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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalkulation der Herstellungskosten von Bauelementen mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung und wenigstens einer dieser Datenverarbeitungseinrichtung zugeordneten Datenbank.
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Bei der Konstruktion eines Bauelementes ist es in der Industrie üblich, dass der Konstrukteur das gewünschte Bauelement zunächst nach Gesichtspunkten des Bedarfs konstruiert. Dennoch bleiben dem Konstrukteur regelmäßig gewisse Freiheiten in der Konstruktion, welche den Bedarf nicht notwendigerweise tangieren und für die der Konstrukteur eine Entscheidung treffen muss. Allerdings hat es sich gezeigt, dass der Konstrukteur üblicherweise über die Kostenfolgen einzelner Konstruktionsmerkmale bei der Konstruktion nicht im Bilde ist bzw. er sich derartige Überlegungen nicht notwendigerweise sofort bewusst macht.
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Die Folge sind regelmäßig in der Industrie zu beklagende Konstruktionen, welche entweder in der Herstellung zu teuer sind oder aber vor Erreichen der Serienreife nochmals durch den Konstrukteur überarbeitet werden müssen, um unnötige und Kosten treibende Arbeitsschritte zu eliminieren. Gemäß der Lehre der deutschen Patentschrift
DE 10 2005 008 844 B4 steht dem Konstrukteur bereits ein funktionierendes Softwaresystem zur Verfügung, welches eine Klassifizierung der einzelnen Bauelemente vornehmen kann und somit Mehrfachkonstruktionen vermeiden hilft. Dies erfolgt dadurch, dass die einzelnen Bauelemente hinsichtlich ihrer Eigenschaften klassifiziert werden und aufgrund dieser Klassifikation für den Konstrukteur in einer entsprechend gehaltenen Datenbank leicht auffindbar sind.
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Auf dem Weg zur kostensparenden Konstruktion neuer, erforderlicher Bauelemente stellt dies einen ersten Schritt dar, nachdem der Konstrukteur sich möglichst ähnlicher, vorkonstruierter Bauteile mithilfe eines solchen Systems bedienen kann. Es stellt sich jedoch die Aufgabe, den Konstrukteur in die Lage zu versetzen, seine Konstruktionen – unbeachtlich des Ausgangspunktes dieser Konstruktion – auch ohne eigenes, vertieftes Wissen über die Kosten einzelner Arbeitsschritte möglichst kosteneffizient durchzuführen.
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Dies gelingt durch ein Verfahren zur Kalkulation der Herstellungskosten von Bauelementen gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere, sinnvolle Ausgestaltungen eines derartigen Verfahrens können den Unteransprüchen entnommen werden.
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Erfindungsgemäß ist insoweit vorgesehen, ein Verfahren zur Kalkulation der Herstellungskosten von Bauelementen bereitzustellen, bei dem eine Datenverarbeitungseinrichtung, mit welcher der Konstrukteur arbeitet, eine Datenbank zur Seite gestellt wird, welche umfangreiche Informationen über die zu tätigenden Arbeitsschritte enthält. Ebenfalls sind in der Datenbank die CAD-Modelle enthalten, für welche die Berechnungen hinsichtlich der Herstellungskosten durchgeführt werden sollen.
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Ausdrücklich handelt es sich bei der Datenbank nicht notwendigerweise um eine einzelne Datenbank, vielmehr ist von der Erfindung ebenfalls umfasst, dass es sich um ein Datenbanksystem in beliebiger Form handeln kann. Auch hinsichtlich des Begriffes der Datenverarbeitungseinrichtung ist gemäß den üblichen technischen Möglichkeiten nicht notwendigerweise lediglich eine Datenverarbeitungseinrichtung in Form eines Arbeitsplatzrechners gemeint, sondern eine beliebig zusammengestellte Datenverarbeitungseinrichtung, etwa auch eine vernetzte Datenverarbeitungsstruktur, eine Server-Client-Struktur oder dergleichen mehr.
