Materialverschwendung in der Fertigung: Ursachen und Praxis

Was ist Materialverschwendung in der Fertigung?

Materialverschwendung umfasst jeden Materialeinsatz, der nicht im fertigen Produkt landet. Ausschuss, Nacharbeit, Verschnitt, Anlaufverluste, Verderb, Handhabungsschäden. Alles, was als Rohmaterial in die Produktion geht und als Abfall, Reststoff oder fehlerhaftes Teil wieder herauskommt.

In der Lean-Systematik ist Materialverschwendung eine der sieben Verschwendungsarten (Muda). Im OEE-Kontext bildet sie den Kern des Qualitätsfaktors: Jedes Teil, das nicht beim ersten Durchlauf den Qualitätsanforderungen entspricht, senkt die OEE und verbraucht gleichzeitig Material, Maschinenzeit und Energie, ohne dass ein verkaufsfähiges Produkt entsteht.

Das Besondere an Materialverschwendung im Vergleich zu anderen Verlustarten: Sie kostet doppelt. Erstens das Material selbst. Zweitens die Kapazität, die für die Herstellung des fehlerhaften Teils verbraucht wurde. Eine Maschine, die zehn Minuten lang Ausschuss produziert, hat nicht nur Material verschwendet, sondern auch zehn Minuten Produktionszeit, die nicht mehr verfügbar sind.

Wo entsteht Materialverschwendung?

Materialverschwendung verteilt sich auf den gesamten Fertigungsprozess, nicht nur auf den offensichtlichen Ausschuss am Ende der Linie.

Anlaufverluste. Beim Hochfahren einer Maschine, nach einem Rüstvorgang oder nach einer Störung braucht der Prozess eine Stabilisierungsphase. In dieser Phase entstehen Teile, die nicht den Spezifikationen entsprechen. Bei Spritzgussmaschinen sind das die ersten Schüsse, bis Temperatur und Druck stabil sind. Bei Extrusionsanlagen die ersten Meter Profil. Bei Druckmaschinen die Einrichtebögen. Diese Anlaufverluste werden oft als unvermeidbar akzeptiert, sind aber in vielen Fällen reduzierbar.

Prozessbedingte Ausschussteile. Teile, die während der laufenden Produktion fehlerhaft werden. Maßabweichungen, Oberflächenfehler, Risse, Lunker, Fehlstellen. Die Ursachen sind vielfältig: instabile Prozessparameter, Werkzeugverschleiß, Materialschwankungen, Umgebungseinflüsse. Entscheidend ist: Jedes Ausschussteil hat eine Ursache. Und jede Ursache lässt sich finden, wenn die Daten vorhanden sind.

Nacharbeit. Teile, die nicht direkt als Ausschuss verworfen werden, sondern nachbearbeitet werden müssen. Nacharbeit verbraucht zwar weniger Material als ein komplett neues Teil, aber sie bindet Maschinenzeit, Personal und oft zusätzliches Material (Schweißdraht, Füllmaterial, Beschichtung). In der OEE-Berechnung zählen nachgearbeitete Teile nicht als Gutteile beim ersten Durchlauf.

Verschnitt. Der Materialanteil, der konstruktions- oder prozessbedingt nicht ins Fertigteil eingeht. Stanzgitter, Angüsse beim Spritzguss, Schnittreste bei der Blechbearbeitung. Ein gewisser Verschnitt ist in jedem Fertigungsverfahren unvermeidbar. Aber die Höhe des Verschnitts hängt direkt von der Schachtelung, der Werkzeuggestaltung und der Losgrößenplanung ab.

Lager- und Handhabungsverluste. Material, das vor der Verarbeitung beschädigt wird. Korrosion durch falsche Lagerung, mechanische Beschädigung durch unsachgemäßen Transport, Verderb bei zeitkritischen Materialien (Lebensmittel, Klebstoffe, Harze). Diese Verluste entstehen nicht in der Produktion, aber sie belasten die Materialkosten der Fertigung.

Was kostet Materialverschwendung?

Die direkten Materialkosten sind nur die Spitze. Die tatsächlichen Kosten von Materialverschwendung setzen sich aus mehreren Schichten zusammen.

