运用DFX创新降低产品成本
文 | 李家伦
配图 | 来源互联网
卓越企业对其产品成本的设计与管理，都自有一套高效方法 论。鸿海总裁郭台铭自栩“集团采购与制造成本绝对比其他对手低许多”，这就是富士康能成为全球代工一哥的致胜方法，连苹果公司这类商业巨头都将产品交由鸿海代工。可见，全球最创新的公司也要找全球最会控制成本的企业合作，才能如虎添翼。你的企业不一定会创新、但一定要能降低成本，否则很难在市场上立足。
早在上世纪60年代，美国全录等公司就开始研究最优化设计（Design for eXcellent，DFX）方法；2000年后，六西格玛设计（DFSS）将DFX整合至其方法 论中。DFSS的要点包括：
1.客户之声（Voice of Customer， VOC）：不要问客户想要什么样的产品，而是要了解顾客想解决怎样的问题，这样才能设计出满足客户要求的产品或服务；这也正是DFSS的核心。
2.关键参数管理（Critical Parameter Management，CPM）：使用质量功能展开( QFD) 建立要求之间可验证的关系，并为稳固的设计努力，识别关键的内部规格。
3.第一次就把产品设计好，减少反复修改次数：事实上，设计人员的80%时间都在从事修改的工作，而非设计。
六西格玛设计（DFSS）在产品开发期间，将关键客户需求转换成系统、次、系统、工艺、零组件与材料等关键参数。其中，工艺参数是DFX 的重要指标之一；如果工艺参数转换不当或控制不好，就会增加成本。
1DFX概述
面向X的设计（Design for X， DFX）原是指面向产品生命周期各特定环节的设计。X可以代表产品生命周期或其中某一环节，如装配（A）、测试（T）、制造（M）、延后（P）、维修（R）等，也可以指代产品竞争力或决定产品竞争力的因素，如质量、时间、材料成本等。到2000年时，DFX 演进至全方位设计层面，如可组装性设计（DFA）、可测试设计（DFT）、可制造性设计（DFM）、可延迟性设计（DFP）、可专利性设计、可采购设计、可环保设计、为PCB可制造而设计、可服务设计、为可靠性而设计、为成本而设计等。
其中，DFA、DFT、DFM、DFP与整体成本的相关性最为直接，要求材料成本和制造费用最低、工时最短、库存最少；这些都是特性，所以有DFX之称。由于能使企业快速获利，所以各大企业都相继投入资源加以引进。通常情况下，导入系统性DFx方法 论的企业都能在3～6个月内迅速降低成本约20%～30%；有些企业的降本成效甚至超过50%。
大多数制造业都有各自的DFX应用流程，其中较为成熟的产业包括机电产业（电子制造业、汽车业等）和半导体产业。以2012年盈利1661亿台币、净利率32.6%的台湾集成电路公司（台积电）为例，台积电要求设计公司必须遵守DFM要求，这样才能制造出高合格率的产品；而高合格率是其获利的主要原因之一。又如，台湾半导体产业的制造合格率水平目前达到50 ppb（parts per billion），相当于6.8个西格玛的水平。这些都是因为前端DFX做得好，后端制造才能达成好的产出、企业的获利才能最高。
2DFX推行规则解析
很多人会提出这样一个问题：“为什么推行DFX要依序展开？”主要有两方面的原因：效益因素和质量考虑。
（一）效率因素。
根据笔者的经验，DFX方法的导入需按照“DFA→DFT→DFM→DFP”顺序进行，才能规避质量风险、为企业获取最大效益。从4种方法的复杂程度和降本幅度而言，DFA旨在降低零部件数，材料成本降辐最大、人工成本次之；故其特征表现为复杂度最低、投入时间短、获取效益高，3～6个月即可见效。DFT主要减少人工成本，效益方面不如DFA。DFM涉及材料和零部件的制造，这些部件多由供应商制造，生产厂商可与其共同完成；如果生产商自身具备SMT、PCBA或铁塑等部件的制造能力，就可以内部推动。最后环节便是DFP共同化设计，从完成的DFA、DFT、DFM成果中挑选效益大的设计进行“三化（标准化、模块化、共享化）”评估即可。DFP通过规模化采购降低材料成本、以共享设计降低库存， 因此，对DFP效益电子表格的应用是其必备要件之一。
