Harsh Joshi
Co-founder & Technical Director
Ingenieurbüros unterscheiden sich vor allem darin, wie sie Prototypen erstellen und wer die Entscheidungen zur mechanischen Konstruktion trifft. Vergleichen Sie fünf Outsourcing-Ansätze und wählen Sie denjenigen aus, der zu Ihrem Produkt passt.
Das Outsourcing von Konstruktionsdienstleistungen in den USA lässt sich im Allgemeinen in fünf große Kategorien einteilen: Full-Service-Konstruktionsberatungsunternehmen, ingenieurorientierte Spezialisten, Partner für die gesamte Kette von der Konstruktion bis zur Fertigung, globale Ingenieurdienstleister sowie hybride Partner aus den USA und dem Ausland. Auf dem Papier bieten die meisten von ihnen CAD, Simulation und Prototypenbau an. In der Praxis unterscheiden sie sich jedoch in zweierlei Hinsicht: darin, wie sie Prototypen einsetzen, und darin, wer die Entscheidungen bezüglich der mechanischen Konstruktion trifft. Diese beiden Faktoren beeinflussen Ihre Kosten, Ihren Zeitplan und den Nacharbeitsaufwand stärker als der Stundensatz.
In diesem Leitfaden wird erläutert, wie die verschiedenen Ansätze beim Outsourcing der Konstruktionsentwicklung den Prototypenbau und die mechanische Konstruktion handhaben, wo sie jeweils zum Einsatz kommen und welche Fragen Sie stellen sollten, bevor Sie einen Vertrag unterzeichnen. Wenn Sie Profile einzelner Unternehmen suchen, finden Sie diese einzeln im Leitfaden von Monarch Innovation zu führenden US-amerikanischen Produktentwicklungsunternehmen für den gesamten Bereich des Maschinenbaus. Dieser Artikel konzentriert sich darauf, wie diese Unternehmen arbeiten.
Was versteht man in den USA unter dem Outsourcing von Konstruktionsleistungen?
Unter dem Outsourcing von Konstruktionsleistungen in den USA versteht man die Beauftragung eines externen Ingenieurspartners mit der Übernahme eines Teils oder der gesamten Produktentwicklung, einschließlich mechanischer CAD-Konstruktion, Simulation, Prototypenbau, Tests und fertigungsorientierter Konstruktion. Unternehmen nutzen Outsourcing, um auf spezialisierte ingenieurtechnische Kompetenzen zurückzugreifen, ihre Kapazitäten zu erweitern und den Bedarf an festangestellten internen Mitarbeitern zu verringern.
Was sind die wichtigsten Optionen für das Outsourcing von Konstruktionsleistungen in den USA?
US-Unternehmen, die die technische Konstruktion auslagern, greifen in der Regel auf eines von fünf allgemeinen Modellen zurück. Jedes Modell vertritt eine andere Sichtweise darauf, wem das Eigentum am Produkt zustehen sollte. Das richtige Outsourcing-Modell hängt hauptsächlich vom Entwicklungsstand Ihres Produkts, dem technischen Risiko, den Fertigungsanforderungen und davon ab, welchen Teil des Konstruktionsprogramms der Partner übernehmen soll.
- Full-Service-Designagenturen wie Delve und Priority Designs vereinen Forschung, Design und Technik in einem Team.
- Technikorientierte Spezialisten wie 219 Design und StudioRed legen den Schwerpunkt auf fundiertes technisches Fachwissen und arbeiten häufig im Rahmen der Prozesse des Kunden.
- „Design-to-Manufacturing“-Partner wie Paramit entwerfen das Produkt und fertigen es in ihren eigenen Werken.
- Weltweit tätige Ingenieurdienstleister wie Quest Global stellen Großunternehmen langfristig Ingenieurkapazitäten zur Verfügung.
