total cost of ownership - zol.art · 2014. 10. 7. · 3. total cost of ownership (tco) •...

38
Page 1 TO OTAL COST OF F OWNERSHIP P

Upload: others

Post on 31-Dec-2020

0 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page 1    TOOTAL COST OFF OWNERSHIPP 

Page 2: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page

 

 

The of  oequwellundrepaof  eown

Thistrea

 

e 2 

objective ofownership  oipment manl  as  fleet  oper ownershiair costs are economic  lifenership and o

s publicationts cost categ

f this publicaof  a  piece  onagement  anptimization. p and operatdescribed ine.  Finally,  a operating co

n does not  ggories. 

ation is to ouof  heavy  eqnd outline  faFurther  in  tting costs. Son more detaispreadsheetsts.  

go  into deta

utline the cosquipment.  Wactors  affectthe  documenome cost catil and modelt model  is  i

il on produc

st componenWe  define  tting productnt, we  desctegories suchls are drawnncluded  as  a

ctivity  calcul

TOTAL

nt when calche  role  of tion of  a pieribe  the  varh as prevent to help undan  example 

ation  in  the

L COST OF OW

culating the tthe  stakehoece  of  equiprious  cost  caive maintenaderstand theof how  to 

e  same man

WNERSHIP 

total cost olders  in pment  as ategories ance and e concept calculate 

ner  as  it 

 

Page 3: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page 3    TOTAL COST OF OWNERSHIP 

1. SCOPE 2. STAKEHOLDERS 

• Equipment management • Business control  

3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³)  

4. PRODUCTION • Measurements • Equipment selection • Equipment matching • Fleet optimization  

5. COST • Owning cost • Operating cost  

6. ADVANCED DISCUSSION ON SELECTED TOPICS • Preventive maintenance cost • Repair cost  

7. ECONOMIC LIFE • The Repair Reserve Model • The Classical Cost Minimization Model • Cumulative Cost Model • The Component Life Based Model  

8. BUILDING AN OWNERSHIP AND OPERATING COST MODEL IN A SPREADSHEET 

 9. MAKING DECISIONS 

• Buy, Rent or Lease?  • In‐house vs. outsourced repair & maintenance  

APPENDICES 1. Ownership and Operating Cost Template 2. Loader Production Estimator Template 3. TCO Template 

Page 4: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page 4    TOTAL COST OF OWNERSHIP 

In most organizations, equipment forms a separate department, the role of which is to “provide the necessary equipment to the operations for a cost”. Inherently embedded in the organization is  an  objective which  requires  the  equipment  department,  as well  as  the  operations,  to  be profitable.  

In  some  organizations  with  large  operations,  such  as  mines  or  quarries,  the  equipment department  is  the primary cost  in  the business, and  therefore  its efficient management  is  the key to the profitability of the organization. In the case of equipment rental houses, the objective is to be able to charge a profitable rental rate for the equipment while remaining competitive. This is also the case for an equipment dealer.  

This document will focus on understanding cost for a piece of equipment.  It does not describe ways to develop a chargeable rate. 

The  other  dimension  for  the  scope  of  this  document  is  the  focus  on  industry  segment.  Each industry  (mining, quarrying,  construction, utilities,  forestry, material handling, waste handling, etc.)  can be  further broken down  into  specific work processes  and machine  applications.  For example, in the case of mining, operations can be described as the processes of drilling, blasting, loading, hauling, crushing or processing, and material handling. There are other work processes or machine applications  such as grading, paving, milling, compacting etc. which  fall under  the heading of construction or road building. In this document, we will concentrate on  loading and hauling work processes. 

 

Some of the questions this document will attempt to answer: 

 

1. What is TCO in the context of mobile equipment and why it is important? 

2. What are the components of TCO? 

3. What factors affect the selection of a machine and hence its production? 

4. What is the difference between purchase price and life cycle cost of a piece of equipment? 

5. How do we estimate some of the parameters of TCO? 

6. What do we mean by economic life of a machine and what models can help us understand the concept? 

7. How do we build a simple spreadsheet model to understand production and cost? 

Page 5: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page 5    TOTAL COST OF OWNERSHIP 

 

Heavy  mobile  equipment  play  a  fundamental  role  in  most  industrial  segments.    They  are necessary to complete work in an economic fashion and on a schedule.  Yet they also comprise a large portion of the cost invested in such work. Mining and quarrying (ores, coal, aggregate and other minerals),  construction  (road,  dam,  tunnel,  building  etc.),  utilities  (gas  lines,  electricity grids,  sewers),  forestry work  (tree harvesting,  logging,  timber handling,  sawmill etc.), material handling  (pallet, grains, construction materials),  recycling or waste handling  (transfer  stations, landfills, scrap yards) are all examples of industries that are equipment intensive.  Therefore the principles of equipment management are relevant in many cases.  Although  equipment management  is  not  a  required  core  competency  in most  operations,  it plays a significant part in determining profitability and competitiveness.  Therefore, the challenges within these organizations are twofold:  

a) The  equipment management  personnel  should  be  able  to  understand  all  aspects  of equipment cost and how it relates to the business as a whole.  

b) The general management  should understand  the  intricacies  that equipment managers face regarding equipment cost and decision‐making.  

Consequently,  this paper has been written with at  least  two stakeholders  in mind: equipment managers and business controllers.  

2.1 Equipment management  Effective equipment management  involves a variety of activities which  can be grouped under two  broad  headings:  development  of  equipment/fleet  policy,  and  project management  and optimization.  

a) Development of policies  involves  setting  guidelines  and providing  a  central  service  to different company units (sites, projects, locations etc.). Therefore, activities are focused on  long‐term  strategies  and  big‐picture  initiatives.  A  sample  list  of  work  processes involved  under  equipment  policy  could  include  capital  and  budget‐related  decision‐making  (asset  management),  asset  monitoring  (job  costing),  analysis  of  fleet performance  (age,  cost,  reliability), ownership period and economic decisions  (Repair, Replace, Rebuild, Retire), financing methods, and preventive maintenance programs and repair guidelines. 

b) Project management and optimization, on the other hand, involves work processes that are limited to the life of a project. Therefore, these activities are focused on limited‐time strategies with clearly defined objectives. A sample list of work processes involved under project  management  and  optimization  could  include  machine  selection,  machine configuration, and fleet selection. 

2.2 Business control The governing tenet of business control is based on profit and loss. However, not all aspects of business can be defined in black & white terms; most areas are gray. For example, with a piece of  equipment  the  purchase  price  is  the  only  aspect  of  cost  that  can  be  determined  with certainty. All other costs, such as residual value, repair and maintenance, wear parts, etc, are – at best – guesses. Therefore, realizing the cost‐risk proposition in investment or other decisions, involves a basic understanding of various aspects of equipment‐related costs. 

Page 6: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page 6    TOTAL COST OF OWNERSHIP 

 

Life  cycle  costs  can  be  viewed  as  all  the  costs  from  cradle  to  grave  in  the  life  of  a  piece  of equipment. Typically,  life cycle costs can be divided  into  two broad categories: ownership and operating costs. Although equipment managers have long considered the concept of ownership and operating  costs,  it has  taken a while  to  formulate a  systematic approach  to use  this as a measure while selecting between alternatives.  

Focusing  only  on  initial  cost  does  not  necessarily  produce  the  best  alternative,  as  a  piece  of equipment with a lower purchase price could bleed the pockets due to high maintenance costs. However, comparing equipment only on operating costs does not  facilitate  the comparison of two alternatives similar in life cycle cost but differing in productivity. Thus the most recent step in  this  evolution  is  the  use  of  total  cost  of  ownership  (TCO), which  addresses  both  cost  and productivity aspects. By moving to TCO, buyers are able to relate to profits rather than just cost. Although  these  considerations might  seem obvious,  it  is  interesting  to note  that only  a  small percentage of buyers‐sellers actually have the discipline and knowledge to perform this analysis. The difficulty has been in the collection and analysis of appropriate data. Three key elements of TCO are Production, Cost per Hour and Cost per Unit.  

3.1 Production (ton/h or m3/h) Production per hour  is the output of a single machine working by  itself, or a fleet of machines working together. Depending on the type of work, production is typically calculated in a weight measurement  (such  as  ton/hr)  or  a  volume  measurement  (m3/h).  Equipment  capacity, configuration,  loader‐hauler match, material  to  be moved, work  schedule,  haul  distance  and fleet size are some of the important factors which affect the production of a fleet of machines.  

3.2 Cost ($/h) Cost per hour, including both ownership and operating costs will be dealt with in more detail in this  document.  Purchase  price,  residual  value,  economic  life  (ownership  period),  repair  and maintenance policy and fuel consumption have a conspicuous effect on the cost per hour. 

3.3 Unit Cost ($/ton or $/m3) Unit Cost  is a result of the two elements above.   To calculate Unit Cost, we divide the cost per hour value for a machine or a fleet by the corresponding production per hour. The beauty of Unit Cost  is that it allows the comparison of dissimilar units. In other words, one can compare a small loader with small trucks against a big loader and big trucks. This is the definition of TCO.  The objective is to move a desired amount of material at the lowest Unit Cost, or the lowest TCO. 

$ / h $ton / h ton

TCO = = 

Various organizations use the term TCO in different ways. In some cases, TCO refers only to the total cost per hour when the equipment is not involved in measureable production. For example, if a piece of equipment is a utility machine involved in cleanup or diverse support activity , it is not  easy  to  quantify  a  cyclical  activity  and  hence  a  production. However,  this  document will focus on cases where the equipment is involved in production, so Unit Cost will be used. 

 

Page 7: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page 7    TOTAL COST OF OWNERSHIP 

 

 

Production  refers  to  the output of a  single machine or a  fleet of machines working  together. Typically we  refer  to  loading production when we  refer  to  the production of a single machine such as an excavator or a wheel loader. It is rather easy to determine the production of a loading unit simply by using the bucket capacity and average cycle time over a period of time. However, fleet production is a little more complicated: it is the throughput of the loading and the hauling units considered as one system. We will try to describe some of the aspects of production here.  

4.1 Measurements The  first  step  in understanding production  is  to understand  the unit of measurement. Often, people  focus on numbers and  leave out  the unit of measurements. The  two standard units of measurements are volume (m3/h) and weight (ton/h). It is possible to translate one unit to the other using density. The relation between volume, weight and density is as follows: 

WeightVolume

Density = 

For  example,  the  density  of  blasted  limestone  is  1600  kg/m3  or  1.6  ton/m3.  Therefore  a production measurement of 300 m3/h  is the same as 480 ton/h. It  is obvious that  if the unit of measurement is left out, then the number by itself becomes meaningless.  

Within  the  volume measurement,  there  exist  two  sub  categories  –  bank  volume  and  loose volume.  In  simple  terms, bank  state of  a material  is  the  virgin  state of occurrence, or  in  the ground. For example,  limestone as  it occurs  in nature  is a rock  formation. The  loose state of a material is the broken state in which it is loaded or hauled in a piece of equipment. For example, when we  drill  and  blast  limestone,  it  breaks  up  into  small  pieces.  The  volume  of  limestone expands and voids (spaces) are created. The increase in volume is often referred to as the swell factor. The relation between bank, loose volumes and the swell factor is as follows: 

Loose VolumeBank Volume

Swell Factor = 

But even this definition  is not enough, as  loose volume can vary  in different circumstances.   A ton of  limestone has one, bank, volume  in  the ground.    It will have a different,  loose, volume when  blasted.    It may  have  a  different,  loose,  volume  again  after  it  is  crushed  and  put  in  a stockpile.  Therefore one must be aware of which state of condition is being used for calculation for any given material. 

