Uma necessidade de velocidade no aeroespacial e defesa

The Global Aeroespacial e Defesa (A&D) A indústria pode produzir aviões surpreendentemente avançados e outros equipamentos complexos, mas rotineiramente não desenvolve esses programas dentro do prazo, dentro do orçamento e de acordo com o desempenho projetado. O problema não é novo, mas está piorando e agora constitui uma crise de execução completa. Acreditamos que a solução é se concentrar menos nas capacidades e na complexidade técnica e mais na velocidade do programa - lança em uma data de entrega como um argumento fixo e depois projetar outros parâmetros em torno desse objetivo. O sucesso exige que as empresas repensem os principais processos e se concentrem mais em melhorias incrementais e fluxos constantes de produção, em vez de inovações caras e arriscadas. Se puder, o setor colocará novas tecnologias no mercado mais rapidamente e melhorará seu desempenho financeiro. Os contratados de defesa veem benefícios profundos adicionais - valor do maior para os contribuintes, maior prontidão e forças armadas que estão melhor equipadas para competir contra adversários. A entrega mais longa do que o esperado resultou em excedentes orçamentários, insatisfação do cliente e aeronaves projetadas para condições de mercado e combate que já foram aprovadas. Durante a Guerra Fria, os programas de defesa, incluindo aeronaves e navios, normalmente levaram cerca de cinco anos para se desenvolver, mas desde então a linha do tempo típica do programa se expandiu para 20 anos. (Veja o Anexo 1.) O F-35 está em desenvolvimento desde 1995-uma criança nascida quando o projeto começou teria se formado quando a aeronave foi finalmente implantada em combate. O Boeing 787 levou sete anos a partir de quando o programa foi anunciado inicialmente quando entrou em serviço - duas vezes enquanto a linha do tempo inicial - e os primeiros modelos ainda estavam acima do peso e experimentou problemas de desempenho. O desafio não se limita aos OEMs. O motor turbofan de Pratt & Whitney estava atrasado para o mercado e atrasou o desenvolvimento do Airbus A320neo. E quando chegou, o turbofan teve problemas de serviço com focas, lâminas de turbinas e combustores (entre outros).

This approach represents a radical departure for the industry, where companies have significant institutional inertia and deeply established ways of working. Success requires that firms rethink key processes and focus more on incremental improvements and steady production flows rather than costly, risky innovations. If it can do so, the industry will get new technologies into the market faster and improve its financial performance. Defense contractors see additional profound benefits—greater value to taxpayers, increased readiness, and armed forces that are better equipped to compete against adversaries.

It is long past time to improve.

A Crisis of Execution

In the last 30 years, both commercial and defense programs have increasingly exceeded their projected timelines. Longer-than-expected delivery has resulted in budget overruns, customer dissatisfaction, and aircraft designed for market and combat conditions that have already passed. During the Cold War, defense programs including both aircraft and ships typically took about five years to develop, but since then the typical program timeline has expanded to 20 years. (See Exhibit 1.) The F-35 has been in development since 1995—a child born when the project started would have graduated college by the time the aircraft was finally deployed in combat.

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The same is true for commercial projects. The Boeing 787 took seven years from when the program was initially announced to when it entered service—twice as long as the initial timeline—and early models were still overweight and experienced performance issues. The challenge is not limited to OEMs. Pratt & Whitney’s geared turbofan engine was late to market and lagged the development of the Airbus A320neo. And when it did arrive, the turbofan had service issues with seals, turbine blades, and combustors (among others).

Esses atrasos na colocação de novos produtos em serviço são a questão mais crítica que afetam o setor de A&D e possuem custos significativos nas métricas de desempenho financeiro e operacional. (Consulte “O preço da baixa execução”.) Os atrasos decorrem de várias causas raiz. Os desafios de desenvolvimento do setor aeroespacial e de defesa se manifestam em uma série de questões financeiras e operacionais para empresas aeroespaciais comerciais e empreiteiros de defesa:

Designs That Rely on Immature Technology. Firms tend to reach for disruptive, risky innovation based on technology that may not be ready for production—and they sometimes bundle multiple innovations into a single program. The Boeing 787 included composite materials, an all-electric design, new propulsion, and a cabin designed to be more comfortable for passengers, with increased pressure and humidity. The Airbus A400M incorporated new engines, more composite materials, and counter-rotating propellers. Any one of these emerging technologies adds complexity; combining them all simultaneously makes execution on time and on budget less likely.