- Hybride Partner mit Standorten in den USA und im Ausland, wie beispielsweise Monarch Innovation, kombinieren einen Ansprechpartner in den USA mit einem größeren Ingenieurteam im Ausland.
Beispiele zur Kanzlei
Die konkreten Beispiele stammen aus den von den jeweiligen Unternehmen selbst veröffentlichten Unterlagen, wie sie im Unternehmensleitfaden von Monarch Innovation vom Oktober 2026 zusammengefasst sind. Sie dienen der Veranschaulichung der einzelnen Modelle und stellen keine Rangliste dar. Erkundigen Sie sich direkt bei den Unternehmen, die Sie in die engere Wahl gezogen haben, nach den aktuellen Dienstleistungen.
Warum sich Unternehmen vor allem in den Bereichen Prototypenbau und mechanische Konstruktion voneinander unterscheiden
Zwei Unternehmen können zwar dieselben Dienstleistungen anbieten, Ihr Programm jedoch auf völlig unterschiedliche Weise umsetzen. Das eine erstellt vielleicht im ersten Monat zehn grobe Modelle, um die Reaktionen der Nutzer zu testen. Das andere widmet diesen Monat möglicherweise der Simulation und Toleranzanalyse und fertigt anschließend einen einzigen serienreifen Prototyp an.
Keiner der beiden Ansätze ist falsch. Allerdings eignet sich jeder für eine andere Art von Risiko. Wenn Ihre größte Ungewissheit darin besteht, ob die Menschen das Produkt wollen oder verstehen werden, liefern frühe physische Modelle am schnellsten eine Antwort darauf. Wenn Ihre größte Ungewissheit darin besteht, ob ein Mechanismus 50.000 Zyklen übersteht oder ein Gehäuse die thermischen Grenzwerte einhält, liefern Analysen und gezielte Funktionsmodelle eine bessere Antwort darauf.
Die gleiche Unterscheidung zeigt sich auch im Maschinenbau. Manche Unternehmen gehen von der Form aus und passen die inneren Bauteile entsprechend an. Andere gehen von der Funktion und den fertigungstechnischen Vorgaben aus und verfeinern dann das Erscheinungsbild. Wenn man weiß, zu welcher Herangehensweise ein Unternehmen neigt, weiß man auch, wofür es Ihr Budget einsetzen wird.
Die Prototyp-Phasen, die jedes ausgelagerte Programm durchläuft
Die meisten physischen Produkte durchlaufen eine ähnliche Abfolge von Fertigungsschritten, auch wenn die Unternehmen die einzelnen Phasen unterschiedlich bezeichnen:
- Konzeptmodelle: schnelle, grobe Modelle, mit denen Größe, Form und grundlegende Ideen getestet werden.
- Prototypen, die wie das Endprodukt aussehen und funktionieren: separate Modelle, eines für das Erscheinungsbild und die Ergonomie, eines für die Funktion.
- Engineering Validation Test (EVT): Serienreifes Design und serienmäßige Materialien, entwickelt, um die Funktionsfähigkeit des gesamten Funktionsumfangs nachzuweisen.
- Design-Validierungstest (DVT): Teile, die mit echten oder nahezu serienreifen Fertigungswerkzeugen hergestellt wurden. Sie werden auf Zuverlässigkeit, Optik und die Anforderungen geprüft, die das Produkt erfüllen muss.
- Produktionsvalidierungstest (PVT): Ein Probelauf auf der Produktionslinie zur Überprüfung der Ausbeute und der Wiederholbarkeit.
Der Formlabs-Leitfaden zu POC-, EVT-, DVT- und PVT-Bauvorgängen erläutert jeden einzelnen Bauvorgang ausführlicher. Für Käufer lautet die entscheidende Frage, welche Phasen das Unternehmen selbst übernimmt und welche es an Sie oder Ihren Hersteller überträgt.