4.2 Equipment selection Equipment  selection  is  a  very  complex  subject  and  demands  a  detailed  description.  For  our present purpose, we will focus on loading equipment. One question that is often asked is when to use an excavator and when to use a wheel loader? We present a simple table based on some job/project parameters.  In addition  to  these parameters,  there are several regional cultural as well as legal issues which determine the type of machine to be used on a project. 

 

Page 8: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page 8    TOTAL COST OF OWNERSHIP 

Table 1: Factors used in selecting the type of loading equipment 

 Factor  Excavator  Wheel Loader

Sand, gravel, shot rock, earth Sand, gravel, well shot rock, earth(overburden) (overburden) 

Digging envelope Below grade Above grade

Angle of swing 30 to 180 degrees ‘Y’ shaped travel pathSpace constraint Stationary Typically at least 1.5 machine lengthFloor condition Preferably flat and stable Preferably even and hard

Position vs. hauler  Above; end‐load or side‐load Same level; side‐load only

Transport Travel speeds up to 6 km/h Travel speeds up 35 km/h

Best suited forTruck loading, difficult digging, sorting material, trenching, maintaining slopes

Truck loading, bin loading from multiple sources, digging loose(r) material, load & carry operations

Class of material

 After  selecting  the  type  of  equipment,  it  is  important  to  understand  the  parameters  that determine  the machine size needed.   Most often  this  is driven by production  required  for  the job/project  but  may  also  depend  on  space  limitations.  Two  machine‐related  parameters important  to calculate production are bucket capacity and average cycle time. Bucket capacity refers to the amount of material that can be carried by a bucket. By most standards, the capacity includes a measured heap of material over the water‐level surface of the bucket. Each material has a different slope characteristic that  it can naturally sustain. For example, clay can sustain a higher slope compared to dry sand. Therefore, each of these materials has a different fill factor. 

Consider  an  example  job  where  the  target  production  is  200 m3/h,  and  based  on  the  site configuration and the material of loading, our best estimate tells us that we can do three loading cycles  in a minute. This means that each cycle takes 20 seconds on average. The production of the loading unit can be calculated using the following equation: 

 

It is possible to create a simple spreadsheet to determine the bucket size required to meet this production and hence the machine size.  

60 x 60cycle time in seconds

x EfficiencyLoader 

ProductionBucket capacity

= x 

Table 2: Selecting equipment based on production (example) 

EC220DL EC250DL EC300DL EC380DL EC480DL EC700CL1.2 m3 1.5 m3 1.9 m3 2.6 m3 3.2 m3 4.5 m3

Avg Cycle Time (sec)

Cycles per Hour*

20 180 216 270 342 468 576 81024 150 180 225 285 390 480 67527 133 160 200 253 346 426 59930 120 144 180 228 312 384 54033 109 131 164 207 283 349 49136 100 120 150 190 260 320 45039 92 110 138 175 239 294 41442 86 103 129 163 224 275 387

* 60 working minutes/ hour

Maximum Production Rate (m3/h)

Bucket  Excavator Model

 

Page 9: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page

In th

The dowperfincreif  thsize thatmacmac

4.3Mateachtimestanhauwill loadThistime

4.4Assuhauidenhauhaudeep

It wit inTodawill vario

e 9 

his example, 

table showswnsize to 1.2form  a  senseases from 2he productiorequired to t this  is a vechine  utilizatchine size tha

3 Equipmtching the righ pass from e  in  the  loanding  still  in lers to keep be  idle.   On

ded  in 2 mins means three is acceptab

4 Fleet opume  a  job  rlers.   Also antify the righlers so that tlers was  thaper analysis 

as assumed dicates the may, with the provide the ous project a

all productio

s  that we co m3 to achiesitivity  analy20 to 24 secoon  requiremeachieve the ry simple aption  nor  theat may be us

ment matght size hauthe loading ding  area.  Tthe  loadingit busy.  If a

ne  rule of  thnutes or  lesse to five pasble in less de

ptimizatirequires  a  flssume  that ht excavator the fleet is bat which  kepa simple rule

 Fleet Siz

that the loamost producunderstandilowest unit and machine

on values eq

ould use a 1eve a producysis.  For  exaonds, the maent  is expectincreased p

pproach and e  efficiency  fsed for the jo

tching ler to the  lotool is too sThe  hauler  ig  area.  Simila sufficient nhumb  states , provided  tsses by a whemanding app

ion leet  of mach– based on for the  job. 

balanced. Thept  the  loadine of thumb c

Oe =

ding unit proctive solutioning of TCO wcost as the e related par

qual‐to‐or‐gre

1.5 m3 buckection of 216ample,  if  digachine’s prodted  to  increroduction cadoes not tafactor.  This ob rather tha

oading tool  imall, then this  productivearly, having number of hathat  in a mhere are eneel loader, oplications or 

hines,  for  ethe product The next se old school ng unit busycan be used t

Overall cycleLoading ti

oduction detn but in no wwe know thatdesired objerameters. 

eater‐than 2

et and achiem3/h. This tgging  becomductivity wilease over  timan also be deake  into accomethod  canan which is b

s  important he hauler wie  only whena big  size  loaulers  is not

mass excavatiough hauleror four to six if there is a 

xample  an tion  requiretep  is to selof thought dy at all  timesto determine

e time of theime of the h

termined theway does thist it is possiblective. This s

TOTAL

00 m3/h are 

eve a producable also giv

mes  difficult l be reducedme,  then  theetermined. Oount the denn  be  used  toe the best m

to maximizeill spend a sun  it  is  haulinoading  tool t available, tion‐type  jobrs  to keep  thpasses fromshortage of 

excavator  anments — weect the rightdictated thats.    I Using  te the hauler 

e haulerhauler

e best fleet ps guarantee e to determiubject requi

L COST OF OW

e highlighted 

ction of 270ves you the and  the  cy

d. On the othe appropriatOne must unnsity of the o  get  an  idemachine for t

e fleet produbstantial amng material may  requirethen the  loadb, a hauler  she  loading  tom an excavatohaulers. 

nd  some  are have beent size and nut the right nuthis  logic andfleet size. 

 production. the lowest uine the fleet ires the disc

WNERSHIP 

blue.  

 m3/h or ability to ycle  time her hand, e bucket derstand material, ea  of  the he job. 

uction.  If mount of and  not e  several ding tool hould be ool busy.   or.  More 

rticulated n able  to umber of umber of d  lacking 

 Perhaps unit cost. size that ussion of 

Page 10: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page 10    TOTAL COST OF OWNERSHIP 

 

The total cost of a machine comprises both ownership and operating components. However, by considering  one  composite  value,  we  lose  the  opportunity  to  understand  the  inherent differences between these components and the factors that affect each. 

Ownership cost,  including depreciation and  interest, can be viewed as fixed costs because they begin when the machine is purchased and end when it is sold. In between these two points, one must pay the ownership costs irrespective of the state of the machine. Whether it is working on a  job,  standing  idle  in  the yard, or broken down  for  repairs,  the ownership  costs  continue  to accrue. On  the other hand, operating costs, which  include  fuel,  tires, maintenance and  repair, and ground engaging tools, can be viewed as variable costs because they are incurred only when the machine  is put to work. Thus, it makes a difference to the operating costs if the machine is working  or  standing  idle.  From  this  brief  description,  it  is  clear  that  there  is  a  need  to  track owning and operating costs separately. 

Owning and operating costs are equally important. Unfortunately, the only clearly visible cost for a piece of equipment  is the purchase price; thus, the tendency can be to neglect the  impact of other costs. A common metaphor on this subject is that of an iceberg. The tip of an iceberg, like the purchase price, does not divulge the true nature of the impact it can create. Operating costs associated  with  life  cycle  usage  can  have  a  bigger  impact  and  often  lie  hidden  from  view. Therefore,  it  is prudent for equipment managers to delve deep  into the subject of owning and operating costs to truly understand the impact of each. 

Ownership cost  is the cost of buying and keeping a machine  in a fleet. It  includes the purchase price,  taxes,  cost  of  borrowing  capital  to  purchase  the  equipment,  other  financing  costs, insurance, and the residual value at the time of sale. Almost all aspects of the ownership cost are related  to  accounting,  not  machine  operation.  A  major  part  of  the  ownership  cost  is  the depreciation, which  is  the difference between  the original purchase price of  the machine and the  value  at  the  end  of  its  life.  These  accounting methods  are  related  to  time  periods:    ie. months or  years.   Yet ownership  costs are  commonly expressed  in  terms of  cost per hour of operation.    In this way, usage does have an  impact on ownership cost (per hour).   We need to divide  it by the scheduled number of hours to be worked. Therefore, ownership cost per hour decreases as its scheduled time in the fleet increases.  

Operating cost, on the other hand, begins as soon as you start the machine. There are several ingredients  to operating cost. Typically, we can divide  them  into  the  following categories:  fuel consumption, preventive maintenance, repair, tires and GET (ground engaging tools). Operating cost  is a  function of age, application, work environment and preventive maintenance policies. Like every machine ever  invented,  the  cost of maintaining a piece of  construction equipment increases with age  (otherwise we could have kept  the machine  forever!). All moving and  load bearing components have a physical  life and need  to be  replaced at  some  time  to maintain a tolerable level of performance, reliability and safety. 

There is a point in the machine life when the ownership and operating costs combined produce the  lowest total cost per hour. This  is called the economic  life, which  is very different from the physical  life  of  the  machine.  Determining  the  economic  life  of  the  machine  can  assist  in equipment procurement as well as disposal. Also,  it can provide the fleet management with an indication of the optimal duration of keeping the machine in the fleet. 

Can the ownership and operating costs be considered as one? The answer is yes, but is qualified by the ubiquitous caveat ‘sometimes’. Consider the occasion when you rent a piece of machine, say a  skid  steer. When  the  rental house quotes you a  rate of $600 a week, all your costs are 

Page 11: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page 11    TOTAL COST OF OWNERSHIP 

included except fuel. Therefore, this cost represents both owning and operating components for the machine, as well as overhead costs and profit for the rental house. However, the difference between  renting a machine and owning  it  is  the  same as between  renting an apartment and owning  it. Rental  is  subject  to  availability  and price  fluctuations;  further,  it does not offer  an equity  build‐up.  On  the  other  hand,  ownership  of  a  machine  guarantees  availability,  price stability, tax benefits, and equity build‐up.  

5.1 Owning costs The  understanding  of  ownership  costs  parallels  the  development  in  financial  transaction, accounting  policies  and  risk management.  If  one was  to  review  the  evolution  of  the  buying‐selling process for any type of equipment (capital goods), it is possible to see a pattern. Since the middle of the twentieth century, most purchase decisions were based only on the  initial price. Then  the cost of borrowing capital,  inflation and  return on  investment  introduced  the  finance cost  into  the procurement process. Purchase price, depreciation and  taxation became  the key components  in  calculating  equipment  cost.  Subsequent  to  that,  buyers  wanted  to  shield themselves from the uncertainty of the residual values, especially when the equipment cost was not written down to zero. The next step  in the evolution process was based on accounting and financial  targets  as  well  as  cash  flow.  This  development  endorsed  leasing  as  the  preferred method where the focus moved from purchase price or residual values to monthly payments. Of course, the accounting principles and financial policies were different in different countries and therefore adapting the leasing program to the local business environment was critical. 

