Methode zur referenzbasierten Herstellkostenschätzung mit semantischen Technologien am Beispiel von Getriebekomponenten elektrischer Antriebssysteme = Method for reference-based manufacturing cost estimation using semantic technologies on the example of gear components for electric drive systems

In schwierigen Marktsituationen gestalten Unternehmen zur Sicherung der Profitabilität aktiv ihre Produktkosten. Dabei werden Herstellkostenschätzungen als Grundlage für Design- und Managemententscheidungen verwendet. Herstellkostenschätzungen erfordern fundiertes Wissen an der Schnittstelle zwischen Konstruktion und Fertigung und verursachen einen hohen manuellen Zeitaufwand bei der Erstellung. Daher ist das Ziel der vorliegenden Arbeit die Entwicklung einer Methode, die die Erstellung von Herstellkostenschätzungen durch die zielgerichtete Identifikation und Verwendung von Referenzsystemelementen unterstützt. ... mehrHierzu werden semantische Technologien eingesetzt.
Zunächst wird im Stand der Forschung ein Verständnis für das Modell der SGE – Systemgenerationsentwicklung nach Albers, das Cost Engineering und semantische Technologien geschaffen. Als nächstes werden Herausforderungen bei der Erstellung von Herstellkostenschätzungen in der Praxis identifiziert. Herauszuheben sind eine geringe Datenverfügbarkeit und Datenqualität, sowie ein fehlender Zusammenhang von Produkt- und Fertigungsinformationen. Darauf aufbauend wird iterativ die Cost Engineering Ontologie entwickelt, die detaillierte Zusammenhänge zwischen Komponenten und deren Fertigung beschreiben kann. Aufbauend auf der Cost Engineering Ontologie und dem Modell der SGE – Systemgenerationsentwicklung wird die Methode zur referenzbasierten Herstellkostenschätzung entwickelt. Der Mensch steht dabei im Mittelpunkt. Die Methode umfasst sechs Schritte: Bauteilinformationen erfassen, Referenz identifizieren, Prozesskette übernehmen und anpassen, Prozesskette in Herstellkosten überführen, Ergebnis prüfen und Ergebnis speichern. Anschließend wird ein Funktionsdemonstrator mit einem Softwareprototyp realisiert, der die Anwendung der Methode in der Praxis unterstützt. Der Softwareprototyp beinhaltet einen Wissensgraphen, der basierend auf der Cost Engineering Ontologie, am Beispiel von Getriebekomponenten für elektrische Antriebe erstellt wurde und die für die Methode notwendigen Zusammenhänge zwischen Bauteilen und Fertigung enthält. Mit dem Softwareprototyp ist es möglich, basierend auf einer STEP-Datei eines Bauteils, innerhalb einer Minute eine Herstellkostenschätzung zu erstellen.
Einer initialen Evaluation folgend, werden die Methode und der Softwareprototyp in einer Studie validiert. Dazu werden Interviews, Fragebögen und Beobachtungen verwendet. Während eine Reduktion des Zeitaufwandes verifiziert wird, kann eine positive Wirkung der Methode und des Softwareprototyps auf die Transparenz und die Wissensbasis nur eingeschränkt bestätigt werden. Insbesondere die automatisiert ablaufende Identifikation von Referenzsystemelementen und die Herstellkostenschätzung mit prozessspezifischen Kostenmodellen reduziert den manuellen Zeitaufwand bei der Erstellung von Herstellkostenschätzungen.

In difficult market situations, companies actively manage their product costs to ensure profitability. Manufacturing cost estimations are used as a basis for design and management decisions. Manufacturing cost estimations require profound knowledge at the interface of design and manufacturing and cause a high manual effort. Therefore, the aim of this work is to develop a method that supports the creation of manufacturing cost estimations by identifying and using reference system elements in a target oriented manner. Semantic technologies are used for this purpose.
First, the state of the art provides an understanding of the model of SGE – System Generation Engineering according to Albers, cost engineering and semantic technologies. ... mehrNext, challenges in preparing manufacturing cost estimations in practice are identified. Prominent among these are low data availability, data quality, and a lack of correlation between product and manufacturing information. Based on this, the cost engineering ontology is developed iteratively, which can describe detailed relationships between components and their manufacturing.
Based on the cost engineering ontology and the model of SGE – System Generation Engineering, the method for reference-based manufacturing cost estimation is developed. The focus is on the human being to be supported. The method comprises the following six steps: Capture part information, identify reference, transfer and adapt process chain, deduce manufacturing cost, check result and save result. Subsequently, a functional demonstrator and the realization as software prototype is introduced that supports the application of the method in practice. The software prototype contains a knowledge graph, which was created based on the cost engineering ontology, using the example of gear components for electric drives. It contains the necessary correlations between components and manufacturing. With the software prototype it is possible for users to create a manufacturing cost estimation within one minute based on a components STEP file.
Following an initial evaluation, the method and the functional demonstrator are validated in a study. Interviews, questionnaires and observations are used for this purpose. While a reduction of the calculation effort is verified, a positive effect of the method and the software prototype on transparency and the knowledge base are only confirmed to a limited extent. In particular, the automated identification of reference system elements and the estimation of manufacturing costs with process-specific cost models reduces the manual effort in the preparation of manufacturing cost estimations.