外观设计对产品成本影响几何？ 以软体家具排料利用率为例！-亚博电竞官方网址

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摘要

阐述在新产品开发初期，通过面向成本的设计方法，合理选择设计方案，控制产品成本。

方法：利用三维设计软件，虚拟仿真不同外观设计方案，并计算得出在不同方案下，面料或皮料排料结果对产品成本的影响。

结果显示，16mm的细微外观设计差别会导致产品0.7%的面料排料利用率差异和0.73%的真皮排料利用率差异。

本文结论，在新产品开发初期，利用计算机辅助设计软件三维建模和仿真计算，会对产品全生命周期中成本的控制产生事半功倍的影响。

家具这个古老的行业从19世纪中后期就随着世界工业化的脚步开始了这个行业特殊的发展历程。而时至今日，这个产业分工不断细化、协作频繁、竞争激烈。我国的家具产业自改革开放以来，行业总产值以每年15%的速度高速递增[1]；2005年中国家具出口额超过意大利、跃居世界第一[2]；2013年我国家具的总产值超过万亿，占世界总额的1/4。

然而，同我国其他劳动密集型产业一样，家具产业的高速发展主要体现在数量增长和规模扩张上。在产业链布局上，我国的家具企业大多数还处于生产制造环节，经过多年发展，企业生产具备完备的原材料供应链和高素质的劳动力，从而形成以低价为核心的竞争优势。

随着原材料供应、航运物流、人力成本等价格的飞涨，政府对企业能耗和环境治理的严格要求，以及国家对产业升级的方向把控，家具企业在产品开发阶段需要借鉴汽车、电子等高端制造业经验。通过转变思路、标准化模块化开发流程、引入新工具新技术，提高开发效率、从而提升产品核心竞争力。而这些对于企业是否能保持长期持续发展至关重要。

在大部分制造型企业都在往智能制造方向发展的今天，家具企业产品在研发阶段是否使用数字化开发工具已经不再是一道判断题。而选择正确的开发工具，并让工具契合企业自身的商业模式成为关键。数字研发的核心技术是计算机辅助设计（computer aided design, cad），是利用计算机快速的数值计算和强大的图文处理功能，辅助工程技术人员进行产品设计、工程绘图和数据管理的一门计算机应用技术。

cad技术在机械、汽车、电子、服装、建筑等行业的产品开发阶段已经有广泛的应用，而在家具行业，尤其是在用软性材料包覆的软体家具行业的应用还处于起步阶段。头部企业纷纷投入资源，与相关技术提供方一起探索打造数字产品开发的标准流程。而中小型家具企业也积极在市场上寻求数字研发亚博国际app官方的解决方案，希望通过快速的技术升级实现弯道超车。

在传统的产品管理中，成本的控制点往往集中在物料采购和产品生产过程中，而在现代的产品生命周期管理理论中，随着面向成本的设计（design for cost, dfc）概念的提出，要求从设计企划和研发打样阶段就充分考虑产品成本的控制，在产品的外观、功能、和成本上做到平衡，在公司利润和为客户提供价值之间找到最佳平衡点。

面料和皮料作为软体家具行业大量使用的生产原料，由于使用量巨大、上下游供应链复杂等因素，材料的使用利用率成为企业控制产品成本的关键。

本文以法国力克公司的三维设计软件为基础，以一款软体家具产品[3]为实例；阐述在面向成本的设计概念下，如何在产品设计阶段，利用软件工具模拟不同设计方案对产品成本的影响，在产品生命周期的早期开始控制产品成本。

产品的三维建模

对于家具产业而言，产品开发的数字化升级的基础是产品的虚拟建模和仿真分析，这些技术在汽车、电子、机加工等相对先进的行业的应用已经非常成熟，而在家具行业还处在方兴未艾的起步阶段。

特别是对于软体家具这个细分品类，由于其产品外观设计和市场需求的特殊性，再加上从业人员的技术背景，软件工具的选择往往需要仔细考虑与企业业务诉求和产品开发模式的契合度。

