Corrigindo a cadeia de suprimentos da Aerospace para fundição e forjamento

Over the last two years, commercial and defense aerospace leaders have singled out castings and forgings as an acute pain point in a cadeia de suprimentos . Esta categoria tem entregas tardias e tempo de entrega mais longos - resultando em aviões no valor de centenas de milhões de dólares presos na produção ou na espera de peças. Um executivo da OEM resume -o chamando esta categoria "meu problema número 1". Para separar o fato da ficção, analisamos recentemente a cadeia de suprimentos de elenco e forjamento, conversando com executivos seniores da OEMs, contratados de nível 1 e fornecedores de elenco e forjamento, além de revisar os relatórios financeiros e de analistas. Através desse processo, identificamos cinco causas subjacentes de atrasos, juntamente com ações concretas que os OEMs podem tomar para fazer parceria com mais eficácia com esses fornecedores a longo e a longo prazo. Existem problemas para cima e para baixo nesta complexa cadeia de suprimentos - desde matéria -prima e produção de ligas até a usinagem e acabamento. Os OEMs, que finalmente carregam os atrasos na cadeia de suprimentos, precisarão adotar uma nova abordagem para melhorar o desempenho nesta categoria em dificuldades. (Consulte “O básico do elenco e forjamento.”) O

There is a considerable amount of industry lore about where the problem truly lies. To separate fact from fiction, we recently analyzed the casting and forging supply chain, talking to senior executives at OEMs, Tier 1 contractors, and casting and forging suppliers as well as reviewing financial and analyst reports. Through that process, we identified five underlying causes of delays, along with concrete actions that OEMs can take to partner more effectively with these suppliers in both the near and long term.

One key insight underpins our analysis: the fault does not lie with forges and foundries alone. There are issues up and down this complex supply chain—from raw material and alloy production to machining and finishing. OEMs, which ultimately bear the brunt of supply-chain delays, will need to take a new approach to improve performance in this struggling category.

Five Root Causes of Delays

The difficulty of casting or forging parts from raw materials to meet aerospace specifications is often underestimated. (See “The Basics of Casting and Forging.”) The Fabricação O processo pode levar de 6 a 18 meses, dependendo da peça, tamanho, metal, processo e nível de integração vertical. (Veja a exposição.) Quando surgirem problemas, como demanda inesperada, pedidos de compra tardia ou problemas de qualidade, atrasos podem ser de 12 meses ou mais. Além disso, as fundições e forjas também servem a outras indústrias - e os OEMs precisam levar em consideração a interconectividade da base geral de clientes de seus fornecedores. Os processos de elenco e forjamento existem há milhares de anos. Os dois processos geralmente são agrupados, mas são bem diferentes. É usado para produzir formas e geometrias complexas - geralmente componentes ocos como aerofólios. As peças fundidas podem atender aos padrões de precisão de até 0,001 '', mas atender a essas especificações geralmente requer precisão extrema de temperatura, taxas de vazamento e consistência em moldes e núcleos. Ele maximiza a força a peso e a durabilidade das peças e é usado para fazer peças que devem ser altamente consistentes entre si, como as lâminas de turbinas. O forjamento consiste em uma série complexa de etapas repetidas de três a quatro vezes, incluindo prensagem, limpeza, retificação e tratamento da peça.

Nossa análise aponta para cinco causas radiculares para os problemas atuais da cadeia de suprimentos na fundição e forjamento. tensões. A indústria usa principalmente alumínio, aço, níquel e titânio (e ligas de cada), muitas das quais estão se tornando mais difíceis de obter, mais caras ou ambas. Atualmente, os tempos de entrega do titânio são cerca de nove meses e uma liga de aço de alta demanda feita por um fornecedor tem um tempo de entrega de 70 a 80 semanas.

Raw material lead times are getting longer.

Demand for aerospace-grade material is increasing around the globe for both commercial and defense purposes, with supplies tightening due to geopolitical tensions. The industry primarily uses aluminum, steel, nickel, and titanium (and alloys of each), many of which are becoming harder to source, more expensive, or both. Lead times for titanium are currently about nine months, and a high-demand steel alloy made by one supplier has a lead time of 70 to 80 weeks.