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Hinsichtlich der Kalkulation der Herstellungskosten eines Bauelementes wird die Datenverarbeitungseinrichtung zunächst ein CAD-Modell des herzustellenden Bauelementes in ihren Speicher laden und dann einer Analyse zuführen. Dem CAD-Modell sind hierbei Beschreibungsmerkmale zugeordnet, welche beispielsweise die Materialwahl, Abmessungen, Gewindesteigungen und dergleichen mehr enthalten können. Anhand dieser Beschreibungsmerkmale und des CAD-Modells ermittelt nunmehr die Datenverarbeitungseinrichtung, welche Arbeitsschritte für die Herstellung des Bauelementes durchgeführt werden müssen. Aus den somit ermittelten Arbeitsschritten wird auf die benötigten Maschinen und die dafür zur Verfügung stehenden Werkzeuge zurückgeschlossen, deren Betriebskosten ebenfalls in der Datenbank vorgehalten sind. Aus den Materialkosten und den Betriebskosten der erforderlichen Werkzeugmaschinen ergeben sich schließlich die Herstellungskosten des Bauelementes. Zu den Einzelheiten dieser Berechnungen wird im Folgenden ausgeführt.
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Eingangs des Verfahrens bestehen mehrere Möglichkeiten, eine Basis der anzustellenden Berechnungen zu gewinnen. Zunächst kann in den Beschreibungsmerkmalen des CAD-Modells auch der Hinweis auf ein Rohteil in Form einer Rohteilangabe enthalten sein, so dass auf diese Art und Weise festgestellt werden kann, von welcher bestmöglichen Basis aus die Herstellung des Bauelementes erfolgen kann. Handelt es sich bei dem Bauelement lediglich um eine geringfügige Variante eines bereits vorhandenen Bauelementes, so kann ein vorrätiges, vorhandenes Bauelement, dessen Herstellungskosten wiederum bekannt sein können, als Grundlage genommen und hiervon ausgehend die Weiterbildungskosten hin zum erforderlichen, geplanten Bauelement berechnet werden. Ebenso kann jedoch eine derartige Rohteilangabe sich lediglich auf ein in den richtigen Abmessungen vorgehaltenes Metallstück beziehen, aus dem verschiedene andere Bauelemente hergestellt werden können und welches insoweit als allgemeiner Grundkörper vorgehalten wird.
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Insofern keine Rohteilangabe in den Beschreibungsmerkmalen vorhanden ist, kann die Beschreibungsmerkmale hinsichtlich einer anderen Angabe bezüglich des Materials durchsucht werden. Anhand einer derartigen Angabe wird dann das Material ausgewählt und unter Berücksichtigung der Geometrie des zu erstellenden Bauteils selbsttätig von der Datenverarbeitungseinheit nach einem geeigneten Rohteil in der Datenbank gesucht. So wird beispielsweise die Datenverarbeitungseinheit bei einem herzustellenden Rundteil bzw. Drehteil mit einem bestimmten höchsten Durchmesser nach einem stangenförmigen Rundmaterial suchen, welches möglichst exakt den größten anzusetzenden Durchmesser des Bauelementes aufweist. Von diesem Rohteil ausgehend kann das Bauelement sodann hergestellt werden.