This tendency to reach for immature technology is driven largely by the fact that major advances in performance are getting harder to achieve. For example, the fuel efficiency gains for single-aisle commercial aircraft have been slowing over time as they approach the natural limits of current designs. (See Exhibit 2.)

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Software Advancing at Faster Rates. Software is central to modern aerospace and defense platforms, but software development is not a core capability at many OEMs. In addition, companies in other industries can roll out beta versions of software with known flaws and then refine over time, but the stringent safety requirements in the A&D industry require much greater initial reliability. Technology companies can also shorten product cycles by simply upgrading the software rather than reengineering hardware. However, in the aerospace industry, software has become another key element of the development process, increasing overall program length. Moreover, as AI and Internet of Things solutions proliferate for both defense and commercial firms, the software challenge is likely to grow.

Increased Outsourcing. A desire for asset-light business models has led to more outsourcing among major A&D players. (See Exhibit 3.) This reduces the development costs borne by the OEM and can spread the financial risk of a new program, but it introduces friction and complexity, in part because aerospace and defense suppliers often face little meaningful competition, but also—and maybe more importantly—because it requires stronger collaboration on more complex topics, as increased outsourcing means wider responsibility for a supplier at the system-integration or architecture level.

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Most components require large nonrecurring costs (NRCs) to produce. For example, one-time expenses like tooling, R&D, capital equipment, engineering, and testing can comprise the majority of the cost to produce given parts, modules, or systems, limiting the number of potential suppliers that can compete to produce them. For some commodities, this can create a lack of competition, giving suppliers pricing power in dealing with OEMs and making them potentially less responsive in hitting schedules and quality targets. Other commodities require interpenetrated relationships and responsibilities, necessitating more collation, more data exchanges, and joint assessment of the impacts of trade-offs or requirement changes: a so-called “risk-sharing partnership” model that still needs to be fine-tuned to ensure alignment and effectiveness in the relationship between a prime contractor and a design-and-build vendor with a wide accountability.

Além disso, os contratados principais às vezes terceirizam trabalho para fornecedores que possuem registros de faixas menos estabelecidos-liderando problemas de qualidade, que por sua vez estendem os cronogramas e causam excedentes orçamentários. Embora o risco financeiro possa ser espalhado pela cadeia de suprimentos, o risco de reputação de um atraso é acumulado para o OEM, e é a empresa que deve se estabelecer com os clientes se as coisas der errado.

Legacy Project Management. Even as other industries have shifted to Desenvolvimento de produtos ágeis , a indústria de A&D ainda depende principalmente de metodologias tradicionais construídas em torno de uma série de marcos que devem ser alcançados para avançar no desenvolvimento. Essa linha do tempo em cascata é um resultado das decisões tomadas no início do desenvolvimento de um programa - muitas das quais têm implicações pouco claras no tempo de mercado. Além disso, o planejamento em cascata é artificialmente tranquilizador para os gerentes de programas: fornece a sensação de controle, concentrando a atenção principalmente em marcos intermediários e KPIs, em vez de fornecer controle real da linha do tempo geral do programa.

Although companies are comfortable with this approach, it takes a long time to plan and set up, and it prevents programs from reacting to changes in project requirements or technology. Moreover, waterfall planning is artificially reassuring to program managers: it provides the feeling of control by focusing attention primarily on intermediate milestones and KPIs rather than affording actual control of the overall program timeline.

