I responsabili della R&D sulle batterie possono utilizzare il metodo dei costi basato sulle attività (ABC) per collegare direttamente le risorse di laboratorio e le scelte di processo al costo di produzione di ogni cella o lotto sperimentale. Invece di assegnare apparecchiature, manodopera, energia, manutenzione e materiali attraverso un ampio tasso di costi generali, l'ABC attribuisce questi costi ad attività quali macinazione delle polveri, essiccazione spray, pressatura di tubi ceramici, assemblaggio delle celle e test. Questo mostra come la scelta delle apparecchiature e i parametri di processo influenzino sia il costo immediato per cella sia il potenziale costo dell'aumento della produzione.
L'ABC trasforma le operazioni di laboratorio in una mappa dei costi. Collegando il consumo delle risorse ad attività specifiche e ai risultati sperimentali, i responsabili possono distinguere i miglioramenti di processo realmente convenienti dai cambiamenti che si limitano a spostare i costi tra apparecchiature, manodopera, energia, scarti e test.
Perché il calcolo dei costi tradizionale fuorvia le decisioni di R&D sulle batterie
I costi indiretti sono particolarmente importanti nello sviluppo delle batterie
I nuovi processi per batterie spesso si basano su apparecchiature specializzate con costi elevati di acquisto, manutenzione, energia e ammortamento. Il calcolo dei costi tradizionale può raggruppare queste spese nei costi generali, rendendo difficile determinare quale fase del processo sia responsabile del costo.
I piccoli lotti sperimentali distorcono l'economia unitaria
Le celle di R&D vengono prodotte in volumi inferiori rispetto alle celle commerciali, quindi la configurazione delle apparecchiature, la pulizia, la calibrazione e i test possono rappresentare una quota significativa del costo per cella. L'ABC rende visibili questi costi invece di distribuirli ampiamente tra prodotti o progetti non correlati.
Le prestazioni tecniche e i costi sono collegati
Una modifica di processo può migliorare la qualità dell'elettrodo o le prestazioni della cella, aumentando però il consumo energetico, il tempo di configurazione, lo spreco di materiali o i requisiti di test. L'ABC consente ai responsabili di valutare l'effetto economico complessivo, invece di giudicare la modifica solo in base al risultato tecnico.
Come costruire un modello ABC per la R&D sulle batterie
Definire i centri di attività
Inizia suddividendo il flusso di lavoro del laboratorio in centri di attività identificabili. Gli esempi includono:
- Macinazione delle polveri
- Essiccazione spray
- Miscelazione dell'impasto
- Rivestimento degli elettrodi
- Pressatura di tubi ceramici
- Compattazione degli elettrodi
- Assemblaggio delle celle
- Formazione e ciclaggio
- Test e caratterizzazione
- Pulizia, calibrazione e configurazione delle apparecchiature
Ogni centro di attività dovrebbe rappresentare una decisione significativa relativa ai costi e al processo.
Assegnare le risorse a ciascuna attività
Identifica le risorse consumate da ogni attività, tra cui:
- Ammortamento o costo di utilizzo delle apparecchiature
- Elettricità e altre utenze
- Tempo degli operatori e dei tecnici
- Manutenzione preventiva e riparazioni
- Attrezzature di consumo
- Materie prime e prodotti chimici di processo
- Materiali per la pulizia e la configurazione
- Risorse per il controllo qualità e i test
L'obiettivo è determinare il costo di esecuzione di un'attività, non semplicemente il costo contabile di possesso del laboratorio.
Selezionare driver di costo pratici
Un driver di costo dovrebbe riflettere ciò che causa effettivamente l'aumento del costo di una risorsa. I driver rilevanti possono includere:
- Ore di funzionamento della macchina per i processi dipendenti dalle apparecchiature
- Tempo di configurazione o cambio formato per il lavoro sperimentale a basso volume
- Numero di lotti per le attività di pulizia e calibrazione
- Energia consumata per l'essiccazione, il riscaldamento, la pressatura o il ciclaggio
- Massa di polvere o impasto lavorata per le fasi ad alta intensità di materiali
- Numero di celle testate per le attività di caratterizzazione
- Ore degli operatori per l'assemblaggio e l'ispezione manuali
- Frequenza della manutenzione per le apparecchiature sottoposte a uso intensivo
Il driver migliore non è necessariamente quello più facile da misurare. È quello che spiega con maggiore precisione il consumo delle risorse.
