成本設計中不可缺少的精益設計環節

“精益”思想為根本，數字為基礎，結合產品設計業務流程，保證核心競爭力，企業在保證產品質量、差異化與重點化同時，必需降低成本。成本成為決定產品競爭力的重要因素。而精益設計的理念就是減少不必要的成本環節，達到高質量，高效能低成本。傳統的成本側重于制造過程，然而，產品成本的很大程度上是在產品設計階段決定的。設計階段決定了整個產品生命周期成本的70％以上，但所需現金流出僅占5％左右，事實上，一旦產品設計完成，成本在以后階段降低的空間相當有限。因此，應將產品成本管理的重點放在產品設計階段，并將成本管理從制造階段擴展到整個產品生命周期，實現全生命周期成本管理。而產品成本設計PCD（Product Cost Design）要具有精益設計（Lean Engineering）理念，才可以實現零缺陷設計、快速設計以及低成本設計。
1 產品成本設計內涵與過程
產品成本設計PCD（Product Cost Deign），是面向產品設計全過程的根據產品設計信息對產品的目標成本進行估算建模、優化控制和分析決策的智能方法，技術和系統。其概念源于于20世紀60年代日本豐田汽車公司的目標成本管理，是在“面向成本的產品設計（DFC）”和“按費用設計（DTC）”等方法的基礎上發展起來的一種新體系，屬于產品設計與企業管理兩個領域的交叉部分，是當前多種技術發展后的結果，不僅包括設計方法學，企業管理學，還包括計算機科學、優化方法學、控制理論等其目的旨在配合功能，引導和優化產品開發設計。使設計產品達到零缺陷。零缺陷包括以下幾個方面，一是設計出的產品要滿足顧客的價值要求，二是產品的可加工性，即設計出的產品在現有條件下能夠制造出來；三是產品能夠滿足使用壽命的要求，在壽命期應使產品在使用中“零故障”。零缺陷設計應以經濟行為前提，也就是要低成本設計把正是一種在設計階段進行成本管理的方法體系。
產品設計首先對需要開發的產品進行技術評定，包括產品功能定義、功能評價、材料選用、工藝實現，確定設計方案。與此同時，必須進行經濟分析。市場開發時對新產品的銷售市場做好充分的預測，包括產品的銷量、產品的性能等，然后把第一手市場預測的信息交給技術部門，技術部門根據客戶的需求，根據現有的技術及工藝水平。經過充分的論證后，確定產品的性能。根據確定的產品性能及配置，確定該產品的物料清單，把該清單交給采購部門以及定額部門，由采購部門預計其采購價格，定額部門確定其工時定額、材料定額等。產品成本設計的關鍵是與市場相適應的目標成本的確定和競爭性成本壓力的分解傳遞。目標成本與開發設計過程的直接關聯性決定了它在產品成本目標系統中的典型代表性?？茖W預測、推算、評價，優化產品設計目標成本，不僅對未來產品價格、企業利潤產生決定性影響，而且對開發費用預算。使用成本的控制具有類推借鑒意義。
2 精益思想的確定
精益思想（Lean Thinking）源于20世紀80年代日本豐田發明的精益生產（Lean Manufacturing）方式，在制造業中的應用，即“精益生產Lean production”。其核心是以整體優化的觀點合理地配置和利用企業擁有的生產要素，消除生產全過程一切不產生附加價值的勞動和資源，追求“盡善盡美”，達到增強企業適應市場多元需求的應變能力，獲得更高的經濟效益。極大地降低了制造成本、縮短了開發和制造的周期、顯著地增強了企業的競爭能力，精益生產的核心其實是關于生產計劃和控制以及庫存管理的基本思想，而在計算機網絡支持下的小組工作方式是實施精益生產的基礎。精益生產要求以少而精的生產要素投入管理和追求效益經濟的指導思想。是對傳統的“大規模生產模式”的挑戰。它的基本目標是零庫存、高柔性、無缺陷。以前在產品設計領域，工程師通常可以不計成本地追求自己的夢想，而不會受到來自生產部門的壓力，也不用與這些部門的人員進行接觸。但隨著產品利潤的不斷下降，各家公司希望能最大程度地降低成本。“制造領域在此方面已經做了大量工作，現在所面臨的問題是如何在產品進入生產環節以前就開始降低成本。”美國Goodrich Sensor Systems公司設計主管Tim Matuseski認為，“普遍應用于生產活動、以提高效率和減少浪費為目標的精益原則同樣能為生產上游環節提供好處。”
分析師和產業觀察家也注意到這種趨勢正在加強，特別是在當前經濟形勢較穩定的情況下，一度受到打擊的廠商正在評估其下一步行動，不斷平衡利潤壓力與市場對創新產品的強烈需求。“最近五年為改善產品開發流程創造了非常有利的環境，人們都在積極考慮采用精益原則來促進NPI。”咨詢公司Pittiglio Rabin Todd&McGrath（PRTM）的董事Mark Thut表示。
