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[摘 要] 目前全球工业4.0及中国制造2025战略正在轰轰烈烈地兴起，装备制造向智能化、系统化发展，个性化定制使得高端装备制造业从传统模式走向以顾客为中心的定制化时代。如何既满足高端定制化需求又能有效地管控成本，提高市场竞争力是目前激烈竞争环境下企业不得不面对的课题。文章以某装备制造公司为例，探索从设计成本入手对产品底层结构进行有效成本管控，提出可供行业借鉴的经验。
[关键词] 设计成本；装备制造；个性化
doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 11. 038
[中图分类号] F275.3 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2017）11- 0079- 04
0 引 言
随着我国经济的不断发展，市场需求的不断变化，制造业企业的个性化定制产品的比例增大，单台设计、单台生产的客户需求以及更短的交货周期都要求企业能快速响应，并对产品的成本及竞争力提出更高的要求。工业驱动汽轮机作为能源与重化工领域的核心设备，用于驱动各种压缩机、鼓风机、泵等旋转机械，这类产品的技术参数通常根据项目现场条件需要，还需在高温、高压、变转速、变工况条件下运行，属于“量体裁衣”式的定制产品。与国内十余家汽轮机生产厂家相比，某汽轮集团能进行非标设计制造，最大限度满足用户需求，向用户提供个性化产品。得益于个性化设计的优势，某汽轮集团研制开发出各种用途的工业汽轮机，终结了国外同行业统治我国高端工业汽轮机市场的历史，创造了诸多国内首台套。由于汽轮机用户现场工况条件的差异化，由终端用户需求驱动下的公司定制产品已经走在定制化高端装备制造的前列，但在这波工业革命的潮流下，公司更多需要考虑的是定制化生产的竞争优势，其中核心的要素包括产品的质量及成本。
产品的个性化特点带来了性能及效率上的优势，使公司定制化汽轮机与西门子、GE、三菱等国际上一流企业处在同一平台竞争，但在目前国内劳动力成本高企、人民币升值以及产品附加成本较高等因素影响下，中国制造已经失去原来的低成本优势；同时随着国内去产能、去库存等宏观经济政策的影响，市场需求减少，同时行业竞争厂家的出现，对汽轮机产品的价格及交货期有更高要求，公司个性化设计生产的产品也面临前所未有的挑战。企业面临着既要保持市场占有率又要获得盈利的挑战，这就意味着成本控制迫在眉睫。本文以某汽轮集团公司的定制化产品为研究对象，探索确保定制化产品性能、交货期的前提下，通过设计成本的管理，降低产品成本，为装备制造公司个性化生产探索一条有效设计成本管理的道路。
1 汽轮机成本的构成
个性化定制产品的特点首先是定制，这就意味着产品的专属性，适应于特定客户在特定环境下使用。成本发生的制造阶段，材料、人工等大部分成本体现出来，但是在设计阶段，产品的70%以上的成本已经确定了，要进行成本的管控，特别是个性化设计的产品，必须从设计阶段开始。从几个维度对成本构成进行分析。
（1）从成本构成的角度划分：汽轮机装置由本体和外部设备组成，其中本体由气缸、转子、叶片、导叶持环、轴承以及轴承座等几千个零部件组成，外部設备为汽轮机辅助设备等。而汽轮机的气缸、转子等主要部件对材料和技术要求高，是产品成本的主要构成部分，也是设计需要重点关注的对象。
（2）从业务生命周期划分：从汽轮机订单获取—生产制造—交付用户—售后服务—资金完全回收，在产品全生命周期各個阶段都会有各种成本发生。完整汽轮机成本主要包含前期成本、设计开发投入、产品投料后实际发生制造成本（包括生产制造成本、流程中零部件质量检验成本、装箱发运成本以及各项制造费用分摊等）、产品运输及相关成本、以及质保期维护和售后成本等。
