面向成本的设计DFC项目建设方案

通过与各业务部门的紧密合作，引入先进的面向成本设计DFC技术，改变传统的成本估算完全依赖传统的统计方法、成本信息收集困难、成本信息不一致、缺乏成本信息库等诸多问题，引进适合产品研制需要的、统一高效的DFC成本估算评估工具，并通过系统地对产品的材料、加工过程、成本、技术参数等信息的梳理和标定，形成标准的、模块化的成本信息知识库，并通过工具的成功应用形成规范、统一的知识获取和应用管理流程，从而把产品全生命周期内面向成本设计的相关部门有效地结合起来，帮助我企业达到缩短产品研制周期、降低成本、提高产品质量及服务的目标，进一步增强企业的产品研制能力和市场竞争能力。

面向成本的设计系统框架图:

图1 DFC成本估算系统

1）此系统利用特征识别技术和成组编码技术实现零件特征的分类和识别，形成特征数据编码规则库；

2）根据企业具体的工艺类型、加工方式、设备、刀具及单位加工量工时等，梳理完整的工艺加工信息，并建立企业工艺规划库；

3）借助DFC成本估算工具，通过对零件所涉及具体工艺工序、刀具、工时等相关信息梳理标定，建立对应的成本类库；

4）通过对零件加工、零件返工、设备使用及折旧、工时、工序等各方面因素进行成本标定梳理，建立多维度的费用分配规则知识库。

5）结合产品使用、工艺类型、加工费用、报废状况、人员与市场费用、产品可维修性等多种因素，梳理形成用户使用成本库、报废回收成本库、销售成本估算库、装配成本估算库及维修成本估算库。

6）在具体计算成本时选择成熟的、合适的成本估算方法，保证零部件的成本计算的可靠性和科学性。

7）在产品成本的估算中需要综合所有零件成本，并考虑用户使用成本、维修成本和回收报废成本等多个影响产品总体成本因素，全面评估产品总体成本，综合比较为设计改型提供合理化建议。

为保证面向成本的设计DFC项目工作顺利进行，建议组建面向成本的设计DFC攻关团队。

1.1    面向成本的设计DFC团队成员构成

DFC团队成员来自技术、工艺、制造、质保、财务、管理等部门，必须明确各司其职，在项目进展全过程中进行成本费用的核算、控制和管理。

1.2    DFC团队成员职责

由于研发任务繁重，单依靠研发人员进行成本控制的能力和影响是有限的，因此企业可以引入经验丰富、沟通能力强，且熟悉制造型企业设计流程及成本控制的专业人员来担任DFC项目经理。

项目经理应该对DFC项目非常了解，需要制定项目各阶段的目标和项目总体控制计划，全面把控项目进度和状态，及时决策，在预算范围内按时优质地领导项目小组完成全部项目工作内容；

其他项目成员需要积极配合项目经理工作，按照总体计划和阶段目标落实完成所负责部分的项目内容，并及时反馈项目进度和存在的问题，以便项目经理及时调整工作计划和协调人员。

2.1    建立面向成本设计的成本估算模型

2.1.1  建立面向并行工程的全生命周期成本模型

产品全生命周期成本（Life Cycle Cost，LCC）也称为寿命周期费用。如果在设研究开发阶段不考虑设计、生产、运行与维护成本，在评价与选择产品设计方案时，就有可能做出错误的选择，导致巨大的未预期的使用费用。

根据生命周期成本理论，必须从产品概念设计阶段开始就要考虑产品生命周期的所有环节(包括设计、生产、使用直到报废后的处理或回收再生等)。企业全生命周期成本一般包括研究与开发成本、制造成本、销售成本、运行与维修成本和回收与报废成本。经过对企业的全生命周期产品成本组成分析，得出企业产品全生命周期成本分布占比如图2，同时建立企业的全生命周期成本模型如图3。

图2 企业产品全生命周期成本分布占比

图3 企业全生命周期成本模型

2.1.2  建立加工制造阶段的成本估算模型

本项目的成本分析更多是以产品加工制造过程的成本估算和分析为样板，运用符合制造过程的成本估算方法和使用专业的DFC成本估算工具来实现成本的评估，在整个设计过程中考虑各个阶段的成本影响，并以此指导产品设计改型。

根据以上要求，构建企业加工制造过程的协同设计成本估算模型，如图4。首先在明确用户需求以及其他需求考虑因素的基础上形成产品设计任务书，确定新产品的主要功能特性，在此基础上确定产品总体设计，采用设计结构矩阵对设计流程进行优化，进行设计目标分解，有不同成员执行各自任务，利用高效的信息网络，企业成员间进行及时的交流、沟通，在进行设计协同设计时应用多种设计工具，成本估算方法库提供估算方法方面的支持，由数据库、知识库、专家系统提供数据和知识，共同完成成本的估算工作。最后由决策支持模块综合众多因素辅助设计人员作出最佳的设计决策，得到满意的设计结果。

