Kostengünstiges Konstruieren - Uni Siegen · Maschinen zur Radsatz- und Kurbelwellen-bearbeitung,...
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Gesellschaft für kostenorientierte Produktentwicklung
Kostengünstiges Konstruieren
Kostenmanagement in der Konstruktion als Schlüssel zu niedrigen Produktionskosten
Ingenieurwissenschaftliches Kolloquium, Firma Thomas Magnete, Herdorf, 19. Oktober 2006
Dr. Jan O. Fischer · Gesellschaft für kostenorientierte Produktentwicklung · Tel.: 0221 - 940 25 31 · eMail: [email protected]
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Kunden der GKP: Abgeschlossene Projekte und eingeführte Kosteninformationssysteme
Schmolz und BickenbachStahlindustrie, ca. 1 Mrd. Euro Umsatz (2000),
Düsseldorf
Hegenscheidt MFD GmbH & Co. KGMaschinen zur Radsatz- und Kurbelwellen-
bearbeitung, Erkelenz
KARDEX Bellheimer Metallwerk GmbHLager- und Bereitstellungssysteme,
Bellheim
SPICER Gelenkwellenbau GmbHKreuzgelenkwellen für Fahrzeug-und Industrieanwendungen, Essen
GEA Lyophil GmbHGefriertrocknungsanlagen,
Hürth
MTU Friedrichshafen GmbHTechnologieführer Dieselmotoren und
Antriebssysteme, Friedrichshafen
MAN Roland Druckmaschinen AGWeltmarktführer Rollen-Offsetmaschinen,
Augsburg & Offenbach
MAN B&W Diesel AGWeltmarktführer großer Diesel-
motoren, Augsburg
SCHUMAG AGMaschinen zur Metallumformung,
Aachen
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Inhalt
1 Einführung zum kostenbewussten Konstruieren
2 Kosteninformationen für Konstrukteure
3 Entwicklungsbegleitende Kalkulation
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Kostenmanagement in der Konstruktion ist besonders effektiv
Z e i t f o r t s c h r i t t i m P r o d u k t e n t s t e h u n g s p r o z e s s
Kostenentstehung und Kostenbeeinflussbarkeit im Produktentstehungsprozess
Kon
stru
ktio
nsph
ase
Möglichkeit derKostenbeeinflussung
Kostenentstehungkumuliert
© GKP 2004
In der Konstruktionsphase, zu Beginn des Produktent-stehungsprozesses, ist die Möglichkeit der Kosten-beeinflussung besonders hoch.
Zudem verursachen Modifi-kationen in dieser Phase nur geringe Kosten.
Hohe Effizienz eines Kostenmanagements, das in der Konstruktion ansetzt.
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Maßnahmen der kostenorientierten Produktentwicklung
Mit Target Costing werden neue Produkte konsequent nach den vom Markt geforderten Produktmerkmalen und den erlaubten Kosten entwickelt. Der gesamte Target Costing-Prozessrichtet sich dabei an dem Managementzyklus Planen - Kontrollieren - Steuern aus.
Kosteninformationen für Konstrukteureunterstützen den Konstrukteur bei der Auswahl der kostengünstigsten Konstruktionsalternative und vermeiden eine Festlegung der Produkt-merkmale ohne eine Abschätzung ihrer Kostenwirkung.
Entwicklungsbegleitende Kalkulation ermög-licht durch frühzeitige Kostenprognosen eine Kontrolle der Zielkostenerreichung schon während der Entwicklung.
Kost
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Planung
Ausarbeitung
Konzept
Entwurf
T a r g e t C o s t i n g
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Target Costing:Ableiten von Zielkosten für Produkt und Produktkomponenten aus den Marktbedingungen
Overhead
Gewinn
zulässige Herstellkosten
=gesamte
Zielkosten
Marktpreis
bottom up
Overhead
Gewinn ?
Top down
HK
konventionell ermittelter Preis
Nach bisherigen Erfahrungen
kalkulierte HK
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Inhalt
1 Einführung zum kostenbewussten Konstruieren
2 Kosteninformationen für Konstrukteure
3 Entwicklungsbegleitende Kalkulation
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Kostenmanagement in der Konstruktion erfordert spezielle Kosteninformationen
? Was ist die kosten-günstigste Konstruktions-alternative?
? Wie können Kosten ohne negativen Einfluss auf die technische Wertigkeit gesenkt werden?
? Welche Auswirkungen haben konstruktive Änderungen auf die Kosten?
! … Aufschluss über die Kosten unterschied-licher Konstruktionsalternativen geben.
! … sich auf die beeinflussbaren Parameter beziehen und den Fragestellungen in der Konstruktion entsprechen.
