個性化裝備制造設計成本管控探析

濮陽爍

[摘 要] 目前全球工業4.0及中國制造2025戰略正在轟轟烈烈地興起，裝備制造向智能化、系統化發展，個性化定制使得高端裝備制造業從傳統模式走向以顧客為中心的定制化時代。如何既滿足高端定制化需求又能有效地管控成本，提高市場競爭力是目前激烈競爭環境下企業不得不面對的課題。文章以某裝備制造公司為例，探索從設計成本入手對產品底層結構進行有效成本管控，提出可供行業借鑒的經驗。

[關鍵詞] 設計成本；裝備制造；個性化

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 11. 038

[中圖分類號] F275.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2017）11- 0079- 04

0 引 言

隨著我國經濟的不斷發展，市場需求的不斷變化，制造業企業的個性化定制產品的比例增大，單臺設計、單臺生產的客戶需求以及更短的交貨周期都要求企業能快速響應，并對產品的成本及競爭力提出更高的要求。工業驅動汽輪機作為能源與重化工領域的核心設備，用于驅動各種壓縮機、鼓風機、泵等旋轉機械，這類產品的技術參數通常根據項目現場條件需要，還需在高溫、高壓、變轉速、變工況條件下運行，屬于“量體裁衣”式的定制產品。與國內十余家汽輪機生產廠家相比，某汽輪集團能進行非標設計制造，最大限度滿足用戶需求，向用戶提供個性化產品。得益于個性化設計的優勢，某汽輪集團研制開發出各種用途的工業汽輪機，終結了國外同行業統治我國高端工業汽輪機市場的歷史，創造了諸多國內首臺套。由于汽輪機用戶現場工況條件的差異化，由終端用戶需求驅動下的公司定制產品已經走在定制化高端裝備制造的前列，但在這波工業革命的潮流下，公司更多需要考慮的是定制化生產的競爭優勢，其中核心的要素包括產品的質量及成本。

產品的個性化特點帶來了性能及效率上的優勢，使公司定制化汽輪機與西門子、GE、三菱等國際上一流企業處在同一平臺競爭，但在目前國內勞動力成本高企、人民幣升值以及產品附加成本較高等因素影響下，中國制造已經失去原來的低成本優勢；同時隨著國內去產能、去庫存等宏觀經濟政策的影響，市場需求減少，同時行業競爭廠家的出現，對汽輪機產品的價格及交貨期有更高要求，公司個性化設計生產的產品也面臨前所未有的挑戰。企業面臨著既要保持市場占有率又要獲得盈利的挑戰，這就意味著成本控制迫在眉睫。本文以某汽輪集團公司的定制化產品為研究對象，探索確保定制化產品性能、交貨期的前提下，通過設計成本的管理，降低產品成本，為裝備制造公司個性化生產探索一條有效設計成本管理的道路。

1 汽輪機成本的構成

個性化定制產品的特點首先是定制，這就意味著產品的專屬性，適應于特定客戶在特定環境下使用。成本發生的制造階段，材料、人工等大部分成本體現出來，但是在設計階段，產品的70%以上的成本已經確定了，要進行成本的管控，特別是個性化設計的產品，必須從設計階段開始。從幾個維度對成本構成進行分析。

（1）從成本構成的角度劃分：汽輪機裝置由本體和外部設備組成，其中本體由氣缸、轉子、葉片、導葉持環、軸承以及軸承座等幾千個零部件組成，外部設備為汽輪機輔助設備等。而汽輪機的氣缸、轉子等主要部件對材料和技術要求高，是產品成本的主要構成部分，也是設計需要重點關注的對象。

（2）從業務生命周期劃分：從汽輪機訂單獲取—生產制造—交付用戶—售后服務—資金完全回收，在產品全生命周期各個階段都會有各種成本發生。完整汽輪機成本主要包含前期成本、設計開發投入、產品投料后實際發生制造成本（包括生產制造成本、流程中零部件質量檢驗成本、裝箱發運成本以及各項制造費用分攤等）、產品運輸及相關成本、以及質保期維護和售后成本等。

（3）從公司BOM系統結構劃分：公司的汽輪機由底層模塊，以“搭積木”方式組成各類不同部件，以各類不同部件組裝搭配出不同功能需求的汽輪機。在BOM系統中某機組樹狀結構中，底層的結構也是構成汽輪機積木塊的最小單位。汽輪機由標準模塊組合搭建成不同的部件，由不同部件組合成部套，再由不同的部套搭建用戶不同需求的汽輪機。

