模块化设计在连接器成本管理中的应用

鞠新健

泰州市航宇电器有限公司，中国·江苏 泰州 225300

1 背景

1.1 连接器市场活跃但中国缺乏高竞争水平产品

2015年全球整体连接器市场销售规模达到520 亿美元，2017年增长至621 亿美元，预计2018年市场规模进一步增长超过700 亿美元，整体处于稳步增长的趋势[1]。而中国连接器行业起步较晚，市场集中度较低，行业技术水平与先进国家技术水平相比仍有一定差距，多数装备水平低、工艺和技术相对落后，造成低端产品产能过剩、竞争激烈，高技术、高附加值产品少的局面。

1.2 产品质量和售后服务要求不断提高

2018年全国两会《政府工作报告》中提出“来一场中国制造的品质革命”，这是继2017年《政府工作报告》提出“推动中国经济发展进入质量时代”之后，再次发出“品质革命”的号召。这就意味着未来的产品竞争已摆脱单纯的价格竞争格局，变为价格、质量和服务等方面的全面竞争态势[1]。

2 设计成本管理

未来的连接器产品的成本管理，必然面向产品全生命周期，按产品全生命周期时间轴线，可简单分为前期成本、中期成本与后期成本。前期成本定位研发阶段，主要包括市场调研成本、样品制作成本和试验验证成本等；中期成本定位量产阶段，包括量产制造需要的料、工、费；后期成本管理定位服务阶段，主要指营销推广成本与售后服务成本。

其中，设计成本影响最为深远。毫不夸张地说，产品开始于设计，也终结于设计。

2.1 设计成本管理的重要性

对于连接器产品来说，产品成本的80% 是约束成本，并且在产品设计阶段就已经确定。因此，影响连接器企业未来市场定位的关键，是做好设计成本控制管理。

从成本投入的量级来说，前期的成本投入量最多，约占全生命周期的60%以上，包含产品设计开发、模具投入、设备投入和试验验证费用等；而中后期的成本投入主要就是料、工、费。从成本投入产出比来说，前期的成本投入风险最大，而中后期有相对稳定丰厚的收益。从影响深远度来说，产品设计以及产品设计成本管理，对中后期产品制造、市场推广和售后具有重要影响。好的产品设计加优秀的设计成本管理，将保证产品良品率、高效的生产效率，大幅度降低制造成本，易于市场推广，低故障率也为良好的售后服务打下基础，形成良性循环；相反，故障的产品设计以及低级的产品设计成本管理，将造成产品不良率高，难以把控物料、人员和设备投入，制造成本增加，周期难以评估，给市场推广和售后服务造成巨大障碍。

从连接器的行业特性来说，连接器行业遍布消费电子、汽车、数据通信、工业、医疗、航空航天及军事等领域，部分行业要求严格，如轨道交通行业的3C 认证、军工行业的鉴定要求等，产品验证门槛高、资金成本投入多、时间周期长，要求产品设计可靠，具备一次成功通过试验的能力。对连接器的设计成本管理要求，不但是经济成本的指标要求，也是时间成本的指标要求。

2.2 设计成本管理现况

传统的设计成本管理，一方面缺乏总体规划，多按市场需求开发，产品系列缺乏功能梯度，造成产品类别多，但无功能特殊性，缺乏市场竞争力；产品零部件缺乏关联性，数量种类多，管理成本高；另一方面，由于企业不太注重技术积累，设计团队研发能力参差不齐，导致某些产品在设计初期就存在缺陷，量产后问题不断，频繁的设计变更和救火式的售后服务，造成很大的成本浪费。

3 模块化设计

3.1 模块化设计理论

模块化设计理论，采用设计规则指导设计，提高设计可靠性，降低设计变更造成的成本浪费；规划产品功能梯度，形成全覆盖式产品推广，加强企业综合竞争力；更注重零部件关联性，按功能特性划分零件种类，形成通用零件库，提高零件使用效率，降低零件采购成本。

3.2 连接器模块化设计的可行性

连接器在各行各业都有应用，形成的系列化产品有上百种，各种定制开发产品更是不计其数。开展连接器模块化设计，将构建产品功能梯度，排查功能短板，定位市场，提前规划，形成企业优势产品突出、功能产品齐全的市场竞争力。

连接器系列产品多，结构也复杂多样，开展连接器模块化设计，将针对连接器多品种小批量的产品特性，培养设计过程模块化理念，将功能分析与系统分解相结合，构建零件通用化与标准化框架，提高零件利用率，降低库存管理内耗，提高企业竞争力[2]。

连接器设计需要一定的理论基础，熟悉产品加工方法、成型工艺，了解常用电镀等特种工艺等。简而言之，连接器产品设计不但要求有广泛的知识积累，还需要有丰富的产品设计经验。设计团队的培养需要时间，也需要巨大的人力成本投入，开展连接器模块化设计，将开发标准化“设计准则”，搭建技术创新平台，快速提高设计团队技能水平，保证产品设计一次成功率。

4 模块化设计的应用

4.1 构建产品功能梯度

连接器产品系列多、种类杂，产品种类越多，产品应用方向就越广；产品特性越复杂，其在市场的渗透力就越强。作为连接器企业，很少以一两款产品立足于市场，而是多系列、多品种特性产品并驾齐驱，形成集聚效应，达到与市场最大程度地融合。