! … einen schnellen Zugriff auf die gewünschten Daten bieten.
! … keine zusätzliche Belastung für den Konstrukteur sind, sondern ihn bei seiner Arbeit unterstützen.
Kostenmanagement in der Konstruktion führt zu bestimmten Fragen:
Erforderlich sind daher Kosteninformationen, die…
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Relativkosten-Informationen ermöglichen kostenbewusstes Konstruieren
Lesebeispiel: Das Zylinderrollenlager in der Ausführung ‚N‘ kostet ca. das 3,8-fache eines Rillenkugellagers gleicher Größe, in der Ausführung ‚NU‘ hinge-gen nur das 2,8-fache.
Relativkosten sind Bewertungszahlen, mit denen das Kostenverhältnis alternativer Konstruktionslösungen dargestellt wird.
Auswahlmöglichkeit der kostengüns-tigsten Konstruktionsalternative
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Anwendungsbeispiel Welle: Realisierte Kostensenkung durch Relativkosten
Oberflächengüte RZ
Relat
ivkos
ten
6,3 10 16 25 40 63 100
654321
Relativkosten beimDrehen
1.0050 (St 50-2)
1.0570 (St 52-3)
Relativkosten1,00
Relativkosten vonMaterialien
Ausführungsform Passfedernut N1 anstatt Form N2 � 38,0% Kosten-ersparnis beim Fräsen
Nutlänge L
Relat
ivkos
ten
N1 N2
N1N2
Lgrenz
Relativkosten von Passfedernuten
LIst
Oberflächengüte RZ 10 anstatt RZ 6,3� 28,8% Kostenersparnis beim
DrehenEinsatz von St50-2 anstatt St52-3 � 9,2% Materialkostenersparnis
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Überbetrieblich nutzbare Relativkosteninformationen
� Entstanden aus verschiedenen Hochschul- und Verbundprojekten von 1999 bis 2005
� Überbetriebliche Nutzbarkeit � „Offene Gestaltung“, d.h. durch unternehmensspezifische
Relativkosteninformationen erweiterbar� Belegte Praxistauglichkeit
Relativkosten-Informationssystem
Produktkosten senken durch Kosteninformationen für Konstrukteure
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0 500 1.000 1.500
Stückzahl
Rela
tivko
sten
(Pro
dukt
ions
men
ge) Kleben
Schweißen
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Um dem aktuellen Anwendungsfall zu entsprechen, lassen sich viele RCT vom Benutzer interaktiv aufbauen
1. Auswahl von Vergleichs-art und Objektgruppe
2. Auswahl der aufzu-nehmenden Alternativen
3. Auswahl des Kriteriums für den Kostenvergleich
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1 Einführung zum kostenbewussten Konstruieren
2 Kosteninformationen für Konstrukteure
3 Entwicklungsbegleitende Kalkulation
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Kurze Regelkreise durch entwicklungsbegleitende Kalkulationko
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Zielkostenerreicht?
Marktforschung
Anforderungen
Konzept
Entwurf
Ausarbeitung
Produktion
lange
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neinZielkostenerreicht?
Marktforschung
Anforderungenmit Zielkosten
Konzept
Entwurf
Ausarbeitung
Produktion
kurz
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Zielkostenerreicht?
Zielkostenerreicht?
nein
nein
ja
jaEntwicklungs-begleitende Kalkulation:
Kontrolle der Zielkosten-erreichung schon währendder Entwicklung
Quell
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S. 47
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Methoden und Softwaretools zur entwicklungsbegleitenden Kalkulation
Ähnlichkeits-kalkulation
Kostenwachstums-gesetze Kostenfunktionen
Schritt 1: Suche ähnlicher, vorhandener Objekte anhand technischer MerkmaleSchritt 2: Schließen von den Kosten ähnlicher Objekte auf aktuellen Anwendungsfall
Bsp. Kosten & Baugröße:
Baugröße
Parametrisieren der Kosteneinflussfaktoren mit statistisch und / oder analytisch ermittelten Zusammenhängen
Herst
ellko
sten
FKr
FKe
MK
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Inhalt
1 Einführung zum kostenbewussten Konstruieren
2 Kosteninformationen für Konstrukteure
3 Entwicklungsbegleitende Kalkulation
3.1 Ähnlichkeitskalkulation
3.2 Kostenwachstumsgesetze
3.3 Kostenfunktionen
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Ähnlichkeitskalkulation: Grundprinzip der entwicklungsbegleitenden Kalkulation
1. Arbeitsschritt
2. Arbeitsschritt
Aktueller Anwendungsfall:Skizze / Konzept / Entwurf
vorhanden: technische Merkmalegesucht: Kosten
ähnliche, bereits gefertigte Objekte anhand technischer Merkmale suchen
Ähnliche Objekte
vorhanden: technische Merkmale, Kosten
von Kosten ähnlicher Objekte auf Kosten des aktuellen Anwendungsfalls schließen
Kostenprognose für denaktuellen Anwendungsfall
Ausgangs-situation
Zwischen-ergebnis
Ergebnis
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Problematik: Viele PPS- bzw. ERP-Systeme ermöglichen keine strukturierte Anzeige der Kosten eines Produkts
Um die komplette Kostenstruktur eines Produkts oder einer Baugruppe abzubilden, sind meist verschiedene Systemabfragen durchzuführen. Die anschließende Kostenaggregation von Rohteilen und Arbeitsgängen über bearbeitete Teile hin zu Baugruppen und Produkten erfolgt in der Regel manuell, z.B. mit Excel.