本文主要讨论内容是在已有三维数字模型的基础上，不同的设计对产品成本的影响，所以三维建模不做展开描述，只以产品三维模型（图1.1）说明本文所涉及的产品。

本产品实例[3]不同于传统软体家具，内部制成工艺比较类似汽车座椅，以金属结构和发泡工艺作为主，而外部面套则完全采用传统沙发工艺缝制，包覆可采用科技布或pu等人造材料，也可采用真皮材料。

图1.1

面套设计的不同方案

这个产品在外观设计上，曲线和曲面的造型非常有特点，除了整体造型的曲线设计，在分线的设计上有两条重要的“灵魂线”：一条位于产品的侧面，扶手外侧；而另一条位于产品的上部，扶手与靠背的交界位置。设计师在做这条扶手上侧的分线设计的时候，有如下a和b两种方案（图2.1）：

黄色分线为a方案，绿色分线为b方案。从视觉上看，a方案的分线曲线曲率比较复杂，虽然可让产品造型更灵动，但也为后续生产增加了难度，而b方案仅仅是把a分线曲线在曲率大的局部稍做调整。空间上两种方案最大的距离间隔仅有16mm，而产品其他部分的分线保持完全一致。

图 2.1

对于外观而言，ab两种方案在空间上最大16mm的距离从视觉上并不会造成明显区别，而这处微小的设计区别将会对后续生产和产品物料成本造成巨大差异。从生产工艺上看，较为简单分割带来的一定是工艺简单和质量稳定，而从产品成本来看，我们分别从人造面料和天然皮料排料的角度来看看设计为成本所带来的收益。

利用软件的自动“展平”功能，对a和b两种面套设计方案分别做从三维曲面到二维样版的展平操作，得到如下平面样版(图2.2)。由于两套设计方案的除了一处分线的微小区别，其他地方的设计完全一样，所以展平得到的二维样版的区别不仔细比较也很难区分。每套样版中左右的打对样版只显示了单侧一片，但在排料过程中是两片参与后面的排料计算。

图 2.2

设计方案对排料利用率的影响

基于以上两种设计展平的样版，利用软件分别进行人造面料和天然皮料的排料计算，并进行比较。

3.1人造面料排料利用率比较

在比较a和b两个设计方案的面料排料的计算中，使用完全相同的面料门幅、排料套数、排料时间等排料参数；由软件自动计算并给出排料利用率（以5套产品的排料为例），如图3.1所示。

图3.1

两种方案的面料排料利用率分别为85.0%（a）和85.7%（b），0.7%的区别虽然在数字上不大，但如果把这个数字应用于大规模批量生产，那么导致的成本差异将会非常巨大。

3.2天然皮料排料利用率比较

真皮皮料排料所涉及的参数会更加复杂。为了更好的产品成本控制，还需考虑产品样版上不同区域对应不同质量的皮料，而真皮皮料本身也存在不同的材料瑕疵。

如图3.2所示，根据产品的设计，样板按照不同部位定义了不同的皮质分区，以不同的颜色显示。例如在扶手顶面和侧面、靠背的正面采用最好的皮质（黄色），在扶手内侧选用略差的皮质（蓝色和绿色），而在样板的缝线部分采用最差的皮料（红色）。 

图：3.2

在软件的真皮排料模拟中，与面料排料一样，我们也对a和b两套设计方案采用了完全一致的排料参数，包括选取完全一样的真皮原料以确保瑕疵和皮区分布完全一致、设置同样的排料策略和排料计算时间等等，真皮排料结果如图3.3所示（以5套产品的排料为例）。

软件对两套设计方案分别给出了78.98%（a）和79.71%（b）的排料利用率结果。如果说面料0.7%的差异在产品产量不高的情况下，对成本的影响还不够明显的话，那么0.73%差异在高昂的真皮皮料的价格和产品批量生产的情况下，对产品成本冲击之巨大可想而知。

图：3.3

中高端真皮沙发所采用的皮料的成本大概是15元每平方尺，以这款沙发为例，通过软件计算得出5套产品排料共使用139.065尺皮料，按照0.73%的皮料节省，则平均每套沙发在皮料上的节省计算为：

