Eine Methode zur Abschätzung der produktionskostenbezogenen langfristigen Planungsziele ziviler Turboflugtriebwerke

Abstract

Aufgrund einer wachsenden Internationalisierung nehmen die Dynamik und die Komplexität in den Märkten zu. Dies bedingt einen kontinuierlichen Wertewandel, bemerkbar durch eine stetige Zunahme der Innovationsdynamik und einem beschleunigten technologischen Wandel der Produkte. Eine Konsequenz dessen sind kürzere Produktlebenszyklen und Produktentwicklungszeiten, was die produzierenden Unternehmen bezüglich der Produktplanung vor erhebliche Herausforderungen stellt. Der Erfolg eines Produktes am Markt wird nicht zuletzt über dessen Verkaufspreis und somit indirekt über dessen Herstellungskosten bestimmt. Es ist daher von essenzieller Bedeutung, bereits in der Vorentwicklungsphase eines Produktes die Kosten zu ermitteln und somit langfristig die Planungsziele festlegen zu können.

In dieser Arbeit wird eine Methode zur Abschätzung der langfristigen produktionsbezogenen Planungsziele vorgestellt. Die Herausforderung bei der Produktionskostenbestimmung zukünftiger Technologien besteht in der zielführenden Vereinfachung der Komplexität der Einflussfaktoren bei gleichzeitig zufrieden-stellender Genauigkeit der Kostenergebnisse. An eine Methode zum Vergleich der Produktionskosten in der Vorauslegungsphase sind Anforderungen unterschiedlichster Art geknüpft. Zum einen soll die Methode dazu dienen, unterschiedliche Konzepte zum Zeitpunkt der Vorauslegung anhand der Produktionskosten abzuschätzen und zu vergleichen. Zum anderen soll sie als unterstützendes Werkzeug bei der Bewertung der Produktionskosten neuartiger gegenüber konventionellen Technologien dienen. Die Produktionskosten setzen sich aus Material- und Fertigungskosten zusammen. Zur Abschätzung der Materialkosten wird ein Materialkosten-Model entwickelt. Basis dieses Models bildet die chemische Zusammensetzung der Werkstoffe. Weiterhin wird der Wertschöpfungsprozess des Materials über die einzelnen Herstellverfahren analysiert, um die Materialkosten zu berechnen. Die Fertigungskosten beziehen sich auf die Fertigung der Bauteile beim OEM. Dazu werden die bauteilspezifischen Fertigungsschritte untersucht und die entsprechenden Kostenbestimmungsmethoden aufgestellt. Weiterhin soll das Modell neue Fertigungstechnologien sowie neuartige Materialien abbilden können. Zur Abschätzung der Produktionskosten werden zwei Ansätze verfolgt und im Produktionskostenmodell abgebildet. Dabei handelt es sich um einen verfeinernden Ansatz, den sogenannten Top-Down Ansatz und einen aufbauenden Ansatz, den Bottom-Up Ansatz. Die dem Modell zu Grunde liegende Produktstruktur ist nach triebswerksauslegungsspezifischen Aspekten erstellt und gliedert sich von der Triebwerks-Ebene über die Modul-Ebene bis hin zur Bauteil-Ebene. Anhand bekannter Triebwerksgeometrien der Triebwerke CFM56-5B6 und V2524-A5 wurden die Produktionskosten bestimmt. Beim Vergleich mit den angenommenen Produktionskosten liegen die Ergebnisse im Rahmen der geforderten Genauigkeit. Ebenso können die, für die unterschiedlichen Architekturen der Triebwerke, abgeleiteten Auslegungsparameter aus der Leistungsrechnung bestätigt werden. Es kann gesagt werden, dass das erstellte Produktionskosten-Modell die Abschätzung der Produktionskosten unterschiedlicher Triebwerkstechnologien und –architekturen bereits in der Vorentwicklungsphase erlaubt.

A growing internationalization increases the dynamics and complexity in the markets. This requires a continuous change of values, evidenced by the steady increase in the dynamics of innovation and an accelerated technological change of a product. The consequences are shorter product life cycles and product development times, which confront the manufacturing companies in their product planning with significant challenges. The success of a product on the market is mainly driven by its sales price and thus indirectly determined by its production cost. It is therefore essential to identify already in the pre-development period the production cost and set the production cost-referred planning objectives. A method is presented for the estimation of the production cost-referred planning objectives. The challenge by estimating production cost of future technologies exists in the simplification of the significant amount of parameters affecting cost while obtaining a satisfying accuracy of the cost results at the same time. A method to compare the cost of production in the pre-development period is linked with various requirements. On the one hand the method will be used to evaluate different approaches at the time of the pre-development period based on the production cost. On the other hand it should serve as a supporting tool in the evaluation of new compared to conventional technologies. The production cost consists of manufacturing and material cost. For the determination of the material cost factors a material cost model is developed. Basis of this model forms the chemical composition of the materials as well as the appropriate manufacturing process. Furthermore, the value chain process of the material on the different manufacturing process is analyzed to calculate the cost of materials. The production costs refer to the manufacturing of the construction units with the OEM. In addition, the component specific manufacturing steps are investigated and the appropriate cost regulation methods are set up. Further the model is able to represent new engine technologies, manufacturing processes and new materials. To calculate the production cost, two approaches are pursued and implemented in the production model. This is a refining approach, the so-called top-down approach and a constructive approach, bottom-up approach. The model of the underlying product structure is created after engine development specific aspects with a breakdown beginning from the engine level, down to the module and component level. Based on known engine geometries of the CFM56-5B6 and V2524-A5 engines, the production costs were calculated. Comparing the calculated results with the estimated production costs, the achieved results are within the required accuracy. In addition, performance parameters derived from the different engine architectures can be mapped. It can be stated that the presented method to model production cost can be used to estimate the production cost of various engine technologies and architectures already in the pre-development period. Thus it is possible to draw conclusions on the production cost referred planning objectives of new products.