（3）从公司BOM系统结构划分：公司的汽轮机由底层模块，以“搭积木”方式组成各类不同部件，以各类不同部件组装搭配出不同功能需求的汽轮机。在BOM系统中某机组树状结构中，底层的结构也是构成汽轮机积木块的最小单位。汽轮机由标准模块组合搭建成不同的部件，由不同部件组合成部套，再由不同的部套搭建用户不同需求的汽轮机。
通过分析汽轮机成本构成的几个维度，可以对汽轮机的成本管控进行多维度的思考。产品的设计方案基本确定了汽轮机成本的主要构成部分，包括材料、加工工艺、加工设备等。汽轮机是由设计部门根据用户需求通过BOM/CAPP/PMIS/PLM信息化平台，采用模块化的设计单位，以“积木块”方式设计而成的。一般而言，产品设计成本就是根据技术、装备、工艺、质量、功用、性能等方面要求出具各种不同设计方案，核算和预测产品的成本水平。而产品的成本在设计阶段就已经基本确定了材料、结构、加工工艺等，产品投入生产制造后只能在有限的范围内降低成本，所以，如何将成本控制前移，将设计成本控制在可接受的范围内是个性化产品的成本控制的关键。
2 设计阶段做好成本的控制
2.1 做好设计底层积木块即模块的通用化和标准化
积木块式汽轮机结构给成本的控制带来良好的基础，底层积木块的设计通用化和标准化，使得可以运用“积木块”搭建出各种个性化的产品。同时积木块的多少也决定了产品的个性化程度。由此，底层积木块以及由底层积木块搭建的“中间件”就是成本控制的基础。底层积木块的通用化可以提高设计效率，减少零件的工艺准备，如专用工具、工艺流程等，同时为批量化生产提供条件，有利于生产熟练度提高和加工质量保证；通过积木块的标准化，建立公司设计BOM标准库，减少设计和加工制造的工作量。公司BOM系统中有5万个物号即底层积木块，对物号进行合理归并优化，大大提高产品的设计和制造效率。
个性化产品面对市场需求，但如何将个性化需求与标准化设计及生产有效连接，这就需要建立产品的个性化与物号的有机连接，尽可能实现物号的通用化和标准化，减少底层零部件的个性化设计，而通过底层零部件的组合实现新的部件，从而将个性化产品与零部件通用化搭建高效的连接通道。这种以产品内部的标准化应对外部的个性化和多样化，用少量模块组合成尽可能多的品种，不但能最大程度响应用户价值需求，而且对产品全生命周期成本管理上起到支撑作用。主要体现在产品的可制造性、可装配性、可维修性和可改进性（售后产品的升级换代）、减少产品设计修改、预防产品制造和装配错误，提高产品设计、制造、装配和服务效率等方面，实现降低产品开发成本、缩短产品开发周期，从而降低产品成本，提高产品竞争力。经过多年实践，公司汽轮机产品85%以上都是通过模块化设计预先定型的成熟零部件，只是少部分需要根据用户的个性需求适应地变形。公司2016年度的“模块化设计、并行化制造、个性化服务”全生命周期质量管理模式实践，也获得第二届中国质量奖制造业组织提名奖。 2.2 精细化积木块定额成本管理
底层积木块即物号应根据设计图纸，按照材料、加工工艺、设定预计成本，合理确定积木块的定额成本。定额成本的合理确定需要大量的基础信息，包括材料定额、工时定额、工序、加工工艺、加工设备、制造费用等。工时定额需要利用计算机信息管理系统，提供定额成本的各项数据。
产品设计成本的高低与否，要最后体现在成本的准确估量上，这也是进行产品成本快速与市场衔接的重要依据。如何快速进行设计成本估量并根据参数变更而设计变更是非常现实的问题。公司结合先进的设计理念和产品开发方法，基于形状结构特征产品模块化设計方法，在底层积木块定额成本的基础上，考虑产品的使用要求、性能要求及可靠性要求，将本体划分为前后支座、汽缸、转子、速关阀、调节气阀五个标准区段，从而建立了产品的设计成本预算模型。在各个标准区段中，可以根据变量的大小区分为固定模块和变量模块。例如，调节气阀是根据蒸汽量来确定型号的，在确定了型号和进汽参数的条件下，调节气阀是可以确定的，那么该区段为固定模块，可以相对固定成本模型； 而转子包含主轴、动叶环、气封环等，变化多样，根据其变化的因素，将变量模块单独确定其成本。区段的划分可以快速确定各模块的定额成本，按照积木块测算机组的设计成本。在个性化设计和制造中，最大程度找到共性化，是设计和成本管理的核心要素，从而提高各项工作效率。