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Im nächsten Schritt wird sodann die Datenverarbeitungseinrichtung das Bauelement dahingehend analysieren, welche Arbeitsschritte erforderlich sind, um von dem gewählten Rohteil zu dem Bauelement zu gelangen. Hierzu wird die Datenverarbeitungseinrichtung geometrische Analysen anstellen, mit deren Hilfe sie von geometrischen Formen auf eine hierfür geeignete Arbeitsweise zurück schließen kann. So wird beispielsweise die Datenverarbeitungseinrichtung in die Lage versetzt sein, aus dem Vorhandensein einer Nut auf die Verwendung einer Fräse zur Herstellung dieser Nut zurückzuschließen. Runde Ausnehmungen hingegen lassen den Rückschluss auf Bohrungen zu, eine etwa zu lange Seitenkante eines Rohteils erfordert den Einsatz einer Säge zum Kürzen des entsprechenden Teils, um auf die Abmessungen des Bauelementes zu gelangen. Durch eine Kombination von verschiedenen Arbeitsschritten gelangt die Datenverarbeitungseinrichtung hierbei zu dem Bauelement, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung alle ihr zur Verfügung stehenden Möglichkeiten zur Erreichung des Bauelementes überprüft und die kostengünstigste Variante vorschlägt.
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Sobald die erforderlichen Arbeitsschritte feststehen, wird die Datenverarbeitungseinrichtung aus der ihr zur Verfügung stehenden Auswahl an Werkzeugmaschinen und dazugehöriger Werkzeuge eine Vorauswahl treffen, mit welcher Maschine bzw. welchem Werkzeug ein Arbeitsschritt durchzuführen sein wird. Im Hinblick beispielsweise auf die Anbringung einer Nut wird die Breite der Nut ausschlaggebend sein für die Auswahl des entsprechenden Werkzeuges. Zumindest jedoch wird die Nutenbreite hinsichtlich einer Obergrenze der Werkzeugbreite in die Auswahl der Datenverarbeitungseinrichtung einfließen.
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Im Rahmen der Auswahl der Maschinen und Werkzeuge wird für jede geeignete Kombination berechnet, welche Kosten bei einer Verwendung dieser geeigneten Kombination entstehen würden. Dabei wird das günstigste dieser Ergebnisse letztendlich ausgewählt. Die Berechnung erfolgt hinsichtlich der für eine Maschine bzw. ein Werkzeug dieser Maschine erforderlichen Rüstkosten, welche sich aus in der Datenbank hinterlegten Kostensätzen ergeben. Darüber hinaus werden gegebenenfalls anfallende Programmierkosten anhand der auf einem Werkzeug erforderlichen Arbeitsschritte bestimmt, wozu geeignete Berechnungstabellen in der Datenbank hinterlegt sind. Schließlich werden noch die eigentlichen Bearbeitungskosten berechnet und hinzugefügt, welche sich aus den Eingriffszeiten und den hierfür in der Datenbank hinterlegten Kostensätzen ergeben. Die Eingriffszeiten wiederum berechnen sich beispielsweise aus dem aus der Datenbank ersichtlichen möglichen Vorschub eines Werkzeugs und dem sich aus der Geometrie des herzustellenden Bauelementes ergebenden Verfahrwegen.
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Sofern in den Beschreibungsmerkmalen auch ein Hinweis auf das Erfordernis einer Oberflächenbehandlung gegeben ist, so wird hierfür ebenfalls der entsprechende Kostensatz aus der Datenbank ausgewählt, die mit der Oberflächenbehandlung zu beaufschlagende Oberfläche aus der Geometrie des herzustellenden Bauelementes ermittelt und hieraus die Kosten der Oberflächenbehandlung berechnet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt insbesondere die Anwendung dieser Berechnung während der Konstruktion, so dass dem Konstrukteur jederzeit für die angewendeten Konstruktionsmerkmale die hiermit verbundenen Kosten bzw. die Kostenentwicklung im Rahmen der Konstruktion angezeigt werden können. Hierdurch ist es dem Konstrukteur ohne Weiteres möglich, sofort während der Konstruktion Kostentreiber innerhalb des Bauelementes zu erkennen und zu prüfen, ob durch eine Anpassung der Konstruktion die Vermeidung entsprechender kostenintensiver Positionen gegebenenfalls möglich ist. Das Kalkulationsverfahren wird hierzu bei jeder Änderung iterativ durchgeführt.