Tempos de entrega mais longos destacam dois problemas na cadeia de suprimentos aeroespacial:

• OEMs normalmente não têm uma forte visibilidade além de seus fornecedores diretos e, portanto, ficam surpresos com os desafios - como os atrasos da matéria -prima - não se ajustam em sua base de suprimentos. Um executivo em uma grande forja nos disse: “Frequentemente somos jogados sob o ônibus, mas meu cliente não pode pedir em breve, dados os prazos de matéria -prima.”
  
• OEMs may not adjust quickly enough to changes in lead times. An executive at one large forge told us, “We often get thrown under the bus, but my customer may not order soon enough given raw material lead times.”

Considering the current difficult geopolitical environment, issues with raw materials and alloy availability are unlikely to resolve soon.

Production labor is slowly returning to full strength.

Many US foundries and forges had to lay off half or more of their workforce during COVID. Since then, they have struggled to ramp up Operações . A contratação, a retenção e o treinamento do trabalho é difícil para as empresas de fundição e forjamento, que têm uma percepção como “escura, suja e perigosa” em comparação com outras indústrias. Como os processos de forjamento e fundição são tão precisos e sensíveis, um pequeno desvio de um novo funcionário pode causar disparos de qualidade, impactando diretamente as margens e as datas da entrega.

The hiring and retention of production labor is stabilizing and expected to improve, but it takes three to six months to complete formal and informal training of new employees. Because forging and casting processes are so precise and sensitive, a small deviation from a new employee could cause quality issues to skyrocket, directly impacting margins and delivery dates.

A indústria perdeu a experiência de engenharia. A atual escassez de engenheiros experientes em OEMs, Nível 1s e empresas de fundição e forjamento diminui a qualificação de novas partes e os processos de produção em andamento. Engenheiros menos experientes de clientes OEM podem não se sentir confortáveis ​​em aprovar tolerâncias em peças que poderiam ter sido concedidas anteriormente. Engenheiros mais novos da Forge e Foundries podem levar mais tempo para desenvolver processos de produção para novas peças e problemas de produção de problemas. A escassez de engenharia acabará por resolver, mas pode levar de cinco a dez anos ou mais para os engenheiros mais novos desenvolverem a experiência necessária. Vários novos motores aeroespaciais - incluindo o motor Leap e o turbofan de engrenagem (GTF) - têm um desempenho inferior em termos de durabilidade e outros problemas. Numerosas atualizações de design do motor têm recursos de engenharia esparsa tensionados. Além disso, o atraso da manutenção do motor diferido cresceu durante a pandemia. Agora, ambos os problemas estão levando a uma maior demanda por peças de reposição e forçando os fornecedores a se adaptar. A temperatura elevada para a turbina de alta pressão e o compressor dos novos motores significa que haverá menos ciclos entre revisões e uma maior necessidade de peças de reposição.

Similarly, the aerospace industry lost many highly experienced engineers due to layoffs and pandemic-related cuts. The current shortage of experienced engineers at OEMs, Tier 1s, and casting and forging companies slows down both the new-part qualification and ongoing production processes. Less-experienced engineers at OEM customers may not be comfortable approving tolerances in parts that might have previously been granted. Newer engineers at forges and foundries may take longer to develop production processes for new parts and troubleshoot production challenges. The engineering shortage will eventually resolve, but it may take five to ten years or longer for newer engineers to develop the requisite experience.

Aftermarket demand is unexpectedly high.

Although commercial OEM demand for new aircraft is largely predictable, the demand for aftermarket parts is highly volatile and falls most heavily on the casting and forging supply chain. Several new aerospace engines—including the LEAP engine and the geared turbofan (GTF)—have underperformed in terms of durability and other issues. Numerous engine design updates have strained sparse engineering resources. In addition, the backlog of deferred engine maintenance grew during the pandemic. Both issues are now leading to greater demand for replacement parts and forcing suppliers to adapt.

Even after the challenges of introducing the LEAP and GTF engines are resolved, aftermarket demand will remain high. The elevated temperature for the high-pressure turbine and compressor of the new engines means there will be fewer cycles between overhauls and a greater need for replacement parts.

