硬件成本管理【20221224更新】

（1）硬件项目成本的构成

在经济学和金融学中，边际成本指的是每一单位新增生产的产品带来的总成本的增量。这个概念表明每一单位的产品的成本与总产品量有关。比如，仅生产一辆汽车的成本是极其巨大的，而生产第101辆汽车的成本就低得多，而生产第10000辆汽车的成本就更低了（这是因为规模经济带来的效益）。 生产新的一辆车时，所用的材料可能有更好的用处，所以要尽量用最少的材料生产出最多的车，这样才能提高边际收益。边际成本简写为MC或MPC。

这是软件产品对比硬件产品最爽的地方，当我们海量发货的时候，说：“现在终于熬出头了，发货真爽。”但是软件产品的朋友悠悠的说一句“发license才爽”。

我们说硬件成本，不仅仅是硬件单板和整机的成本，硬件项目的成本由很多方面构成，包括研发成本、产品边际成本、服务成本、基础成本等，如图5.20。

图5.20 硬件成本组成

① 人力成本

人是最宝贵的，也是最贵的。在硬件产品的全流程中的人力投入粗略评估，如图5.21。

图5.21 硬件人力投入评估

整个研发流程中，各个环节所需要的人力投入都是需要进行评估的。如果对某一个环节在前期投入不足，一定会造成后续环节的时间加大投入。而且早期不解决问题，越到后期想解决，所带来的代价就会越大。

例如，如果在早期在器件选型的时候，对于器件生命周期的评估不准确，或者缺少评估。当产品量产后，发现关键器件已经部分或者全部厂家已经停产，则需要备货或者需要更改方案，带来的人力成本是非常大的浪费。

在整个研发过程中，每个环节的人力投入，或者每个环节的人力成本预算都不可以省略，或者进行裁剪需要进行严格的评估。

越是早期的研发投入越大，我们就需要，对未来硬件的销量的评估越准确。一方面，我们需要通过后期的批量发货把人力成本收回；另一方面，只有持续地批量发货才能承载硬件维护的人力成本。

所以产品经理、投资决策者要充分把握全生命周期的人力投入成本，以及发货的预计评估，保障硬件产品全周期的投入产出比。

② 仪器仪表成本

万用表、示波器、稳压源这些常规的仪器仪表总要配备吧？你的电路设计、射频、高速，所需要的仪器仪表的费用，那就不可估量了。

频谱分析仪、网络分析仪、信号发生器，配齐，发现一套二线城市的房子没有了。曾经有一个同事用6G带宽的示波器测试电源，被领导怒了：“你怎么拿着宝马测试电源？”还有个同事整天拿着一个低噪声的频谱分析仪出差，也是胆战心惊，总说自己拎着房子在出差。

对于很多初创企业，可以考虑二手仪器仪表，同时阶段性的项目，可以考虑通过租赁和借用的方式，降低仪器仪表的的投入。

③ 工具等易耗品成本

除了仪器仪表，还有一些易耗品，搞硬件各种工具少不了。螺丝刀，大的、小的、十字、一字；钳子，斜口钳、剥线钳、尖嘴钳；烙铁，烙铁头、烙铁芯、吸锡器、热风焊台，焊锡丝、吸锡扁带、助焊剂、松香、洗板水；镊子，弯头镊子、直头镊子等等。

5S做得不好，或者大家不爱惜的话，工具很容易丢失或损坏。而且有些工具是消耗品，例如镊子，很容易变形，变得不能捏起0402封装的电容电阻。

工具的管理是一个硬件部门，或者硬件公司的老大难问题。有时候，其实我们是通过浪费换取效率，虽然我们希望员工严格管理好自己的工具，不要造成浪费，但是我们更不希望因为临时工具缺失导致项目延期或者窝工等情况。所以我们在能够承载成本的前提下，多备用工具，容忍一定的浪费，来换取效率。