Calcolare un tasso di costo dell'attività
Per ogni centro di attività, calcola un tasso di costo utilizzando la relazione generale:
[ \text{Tasso di costo dell'attività} = \frac{\text{Costo totale assegnato all'attività}}{\text{Quantità totale del driver di costo}} ]
Ad esempio, un'attività di rivestimento potrebbe avere un tasso di costo per ora macchina, mentre un'attività di test potrebbe avere un tasso di costo per cella testata. Una singola attività può richiedere più driver se apparecchiature, manodopera e materiali si comportano in modo diverso.
Misurare l'effetto delle scelte delle apparecchiature
Confrontare il costo totale del processo
Un miscelatore, un coater o una pressa più avanzati non dovrebbero essere valutati solo in base al prezzo di acquisto. L'ABC dovrebbe considerare il loro effetto su:
- Tempo di funzionamento
- Tempo di configurazione e pulizia
- Consumo energetico
- Requisiti di manutenzione
- Utilizzo dei materiali
- Scarti e rilavorazioni
- Produttività
- Carico di lavoro dei test
- Uniformità della fabbricazione delle celle
L'apparecchiatura con il costo di acquisto più basso potrebbe non produrre il costo più basso per cella conforme.
Includere l'utilizzo e la capacità inutilizzata
Le apparecchiature di laboratorio possono essere costose perché vengono utilizzate poco, non perché ogni ora di funzionamento sia intrinsecamente costosa. L'ABC dovrebbe distinguere tra:
- Capacità pratica: la capacità operativa utilizzabile dell'apparecchiatura
- Capacità effettivamente utilizzata: la capacità consumata dai progetti attuali
- Capacità inutilizzata: la capacità disponibile che non viene utilizzata
Questa distinzione impedisce ai responsabili di assegnare tutta la capacità inutilizzata a un particolare progetto di cella sperimentale e aiuta a individuare opportunità per consolidare i carichi di lavoro o programmare in modo più efficace le apparecchiature condivise.
Considerare qualità e resa
Le apparecchiature che riducono la variabilità o i difetti possono aumentare il costo nominale di processo, riducendo però il costo per cella utilizzabile. I responsabili dovrebbero quindi calcolare il costo utilizzando, ove appropriato, la produzione accettata:
[ \text{Costo per cella conforme} = \frac{\text{Costo totale basato sulle attività}}{\text{Numero di celle conformi prodotte}} ]
Questo è spesso più utile ai fini decisionali del costo per cella processata.
Valutare i parametri di processo
Modellare il costo delle variazioni dei parametri
Parametri di processo quali il tempo di macinazione, le condizioni di essiccazione, la forza di pressatura, la velocità di rivestimento e le impostazioni di compattazione possono modificare simultaneamente diversi driver di costo. Un ciclo di macinazione più lungo, ad esempio, può aumentare le ore macchina e il consumo energetico, migliorando al contempo le caratteristiche della polvere.
L'ABC rende espliciti questi effetti assegnando il consumo incrementale delle risorse all'attività pertinente.
Separare gli effetti diretti e indiretti
Una modifica dei parametri può influire sui costi attraverso il consumo diretto, come una maggiore quantità di elettricità o materie prime, e attraverso effetti secondari quali:
- Maggiore occupazione delle apparecchiature
- Pulizia più frequente
- Manutenzione aggiuntiva
- Maggiore coinvolgimento degli operatori
- Aumento dei test
- Maggiori scarti o rilavorazioni
- Riduzione della produttività di altri progetti
Un'analisi credibile include entrambe le categorie.
Confrontare il costo incrementale con il beneficio tecnico
I responsabili dovrebbero confrontare il costo aggiuntivo basato sulle attività con il conseguente beneficio tecnico o operativo. I benefici rilevanti possono includere una migliore uniformità degli elettrodi, una riduzione degli sprechi, una migliore compattazione, un minor numero di celle difettose o un percorso più affidabile verso lo scale-up.