2.3 提高设计人员的成本意识
设计人员不能只管设计而忽视成本，只有在设计过程中关心成本，才能考虑如何降低成本。市场部门要将产品的市场价格信息反馈给成本管理部门，由成本管理部门制定目标设计成本反馈给设计部门，将设计成本控制在目标成本范围内。目标成本可以是市场上竞争性价格也可以是企业设置未来提升竞争力需要达到的更优价格。
设计人员成本意识可以体现在设计的各个部分，比如，在日常设计过程中最大限度使用公司成熟的标准模块，减少使用新的物号，减少生产加工的难度；在性能质量满足的前提下，使用新的方案减少材料消耗或者采用新的工艺减少加工难度；在功能实现的前提下，减少冗余模块等。当然，科技进步是降低成本的根本途径，不断将先进的技术应用在日常生产上，是企业降低成本消耗，提高产品质量的有效途径，通过新产品开发、新材料的运用、成熟产品的优化设计、工艺技术的创新、设备技术改进、采用信息化管理等措施，进而长远地降低成本，扩展利润空间。
2.4 在设计的基础上，合理组织安排生产
产品经个性化设计确认后，进入生产组织阶段，经过加工装备才能最终形成完工产品和成本费用的归集。这一阶段的生产、装配对成本的控制有重要的影响。汽轮机由上万个零件构成，其中汽缸、转子等部件按照积木块设计完成进行铸造，其他通用零部件或配套件则进行批量生产或外购。设计阶段实现的物号通用化和标准化为生产的批次化制造提供了条件。
基于模块化的设计过程及产品生产流程如图1所示。
大件气缸、毛坯由于采用积木块的设计，木模也按照积木块进行设计，相关的工装也可以重复利用，由此不但降低设计成本和缩短设计响应时间，而且相关的生产配件也可以根据设计调整重复搭建使用，有效地降低了大件部套的制造成本。另外，由于物号的通用化和标准化，机组大件以外的零部件按照排产的要求可以进行批量化生产，提高了加工的效率，也减少了加工的复杂程度。例如汽轮机核心零件叶片根据不同系类和型号的机组有不同的差异，但是在设计完成后，可以将同类叶片归并安排生产，将个性化的生产与批量化组织生产相结合，提高生产加工的效率，节约成本。
3 经验总结
3.1 产品底层模块合理设置及完备信息是设计成本有效管理的基础
底层积木块也就是设计BOM中各个物号，设计人员运用设计信息化工具快速搭建设计方案。首先，合理的设计底层模块，进行模块化和標准化设计，既要满足产品个性化设计的需要，又要减少底层模块数量，提高运用效率是产品设计成本管理的基石；其次，设计方案与成本的桥梁必须通过物号的定额成本来连接，所以对物号的定额成本的确定以及有效的更新是设计成本体现并应用的基础。
3.2 设计人员的激励措施是降低成本的有力保障
在目前经济相对低迷的时期，设计人员如何最大程度降低产品成本对企业市场竞争力有着重要的作用。采取积极有效的措施激励设计人员的创新应用以及在现有模式下优化设计模型、控制成本是设计成本的源头保障。公司采取设计人员单个项目优化奖励，鼓励设计人员利用长周期零部件，定期召开科技大会等形式，推动设计人员与成本的关联。
3.3 完工产品的成本可验证分析是成本持续管控的有力支持
按照定额确定的设计成本可以做为前期商务报价的依据，也可以作为公司成本管理的目标设置。在实际工作中，还需要将产品的实际发生成本与设计成本进行对比验证，查找设计成本中存在的问题，更好的实现用设计成本指导实务生产加工，用实际生产加工成本反馈设计成本，优化设计，管控成本。
3.4 前端设计与后端制造、管理相融合
设计对成本采取的措施，很多方面需要得到后面产品生产制造的响应，对成本的管理是系统和全生命周期的，所以设计也不能仅仅在本部门进行成本管控，需要和后端流程互动，与生产、采购、管理、财务甚至售后等协同，有效地管控成本。
主要参考文献
[1]袁媛，黄越. 装备制造业产品设计阶段成本控制研究[J].价值工程，2013（33）：140-141.