一般来说，我们把常规工具按照人头进行管理，贵重工具、特殊工具专人管理。相对来说，产线易于管理，也要严格管理，研发不易管理，一般适当宽松管理，以提高效率。

④ 改板成本

PCB制版，往往不是一次成功，可能会有一些错误、或者不稳定的因素，需要通过重新加工新版本的 PCB进行优化方案。如果在调测阶段的改板，主要浪费的是制版费、SMT、物料费用。如果在项目交付接近尾声的时候，如果这时候改板，则所有相关的环节都需要重新做一遍，试验、测试。造成的浪费和损失将会更大。

我们一般期望做到“一板成功”，但是在新项目很难做到。

我们需要通过优化我们的研发管理，实现更高效的“改板”。

其实一般来说，新板的错误，除了一些未知信息导致的不可避免的错误，有一些低级错误90%来自于“建库”。其实我们在建库环节应该严格管理，特别是初创企业，需要在建库的流程评审上面多下功夫。

但是小企业，可能没有足够的人力和时间去严格把控建库流程。我们仍然需要设立建库责任人，去检查建库是否正确，选型是否合理。这样，可以减少90%的低级错误。

改板有时候不可避免，我们也要坚决执行投板动作。这个做法，跟一些大公司做法不一样，大公司可能把“一板成功”作为KPI，但是小公司可能只能通过先投一板去发现问题。但是我们需要通过“需求跟踪表”、“改板问题跟踪表”等方式，避免需求错误、需求丢失、改板点丢失等问题的出现。

⑤ 直通率影响成本

直通率是对产品从第一道工序开始一次性合格到最后一道工序的参数，能够了解产品生产过程中在所有工序下产品直达到成品的能力，是反映企业质量控制能力的一个参数。如果产品直通率不高，所带来的成本，有可能是产品报废率的成本，或者是维修的人力成本，都是极大的浪费。直通率不但要关注SMT，还需要关注其他生产环节，结构件装配，生产测试等等。

直通率对于大公司，可能会通过流程进行考核。对于小公司，我们首先要做的事情，是：统计。有些小公司，对于直通率虽然是头疼的问题，认为不容易解决，或者认为我们等发货量大了之后再考虑，这种想法都是不对的。

我们首先就需要进行统计，一个批次加工，到底有多少问题。

第二件事，就是故障分类。

第三件事，就是解决TOP问题，二八原则，我们解决20%的问题种类，其实可以解决80%的问题数量。

所以，只要统计、分析、执行。一般来说直通率会带来明显的改善。并没有那么难，要动手做，笨办法往往是最好的办法。

⑥ 税费

税费主要包含增值税和企业所得税，根据企业的形式，有不同的税率，这一块的成本是需要核算进去的。

⑦ BOM清单中容易忽略的费用

除了元器件的采购，还有，结构件、开模费、线缆费用、连接器费用、包装、电源、外置天线，这些BOM清单里面的成本往往容易被忽略。

⑧ 生产加工

PCB加工、SMT、整机装配、整机调测、包装。有一些产品在生产环节还需要特殊工艺：例如一些特殊环境的产品，需要做三防、打胶，有一些需要甚至需要做水密测试。

⑨ 维修、维护费用

硬件产品售出之后，不是一卖了之。器件都有一点的失效率。器件、甚至包括一些结构件，不可能完全不损坏。现场的故障需要有人能解决，质保期的产品还需要维保。

⑩ 现场安装、升级

如果，远程搞不定的问题，可能还需要去现场安装、升级、调测。其中产生的差旅费，返修件、替换件等等，都需要成本支出。

⑪ 呆死料

呆死、死料形成原因有。设计改型后，原先的材料有新的替代料；采购过程中没有进行配套采购，多余的料就形成了呆死料；库房盘点不及时，对库存台账没有进行分析；材料没有保质期管理，长时间后，可用料变成无用料。

（2）硬件成本是设计出来的

我们重点讨论一下硬件单板和整机的成本控制，硬件产品的成本控制是设计出来的，因为硬件产品设计一旦定型，就很难去通过硬件修改来大幅度降成本，并且所有的修改也都是有成本代价的，还有可能会导致延期。

在项目的各个阶段都要进行成本设计和成本控制工作。

① 硬件立项的时候定成本目标

硬件产品的立项阶段，要设定产品的成本目标。由市场要求确定定价策略，并根据规格定义明确竞争策略，做定价参考，然后根据一些经验数据核算出成本要求。立项阶段做产品规划时，要考虑规聚焦核心目标，减低一些无意义技术复杂性。