（二）质量考虑。
推行DFX一定要循序渐进，否则会有灾难性的后果。以2010～2011年间的丰田召回风波为例，因采用未经彻底验证的刹车部件共享设计，出现缺失而将隐患扩展至全车系，最终不得不全数召回。企业在通过三化降低材料成本、减少组装工时，如果并未按DFX推行顺序开展，恐将重现丰田汽车曾经的错误。因此我们强调要从DFA入手，至少经过2～3次优化后再实施三化。如果没有经过这个程序，只是将目前尚未优化的设计当作标准，转换形成的模块不一定在成本和质量上获得最大效益；冒然模块化会丧失获利优化的机会，同时在可靠性方面也造成诸多隐忧。
（三）推行示例。
在推行DFX过程中，我们将目标设定为三年内达到整体产品制造成本降低50%以上；并按照推行顺序罗列出了4种方法的特点以及它们的区别。下面对每个方法 论的推行方式逐一说明。
可组装性设计（DFA）。
DFA由机械工程师（ ME）、制程（工艺）工程师（PE）共同领军， 如果能有系统工程师（SE）加入会更好，将使整个产品架构和功能更加清晰，有助于过滤得到真正有用的功能。其具体过程为：首先评估DFA指数(DFA Index%)，该指标可用以比较不同产业、产品之间的可组装性以及工程师设计功力的优劣。DFA指数的公式为：最少理论零部件数由 3 个标（Criteria）组合构成，包括相对动作、不同材料、妨碍组装；为突破标准限制而产生了许多创新发明，如多功能部件、一体成型外壳、复合材料等。
3 秒钟是一个理想部件的组装工时，理想部件设计需要符合的4项要求包括：本身具有卡榫的自我紧固功能、具有上下双导向及水平360 度的导向性、无明显的拿取和插入困难、拿取距离在30公分以内。为使所有部件都能满足以上要求，除应用零部件设计六原则外，还产生诸如AI、SMT、自动拧紧等突破性创新技术。
2.可测试性设计（DFT）。
DFT首先由软硬件工程师( 包括ME、EE)决定产品所需功能，再由测试工程师（TE）与SE软件制程进行验证。不同行业测试方法各异，以电子制造业为例包含以下几种测试组合：
•13种测试设备（或方法）以上， 包括目测、光学AOI、X射线、电路测试ICT、飞针、界限扫瞄、功能板测试、模块测试、系统测试、人机接口、软件测试、校验、物性测试等。
• 在产品上有电气、机构板项、机构部件项、机构模块、机构系统项、软件等6类测试设计；测试站上包括电汽、机构、软件3类接口设计。
• 设备与产品、测试站的设计共有117种，均要规划出通用的测试准则与计分卡，才能进行高效测试设计。
此外，还需建立并运用测试指标， 分析问题、改进产出效益。判定DFT效益的7种常用指标为测试项目完整性、测试执行率、测试覆盖率、测录工时、测试Cpk、系统缺点率以及逃脱率。
企业依照以上步骤，就能规划出符合自身实际的可测试性设计，从而确保质量及可靠性的验证，减少测试上的浪费，实现降低测试工时、减少设备费用及测试开发时间的目标。
3.可制造性设计（DFM）。
DFM 需按零部件分类，更为繁复。常见类别包括电子零组件（芯片、变压器、电阻、电池、电路板、线材、连接器等），机构件（金属、非金属等）、电机件（风扇、马达、泵浦、压缩机等），包装材料（纸木箱、彩盒、说明书、塑料袋、栈板等）。
