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Uma necessidade de velocidade no aeroespacial e defesa

por Greg Mallory, Joshua Brenner, Justin Kulish, Jérôme Rein, Gaëtan Cathalan e Matthieu ertaudes
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Em vez de continuar com ciclos de desenvolvimento lentos e inovação radical, a indústria deve virar o script e se concentrar em obter melhorias incrementais no mercado rapidamente.

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 - lidar em uma data de entrega como um argumento de entrada fixa e depois projetar outros parâmetros em torno desse objetivo.

Essa abordagem representa uma partida radical para a indústria, onde as empresas têm inércia institucional significativa e formas de trabalho profundamente estabelecidas. 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 de 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 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).

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.

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).

Delays in getting new products into service are the most critical issue affecting the A&D sector, and they carry significant costs.

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 radiculares. Os desafios de desenvolvimento do setor aeroespacial e da defesa se manifestam em uma série de questões financeiras e operacionais para empresas aeroespaciais comerciais e empreiteiros de defesa:

The Price of Poor Execution
The aerospace and defense industry’s development challenges manifest in a range of financial and operational issues for both commercial aerospace firms and defense contractors:
  • atrasos em novos programas que entram em serviço operacional levam a atrasos correspondentes no fluxo de caixa, os custos de engenharia excessivos e os que são mais que os coroos de defesa. Destinado a cumprir pode ter mudado, às vezes tornando -o obsoleto e tornando -o vulnerável a cortes de gastos. De fato, esse desafio pode ser auto-sustentável ao longo do tempo. À medida que navios e aeronaves levam mais tempo para se desenvolver, os produtos herdados que eles deveriam substituir gastar mais tempo em serviço. O aumento dos custos de manutenção reduz a capacidade das forças armadas de investir em novos sistemas para atender às ameaças emergentes - um ciclo ruim. Hoje, muitos funcionários terão a sorte de experimentar um punhado de programas, e muitos só verão uma fatia específica do projeto - desenvolvimento, produção ou mercado de reposição -, mas raramente todo o ciclo de vida. Isso prejudica o desenvolvimento do talento e torna a indústria menos atraente do que outros setores com ciclos mais rápidos. O Boeing 787 incluiu materiais compósitos, um design totalmente elétrico, nova propulsão e uma cabine projetada para serem mais confortáveis ​​para os passageiros, com aumento da pressão e umidade. O Airbus A400M incorporou novos motores, materiais mais compostos e hélices de contra-rotatividade. Qualquer uma dessas tecnologias emergentes acrescenta complexidade; Combiná -los simultaneamente torna a execução no prazo e no orçamento menos provável.
  • In the defense sector, the mission profiles that a program was originally meant to fulfill may have changed, sometimes rendering it obsolete and making it vulnerable to spending cuts. In fact, this challenge can be self-sustaining over time. As ships and aircraft take longer to develop, the legacy products they were meant to replace spend more time in service. Increased maintenance costs reduce the military’s ability to invest in new systems to meet emerging threats—a bad cycle.
  • In the 1960s, aerospace employees might work on ten programs across their career, building valuable skills and learning lessons they could take with them to the next project. Today many employees will be lucky to experience a handful of programs, and many will only see a specific slice of the project—either development, production, or aftermarket—but rarely the entire lifecycle. This hurts the development of talent and makes the industry less attractive than other sectors with faster cycles.

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.

Essa tendência de alcançar a tecnologia imatura é impulsionada em grande parte pelo fato de que os principais avanços no desempenho estão ficando mais difíceis de alcançar. Por exemplo, os ganhos de eficiência de combustível para aeronaves comerciais de corredores únicos vêm diminuindo ao longo do tempo à medida que se aproximam dos limites naturais dos projetos atuais. (Consulte o Anexo 2.)

Avançando em software em taxas mais rápidas. Além disso, as empresas de outros setores podem lançar versões beta de software com falhas conhecidas e depois refinar com o tempo, mas os rigorosos requisitos de segurança na indústria de A&D exigem confiabilidade inicial muito maior. As empresas de tecnologia também podem reduzir os ciclos de produtos simplesmente atualizando o software em vez de reengenharia. No entanto, na indústria aeroespacial, o software se tornou outro elemento -chave do processo de desenvolvimento, aumentando a duração geral do programa. Além disso, à medida que as soluções de IA e Internet das Coisas proliferam para empresas de defesa e comerciais, é provável que o desafio do software cresça. (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 Nível. Por exemplo, despesas únicas como ferramentas, P&D, equipamentos de capital, engenharia e teste podem incluir a maior parte do custo para produzir peças, módulos ou sistemas, limitando o número de fornecedores em potencial que podem competir para produzi-los. Para algumas commodities, isso pode criar uma falta de concorrência, dando aos fornecedores que o precificação do poder de lidar com OEMs e torná -los potencialmente menos responsivos ao atingir horários e metas de qualidade. Outras mercadorias requerem relacionamentos e responsabilidades interpenetrados, necessitando de mais agrupamento, mais trocas de dados e avaliação conjunta dos impactos das trocas ou alterações de requisitos: o chamado modelo de "parceria de compartilhamento de risco" que ainda precisa ser de manta e reportagem a ser um grande e eficácia do que é o melhor e o que há de atendimento. Trabalho terceirizado para os fornecedores que possuem registros de faixas menos estabelecidos-liderando problemas de qualidade, que por sua vez estendem os cronogramas e causam excedentes de orçamento. 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. 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.