Wie Unternehmen beim Prototyping vorgehen
Jedes Outsourcing-Modell ordnet den Prototypenbau an eine andere Stelle in dieser Abfolge ein. Im Folgenden werden die typischen Unterschiede zwischen den fünf Ansätzen erläutert.
Full-Service-Beratungsunternehmen: Prototypen zum Lernen
Full-Service-Beratungsunternehmen nutzen frühe Prototypen als Forschungsinstrument. Grobe Modelle aus Schaumstoff, 3D-Druck oder Karton helfen dem Team dabei, Griffigkeit, Größe, Benutzerfreundlichkeit und Nutzerreaktionen zu testen, bevor man sich auf die detaillierte Konstruktion festlegt. Priority Designs beispielsweise führt die Prototypenentwicklung im selben Gebäude wie die Arbeit der Designer und Ingenieure durch, was den Weg von der Skizze bis zum fertigen Bauteil verkürzt.
Die Stärke liegt im frühzeitigen Lernprozess. Der Nachteil ist, dass die Serienfertigung in der Regel bei einem separaten Partner liegt, sodass Rückmeldungen aus der Produktion verspätet eintreffen können. Fragen Sie nach, wie die Rückmeldungen des Herstellers noch vor dem Design-Freeze in die Konstruktion einfließen.
Technikorientierte Spezialisten: Prototyp zum Nachweis der Funktion
Technikorientierte Spezialisten richten ihre Prototypen auf technische Risiken aus. Dazu gehören Mechanismen, Wärmeentwicklung, Toleranzen und die Passform des Gehäuses zur Elektronik. Funktionierende Prototypen haben oft Vorrang vor optisch ausgefeilten Modellen. Unternehmen wie 219 Design arbeiten zudem lieber in den Prozess Ihres Teams integriert, anstatt das gesamte Projekt selbst zu leiten.
Dieser Ansatz eignet sich für Teams, die bereits über eine Produktvision verfügen. Rechnen Sie mit weniger Unterstützung bei der Nutzerforschung und beim Branding. Falls ein separater Auftragsfertiger das Produkt herstellen soll, legen Sie frühzeitig fest, was das Übergabepaket enthält.
Partner von der Entwicklung bis zur Fertigung: Der Prototyp auf dem Weg in die Produktion
Ein Partner, der vom Entwurf bis zur Fertigung alles abdeckt, fertigt Prototypen und Vorserienmodelle unter Verwendung von Verfahren und Qualitätssystemen, die denen in der Serienproduktion ähneln. Paramit, das Medizinprodukte und Life-Science-Instrumente in nach ISO 13485 zertifizierten Werken entwickelt und herstellt, ist ein Beispiel für dieses Modell. Da Entwurf und Fertigung in den Händen desselben Unternehmens liegen, treten beim Übergang vom Entwurf zur Fertigung weniger Überraschungen auf.
Der Nachteil ist die mangelnde Flexibilität. Das Design ist auf die Fertigungskapazitäten eines bestimmten Unternehmens zugeschnitten. Vergewissern Sie sich daher, dass Sie über die vollständigen Konstruktionsdateien verfügen und dass das Produkt bei Bedarf auch an anderer Stelle hergestellt werden könnte.
Globale Ingenieurdienstleister: Erst simulieren, dann mit Prototypen überprüfen
Globale Ingenieurdienstleister konzentrieren sich auf Analyse, Simulation, Kostenplanung und Wartungsarbeiten. Bei diesen Projekten werden die physischen Bauteile häufig in den eigenen Labors des Kunden oder bei Zulieferern gefertigt. Das Unternehmen liefert die dahinterstehende technische Expertise. Dies eignet sich für ausgereifte Produkte, Varianten und langfristige Projekte. Für schnelle, praxisorientierte Konzeptarbeit ist dieser Ansatz weniger geeignet.