Os fornecedores hesitam em investir. A principal razão: uma perda de confiança nos OEMs, seguindo um ciclo particularmente difícil de boom e impulso durante a pandemia e a parada na produção do 737 Max. Os OEMs emitiram estimativas ambiciosas de produção, e os fornecedores investiram para contratar talentos, adicionar turnos e construir instalações de produção-apenas para que a demanda desapareça praticamente da noite para o dia. Como o líder de uma pequena fundição nos disse: "Nossos clientes querem jogar o jogo curto e nos fazer jogar o jogo longo. Dado os últimos anos, não estou disposto a assumir esse risco na ausência de informações e compromissos."

With the sharp increase in demand, it’s initially surprising that many casting and forging suppliers are not investing in new capacity. The primary reason: a loss of trust in OEMs, following a particularly difficult boom-and-bust cycle during the pandemic and the halt in production of the 737 Max. OEMs issued ambitious production estimates, and suppliers invested to hire talent, add shifts, and build out production facilities—only to have demand disappear virtually overnight.

As a result, although suppliers could expand production, they are choosing instead to only take on larger-volume and more profitable work—a shift that is likely to continue for the foreseeable future. As the leader of one small foundry told us, “Our customers want to play the short game and have us play the long game. Given the last few years, I’m not willing to take on that risk in the absence of information and commitments.”

Recomendações para OEMs

Most of these issues are not going away. OEMs and Tier 1 suppliers need to take steps in both the near and long term to improve performance along the supply chain. Because of the complexities in casting and forging, these measures will be complicated and—to be blunt—expensive, requiring capital and commitment.

Soluções de curto prazo: incentivar os fornecedores a melhorar seu desempenho

No curto prazo, os fornecedores de OEMs e Nível 1 podem tomar várias etapas para incentivar os fornecedores e ajudar a melhorar seu desempenho. Embora não sejam novos, eles são aplicados de forma inconsistente hoje. Os OEMs também podem pagar pelo desempenho, incluindo taxas rush, incentivos contratuais (financeiro ou volume) para entrega pontual ou pagamentos premium por volumes mais altos que os pedidos iniciais. Outra opção é fazer pedidos antecipados e realizar inventário para itens de baixo volume ou valor que uma fundição ou forja pode deprender. Por exemplo, em vez de encomendar duas unidades por mês, encomende 24 para o ano.

Take on more risk rather than pushing it down to struggling suppliers.

OEMs can make greater volume commitments earlier within a contract period to get priority and give suppliers the confidence needed to invest and grow. OEMs can also pay for performance, including rush fees, contractual incentives (financial or volume) for on-time delivery, or premium payments for volumes higher than initial orders. Another option is to place advance orders and hold inventory for lower-volume or -value items that a foundry or forge might deprioritize. For example, rather than ordering two units per month, order 24 for the year.

Melhore a visibilidade da cadeia de suprimentos e reduza surpresas. Outras medidas podem tornar as matérias -primas mais disponíveis, além de reduzir os custos - como fazer compras direcionadas para os principais metais ou ligas ou realizar algum inventário para exigências. Alguns clientes podem optar por implantar seus próprios engenheiros em sites de fornecedores para ajudar a resolver problemas. Períodos.

Providing reliable, low-volatility, long-term demand signals directly throughout the supply chain (including to indirect suppliers) can help suppliers plan more effectively. Other measures can make raw materials more available while also reducing costs—such as making directed buys for key metals or alloys or holding some inventory for exigencies.

Invest to build supplier capabilities.

OEMs can recruit (and even rehire) experienced engineers to work directly with casting and forging suppliers, train new engineers, and provide critical expertise in other ways. Some customers may opt to deploy their own engineers to supplier sites to help resolve issues.

Longer-Term Solutions to Build Resilience and Ensure Sufficient Capacity

Beyond short-term levers, OEMs should consider four longer-term actions to build mutually beneficial relationships with casting and forging suppliers.

Contract for longer periods.

Hoje, a maioria dos contratos é de cinco a sete anos e exige um tempo considerável para renegociar. A incerteza dificulta que os fornecedores investem com confiança em capacidade de longo prazo. Esses contratos podem ser estruturados para serem mutuamente benéficos, garantindo volume suficiente e fornecendo escalações e incentivos apropriados (positivos e negativos) para ambas as partes. Os contratos também podem incentivar e recompensar os fornecedores por investimentos em automação e incentivo à tecnologia digital (como modelagem de fluxo).