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Hierzu ist es insbesondere sinnvoll, wenn auch im Nachhinein jeder einzelne Arbeitsschritt separat hinsichtlich seiner Kosten berechnet wird und verhältnismäßig teure Arbeitsschritte, gegebenenfalls auch hervorgehoben, dem Konstrukteur angegeben werden.
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Mit weiterem Vorteil kann eine Berechnung der Herstellungskosten nicht lediglich auf das einzelne Bauelement bezogen werden, sondern auch auf vorgebbare Losgrößen, wobei in einer Alternative es auch möglich ist, anhand der Kosten der einzelnen Arbeitsschritte eine optimale weil möglichst kosteneffektive Losgröße zu bestimmen.
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Hinsichtlich der Preisentwicklung, beispielsweise bei zugekauften Teilen oder Materialien, erscheint es zudem sinnvoll, die Datenbank aus wenigstens einer externen Datenbank zu aktualisieren. Darüber hinaus kann nach erfolgter Konstruktion auch die Datenbank auf die neu konstruierten Daten als Datenbestand zugreifen.
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Die vorstehend beschriebene Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigen
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1 ein beispielhafter Ablauf einer Kostenkalkulation eines herzustellenden Bauelementes in schematischer Darstellung,
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2 ein beispielhaftes Bauelement, an dem verschiedene Arbeitsschritte durchgeführt werden sollen als Konstruktionszeichnung, sowie
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3 das beispielhafte Bauelement gemäß 2 in einer perspektivischen Darstellung von schräg oben.
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1 zeigt einen möglichen Ablauf der Kalkulation eines zuvor fertig gestellten Bauteils, welches zusammen mit Beschreibungsmerkmalen in einem CAD-System abgelegt ist. In einem ersten Schritt 1 wird also das zu analysierende Bauteil in das CAD-System geladen. Im Rahmen der Analyse wird sodann zunächst in einem Schritt 2 geprüft, ob eine Rohteilangabe vorhanden ist. Sofern dies der Fall ist, wird in einem Schritt 5 sodann das Rohteil 14 gewählt, welches aus einer Datenbank 13, welche dem System zur Verfügung gestellt ist, importiert werden kann. Ausgehend von diesem Rohteil 14 kann dann bestimmt werden, welche Kosten zur Herstellung des geplanten Bauelementes 20 anfallen werden.
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Sofern eine derartige Rohteilangabe jedoch nicht vorhanden ist, muss das System davon ausgehen, dass eine Herstellung aus einem beliebigen Rohteil 14 erfolgen muss. Die Datenverarbeitungseinrichtung wird daher in den ansonsten vorhandenen Beschreibungsmerkmalen des CAD-Modells des herzustellenden Bauelementes 20 nach einer Materialangabe suchen (Schritt 3), wobei anhand dieser Materialangabe und der Geometrie des Bauelementes 20 aus der Datenbank 13 ein möglichst naheliegendes Rohteil 14 importiert werden kann. Hierbei ist es insbesondere wichtig, dass die Abmessungen des Rohteils 14 möglichst wenig von den geplanten Abmessungen des Bauelementes 20 abweichen, diese Abmessungen jedoch keinesfalls unterschreiten. In dem Fall, dass mehrere geeignete Rohteile 14 aufgefunden werden, welche diesen Anforderungen genügen, so wird dasjenige Rohteil 14 verwendet, bei welchem der geringste Abfall entstehen würde.
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Nachdem das Rohteil 14 nunmehr feststeht, wird die Datenverarbeitungseinrichtung im Folgenden die erforderlichen Arbeitsschritte 16 bestimmen, um zum gewünschten Bauelement 20 zu gelangen. Die Arbeitsschritte 16 werden anhand einer geometrischen Analyse des herzustellenden Bauelementes unter Berücksichtigung der Geometrie des Rohteils 14 ermittelt. Anhand der Form vorhandener Bohrungen, Rezesse, Nuten, Absätze und dergleichen entscheidet die Datenverarbeitungseinrichtung, welche Arbeitsschritte 16 vorzunehmen sind. Nachdem in Schritt 6 somit die Arbeitsschritte 16, welche mithilfe entsprechender Vorgaben aus der Datenbank 13 entnommen werden können, ausgewählt worden sind, wird in einem weiteren Schritt 7 eine Auswahl hinsichtlich der erforderlichen Maschinen und Werkzeuge getroffen.