The straight  leasing programs were augmented with various  flavors such as an optional buy‐out clause at  the end of  the period. Although  lease payments  created a  certainty  in  the ownership component, the operating component of the cost was still subjected to uncertainties. In addition to this, most buyers realized that the lease programs did not necessarily produce the lowest cost. In  reality,  the  buyers  were  paying more  to  reduce  their  risk  or  exposure.  Those  buyers  who developed  in‐house  competency  in  equipment  management  and  understood  the  cost‐risk propositions  then  began  to  follow  a  two‐step  process  :  a)  evaluating  various  alternatives  in equipment selection based on both ownership and operating cost, and b) effecting the transaction based on the need‐demand situation (projects, work backlog, etc.) at the time of transaction.  

5.1.1 Purchase price Purchase price – or capital  investment –  is  the only  factor  that  is known with certainty as  it  is defined when ownership begins. It  is simply what you pay when you purchase the machine. As pointed out earlier, costs relating  to purchase will affect  the  transaction process;  for example, depending on whether you buy a machine with your own capital, buy  it with  financed capital, lease it or rent it, you will pay a different price. The only related costs to consider in addition to purchase  price  are  delivery  (freight),  setup  and  installation,  title/registration  and  any  initial training. The freight cost will vary, depending upon the distance between the “stock yard” and the job site, and the weight to be transported. In some cases, machines can be larger than legal transportation limits and therefore must be transported in sections. This might lead to additional setup and installation cost. As a side note, the size of the machine (dimension and weight) may impact mobilization  cost  between  sites.  Legal  transportation  limits  need  to  be  considered  in assessing this cost and should be accounted for in the equipment costing or job costing system. This cost will have an impact on equipment selection. 

The other aspect to consider  is that the cost of the tires/tracks needs to be deducted from the purchase price of the machine while calculating the ownership cost per hour. The main reason is that  the  tires/tracks  are  treated  as  operating  cost  and  so  should  not  be  counted  twice. Moreover,  the  life of  the machine  is different  from  that of  the  tires. Therefore, by  leaving  the cost of  the  tires  in  the calculation, we make an  implicit assumption  that when  the machine  is sold, it will be delivered with a new set of tires or tracks. 

Page 12: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page 12    TOTAL COST OF OWNERSHIP 

Building on an example as we proceed, we can consider that we are buying an articulated hauler for the fleet. The cost of the hauler delivered to the site is $515,975. The cost of a set of tires is $37,400. Therefore, the purchase price excluding tires is $478,575. This is the value that will be used for calculating the ownership cost per hour. 

5.1.2 Residual Value The residual value is the value that remains at the end of the ownership period. It is the value that is used  to  determine  the  capitalized  amount  or  the  equity  to  be  recovered.  The  one  issue  about residual  value  that  can be  very deceptive  is  that  it occurs  in  the  future.  Therefore,  it  cannot be treated in the same terms as the capital investment, which occurs in the present. E.g. an equipment salesman sets the price of an excavator at $10 million and then guarantees to buy it back from you for  the  same  amount  after  four  years.  Therefore,  from  your  viewpoint  the  residual  value  is  $10 million. Does this mean that your capitalized amount is zero? Obviously, something is missing.  

There  is an  interest cost associated with  it: the cost of borrowing money. The  interest on your $10 million  is  going  to pay  for  the  cost of  the machine  and more. Your  cost of  capitalization should be  calculated by bringing  the  residual  value  from  the  future  to  the present using  the appropriate discount factor. Therefore, when you calculate the ownership cost of a machine, it is always necessary to bring the future values to the present*.  

The one other point to consider is the difference between fair market value (FMV) and guaranteed buy‐back value. FMV, as  the name suggests,  is  the value  that  the market will pay  for a piece of equipment. Auction results are the best indicator for this value. The guaranteed buy‐back value, on the other hand,  is the wholesale value from an equipment retailer’s perspective. The equipment retailer  is ready to pay this value, perform any necessary work on the machine and then take on the  carrying  cost  until  the machine  is  sold.  There  is  a  difference  between  these  two  values. Understanding  it  is  vital  to  calculation  of  ownership  cost.  It  is misleading  to  use  the  FMV  in estimating the ownership cost and then expect the buyback number to be the same. You can use the FMV to obtain an estimate of the residual value. However if you intend the equipment retailer to buy  the machine back  from  you,  then  you  should use  the buyback  value.  It  is  important  to maintain a realistic balance between the evaluation and actual transaction processs. • The discussion on this subject, “Time Value of Money,” is beyond the scope of this material. 

5.1.3 Depreciation cost Depreciation can be simply defined as the “decrease in value” of a product. If we know what we paid for a piece of equipment, and we have an  idea as to what the equipment will fetch  in the market after a period of time, then depreciation  is the calculation by which we determine how we will  recover  this  fall  in  value.  There  are  three methods  to  calculate  depreciation: market depreciation,  book  keeping  based  depreciation  and  tax  laws  based  depreciation.  The  main difference between the methods is the basis for the residual value and the depreciation period.  

In our  example,  the  residual  value of  the hauler  is  expected  to be $154,793  after  five  years. Therefore,  if we determine  the present value of  this sum based on  five years and 6%  interest rate,  it  works  out  to  $20,123.  If  the  truck  operates  2000  hours  a  year  for  five  years,  the depreciation  cost per hour works out  to $32.38.  It  is  clear  that  as  the  interest  rate becomes higher (like  in some countries or markets) or  if the ownership period  is very long, the effect on present value becomes conspicuous. 

 

 

 

Page 13: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page 13    TOTAL COST OF OWNERSHIP 

5.1.4 Depreciation time or ownership period The depreciation  time  is  the duration used as  the basis  for calculating  the ownership cost per hour.  This  period has  a  lot of  influence on  the  equipment  selection  and  transaction process. Understanding the depreciation time or the right ownership period requires some discussion on the operating costs and so, we will re‐visit this subject in a later section. 

In the meantime, it is worthwhile to plant a few questions in the mind of the reader: 

a. Is ownership period a function of the economics or more so the physical capability of the machine? In other words, is the economical life different from the physical life? 

b. Are there any models which help us determine the economic life?  

c. Does the expected life of components affect the ownership period? 

d. Are there any legal statutory limits on the ownership period related to depreciation? 

e. How does economic life affect TCO? 

f. How does economic life affect operational decisions such as repair, rebuild, replace, retire? 

 

5.1.5 Interest cost or cost of capital Two parameters are important when it comes to calculating the cost of capital: 

a. The interest rate to be used. 

b. The average annual value of the machine. 

The interest rate depends on whether the machine is purchased with own capital or whether it is financed. When the owner’s own capital is used for purchasing the piece of equipment, then the rate used for calculating the cost of capital should at  least be equal to a rate which can be expected  from  an  equal  investment. However,  if  the  equipment  is  purchased with  financing, then the rate used in the financing calculation should be used for calculating the cost of capital.  

The  average  annual  value  (AAV)  is  simply  the  average  between  the  first  value:  the  purchase price, and  the  last value:  the residual value. Assuming  the purchase price of  the machine  is P, and the residual value at the end of its life (n years) is S, the average annual depreciation (d) can be expressed as d= (P‐S)/n. In other words, at the end of the first year, the machine has a value of P‐d, at the end of second year,  its value  is (P‐2d), and so forth. The average annual value of the machine can then be stated as (P+S)/2. This method uses several approximations. Financial methods exist which can calculate accurately the interest cost using the time of value of money concepts. For the purpose of the present discussion, it is sufficient to use this simple formula. 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 14: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page

Figu

In ofigupaympericostyieldimpo

5.1In adamequtax a

5.2Opetiresinvo

As sprev

Manmanpartbearprogsing

Appmos

e 14 

ure 1: Illustra

our example re  rather  thment).  The od is $335,3t of $20,123ds  $10.06.  Iortant to un

1.6 Insuralmost all cas

mage. Typicalipment. If thassociated w

2 Operaterating costs,s or  tracks, olved and goo

stated beforeventive main

naging  the anagement. Mtially  correctring  points grams  can  hle biggest im

lication affecst occasions,

ation of depr

of  the artichan  the  oneresidual  valu384. If we mu.  If  the hauln  this  case, derstand the

ance andses, a piece olly, the insurhe equipmenwith the piece

ing costs, the costs inground engaod decisions

e, operatingntenance pol

acceleration Most  people t,  it does noand  so  weahelp  to monmpact on the

cts the wear, application

reciation and

ulated haulee  without  tue  is $154,7ultiply this vaer  is put  to the  interes

e implication

d machinof constructance for a pint is permittee of equipme

s ncurred as soaging  tools, s must be ma

 cost  is affeicies. 

of  the  increassociate  in

ot present  thar  out  over itor  and  redoperating co

r and tear of s  impact ext

d calculation

er,  the purctires  becaus793.  Therefoalue by the iwork  for 20t  cost  is  31n of the inter

ne tax ion equipmeiece of equiped to run on ent. 

oon as the mpreventive ade on a day

ected by  fou

ease  in operancreasing  ophe  total picttime.  Howeduce  this weost of the m

machines –ternal  imple

n of average

hase price  isse  the  interore  the  averanterest rate 000 hours a %  of  the  derest cost as p

ent needs topment is calcpublic roads

machine is stamaintenancey‐to‐day basis

r  factors: ag

ating cost  isperating  costure. Machinever,  good  oear  and  tearachine.  

some jobs aements  such

TOTAL

 annual valu

s $515,975  (rest  cost  staage  annual  vof 6%, we geyear,  the  inepreciation  cpart of the ov

o carry insuraculated bases, then there

arted, include, and  repais if costs are 

ge, applicatio

the big chat  to  age  alones have mooperator  carr. Operator 

re easy and  as  tires and

L COST OF OW

ue 

(we  tend  toarts  with  thvalue on  a  tet an annuanterest cost cost.  Therefverall cost. 

ance againstd on the vale could be a 

e things sucir. A  lot of me to be kept i

on, environm

allenge  in eqone. Althougoving parts  are  and maincare  could  h

others are tod buckets m

WNERSHIP 

 

 use  this he  down two‐year l interest per hour ore,  it  is 

t theft or ue of the machine 

h as fuel, money  is n line.  

ment and 

quipment gh  this  is and  load ntenance have  the 

ough. On more  that 

Page 15: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page 15    TOTAL COST OF OWNERSHIP 

they  do  transmission  and  turbo  charger.  However,  choosing  the  right  machine  for  the application is, without doubt, the most important factor in reducing operating cost.  

Environment cannot be controlled – we have to  live with  it. But although we cannot control  it, we need  to provide  for  it  to keep  the operating cost under control. When working  in hot and dusty  conditions, pre‐cleaners and  secondary  cooling kits must be  installed. When working  in abrasive environment, heavy duty components are required.  

Finally, equipment policies which include maintenance and repair practices, operator care, walk around instructions and training are very important when managing operating costs.  