图4 加工制造过程的协同设计成本估算模型

成本估算模型各组成模块说明如下：

1）并行设计工具模块：提供给设计人员的设计工具，是人机交换的窗口，是一个集成的开发环境，不同的工具面向不同的应用。其中不仅包括DFX工具，还包括广泛使用的CAD、CAE等软件工具，它们与DFX工具需要进行有效的集成。

2）数据库模块：一般采用工程数据库系统，利用PDM技术或面向成本的设计系统管理历史成本数据和新产品开发中的成本数据，为成本估算及时提供可靠的数据。针对全生命周期成本的时间持续性，将成本数据按照不同的时序存储于数据库中。

3）知识库模块：存储以规则形式存在的设计知识和成本估算信息，为设计和估算中的推理提供领域知识。

4）专家系统模块：利用领域专家的知识，在设计中为设计人员提供合理的设计建议。

5）成本估算法方法库：提供成本估算的方法，主要包括多种估算方法，其组织形式采用智能化的多级多阶段结构。

决策支持模块：完成对设计工作的综合评价和决策，为设计决策工作提供全面支持，并记录决策过程中的数据，以备将来查询。在决策支持模块中使结合综合评价与决策知识库，同时比较多种参数做出最佳决策，选出最佳设计方案或设计变更方案。

2.2 确定企业的DFC成本估算方法

2.2.1 成本估算方法

不同的成本估算方法有不同的使用范围，整个项目过程在不同阶段可采用不同的成本估算方法。对于我企业的产品成本信息标定和成本信息库构建可采用作业成本估算方法（ABC法），而对于加工制造阶段的成本估算与分析可采用基于特征和加工工艺的方法，并通过智能化的面向成本的设计工具进行有效集成实现成本估算。

1）作业成本估算方法（Activity-based Costing，ABC）

通过确定并汇总与产品相关活动的作业成本因素，在历史的、观察到的、或估算的成本值基础上，通过对作业的追踪反映，计量作业和成本对象的成本，计算出每单位活动产出所耗费的成本，然后更具产品消耗的活动多少来计算厂产品的总成本，决策作业业绩和资源的利用情况。

2）基于特征和加工工艺法

基于特征和加工工艺的估算法的原理是将设计过程看做是一个添加特征的过程，每增加一个特征都会反馈到加工工艺中去，这样就可以预先选择制造参数、加工设备、工装、工时等，从而精确的估算出产品的制造成本。这种方法非常适合于产品生产中或生产后估算制造成本，并指导产品设计决策。

2.2.2 DFC中成本估算方法的实现技术

DFC中的成本是指全生命周期成本中与设计有关的部分，其成本估算是在产品设计的早期进行的，其信息并不完整，为了达到估算准确的目的，根据设计所提供信息的详细程度分阶段采用不同的估算方法进行成本估算。成本估算技术要在同一的产品信息模型的支持下，与企业现有的CAD/DFX有效结合起来，在产品进程的每个环节进行实施成本预测，基于CAD/DFX模型的成本估算系统结构如图5。

图5 基于CAD/DFX模型的成本估算系统结构

1) 基于特征的产品信息库搭建

由设计工程师、工艺工程师根据设计目标和特征类库完成企业数字化特征建模，并形成基于特征的产品信息模型库搭建，其中包含几何数据和非几何数据的特征；

2) 建立专家知识库

结合企业实际状况，设计工程师和工艺工程师可以根据企业加工工艺、设备、工装、工时等作业成因建立设计规则、工艺规则、数据方法和成本特征库；

3）数字化产品建模

设计人员可以参考专家知识库中的设计、工艺规则等库知识完成产品的方案设计和三维数字化模型；

4）DFX进程技术评估

在借鉴专家知识库设计经验、工艺规则的前提下，通过选择DFX技术中对应的技术工具，如面向制造的设计DFM、面向装配的设计DFA、面向质量的设计DFQ等先进的技术手段，对产品三维数字化模型进行技术评估与分析；

5）DFC成本模型分解

应用面向成本设计工具DFC，对产品的零部件进行自动化特征分解和识别，提取设计特征、工艺特征，并通过与成本特征库快速比较后转换为工具可以识别的成本特征；

6 ）DFC成本估算

调用企业管理数据库中的成本估算方法，利用DFC智能化的计算手段，结合已经写入DFC工具的多维度的设计规则、工艺规则、特征成本信息等快速对模型进行成本估算；

7 ） 综合评价与决策

结合综合评价与决策知识库对成本估算的结果进行评估，并通过模型改型进行成本估算结果比较，从而指导设计师、工艺师优化产品设计。

企业产品成本信息库建立分为2大阶段：

第一阶段，梳理、标定对应特征、加工过程、操作方式或材料等成本信息；

第二阶段，成本信息导入DFC软件形成成本信息库。

如上例表格中的信息，可以仿照DFC工具中各项作业成因组合汇总统计，分项列举零件特征、加工方法、材料、操作动作等信息，零部件的各因素成本确认可应用作业成本估算方法来采集。汇总所有梳理标定完成的对应与各个作业的成本信息，并将信息写入到DFC软件中，建立和完善各个维度的成本信息库。

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