachsiges kartesisches System erfordert normalerweise mindestens 17 Stunden Entwicklungszeit, allein um das System zu dimensionieren, um sicherzustellen, dass Sie die richtigen Module erhalten, um die Anwendungsanforderungen zu erfüllen – nicht zu klein oder zu groß. Beispielsweise erfordert die Laborautomatisierung häufig kleinere Systeme. Wenn das System größer ist, als die Anwendung erfordert, haben Sie sowohl Geld als auch Platz verschwendet.

Gute Dimensionierungstools können den Benutzer durch die wichtigsten zu berücksichtigenden Faktoren führen und diese Zeit auf drei Stunden oder weniger verkürzen. In Verbindung mit automatisierten Zeichnungsgeneratoren, die selbst bei komplexen Systemen sofortigen Zugriff auf 2D- und 3D-Modelle ermöglichen, kann der Benutzer allein bei den Konstruktionskosten 1.120 US-Dollar oder mehr einsparen.

Die durch eine gute Planung erzielten Kosteneinsparungen gehen weit über die eingesparte Engineering-Zeit hinaus. Bedenken Sie die Folgen eines schlecht konstruierten Systems. Ein System, das nicht robust genug ist, um die Anwendung zu bewältigen, wenn es installiert ist, führt zu schrecklicher Verschwendung aufgrund schlechter Leistung, Produktivitätsverlusten und entgangenen Einnahmen aufgrund verpasster Markteinführungsmöglichkeiten.

Berücksichtigen Sie außerdem die zusätzlichen Kosten und den Aufwand, der durch die Entfernung des ineffektiven Systems, die Größenänderung der Anwendung, die Neubestellung, die Neuinstallation und die Inbetriebnahme eines neuen Systems entsteht. Die damit verbundene Zeit- und Geldverschwendung kann leicht Tausende von Dollar übersteigen und, wenn Sie ein Maschinenbauer sind, möglicherweise einen verlorenen Kunden kosten.

Sobald das Linearbewegungssystem ausgewählt und in die Anwendung integriert ist, beginnen die Kaufaktivitäten. Einige Unternehmen können eine einzige Teilenummer für ein komplettes, mehrachsiges elektromechanisches System bereitstellen und so den Bestellvorgang vereinfachen, indem sie einfach 20 oder 30 Teilenummern auf eine reduzieren.

Das Ergebnis: Einsparungen bei der Anzahl der Lieferanten, Bestellungen und Einzelposten, was zu weiteren Zeiteinsparungen bei den Genehmigungs-, Beschaffungs- und Empfangsprozessen führt. Bei Bearbeitungskosten von 100 US-Dollar pro Bestellung könnten sich die Einsparungen auf weitere 2.000 US-Dollar oder mehr pro System belaufen (siehe Tabelle 1). Und wenn Sie ein doppeltes System bestellen müssen, sind wiederholte Kosteneinsparungen bereits eingebaut.

Nach Erhalt des Linearbewegungssystems kann viel Zeit für den Zusammenbau und die Inbetriebnahme des Systems aufgewendet werden. Um die Kosten in dieser Phase des Produktlebenszyklus zu senken, ist es wichtig, ein System zu wählen, das einfach zu installieren ist und keine komplexen Inbetriebnahmeverfahren erfordert.

Den geringsten Aufwand bieten hier vormontierte Linearmodule und kartesische Systeme, da 80 Prozent der Montage-, Integrations- und Programmierarbeiten vom Hersteller übernommen werden.

Viele Systemintegrationsunternehmen haben diese Kosteneinsparungen erkannt und nutzen vorkonfigurierte kartesische Systeme, um ihre Kosten und Durchlaufzeiten zu senken, und geben diese Einsparungen als Wettbewerbsvorteil an ihre Endbenutzer weiter.

In Verbindung mit vorgefertigten Systemen können benutzerfreundliche Human Machine Interfaces (HMIs) und Programmierprotokolle noch mehr Zeit und Geld sparen, indem sie Maschinenbauern und Endanwendern einfache, offene Programmieroptionen bieten.