② 硬件总体设计阶段分解成本目标，从架构设计和方案设计开始降成本

这个阶段会把成本目标分解到各个子领域，总体成本差距和子领域的成本短板都会显现出来，针对预估成本和成本目标的差距，启动总体设计阶段降成本分析，讨论降成本的各种备选方案，大家一起要为产品有成本竞争力出谋划策。

在制定设计方案的时候硬件项目经理和硬件工程师需要招集项目相关人员一起讨论，仔细去分析架构的合理性，特别是针对那些导致整体架构变复杂的节点，要逐一探讨分析，权衡各方因素，判断设计是否合理，也计算成本代价是否能够接受。总体设计完成时，成本达成情况也基本清晰了，可以判断这个产品是否有成本竞争力了。

这个阶段还有一项工作对成本达成影响很大，就是确立了主芯片方案后，需要完成关键芯片的谈价工作，大部分硬件产品中主芯片占整体成本比重很大，主芯片的价格谈的好，产品整体收益很大。

③ 硬件详细设计阶段把控设计细节，做到硬件成本最优

硬件原理图和PCB设计要强调的是一次把事情做对，减少改板次数，追求“一板成功”是降低硬件项目成本的重要手段。

硬件详细设计是硬件细节掌控能力的比拼，这个阶段工作都是手艺活，包括：

A 单板硬件设计的简洁化和归一化，应用“免、减、归”的精益设计思想去除冗余。

B硬件PCB设计降成本，如PCB降层，海量发货单板由4层板降到2层板，框式复杂单板由12层板降到10层板，这些都能带来可观的成本收益。

C电源、整机等外购件的降成本。

D 通过设计改进，优化工艺路线降低制造成本。

E采购谈价降成本。

为啥说这些都是手艺活，降成本这些措施中PCB layout、外壳ID设计、硬件模具开模、各种五金塑胶制品的加工工艺，产品设计要不能导致批量生产变复杂等等，这些都需要硬件工程师有全面的硬件工程实现能力。

④ 硬件测试阶段做好可靠性和成本平衡

硬件测试阶段我们要针对设计方案中的降成本策略进行专项验证，我以前在做成本敏感的产品时会把这个作为测试验证阶段的重点工作，在产品发布前全部完成验证，合入修改点。

硬件测试阶段测出可靠性和一致性问题，比如电源模块选型不满足满供时的降额要求，防护规格没法满8KV的加严要求等等，测试人员希望开发通过用更大的电源、用更多的防护器件解决这些问题，这时候需要我们的硬件工程师动脑性，找低成本的解决方案，避免或降低成本的增加。

⑤ 发货后持续降成本

产品上市开始发货之后，降成本工作还要持续去做，这些工作都会贯穿于硬件产品生命周期始终。这些持续的点滴工作，每省下来一分钱成本就是在每个发货产品上增加了一分钱的利润，随着你发货量增加会持续收益。可以做的工作包括如下几条。

A 硬件设计优化，包括持续简洁化消除冗余设计、提高直通率、进行低成本器件替代。

B 解决方案降成本，根据发货后客户使用情况减少辅料、优化典型场景互连方式等。

C结构件等降成本，发货量增加后持续谈价降成本。

D 制造成本优化，包括工艺改进、减少生产工序、提高生产自动化率等。

E 物料采购优化，做好市场需求预测和原材料采购之间的平衡，减少呆死料，减少库存。

（3）平衡可靠性和成本

① 客户要求的是产品整体可靠

可靠性是一系列方法的整合。可靠性整合是指无缝地、紧密地把不同可靠性方法融合在一起，从而以最小成本得到最佳可靠性。也就是说，可靠性方案是几种方法协调使用的整体，而不是一堆无序的可靠性任务。

产品由各种部件和组件构成。产品的可靠性在设计生产过程中，涉及到学科主要有，机械学、电子学、软件、光学、化学，所有这些学科组成了产品，应该重视这些学科之间的关系和总体的效果。我们设计的过程中也应该是考虑更全面，而不仅仅是从某个部件的角度思考，或者仅仅从某个学科的维度去思考和解决问题。产品的可靠性，不单纯是电路设计的可靠性，包含：硬件、软件、结构、运输、包装……