[2]张爽.装备制造业相关研究文献综述[J].现代商贸工业2010（16）：38-39.
[关键词] 设计成本；装备制造；个性化
doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 11. 038
[中图分类号] F275.3 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2017）11- 0079- 04
0 引 言
随着我国经济的不断发展，市场需求的不断变化，制造业企业的个性化定制产品的比例增大，单台设计、单台生产的客户需求以及更短的交货周期都要求企业能快速响应，并对产品的成本及竞争力提出更高的要求。工业驱动汽轮机作为能源与重化工领域的核心设备，用于驱动各种压缩机、鼓风机、泵等旋转机械，这类产品的技术参数通常根据项目现场条件需要，还需在高温、高压、变转速、变工况条件下运行，属于“量体裁衣”式的定制产品。与国内十余家汽轮机生产厂家相比，某汽轮集团能进行非标设计制造，最大限度满足用户需求，向用户提供个性化产品。得益于个性化设计的优势，某汽轮集团研制开发出各种用途的工业汽轮机，终结了国外同行业统治我国高端工业汽轮机市场的历史，创造了诸多国内首台套。由于汽轮机用户现场工况条件的差异化，由终端用户需求驱动下的公司定制产品已经走在定制化高端装备制造的前列，但在这波工业革命的潮流下，公司更多需要考虑的是定制化生产的竞争优势，其中核心的要素包括产品的质量及成本。
产品的个性化特点带来了性能及效率上的优势，使公司定制化汽轮机与西门子、GE、三菱等国际上一流企业处在同一平台竞争，但在目前国内劳动力成本高企、人民币升值以及产品附加成本较高等因素影响下，中国制造已经失去原来的低成本优势；同时随着国内去产能、去库存等宏观经济政策的影响，市场需求减少，同时行业竞争厂家的出现，对汽轮机产品的价格及交货期有更高要求，公司个性化设计生产的产品也面临前所未有的挑战。企业面临着既要保持市场占有率又要获得盈利的挑战，这就意味着成本控制迫在眉睫。本文以某汽轮集团公司的定制化产品为研究对象，探索确保定制化产品性能、交货期的前提下，通过设计成本的管理，降低产品成本，为装备制造公司个性化生产探索一条有效设计成本管理的道路。
1 汽轮机成本的构成
个性化定制产品的特点首先是定制，这就意味着产品的专属性，适应于特定客户在特定环境下使用。成本发生的制造阶段，材料、人工等大部分成本体现出来，但是在设计阶段，产品的70%以上的成本已经确定了，要进行成本的管控，特别是个性化设计的产品，必须从设计阶段开始。从几个维度对成本构成进行分析。
（1）从成本构成的角度划分：汽轮机装置由本体和外部设备组成，其中本体由气缸、转子、叶片、导叶持环、轴承以及轴承座等几千个零部件组成，外部設备为汽轮机辅助设备等。而汽轮机的气缸、转子等主要部件对材料和技术要求高，是产品成本的主要构成部分，也是设计需要重点关注的对象。
（2）从业务生命周期划分：从汽轮机订单获取—生产制造—交付用户—售后服务—资金完全回收，在产品全生命周期各個阶段都会有各种成本发生。完整汽轮机成本主要包含前期成本、设计开发投入、产品投料后实际发生制造成本（包括生产制造成本、流程中零部件质量检验成本、装箱发运成本以及各项制造费用分摊等）、产品运输及相关成本、以及质保期维护和售后成本等。
（3）从公司BOM系统结构划分：公司的汽轮机由底层模块，以“搭积木”方式组成各类不同部件，以各类不同部件组装搭配出不同功能需求的汽轮机。在BOM系统中某机组树状结构中，底层的结构也是构成汽轮机积木块的最小单位。汽轮机由标准模块组合搭建成不同的部件，由不同部件组合成部套，再由不同的部套搭建用户不同需求的汽轮机。