Hybride Partner aus den USA und dem Ausland: detaillierte Planung im Ausland, gezielte Bauvorhaben
Ein Hybridpartner teilt die Arbeit auf. Ein Offshore-Team erstellt detaillierte CAD-Modelle, Simulationen und Zeichnungen. Ein Ansprechpartner in den USA kümmert sich um die Anforderungen, Überprüfungen und die Koordination. Monarch Innovation unterhält eine Niederlassung in Fremont, Kalifornien, und sein Hauptentwicklungszentrum in Ahmedabad, Indien. Das Unternehmen verfolgt einen „Simulation-First“-Ansatz und nutzt FEA und CFD, um Designentscheidungen zu testen, bevor Teile gefertigt werden. Sein Forschungs-, Entwicklungs- und Prototyping-Service umfasst 3D-gedruckte und CNC-gefertigte Prototypen, funktionsfähige Mockups und Prüfstände.
Der Nachteil ist die Entfernung zu Ihren Testern. Legen Sie im Vorfeld fest, wo die Prototypen gebaut werden, wie die Teile zu den Testern gelangen, wer an den Testsitzungen teilnimmt und wie die Ergebnisse dokumentiert werden.
Wie Unternehmen an die mechanische Konstruktion herangehen
Das Prototyping ist der sichtbare Teil der Arbeit. Die zugrunde liegenden konstruktiven Entscheidungen bestimmen, ob aus diesen Prototypen ein Bauteil wird, das eine Fabrik zu Ihren Zielkosten fertigen kann.
Wenn DFM-Daten eingehen
Im Bereich „Design for Manufacturing and Assembly“ (DFM/DFA) unterscheiden sich Unternehmen am unauffälligsten voneinander. Ein Partner, der vom Entwurf bis zur Fertigung begleitet, wendet DFM von Anfang an an, da er das Produkt selbst herstellen wird. Ein Beratungsunternehmen oder ein Ingenieurdienstleister mag sich zwar gut mit DFM auskennen, benötigt aber dennoch Input von Ihrem zukünftigen Hersteller oder Werkzeughersteller. Wenn dieser Input erst nach dem Design-Freeze eintrifft, müssen Sie mit späten Änderungen an Wandstärken, Entformungsschrägen, Befestigungselementen und der Teileanzahl rechnen. In der Regel kommt es dann zu Verzögerungen bei der Werkzeugherstellung.
Inwieweit ersetzt die Simulation physikalische Tests?
Unternehmen unterscheiden sich auch darin, inwieweit sie auf Simulationen setzen. Strukturelle FEA, thermische und Strömungsanalysen mit CFD sowie Toleranzkumulierungen können schwache Konstruktionen ausschließen, bevor Geld in die Fertigung von Bauteilen fließt. Simulationen ersetzen keine physikalischen Tests, insbesondere nicht bei Fall-, Ermüdungs-, Dichtheits- und behördlichen Prüfungen. Sie reduzieren jedoch die Anzahl der Prototypenrunden, die darauf verwendet werden, Probleme zu finden, die durch Analysen hätten erkannt werden können.
Wem gehören die CAD-Dateien und die Konstruktionsunterlagen?
Schließlich gehen Unternehmen unterschiedlich mit der Konstruktionsdokumentation um. Einige liefern in jeder Projektphase native CAD-Dateien, Zeichnungen, Stücklisten und Prüfberichte. Andere liefern diese erst am Ende. Bei regulierten Produkten sollten Sie nachfragen, ob das Unternehmen eine Dokumentation der Konstruktionshistorie vorlegen kann. Vergewissern Sie sich außerdem, dass sich die von Ihnen erhaltenen Dateien aus der mechanischen Konstruktion in Ihrer eigenen CAD- und PDM-Umgebung öffnen lassen und dort weiterhin bearbeitbar sind.