La decisione non riguarda il fatto che un parametro sia economico preso isolatamente. Riguarda se il suo costo incrementale sia giustificato dal miglioramento delle prestazioni, della resa o della producibilità che genera.
Utilizzare l'ABC per le decisioni relative ad apparecchiature e processi
Costruire un modello del costo per cella o per lotto
Traccia ogni progetto di cella o lotto sperimentale attraverso i centri di attività utilizzati. Per ogni attività, moltiplica la quantità del relativo driver di costo per il tasso di costo dell'attività, quindi aggiungi i materiali diretti e gli altri costi direttamente attribuibili.
Questo produce un profilo dei costi che mostra dove ogni progetto consuma risorse e dove esistono le maggiori opportunità di miglioramento.
Eseguire scenari what-if
L'ABC è particolarmente utile per confrontare alternative quali:
- Durate diverse della macinazione
- Assemblaggio manuale rispetto a quello automatizzato
- Velocità di rivestimento alternative
- Condizioni diverse di essiccazione o pressatura
- Apparecchiature di maggiore precisione rispetto ad apparecchiature a costo inferiore
- Test più frequenti rispetto a test ridotti
- Maggiore utilizzo dei materiali rispetto a una produttività più elevata
Il modello dovrebbe mostrare sia il costo totale del lotto sia il costo per cella conforme.
Utilizzare l'analisi di sensibilità
Non tutte le ipotesi di costo saranno precise nelle prime fasi della ricerca. I responsabili dovrebbero verificare come cambia la conclusione quando variano le principali variabili, quali l'utilizzo delle apparecchiature, il consumo energetico, la resa, la frequenza della manutenzione o il tempo degli operatori.
Se una decisione cambia a fronte di piccole variazioni nelle ipotesi, dovrebbe essere considerata incerta e non presentata come un vantaggio economico definitivo.
Collegare il calcolo dei costi di laboratorio alle decisioni di scale-up
L'ABC di laboratorio non sostituisce un modello dei costi di produzione commerciale. Tuttavia, può identificare quali fasi del processo potrebbero creare problemi nello scale-up, in particolare quelle con tempi macchina elevati, basso utilizzo, ampia gestione manuale o notevole spreco di materiali.
Questo aiuta i team di R&D a dare priorità alle modifiche di processo che migliorano sia l'economia sperimentale sia la futura producibilità.
Comprendere i compromessi
Una maggiore accuratezza richiede più dati
L'ABC richiede misurazioni dei tempi, registri di utilizzo delle apparecchiature, dati energetici, informazioni sulla manutenzione, bilanci dei materiali e dati sulla resa. Se il laboratorio non raccoglie questi dati in modo coerente, il modello può creare un'apparenza di precisione senza informazioni di base affidabili.
I driver di costo possono interagire
Una singola modifica dei parametri può influire contemporaneamente su diverse attività. Ad esempio, la modifica di una condizione di processo può cambiare il tempo macchina, il consumo energetico, la frequenza della pulizia, la resa e i requisiti di test.
I responsabili dovrebbero evitare modelli che assegnano un unico driver semplicistico a un processo complesso quando più driver incidono in modo sostanziale sui costi.
Un costo basso può entrare in conflitto con il valore della ricerca
Il percorso sperimentale più economico non è sempre quello più utile. Un processo automatizzato o di precisione più costoso può generare dati di qualità migliore, migliorare la ripetibilità o ridurre l'incertezza durante lo scale-up.
L'ABC dovrebbe orientare le decisioni tecniche, non sostituire il giudizio ingegneristico o il valore strategico dell'apprendimento.
Evitare di allocare tutti i costi generali ai prodotti
Alcuni costi di laboratorio supportano il programma di ricerca nel suo complesso e non possono essere attribuiti in modo significativo a un singolo progetto di cella. Forzare tutti questi costi nei calcoli a livello di prodotto può distorcere i confronti.