在20世紀90年代，圍繞互聯網出現了許多新興產業，市場推出創新性產品的速度快得驚人。許多消費產品，個人電腦和電信設備等產品，產品生命周期變成了六至九個月。跟上時代步伐的有效方法就是盡可能快地向全球推出最新產品，而不能過多地考慮庫存積壓或者長期財務的承受能力。
3 設計過程決定產品質量一概念設計階段產品成本設計
精益思想的核心就是以越來越少的投入——較少的人力，較少的設備、較短的時間和較小的場地創造出盡可能多的價值；同時也越來越接近用戶，提供他們確實要的東西。精確地定義價值是精益思想關鍵性的第一步；確定每個產品（或在某些情況下確定每一產品系列）的全部價值流是精益思想的第二步；緊接著就是要使保留下來的、創造價值的各個步驟流動起來，使需要若干天才能辦完的訂貨手續，在幾小時內辦完，使傳統的物資生產完成時間由幾個月或幾周減少到幾天或幾分鐘，隨后就要及時跟上不斷變化著的顧客需求，因為一旦具備了在用戶真正需要的時候就能設計、安排生產和制造出用戶真正需要的產品的能力，就意味著可以拋開銷售，直接按用戶告知的實際要求進行生產，產品一經研發出來，產品的基因也就確定?？梢姡|量是設計出來的，提高產品質量，應該從設計源頭入手。在設計過程解決產品的質量問題可以達到事半功倍的效果，越是在產品生命周期的前端采取措施，對產品質量提高的效果就越明顯。前期設計要把握“適時，適量、適物”的精益設計原則。
3.1 產品級目標成本確定如下
3.1.1 用戶可接受的市場價格；
3.1.2 計劃利潤。
3.1.3 各種稅金，
3.1.4 營銷費用，
3.1.5 可變計件成本（計劃），
3.1.5 開發規劃費用（計劃），
3.1.6 產品壽命周期承擔的固定費用份額（計劃），
3.1.7 產品數量。
這些都反映市場對目標成本的影響，指出了設計過程中為達到目標成本應控制的因素。目標成本確定時，既要考慮競爭對象的價格水平，還要考慮用戶的經濟能力。因此產品級目標成本的確定不是某一個部門的事，而涉及到企業甚至整個供應鏈的全過程各個環節。采用基于互聯網的協同設計環境可在概念設計階段改變了原有的線性設計流程，以并行工程的方式進行產品設計，各種功能小組互相作用與反饋重疊，目標成本方法在這種集成式設計中起了重要作用。
3.2 利用精益設計理念采用價值工程評價與修正目標成本
精益設計是及時制造，消滅故障，消除一切浪費，向零缺陷，零庫存進軍。企業中普遍運用價值工程的類型是功能分析，即對產品的每一主要功能或特征的效用和成本進行考察。這種分析的目的是確定效用與成本間的平衡。在復雜的產品設計中，所有組件累加形成最終產品的成本與價值。價值工程需要協同功能組去分析每種產品功能相關聯的價值。這對每種功能價值的成本比率確定至關重要。價值工程由分析與確立兩個步驟引導。在分析步驟中，決策與制造專家組調查產品功能價值與評價價值。在研究產品功能特點及成本、價值的基礎上確定產品的價值系數。
3.3 計算機技術的應用
在產品設計方面，計算機技術主要應用在輔助設計和輔助設計管理。隨著計算機業及軟件業的進步，計算機輔助設計CAD軟件，已經在工業界廣泛使用。利用CAD軟件能夠很快設計出圖紙，大大提高了作圖效率。國際上的大企業已經開始嘗試用計算機進行模擬實驗、試做。例如，某一產品的塑料外殼需要很強的抗震能力，人們從以前大量試驗獲得的數據中，建立評價的模型，將此模型做成評價軟件，此類產品通過CAD軟件設計出后，用評價軟件來模擬實驗評價，可得出目前的設計有哪些方面比較薄弱，可能存在的問題，然后再修改設計圖，再評價，直到評價合格，開始制作模具。而在此之前，并不需要制模具，修改模具等等工作，這樣就減少了修改模具所耗費的時間及費用。
3.4 詳細設計階段產品成本設計
產品級目標成本確定后，在設計部門可根據概念設計的確定的方案進行產品詳細設計的同時，財務部門需將產品層的目標成本進行分解，建立子件目標成本。這也是一個協同工作的過程，財務部需應用到設計部門提供的BOM、工藝路線、工作時問的信息，采用作業成本法，才能科學地進行目標成本分解具體來說，從以下幾方面人手：
3.4.1 物料清單（BOM／Bill of Material）
BOM是完整的、正式的、結構化的組成一個產品的部件清單。該清單包含每個部件的物料編號、數量和計量單位。是自動生產材料成本的關鍵數據來源，并決定了計算順序。物料清單可能包括半成品，而半成品本身也有物料清單，這樣構成了多層物料清單。BOM可由設計部門創建，財務、生產、儲運部門共享，具有惟一的BOM編號及用途。