Vergleich verschiedener Ansätze für das Outsourcing im Bereich Konstruktionsplanung
| Outsourcing-Modell | Prototyping-Ansatz | Schwerpunkt Maschinenbau | Optimale Passform | Achten Sie auf |
|---|---|---|---|---|
| Full-Service-Beratung | Frühzeitige, regelmäßige Prototypen, um die Nutzer zu testen und das Konzept zu entwickeln | Ingenieurwesen und Industriedesign | Produkte, bei denen die Benutzererfahrung noch nicht erprobt ist | Späte Fertigungsdaten |
| Technikorientierter Spezialist | Funktionsfähige Versuchsanlagen zum Nachweis von Mechanismen und zur Integration | Technische Tiefe, Toleranzen, elektromechanische Passgenauigkeit | Teams, die für die Produktstrategie verantwortlich sind | Weniger Unterstützung bei der Nutzerforschung |
| Partner für die gesamte Kette von der Entwicklung bis zur Fertigung | Baut auf einem eigenen Produktionspfad auf | DFM vom ersten Tag an | Regulierte Produkte, für die ein verantwortlicher Partner erforderlich ist | An einen Hersteller gebundenes Design |
| Weltweit tätiges Ingenieurdienstleistungsunternehmen | Teile werden oft von Kunden oder Lieferanten gefertigt | Analyse, Kostenplanung, Instandhaltungsarbeiten | Ausgereifte Portfolios und Varianten | Langsamere erste Konzeptdurchläufe |
| Hybrider Partner in den USA und im Ausland | Zuerst die Simulation, dann gezielte funktionale Builds | Detaillierte CAD-, FEA/CFD- und DFM-Zeichnungen | Umfassender mechanischer Leistungsumfang mit skalierbarer Kapazität | Planung von physischen Überprüfungen über Zeitzonen hinweg |
So wählen Sie den richtigen Ansatz für Ihr Produkt
Beginnen Sie mit Ihrem größten Risiko, nicht mit dem Portfolio eines Unternehmens. Einige Muster helfen dabei, die Auswahl einzugrenzen:
- Wenn die Nutzer das Produkt noch nicht gesehen haben, liefert ein frühzeitiges, schnelles Prototyping durch ein Beratungsunternehmen zunächst Antworten auf die wichtigsten Fragen.
- Wenn das Risiko im Mechanismus, in der thermischen Auslegung oder in der Elektronik liegt, ist ein technisch orientierter Spezialist oder ein Partner, bei dem die Simulation im Vordergrund steht, die bessere Wahl.
- Wenn es sich um ein reguliertes Produkt handelt und Sie möchten, dass ein einziger Partner die Verantwortung dafür übernimmt, reduziert ein Unternehmen, das von der Konstruktion bis zur Fertigung alles aus einer Hand anbietet, die Übergänge zwischen den einzelnen Phasen.
- Wenn das Produkt bereits definiert ist und Sie detaillierte Konstruktionsleistungen oder fortlaufende Kapazitäten benötigen, fallen bei einem hybriden oder globalen Ingenieurbüro in der Regel geringere Kosten pro Projektphase an.
- Falls das Design unter US-Exportkontrollbestimmungen wie ITAR oder EAR fällt, prüfen Sie, welche technischen Daten an ausländische Ingenieure weitergegeben werden dürfen, bevor Sie eine Offshore-Lieferung in Betracht ziehen.
Viele US-Unternehmen kombinieren verschiedene Modelle. Ein lokales Studio kümmert sich um Konzepte und Design, während ein Hybrid-Partner die detaillierte Konstruktion, die Fertigungsoptimierung (DFM) und die Weiterentwicklung übernimmt. Der Leitfaden zu Personalaufstockung, dedizierten Teams und Projekt-Outsourcing behandelt die Vor- und Nachteile dieser verschiedenen Kooperationsformen.
Fragen, die Sie zum Thema Prototypenentwicklung und Design stellen sollten, bevor Sie einen Vertrag unterzeichnen
Stellen Sie jedem Unternehmen auf Ihrer Auswahlliste diese Fragen und vergleichen Sie die Antworten nebeneinander:
- Von wie vielen Prototypenrunden geht Ihre Schätzung aus, und was wird in jeder Runde getestet?
