Konstruktionsbegleitende Kostensimulation

Maschinenprojekte werden zunehmend komplex, müssen in kurzer Zeit realisiert werden und stehen unter hohem Kostendruck. Die Losgrößen werden immer kleiner, bedingt durch den Kundenwunsch nach Individualisierung und optimaler Auslegung, um auch kleinste Vorteile in die Waagschale der Wettbewerbsfähigkeit werfen zu können.

Damit ist es erforderlich, die Maschinenkosten exakt im Blick zu haben, um Projekte profitabel abwickeln zu können.

Um früh genug im Projekt Kostentreiber zu erkennen und Optimierungsansätze fundiert bewerten zu können, müssen Konstruktionsvarianten kostenmäßig kalkuliert werden. Die Methode der "konstruktionsbegleitenden Kalkulation" ist zwar altbekannt, wird aber oft nicht konsequent durchgeführt, primär aus Zeit- und Kostengründen. 

Auf Basis des OPUS-CAM-Systems wurde deshalb das Kalkulationsprogramm TICC entwickelt, mit dessen Hilfe 3D-CAD-Konstruktionen schnell und kostengünstig, weil weitestgehend automatisiert, kalkuliert werden können.

Mit TICC ist es erstmals möglich, neben den technischen Simulationsrechnungen auch Kostensimulationen effizient und produktiv in den Konstruktionsprozess zu integrieren.

Steigende Anforderungen an Maschinenprojekte

Sondermaschinen oder Sonderausrüstungen von Serienmaschinen müssen technisch und qualitativ höchsten Standards entsprechen - wie bei einer Serienmaschine.

Der Maschinenbauer ist dabei mit der herausfordernden Aufgabe konfrontiert, alle Anforderungen technisch zu 100% abzubilden und dabei, aufgrund des marktbedingt hohen Preisdrucks, ein enges Kostenbudget einzuhalten.

Für die technische Projektauslegung wird heute vollkommen selbstverständlich mit Simulationsmethoden gearbeitet wird, um z.B. das Festigkeits- oder Schwingungsverhalten von Bauteilen und Baugruppen zu berechnen und zu optimieren.

Keine effizienten Kalkulationsmethoden im Einsatz

Hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit wird zwar eine konstruktionsbegleitende Kalkulation vorgenommen, doch ist diese meistens von Erfahrungswerten oder Nachkalkulationen ähnlicher Konstellationen abgeleitet.

Effiziente Methoden, mit denen "schwarz auf weiß" die zu erwartenden Kosten vorausberechnet werden können, sind nicht im Einsatz oder zumindest nicht vergleichbar mit dem hohen Standard in den technischen Berechnungen.

Dazu kommt, dass es sehr viel Erfahrung verlangt, auf Basis von technischen Zeichnungen die Herstellkosten und -zeiten von Fertigungsteilen zutreffend zu kalkulieren.

Unsichere Datenlage bei Auswertung von Nachkalkulationen

Nachkalkulationen von abgewickelten Aufträgen, auf Basis von erfassten Betriebsdaten, sind hilfreich und stellen eine wichtige Wissensbasis dar. Bei intensiver Beschäftigung mit den Daten ist allerdings festzustellen, dass Daten häufig unzutreffend oder unvollständig den Projekten zugeordnet sind.

Die verfügbaren Kostendaten sind demnach oft mit großen Unsicherheiten behaftet, aufwändig zu ermitteln und deshalb ungeeignet, um die erforderlichen exakten Aussagen zum Herstellungsaufwand sicher zu treffen.

Unter dem Aspekt des hohen Kostendrucks erhält diese Aussage zusätzliche Brisanz, weil es nicht ausreicht, Kosten ungefähr zu ermitteln und mit großzügigen Gewinnzuschlägen dafür zu sorgen, dass die Rechnung auf jeden Fall aufgeht. Dieses Vorgehen scheitert am hohen Preisdruck durch den Markt.

Es ist erforderlich, sehr genau die Grenzkosten zu ermitteln und eine fundierte Zahlenbasis zu erarbeiten, welche Optimierungsmaßnahmen zielführend sind, um den erforderlichen Kostenziel-Korridor in einem Projekt zu erreichen.

Die Kosten des Projekts stehen mit Konstruktionsabschluss fest

Dabei ist klar, wie die nachfolgende Abbildung zeigt, dass im Projektverlauf nur bis zum Abschluss der Konstruktion die Kosten maßgebend beeinflusst werden können und auch der Kostenverlauf für notwendige Änderungen nur bis zu diesem Punkt erträglich ist.

