产品设计成本中的精益设计思想
文 | 张雅丽
配图 | 来源互联网
“精益” 思想为根本, 数字为基础, 结合产品设计业务流程, 保证核心竞争力, 企业在保证产品质量、差异化与重点化同时, 必需降低成本。成本成为决定产品竞争力的重要因素。而精益设计的理念就是减少不必要的成本环节, 达到高质量、高效能低成本。传统的成本侧重于制造过程, 然而, 产品成本的很大程度上是在产品设计阶段决定的。设计阶段决定了整个产品生命周期成本的70%以上, 但所需现金流出仅占5%左右, 事实上, 一旦产品设计完成, 成本在以后阶段降低的空间相当有限。因此, 应将产品成本管理的重点放在产品设计阶段, 并将成本管理从制造阶段扩展到整个产品生命周期, 实现全生命周期成本管理。而产品成本设计PCD(Produet Cost Design)要具有精益设计(Lean Engineering)理念, 才可以实现零缺陷设计、快速设计以及低成本设计才可以实现零缺陷设计、快速设计以及低成本设计。
1产品成本设计内涵与过程
产品成本设计PCD(Produst Cost Deslgn), 是面向产品设计全过程的根据产品设计信息对产品的目标成本进行估算建模、优化控制和分析决策的智能方法、技术和系统。其概念源于于20世纪60年代日本丰田汽车公司的目标成本管理, 是在“面向成本的产品设计(DFC)” 和“按费用设计(DTC)” 等方法的基础上发展起来的一种新体系, 属于产品设计与企业管理两个领域的交叉部分, 是当前多种技术发展后的结果, 不仅包括设计方法学、企业管理学, 还包括计算机科学、优化方法学、控制理论等其目的旨在配合功能, 引导和优化产品开发设计。使设计产品达到零缺陷。零缺陷包括以下几个方面, 一是设计出的产品要满足顾客的价值要求; 二是产品的可加工性, 即设计出的产品在现有条件下能够制造出来; 三是产品能够满足使用寿命的要求, 在寿命期应使产品在使用中“零故障” 。零缺陷设计应以经济行为前提, 也就是要低成本设计把正是一种在设计阶段进行成本管理的方法体系。
产品设计首先对需要开发的产品进行技术评定, 包括产品产品设计首先对需要开发的产品进行技术评定, 包括产品功能定义、功能评价、材料选用、工艺实现, 确定设计方案。与此同时, 必须进行经济分析。市场开发时对新产品的销售市场做好充分的预测, 包括产品的销量、产品的性能等, 然后把第一手市场预测的信息交给技术部门, 技术部门根据客户的需求, 根据现有的技术及工艺水平, 经过充分的论证后, 确定产品的性能。根据确定的产品性能及配置, 确定该产品的物料清单, 把该清单交给采购部门以及定额部门, 由采购部门预计其采购价格, 定额部门确定其工时定额、材料定额等。产品成本设计的关键是与市场相适应的目标成本的确定和竞争性成本压力的分解传递。目标成本与开发设计过程的直接关联性决定了它在产品成本目标系统中的典型代表性。科学预测、推算、评价、优化产品设计目标成本, 不仅对未来产品价格、企业利润产生决定性影响, 而且对开发费用预算、使用成本的控制具有类推借鉴意义。
2精益思想的确定
精益思想(Lean Thinking) 源于20 世纪80年代日本丰田发明的精益生产(Lean manfacturing)方式, 在制造业中的应用, 即“精益生产(Lean production)" 。其核心是以整体优化的观点合理地配置和利用企业拥有的生产要素, 消除生产全过程一切不产生附加价值的劳动和资源, 追求“尽善尽美” , 达到增强企业适应市场多元需求的应变能力, 获得更高的经济效益。极大地降低了制造成本、缩短了开发和制造的周期、显著地增强了企业的竞争能力, 精益生产的核心其实是关于生产计划和控制以及库存管理的基本思想, 而在计算机网络支持下的小组工作方式是实施精益生产的基础。精益生产要求以少而精的生产要素投人管理和追求效益经济的指导思想, 是对传统的“大规模生产模式” 的挑战。它的基本目标是零库存、高柔性、无缺陷。以前在产品设计领域, 工程师通常可以不计成本地追求自己的梦想, 而不会受到来自生产部门的压力, 也不用与这些部门的人员进行接触。但随着产品利润的不断下降,各家公司希望能最大程度地降低成本。“制造领域在此方面己经做了大量工作, 现在所面临的问题是如何在产品进人生产环节以前就开始降低成本。”美国Goodrich Sensor Systems 公司设计主管Tim Ma tuseski认为, “普遍应用于生产活动、以提高效率和减少浪费为目标的精益原则同样能为生产上游环节提供好处。”
分析师和产业观察家也注意到这种趋势正在加强, 特别是在当前经济形势较稳定的情况下, 一度受到打击的厂商正在评估其下一步行动,不断平衡利润压力与市场对创新产品的强烈需求。“ 最近五年为改善产品开发流程创造了非常有利的环境, 人们都在积极考虑采用精益原则来促进NPI 。” 咨询公司Pittiglio Rabin Todd & MeGrath(PRTM)的董事Mark Thut表示。