产品级别的可靠性是有机械可靠性、电气可靠性、软件可靠性的集合。在有些公司里面，软件可靠性和硬件可靠性是分别制定的，并没有进行整合。因此当故障发生时，同事间往往只是相互怀疑，而不是相互协调。各个不同的开发部门往往都是从自己部门的专业出发，去思考可靠性设计，甚至更糟糕的是一些大公司，有些部门从自己部门的利益和KPI去考虑设计。有些设计人员，设计的时候，做可靠性堆砌，不计成本的提升单部件的可靠性，导致了过设计、过冗余、过度降额。

但是，客户要的是完整的产品，客户要求产品的各个部件在一起能正常、可靠的运转。可靠性表现是由最终用户进行衡量的，产品开发人员应该从产品和部件进行综合考虑，开发出可靠的产品。同时，产品的设计导向上需要在可靠性和成本两方面平衡上进行引导，而不是追求单部件、单模块的高可靠性，造成冗余和过设计。

② 可靠性和成本的关系

可靠性设计可以减少保修成本、使用成本、可以提高客户满意度，同时可靠性设计也会造成开发成本、物料成本、生产成本上升。在硬件生命周期的各个阶段，我们提高可靠性，到底要实现到什么程度呢？我认为在保证我们达到业界标准、交付标准、客户需求等前提下，应该是运用可靠性设计实现生命周期的总成本（LCC Life-cycle Costing）降到最低。

生命周期成本是指项目投资方要获得项目产品或资产的终身所有权所需的总体花费。包括以下方面:

研究和开发成本:包括产品设计开发过程中，设计、演示、论证各阶段所需的花费，可能还包括可行性分析、效益分析、原型开发和获取相关材料等方面的费用。

实施/生产成本:包括开发或制作产品模型的相关成本，可能还包括产开发或测试过程以牵涉到的人力，物力的花费。以及培训、许可证等方面的间接费用，或其他方面的成本。

构造成本:主要是指为产品开发新的相关设备或架设必要的物质基础设该方面的成本:你如，开发新的相关设备，架设网络基础设施如电缆、电话装置等。

运行和支持成本:主要是指为了使产品能够运行而推持相应的支持系统所需要的成本。可能包括人员、备件或零件、维修、系统升级或管理等方面的成本。

淘汰或处理成本:这些是当淘汰或停止使用产品时所需的相关花费。可能包括转换成本，归档成本，或设备的回收利用等处理成本。可靠性和成本的关系如图5.23所示。

图5.23 可靠性和成本的关系

在产品定义中，制定合理的可靠性目标很重要，过高或过低的可靠性目标都对产品有伤害。我们增加可靠性成本会导致产品的总成本增加，当可靠性提升到一定水平就很难再进一步提高了，这时投资回报率会变差。并且产品的可靠性目标定的过高，客户会感知到成本增加，客户或许也不需要这么高的可靠性，他们可能就会选择更便宜的产品，或者相同价格，更时尚、更实用的产品。诺基亚手机摔不烂，砸不坏，但是卖不掉，客户不买单，这就是令人警醒的可靠性多度的例子。当然，可靠性目标更低也不好，维保的成本、会出现大量的返还件，最重要的是会导致产品口碑变差，这是多少成本都换不来的。

提升硬件产品的可靠性也不是仅仅盯着硬件，我们在产品设计中有很多DFX设计，通过软件手段提升硬件可靠性，虽然不能直接降低硬件产品的成本，但软件能力提升可以减少安装和上线的时间、缩短故障维修事件、支持远程诊断降低维护人员工作量，还能提升客户满意度，建立好的口碑。所以通过软件提升提高可靠性，也可以带来成本的节约。

———书籍推荐———

本文收录在《硬件十万个为什么 开发流程》

硬件产品开发是一项复杂的工程，涉及产品定义、成本控制、质量管理、进度管理、研发管理、生产管控、供应链管理和售后服务等多个环节。合理的流程可以化繁为简，提升沟通及合作效率，降低风险，确保项目按计划交付。

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