OEMs and Tier 1s should consider longer-term contracts of at least 10 years—and ideally even longer—as they do with providers of other key aerospace systems. These contracts can be structured to be mutually beneficial, ensuring sufficient volume and providing appropriate escalations and incentives (both positive and negative) for both parties.

As one example, suppliers could be paid a premium for aftermarket parts, given the expected fluctuations in demand, to more closely align their incentives with those of their customers. Contracts can also encourage and reward suppliers for investments in automation and encouraging digital technology (such as flow modeling).

Invista para garantir a capacidade de longo prazo. Isso inclui investir em conjunto com um fornecedor para expandir a capacidade, pagar um fornecedor para garantir capacidade dedicada ou investir para desenvolver capacidade interna, seja por meio de uma construção de campo verde ou adquirindo um fornecedor crítico. Entre os OEMs, Rolls Royce, Pratt e Whitney e Safran têm a capacidade interna de fundição e/ou forjamento. Os OEMs já estão começando a garantir volumes anteriormente, para que seus fornecedores críticos dediquem capacidade suficiente aos produtos de alta prioridade. Criticamente, os OEMs devem garantir que tenham capacidade suficiente em toda a cadeia de suprimentos completa - desde a disponibilidade de matéria -prima e liga através da usinagem e acabamento - que são tão críticos quanto a capacidade de fundição e forjamento suficientes. Os OEMs mostraram que a usinagem avançada e a fabricação de aditivos é uma alternativa viável para algumas peças selecionadas que podem ter menor resistência ou requisitos de forma menos difíceis. Hoje, apenas um pequeno subconjunto de peças provavelmente poderia ser mudado para longe de peças fundidas e peças, mas construir essa capacidade posicionará os OEMs favoravelmente à medida que essas tecnologias competitivas continuam a avançar. Por exemplo, com a crescente complexidade das estruturas de aerofólio de núcleo oco, os OEMs do motor podem reconsiderar as compensações entre pequenos ganhos no desempenho do motor e a confiabilidade da fabricação. Outras opções, como a seleção de uma liga que está amplamente disponível - idealmente de vários fornecedores - podem ajudar a evitar gargalos.

Beyond traditional contracting, OEMs and Tier 1s have several options to secure additional casting and forging capacity if needed. These include jointly investing with a supplier to expand capacity, paying a supplier to secure dedicated capacity, or investing to develop in-house capacity, either through a greenfield build or by acquiring a critical supplier. Among OEMs, Rolls Royce, Pratt and Whitney, and Safran all have in-house casting and/or forging capacity. Already, OEMs are starting to guarantee volumes earlier, so that their critical suppliers dedicate sufficient capacity to high-priority products. Critically, OEMs should ensure they have sufficient capacity throughout the full supply chain—from raw material and alloy availability through machining and finishing—which are as critical as sufficient casting and forging capacity.

Reduce reliance on cast and forged parts.

Where it’s technically feasible, OEMs should consider designs that incorporate alternative processes. OEMs have shown that advanced machining and additive manufacturing is a viable alternative for some select parts that may have lower strength or less difficult shape requirements. Today, only a small subset of parts could likely be shifted away from castings and forgings, but building that capability will position OEMs favorably as those competitive technologies continue to advance.

Rethink the manufacturability-versus-performance tradeoff.

Last, OEMs can adjust their performance requirements to use parts that are easier to manufacture. For example, with the increasing complexity of hollow-core airfoil structures, engine OEMs may reconsider tradeoffs between small gains in engine performance and manufacturing reliability. Other choices such as selecting an alloy that is widely available—ideally from multiple suppliers—can help to avoid bottlenecks.

Processos de fundição e forjamento estão tendo um impacto desproporcional no Indústria aeroespacial devido à sua complexidade. OEMs e Nível 1s não podem aplicar o manual de fornecedores padrão que eles usaram no passado. Em vez disso, eles precisam desenvolver parcerias mais fortes e assumir parte do risco financeiro inerente à criação de capacidade. Ao fazer isso, eles podem reduzir os prazos de entrega e as entregas tardias e colocar seus produtos no ar o mais rápido possível. Parceiro sênior; Líder de prática regional da América do Norte