3.4.2 工作中心（Work center）
工作中心在產品目標成本分解中是計算人工成本和制造費用的基礎，在工作中心定義了與產品成本相關的公式。
3.4.3 工藝路線（Routing）
工藝路線描述了生產一種產品所需的每—道工序以及執行這些工序的先后順序。包含了每—道工序在哪個工作中心中執行，需要哪些材料部件以及其他的一些計算生產期、產能、生產成本相關的技術信息。對每道工序，還需定義該工序的作業（Activity）數量。
3.4.4 成本中心
成本中心是目標成本分解、歸集與控制的組織機構，在能明確成本控制責任和方便成本核算原則下，工作中心與成本中心可是多對一關系或一對一關系。在成本中心，通過各種BOM中物料成本、工藝路線定義的作業與工作中心定義的公式，匯總即可得產品各層級的目標成本。
3.4.5 精益設計（Lean Engineering）的實現
可通過“設試、量試階段解決消除所有缺陷”，縮短設計周期、主查負責制的項目組織形式、品質預測以及計算機技術的應用實現精益設計。
3.4.6 設試、量試階段解決消除所有缺陷
工業產品從設計開發到大批量生產，一般要經過設計試做（簡稱設試）、試量生產（簡稱量試）以及大批量生產（簡稱量產）三個階段，對于復雜的工業產品，例如汽車還要追加技術試做等階段。要實現及時生產，在量試階段就要消除所有設計缺陷。
量試階段消除所有缺陷使得設計的總損耗最小。在設計做、量試、量產階段，總損耗設計試作的單件損耗雖然很高，但因生產數量極少，總損耗不會太大。在量試開始，產品數量增多，雖然單件產品損耗率比設計試作時少，但總量比設計試作要多，總損耗增加。到大批量生產時，每天產量較高，在初期如果產品品質不能穩定，發生因品質問題停線及改造產品等情況。其損失可能巨大。因此，盡量將問題在批量生產前解決及縮短整個過程時間，保證新產品能高品質低損耗、快速地推向市場，已成為企業提升競爭力的利器。
3.4.7 縮短設計周期
設計周期的縮短主要通過產品模塊化設計、并行工程來解決。
模塊化（UNIT）設計也稱單元化設計，產品由若干個模塊（單元）組成，每個模塊（單元）實現產品的一部分機能（功能），所有模塊（單元，組件）組合后實現了產品全部機能（功能）的方式稱為模塊化設計。每個模塊實現產品所需部分機能，全部組合后實現產品的全部機能，每個單元可以獨立裝拆，又可獨立升級改進。只要某個單元（或若干單元）有了改進升級，整個產品的部分機能就能得到改進及升級。
4 運用TRIZ理論，加快創造創造發明產品的進程
TRIZ理論，其英文全稱是Theory of the Solution of Inventive Problems（發明問題解決理論）。在歐美國家也可縮寫為TIPS。運用TRlZ可大大加快人們創造發明的進程，兩且能得到高質量的創新產品。它能夠幫助我們系統的分析問題情境，快速發現問題本質或者矛盾，它能夠準確確定問題探索方向，不會錯過各種可能，而且它能夠幫助我們突破思維障礙，打破思維定勢，以新的視覺分析問題，進行邏輯性和非邏輯性的系統思維。還能根據技術進化規律預測未來發展趨勢，幫助我們開發富有競爭力的新產品。
TRIZ中的產品進化理論將產品進化過程分為4個階段：嬰兒期、成長期、成熟期、退出期。處于前兩個階段的產品，企業應加大投入，盡快使其進入成熟期，以便企業獲得最大效益；處于成熟期的產品，企業應對其替代技術進行研究，使產品取得新的替代技術，以應對未來的市場競爭；處于退出期的產品，企業利潤急劇下降，應盡快淘汰。這些可以為企業產品規劃提供具體的、科學的支持。
產品進化理論還研究產品進化模式、進化定律與進化路線。應用模式、定律與路線，設計者可較快地確定創新設計的原始構思，使設計設計取得突破。
新產品的研發設計是制造業企業技術創新的主要途徑。在全球化經濟競爭的激烈中，企業開展新產品研發設計的目的雖然是技術進步，但成功的標準仍然是商業性的經濟效益，因此企業必須綜合考慮產品的成本、開發周期、產品質量、投資風險等要素。產品設計中的成本控制不是簡單的成本降低，針對產品設計階段中忽略成本控制的誤區，依據成本控制的原則，將成本管理和產品研發設計有機的結合，實現產品設計與成本控制（目標成本設定、分解、估算、達成）之間的協調同步和動態反饋機制。建立不同階段對應的產品級、裝配級、零件級、特征級的成本信息模型，在產品設計階段貫穿了戰略成本管理和價值工程理念，將目標成本管理融入到產品設計中，在建立產品數字化模型和參數化的產品配置中，從根本上降低了產品成本。