Je nach Komplexität des betrachteten Objekts kann der Arbeitsaufwand hierbei zwischen einigen Stunden und mehreren Arbeitstagen liegen.
Systemauszüge zu Kostenwerten manuelleAufbereitungKostenauswertung
(z.B. Excel)
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Inhalt
1 Einführung zum kostenbewussten Konstruieren
2 Kosteninformationen für Konstrukteure
3 Entwicklungsbegleitende Kalkulation
3.1 Ähnlichkeitskalkulation
3.2 Kostenwachstumsgesetze
3.3 Kostenfunktionen
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Fallbasiertes Kostenschließen mit Kostenwachstumsgesetzen
BaugrößeHe
rste
llkos
ten
Fkr ~ φ 0,5Fertigungskostenaus Rüstzeiten
Fke ~ φ 2Fertigungskostenaus Einzelzeiten
MK ~ φ 3Materialkosten
Kostenwachstumsgesetze:
Beziehung der Kosten von einander ähnlichen Produkten (primär Geometrie-, fallweise auch Stoff-oder Fertigungsähnlichkeit).
Schließen von den Kosten eines vorhandenen Objekts auf den aktuellen Anwendungsfall.
Kosten in Abhängigkeit von der Baugröße
Stufensprung φ: Längenverhältnis von Folge- zu Grundentwurf
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Dialogmaske zur Anwendung der Kostenwachstumsgesetze für Fertigungsverfahren
1. Auswahl Fertigungs-verfahren
2. Fertigungs-kostenGrundent-wurf und Stufen-sprung
3. Kosten-prognoseFolge-entwurf
1 2
3
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Inhalt
1 Einführung zum kostenbewussten Konstruieren
2 Kosteninformationen für Konstrukteure
3 Entwicklungsbegleitende Kalkulation
3.1 Ähnlichkeitskalkulation
3.2 Kostenwachstumsgesetze
3.3 Kostenfunktionen
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Regressionsobjekt Tablar
Tablar:
Zugeschnittenes,
gekantetes Blech
mit angeschraubten
bzw. angenieteten
Gleitkufen,
Eckauflagen etc.
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Nachkalkulationen auf-nehmen & aktualisieren
Erstellung der Kostenfunktion für Tablare
1. Objekt bestimmen
2. Kostendaten erfassen
3. Mögliche Einflussgrößen ermitteln
4. Einflussgrößenwerte erfassen
5. Signifikante Einflussgrößen und deren Einfluss ermitteln
6. Kostenfunktion erstellen
Tablare
Analyse Nachkalkulationen,Expertenbefragung
Zeichnungen, Stücklisten, Arbeitspläne etc.
Regressionsanalyse für jede Einflussgröße
Regressionsfunktionen zusammenfassen
Herstellkosten
FK MK
Blech-größe
Werk-stoff
AnzahlKanten
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Parametrische Kostenschätzung: Dialogmaske zur Anwendung der Kostenfunktion
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Kostengünstiges Konstruieren: Fazit
Kostenwissen erwerben, entwickeln,verteilen, nutzen und bewahren mit:
! Ähnlichkeitsvergleichen
! Kostenwachstumsgesetzen
! Regressionsrechnungen
! Kostenfunktionen
! Relativkosten-Informationeneinsetzen
? Zeitlicher Versatz von Kosten-beeinflussung und -beurteilung
? Kostenprognose in frühen Phasen der Entwicklung
? Vermeidung nachträglicher Änderungen
? Kostenwirkung konstruktiver Änderungen
Das Spannungsfeld zwischen Kostendruck und Erfüllung technischer Anforderungen kann mit Aktivitäten des Kostenmanagements und zielgerichteten Kosteninformationen überwunden werden: