Was ist DTC?

Leah Archibald: Wenn Sie heute in der Fertigung entwerfen, dann entwerfen Sie für etwas. Die dringendsten Probleme, mit denen Hersteller konfrontiert sind – von schrumpfenden Gewinnspannen über Materialknappheit bis hin zu Nachhaltigkeitsproblemen – können durch die Entwürfe, die täglich aus CAD-Programmen kommen, entweder gelöst oder verschärft werden.

Wie können Sie die Problemlösungskompetenz Ihres Konstruktionsteams nutzen? Mein Gast sagt, dass es damit beginnt, dass man ihnen einen Einblick in die Kostenauswirkungen ihrer Entwürfe gibt.

Patrick O’Brien ist ein Experte in dieser Disziplin, auch bekannt als Design to Cost oder DTC. Patrick O’Brien hat auf allen Ebenen des Konstruktionsprozesses gearbeitet, von der Entwicklung von Teilen für kundenspezifische Einzelanfertigungen über die Konstruktion kompletter Montagelinien für die Massenfertigung bis hin zur Bewertung von Produkten aus der Sicht der Qualitätssicherung und des VAVE. Heute ist er hier, um die Vor- und Nachteile von Design to Cost zu erläutern und zu erklären, was DTC für Sie tun kann. Patrick O’Brien, herzlich willkommen zum Podcast.

Patrick O’Brien: Danke, dass ich dabei sein darf.

Leah Archibald: Lassen Sie uns am Anfang beginnen. Könnten Sie die durchschnittlichen Herausforderungen beschreiben, mit denen Designer bei ihrer täglichen Arbeit konfrontiert sind, und wie kann DTC ihnen helfen, dringende Probleme zu lösen?

Patrick O’Brien: Auf jeden Fall. Ich spreche aus Erfahrung: Als Design-Ingenieur gibt es eine Reihe von Kriterien, die man erfüllen muss. Ich beginne mit Passform, Form und Funktion. Etwas, das Sie dort nicht gehört haben, sind die Kosten. Ob ich nun Produkte, Teile oder Maschinen entwickle, ich konzentriere mich darauf, dass sie ihren Zweck erfüllen. Sobald ich etwas habe, das diese Kriterien erfüllt, werfe ich es an die Wand. Ich habe ein gutes Teil entworfen, und das ist alles, was für mich zählt. Jetzt sind die Kosten Sache eines anderen.

Leah Archibald: Aber was ist, wenn Sie es der Beschaffungsabteilung vorlegen, und deren Lieferanten sagen: Eigentlich können wir es nicht herstellen. Dann werden sie es an die Designabteilung zurückschicken, und Sie müssen von vorne anfangen.

Patrick O’Brien: Ja. Wenn man diese Mauer zwischen der Beschaffung und der Konstruktion hat, kann es sein, dass man eine Komponente entwirft, die laut CAD-Software perfekt ist, aber der Zulieferer sagt: „Das kann ich nicht herstellen: Ich kann das Ding nicht herstellen. Es gibt keinen Entwurf. Oder Sie haben überall scharfe Ecken. Oder Sie haben dünne Wände, die ich nicht wirklich gießen kann. All diese Kleinigkeiten werden nun von der Fertigung zurückgewiesen. Und was noch schlimmer ist, ist, dass diese isolierten Aktivitäten nicht an den Konstrukteur zurückfließen, zumindest nicht sofort. Sie wird an den Beschaffungsexperten zurückgegeben. Jetzt muss die Beschaffung zurück zur Konstruktion gehen und sagen: Hey, übrigens, die Fertigung hat gesagt, dass wir das nicht machen können, also musst du das Design ändern.

Leah Archibald: Das hat Auswirkungen auf die Markteinführungszeit Ihres Produkts.

Patrick O’Brien: Richtig. Nehmen wir an, es ist eine einfache Änderung. Sie müssen irgendwo einen kleinen Radius hinzufügen, oder Sie müssen eine Wand ein wenig dicker machen. Diese Änderung ist kein Problem und dauert nur 15 Minuten im CAD und ein bisschen Papierkram. Sie schicken es zurück und können sofort loslegen. Nennen wir das das beste Szenario.

Es gibt aber noch eine weitere Ebene, an die wir nicht denken. Nehmen wir an, der Lieferant ist eine Maschinenwerkstatt, die mit Knüppelkomponenten arbeitet. Er gibt der Beschaffung die Rückmeldung, dass an dieser Ecke ein kleiner Radius hinzugefügt werden muss, oder dass ich hier einen Freiraum für ein Werkzeug brauche. Der Konstrukteur passt die Geometrie des Teils so an, dass sie besser für die Fertigung geeignet ist. Aber innerhalb welcher Grenzen ist es herstellbar? Nicht innerhalb jeder Prozessgruppe der Welt, sondern innerhalb dieses Bearbeitungsprozesses. Sie haben einen Konstrukteur, der über die Bearbeitung nachdenkt, und einen Fertigungsexperten, der ihm ein wenig Feedback für die Bearbeitung gibt. Aber es gibt all diese anderen Möglichkeiten, wie wir das Teil herstellen können. Was wäre, wenn ich es im Druckgussverfahren herstelle? Was ist, wenn ich es im Sandgussverfahren herstelle? Was wäre, wenn ich mir die additive Fertigung ansehe? Könnte ich dieses Bauteil nicht etwas verkleinern? Könnte ich die Geometrie so verändern, dass sie sich für Kunststoff eignet? Oder für einen ausgefallenen Verbundwerkstoff? Es gibt all diese verschiedenen Möglichkeiten, wie wir dieses Teil technisch herstellen können, an die der Konstrukteur vielleicht gar nicht denkt.

Leah Archibald: Sie werden mir jetzt sagen, dass Design to Cost hier ins Spiel kommt?

Patrick O’Brien: Auf jeden Fall. Das ist der Punkt, an dem Design to Cost eine wichtige Rolle spielt und warum es so wichtig ist, dass ein Konstrukteur ein Tool hat, das ihm dabei hilft. Stellen Sie sich genau das gleiche Szenario vor, das wir gerade beschrieben haben: Der Konstrukteur stellt ein Teil her, sendet es aus usw. und erhält eine Rückmeldung. Wie wäre es, wenn sie gleich zu Beginn, wenn sie ein Teil auf dem Bildschirm haben, ein Werkzeug zur Verfügung hätten, mit dem sie mehr als nur die Frage stellen können: Ist es für die Bearbeitung geeignet? Was wäre, wenn sie ein Werkzeug hätten, mit dem sie ein paar Tasten anklicken und sagen könnten: Ich möchte die Ergebnisse für das Gießen, die maschinelle Bearbeitung, das Spritzgießen und den 3D-Druck sehen.

Jetzt haben sie einen ganz anderen Datensatz, um das Teil anhand von allgemeinen Erfolgskriterien zu bewerten. Sie können die Passform, die Form und die Funktion des Bauteils sehen, aber jetzt können sie auch die Richtungskosten sehen. Aus einer Design-to-Cost-Perspektive können sie schnell erkennen: Hey, wenn ich dieses Bauteil maschinell herstellen will, werde ich es für 28 Dollar pro Stück kaufen. Aber wenn ich es mir im Druckgussverfahren ansehe – heiliger Strohsack – könnte ich es für nur 6 Dollar herstellen. Wenn ich mir jetzt die additive Fertigung ansehe, kostet das Ding 100 Dollar. Und Plastik, na ja, Plastik ist ein bisschen weit hergeholt. Die Herstellung kostet nur zwei Dollar, aber es ist in einer ziemlich stressigen Umgebung.

Leah Archibald: Es wird nicht lange halten.