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Hier wird die Datenverarbeitungseinrichtung wiederum aus der Datenbank 13 die für einen Arbeitsschritt 16 geeigneten Maschinendaten 17 erhalten, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung aus den geeigneten Maschinen und Werkzeugen die speziell für die Anforderungen der Konstruktion erforderlichen Maschinen und Werkzeuge, insbesondere unter Kostengesichtspunkten, auswählt. Neben den Kostengesichtspunkten sind selbstverständlich Werkzeugmaße ausschlaggebend, welche die Bearbeitungsfähigkeit des Bauelementes 20 durch das eine oder andere Werkzeug beschränken. Hierbei wird die Datenverarbeitungseinrichtung zunächst alle möglichen Alternativen durchrechnen und sich schließlich für die wiederum günstigste Variante entscheiden.
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In einem Schritt 8 werden schließlich die Kosten sämtlicher Arbeitsschritte 16 berechnet, wobei für jede Maschine zunächst die Kostensätze 18 der Rüstkosten, die Programmierkosten und schließlich die Kosten des eigentlichen Eingriffs aus der Datenbank 13 bestimmt werden, wobei hinsichtlich der Kosten des Eingriffs zusätzlich die Geometrie des herzustellenden Bauelementes 20 eine Rolle spielt. Insbesondere hinsichtlich Bohrungen, sowie zu fräsenden Abschnitten und dergleichen muss hierbei berücksichtigt werden, dass das Werkzeug für eine bestimmte Zeit, nämlich aufgrund des möglichen Vortriebs des Werkzeugs und des Verfahrweges auf dem Rohteil 14, in Anspruch genommen werden muss, wofür ebenfalls ein Kostensatz 18 in den Datenbanken 13 hinterlegt ist.
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Schließlich wird in einem Schritt 9 geprüft, ob eine Oberflächenbehandlung gemäß den Beschreibungsmerkmalen des herzustellenden Bauelementes 20 erforderlich ist. Sofern dies nicht der Fall ist, werden alle bis hierhin aufgelaufenen Kosten in einem Punkt 12 aufsummiert und die hierdurch repräsentierten Herstellungskosten dem Konstrukteur zur Verfügung gestellt.
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Sofern eine Oberflächenbehandlung erforderlich ist, wird zunächst aus der Geometrie des CAD-Modells des herzustellenden Bauelementes 20 die Oberfläche in einem Schritt 10 bestimmt und in einem Schritt 11 die für die Oberflächenbehandlung erforderlichen Kosten berechnet. Wie bereits hinsichtlich der anderen Schritte werden hierfür die erforderlichen Kostensätze 18 aus der Datenbank 13 bereitgestellt.
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2 zeigt ein mögliches Beispiel eines hinsichtlich seiner Kosten zu analysierenden Bauelementes 20. Aus der Konstruktionszeichnung dieses Bauelementes 20 sind verschiedene Arbeitsschritte zu erkennen, so beispielsweise das Hinzufügen einer Nut 22, einer Schräge 23, mehrerer Bohrungen 25, welche in ihrem Eingangsbereich eine Senkung 26 aufweisen sowie Gewinde 27. Bei der Grundform des herzustellenden Bauelementes 20 handelt es sich um eine Platte 21, so dass von der Datenverarbeitungseinrichtung im Zweifel eine derartige Platte 21 in einer geeigneten Dicke zur Verfügung als Rohteil 14 aus der Datenbank 13 geladen werden würde.