- Wer baut die Prototypen, und wo werden sie gebaut?
- Welche Analysen (FEA, CFD, Toleranzkumulierung) führen Sie vor jedem Bau durch?
- Wann prüft unser Hersteller oder Werkzeugbauer die Konstruktion, und wer setzt die Rückmeldungen um?
- Was erhalten wir an den einzelnen Meilensteinen: native CAD-Dateien, Zeichnungen, Stücklisten, Prüfberichte?
- Wie werden Designänderungen zwischen den einzelnen Prototypenrunden nachverfolgt und genehmigt?
- Wem gehören die Prototypenwerkzeuge, Vorrichtungen und Prüfstände nach Abschluss des Projekts?
Prototypenrunden sind einer der größten Faktoren, die das Gesamtbudget beeinflussen. Die Aufschlüsselung der Faktoren, die die Kosten für das Outsourcing der Produktentwicklung bestimmen, ist hilfreich, wenn man die Preisgestaltung verschiedener Unternehmen für diese Runden vergleicht.
Häufige Fehler beim Outsourcing der technischen Konstruktion
Der häufigste Fehler besteht darin, ein Unternehmen aufgrund seines Portfolios und nicht aufgrund seines Prozesses auszuwählen. Beeindruckende Renderings sagen wenig darüber aus, wie ein Unternehmen mit Toleranzproblemen oder einem fehlgeschlagenen Falltest umgeht. Ein weiterer Fehler ist die Budgetierung für nur eine Prototypenrunde, obwohl bei Tests fast immer Probleme zutage treten, die einen weiteren Durchlauf erfordern. Ein dritter Fehler besteht darin, den Hersteller erst nach dem Design-Freeze hinzuzuziehen, was dazu führt, dass DFM-Rückmeldungen zu Nachbesserungen an den Werkzeugen führen. Schließlich lassen viele Teams die Frage außer Acht, wer die Prototypen baut und wo, und stellen dann erst in der Mitte des Programms Verzögerungen beim Versand und bei der Überprüfung fest.
Auswahl eines Partners für die technische Konstruktion anhand seines Prototyping-Ansatzes
Der richtige Ansatz für das Outsourcing der technischen Konstruktion ist derjenige, bei dem der Prototypenbau- und Konstruktionsprozess auf das größte Risiko Ihres Produkts abgestimmt ist. Entscheiden Sie, ob Sie mehr über die Nutzer erfahren, einen Mechanismus erproben, die Fertigung frühzeitig festlegen oder Kapazitäten für die Detailkonstruktion hinzufügen müssen. Erstellen Sie dann eine Auswahlliste mit zwei oder drei Unternehmen dieser Art und prüfen Sie diese anhand der oben genannten Fragen.
Monarch Innovation verfolgt das oben beschriebene hybride US- und Offshore-Modell. Im Rahmen seiner Produktentwicklungsdienstleistungen bietet das Unternehmen simulationsorientiertes mechanisches Design, Prototypenbau, Tests und DFM an. Es verfügt über eine US-Niederlassung in Fremont, Kalifornien, sowie ein Hauptentwicklungszentrum in Ahmedabad, Indien. Bei Produkten, die sich in der Phase vom Konzept bis zum Detailentwurf befinden, kann das Team die Anforderungsanalyse, die CAD-Entwicklung, Simulationen, die Prototypenplanung sowie produktionsorientierte DFM-Maßnahmen unterstützen.
Planen Sie Ihre nächste Prototypenrunde?
Teilen Sie uns Ihr Konzept, Ihre CAD-Dateien oder Ihre Produktionsziele mit. Die Ingenieure von Monarch Innovation erstellen einen praxisorientierten Plan für Simulationen, den Bau von Prototypen, Tests und die Fertigungsoptimierung (DFM).
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