Sobald Teile und Komponenten in Fertigung und Beschaffung gehen, ist "der Zug abgefahren", es werden hohe Budgetkosten ausgelöst, die Beeinflussbarkeit ist nur noch gering und zudem sind späte Änderungen mit schmerzlichen Konsequenzen auf der Terminseite verbunden.

Ein weiterer, sehr wichtiger Aspekt ist der erforderliche Aufwand, um laufend Kosten zu ermitteln und Gestaltungsvarianten zu berechnen. "Zu Fuß" und ohne effiziente Hilfsmittel scheitert dieser Ansatz meistens an den begrenzten Ressourcen, unterbleibt oft aus Zeit- und Termingründen und die bekannten Unsicherheiten bleiben bestehen.

Es liegt also nahe, sich um Methoden zu bemühen, die ähnlich der technischen Simulationsrechnungen eine exakte wirtschaftliche Simulation eines Maschinenprojektes ermöglichen und zwar zu einem Zeitpunkt, wo noch wirksam eingegriffen werden kann.

Mit 3D-Konstruktionsdaten automatisiert Herstellkosten kalkulieren

Der heute übliche Prozessverlauf sieht eine komplette Durchkonstruktion der Maschinen in 3D-CAD-Systemen vor. Damit liegen alle Bauteile und Strukuren in einer vollständigen geometrischen Beschreibung vor.

Um aus der Geometriebeschreibung Kostendaten abzuleiten, ist eine komplette Beschreibung der Fertigungsschritte, also der erforderlichen Arbeitsfolge mit dem dafür benötigten Zeitaufwand erforderlich.

Auf Basis von des OPUS-CAM-Systems wurde über 5 Jahre intensiv an der Kostenkalkulation gearbeitet. Daraus ist das Softwarepaket TICC (Time and Cost Calculation) entstanden, mit dem rechnergestützt acht Fertigungsverfahren und die Montage der Maschine abgedeckt werden können:

  1. Drehen.
  2. Fräsen.
  3. Bohren.
  4. Schweißen.
  5. Brennschneiden.
  6. Schleifen.
  7. Drahterodieren.
  8. Senkerodieren.
  9. Montage.

TICC stützt sich dabei auf 3D-CAD Nativdaten oder Austauschformate wie SAT oder STEP und berechnet menügeführt exakt die Fertigungskosten für jede Komponente.

Jeder Komponente wird die Montagezeit zugeordnet, so dass auch Montagekosten und -zeit exakt ermittelt werden können.

Kalkulation in bisher unbekannter Geschwindigkeit und Qualität

Gegenüber der traditionellen, manuellen Methode ergeben sich daraus erhebliche Vorteile:

  1. Die Kalkulation wird im TICC-System ausgeführt auf Basis der Original-CAD-Daten.
  2. Der Zeitaufwand für die Kalkulation, im Vergleich zu manuellen Methoden, ist minimal (Einsparung ca. 25 bis 75%).
  3. Das Kalkulationssystem wird fimenspezifisch konfiguriert (Maschinen-Schnittdaten, Stundensätze, Gemeinkosten- und Gewinnzuschläge etc.).
  4. Als Ergebnis wird ein Kalkulationsblatt mit detaillierten Zeit- und Kostendaten erstellt.
  5. Varianten von bereits berechneten Varianten werden auf Knopfdruck mit minimalem Aufwand berechnet.
  6. Der gesamte Herstellungsprozess, von der Einzelteilfertigung bis zur Montage, ist in der Kalkulation abgebildet.

Auf dieser Basis ist es nun möglich, die Konstruktion nicht nur technisch, sondern auch kostenmäßig, konstruktionsbegleitend zu optimieren und für das Unternehmen die Erfüllung der technischen und wirtschaftlichen Ziele gleichermaßen sicher zu stellen.

Alle Kostensätze, Material- und Gemeinkostenzuschläge und der kalkulierte Gewinn werden in den Systemparametern dokumentiert, so dass die Kalkulation jederzeit im Detail nachvollziehbar ist.


Vielfältiger Nutzen von TICC

Korrekte Kalkulationen - Fehlkalkulationen sind Vergangenheit

Komplexe Konstruktionen, insbesondere Schweißkonstruktionen, sind extrem aufwändig zu kalkulieren und die Gefahr von Fehlern ist groß. Mit TICC gehören unsichere und fehlerhafte Kalkulationen der Vergangenheit an, weil auf Basis des CAD-Modells rechnergestützt kalkuliert wird.