Die Phase nach dem Kauf
oder Was bedeutet „lebenslang geschmiert“?
Nach der Inbetriebnahme des Systems können Wartungsarbeiten die Betriebskosten über die gesamte Lebensdauer des Systems um mehrere tausend Dollar erhöhen. Dies ist ein Schlüsselbereich, der von Maschinenkonstrukteuren (und der Einkaufsabteilung) oft unterschätzt wird. Einige lineare Produkte werden geschickt als „lebenslang geschmiert“ vermarktet.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass die Lebensdauer (Anzahl der zurückgelegten Meter oder Umdrehungen) häufig ohne Belastung des Systems definiert wird. Stellen Sie sicher, dass Sie das „Kleingedruckte“ des Herstellers verstehen. Bei einer Belastung von nur 100 Pfund kann sich die Lebensdauer dieser „lebenslang geschmierten“ Komponenten um das Fünffache verkürzen, beispielsweise von 25.000 km auf 5.000 km.

Bei einer Maschine mit 1 Meter Hub, die sich 16 Stunden am Tag mit 1 m/s bewegt, entspricht dies etwa einem vollen Lebensjahr, das verloren geht. Wenn der Austausch des Linearbewegungssystems alle drei Jahre geplant ist, erhöht ein verlorenes Lebensjahr die Austauschhäufigkeit um 33 Prozent.

Um die Wartungs- oder Austauschkosten zu senken, wählen Sie ein Linearbewegungssystem mit Vollkontaktdichtungen, die die Schmierung in den beweglichen Komponenten aufrechterhalten und das Eindringen von Verunreinigungen verhindern. Zeit und Aufwand für die Nachschmierung können auch durch die Wahl eines Systems mit leicht zugänglichen Schmieranschlüssen oder der Möglichkeit, ein automatisches Schmiersystem zu verwenden, reduziert werden. Das Wartungspersonal wird eine solche Konstruktion zu schätzen wissen.

Über die Schmierung und vorbeugende Wartung hinaus ist es manchmal notwendig, eine Maschine zu reparieren oder aufzurüsten, um die Leistung zu steigern, was häufig eine Änderung oder Aufrüstung des linearen Bewegungssystems erfordert. In vielen Fällen muss nicht das gesamte Linearsystem aufgerüstet oder ausgetauscht werden, sondern nur ein oder zwei Komponenten.

Einige Hersteller linearer Produkte erleichtern den Austausch nur eines Teils ihres Systems, indem sie austauschbare Komponenten anbieten – beispielsweise Profilschienen und Führungswagen. Dies reduziert nicht nur die Kosten für die benötigten Teile, sondern auch den Zeitaufwand für die Änderungen an der Maschine. Durch austauschbare Komponenten können die Kosten für den Austausch oder die Aufrüstung eines Linearsystems um 75 Prozent gesenkt werden, wenn beispielsweise nur der Führungswagen und nicht die Profilschiene ausgetauscht werden muss.

TCO stellt den niedrigen Preis in einen Kontext
Die heutige Produktionsumgebung wird zunehmend durch Lean-Initiativen geprägt – um Abfall wo immer möglich zu reduzieren. Lean Thinking wird jedoch häufig nur zur Neuorganisation von Herstellungsprozessen eingesetzt.

Wie wir gesehen haben, kann es in jeder Phase eines Investitionsgüterprojekts zu einer Verschwendungsreduzierung zur Optimierung der Gesamtbetriebskosten kommen. Von der anfänglichen Recherche und dem Design über die Anschaffungs- und Inbetriebnahmekosten bis hin zum Betrieb und der Wartung Ihres Systems trägt alles zu Ihren Gesamtbetriebskosten bei.

Schauen Sie über den im Angebot des Anbieters angegebenen Preis hinaus und berücksichtigen Sie auch die Kosten, die mit der Spezifikation, dem Design, dem Kauf und der Wartung des Systems verbunden sind. Die kurzfristigen Einsparungen, die durch den einfachen Kauf der Produkte mit dem niedrigsten Anschaffungspreis erzielt werden, werden schnell durch unerwartete Kosten in den Schatten gestellt, die in diesen anderen Bereichen entstehen.

Wenn bei der Spezifikation und dem Kauf von Fertigungstechnologien TCO-Überlegungen berücksichtigt werden, können Fertigungsqualität, Vermeidung von Verschwendung, höhere Mitarbeiterzufriedenheit, Umsatz- und Gewinnsteigerung sowie höhere Qualität erzielt werden.