通過分析汽輪機成本構成的幾個維度，可以對汽輪機的成本管控進行多維度的思考。產品的設計方案基本確定了汽輪機成本的主要構成部分，包括材料、加工工藝、加工設備等。汽輪機是由設計部門根據用戶需求通過BOM/CAPP/PMIS/PLM信息化平臺，采用模塊化的設計單位，以“積木塊”方式設計而成的。一般而言，產品設計成本就是根據技術、裝備、工藝、質量、功用、性能等方面要求出具各種不同設計方案，核算和預測產品的成本水平。而產品的成本在設計階段就已經基本確定了材料、結構、加工工藝等，產品投入生產制造后只能在有限的范圍內降低成本，所以，如何將成本控制前移，將設計成本控制在可接受的范圍內是個性化產品的成本控制的關鍵。

2 設計階段做好成本的控制

2.1 做好設計底層積木塊即模塊的通用化和標準化

積木塊式汽輪機結構給成本的控制帶來良好的基礎，底層積木塊的設計通用化和標準化，使得可以運用“積木塊”搭建出各種個性化的產品。同時積木塊的多少也決定了產品的個性化程度。由此，底層積木塊以及由底層積木塊搭建的“中間件”就是成本控制的基礎。底層積木塊的通用化可以提高設計效率，減少零件的工藝準備，如專用工具、工藝流程等，同時為批量化生產提供條件，有利于生產熟練度提高和加工質量保證；通過積木塊的標準化，建立公司設計BOM標準庫，減少設計和加工制造的工作量。公司BOM系統中有5萬個物號即底層積木塊，對物號進行合理歸并優化，大大提高產品的設計和制造效率。

個性化產品面對市場需求，但如何將個性化需求與標準化設計及生產有效連接，這就需要建立產品的個性化與物號的有機連接，盡可能實現物號的通用化和標準化，減少底層零部件的個性化設計，而通過底層零部件的組合實現新的部件，從而將個性化產品與零部件通用化搭建高效的連接通道。這種以產品內部的標準化應對外部的個性化和多樣化，用少量模塊組合成盡可能多的品種，不但能最大程度響應用戶價值需求，而且對產品全生命周期成本管理上起到支撐作用。主要體現在產品的可制造性、可裝配性、可維修性和可改進性（售后產品的升級換代）、減少產品設計修改、預防產品制造和裝配錯誤，提高產品設計、制造、裝配和服務效率等方面，實現降低產品開發成本、縮短產品開發周期，從而降低產品成本，提高產品競爭力。經過多年實踐，公司汽輪機產品85%以上都是通過模塊化設計預先定型的成熟零部件，只是少部分需要根據用戶的個性需求適應地變形。公司2016年度的“模塊化設計、并行化制造、個性化服務”全生命周期質量管理模式實踐，也獲得第二屆中國質量獎制造業組織提名獎。

2.2 精細化積木塊定額成本管理

底層積木塊即物號應根據設計圖紙，按照材料、加工工藝、設定預計成本，合理確定積木塊的定額成本。定額成本的合理確定需要大量的基礎信息，包括材料定額、工時定額、工序、加工工藝、加工設備、制造費用等。工時定額需要利用計算機信息管理系統，提供定額成本的各項數據。

產品設計成本的高低與否，要最后體現在成本的準確估量上，這也是進行產品成本快速與市場銜接的重要依據。如何快速進行設計成本估量并根據參數變更而設計變更是非常現實的問題。公司結合先進的設計理念和產品開發方法，基于形狀結構特征產品模塊化設計方法，在底層積木塊定額成本的基礎上，考慮產品的使用要求、性能要求及可靠性要求，將本體劃分為前后支座、汽缸、轉子、速關閥、調節氣閥五個標準區段，從而建立了產品的設計成本預算模型。在各個標準區段中，可以根據變量的大小區分為固定模塊和變量模塊。例如，調節氣閥是根據蒸汽量來確定型號的，在確定了型號和進汽參數的條件下，調節氣閥是可以確定的，那么該區段為固定模塊，可以相對固定成本模型； 而轉子包含主軸、動葉環、氣封環等，變化多樣，根據其變化的因素，將變量模塊單獨確定其成本。區段的劃分可以快速確定各模塊的定額成本，按照積木塊測算機組的設計成本。在個性化設計和制造中，最大程度找到共性化，是設計和成本管理的核心要素，從而提高各項工作效率。