Erhebliche Zeitersparnis

Die Zeitersparnis ist enorm. In Versuchen wurden komplexe Konstruktionen mit einem Zeitaufwand von weniger als 25% des bisherigen Aufwandes kalkuliert.

Aufbau einer dokumentierten Wissensbasis

Teamarbeit mit erfahrenen und weniger erfahrenen Kalkulatoren ist mit TICC sehr vorteilhaft. Die Wissensbasis wird durch die Dokumentation in den Systemparametern laufend verfeinert und allgemein zugänglich gemacht. Die Unterstützung von weniger erfahrenen Kalkulatoren durch die Wissensträger beschränkt sich auf die Durchsprache der „Problemzonen“ im Projekt und wird damit deutlich reduziert.

Grundlage für die Produktionsplanung

Mit Hilfe der Kalkulationsdaten wird die Grundlage für den Arbeitsplan gelegt, was die Arbeitsvorbereitung entlastet, die Einplanung von Maschinen, Betriebsmitteln und Personal wesentlich einfacher macht und vor allem für realistische Planungsdaten sorgt.

Datenbasis für den Einkauf bei Make or Buy Entscheidungen

Ein entscheidender Vorteil des TICC-Kalkulationsblattes ist es, wenn Make or Buy-Entscheidungen anstehen: der Einkauf hat eine klare und mit harten Fakten unterlegte Datenbasis, um Lieferantenangebote zu hinterfragen und zu realistischen Einkaufspreisen zu gelangen.

Angebotskalkulation in der Lohnfertigung

Das TICC-System ist auch ideal, um Teile zu kalkulieren, die in Lohnfertigung erstellt werden. Die Preise können stückzahlbezogen ausgewiesen werden, ebenso Staffelungen.

Idealerweise sollten auch in diesem Falle 3D-Daten zur Verfügung stehen. Doch auch auf Basis von 2D-Daten, z.B. im DXF-Format, oder Papierzeichungen ist TICC effizient einsetzbar.

TICC ist Teil von OPUS-CAM mit umfangreichen Möglichkeiten

Das TICC-Kalkulationssystem baut auf dem OPUS-CAM-Fertigungssystem auf. Daraus ergeben sich weitere Vorteile, sobald das Produkt fertig konstruiert und für die Fertigung freigegeben ist (und die entsprechenden OPUS-Komponenten im Einsatz sind):

Datenübernahme in das ERP-System

Die Kalkulationsdaten werden selektiv in das ERP-System übernommen zur zentralen Haltung der Auftragsdaten und für die kommerziellen Projektschritte, z.B. Controlling und Fakturierung.

Schnelle NC-Programmierung durch Nutzung der TICC-Datensätze

Die TICC-Daten werden für die NC-Programmierung verwendet, was den Aufwand in der Programmierabteilung reduziert.

Steuerung der gesamten Fertigung

Das OPUS-System deckt den gesamten Einsatz von Personal, Werkzeug, Betriebs- und Prüfmitteln ab. Die erforderlichen Arbeitspläne werden mit den TICC-Daten befüllt, was auch in der Arbeitsvorbereitung zu einem reduzierten Aufwand führt.

Direkte Maschinenanbindung und Erfassung von Maschinen- und Bedienerdaten

Durch die zentrale Anbindung aller Maschinen (DNC/MDE) und Buchungsterminals (BDE/PZE) wird ein Projektcontrolling in Echtzeit realisiert. Es ist jederzeit transparent, wo die einzelnen Aufträge stehen und wo Maßnahmen erforderlich sind.

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Friedrich Renoth

Friedrich Renoth, Dipl.-Ing. Maschinenbau, Ist Geschäftsführer der ProXpert GmbH und hat 30 Jahre Erfahrung als Führungskraft in der Automobilindustrie, Geschäftsführer im mittelständischen Maschinenbau und Restrukturierungs-Spezialist. Heute gibt Friedrich sein Wissen als Industrie 4.0 Experte für den Mittelstand weiter. Seine wichtigste Prinzipien (u.a.) sind: „Wenn du es genau betrachtest, ist es ganz einfach“ sowie „SNS – Schaffe, net Schwätze“ und „ZDF – Zahlen, Daten, Fakten“.

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