Patrick O’Brien: Ganz genau. Aber lassen Sie uns auf das Beispiel mit dem Druckguss zurückkommen. 28 Dollar gegenüber 6 Dollar, das ist ein erheblicher Unterschied.

Leah Archibald: Und wenn Sie das mit dem Maßstab multiplizieren, in dem Sie Ihre Teile herstellen…

Patrick O’Brien: Das ist genau das Richtige. Das Schöne an den Zahlen, die ich hier hypothetisch vorbringe, ist, dass das Volumen ein Faktor bei der Kostenberechnung in unserem Tool ist. Wir werden nicht nur sagen: Dieses Teil kostet 28 Dollar im Vergleich zu 6 Dollar, sondern es wird auch nach Volumenanforderungen aufgeschlüsselt. Sie werden sofort sehen: Was brauche ich für Werkzeuge? Wie sieht meine Zykluszeit aus? Meine Kavitätenzahl und mein Werkzeug können sich je nach Jahresvolumen ändern. Mit dem Werkzeug werden wir also die Kosten auf der Grundlage einer Reihe verschiedener Inputs optimieren, von denen einer das jährliche Volumen ist.

Leah Archibald: Können Sie ein Beispiel aus Ihrer persönlichen Erfahrung nennen, bei dem Sie das Tool entweder verwendet haben und es hilfreich war oder bei dem Sie es wirklich hätten verwenden können und es nicht hatten?

Patrick O’Brien: Ja, absolut. Meine Erfahrung kommt aus der Welt der Konstruktion, sowohl auf der Seite der Einzelanfertigung, wo ich sehr kundenspezifische Maschinen konstruiert habe, als auch in der Massenproduktion, wo wir Hunderttausende oder Millionen von Teilen pro Jahr hergestellt haben. Eine Rolle, die ich spielte, war die VAVE-Seite der Dinge. Ich bekam ein Widget, ein Teil oder eine Baugruppe und musste es aus technischer Sicht betrachten, um herauszufinden, wie man es billiger machen konnte.

In diesem speziellen Fall handelte es sich um ein sandgegossenes Bauteil. Es wurde in Übersee gekauft. Wir haben es dann in die USA gebracht und mussten es zweimal lackieren. Es handelte sich um ein Bauteil aus Gusseisen, das in einer Grube eingegraben wird, also in einer wirklich korrosiven Umgebung liegt. Gusseisen eignet sich nicht so gut für korrosive Umgebungen. Wir haben es also grundiert, gestrichen und versiegelt. Aber dann mussten wir es auch noch nachbearbeiten. Das war sehr prozessintensiv. Das Teil selbst war vom Material her gar nicht so teuer, aber wenn man all diese zusätzlichen Schritte hinzufügt, werden die Kosten immer höher.

Mein Gedanke war: Was wäre, wenn wir den Prozess und das Material komplett ändern würden? Was wäre, wenn wir etwas wie Aluminiumdruckguss verwenden könnten? Das ist etwas widerstandsfähiger, und wir könnten es in einem Schritt beschichten, direkt beim Lieferanten, und die ganze Nachbearbeitung weglassen. Ich habe diese Idee meiner Geschäftsleitung vorgestellt, und die Antwort, die ich erhielt, lautete schnell: Machen Sie sich nicht die Mühe, ein solches Druckgussteil herzustellen – die Werkzeugkosten werden lächerlich hoch sein. Das würde alle Kosteneinsparungen zunichte machen, die möglich wären. Nur weil wir 300.000 Dollar für ein Werkzeug ausgeben mussten, sagte mein Management: Verschwenden Sie nicht Ihre Zeit. Und ehrlich gesagt, war das Gespräch an dieser Stelle beendet.