Most  equipment  managers  split  total  operating  costs  into  four  major  categories:  fuel consumption, wear parts (ground engaging tools and tires), preventive maintenance and repair. The best indicator for these categories is in past records. However, application, environment and age of machine are never  the same  in  two  instances. Therefore,  it  is  important  to understand the basis of these categories and manage them. 

5.2.1 Fuel consumption Fuel consumption cost  is a critical component of the operating cost. Traditionally, performance was  the  sole  or  primary  criteria  for  engines.    As  the  price  of  diesel  increased  fuel  economy became a second primary criteria.  Over the last two decades government regulation has added a  third criteria, environmental  impact,  to  the equation.   Government regulations on emissions continue  to  tighten,  and  the  price  of  diesel  seems  only  to  increase  Therefore  equipment manufacturers  have  a  difficult  task  to  develop  new  technologies  to  control  and  reduce  fuel consumption  and  emissions  without  compromising  performance.  For  example,  load  sensing hydraulics draws power only when required. The torque curves are being  improved to provide torque  rise  at  low RPM  and hence  reduce  fuel  consumption. Electronic  control  systems offer better gear shifting patterns. Having a driveline where  the different components are matched and communicate with one another can have a favorable impact on fuel consumption. 

In a situation of fluctuating oil prices, paying attention to the fuel consumption and its impact on overall cost is critical. In the articulated hauler example, let us assume that the fuel consumption is 21.2  liters per hour and  that  the cost of diesel  is around $1.06/liter –  this means $22.47/h. Comparing this with depreciation cost of $32.38, it works out to 69%.  

The important conclusions from this discussion on fuel consumption are: 

a. It is important to consider the cost‐benefit analysis of purchasing a higher priced machine which may have lower fuel consumption. In some cases, the saving in fuel cost can pay for the higher initial price within a year or two.  This is the application of a TCO mindset. 

b. Even  between  comparable  machines,  a  difference  in  fuel  consumption  can  lead  to significant difference in operating cost and the total cost. 

c. It is important to analyze the effect of changes in oil prices before making procurement decisions – this helps to understand the risk involved. 

In some parts of the world, the cost of diesel is so high that the fuel consumption cost is actually greater  than  the depreciation  cost.  It  is  surprising  to note  that many  companies do not keep track of fuel consumed per machine. Typically, the fuel truck makes a round on the job and fills up all  the equipment. The  total  fuel consumed  is  then charged  to  the  job. When data on  fuel consumption  is  not  tracked  on  a machine‐by‐machine  basis,  it  becomes  difficult  to  identify inefficiencies.  Also,  there  is  a  school  of  thought  which  recommends  that  the  preventive maintenance program be based on fuel consumed rather than clock hours. The reasoning behind this approach is that, if the machine consumes fuel, then it has to be working. 

 

Page 16: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page 16    TOTAL COST OF OWNERSHIP 

5.2.2 Wear parts – ground engaging tools and tires As  the  name  indicates, wear  parts  includes wear  items  such  as  bucket,  teeth  and  segments, cutting edges, rippers, tracks, and tires. The life of these wear items are typically dependent on the environment and application. For example, an abrasive environment may  lead to  increased wear and  tear compared  to a normal one. The operator’s  training  level and commitment also impacts performance  and  life of  the wear  items.  There  are occasions when hauler  tires with 1500 hours have no tread left on them.  Engaging the 6x6 modes on flat and even surfaces only accelerates wear unnecessarily. Similarly, choosing the right type of bucket (and cutting edges) can help increase the life of the bucket. 

5.2.3 Preventive maintenance Some of the synonyms for the word preventive are  ‘precautionary’ and ‘protective’. Therefore, preventive maintenance for a piece of equipment can be viewed as an investment to protect the equipment rather than a necessary cost to run the machine. Many people in the industry believe that preventive maintenance of mobile equipment  simply  involves changing of oils,  fluids and filters and lubricating pivot points on a regular basis. The truth is that while these are important segments of a properly planned and practiced preventive maintenance program, there are many additional elements that must be part of a successful program. 

A generally accepted definition of preventive maintenance is:  

The care and servicing by trained personnel of mobile equipment in satisfactory operating  conditions  by  providing  systematic  inspections,  and  detecting  and correcting potential failures either before they occur or before they develop into significant defects that may cause machine downtime and additional cost.  

Detecting and  correcting  failures before  they occur  can mean  that we may have  to  replace a component before it actually fails. In other words, the old adage gives way to a new mantra – “If it  ain’t  broke,  change  it  anyway.”    The worst  thing  about  a  downtime  (due  to  repair)  is  the collateral damage caused by the breakdown. A $500 bearing can ruin a $7,000 transmission; a $100 hose can cause a $2,000 loss in production and idle the rest of the fleet. Collateral costs are extremely difficult to measure, as they do not appear in cost reports and are easily disregarded. 

Equipment managers  in the current world of mobile equipment must have skills that are equal to the technology of the machines that they will be supporting.  It  is not  in the best  interest of equipment  managers,  the  company,  or  the  machines  themselves  to  have  preventive maintenance  carried  out  in  a  non‐regulated  or  non‐controlled  way.  Nor  is  it  advisable  that unqualified  and non‐trained  service personnel do maintenance of  any  kind on  these  types of machines.    Equipment will  continue  to become more  sophisticated;  it will,  therefore,  require higher levels of skill and technology to continue to perform at all levels of maintenance. 

Preventive  maintenance  is  mandatory;  companies  must  identify  and  define  the  policies, practices, procedures, measurements  and  systems  that will provide  the  company owners  the best machine availability, the lowest cost and the best return on their investment. 

 

 

 

 

 

 

Page 17: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page 17    TOTAL COST OF OWNERSHIP 

 

 

5.2.4 Repair Repair is the action required to get a machine from a non‐operable state to an operable state. It is generally assumed  that  the machine  is down during  this  state. Since  repairs are visible and cause a disruption,  this gets  the attention of everyone on  the  job. Repairs can be classified as those  that  occur  without  prior  indication  –  a  sudden  failure;  and  those  that  occur  due  to deterioration – aging failure. For example, a tire could fail suddenly when it hits a piece of rock or a sharp object. On other hand, the same tire could experience wear and become weak and fail over a period of  time. Some of  the “signs” of deterioration are easy  to observe, especially  for external  components  such  as  tires.  On  the  other  hand,  detecting  need  of  repair  for  a transmission or a turbo charger  is more difficult. Modern technologies such as oil analysis and thermograph analysis help us to track deterioration levels. 

Elimination of the repair involves replacing the failed component with a new one. Typically, the cost of doing the repair in an unplanned manner in the middle of a job is high. This is called an unscheduled failure resulting in unscheduled downtime.  First, it involves troubleshooting, then obtaining the right parts and then fixing with minimal support equipment. Sudden repairs also pull mechanics from their routine work and hence are very disruptive. All the other equipment in the fleet also comes to a standstill.  

On  the  other  hand,  the  concept  of  repair  before  failure  allows  for  a  planned  approach  to maintaining the machine. A machine can be scheduled for repair over a weekend or during the night.  Moreover,  these  repairs  can  be  done  in  a  workshop,  which  is  a  more  controlled environment  for  the mechanics.  Collateral  damage  (and  related  cost)  is  avoided.   Downtime occurs but  it  is planned and  less disruptive of operations.    In a word,  the  repair  is managed.  Some managers estimate that on‐shift failures cost up to six times as much as planned repair. 

Page 18: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page 18    TOTAL COST OF OWNERSHIP 

 

Having reviewed components of both ownership and operating costs, developed an understanding of these costs, their impact on our decisions and a concept of how to manage them, we will now increase our understanding of some of the cost categories and ways to estimate them. 

 

6.1 Preventive maintenance cost The  methodology  to  estimate  preventive  maintenance  cost  may  vary  depending  upon  the relevant  organizations,  applications,  and  practices.  There  are  two  types  of  practices:  some equipment owners estimate  the preventive maintenance cost on an hourly basis, while others use intervals (daily, 250 hr, 500 hr etc.). The hourly cost of preventive maintenance is inclusive of the  interval basis and  is  the preferred method. However,  the  interval‐based method  is useful from an invoicing/cash flow perspective, especially if the utilization of the machine is minimal.  

Cost estimates can be grouped four ways: Material, Labor, Travel time & mileage, and Miscellaneous.  

Material  The  items  included under the heading of material are filters and  lubricants (oils & grease). We can  further group  filters  into engine  filters  (engine oil  filter, bypass  filter,  fuel  filter, extra  fuel filters, air filter, coolant filter, safety air filter), transmission filters (trans filter, breather), drive axle filters (breathers), cab filters (ventilation filter, pre filter), and hydraulic filters (return filter, filter  insert,  ventilation  filter).  Each  of  these  filters,  in  turn,  has  an  interval  for  replacement. Therefore, the extended cost for particular preventive maintenance (for example 250 hr) can be calculated by multiplying the number of filters, cost of each filter and interval of replacement. 

The other component of material cost  is  lubricants. A  typical  list of  lubricants  includes engine oil, transmission oil, hydraulic oil, axle oil, and engine coolant. The capacity of each housing mechanism (engine,  transmission,  etc.)  can  be  obtained  from manufacturer’s  specifications.  Therefore,  the extended cost can be calculated based on the unit cost of lubricant multiplied by the capacity. 

The cost of grease fittings is constantly changing. With new developments in machine design, the greasing requirements can vary. Additionally, with the rise of automatic greasing systems,  it may be possible  to estimate a machine’s grease  consumption and  thus  cost. Without going  into  too much detail, it is not wrong to use a proportion of other material costs to estimate greasing costs. 

Labor  The  items  included under  the heading of  labor are both  technical  labor  (mechanics) and non‐technical labor (helpers). Typically, there are established rates for the labor in an area. One rate may apply to preventive maintenance while a different rate prevails for more involved repair or shop work.  In each case, the rate should include direct wages as well as any benefits which may be applicable. 

The duration of work from a labor standpoint can be obtained from time guides provided by the manufacturer as well as from established practices in the company. It is important to be realistic rather than simply conservative. 

Travel time and mileage This  item of work  is  important, especially because preventive maintenance work occurs on the job site. This means that the mechanic needs to drive to the work shop on the  job site and be paid  for  the  time he  spends  in  transit, although  this does not produce quantifiable work. The cost of  travel  time  and mileage  is dependent on  the number of  visits  to  the  site  to perform 

Page 19: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page 19    TOTAL COST OF OWNERSHIP 

actions. Some companies tend to keep the cost of lube truck/repair truck as an overall “cost of doing business” item. Others include it as part of labor charges, considering that these vehicles do not come for free. In the same manner, the amortized cost of the workshop and the carrying cost of parts inventory should be included in the calculation somewhere. 

Miscellaneous There  is one more  item  that  typically  falls  in between  the cracks:    the cost  for performing oil sampling and analysis. Although one can view this as either a preventive maintenance or a repair cost, it is important that the cost for this action is taken into account. Also, it may be advisable to set aside a small proportion of the cost for unforeseen actions. 

6.2 Repair cost Estimating repair cost is the most challenging part of defining the operating cost. Repair cost is a function  of  several  aspects  including  application,  preventive maintenance  program,  operator training and care, and commitment. Therefore, we should consider some related concepts. 