Materialkosten. Der offensichtlichste Posten. Bei einem Spritzgussteil mit einem Teilegewicht von 200 Gramm und einem Materialpreis von 2,50 Euro pro Kilogramm kostet jedes Ausschussteil 0,50 Euro Material. Bei einer Ausschussquote von 3 % und einer Jahresproduktion von 2 Millionen Teilen sind das 30.000 Euro Materialverlust pro Jahr. An einer einzigen Maschine.

Kapazitätskosten. Jedes Ausschussteil hat Maschinenzeit verbraucht. Bei einem Maschinenstundensatz von 80 Euro und einer Zykluszeit von 30 Sekunden kostet jedes Ausschussteil zusätzlich 0,67 Euro Maschinenzeit. Das verdoppelt den Verlust pro Teil nahezu.

Entsorgungskosten. Ausschuss muss entsorgt oder recycelt werden. Je nach Material entstehen Kosten für Trennung, Transport und Verwertung.

Folgekosten. Wenn Ausschuss zu spät erkannt wird, entstehen Folgekosten: Nachsortierung, Kundenreklamationen, Sonderfahrten, im schlimmsten Fall Bandstillstand beim OEM. In der Automobilindustrie kann eine fehlerhafte Charge, die bis zum Kunden durchgeht, sechsstellige Kosten verursachen.

Materialverschwendung und die OEE

In der OEE-Berechnung schlägt Materialverschwendung im Qualitätsfaktor zu Buche. Der Qualitätsfaktor ist das Verhältnis von Gutteilen zu Gesamtteilen:

Qualitätsfaktor = Gutteile / Gesamtteile

Jedes Ausschussteil und jedes nachgearbeitete Teil senkt den Qualitätsfaktor. Eine Ausschussquote von 3 % bedeutet einen Qualitätsfaktor von 97 %. Das klingt gut. Aber in Kombination mit einem Verfügbarkeitsfaktor von 88 % und einem Leistungsfaktor von 92 % ergibt sich eine OEE von 78,5 %. Jeder Prozentpunkt Qualitätsverbesserung hebt die OEE direkt an.

Das Problem: Viele Unternehmen erfassen Ausschuss nur als Tagessumme. "Heute 47 Ausschussteile." Aber niemand weiß, wann genau die Teile entstanden sind, an welcher Station, bei welchem Auftrag, mit welchen Prozessparametern. Ohne diese Information ist eine Ursachenanalyse unmöglich.

Ein MES mit automatischer Qualitätsdatenerfassung ändert das grundlegend. Jedes Ausschussteil wird mit Zeitstempel, Maschine, Auftrag und (wenn verfügbar) Prozessparametern verknüpft. Die Pareto-Analyse zeigt sofort: 60 % des Ausschusses kommen von drei Ursachen. Und die Korrelation mit Prozessdaten zeigt: Ursache 1 tritt immer auf, wenn die Massetemperatur über 235 °C steigt.

Wie misst man Materialverschwendung?

Die Messung von Materialverschwendung braucht zwei Datenströme: Stückzahlen und Qualitätsbewertungen.

Automatische Stückzahlerfassung. Die Maschinendatenerfassung zählt jedes produzierte Teil. Über ein digitales Signal (Zyklusende, Teileauswurf) oder über OPC UA direkt aus der Steuerung. Das ist die Basis: Wie viele Teile hat die Maschine produziert?

Qualitätsbewertung. Jedes Teil muss als Gutteil, Ausschuss oder Nacharbeit klassifiziert werden. Das geschieht auf drei Wegen:

• Automatisch über die Maschine: Die Steuerung erkennt Ausschuss selbst (z. B. durch eine integrierte Qualitätsprüfung, eine Kamerainspektion oder eine Prozessparameterüberwachung) und gibt ein entsprechendes Signal an das MES.
• Automatisch über SPS-Alarme: Bestimmte SPS-Alarme korrelieren mit Ausschuss. Wenn der Alarm "Einspritzdruckgrenze überschritten" auftritt, wird das Teil automatisch als verdächtig markiert.
• Manuell über den Shopfloor-Client: Der Werker erfasst Ausschuss und Nacharbeit am Shopfloor-Client mit Fehlergrund und Fehlerort. Das ist aufwendiger, aber für Fehler, die erst bei der Sichtprüfung erkannt werden, unverzichtbar.