Changes to Performance Requirements in the Design Process. Um fator complicador de gerenciamento de cascata é a luta para manter os requisitos de desempenho - por exemplo, a velocidade máxima, a altitude e a faixa de uma aeronave. Muitas vezes, esses requisitos são definidos no início de um projeto, mas mudam com o tempo - por exemplo, os clientes podem mudar de idéia ou a interface de diferentes tecnologias pode exigir que um parâmetro seja priorizado em detrimento de outro. O resultado final é um processo de design extremamente ineficiente e excessivamente iterativo. Em vez disso, ele deve se transformar em uma nova abordagem que começa definindo a linha do tempo - normalmente de três a quatro anos - como um princípio não necessável, com o objetivo subordinado de melhorar o desempenho o máximo possível em uma determinada estrutura durante esse período. O cronograma precisa se tornar a principal métrica de desempenho, em conjunto com os padrões de segurança. (Para ficar claro, algumas situações da indústria ainda exigirão uma abordagem tradicional para o desenvolvimento do programa para capitalizar o potencial - ou requisito - para novos recursos.)

A New Approach Centered on Program Timelines

The A&D industry can no longer accept the traditional approach to project development. Instead, it must transform to a new approach that starts by setting the timeline—typically three to four years—as a nonnegotiable principle, with the subordinate goal of improving performance as much as possible in a given airframe during that period. The schedule needs to become the primary metric of performance, in tandem with safety standards. (To be clear, some situations in the industry will still call for a traditional approach to program development to capitalize on the potential—or requirement—for new capabilities.)

Vários novos participantes de mercado inovadores já estão aplicando essa abordagem. (Consulte “SpaceX: um exemplo de velocidade em ação.”) Como mostra o Anexo 4, a priorização do tempo redefinirá fundamentalmente a maneira como o setor gerencia novos programas, com implicações em cascata em todos os aspectos do processo. Especificamente, as empresas que desejam centralizar o desenvolvimento do programa em torno de cronogramas fixos e mais curtos devem tomar as seguintes etapas. A mudança para os ciclos rápidos de desenvolvimento é uma mudança significativa do status quo no aeroespacial e na defesa, mas essa mentalidade está sendo empregada com sucesso hoje, principalmente na SpaceX. O foguete Falcon 9 original da empresa voou pela primeira vez em 2010, e as versões atualizadas foram lançadas aproximadamente a cada dois anos desde então. Cada nova versão incluiu melhorias incrementais que coletivamente levaram a um grande impulso no desempenho. Por exemplo, pequenas atualizações para os nove mecanismos de Merlin que alimentam o Falcon 9 permitiram uma duplicação da produção de impulso desde o início do projeto. A SpaceX também implementou algumas inovações ambiciosas para o programa no mesmo período - especificamente, a capacidade de pousar e reutilizar o reforço. Essa mistura de tecnologia é uma boa abordagem para os outros seguirem. Isso oferece à SpaceX mais controle sobre a tecnologia -chave e reduz a complexidade nas operações, permitindo que a empresa seja mais fraca ao trazer novos produtos ao mercado.

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Concentre -se em avanços incrementais. Usando designs mais modulares. Essa abordagem tem a vantagem de preservar e construir o aprendizado incorporado, o que é extremamente importante para os programas aeroespaciais econômicos. Os programas maduros estão muito abaixo da curva de aprendizado e têm posições de custo atraentes, o que os torna vantajosos para as margens do OEM e os bolsos dos clientes. Rather than launching ambitious new airframes and platforms, the bulk of development should shift to building derivatives of existing programs or incorporating incremental improvements into established products using more modular designs. This approach has the advantage of preserving and building on embedded learning, which is hugely important to cost-effective aerospace programs. Mature programs are far down the learning curve and have attractive cost positions, which makes them advantageous to the OEM’s margins and customers’ pocketbooks.

Wholly new designs should focus only on the most disruptive technology—such as the incorporation of hydrogen-powered engines or new airframe architecture.

Rely more on established technology. em vez de construir muitos Tecnologia emergente em projetos-e esperando que esteja pronto para o tempo no tempo-as empresas podem misturar soluções mais maduras com outras pessoas que são menos. A prioridade para sistemas críticos deve ser apostas mais seguras, e as empresas podem projetar programas com a flexibilidade de integrar mais tecnologia de ponta se estiver disponível-e deixar de fora, se não. Uma iniciativa pode adotar essa arquitetura, mas manter os sistemas de aeronaves internos dos aeronaves legados (componentes eletrônicos e aviônicos) para minimizar o risco técnico. À medida que a nova arquitetura se prova, os modelos subsequentes podem incorporar aprimoramentos aos sistemas internos. Um fator -chave nessa abordagem é tornar os designs modulares e flexíveis para que a aeronaves e os sistemas possam ser atualizados independentes um do outro enquanto ainda são compatíveis com o tempo.