6.2.1 Measurements When  it comes  to  repair,  it  is  important  to  track  two sets of measurements:  interval between actions, and cost of action. It is possible that a machine might have few failures in it’s economic life,  but  the  cost  to  repair  each  failure may  be  high. On  the  other  hand,  small  but  frequent failures  could  result  in  low  reliability  and high  indirect  cost.  In  a more  technical world,  these factors are referred to as mean time between failure (MTBF) and mean time to repair (MTTR). Reliability is directly related to MTBF, while availability is determined by the following equation: 

MTBFMTBF + MTTR

Availability = 

Some companies keep track of availability in terms of the calendar time, idle time, working time and down time. In that case, we can use a schematic structure shown below for defining availability. 

Figure 2 : Defining availability in terms of planned time, uptime and downtime 

Idle Time

Operating Time Repair TimePreventive Maintenance 

Time

Total Calendar Time (Available)

Planned Time (Scheduled)

Uptime Downtime

 Operating Time

(Planned Time ‐ PM Time)Availability =

 The  risk  from  an  owner’s  perspective  can  be  related  to  reliability  and  availability. A  low  risk proposition  should  involve  high  reliability  and  high  availability.  Therefore,  the  key  to understanding repairs  is the COST‐RISK proposition. There  is a clear balance between cost and risk. For example, a low risk option generally comes with a high cost. One could build an engine that  lasts  for 60,000 hours, but  then  the  cost of  such an engine  (probably made of an exotic metal such as titanium) would be much higher. On the other hand, if one is ready to take some risk, the cost of repair can be lowered. One example of such an approach is to budget a cost of 

Page 20: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page

the the is fu

6.2Therclasscond

Opeoccushiftpracwe replintecan 

FixemajoIn  tirresappwheorgamilitthis com

Undcondany appthercomexpe

6.2Comavernot the we afailumay

On tis thcostlast to udesi

 

e 20 

expected rebudget, thenutile to argue

2.2 Maintre are seversification  incdition based

erate to failuurred, and  tt failure can ctice when ttreat  a  lightace it basedrval betweeresult in cos

d  time  basor componethis  case,  thspective  of roach  is  follen the operaanization. Fotary machineapproach  i

mfort of low r

der  conditiondition of thecorrective roach  is a barmography, mponents.  Thected life of 

2.3 Compmponent  life rage life of amean muchcalculation oalso have  thure. In other y not fail at e

the other hahe life at whit, you budgemuch longeunderstand  tres low risk,

pair; if the mn the surpluse for a low ris

tenance ral ways  to ccludes:  ope maintenanc

re, as the nahen making cost up to sihe criticalityt  bulb. We  r on the numn failures cast extremes b

sed  maintenents on  fixedhe  componewhether  it owed  undertion is criticaor example, Fes, aircraft, is  high,  butrisk. 

n  based  ma machine is aaction  is  palance betwand  vibratihese  analysemajor comp

ponent liis  the  basisny given com. The reasonof the averaghe data  regarwords, the cnd of its aver

nd, most maich the chanet  for a comr than the exthat  this  is a then it com

machine is ms could be shsk, low cost p

practiceclassify  the mrate  to  failuce (CBM).  

ame indicaterepairs so  tix times as my of the operrun  to  a poi

mber of hoursan be  long obut with high

nance  replad  time  intervent  is  replahas  failed.  Tr  circumstanal to the oveFTBM is usedetc. The cosbrings  with

aintenance, assessed befperformed.  Teen the OTFonal  analyses  become onents. The 

fe s  of  budgetinmponent, but for the “lacge. Assume trding  the  lifechance of farage life. This

anufacturingce of failureponent basexpected life;a budgeting es with a hig

maintained whared betweproposition.

es maintenanceure  (OTF),  fi

es, entails runthat  the macmuch as an oration  is notint until  it  fs we have usor short.  In th risk propos

aces vals. aced This nces erall d in st of h  it 

the fore This F and FTBM.sis  provide particularly cost and risk

ng  for  repait the answerck of value” ithat we havee at which  tilure  is 50‐50s does not pr

g industries se is 20% or leed on  its exp; in fact, it isprocess withgh cost. 

well on the joen the equip

e practices aixed  time  b

nning the piechine  is opeoff‐shift repat very  importails before  rsed the bulbhe world of sition. 

. Modern tecgood  informhandy  whek of this app

ir  cost. Mostr could be a n this informe 100 transmhey  failed:  t0, which mearovide us wit

state their exess. Thereforpected  life.  expected toh an embed

TOTAL

ob and the repment divisio

adopted by aased mainte

ece of machirable again. ir. It is possibtant. For exareplacing  it; . Now, depecapital equi

chnologies, smation  aboun  the machroach is reas

t  people  typsingle numbemation lies inmissions that he average hans that the h useful info

xpected life ire, when youIn practice, o last longer.ded cost‐risk

L COST OF OW

epairs do noon and the p

an organizatenance  (FTB

ine until a fa Additionallyble to followample, conswe  don’t b

ending upon ipment, this

such as oil sut  the  condhine  approasonable.  

pically  ask  aer which man the statistict have failed has a 50% c transmissioormation.  

n terms of tu calculate ththe compon. However, tk propositio

WNERSHIP 

ot exceed project. It 

tion. One BM),  and 

ailure has y, an on‐w the OTF ider how bother  to luck, the  practice 

sampling, dition  of ches  the 

bout  the ay or may cs behind and that 

chance of n may or 

20 – that he repair nent may he key is n.  If one 

Page 21: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page

Figu

 

 

 

6.2In thexpe

As foit is timeprov

e 21 

ure 3 : Illustra

2.4 Calcuhe modern wected life, th

or the expeceasy to calcue period.  It  ivides a range

ation of com

lating reworld of sprehe cost of eac

ted life of a culate the freqs possible  toe of scenarios

mponent life 

epair costeadsheets it ch compone

component, quency with o  simulate  res. The next se

as a probab

t is possible tnt, and labo

a single detewhich compepair cost byection will co

bility 

to list all ther required to

erministic vaonents are rey consideringonsider addit

TOTAL

componento replace it.  

lue can be usequired to beg different cional details 

L COST OF OW

ts in a machi

sed. Using the changed focomponent  liof this subje

WNERSHIP 

 

ine, their 

his setup, or a given ives. This ect. 

Page 22: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page 22    TOTAL COST OF OWNERSHIP 

Figure 4: Illustration of spreadsheet used for repair calculations 

Evaluation Period (example)Beginning  0 hrs

Ending  10,000 hrs

Hrs Total Cost Unit Cost Total Cost

BRAKES

Accumulator 1 15,001 0 1.00 $0.00  $275.64  $0.00  $0.00 

Accumulator 2 15,001 0 2.00 $0.00  $438.81  $0.00  $0.00 

Solenoid Valve 1 12,001 0 0.50 $0.00  $277.79  $0.00  $0.00 

Sealing Ring 2 8,001 1 0.00 $0.00  $43.63  $87.26  $87.26 

Sealing Ring 2 8,001 1 0.00 $0.00  $45.79  $91.58  $91.58 

Cprsn Spring 32 8,001 1 0.00 $0.00  $1.20  $38.40  $38.40 

Press Monitor 1 5,001 1 1.50 $60.00  $214.57  $214.57  $274.57 

Press Monitor 1 5,001 1 1.50 $60.00  $214.60  $214.60  $274.60 

Footbreak Valve 1 15,001 0 2.00 $0.00  $830.24  $0.00  $0.00 

Brake Plate 2 24,001 0 0.00 $0.00  $519.64  $0.00  $0.00 

Brake Plate 2 24,001 0 0.00 $0.00  $519.64  $0.00  $0.00 

Brake Piston 2 24,001 0 2.00 $0.00  $398.72  $0.00  $0.00 

Brake Plate 2 24,001 0 0.00 $0.00  $274.90  $0.00  $0.00 

TotalCost

OccurancesLabor Charges Parts

Component Qty Hrs

 

The  discussion  presented  previously  is  for  repairing  and maintaining  one machine. When we have a fleet of machines operating in one location, then the travel time and mileage need not be added to each machine. Further, the risk of failure can be allocated to the fleet rather than just one machine. For instance, the chance of a transmission failure at 14,000 hours may be around 60%  for one machine. On  the other hand,  in a  fleet of 10 machines,  the  chance of all  the 10 transmissions failing at 14,000 hours is lower than 60%. Therefore, the cost budget on a machine basis can be  lowered.  It  is  important  to understand  this  risk‐cost proposition, especially when outsourcing equipment maintenance. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 23: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page 23    TOTAL COST OF OWNERSHIP 

 

Four different models can help investigate the economic life or ownership period. Although not disconnected, they have appropriate merits and data requirements.  

7.1 The Repair Reserve Model As the name implies, the Repair Reserve Model involves setting aside a reserve for repair works, drawing on  the  reserves when  repair  is  required, and making a decision based on  the  reserve level. You can visualize this as an operating bank account for a piece of equipment or a fleet. As the machine starts  to work, you deposit money  into  the account. This amount varies with  the type, class, and size of the machine. Let us say, for example, that we deposit $5 every hour. After the first 2,000 hours, the bank account will contain $10,000. Let us assume that at 2,000 hours, you need to perform some repair work costing around $4,000. In this case, at the end of 2,000 hours,  your  bank  balance would  be  $6,000.    Thereafter  you would  continue  to  build  on  this reserve when the machine was put to work again. 

This method produces an excess in the early hours which is used to cover normal increases in actual repair  costs  as  the machine  ages.  It does not use purchase price, market  value or other  related factors. Therefore, it can be viewed as purely an internal method that requires only in‐house data. 

Repair costs typically have two components, cost of action and interval between actions. Cost of action is the actual amount of money that needs to be invested on the machine. A major repair will produce a higher cost of action than a smaller one. However, if the interval of action is short, it  will  bleed  the  repair  reserve  account  faster  than  the  high  cost  actions.  This method  can monitor both cost of action and interval between actions.  

There are some advantages and disadvantages for using this method. The advantages are that the method  is  very  easy,  requiring  just  one  estimate  and  in‐house  data.  There  is  very  little speculation, and calculation  is fairly straightforward. On the other hand, by  ignoring ownership related parameters, this method does not use any of the market related parameters. Therefore, the opportunities associated with market  information are  lost.  It  is also  important to point out that  the  repair  cost  is  a  function  of  the  preventive  maintenance  practice  in  the  company. Therefore, this model justifies studying repair in isolation without preventive maintenance. 