Kennzahlen. Aus diesen Daten berechnet das System automatisch:

• Ausschussquote pro Maschine, Schicht, Auftrag, Produkt
• Nacharbeitsquote
• First Pass Yield (Anteil der Teile, die beim ersten Durchlauf gut sind)
• Materialausnutzungsgrad
• Top-Fehlerursachen (Pareto)
• Trend über Wochen und Monate

Wie reduziert man Materialverschwendung?

Die Reihenfolge: Messen, Priorisieren, Ursache finden, Maßnahme umsetzen, Wirksamkeit prüfen.

Gegen Anlaufverluste: Standardisierte Anlaufprozeduren. Wenn nach jedem Rüstvorgang dieselbe Anlaufsequenz gefahren wird (definierte Parameterstufen, Freigabekriterien, Mindestanzahl Prüfteile), sinkt die Zahl der Anlauf-Ausschussteile. Bei SYMESTIC werden Anlaufteile als eigene Kategorie erfasst, getrennt vom laufenden Ausschuss. So wird sichtbar, wie viel Material der Anlauf kostet und ob die Standardisierung wirkt.

Gegen prozessbedingten Ausschuss: Prozessdatenkorrelation. Die wirkungsvollste Methode, um systematischen Ausschuss zu reduzieren, ist die Korrelation von Ausschussereignissen mit Prozessparametern. Wenn das MES weiß, dass Ausschuss immer dann auftritt, wenn Parameter X den Wert Y überschreitet, kann die Prozessführung angepasst oder ein Alarm konfiguriert werden, der den Werker warnt, bevor der nächste Ausschuss entsteht.

Gegen Nacharbeit: Fehlerursachen systematisch beseitigen. Nacharbeit ist teurer als Ausschuss, weil sie zusätzliche Kapazität bindet und trotzdem kein erstklassiges Teil ergibt. Die Pareto-Analyse der Nacharbeitsgründe zeigt, welche drei Ursachen 70 % der Nacharbeit verursachen. Diese drei werden zuerst beseitigt.

Gegen Verschnitt: Losgrößen und Schachtelung optimieren. Bei Stanz- und Schneidprozessen hängt der Verschnitt direkt von der Schachtelung ab. Bei Spritzguss von der Angussgestaltung. Bei beiden spielt die Losgröße eine Rolle: Häufige Produktwechsel bedeuten häufige Anlaufphasen und damit mehr Verschnitt. Die Feinplanung im MES kann Losgrößen so zusammenfassen, dass die Zahl der Rüstvorgänge und damit der Anlaufverschnitt sinkt.

Gegen Lagerverluste: Bestandstransparenz. Wenn das MES den Materialverbrauch pro Auftrag automatisch erfasst und ans ERP zurückmeldet, entsteht eine exakte Bestandsführung. Überlagertes Material, vergessene Restbestände und Schwund werden sichtbar.

Praxisbeispiel: Qualitätsverluste sichtbar machen

Bei Klocke Pharma (Lohnhersteller für Pharma, Kosmetik und Nahrungsergänzung, Standort Weingarten) werden Verpackungslinien für Blister, Sachets und Ampullen betrieben. Die Anlagen laufen vollautomatisch mit hoher Geschwindigkeit. Jede Abweichung im Prozess führt sofort zu Ausschuss: falsch gesiegelte Blister, fehlende Tabletten, beschädigte Verpackungen.

Die Lösung: Automatische Erfassung von Stückzahlen und Stillständen über DI-Gateways an allen Linien am Standort. Skalierung innerhalb von drei Wochen. Anbindung an das ERP (Navision) über eine Dateischnittstelle für Auftragszustand und Stammdaten.