如果以产量10万套计算，这个细微设计优化就能获得超过30万元的皮料节省，或者说这16mm的设计优化为这批产品生产节省了两万多尺的真皮原料。如果仔细考量产品可优化的部分，肯定不只这里一处，而在企业所有正在的开发产品中，也肯定不止这一款产品可做设计优化。

当然这个假设仅仅只考虑到原材料本身的成本节省，如果进一步考虑到这两万多尺皮料所相关的生产人工、物流仓储和管理等其他成本，没有企业会拒绝这16mm。

面向成本设计中参数化设计工具的优势

以上我们对样板的排料都是基于产品三维数字模型的展开面套样版。而产品的三维设计可以采用直接建模或参数化建模（parametric modeling）两种方式。

直接建模更多的是用来快速造型，能很方便快捷地制作出想要的产品设计效果，但缺点是不能处理特征之间的关系，只能修改模型上选定的曲面一个个进行修改。直接建模允许更快地操作设计，因此在项目概念开始时可以很方便。

但是如果设计的目的是为了后续的制造工艺、产品成本控制、生产质量控制和产品数字化管理，设计的输出就需要更严格的技术精度、更详细的技术细节和更好的项目可视化程度。在这个前提下，更强调标准化和模块化的参数化建模方法则是更合适的亚博国际app官方的解决方案。

参数化设计是将设计本身编写为数字模型（函数），通过修改初始条件和设计约束、并经过电脑计算得到工程结果的设计过程，实现设计过程的自动化。

以上的产品实例从外观数字化三维建模，到面套分线的设计，到三维面套的自动化展平，再到不同套样版方案分别在人造面料和真皮皮料上的仿真排料，以及相关排料利用率的分析计算，都是在力克公司面向成本的三维软件亚博国际app官方的解决方案中完成。

在基于“参数化设计”的方案下，产品设计方案的区别可以“量化直观”地展现出来，而且在数字模型上设计的变更由软件自动计算并快速给出分析结果。这样的设计逻辑使得产品的整个开发过程得到数字化提升，产品开发项目实现可视化、可预测，并与产品成本密切挂钩。

延伸阅读：如何翻越软体定制“三座大山”？法国力克的经验借鉴

结语

以上我们对样板的排料都是基于产品三维数字模型的展开面套样版。而产品的三维设计可以采用直接建模或参数化建模（parametric modeling）两种方式。

如果说产品的大规模生产强调的是“正确地做事”，那么产品的研发就是在追求“做正确的事”。

我国家具企业在逐渐失去劳动力成本、采购成本等优势的情况下，如果不能及时实现工具及技术升级、产业升级，仅仅只强调新产品的开发数量、简化开发流程，希望以产品的数量来迎合市场的多样需求，就会陷入一种恶性循环：企业给得越多，市场会要得更多，更难以满足。

而如果在面向成本的设计理念下，企业的产品开发和管理人员在研发早期阶段就以标准化模块化的思路，更早地介入产品成本的考量，多花些时间，利用先进的计算机辅助设计工具，仔细比较不同设计方案之间的区别，特别是对后续大规模生产将产生潜在影响的地方，将会大幅度提高产品开发质量，提升产品开发的成功率。

企业将从以大量的产品迎合市场的经营方式，转变为以优质的产品引领市场。

“失之毫厘，谬以千里”，笔者希望能从本文所描述的一个产品设计案例中，让读者看到产品的早期设计对成本造成的巨大影响，进而思考到在当前我国制造业产业升级和智能制造的大环境下，在传统家具产品开发中，有哪些地方应该借鉴先进制造业的经验，利用先进工具，改造开发流程，以更加“精益”的方式管理新产品研发。

参考文献：

[1] 汪洪波，基于供应链的家具生产企业协同运作机理研究 中南林业大学2013

[2] 王波、张春霞、戴永务，中国家具产业国际竞争力研究中国农学通报2008（09）

[3] 高凤麟 盘腿座具（冥想小圆）外观设计专利 专利号2019305084670

特别感谢：

力克系统（上海）有限公司，张连兴对本文真皮排料部分的技术指导。

永艺家具股份有限公司，宋金虎对本文产品外观设计部分的技术指导。