2.3 提高設計人員的成本意識

設計人員不能只管設計而忽視成本，只有在設計過程中關心成本，才能考慮如何降低成本。市場部門要將產品的市場價格信息反饋給成本管理部門，由成本管理部門制定目標設計成本反饋給設計部門，將設計成本控制在目標成本范圍內。目標成本可以是市場上競爭性價格也可以是企業設置未來提升競爭力需要達到的更優價格。

設計人員成本意識可以體現在設計的各個部分，比如，在日常設計過程中最大限度使用公司成熟的標準模塊，減少使用新的物號，減少生產加工的難度；在性能質量滿足的前提下，使用新的方案減少材料消耗或者采用新的工藝減少加工難度；在功能實現的前提下，減少冗余模塊等。當然，科技進步是降低成本的根本途徑，不斷將先進的技術應用在日常生產上，是企業降低成本消耗，提高產品質量的有效途徑，通過新產品開發、新材料的運用、成熟產品的優化設計、工藝技術的創新、設備技術改進、采用信息化管理等措施，進而長遠地降低成本，擴展利潤空間。

2.4 在設計的基礎上，合理組織安排生產

產品經個性化設計確認后，進入生產組織階段，經過加工裝備才能最終形成完工產品和成本費用的歸集。這一階段的生產、裝配對成本的控制有重要的影響。汽輪機由上萬個零件構成，其中汽缸、轉子等部件按照積木塊設計完成進行鑄造，其他通用零部件或配套件則進行批量生產或外購。設計階段實現的物號通用化和標準化為生產的批次化制造提供了條件。

基于模塊化的設計過程及產品生產流程如圖1所示。

大件氣缸、毛坯由于采用積木塊的設計，木模也按照積木塊進行設計，相關的工裝也可以重復利用，由此不但降低設計成本和縮短設計響應時間，而且相關的生產配件也可以根據設計調整重復搭建使用，有效地降低了大件部套的制造成本。另外，由于物號的通用化和標準化，機組大件以外的零部件按照排產的要求可以進行批量化生產，提高了加工的效率，也減少了加工的復雜程度。例如汽輪機核心零件葉片根據不同系類和型號的機組有不同的差異，但是在設計完成后，可以將同類葉片歸并安排生產，將個性化的生產與批量化組織生產相結合，提高生產加工的效率，節約成本。

3 經驗總結

3.1 產品底層模塊合理設置及完備信息是設計成本有效管理的基礎

底層積木塊也就是設計BOM中各個物號，設計人員運用設計信息化工具快速搭建設計方案。首先，合理的設計底層模塊，進行模塊化和標準化設計，既要滿足產品個性化設計的需要，又要減少底層模塊數量，提高運用效率是產品設計成本管理的基石；其次，設計方案與成本的橋梁必須通過物號的定額成本來連接，所以對物號的定額成本的確定以及有效的更新是設計成本體現并應用的基礎。

3.2 設計人員的激勵措施是降低成本的有力保障

在目前經濟相對低迷的時期，設計人員如何最大程度降低產品成本對企業市場競爭力有著重要的作用。采取積極有效的措施激勵設計人員的創新應用以及在現有模式下優化設計模型、控制成本是設計成本的源頭保障。公司采取設計人員單個項目優化獎勵，鼓勵設計人員利用長周期零部件，定期召開科技大會等形式，推動設計人員與成本的關聯。

3.3 完工產品的成本可驗證分析是成本持續管控的有力支持

按照定額確定的設計成本可以做為前期商務報價的依據，也可以作為公司成本管理的目標設置。在實際工作中，還需要將產品的實際發生成本與設計成本進行對比驗證，查找設計成本中存在的問題，更好的實現用設計成本指導實務生產加工，用實際生產加工成本反饋設計成本，優化設計，管控成本。

3.4 前端設計與后端制造、管理相融合

設計對成本采取的措施，很多方面需要得到后面產品生產制造的響應，對成本的管理是系統和全生命周期的，所以設計也不能僅僅在本部門進行成本管控，需要和后端流程互動，與生產、采購、管理、財務甚至售后等協同，有效地管控成本。

主要參考文獻

[1]袁媛，黃越. 裝備制造業產品設計階段成本控制研究[J].價值工程，2013（33）：140-141.

[2]張爽.裝備制造業相關研究文獻綜述[J].現代商貿工業2010（16）：38-39.