Die Ergebnisse:

• 7 Stunden mehr Produktionszeit innerhalb einer Woche
• 12 % Verbesserung der Ausbringung
• 8 % Verbesserung der Verfügbarkeit

Der Zusammenhang mit Materialverschwendung: Mehr Ausbringung bei gleicher Betriebszeit bedeutet weniger Verlust pro produzierter Einheit. Die Echtzeit-Transparenz über Stillstände und Ausbringung ermöglichte es dem Team, die Ursachen für Materialverluste gezielt zu analysieren und die Prozessstabilität zu verbessern, anstatt am Schichtende eine Ausschusssumme zu notieren, die niemand zuordnen konnte.

Materialverschwendung vs. Ausschuss vs. Nacharbeit

Häufige Fragen zu Materialverschwendung

Wie hoch ist eine typische Ausschussquote in der diskreten Fertigung?

Das hängt stark vom Fertigungsverfahren und der Branche ab. In der Metallbearbeitung (Stanzen, Drehen, Fräsen) liegen typische Ausschussquoten zwischen 1 und 3 %. In der Kunststoffverarbeitung (Spritzguss) bei 2 bis 5 %, wobei Angüsse oft recycelt werden können. In der Lebensmittelverpackung bei 1 bis 4 %. Entscheidend ist nicht der absolute Wert, sondern der Trend und die Fähigkeit, die Ursachen der größten Verluste zu identifizieren.

Ist Verschnitt dasselbe wie Ausschuss?

Nein. Verschnitt ist konstruktions- oder verfahrensbedingt: Das Material, das bei einem Stanzvorgang zwischen den Teilen übrigbleibt, oder der Anguss beim Spritzguss. Verschnitt entsteht auch bei Gutteilen. Ausschuss ist ein fehlerhaftes Teil, das den Qualitätsanforderungen nicht entspricht. Verschnitt ist oft recycelbar (z. B. Stanzgitter werden eingeschmolzen, Angüsse regranuliert). Ausschuss kann je nach Fehlerart recycelbar sein oder nicht.

Kann man Materialverschwendung komplett eliminieren?

Nein. Jeder Fertigungsprozess hat einen physikalisch bedingten Mindestanteil an Materialverlust: Verschnitt, Anlaufteile, unvermeidbarer Schwund. Das Ziel ist nicht null Prozent Verlust, sondern die Kenntnis darüber, wo Verluste entstehen, und die systematische Reduktion der vermeidbaren Anteile. In der Praxis lassen sich Ausschussquoten durch Prozessdatenanalyse und gezielte Maßnahmen um 30 bis 50 % senken, bezogen auf den vermeidbaren Anteil.

Welche Rolle spielt ein MES bei der Reduktion von Materialverschwendung?

Ein MES liefert drei Dinge: Erstens die automatische Erfassung von Ausschuss und Nacharbeit mit Zeitstempel, Maschine, Auftrag und Fehlergrund. Zweitens die Korrelation mit Prozessdaten, um Ursachen zu finden. Drittens die Echtzeit-Visualisierung auf Dashboards, damit Abweichungen sofort sichtbar werden und nicht erst am Schichtende. Bei SYMESTIC werden Qualitätsdaten automatisch aus der Maschinensteuerung übernommen (SPS-Alarme, automatische Qualitätsprüfung) und können am Shopfloor-Client durch manuelle Fehlererfassung ergänzt werden.

Was hat Materialverschwendung mit Nachhaltigkeit zu tun?

Direkt alles. Jedes Ausschussteil verbraucht Rohmaterial, Energie und Wasser, ohne dass ein verkaufsfähiges Produkt entsteht. Die CO₂-Bilanz eines Ausschussteils ist identisch mit der eines Gutteils, nur ohne Ertrag. Materialverschwendung zu reduzieren ist daher nicht nur ein Kostenhebel, sondern auch ein Nachhaltigkeitshebel. Unternehmen, die ihre Ausschussquote von 4 % auf 2 % senken, sparen nicht nur Material, sondern auch den gesamten Energieeinsatz für die Herstellung der vermiedenen Ausschussteile.

Über den Autor:

Christian Fieg

Head of Sales bei SYMESTIC. Zuvor Johnson Controls, Visteon, iTAC, Dürr. Six Sigma Black Belt. 25+ Jahre Fertigungsindustrie.
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