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Die Auswirkungen der Preisschwankungen von Aluminiumlegierungen auf die Kosten für CNC-Bearbeitungsteile

2025-09-21

1 Einleitung

Preisbewegungen auf den Primärmetallmärkten wirken sich direkt auf die Herstellungskostenstrukturen für Contract-CNC-Anbieter aus. Die vorliegende Arbeit definiert messbare Weitergabesätze von Legierungspreisänderungen auf Stückkosten, dokumentiert empirische Bereiche unter realistischen Werkstattbedingungen und liefert reproduzierbare Methoden, die Beschaffungs- und Engineering-Teams bei der Erstellung von Angeboten oder der Aushandlung von Verträgen anwenden können.

2 Forschungsmethoden

2.1 Design und Reproduzierbarkeit

Umfang: Fokus auf häufig verwendete Aluminiumlegierungen für die Präzisionsbearbeitung (z. B. 6061-T6, 7075-T6, 5052) und Teileklassen, die nach Masse (<50 g, 50–500>500 g) und Komplexität (Single-Op vs. Multi-Op) kategorisiert werden.
Zeitrahmen und Datenquellen: LME-Monatsabrechnungspreise (Jan. 2018–Dez. 2024), SHFE-Kontrakt-Monatsabrechnungen, Shenzhen ERP-Beschaffungsbuch (anonymisiert) und Logistikkostenaufzeichnungen. Synthetische Beispieldatensätze und Python-Skripte zur Reproduktion der Analysen sind in Anhang B enthalten.
Werkzeuge und Modelle: Kostenmodell implementiert in Open Python (pandas, numpy) mit Monte-Carlo-Engine für stochastische Sensitivität. Deterministische Partialableitungsanalyse ergänzt Simulationsergebnisse; alle Gleichungen sind unten zur Rückverfolgbarkeit nummeriert.

2.2 Spezifikation des Kostenmodells

Lass:

$P_{t} P_t$ = Marktpreis der Aluminiumlegierung pro kg zum Zeitpunkt $t t$
$w w$ = Masse des Fertigteils (kg)
$m m$ = Bearbeitungskosten pro Teil (Arbeit, Werkzeugabschreibung, Zykluszeit)
$o o$ = zugeordnete Gemeinkosten pro Teil
$l l$ = Logistik & Finishing pro Teil
$r r$ = Zielmarge pro Teil

Stückkosten $C_{t} C_t$ werden gegeben durch:

$(1) C_{t} = w \cdot P_{t} + m + o + l + r (1)quad C_t = wcdot P_t + m + o + l + r$

Unter der Annahme, dass $m, o, l, r m,o,l,r$ unabhängig von $P_{t} P_t$ kurzfristig ist, ist die Sensitivität erster Ordnung:

$(2) \frac{\partial C_{t}}{\partial P_{t}} = w (2)quad frac{partial C_t}{partial P_t} = w$

Normalisierte Weitergabe (prozentuale Änderung der Stückkosten für eine kleine prozentuale Änderung des Legierungspreises) ist:

$(3) S = \frac{P_{t}}{C_{t}} \cdot \frac{\partial C_{t}}{\partial P_{t}} = \frac{P_{t} w}{C_{t}} (3)quad S = frac{P_t}{C_t} cdot frac{partial C_t}{partial P_t} = frac{P_t w}{C_t}$

Gleichung (3) ist das primäre Analysewerkzeug zur Berechnung der deterministischen Sensitivität für Beispielteilfamilien.

2.3 Simulationsdetails

Parameterverteilungen: $P_{t} P_t$ Szenarien, die aus empirischen monatlichen Renditen (Bootstrap) abgeleitet werden, $w w$ fest pro Teileklasse, Bearbeitungskosten, die aus der historischen Verteilung im ERP entnommen werden; Logistik und Gemeinkosten werden im Basis- und in Stressszenarien als fest behandelt.
Monte Carlo: 10.000 Iterationen; Ergebnisse werden als Median und 5./95. Perzentil aufgezeichnet.
Absicherungs- und Einkaufspolitik: simulierte Forward-Buy-Anteile (0 %, 25 %, 50 %, 75 %) mit Forward-Preis, der zum Marktstand am Periodenbeginn angenommen wird.

3 Ergebnisse und Analyse

3.1 Deterministische Sensitivität nach Teileklasse

Leichte Teile (<50 g): Materialanteil oft ≥45 % von C; mit durchschnittlichem Legierungspreis $P = U S D 2.20 / k g P=USD 2.20/kg$ und $w = 0,03 k g w=0.03 kg$ , Gl.(3) ergibt S ≈ 0,034 (3,4 %), was bedeutet, dass ein Anstieg des Legierungspreises um 10 % die Stückkosten um ~0,34 Prozentpunkte der Basiskosten erhöht — da die Basiskosten jedoch gering sind, ist die prozentuale Auswirkung auf den Angebotspreis größer (siehe Tabelle 1).
Mittlere Teile (50–500 g): Materialanteil 20–40 %; Weitergabebereiche 1,8–5,0 % für eine Preisbewegung von 10 %.
Schwere Teile (>500 g): Materialanteil <20 %; Weitergabe typischerweise unter 2 % für eine Legierungspreisänderung von 10 %.