   

Page 24: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page

HowdefiexammonadviresethenSompracappsomthe theythe on t

 

7.2The ownin thlowemaclimitof ato a to  hecon

 

 

 

e 24 

w  can we mane certain rumple,  if the nitoring the isable  to  seerve is arounn we can useme  owners  wctice and thalication)  by 

meone else’s next machiny can fix the best methodheir circums

2 The ClaClassical Co

nership cost he calculatioers  the  depchine  life. Asts on their dll owning an low value (bhigh  repair nomic life of

ake decisionules, which crepair reserreliability ofll  the machd $10,000 ate a rule thatwill  argue  that they shouusing  up  thfleet when ine they buy.repairs usingd; each orgastance and o

assical Coost Minimizaper hour con of the deppreciation  cos the machindurability andd operating balance betwcost).  The  lf the machine

ns based on can then be ve  in the abthe machinine.  For  exat 10,000 hout suggests thhat  they  hald reap the be  reserve.  St is time for . Others willg the reservenization decutlook. 

ost Minimtion Model mponent depreciation coost.  Operatine starts to ad need to becosts, startsween owningowest  pointe in which th

this methodused to monbove example. We can aample,  if  paurs, before mhat the macave  built  up benefit of coSome will  arrepairs and  note that te and then scides the bes

mizationconsiders bo

ecreases withost, we divideng  cost,  onage, all movie replaced. Ts at a high vag and operatt  on  the  tohe total cost 

d? Based onnitor the eque never goealso use this st  records  imajor repairshine can be the  reserve

ontinuing to rgue  that  it then use thehe machine ell it. There st approach 

Modeloth  the ownh an increasee by the utilin  the  other ing and  loadThe total cosalue (due to ting cost) betal  cost  curper hour is t

TOTAL

 historical duipment ands above $4,0method to dndicate  that start to brintraded at ae  through  aown the mais  better  to e reserve as may bring bis no single aat any given

nership and e in machinezation; as uthand,  incre

d bearing parst of operatiohigh ownersfore rising torve  identifiesthe lowest. 

L COST OF OW

data,  it  is pod make decis000, then  it determine wt  the  averagng the balancround 10,00a  good  mainachine (for seo  get  the maa down paybetter resaleanswer as ton point of tim

operating coe life. This istilization inceases  with rts start to aon, which is ship cost), tho a higher vas  the  perio

WNERSHIP 

ossible  to sions. For is worth 

when  it  is ge  repair ce down, 00 hours. ntenance econdary achine  in ment for e value  if o which is me based 

osts. The because reases, it a  longer approach the sum en drops alue (due d  of  the 

Page 25: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page

Figu

Thisfacto

ThisopeFor will old relatassudecrmin

You In sonarr

 

7.3The ModTherthe startlife noteprodthe min

e 25 

ure 5 : Illustra

s method useors. Therefo

s  model  canrations. Oneexample,  it only cost $0machine witionship betumptions  byrease  and  oimum cost p

can use thisome cases,  trow. Timing o

3 CumulaCumulative del  incorporrefore,  if thepurchase prts out at 1 ris gradual. Te that there duce the lowlife  of  the imization an

ation of Clas

es both marre, it is impo

n  be  used e needs to bis not corre0.44/hr to opll  actually  ptween owniny  assuming  aoperating  cospoint. 

s model to hthe  trough oof decisions 

ative CosCost Model ates both oe purchase price  is  trackerather than 0The costs theexists only o

west total cosmachine  is d cumulative

ssical Cost M

ket and macortant to und

for  estimatie careful andct to assumeperate for throduce  $0.1ng and operaa  range  of  vsts  increase 

help in decisiof  total costin the narrow

st Modelwas developwnership  anprice of a pieed during  its0. This curveen start to acone point in st; the costs its  econome cost mode

Minimization

chine‐relatedderstand the 

ing  (lookingd not fall  inte that a usehe next year12/hr when ating cost avalues  and  ldetermine 

ion‐making bt curve  is  ratw‐trough cu

 ped by Dr. Mnd operatingece of equips  life.  In othe  is not  lineaccelerate as a machine’sare higher bic  life.  A  grl is presente

 Model 

d parametersassumption

g  forward)  oto the trap od machine pr. Nor  it  is  losold  after  ond machine etting  our  kboth  the m

by creating rther  flat;  in rve is import

Mitchell at Vig  costs  as  a pment  is $1, her words,  thar. The  increthe machinelife (on the 

both below aaphical  reprd below. 

TOTAL

s, and involvs and data.  

or  analyzingof making mpurchased atogical to assuone  year!  Thage  require

knowledge  oagnitude  an

rules which dother cases tant 

rginia Tech. function of then the rehe  cost  curvase  in cost  ie ages. The inon‐linear cnd above thresentation 

L COST OF OW

ves several j

g  on‐going isleading judt five years oume that a fhe  complexites  that we cof  how  ownnd  the  timin

draw your athe  trough 

The Cumulaf  the purchaepair cost  in ve  shown  in n the early simportant pcost curve) wis point. Thisof  the  class

WNERSHIP 

 udgment 

(current) dgments. of  its  life four year ty  of  the heck our ing  costs ng  of  the 

ttention. is  rather 

tive Cost se price. terms of Figure 5 stages of oint is to which will s point in sical  cost 

Page 26: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page

Figu

As mcostcostdepe

The makdepecarespencostecon

ResetypetworepaconvscierepaexpeAnofleetcom

 

 

e 26 

ure 6 : Classic

mentioned ets, or  speed ts,  or  the  mendent on si

more  critickes  it  unbeaendent of the. As you  cand  in keepint  is  the biggnomic life ba

earch done aes, classes, si. In other woairs  before ventional  wntific foundaair cost of $1ected  to  havther way oft longer befo

mes to selecti

cal Cost Min

earlier,  the cof costs, an

money  that ize/class of m

al  componearable  to  hohe equipmenn  see, any ong  the machest  challengased on the a

at Virginia Tizes ranging ords, if the pthey  replac

wisdom  usedations of this1 was differeve  a  shortef  looking at  tore it is econing machines

imization an

cumulative cnd acceleratineeds  to  bemachine and

nt  is  the  acold  on  to  thnt design phiof  these  factine working ge  for equipmacceleration 

ech showedfrom dozerspurchase pried  the  macd  by  expers method. It ent for differr  economic this observanomical to res. 

nd Cumulativ

cost curve coion of costs.e  spent  now type of app

cceleration  ohe  machinelosophy, pretors will detin  its  later ment managof cost.  

d that the cus, scrapers, ace was $1, tchine.  This rienced  equis also intererent machinelife  compar

ation  is  that eplace them

ve Cost Mod

onsists of  tw. As a machiw,  will  startlication and 

of  costs.  This  in  your  fleeventive maitermine  the stages of  lifegers.  In  fact,

mulative corticulated hahen equipmis  an  imporipment  maesting to notes; smaller mred  to  biggebigger mach. This is a ke

TOTAL

dels 

 wo componeine  is put  to  to  rise.  Thenvironmen

s  acceleratioeet.  The  accntenance pramount of e. Managing,  it  is possib

st spent on aulers, excavent owners rtant  observnagers,  thee that the lifmachines (wier machines hines are  rey decision m

L COST OF OW

ents:    the  inco work,  the he  speed  ofnt. 

on  is  the  facceleration  orogram, and money  that g  this acceleble  to determ

a machine (vators etc) wspent anothvation,  as  itereby  validafe corresponith lower cos(with  highequired  to be

making factor

WNERSHIP 

crease  in speed of costs  is 

ctor  that f  cost  is operator you will ration of mine  the 

different was about her $1 on t  reflects ting  the ding to a sts) were er  costs). e kept  in r when it 

Page 27: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page 27    TOTAL COST OF OWNERSHIP 

7.4 The Component Life Based Model Although component  life  is an  implicit assumption  in the calculation of repair cost and hence a part of  all  the models described  earlier,  this model helps  us  to understand  a  very  important aspect of equipment management:  the relationship between cost and risk. This method uses an estimate of component life (of major components), frequency of action required, and the cost of action  to  fix  the  components.  Although  this  method  can  be  used  for  both  estimating  and managing ongoing costs, its relevance is more pronounced in the estimating stage.  

Average  component  life  is  rather  useless  in  calculating  the  repair  costs.  For  example,  if  one weatherman states that the chance of rain is 20% and another one says 50%, which weatherman is giving you useful information? Most people would immediate choose the 50%, as it is a higher number  (thinking  that  they are  taking a conservative approach). Let us  take a  step back  for a moment and think: what does 50% chance of rain mean? It means that  it may rain or not. One does not need to rely on supercomputers, satellites, or any other technical gadgets to make such a profound  statement. You could do  that  lying  in bed.  In  the  same vein,  the average  life of a component,  say  a  transmission,  does  not  provide  any  useful  information.  An  average  life  of 10,000  hours  really  states  that  some  of  the  transmissions will  fail  before  10,000  hours  and others will fail afterwards. But this does not provide you with any useful information. Therefore, we refer to the use of expected life, which in most cases in the industry refers to t20 or B20, or the chance that 20% or fewer of the population of the components will fail at a given life or less. It is important to know the likelihood of failure, especially for critical operations. 

The deterministic approach uses a single point estimate for component life. In other words, the life of the component is a single value. Based on this assumption, we can construct a worksheet that includes the name of the component, the number of components in the machine, and the expected life. The frequency of action within a given time window can be calculated by dividing the time window by the component life. The cost of action can be calculated using the price of the component and the labor cost required to perform the action. By adding these costs for all components,  it  is possible to arrive at the repair costs. You can then use the observation from the  research at Virginia Tech  to arrive at  the economic  life by  comparing  the  repair  cost and purchase price of the piece of equipment. 

The  likelihood  of  failure  (probability)  approach  uses  an  instance  of  life  based  on  pre‐defined parameters.  This  approach  requires  the  simulation  of  multiple  instances  with  different component lives based on the pre‐defined distribution. For example, if we know that the chance of failure of a transmission around 8,000 hours is 20%, around 12,000 hours is 50% and around 18,000 hours  is 90%, then we can construct a distribution (which  is often a bell shaped curve). Using this data in a simulation, it is possible that the repair costs can be as high as $20/h (when a component life of 8,000 hours is used) and low as $10/h (when a component life of 18,000 hours is used). Warranty  information can also be  incorporated  in  the distribution by stating  that  the chance of failure, at for example less than 2,000 hours, is zero. Let us look at the result of 1,000 simulations for a piece of equipment. 

 

 

 

 

 

 

 

Page 28: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page

 

Figu

The fleetscencurvIn o(dowemeon acostaffeseco

 

e 28 

ure 7: Illustra

inferences ot can be anynario,  while ved representher words, wntime, lossergency laboany risk, repat‐risk proposcts  the econondary life ar

ation of repa

one draw froywhere from the  higher 

nts the cumuif the equip of productior etc.). On thair costs will sition  is  impnomic  life anre important

air cost when

om this exer$13/hr to $side  repres

ulative occurpment user  (on, etc.), thehe other hanbe high (incortant,  consnd purchase t, the compo

n using likeli

rcise are tha25/hr (see asents  an  unrrences of th(say a projecen the cost ond, if the opecluding hiringsidering  that decision. Wonent life mo

ihood appro

t the repair bove). The lnfavorable  sche cost, it cact, operationof repairs caneration is critg replacement  this affectsWhen compoodel become

TOTAL

ach for com

cost for anyower side recenario.  Althn also be vien etc.)  is willn be low (notical and it isnt machines)s  the  repair onent  life, cos helpful. 