通过分析汽轮机成本构成的几个维度，可以对汽轮机的成本管控进行多维度的思考。产品的设计方案基本确定了汽轮机成本的主要构成部分，包括材料、加工工艺、加工设备等。汽轮机是由设计部门根据用户需求通过BOM/CAPP/PMIS/PLM信息化平台，采用模块化的设计单位，以“积木块”方式设计而成的。一般而言，产品设计成本就是根据技术、装备、工艺、质量、功用、性能等方面要求出具各种不同设计方案，核算和预测产品的成本水平。而产品的成本在设计阶段就已经基本确定了材料、结构、加工工艺等，产品投入生产制造后只能在有限的范围内降低成本，所以，如何将成本控制前移，将设计成本控制在可接受的范围内是个性化产品的成本控制的关键。
2 设计阶段做好成本的控制
2.1 做好设计底层积木块即模块的通用化和标准化
积木块式汽轮机结构给成本的控制带来良好的基础，底层积木块的设计通用化和标准化，使得可以运用“积木块”搭建出各种个性化的产品。同时积木块的多少也决定了产品的个性化程度。由此，底层积木块以及由底层积木块搭建的“中间件”就是成本控制的基础。底层积木块的通用化可以提高设计效率，减少零件的工艺准备，如专用工具、工艺流程等，同时为批量化生产提供条件，有利于生产熟练度提高和加工质量保证；通过积木块的标准化，建立公司设计BOM标准库，减少设计和加工制造的工作量。公司BOM系统中有5万个物号即底层积木块，对物号进行合理归并优化，大大提高产品的设计和制造效率。
个性化产品面对市场需求，但如何将个性化需求与标准化设计及生产有效连接，这就需要建立产品的个性化与物号的有机连接，尽可能实现物号的通用化和标准化，减少底层零部件的个性化设计，而通过底层零部件的组合实现新的部件，从而将个性化产品与零部件通用化搭建高效的连接通道。这种以产品内部的标准化应对外部的个性化和多样化，用少量模块组合成尽可能多的品种，不但能最大程度响应用户价值需求，而且对产品全生命周期成本管理上起到支撑作用。主要体现在产品的可制造性、可装配性、可维修性和可改进性（售后产品的升级换代）、减少产品设计修改、预防产品制造和装配错误，提高产品设计、制造、装配和服务效率等方面，实现降低产品开发成本、缩短产品开发周期，从而降低产品成本，提高产品竞争力。经过多年实践，公司汽轮机产品85%以上都是通过模块化设计预先定型的成熟零部件，只是少部分需要根据用户的个性需求适应地变形。公司2016年度的“模块化设计、并行化制造、个性化服务”全生命周期质量管理模式实践，也获得第二届中国质量奖制造业组织提名奖。 2.2 精细化积木块定额成本管理
底层积木块即物号应根据设计图纸，按照材料、加工工艺、设定预计成本，合理确定积木块的定额成本。定额成本的合理确定需要大量的基础信息，包括材料定额、工时定额、工序、加工工艺、加工设备、制造费用等。工时定额需要利用计算机信息管理系统，提供定额成本的各项数据。
产品设计成本的高低与否，要最后体现在成本的准确估量上，这也是进行产品成本快速与市场衔接的重要依据。如何快速进行设计成本估量并根据参数变更而设计变更是非常现实的问题。公司结合先进的设计理念和产品开发方法，基于形状结构特征产品模块化设計方法，在底层积木块定额成本的基础上，考虑产品的使用要求、性能要求及可靠性要求，将本体划分为前后支座、汽缸、转子、速关阀、调节气阀五个标准区段，从而建立了产品的设计成本预算模型。在各个标准区段中，可以根据变量的大小区分为固定模块和变量模块。例如，调节气阀是根据蒸汽量来确定型号的，在确定了型号和进汽参数的条件下，调节气阀是可以确定的，那么该区段为固定模块，可以相对固定成本模型； 而转子包含主轴、动叶环、气封环等，变化多样，根据其变化的因素，将变量模块单独确定其成本。区段的划分可以快速确定各模块的定额成本，按照积木块测算机组的设计成本。在个性化设计和制造中，最大程度找到共性化，是设计和成本管理的核心要素，从而提高各项工作效率。
2.3 提高设计人员的成本意识