For example, the next generation of commercial aircraft will likely have different fuselage architectures that improve aerodynamics and increase passenger capacity. An initiative could adopt this architecture but retain the legacy airframes’ internal aircraft systems (electronic and avionics components) to minimize technical risk. As the new architecture proves itself, subsequent models could incorporate enhancements to the internal systems. A key factor in this approach is to make designs modular and flexible so that airframes and systems can be upgraded independent of each other while still being compatible over time.

Mudar para uma abordagem de desenvolvimento ágil. Por outro lado, o Gerenciamento do Programa Agile define a linha do tempo como uma restrição não compensável e desafia as empresas a realizar o máximo que puderem nesse período. Companies don’t need to make a wholesale shift to agile—they can apply the best elements of traditional program management while still incorporating the key elements of agile: a customer focus, orientation around outputs, adaptability in the face of uncertainty, and empowering teams. Traditional program management starts by defining capabilities and essentially lets the timeline float based on meeting those goals. In contrast, agile program management sets the timeline as a nonnegotiable constraint and challenges firms to accomplish as much as they can within that period. Companies don’t need to make a wholesale shift to agile—they can apply the best elements of traditional program management while still incorporating the key elements of agile: a customer focus, orientation around outputs, adaptability in the face of uncertainty, and empowering teams.

Digitize the design process. Companies can also rely more on new, proven design tools—such as digital twin simulations, digital design software, e engenharia de sistemas baseada em modelos-para acelerar o próprio processo de design e desenvolvimento. Por exemplo, a construção, teste e análise de protótipos físicos podem consumir uma quantidade significativa de tempo durante o estágio de projeto. Digitalizando esse processo e confiando em simulações virtuais, as equipes podem fazer um progresso muito mais rápido. A redução do projeto aeroespacial médio dará aos engenheiros e funcionários a oportunidade de aproveitar suas lições aprendidas para o próximo projeto e trabalhar mais inteligente desde o início. Isso tornará o próximo programa mais rápido, criando um ciclo virtuoso que permite uma velocidade ainda maior do programa e mais oportunidades de desenvolvimento de carreira. Em nossas discussões com profissionais do setor que trabalham em programas de baixo desempenho, o fato de muitas pessoas nas equipes do programa nunca terem visto um programa bem -sucedido em primeira mão, foi frequentemente citado como um grande desafio.

Rotate talent. A&D firms should deliberately rotate teams of experts to build experience and increase their exposure to multiple programs. Shortening the average aerospace project will give engineers and staff the opportunity to take their lessons learned to the next project and work smarter from the start. This will make the next program go faster, creating a virtuous cycle that allows even greater program speed and more career development opportunities. In our discussions with industry professionals working on underperforming programs, the fact that many people on program teams had never seen a successful program firsthand was frequently cited as a major challenge.

Streamline Supply Chans. Aerospace prime contractors should reduce Complexidade da cadeia de suprimentos Ao integrar verticalmente para desenvolver mais sistemas internamente-especificamente aqueles que são críticos para o desempenho técnico do produto final ou onde os NRCs altos requerem uma única fonte de suprimento. A produção desses componentes internamente reduzirá o atrito na rede de fornecedores e protegerá os maiores pools de lucro para o OEM. Para componentes que podem suportar vários fornecedores, a terceirização ainda deve ser a estratégia principal, pois promove a concorrência no preço e no desempenho. Por exemplo, os motores de aeronaves GE e Safran são parceiros de longa data e podem coordenar suavemente os limites da empresa. Quando os principais componentes são terceirizados para os fornecedores de fonte única, os OEMs devem estruturar os arranjos para alinhar incentivos e reduzir qualquer atrito que possa retardar o desenvolvimento e a produção. Antúculos de joint ventures ou acordos de parceria de compartilhamento de riscos de renda podem levar a relacionamentos mais produtivos com fornecedores críticos. Cada mês adicional nesta fase leva a um aumento de custos e atrasa o fluxo de caixa positivo. Os programas que chegam ao mercado mais cedo podem economizar anos de custos de engenharia.