连接器模块化设计将产品功能进行分类，分为基础功能、高指标功能和特性功能。连接器基础功能包含传输性能、电气性能、机械性能和环境性能；高指标功能是指在基础性能参数上更高指标要求，如将盐雾由48h 要求提升至200h；特殊功能指用户特殊要求性能，如深海连接器要求耐压能达到深水800m 的要求。产品的功能与产品的结构息息相关，常规产品的分布基本覆盖常规性能；以常规产品为基础，进行的高指标性能提升设计规划，可扩展产品性能与使用环境，达到升级产品的目的；而特性功能产品的研究，可预言开发相关结构，在研究结构可靠性与可行性后，通过模块化接口设计方法，集成到高性能产品，形成高端特种产品。

连接器模块化设计和传统的以型号区分的方式不同，其将产品通过功能区分，更清晰地了解产品功能梯度。结合产品市场分布，可更清楚了解市场需求，如车载应用方向连接器对振动环境的需求高，而船舶应用方向产品对产品耐盐雾性能要求高，在不同行业的功能布局就逐步形成。

对于特定行业关注的功能，对产品设计与产品质量管控过程中要侧重把握，这样避免全面过高标准把控，实现更好地降低成本。当然，很多人认为，我们企业目前的常规产品，能覆盖所有性能需求，那样我们就没必要开展模块化，这种分析对我们的发展没有多大意义。这种想法是错误的，模块式设计开展的产品功能梯度布局是面向未来市场，技术和需求的变化在不断更新，没有产品是“常青树”，产品功能覆盖面广，在当前市场有较大竞争力，不代表产品在未来能继续很好发展。模块化设计对功能的分析，能结合行业技术发展，预言开展高端产品布局，更快、更有效地抢占市场，形成引领市场，而不是跟着市场转的新型竞争机制。

4.2 零件通用化与标准化框架

模块化设计理念运用到标准化设计，可形成产品模块体系，以柔性、可变、多样性的产品应对用户多变的产品需求，避免重复开发、低水平单一开发，从而降低设计成本[3]。

模块化设计可以有效将连接器产品族分解为模块，建立模块体系；以功能为核心，通过功能分析，将产品结构部件进一步分解；实现通用要素的分离，实现相似要素的简化、合并，归于统一。将模块化设计应用于连接器，将大范围减低相似零件的重复开发，提高零件通用化水平，使产品拓展转化为核心零部件的更换，降低设计成本与后期的管理成本。

实现连接器模块化设计，需要自上而下规划模块划分规则。首先，先按产品市场定位、功能或结构特点，划分产品族，一般同类产品族的产品才有较强的结构通用可能性；其次，对同产品族产品进行结构分解，区分专用零部件、同类零部件和通用零部件，通用零部件直接进行整理归纳，它们是最容易实现模块化与标准化管理的；最后，规定同类零部件的接口规则，同类零部件有较强的相似性，但只有接口原则统一了，才能实现零件的通用。

模块化设计在连接器中的推广与应用，将实现一种模块有多种组合，提高产品适用范围；一种模块可应用于多种产品，降低零件开发数量，实现降本。

4.3 技术创新平台战略的应用

连接器技术创新平台是结合连接器开发理论基础与经验，完善标准化 “设计准则”的基础上，搭建的技术创新平台。技术平台有利于设计人员站在巨人的肩膀上开展设计工作，不但可以大幅提高设计人员的技术水平，还能保证产品的可靠与试验的一次成功率，大幅降低连接器设计的资金成本与时间成本，如图1所示。

图1 技术创新平台战略

4.3.1 技术平台的搭建

连接器的设计，需要设计人员具备一定的理论基础，不但要求机械工程类知识，还要求材料工程和电气工程类知识，学科融合度高，研发团队水平提升难。技术平台的搭建，可以从材料、结构和工艺等方面入手，材料包含常用材料、材料标准、材料特性，对应的零件结构与设计原则、设计要点以及加工工艺。

技术平台的搭建，需要大量的时间与精力投入，是自上而下的推行；技术平台的搭建，需要不断研讨与交流，如材料的选购途径与市场采购难度，加工工艺供应商产能匹配度等，供应链管理信息也会直接或间接影响到技术平台的搭建，只有全员参与、互动交流而搭建的技术平台，才具有较好的实施性，实现最大程度的降低设计与制造成本。

4.3.2 技术平台的创新性

技术平台的创新性在于技术平台不应该是一成不变的，而是与时俱进，不断更新的；平台不是平面化、单一、死板的知识框架，而是立体化、多选择性的知识库。通过对先进技术、成熟的经验的提炼和固化，提高了整体技术水平，在面对不同行业、不同市场需求，都能实现高水平技术对接。

技术平台的创新性还体现在与培训的结合，技术平台能最大限度地提升团队设计水平，尤其是新员工的设计能力。平台优势对技术的继承性，也将大大降低企业人员流失造成的人力成本损失。

5 结语

模块化设计很大程度上依赖于技术平台的建立，是在技术平台的孕育下逐步成长，需要较长时间的培育与坚持不懈的提炼总结。模块化收益确是显而易见的，从产品族的正向开发来说，模块化设计通过功能分析，能有效定位市场产品功能梯度的缺陷，针对该功能缺陷，进行新品相关功能的强化，以超前的反应力抢占市场。从产品质量来说，产品模块进行反复优化，应用广泛，产品经验丰富，工艺和制造质量稳定可靠，大幅度提高了产品设计的一次成功率；从用户角度来说，模块化设计在零件通用化的同时，也提高了零件的使用频率，不再局限于零库存的精益生产管理要求，可提高产品交付进度，同时批量化的零件采购，也降低了零件采购成本。