机构件DFM是企业对自行设计或生产的零部件进行材质与制程的选用。制程方面包括成型、结合、表面处理三大类。其中，成型类有板金、注塑模造、铸造、拉出、挤形、粉末冶金等； 结合类如超声波焊接、卡扣连接、活动铰炼、黏着结合、螺纹紧固件等固定方法；表面处理则包括烤漆、电镀、阳极处理、喷漆、染色等。所有制程都有相应的设计准则，要求良率最高、成本最低、工时最好。在符合客户需求的前提下选择适合材质、制程、容差（如重量），能够节约不少成本。
电气件方面，从PCB的片数、布局、层数、经济尺寸、板材、厚度、镀层、线径、边料都与成本有关。其他电子件的功能进行设计时，要兼顾设定最佳件数、备选厂商开发，去除连接器与线材，PCBA制程以自动插件及表面贴装技术设计取代手插件。企业应设立各功能模块的最佳零件数标准，如标准功放零件数、电源零件数、散热零件数等； 并关注和收集主要芯片厂技术路线图， 引进其新功能与降成本的解决方案。
DFM的推行需由系统厂与主要供货商协同完成，这样才能共同提升产出合格率与效率，为整个供应链带来综合效益。
4.可延迟设计（DFP）。
DFP又称为共享设计或通用设计， 原意是指所有材料、零组件、半成品、成品都能共享或延迟到后端的工序才分支。分支可满足不同客户的个性化定制需要，提供更快速的服务。共享性可降低在制品的库存、减少多余材料的报废，缩短制造前置期，增加制造柔性和设备利用率；并增加单一料件的产量、省略换线时间，从而降低 制造复杂度、产生较好的规模效益。此外，共享还能有效节约设计成本，对整个供应链产生很大价值。相比而言，DFP适合少量多样、复杂组合及订制化的产业。
具体推行时，企业需要寻找共享机会点，将产品分成一般性及特殊群组， 一般性产品可大量引用共享件，特殊群组要找出其共通性；在此基础上，由成品延伸至半成品、零组件、材料找出机会（从过往DFA和DFM成果中也可快速找出），按最大共享性、最多数量、最低成本3个要件筛选出可能的共享项目。客户端也能发现改进机会点，如价格、交期，外包装及印刷，配件、制造工艺、组装等。企业还要订定详细的硬件、软件、包材的需求定义与共享设计准则，如产品实际数量、重量、结构变更方式、发展时程、零件多样性、机种验收规范、软件架构管理等。透过三化及重组工序来减少零组件、半成品、成品的分支。
5.能力模型。
DFX能力模型用来评估企业对DFX 的设计、管理能力，共分5个等级。零级公司漠视DFX的方法与目的，不具备此类能力；一级公司会总结经验作为后续应用，但其多数经验并不一定为优化，所以有很大的改进空间；二级企业从经验中挑选最佳方法，但并不具规范性，他人可以不遵循；三级能力对最佳实务进行验证后，确立了设计准则，但由于缺乏操作性导致执行不彻底；四级能力将DFX设计准则转化为计分卡， 未达要求分数就要修改设计，是一个客观的评量工具，每位设计工程师、制程工程师都可按此标准进行评比、分别改进。
3小结
系统性DFX方法需要整合研发设计与制造工艺共同合作，通过跨部门的推动实现效益最大化。设计团队需靠制造团队的协助与回馈，才能修炼自身功力，但光靠制造团队的分析和要求，设计团队不予配合也是徒劳；相对应地， 制造团队依赖设计团队才能突破产能瓶颈，达到世界级制造水平。然而，一些企业多由研发单位元或制造单位独自推行，很难产生整体效应；笔者见到的企业之所以成功推行，多是由总经理要求研发（或设计）团队负责降低年度产品成本大于20%以上，或制造主管苦口婆心地不断要求设计部门需要有系统、有责任地开展可制造性设计。多数研发单位因忙于新产品的开发和老产品的维护而无暇顾及其他，通常不会主动要求进行研究；甚至还有一些企业的管理者并未对降低成本给予相应重视，而一再丧失良机。
创新之路非常宽广，并不只有高风险产品设计和新市场争夺可供选择。运用DFX方法 论降低成本，不失为现代企业的上佳选择；当然，也是卓越企业必备的能力。
作者系台湾美优管理顾问有限公司总经理、资深黑带。
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