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3 zeigt das fertig konstruierte Bauelement 20 in einer perspektivischen Darstellung. Hierin ist zu erkennen, dass die Nut 22, welche in die Platte 21 des Bauelementes 20 eingebracht ist, im Bereich einer Ecke 24 abgewinkelt ist. Obgleich sich bei der Auswahl des Werkzeugs zur Herstellung dieser Nut, beispielsweise eines Fräswerkzeuges, die maximale Breite des Fräswerkzeuges durch die Breite der Nut 22 bestimmen würde, muss hinsichtlich des Anbringens der Ecke 24 deren Radius berücksichtigt werden. Um unnötige Rüstzeiten zu vermeiden, würde an dieser Stelle möglicherweise ein Fräskopf mit einem Durchmesser verwendet werden, welcher kleiner ist als der Durchmesser der herzustellenden Nut 22, so dass der gewünschte Radius der Ecke 24 erreicht werden kann. In weiteren Arbeitsschritten würden vonseiten der Datenverarbeitungseinrichtung die Kosten jeder einzelnen Bohrung 25 und der zugehörigen Senkung 26 ermittelt werden, sowie in wiederum einzelnen Arbeitsschritten das Hinzufügen von Gewinden 27 usw. Gegebenenfalls ist auch zuvor ein Zuschneiden der Platte 21 auf eine korrekte Breite und Länge erforderlich.
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Wird nun dem Konstrukteur der Kostenplan für die Herstellung des Bauelementes 20 zur Verfügung gestellt, so kann der Konstrukteur die Kosten jedes einzelnen Arbeitsschritts, also jeder einzelnen Bearbeitung des Rohteils 14, aus welchem das Bauelement 20 hergestellt ist, beurteilen. Hierbei wird im vorliegenden Fall möglicherweise die Hinzufügung der Nut 22 mit der Ecke 24 als besonders kostenaufwändiges Bearbeitungsmerkmal auffallen, so dass der Konstrukteur zum Beispiel prüfen könnte, ob ein größerer Radius der Ecke 24 realisierbar wäre, um die Verwendung eines größeren Fräswerkzeuges zum Herausarbeiten der Nut 22 zu ermöglichen. In einem solchen Fall könnte der Konstrukteur sofort aus dem System heraus, ohne den zwischenzeitlichen Einsatz anderer Fachkräfte, die Kosten der Konstruktion deutlich senken, nachdem der Konstrukteur an dieser Stelle ohne Weiteres entscheiden kann, ob die Kosten treibenden Merkmale des herzustellenden Bauteils 20 notwendig oder verzichtbar sind.
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Vorstehend beschrieben ist somit ein Verfahren zur Kalkulation der Herstellungskosten von Bauelementen, mit dessen Hilfe der Konstrukteur in die Lage versetzt wird, sogleich bei der Konstruktion oder zumindest im direkten zeitlichen Zusammenhang damit ohne das Vorhandensein eigener Einblicke in die Kostenstruktur verschiedener Arbeitsschritte eine kosteneffektive Konstruktion des Bauelementes zu gewährleisten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bauteil in CAD-System laden
- 2
- Rohteilangabe vorhanden?
- 3
- Materialangabe suchen
- 4
- Rohteil ermitteln
- 5
- Rohteil wählen
- 6
- Arbeitsschritte bestimmen
- 7
- Maschinen und Werkzeuge auswählen
- 8
- Kosten berechnen
- 9
- Oberflächenbehandlung erforderlich?
- 10
- Oberfläche bestimmen
- 11
- Kosten berechnen
- 12
- Kosten aufsummieren
- 13
- Datenbank
- 14
- Rohteil
- 15
- Material
- 16
- Arbeitsschritte
- 17
- Maschinendaten
- 18
- Kostensätze
- 20
- Bauelement
- 21
- Platte
- 22
- Nut
- 23
- Schräge
- 24
- Ecke
- 25
- Bohrung
- 26
- Senkung
- 27
- Gewinde
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005008844 B4 [0003]