L COST OF OW

mponent life 

 y one machinepresents a fhough  the ewed as the ling to shareo need to stos not possibl). Understancost, which,ost of  rebuil

WNERSHIP 

ne  in the favorable s‐shaped risk line. e the risk ock parts, e to take nding this ,  in  turn, d and/or 

Page 29: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page 29    TOTAL COST OF OWNERSHIP 

  

Now  let us  try  to apply  the subject  that we have discussed so  far and create a simple spread‐sheet to estimate the owning and operating cost. 

a. The purchase price of the machine; including all options, delivery and set‐up costs. 

b. The purchase price without tires/tracks  (calculated); the cost of the tires  is  included  in the operating cost and,  therefore,  removed  from  the owning  side. Leaving  the cost of the tires/tracks in the purchase price would relate to selling the machine with a new set of tires or tracks. 

c. Depreciation time or ownership period is the economical life of the machine in the fleet. 

d. Residual value is expected fair market value at the end of the intended life. As explained earlier,  this  is  a  future  cost  and,  therefore, must  be  treated  in  terms  of  net  present value. 

e. Annual  depreciation  cost  (calculated)  based  on  purchase  price,  residual  value,  and depreciation time. 

f. Interest rate to be used in calculating the cost of capital. 

g. Calculation of interest cost based on average annual value. 

h. Machine tax (if any). 

i. Insurance cost: on an annual basis. 

j. Fuel  cost  per  volume.  It  is difficult  to  estimate  the  cost of diesel over  the  life of  the machine; as a starting point, the present cost of fuel can be used. The sensitivity of fuel cost towards the total cost can be studied after setting up the spreadsheet. 

k. Fuel  consumption  per  hour;  this  is  based  on  application,  environment,  operator efficiency, and machine design. 

l. The preventive maintenance  cost;  this  should  include material,  labor,  travel  time  and mileage. 

m. Interval in hours corresponding to cost as stated above (l). n. Replacement cost of a set of tires/tracks. 

o. Lifetime for a set of replacement tires/tracks for the given application. 

p. Repair cost for the intended life. This is calculated by setting up a separate spreadsheet for the components, their lives, parts, and labor cost. 

q. Operator cost on an annual basis; this can be omitted if only the machine cost is desired. 

r. Expected utilization in terms of working hours in a year (this will impact the economical life, repair cost). 

 Various  cost  categories  under  owning  and  operating  cost  can  be  calculated  as  shown  in  the example. This method gives a  simple way  to estimate  the ownership and operating  cost. The total ownership and operating cost  (without  the operator cost) can be defined as  the  internal recovery rate that, when paid for, accounts for the fall in value as well as the ability to operate the machine during its intended life. 

Page 30: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page 30    TOTAL COST OF OWNERSHIP 

Table 3: An example of ownership and operating cost calculations 

Machine Model    Item Units Costs

A Purchase price 515,975$            B Purchase price, excluding Tires / Tracks 478,575$            C Depreciation time years 5.0D Residual value 154,793$            E Depreciation cost ((B‐D)/C) per year 64,757$              F Interest % 6.0%G Interest cost (F x (A+D)/2) per year 20,123$              H Machine tax per year excl.I Insurance per year 9,774$                J Fuel Cost per liter 1.06$                   K Fuel Consumption Rate (Medium Duty Cycle) liter/hour 21.2L PM Cost (per visit) per visit 800$                    M PM Interval hours 500N Cost of Tires / Tracks per set 37,400$              O Lifetime of Tires / Tracks hours 5,000P Repairs and Maintenance (RMC) per year 13,320$              Q Operator Cost per year excl.R Operating Hours per year 2,000

Note:  In most cases, Preventive Maintenance cost is included in (P) repair and maintenance.  

Machine ModelX Owning Cost per Hour

Depreciation (E/R) 32.38$                Interest (G/R) 10.06$                Machine Tax (H/R) excl.Insurance (I/R) 4.89$                   

X1 TOTAL FIXED COST PER HOUR 47.33$                Y Operating Cost per Hour

Fuel (J x K) 22.47$                Oil, Grease, & Filters (L/M) 1.60$                   Tires / Tracks (N/O) 7.48$                   Repair & Maintenance (P/R) 6.66$                   

Y1 TOTAL VARIABLE COST PER HOUR 38.21$                Z Operator Cost per Hour (Q/R) excl.

TOTAL COST PER HOUR (X1+Y1+Z)) 85.54$                   It  is  interesting  to  study  the  impact  of  certain  variables  once  the  spreadsheet  is  set  up.  For example, assume that the price of diesel were to go up to $1.35 per  liter. What happens? The fuel cost per hour now goes up to $28.62 per hour, impacting the total cost by $6.15 per hour. Similarly, one can study the  impact of residual value, repair cost, and ownership period on the total cost of ownership. 

Page 31: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page 31    TOTAL COST OF OWNERSHIP 

 

The  reason we  spend  so much  time and effort  in understanding  the various concepts  in  total cost of ownership is to be able to make good decisions. This is a step‐by‐step process.  

The first step is data collection – because without data, we will spend too much time relying on our  ‘gut feelings’. The second step  is analysis – converting data  into  information. We can have lots of data but if it is not converted into practical information, it becomes useless. The third step is  knowledge  development  –  here  we  look  for  patterns  in  the  analysis,  a  cause‐and‐effect relationship, trend etc. to develop insights into the operation. The final step is enlightenment – where we use several experiences and the knowledge gained through analysis to develop rules to manage our equipment. The rules can sometimes be in the form of policies, threshold limits, timely  review  and  action  etc.  In  fact  this  process  can  be  applied  to  any  type  of  business operation. In the equipment world, we sometimes skip steps and make decisions based on our instinct or experience. Although this might lead to successful decisions, in the long term it fails to beat the odds. Therefore, decisions are best made based on facts rather than judgment. 

9.1 Buy, Rent or Lease? The decision to a buy a piece of equipment stems from the fact that you believe that you can earn a better return from the investment than from other alternatives. The decision to buy can be broken down further into whether you want to buy with your own money or borrow it. This decision should be based on the condition that the money the equipment generates  is greater than  if  the  money  had  been  invested  elsewhere  (the  ‘opportunity  cost’).  The  money  the equipment makes can come from direct sources (such as renting it out) or indirect sources (such as work done by the machine – material excavated by the excavator).  

The cost of capital (interest) should be included as part of the ownership cost, as it defines the opportunity  cost  of money  if  it were  invested  elsewhere.  This  becomes  clear  in  the  case  of borrowed money – the equipment should pay for the interest on the borrowed money as well as create earnings for its owner.  

The difference  in the two options  is the risk factor. When you pay with your own money, then you must consider the timing of the investment as well as its cash flow. 

The decision to rent depends on the size of the work backlog and the rental rate  including the number of hours. Rental  is very much a  short  term  solution, when  there  is uncertainty about workload. For example, if you have a six month work backlog, then it may not be prudent to buy a piece of equipment.  

In order to compare the rental rate, we can use the previously used example of the articulated hauler. The owning and operating cost of the articulated hauler is $52.58. Supposing the rental rate  for an equivalent hauler  is $10,000 per month. Given  that  the number of hours allowed under  a  rental  contract  is  typically  about  200  hours,  this  works  out  to  $50.00  per  hour. Additionally,  the rental contract would specify  that  the user  is responsible  for daily preventive maintenance work and fuel with a requirement on balance tire life. Thus if we add these costs to the rental rate  it works out to $62.00 (assuming that the tire cost need not be  included at this time). This is the total cost per hour that must be used to compare if the same machine were to be purchased by the user. The reason that the rental rate  is higher than buying  is that a rental company bears the risk of utilization (the machine may not rent out every month of the year) as well as  the  risk of  repair  (of  the machine after  it comes back  from  rent).  In addition, a  rental company must include a return on investment when calculating the rental rate.  

Page 32: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page 32    TOTAL COST OF OWNERSHIP 

The  leasing  solution  is  like  a  long  term  rental,  the  difference  being  that with  leasing  the  contract stipulates a time period, a total limit on hours (not per individual month), and an optional buy‐out price. The user of the machine has the incentive to maintain the machine if the buy‐out clause is exercised.  

In most cases, the user would like to purchase the machine but does not have the money to pay for  a  new  one. He  is  also  interested  in  positive  cash  flow,  especially  in  the  beginning  of  the project. Therefore,  leasing allows the user to establish the project by paying monthly fees with the option of buying the machine at a later date and at an affordable price.  

From a  leasing company perspective, the monthly fees and the residual value are  important.  If the  leasing company were  to  set a  low  residual value on  the machine,  then  the monthly  rate would not be competitive. Similarly, if the residual value was set at an artificially high level, the monthly rate could be low but stand the risk of the renter not buying the machine, or of a loss if the leasing company had to sell it on the second hand market. 

 

9.2 In‐house vs. outsourced repair & maintenance When the repair and maintenance of a machine is outsourced, the company involved (typically a dealer) will be able to provide a good estimate on an hourly basis. Now, if we were to develop an estimate for in‐house repair, we must consider the following: 

1. The consumables delivered at the site. 

2. The full burden rate for the labor (including benefits, coverage etc.). 

3. A good budget for the major components based on the usage.  

4. A cost for the facilities. 

In addition to these, there are other “soft” issues that need to be considered: 

a) The ability to maintain and repair different makes of machines. 

b) The training required to keep up to date with technology. 

c) The ability to stock parts of different makes.  

d) The risk of downtime. 

When  repair  and maintenance  are outsourced,  the dealer  is  likely  to  include  travel  time  and mileage, as the mechanic will spend considerable time traveling to the site. Therefore, it would be prudent to have all the machines serviced in one visit. However, the same is not the case with repairs  –  they  aren’t  all  required  at  the  same  time.  Finally,  risk management with  a  fleet  of equipment  is  important. As  pointed  out  previously, when we  develop  the  repair  cost  of  one machine, we will budget for a major component based on its expected life. However, if there is a fleet  of  similar machines,  then  it  is  not  necessary  to  budget  for  the  same  component  for  all machines  (of  course,  this  is  dependent  on  the  machine  hours  and  likelihood  of  failure). Therefore,  the outsourced  repair cost  for one machine will be higher  than  the average  repair cost of a fleet of similar machines. 

 

 

Page 33: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page 33    TOTAL COST OF OWNERSHIP 

 

Below is a list of questions to ponder in relation to equipment costs. 

1. What is the process involved in selecting machine requirements for a particular operation (site, plant)? 

2. How do you arrive at the ownership period in the RFP / RFQ / tender? 

3. What assessment model do you use in selecting manufacturer, make, and model? 

4. What are the most important parameters regarding purchase of a piece of equipment? 

5. How do you decide whether you want to purchase/lease or rent equipment? 

6. How do you determine fleet, productivity, and cost of machines required for a particular job site? 

7. How do you view fixed guaranteed repair and maintenance cost from the dealer vs. in‐house maintenance? 

8. In the maintenance of a piece of equipment, there are two elements – risk and cost. Which is more important to you and why? 

9. What sort of data do you keep for your equipment (repair, maintenance, fuel, etc.)? 

10. Typically, what are the most important inputs and outputs of a job study? 

11. What is the relation between bank density and loose density? 

12. If an excavator bucket is rated as a 4 m3 bucket, can it hold 4 m3 of water? If no, will it hold more or less? 

13. What is meant by bucket fill factor? What is the assumption on the heap (slope) of the material for an excavator bucket and a loader bucket? 

14. When we talk of material we mention 2:1 slope. When we talk of haul roads we mention 5% slope. What is the relationship between the two approaches? 