Quando possibile, separa i costi delle attività direttamente attribuibili, i costi di supporto condivisi e i costi della capacità inutilizzata.
Non confondere il costo di laboratorio con il futuro costo commerciale
Le apparecchiature e i flussi di lavoro di R&D operano spesso su piccola scala e con un basso livello di utilizzo. Il loro costo basato sulle attività può essere molto più elevato rispetto al costo di produzione futuro.
Il modello è più utile quando identifica i driver di costo e i rischi dello scale-up, invece di essere trattato come una previsione diretta del costo commerciale finale della cella.
Scegliere correttamente in base al proprio obiettivo
Utilizza l'ABC come strumento decisionale adattando l'analisi alla domanda a cui il team di R&D deve rispondere.
- Se il tuo obiettivo principale è la selezione delle apparecchiature: Confronta le alternative utilizzando il costo totale per cella conforme, includendo gli effetti di utilizzo, manutenzione, energia, configurazione, manodopera, sprechi e test.
- Se il tuo obiettivo principale è l'ottimizzazione del processo: Misura come ciascun parametro modifica le quantità dei driver di attività e confronta il costo incrementale con il suo effetto su resa, uniformità e prestazioni della cella.
- Se il tuo obiettivo principale è l'efficienza dei materiali: Monitora l'utilizzo delle materie prime, gli scarti, le rilavorazioni e la produzione conforme, invece di valutare solo il prezzo dei materiali.
- Se il tuo obiettivo principale è la preparazione allo scale-up: Identifica le attività con tempi macchina elevati, forte impegno manuale, basso utilizzo o test eccessivi che potrebbero limitare la produzione futura.
- Se il tuo obiettivo principale è la capacità del laboratorio: Separa l'utilizzo produttivo dalla capacità inutilizzata, così i team di progetto non ereditano i costi causati da apparecchiature condivise sottoutilizzate.
- Se il tuo obiettivo principale è giustificare un investimento: Utilizza l'analisi di sensibilità per dimostrare se l'apparecchiatura proposta rimane economicamente interessante in presenza di diverse ipotesi di utilizzo, resa e manutenzione.
Quando viene implementato con driver di costo e dati sulla resa affidabili, l'ABC offre ai responsabili della R&D sulle batterie la visibilità necessaria per ottimizzare sia le prestazioni tecniche sia il costo reale di produzione.
Tabella riepilogativa:
| Centro di attività | Driver di costo tipici | Impatto sui costi di apparecchiature/parametri |
|---|---|---|
| Macinazione delle polveri | Ore macchina, energia, tempo di configurazione | Una macinazione più lunga aumenta il consumo energetico e l'usura, ma può migliorare la qualità della polvere. |
| Miscelazione dell'impasto | Ore macchina, numero di lotti, manodopera | I miscelatori avanzati possono ridurre i tempi e gli sprechi, ma aumentano l'ammortamento. |
| Rivestimento degli elettrodi | Ore macchina, velocità di rivestimento, utilizzo dei materiali | Una velocità più elevata aumenta la produttività, ma può incrementare i tassi di difettosità. |
| Pressatura (manuale/automatica) | Tempo di configurazione, ore degli operatori, energia | Le presse automatizzate riducono la manodopera, ma aumentano il costo del capitale. Una forza maggiore può migliorare la densità, ma usura più rapidamente le matrici. |
| Assemblaggio delle celle | Manuale rispetto ad automatico, tempo di assemblaggio, attrezzature | L'automazione riduce la manodopera, ma aumenta gli investimenti in apparecchiature e la manutenzione. |
| Test e caratterizzazione | Celle testate, ore di test, materiali di consumo | Test più rigorosi garantiscono la qualità, ma aumentano il costo per cella. |
| Pulizia e configurazione | Numero di lotti, tempo di configurazione, prodotti per la pulizia | Cambi formato frequenti aumentano i costi; una programmazione adeguata può mitigarli. |
| Manutenzione | Ore macchina, età dell'apparecchiatura, programma di manutenzione preventiva | La manutenzione preventiva riduce i guasti, ma aggiunge costi fissi. |
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