在20世纪90年代, 围绕互联网出现了许多新兴产业, 市场推出创新性产品的速度快得惊人。许多消费产品、个人电脑和电信设备等产品,产品生命周期变成了六至九个月。跟上时代步伐的有效方法就是尽可能快地向全球推出最新产品, 而不能过多地考虑库存积压或者长期财务的。
3设计过程决定产品质量一概念设计阶段产品成本设计
精益思想的核心就是以越来越少的投人—较少的人力、较少的设备、较短的时间和较小的场地创造出尽可能多的价值; 同时也越来越接近用户, 提供他们确实要的东西。精确地定义价值是精益思想关键性的第一步; 确定每个产品(或在某些情况下确定每一产品系列) 的全部价值流是精益思想的第二步; 紧接着就是要使保留下来的、创造价值的各个步骤流动起来, 使需要若干天才能办完的订货手续, 在几小时内办完, 使传统的物资生产完成时间由几个月或几周减少到几天或几分钟;随后就要及时跟上不断变化着的顾客需求, 因为一旦具备了在用户真正需要的时候就能设计、安排生产和制造出用户真正需要的产品的能力,就意味着可以抛开销售, 直接按用户告知的实际要求进行生产, 产品一经研发出来, 产品的基因也就确定。可见, 质量是设计出来的, 提高产品质量, 应该从设计源头人手。在设计过程解决产品的质量问题可以达到事半功倍的效果, 越是在产品生命周期的前端采取措施, 对产品质量提高的效果就越明显。前期设计要把握“适时、适量、适物” 的精益设计原则。
3.1 产品级目标成本确定如下：
用户可接受的市场价格；
计划利润；
各种税金；
营销费用；
可变计件成本(计划)；
开发规划费用(计划)；
产品寿命周期承担的固定费用份额(计划)；
产品数量。
这些都反映市场对目标成本的影响, 指出了设计过程中为达到目标成本应控制的因素。目标成本确定时, 既要考虑竞争对象的价格水平, 还要考虑用户的经济能力。因此产品级目标成本的确定不是某一个部门的事, 而涉及到企业甚至整个供应链的全过程各个环节。采用基于互联网的协同设计环境可在概念设计阶段改变了原有的线性设计流程, 以并行工程的方式进行产品设计, 各种功能小组互相作用与反馈重叠, 目标成本方法在这种集成式设计中起了重要作用。
3.2 利用精益设计理念采用价值工程评价与修正目标成本
精益设计是及时制造, 消灭故障, 消除一切浪费, 向零缺陷、零库存进军。企业中普遍运用价值工程的类型是功能分析, 即对产品的每一主要功能或特征的效用和成本进行考察。这种分析的目的是确定效用与成本间的平衡。在复杂的产品设计中, 所有组件累加形成最终产品的成本与价值。价值工程需要协同功能组去分析每种产品功能相关联的价值。这对每种功能价值的成本比率确定至关重要。价值工程由分析与确立两个步骤引导。在分析步骤中, 决策与制造专家组调查产品功能价值与评价价值。在研究产品功能特点及成本、价值的基础上确定产品的价值系数。
3.3 计算机技术的应用
在产品设计方面, 计算机技术主要应用在辅助设计和辅助设计管理。随着计算机业及软件业的进步, 计算机辅助设计CAD软件, 已经在工业界广泛使用。利用CAD软件能够很快设计出图纸, 大大提高了作图效率。国际上的大企业已经开始尝试用计算机进行模拟实验、试做。
例如, 某一产品的塑料外壳需要很强的抗震能力, 人们从以前大量试验获得的数据中, 建立评价的模型, 将此模型做成评价软件, 此类产品通过CAD软件设计出后, 用评价软件来模拟实验评价, 可得出目前的设计有哪些方面比较薄弱, 可能存在的问题, 然后再修改设计图, 再评价,直到评价合格, 开始制作模具。而在此之前, 并不需要制模具, 修改模具等等工作, 这样就减少了修改模具所耗费的时间及费用。
3.4 详细设计阶段产品成本设计
产品级目标成本确定后, 在设计部门可根据概念设计的确定的方案进行产品详细设计的同时, 财务部门需将产品层的目标成本进行分解,建立子件目标成本。这也是一个协同工作的过程, 财务部需应用到设计部门提供的BOM、工艺路线、工作时间的信息, 采用作业成本法, 才能科学地进行目标成本分解。
具体来说, 从以下几方面人手：
3.4 1 物料清单(BoM/Bill of Material)BOM是完整的、正式的、结构化的组成一个产品的部件清单。该清单包含每个部件的物料编号、数量和计量单位。是自动生产材料成本的关键数据来源, 并决定了计算顺序。物料清单可能包括半成品, 而半成品本身也有物料清单, 这样构成了多层物料清单。BOM可由设计部门创建, 财务、生产、储运部门共享, 具有惟一的BOM编号及用途。
3.4.2 工作中心(work center)
