Konttilaivan tuotekonseptivarianttien elinkaarikustannusten mallintaminen

Abstract

This master's thesis approaches the problem of life cycle cost modelling of containership concepts. The goal of the thesis is to create a spreadsheet-based cost model program, which can be easily utilized in the early ship concept design phases. The program gives as output the overall life cycle costs of a containership design in numerical and graphical format. Moreover, the program can be used to create several design alternatives from the original ship concept and point out the major life cycle cost differences between these multiple designs. The existing cost engineering and cost prognosis literature is studied critically and in-depth in order to create a solid foundation for the life cycle cost model. The most up-to-date academic papers and commercial applications are also part of this research. The key points and the present state of existing cost engineering work are reviewed from a naval architectural point of view. The actual cost model is built on top of known cost estimation relationships (CER) between physical quantities of the concept ship and general cost data. Using current statistics and regression analysis techniques, new cost estimation relationships are created for cost types that cannot be readily found from existing literature. The completed model is tested using a case study approach: a typical containership design (size class 3000 containers, TEU) was chosen as the original design and afterwards, several of its features were varied to create typical design alternatives. This data was then input to the calculator and the results were analysed. Although the cost model program was tested in-depth only for one size class and its design alternatives, a brief analysis regarding the generality of the results concerning other size classes is also made. The results show that the developed containership life cycle cost calculator operates according to its requirements and produces plausible results that can be used as an additional design aid in the concept development phase. The forecast building costs deviated on average 1.6% - 11.1 % when compared to data sought from statistics. For operation and maintenance costs, this fluctuation was 12.2%. The calculated payback times of alternative design scenarios deviated on average 0.5 - 2.0 years when compared to similar surveys -thus, their significance is only indicative. An advantage of the created model is that the basic principles are easily applicable for other ship types and the model can be further developed in a number of ways, depending on the needed information. Further work should include extensive testing; the development of a more user-friendly version of the program and an easy-to-modify reporting system that could produce automated reports quickly and efficiently.Tämä diplomityö käsittelee konttilaivojen elinkaarikustannusten mallintamista. Työn tavoitteena on luoda taulukkolaskentapohjainen ohjelma, jota voidaan helposti hyödyntää varhaisessa laivan konseptisuunnitteluvaiheessa. Ohjelma antaa tulosteena konttilaivan koko elinkaaren kustannukset numeerisessa ja graafisessa muodossa. Lisäksi, ohjelmaa voidaan käyttää ennustamaan useiden konseptivaihtoehtojen välisiä elinkaarikustannusten eroja. Työssä tarkastellaan ensin kriittisesti ja perusteellisesti kustannusten mallintamista ja ennustamista, jotta luodulle elinkaarikustannusmallille saadaan vankka teoreettinen perusta. Myös tämänhetkiset olennaiset tieteelliset artikkelit ja kaupalliset sovellukset kuuluvat tähän tarkasteluun. Tarkastelu tehdään laivanrakennusinsinöörin näkökulmasta. Kehitettävä kustannusmalli rakennetaan tiedettyjen kustannussuhteiden (CER) varaan, jotka hyödyntävät lainalaisuuksia laivakonseptin fysikaalisten piirteiden ja yleisen kustannustiedon välillä. Myös uusia kustannussuhteita luodaan tilastojen ja regressioanalyysin menetelmien avulla niiltä osin, kun näitä ei löydy kirjallisuudesta. Valmista kustannusmallia testataan malliesimerkillä: valitaan tyypillinen konttilaiva (kokoluokka 3 000 konttia, TEU) perusdesigniksi ja varioidaan sitä tyypillisillä muutettavilla ominaisuuksilla luoden näin joukko konseptivaihtoehtoja. Nämä tiedot syötetään sitten elinkaarikustannuslaskuriin ja analysoidaan saadut tulokset. Vaikka laskuria testataankin vain yhdellä kokoluokalla ja sen konseptivaihtoehdoilla, tehdään myös laskurin antamien tulosten yleistettävyydestä lyhyt analyysi. Työn tulokset osoittavat, että kehitetty elinkaarikustannuslaskuri toimii vaatimusten mukaisesti ja tuottaa realistisia tuloksia, joita voidaan käyttää suunnittelun apuna aikaisessa konseptisuunnitteluvaiheessa. Lasketut rakennuskustannukset poikkesivat keskimäärin 1.6 - 11.1 % tilastoista etsityistä verrokeista. Lasketut operointi- ja huoltokustannukset poikkesivat 12.2 %. Erilaisten vaihtoehtoisten skenaarioiden tuottamat takaisinmaksuajat poikkesivat elinkaarikustannusten osalta noin 0.5 - 2.0 vuotta muissa tutkimuksissa tehdyistä arvioista, niiden merkitys on siten vain suuntaa-antava. Luodun kustannusmallin etuna on, että sen periaatteet ovat helposti muokattavissa myös muille laivatyypeille. Lisäksi, mallia voidaan helposti kehittää eteenpäin ja muokata monella eri tavalla, riippuen tarvitusta informaatiosta. Jatkotoimenpiteissä voitaisiin keskittyä ohjelman perusteelliseen testaamiseen, käyttäjäystävällisemmän käyttökokemuksen luontiin, sekä helposti muokattavan raportointijärjestelmän kehittämiseen. Tämä raportointijärjestelmä antaisi mahdollisuuden tuottaa käytännöllisiä ja hyödyllisiä raportteja mallin tuloksista nopeasti ja tehokkaasti