设计人员不能只管设计而忽视成本，只有在设计过程中关心成本，才能考虑如何降低成本。市场部门要将产品的市场价格信息反馈给成本管理部门，由成本管理部门制定目标设计成本反馈给设计部门，将设计成本控制在目标成本范围内。目标成本可以是市场上竞争性价格也可以是企业设置未来提升竞争力需要达到的更优价格。
设计人员成本意识可以体现在设计的各个部分，比如，在日常设计过程中最大限度使用公司成熟的标准模块，减少使用新的物号，减少生产加工的难度；在性能质量满足的前提下，使用新的方案减少材料消耗或者采用新的工艺减少加工难度；在功能实现的前提下，减少冗余模块等。当然，科技进步是降低成本的根本途径，不断将先进的技术应用在日常生产上，是企业降低成本消耗，提高产品质量的有效途径，通过新产品开发、新材料的运用、成熟产品的优化设计、工艺技术的创新、设备技术改进、采用信息化管理等措施，进而长远地降低成本，扩展利润空间。
2.4 在设计的基础上，合理组织安排生产
产品经个性化设计确认后，进入生产组织阶段，经过加工装备才能最终形成完工产品和成本费用的归集。这一阶段的生产、装配对成本的控制有重要的影响。汽轮机由上万个零件构成，其中汽缸、转子等部件按照积木块设计完成进行铸造，其他通用零部件或配套件则进行批量生产或外购。设计阶段实现的物号通用化和标准化为生产的批次化制造提供了条件。
基于模块化的设计过程及产品生产流程如图1所示。
大件气缸、毛坯由于采用积木块的设计，木模也按照积木块进行设计，相关的工装也可以重复利用，由此不但降低设计成本和缩短设计响应时间，而且相关的生产配件也可以根据设计调整重复搭建使用，有效地降低了大件部套的制造成本。另外，由于物号的通用化和标准化，机组大件以外的零部件按照排产的要求可以进行批量化生产，提高了加工的效率，也减少了加工的复杂程度。例如汽轮机核心零件叶片根据不同系类和型号的机组有不同的差异，但是在设计完成后，可以将同类叶片归并安排生产，将个性化的生产与批量化组织生产相结合，提高生产加工的效率，节约成本。
3 经验总结
3.1 产品底层模块合理设置及完备信息是设计成本有效管理的基础
底层积木块也就是设计BOM中各个物号，设计人员运用设计信息化工具快速搭建设计方案。首先，合理的设计底层模块，进行模块化和標准化设计，既要满足产品个性化设计的需要，又要减少底层模块数量，提高运用效率是产品设计成本管理的基石；其次，设计方案与成本的桥梁必须通过物号的定额成本来连接，所以对物号的定额成本的确定以及有效的更新是设计成本体现并应用的基础。
3.2 设计人员的激励措施是降低成本的有力保障
在目前经济相对低迷的时期，设计人员如何最大程度降低产品成本对企业市场竞争力有着重要的作用。采取积极有效的措施激励设计人员的创新应用以及在现有模式下优化设计模型、控制成本是设计成本的源头保障。公司采取设计人员单个项目优化奖励，鼓励设计人员利用长周期零部件，定期召开科技大会等形式，推动设计人员与成本的关联。
3.3 完工产品的成本可验证分析是成本持续管控的有力支持
按照定额确定的设计成本可以做为前期商务报价的依据，也可以作为公司成本管理的目标设置。在实际工作中，还需要将产品的实际发生成本与设计成本进行对比验证，查找设计成本中存在的问题，更好的实现用设计成本指导实务生产加工，用实际生产加工成本反馈设计成本，优化设计，管控成本。
3.4 前端设计与后端制造、管理相融合
设计对成本采取的措施，很多方面需要得到后面产品生产制造的响应，对成本的管理是系统和全生命周期的，所以设计也不能仅仅在本部门进行成本管控，需要和后端流程互动，与生产、采购、管理、财务甚至售后等协同，有效地管控成本。
主要参考文献
[1]袁媛，黄越. 装备制造业产品设计阶段成本控制研究[J].价值工程，2013（33）：140-141.
[2]张爽.装备制造业相关研究文献综述[J].现代商贸工业2010（16）：38-39.