15. What is meant by excavation class and how does it impact the bucket fill factor? 

16. How is 50 min/hr rating different from long‐term mechanical availability and utilization? 

17. How does one determine the best match between a loading unit and a hauler  (any rules of thumb)? 

18. How will you determine which is the best size bucket for a loading unit? 

19. What are the components of a cycle for a wheel loader operation? 

20. What factors affect the cycle time of an excavator? 

21. What are the principal parameters defining a haul road?  

22. What is meant by ground structure and how does it impact a hauler cycle time? 

23. What is the rule of thumb to calculate the number of haulers required for a  particular haul? 

24. Does the type of material and transport surface impact the fuel consumption of the excavator and the wheel loader? 

25. What is the difference between the loading strategy full buckets and full hauler? 

Page 34: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page 34    TOTAL COST OF OWNERSHIP 

Templates are provided which may be useful for calculation of a project TCO. 

 

Appendix 1 – Ownership and Operating Cost Template This can be used to calculate the total cost/hour of a given machine, by combining the fixed (ownership) costs with variable (operating) costs. 

 

Appendix 2 – Loading Production Estimator Template  This can be used to estimate the production capacity for a given loading tool when presented with an “unlimited” number of haulers to fill.  Production rate is expressed as tons/hour or a quantity of trucks that can be loaded within an hour. 

The template is set up for an excavator but with minor modification can apply to wheel loaders as well.  This is just one example:  Alternative calculation methods are available to estimate production capacity of loaders or haulers on a fleet basis. 

 

Appendix 3 – TCO:  Total Cost of Ownership Template TCO is the combination of fleet performance or production with the hourly cost calculation related to the fleet operation.  It is not sufficient to look only at the hourly cost or production.  They go together to derive the cost of work performed, i.e. cost per transported unit.  Such a calculation can guide different conclusions: 

Machine purchase.  By comparing alternative machine types, it is possible to choose the most suitable machines for carrying out the work. 

Machine distribution.  A large contractor may have several different machine types or sizes, and different types of work to complete.  By suitable calculation he can decide which machines should be placed on which jobs so the total cost of the job can be reduced to a minimum. 

Cost forecast.  Before starting a job it is desirable to calculate how much it will cost, as it may form the basis for a bid. 

Whatever the purpose, the calculation process is the same:  1‐ Calculate hourly cost, 2‐ Calculate hourly production, and 3‐ Combine (1) and (2) to arrive at a unit cost for the work to be performed. 

Sometimes extenuating factors may require a certain combination of machines even though it is not the lowest cost solution for the project.  Such factors are outside the calculation of TCO and should be considered at a different stage of project evaluation. 

Page 35: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page 35    TOTAL COST OF OWNERSHIP 

Appendix 1 – Ownership & Operating Cost Template DATA INPUT FORM ‐ duplicate for each machine under consideration

Machine Model ___________________

    Item Units Costs    Comments

A Purchase price enter initial machine value

B Purchase price, excl. Tires / Tracks (A‐N) net initial machine value

C Depreciation time years period under consideration

D Residual value choose a preferred formula

E Depreciation cost ((B‐D)/C) per year

F Interest % enter annual cost of money

G Interest cost (F x (A+D)/2) per year

H Machine tax per year enter if applicable

I Insurance per year enter if applicable

J Fuel Cost per liter enter unit cost of diesel

K Fuel Consumption Rate liter/hour specific to each machine

L PM Cost (per visit) ** per visit enter consumables

M PM Interval hours enter scheduled interval

N Cost of Tires / Tracks per set enter replacement cost

O Lifetime of Tires / Tracks hours application dependent

P Repairs and Maintenance (RMC) per year

Q Operator Cost per year enter cost of the operator

R Operating Hours per year enter schedules hours

** Note:  In many cases, Preventive Maintenance cost is included in (P) repair and maintenance.

 

CALCULATION FORM  ‐ base on data input listed above

Machine Model ___________________    Comments

X Owning Cost per Hour

Depreciation (E/R)

Interest (G/R) if applicable

Machine Tax (H/R) if applicable

Insurance (I/R) if applicable

X1 TOTAL FIXED COST PER HOUR total ownership cost/hour

Y Operating Cost per Hour

Fuel (J x K)

Oil, Grease, & Filters (L/M)

Tires / Tracks (N/O)

Repair & Maintenance (P/R)

Y1 TOTAL VARIABLE COST PER HOUR total operating cost/hour

Z Operator Cost per Hour (Q/R) if applicable

TOTAL COST PER HOUR (X1+Y1+Z)) total O&O cost/hour

 

Page 36: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page 36    TOTAL COST OF OWNERSHIP 

Appendix 2 – Loading Production Estimator Template  

User  Date Jobsite 

Loaded Material Properties Ref

Material  Density (Banked) A kg/m3

Material  Swell  Factor B %Material  Density (Loose) C = A/(1+B) kg/m3

Material  Class

ModelRated Bucket Capacity D m3

Average Bucket Fil l  Factor E %Average Bucket Volume / Pass F = D x E m3

Average Swing Angle (if appl.) G degreesAverage Cycle Time / Pass H secBench, Working Height I m

Volume Vexc = (3600 / H) x F x T m3/hrWeight Pexc = Vexc x C ton/hr

ModelPayload Capacity, Rated J tonsVolume Capacity, Heaped K m3

Calculated Bucket Passes L1 = J / (F x C / 1000) passesWhole Bucket Passes L = round (L1) % of ratedPayload per Truck M = F x C x L / 1000 tons 0%Volume per Truck N = F x L m3

0%

Quick 1st Pass  Load O secTime for Other Passes P = ((L)‐1) x H) secTruck Spotting Time Q secTotal  Truck Load Time R = O + P + Q sec min

Operating Efficiency S % min/hrExcavator Availability T %Effective Util isation U %Trucks  per Operating Hour V = ((3600 x S / R) xT) xUEstimated Hourly Production X = round( V ) x M x U ton/hr bcm/hr

KeyData to inputData to calculate using  formulas

Description

NOTE: The above figures assume "unlimited" truck presentation. Excavator delays waiting for trucks are not taken

Loading Unit

Loading Unit ‐ Hourly Production Estimate

Hauling Unit

Loading Style

             these production levels will be achieved in practice.

Hauler Loading Time

Estimated Maximum Hourly Production

NOTE: Production figures indicated above are estimates only. No guarantee is given or implied that             into account and will, if incurred, reduce total production.

 

Page 37: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page 37    TOTAL COST OF OWNERSHIP 

Appendix 3 – TCO:  Total Cost of Ownership Template  

TCO TEMPLATE  ‐ duplicate form for each machine combination consideration

Project Outline

A Production Target or Goal 

B Timeframe or Limit (if any) 

Loader(s) Hauler(s)

    Item Units Fleet Total

C Quantity of machines in fleet

D Fleet Production rate

E Cost per hour

F Cost per unit production E / D

G Total Cost F x A

H Project duration, work hours A / D

 

Guidance: 

A‐ Enter the production goal, typically a quantity of tons, bank cubic meters, or loose cubic meters. 

B‐ Enter the timeframe in which to complete the project (if any), typically days/months/years. 

C‐ Enter the number of machines (loaders and haulers) to be considered in the project. 

D‐ Enter the production rate derived for the fleet, typically tons/hour, bcm/hour, or similar. (see Appendix 2, for example template). 

E‐ Enter the cost/ hour derived for each machine type, typically $/hour or similar. (see Appendix 1, for example template). 

F‐ Calculate the cost/unit production, line E / line D, typically $/ton, $/bcm or similar. 

G‐ Calculate the total cost for the project, line F x line A, typically $ or similar. 

H‐ Calculate the project duration, line A / line D, for the machine combination and compare to line B. 

When evaluating multiple machine combination scenarios, the results in lines G and H are used to find the most cost effective within the appropriate timeframe. 

Page 38: TOTAL COST OF OWNERSHIP - Zol.art · 2014. 10. 7. · 3. TOTAL COST OF OWNERSHIP (TCO) • Production (ton/h or m³/hr) • Cost ($/hr) • Unit cost ($/ton or $/m³) 4. PRODUCTION

Page

 

The formadvi(VirgConslongspeccusthavemind

Auth

The 

Dr. Gwithpresas waccoand this calle

Dr. Kin MSingColletwo 

 

EndoVolvoWritt

Liabilthe rany wto thlimita

e 38 

original mams  of  inputs ice  providedginia  Tech) struction Equg list in itself,cial mention.tomers and ie  shaped  thed, a special t

hor biograph

original mat

GOVINDAN Khin  Volvo  Grsent role, Dr.well as Globalounts aroundoperations massignment,ed Volvo Con

Kannan receiMay 1999. Hegapore  in  19ege, India in years. His em

orsement. The vo Construction ten permission 

lity. Volvo CE aresults containewarranties of me entity that usation, lost reven

terial  contaiand  discuss

d  by  Dr.  Micis  greatly uipment can the discussi. Finally, Volvnputs, queste author’s  thhanks. 

hy 

terial contain

KANNAN worroup  North  A. Kannan wasl Key Accound the world. managers in  he was invonstruction Eq

ived his Ph.De  received a995  and  a  B1991. He hamail address 

views and opiniEquipment (Vois required from

and the author ed herein, or thmerchantability ses this documenues or profits.

ned  in  this sions within chael  Vorsteappreciated.not be over ons and insigvo Constructions, suggesthoughts over

ned in this do

rks as the SeAmerica,  a  gs Vice Presidet Manager wDr. Kannan defining variolved in the duipment Site

D. degree fromMasters Deachelors  Degas also workeis govi.kanna

ions of author eolvo CE) and them Volvo CE and

hereby disclaimhe appropriatenor fitness for aent for any indi 

document wVolvo  CE  as

er  of  Virginia.  The  contremphasized.ghts providedtion Equipmetions and adr a period o

ocument wa

nior Vice Preglobal manuent North Eawhere he wasworked withous elementdevelopmente Simulation.

m the Via Deegree  in Civilgree  in  Civiled as a site [email protected]

expressed in thiey may not be ud the author for 

m any and all eness of exampla particular purirect, incidenta

was developes well  as  oua  Polytechniribution  mad. Although nad by Randy Bent regularlydvice from mf years –  to

s authored b

esident of Strufacturer  of ast Asia withis involved wih the procurets of total cost of an earth  

epartment of Engineering  Engineeringengineer for om. 

is document doused for advertr any form of rep

express or impliles used  in the rpose. In no evel, consequentia

TOTAL

ed  through  rtside  expertic  Institute  ade  by  indivaming individBushelli and Jy presents seany participaall  those wh

by Dr. Govind

rategy and Butransport  soin Volvo Conith the manaement speciast of ownershmoving oper

f Civil Engineg  from  the Ng  from  the  RLarsen & To

o not necessariltising or producproduction. 

ied warranties document  incluent shall Volvo Cal, or special da

L COST OF OW

research  andts.  The  guidaand  State  Uviduals  withduals could bJim Leroy areeminars to gating industrho have  sha

dan Kannan.

usiness Deveolutions.  Prionstruction Eqagement of laalists, fleet mhip (TCO). Prrations mode

eering at VirgNational UnivRegional  Engoubro Ltd. in 

ly state or reflect endorsement

regarding this uding, without CE or the authoamages, includi

WNERSHIP 

d  various ance  and University in  Volvo become a e worth a lobal key ry players red  their 

 

elopment or  to  his uipment, arge fleet managers evious to eling tool 

ginia Tech versity of gineering India for 

 

ect those of t purposes. 

document, limitation, or be liable ng without