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.

In addition, prime contractors have sometimes outsourced work to suppliers that have less-established track records—leading to quality issues, which in turn extend timelines and cause budget overruns. Although financial risk can be spread across the supply chain, the reputational risk of a delay accrues to the OEM, and it is that company that must settle with customers if things go wrong.

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 do cronograma 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.

Uma nova abordagem centrada nos cronogramas do programa

A indústria de A&D não pode mais aceitar a abordagem tradicional para o desenvolvimento do projeto. 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 exigem uma abordagem tradicional para o desenvolvimento do programa para capitalizar o potencial - ou requisito - para novos recursos.)

The A&D industry must transform to a new approach that starts by setting the timeline as a nonnegotiable principle.

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 de programas 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. Essas ferramentas permitem que os engenheiros da SpaceX trabalhem de forma colaborativa e rapidamente, identifiquem interdependências entre as equipes de engenharia. A empresa pode desenvolver protótipos rápidos e testar modelos a baixo custo no início do ciclo de projeto-um contraste com os programas de desenvolvimento de muitos titulares de A&D, que são baseados em análises e design exaustivos, seguidos de testes de produtos em escala completa posteriormente no ciclo de projeto.

SpaceX: An Example of Speed in Action
The shift to fast development cycles is a significant change from the status quo in aerospace and defense, but this mindset is being employed successfully today, most notably at SpaceX. The company’s original Falcon 9 rocket first flew in 2010, and upgraded versions have been released approximately every two years since then. Each new version has included incremental improvements that collectively have led to a major boost in performance. For example, minor upgrades to the nine Merlin engines that power the Falcon 9 have enabled a doubling of thrust output since the project’s inception. SpaceX has also implemented some ambitious innovations to the program over the same time period—specifically, the ability to land and reuse the booster. This mix of technology is a good approach for others to follow.

Additionally, SpaceX does not outsource nearly as much as other aerospace firms, buying only about 20% of its materials from its suppliers, rather than 50% or higher, as many other commercial OEMs do. This gives SpaceX more control over key technology and reduces complexity in operations, allowing the company to be nimbler when bringing new products to market.

Finally, SpaceX has used an agile approach to its rocket development, along with digital design tools that improve collaboration, save costs, and increase speed. These tools allow SpaceX engineers to work collaboratively and quickly identify interdependencies among engineering teams. The company can develop rapid prototypes and test mockups at low cost earlier in the design cycle—a contrast to the development programs of many A&D incumbents, which are based on exhaustive analysis and design followed by tests of full-scale products later in the design cycle.

Concentre -se em avanços incrementais. 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 flexibilidade para integrar mais tecnologia de ponta se estiver disponível-e deixar de fora, se não.

Por exemplo, a próxima geração de aeronaves comerciais provavelmente terá diferentes arquiteturas de fuselagem que melhoram a aerodinâmica e aumentarão a capacidade de passageiros. 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 independentemente um do outro enquanto ainda são compatíveis com o tempo.

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. As empresas não precisam fazer uma mudança no atacado para o ágil - podem aplicar os melhores elementos do gerenciamento tradicional de programas, enquanto ainda incorporam os principais elementos do ágil: um foco do cliente, orientação em torno das saídas, adaptabilidade em face da incerteza e design de design de foders. Software e engenharia de sistemas baseados 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. 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, and model-based systems engineering—to accelerate the design and development process itself. For example, the construction, testing, and analysis of physical prototypes can consume a significant amount of time during the design stage. By digitizing that process and relying instead on virtual simulations, teams can make much faster progress.

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.

Shortening timelines will give engineers and staff the opportunity to take their lessons learned to the next project and work smarter from the start.

simplificar as cadeias de suprimentos. 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. Os acordos de parceria de joint ventures ou riscos de renda-risco 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:


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.

Authors

Managing Director & Senior Partner

Greg Mallory

Diretor Gerente e Parceiro Sênior
Washington, DC

Principal

Joshua Brenner

Principal
Nova Jersey

Alumnus

Justin Kulish

Alumnus

Diretor Gerente e Parceiro Sênior

Jérôme Rein

Diretor Gerente e Parceiro Sênior
Paris

parceiro

Gaëtan Cathalan

Parceiro
Paris

Gerenciador - BCG Vantage

= Matthieu Ertaud

Gerente - BCG Vantage
Paris

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