工作中心在产品目标成本分解中是计算人工成本和制造费用的基础, 在工作中心定义了与产品成本相关的公式。
3.4.3 工艺路线(Routing)
工艺路线描述了生产一种产品所需的每一道工序以及执行这些工序的先后顺序。包含了每一道工序在哪个工作中心中执行, 需要哪些材料部件以及其他的一些计算生产期、产能、生产成本相关的技术信息。对每道工序, 还需定义该工序的作业(Activity)数量。
3.4.4 成本中心
成本中心是目标成本分解、归集与控制的组织机构, 在能明确成本控制责任和方便成本核算原则下, 工作中心与成本中心可是多对一关系或一对一关系。在成本中心, 通过各种BOM中物料成本、工艺路线定义的作业与工作中心定义的公式, 汇总即可得产品各层级的目标成本。
3.4.5 精益设计(Lean Engineering) 的实现可通过“设试、量试阶段解决消除所有缺陷” 、缩短设计周期、主查负责制的项目组织形式、品质预测以及计算机技术的应用实现精益设计。
5.4 6 设试、量试阶段解决消除所有缺陷工业产品从设计开发到大批量生产, 一般要经过设计试做(简称设试)、试量生产(简称量试)以及大批量生产(简称量产)三个阶段, 对于复杂的工业产品, 例如汽车还要追加技术试做等阶段。要实现及时生产,在量试阶段就要消除所有设计缺陷。
量试阶段消除所有缺陷使得设计的总损耗最小。在设计试做、量试、量产阶段, 总损耗设计试作的单件损耗虽然很高, 但因生产数量极少,总损耗不会太大。在量试开始, 产品数量增多, 虽然单件产品损耗率比设计试作时少, 但总量比设计试作要多, 总损耗增加。到大批量生产时,每天产量较高, 在初期如果产品品质不能稳定, 发生因品质问题停线及改造产品等情况, 其损失可能巨大。因此, 尽量将问题在批量生产前解决及缩短整个过程时间, 保证新产品能高品质低损耗、快速地推向市场,已成为企业提升竞争力的利器。
3.4.7 缩短设计周期
设计周期的缩短主要通过产品模块化设计、并行工程来解决。
模块化(UNIT)设计也称单元化设计, 产品由若干个模块(单元)组成, 每个模块(单元)实现产品的一部分机能(功能), 所有模块(单元、组件)组合后实现了产品全部机能(功能)的方式称为模块化设计。每个模块实现产品所需部分机能, 全部组合后实现产品的全部机能, 每个单元可以独立装拆, 又可独立升级改进。只要某个单元(或若干单元)有了改进升级, 整个产品的部分机能就能得到改进及升级。
4运用积TRIZ理论, 加快创造创造发明产品的进程
TRIZ理论, 其英文全称是Theory of the solution of Inventive Problems (发明问题解决理论)。在欧美国家也可缩写为TIPS 。运用TRIZ可大大加快人们创造发明的进程, 而且能得到高质量的创新产品。
它能够帮助我们系统的分析问题情境, 快速发现问题本质或者矛盾, 它能够准确确定问题探索方向, 不会错过各种可能, 而且它能够帮助我们突破思维障碍, 打破思维定势, 以新的视觉分析问题, 进行逻辑性和非逻辑性的系统思维, 还能根据技术进化规律预测未来发展趋势, 帮助我们开发富有竞争力的新品。
TRIZ中的产品进化理论将产品进化过程分为4 个阶段: 婴儿期、成长期、成熟期、退出期。处于前两个阶段的产品, 企业应加大投人, 尽快使其进人成熟期, 以便企业获得最大效益; 处于成熟期的产品, 企业应对其替代技术进行研究, 使产品取得新的替代技术, 以应对未来的市场竞争; 处于退出期的产品, 企业利润急剧下降, 应尽快淘汰。这些可以为企业产品规划提供具体的、科学的支持。
产品进化理论还研究产品进化模式、进化定律产品进化理论还研究产品进化模式、进化定律、进化定律与进化路线。应用模式、定律与路线, 设计者可较快地确定创新设计的原始构思, 使设计设计取得突破。
5结束语
新产品的研发设计是制造业企业技术创新的主要途径。在全球化经济竞争的激烈中, 企业开展新产品研发设计的目的虽然是技术进步, 但成功的标准仍然是商业性的经济效益, 因此企业必须综合考虑产品的成本、开发周期、产品质量、投资风险等要素。产品设计中的成本控制不是简单的成本降低, 针对产品设计阶段中忽略成本控制的误区, 依据成本控制的原则, 将成本管理和产品研发设计有机的结合, 实现产品设计与成本控制(目标成本设定、分解、估算、达成) 之间的协调同步和动态反馈机制。建立不同阶段对应的产品级装配级、零件级、特征级的成本信息模型, 在产品设计阶段贯穿了战略成本管理和价值工程理念,将目标成本管理融人到产品设计中, 在建立产品数字化模型和参数化的产品配置中, 从根本上降低了产品成本。
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