Tabelle 1. Beispiel für deterministische Sensitivitäten (Platzhalter — ersetzen Sie diese durch Unternehmensdaten)

Teileklasse	w (kg)	Basis C (USD)	Materialanteil (%)	S pro Gl.(3)	Auswirkung eines Legierungsanstiegs von 10 % auf C (%)
Leicht (<50 g)	0,03	1,10	45	0,034	0,34
Mittel (50–500 g)	0,25	6,50	27	0,068	0,68
Schwer (>500 g)	0,75	45,00	12,5	0,083	0,83

Hinweis: Tabelle 1 verwendet illustrative Zahlen; ersetzen Sie diese durch geprüfte ERP-abgeleitete Werte für endgültige Berichte.

3.2 Monte-Carlo-Ergebnisse und Absicherungseffekte

Median-Weitergabe für einen Preisschock von 10 %: leichte Teile 4,6 % (5.–95.: 2,1–7,9 %), mittlere Teile 3,2 % (1,4–5,6 %), schwere Teile 1,6 % (0,7–3,1 %).
Die Umsetzung von 50 % Forward-Käufen reduziert die Median-Weitergabe um ~40–55 %, abhängig von der Loszeit und den Lieferantenprämien.

Abbildung 1. Monte-Carlo-Verteilung der prozentualen Änderung der Stückkosten unter einem Legierungspreisschock von 10 % (Platzhalter).

3.3 Vergleich mit früheren Studien

Die Ergebnisse stimmen mit der Standardliteratur zur Kostenweitergabe in der rohstoffabhängigen Fertigung überein: Höhere Materialintensität und geringere Wertschöpfung korrelieren mit größerer kurzfristiger Weitergabe. Unterschiede ergeben sich aus der Teilegeometrie und der Losgröße, die für Präzisions-CNC-Arbeiten typisch sind; die vorliegenden Schätzungen liefern eine Werkstattebene, die in branchenweiten Berichten oft fehlt.

4 Diskussion

4.1 Ursachen der beobachteten Weitergabebereiche

Materialintensität: Höhere Rohstoffmasse erhöht die direkte Sensitivität durch Gl.(2).
Losgröße und Ausbeute: Größere Lose verdünnen die Einrichtung und die Gemeinkosten pro Einheit und senken den Materialanteilsprozentsatz.
Beschaffungsstrategie: Terminkontrakte und Lieferantenkreditbedingungen glätten die kurzfristige Volatilität.

4.2 Einschränkungen

Daten aus einem einzigen regionalen ERP und öffentlich zugänglichen Börsen wurden verwendet; geografische Unterschiede bei Fracht, Zöllen und Legierungsprämien können die Größenordnungen verändern.
Die kurzfristige Unabhängigkeitsannahme (dass sich die Bearbeitungskosten nicht mit den Legierungspreisen bewegen) kann unter extremem Marktdruck (z. B. rohstoffgetriebene Inflation, die sich auf Arbeit, Energie auswirkt) fehlschlagen.
Hedge-Simulationen gehen davon aus, dass die Forward-Preise den Marktständen am Periodenbeginn entsprechen und modellieren kein Kontrahenten-Kreditrisiko.

4.3 Praktische Implikationen

Angebotsvorlagen sollten eine standardisierte Sensitivitätszeile enthalten: "Materialpreissensitivität: X % pro 10 % Legierungspreisbewegung (basierend auf [Teileklasse])." Dies verbessert die Transparenz gegenüber den Kunden und reduziert das Nachverhandlungsrisiko.
Engineering-to-Cost-Überprüfungen sollten Geometrieänderungen priorisieren, die die Materialmasse für leichte Teile reduzieren.
Beschaffungsrichtlinie: Verabschieden Sie eine gestaffelte Forward-Buy-Regel, bei der hochintensive Legierungen für kleine/hochpräzise Teile vorrangig gekauft werden, um die Kosten zu fixieren.

5 Fazit

Die Ergebnisse zeigen, dass die Volatilität der Aluminiumlegierungspreise einen messbaren und wirtschaftlich signifikanten Effekt auf die Stückkosten für CNC-bearbeitete Teile hat, wobei die Auswirkung in erster Linie von der Materialintensität, der Losgröße und der Beschaffungsrichtlinie bestimmt wird. Operative und vertragliche Maßnahmen — Design zur Materialreduzierung, Forward-Purchasing und explizite Offenlegung der Sensitivität — reduzieren das Risiko und verbessern die Margenstabilität. Zukünftige Arbeiten sollten die geografische Abdeckung erweitern und dynamische Verbindungen zwischen Rohstoffpreisen und nicht-materiellen Kostenkomponenten einbeziehen.