In situations where OEMs do not have the needed capabilities to bring production in-house, they should work closely with a small number of proven technical collaborators. For example, GE and Safran Aircraft Engines are long-standing partners and can coordinate smoothly across company boundaries. When key components are outsourced to sole-source suppliers, OEMs should structure arrangements to align incentives and reduce any friction that could slow development and production. Joint ventures or revenue-risk-sharing partnership agreements can lead to more productive relationships with critical suppliers.

The Economics of Fast Development

Shifting to fast program development won’t be easy, but it can yield significant financial gains across several areas:

• Shorter R&D Periods. R&D entails expensive engineering labor; every additional month in this phase leads to increased costs and delays positive cash flow. Programs that get to market sooner can save years of engineering costs.
• Uma curva de aprendizado mais curta. Os programas incrementais aproveitam as lições aprendidas com os projetos anteriores e reduzem o custo da primeira unidade, aumentando a velocidade com que o fluxo de caixa positivo é alcançado para o programa. The first several units of a new program typically lose money as costs exceed the sales price. Incremental programs take advantage of lessons learned from earlier projects and reduce the cost of the first unit, increasing the speed at which positive cash flow is achieved for the program.
• Um caminho mais rápido para o mercado de reposição. Quanto mais cedo os produtos entrarem nas mãos dos clientes, mais cedo o lucrativo vendas de reposição puderem começar. Essas cascata de volta a montante na cadeia de suprimentos, levando a disputas de contrato, renegociações e frequentemente litígios - destrendo o valor de toda a indústria. Os programas mais curtos aumentam as chances de que os requisitos não mudem e que os fornecedores e o OEM possam colaborar para atender a um objetivo fixo. Nesses casos, os OEMs são responsáveis ​​por corrigir o problema e compensar os clientes, o que acaba sendo os lucros. Basear-se em inovações e atualizações incrementais nas plataformas existentes reduz esses riscos e leva a um desempenho mais confiável para a aeronave e um fluxo de caixa mais confiável para o programa. Ao se concentrar mais na duração do programa e nas melhorias incrementais nos projetos existentes, a indústria pode melhorar drasticamente a maneira como coloca os projetos no mercado. Fazer isso levará a um melhor desempenho operacional para aeronaves e melhor desempenho financeiro entre os jogadores de A&D. Isso pode parecer uma mudança radical para uma indústria estabelecida há muito tempo, mas acreditamos que é necessário-de fato, está muito atrasado. Greg Mallory A large proportion of profit in aerospace programs comes through aftermarket services and parts. The sooner products get into customers’ hands, the sooner profitable aftermarket sales can begin.
• Minimized Friction in the Supply Chain. When programs take too long to develop, performance requirements can change for the prime contractor. These cascade back upstream in the supply chain, leading to contract disputes, renegotiations, and often litigation—destroying value for the entire industry. Shorter programs increase the odds that requirements won’t change and that suppliers and the OEM can collaborate to meet a fixed objective.
• Fewer Operational Problems When Aircraft Go into Service. Less-mature designs lead to an increased risk of problems once the aircraft begins flying. In those cases, OEMs are responsible for rectifying the issue and compensating customers, which ultimately saps profits. Relying on incremental innovations and upgrades to existing platforms reduces these risks and leads to more reliable performance for the aircraft and more reliable cash flow for the program.

The global A&D sector is in a full-fledged crisis of execution, but we believe there is a clear solution. By focusing more on program length and incremental improvements to existing designs, the industry can dramatically improve the way it gets designs into market. Doing so will lead to better operational performance for aircraft and better financial performance among A&D players. This may seem like a radical change for a long-established industry, but we believe it’s necessary—in fact, it’s long overdue.

The authors thank Jack Spasiano and Matthieu Ertaud for their contributions to this report.