Jetzt, viele Jahre später, arbeite ich mit dem Kalkulationstool von aPriori. Sie können darauf wetten, dass ich mich als erstes gefragt habe: Hey, was wäre, wenn ich dieses Szenario durch aPriori laufen lassen würde? Und genau das habe ich getan. Ich habe ein sehr grobes Beispiel dafür genommen, wie dieses Teil aussehen könnte, und habe eine Art Richtungsanalyse durchgeführt. Ich sagte: Okay, ich gieße es hier im Sandgussverfahren, dann verschiffe ich es in die USA, bearbeite es und führe all die erwähnten sekundären Operationen durch. Dann habe ich Version B als Druckguss ausgeführt, eloxiert und direkt beim Lieferanten lackiert.

Als ich das Teil dann zum Druckguss überführte, sagte mir das Werkzeug, was damit nicht in Ordnung war. Es gab Kleinigkeiten, die ich anpassen musste, um dieses Teil für den Druckguss geeignet zu machen.

Leah Archibald: Ohne diese geometrischen Änderungen mussten Sie es also sandgießen? Aber wenn Sie diese Änderungen vorgenommen hätten, würde es in der betrieblichen Umgebung funktionieren? Und wie viel Geld hätten Sie dabei sparen können?

Patrick O’Brien: Allein bei diesem Teil konnten wir etwa eine halbe Million Dollar einsparen, bei einer einzigen Schräge.

Leah Archibald: Mehr als die 300.000 Dollar Werkzeugkosten.

Patrick O’Brien: Und denken Sie daran, das ist eine jährliche Zahl. Sie geben also 300.000 Dollar für ein Werkzeug aus? aPriori liefert den Amortisationsplan. Sie können das also sehen: Hey, mein ROI für dieses Tool wird sechs Monate betragen. Und das Schöne daran ist, dass Sie als Konstrukteur das Tool so schnell einsetzen können. Sie können sehen, dass, wenn Sie das Feedback von aPriori nehmen, hier einen Entwurf hinzufügen oder vielleicht die Art und Weise ändern, wie diese Funktion mit der nächsten zusammenpasst, Sie es mit einem Druckguss versehen können und ich X Geld sparen kann. Dieser Prozess dauert Minuten. Höchstens ein paar Stunden, wenn es sich um komplexe Komponenten handelt.

Vergleichen Sie dies mit dem historischen Ansatz, einen Druckgießer damit zu beauftragen und zu fragen: Können Sie mir ein Angebot machen? Sie werden entweder A) keinen Kostenvoranschlag machen, weil es sich um ein schlechtes Teil für den Druckguss handelt, oder B) Ihnen eine Art Richtpreis geben und sagen: Reparieren Sie diese vier verschiedenen Dinge an diesem Teil, und dann können wir reden. Das Problem ist, dass man selbst im günstigsten Fall vier bis sechs, vielleicht sogar acht Wochen braucht, um diesen Kostenvoranschlag zu erhalten.

Leah Archibald: Was ich also höre, ist, dass ein Konstrukteur diese beiden Methoden wirklich nebeneinander anwenden muss, sowohl die kostenorientierte als auch die fertigungsorientierte Konstruktion. Denn Sie werden nicht in der Lage sein, Ihre Kosten genau zu berechnen, wenn es nicht herstellbar ist. Und wenn man nicht herausfinden kann, wie man es herstellbar machen kann, werden sich all diese Kosteneinsparungen nicht erschließen.

Patrick O’Brien: Es ist ein Paradigmenwechsel, den wir heute in der Industrie beobachten. Die Entwicklungsingenieure beginnen, einen größeren Teil der Kosten zu übernehmen. Wenn wir uns das Problem ansehen – nämlich Produkte schneller und mit besseren Gewinnspannen auf den Markt zu bringen -, dann entstehen die Kosten bereits in der Entwicklungsphase, Punkt. Die Aufgabe der Beschaffung ist es, die optimalen Kosten zu ermitteln, aber im Grunde müssen sie sich mit dem begnügen, was ihnen vorgelegt wird. Wenn wir uns nun einig sind, dass der Konstrukteur wirklich die Verantwortung trägt, was können wir ihm in die Hand geben, damit das Unternehmen Produkte schneller und mit besseren Gewinnspannen auf den Markt bringen kann?

Die Antwort ist, den Entwicklungsingenieuren ein Tool an die Hand zu geben, mit dem sie ihre Kosten von vornherein kalkulieren können. Wir sagen nicht, dass die Entwicklungsingenieure jetzt ihre eigenen Komponenten beschaffen müssen. Wir sagen lediglich, dass Sie als Konstrukteur Zugang zu einem Tool haben sollten, das Ihnen hilft, Probleme mit der Herstellbarkeit sofort auszusortieren und die Frage zu stellen: Was wäre, wenn?

Leah Archibald: Wenn wir den Konstrukteuren alle erforderlichen Daten an die Hand geben, können sie nicht nur Kosten in der Konstruktionsphase einsparen, sondern auch den Auftrag des Herstellers erfüllen, indem sie das fertige Produkt so effizient und nachhaltig wie möglich in die Hände des Verbrauchers bringen.

Patrick O’Brien: Das ist zu 100 % das Ziel. Es ist alles, was Sie gerade gesagt haben. Wir wollen den Design-Ingenieur in die Lage versetzen, all diese Dinge möglich zu machen. Wenn Sie nun ein Konstrukteur sind und das hören, werden Sie sich vielleicht die Haare raufen und sagen: Legt mir nicht noch mehr auf den Teller!

Leah Archibald: Ich habe schon genug zu tun!

Patrick O’Brien: Ich würde sagen, das ist der Grund, warum wir eine Plattform haben, um dies zu tun. Wir machen es so einfach, wie drei Picks und Klicks zu machen. Der Design Engineer entwickelt diese Produkte sowieso. Sie werden in einem Phase-Gate oder einem Stage-Gate-Review sitzen. Wie wäre es, wenn sie diesen Prozess so früh wie möglich in der Entwurfsphase wiederholen könnten? Das ist wirklich im Interesse aller, von den Führungskräften bis hinunter zu den Mitarbeitern.

Leah Archibald: Wenn die Designingenieure Teil der strategischen Lösung sind, wie können sie dann dem gesamten Unternehmen bei der Beantwortung der Frage helfen, wie und wo sie es machen sollen?

Patrick O’Brien: Lassen Sie uns diese Fragen der Reihe nach angehen. Erstens: Wie man es macht. Wenn wir ein Werkzeug haben, das eine Kalkulation durchführt, ausgehend von einer vollständigen Fertigungsbewertung der Geometrie des Teils, können wir genau sagen, wie das Teil hergestellt werden muss. Wir können Ihnen sagen, wie es als Druckgussteil, als Maschinenbauteil oder als Kunststoffteil hergestellt werden soll. Die digitale Fertigungssimulation gibt Ihnen das Wie vor.

Dann gibt es noch einen weiteren Input, der es einem Ingenieur oder einem Beschaffungsexperten – wer auch immer diese Bewertung initiiert – ermöglicht zu fragen: Wo auf der Welt möchte ich dieses Teil herstellen? Wir können uns 80 verschiedene Regionen auf der ganzen Welt ansehen und die Szenarien A, B und C durchspielen. Ich werde es im Inland herstellen, oder ich werde es mit einem meiner indischen oder chinesischen Lieferanten herstellen. Auf der Grundlage der verschiedenen Optionen, wie ich es herstellen kann, kann ich mir diese Optionen in verschiedenen Regionen ansehen. Jetzt habe ich also eine Matrix der Kosten. Und hier haben wir das Wie und Wo bereits in einer Servietten-Skizze erreicht. Das ist es, was wir den Design Engineers ermöglichen wollen.

Leah Archibald: Patrick O’Brien, es war mir ein Vergnügen, heute mit Ihnen zu sprechen, vielen Dank für die Teilnahme am Podcast.

Patrick O’Brien: Gleichfalls. Danke, dass ich dabei sein durfte. Es hat Spaß gemacht.