如何估算新電子產品的制造成本[案例研究：藍牙設備]

2021-03-05

進行初步設計的最重要原因之一是，您可以在花錢進行全面開發之前，準確估算產品的制造成本。

第一部分–初步設計

初步的生產設計著重于回答一些您需要盡快知道的重要問題。這包括以下問題：

最終，您要回答的最重要的問題之一是制造您的產品將花費多少。制造成本將決定您將獲得多少利潤以及可以出售多少利潤。

制造成本是您需要盡早知道的。不幸的是，許多企業家犯了首先完全設計其產品以進行生產的錯誤。完成所有這些操作后，他們回頭開始計算制造成本。

那不是經驗豐富的科技公司這樣做的方式。他們在開始消耗資源以全面開發產品之前會回答所有重大問題。

如果制造不可行或制造成本過高，那么花所有時間嘗試開發新產品是沒有意義的。

初步的生產設計為您提供了在完全開發產品之前準確估算新產品制造成本所需的所有信息。它還可以讓您盡早了解產品的制造可行性。

從初步的生產設計開始，它使您可以更準確地估算所有成本，創建更準確的里程碑時間表，并能夠更好地確定產品的制造可行性。最終，它使您能夠開發出更可能成功的更好的產品。

系統框圖

開發初步生產設計的第一步是設計系統級框圖。我們的假設產品包括四個主要功能：低功耗藍牙微控制器，GPS，加速計和電源管理。

藍牙低功耗（BLE）微控制器
該產品的核心將是藍牙低功耗微控制器。這包括低功耗藍牙無線電和運行固件代碼的微控制器。這兩個功能嵌入在稱為片上系統（SoC）的單個芯片中。

但是，我始終建議您針對任何無線功能（例如Bluetooth Low Energy）使用預先認證的模塊解決方案，而不是基于芯片的解決方案。該模塊仍將基于BLE SoC，但還將包括天線。

為什么要從模塊開始有兩個原因。首先，使用模塊可以大大降低CCC認證成本。這樣可以為您節省產品認證費用。

第二個原因是模塊將簡化設計過程。無線功能往往很難正確設計。實際上，很可能需要多次迭代才能使事情變得正確。

使用模塊可以縮短您的上市時間，這始終很重要。甚至大型高科技公司也開始使用模塊，以便他們可以更快地將其產品推向市場。

如果您要擴大規模以生產100,000件或更多，則可能是切換到定制芯片設計以最大化您的利潤率的好時機。

GPS
該產品涉及的另一個重要方面是GPS（全球定位系統），它通過UART串行接口與BLE微控制器通信。

與BLE一樣，我們還將使用GPS模塊解決方案。但是，使用GPS模塊的主要原因有所不同。

GPS是僅接收技術。您不是故意在產品外部傳輸無線電波。這與低功耗藍牙（Bluetooth Low Energy）形成鮮明對比，在低功耗藍牙中，您顯然正在接收和傳輸數據。

CCC主要關注產品輻射（傳輸）的電磁能，而不是產品接收的電磁能。

我仍然建議使用GPS模塊，因為要檢測來自太空的極微弱信號，這是正確實施的一項極具挑戰性的技術。為了檢測盡可能多的衛星，完全優化GPS設計至關重要。

加速度
計加速度計是一種電子傳感器，可同時測量加速度和方向。例如，如果將加速度計粘貼到汽車上，它將檢測汽車何時開始移動，停止，突然撞到顛簸或任何其他移動。您也可以使用加速度計來檢測方向。

這是智能手機可以在橫向和縱向顯示之間切換的方式。加速度計可以檢測方向，因為它可以檢測到定義上下方向的重力方向。

加速度計通過簡單的兩線式I2C串行接口與BLE微控制器接口。

電源管理
現在讓我們看一下電源部分。我們使用輸出3.7V的鋰聚合物電池為它供電。它將通過微型USB連接器進行充電，該微型USB連接器會饋入電池充電器芯片。該芯片可處理與鋰電池充電相關的所有復雜事情。

然后，該鋰電池將為輸出3.3V的穩壓器供電。這就是為藍牙低功耗微控制器，加速度計和GPS供電的動力。

電源管理部分還包括電池監視功能，用于測量可充電鋰電池的電量。

如果這是堿性電池，則可以通過測量其上的電壓很容易地測量其電量。對于堿性電池，這是非常簡單的，因為它具有線性放電曲線。鋰電池并非如此。

鋰電池的放電曲線非常非線性。它保持相當平坦直到某一點，然后迅速下降。您需要使用特殊的芯片來測量鋰電池的電量。

這種電池監控器芯片通常也稱為電量計。只需將電池中的能量視為產品的燃料即可。

然后，電池監控器芯片會將電池電量通過I2C傳遞到BLE微控制器。然后可以將電池充電狀態發送到移動應用程序，以供用戶監控。

元件選擇

現在我們有了系統級框圖，下一步是選擇將執行框圖中指定的每個功能的生產組件。

圖2 –為我們的假設產品選擇的生產組件列表。

藍牙低功耗（BLE）微控制器
對于藍牙LE微控制器，我選擇了Fanstel的BT832模塊。該模塊基于Nordic Semiconductor流行的SoC nRF52832，該SoC嵌入了以64 MHz運行的ARM Cortex-M4F微控制器。

圖3 – Fanstel的BT832藍牙低功耗微控制器模塊。

BT832包括用于程序存儲的512KB閃存和64KB的RAM。它通過串行線調試（SWD）接口進行編程，但也支持空中（OTA）更新。它的視線范圍約為100米。

BT832還包括一個內置天線。盡管許多無線模塊可能需要外部天線（模塊外部，不一定是產品外部），但我從未見過沒有嵌入式天線的BLE模塊。

GPS
對于GPS功能，我選擇了SimCom的SIM33ELA模塊。如果您是制造商，那么您可能已經從其深受業余愛好者歡迎的SIM800蜂窩模塊中了解到這家公司。

圖4 – SimCom的SIM33ELA GNSS / GPS模塊，帶有集成天線。

盡管為簡化起見，我將其稱為GPS模塊，但從技術上講，它是GNSS模塊。GNSS（全球導航衛星系統）是用于衛星導航的廣義術語，因為GPS實際上僅指美國系統。

GPS模塊只能與美國操作的衛星一起使用，而GNSS模塊也可以使用其他衛星導航系統。

加速度
計我選擇了ST Microelectronics的LIS2DE12TR作為加速度計。這是一個三軸加速度計，可用于測量加速度和橫向方向（以重力方向為參考）。

LIS2DE12TR僅消耗270uA的電流，并通過I2C輕松與微控制器接口。

電源管理
我們的假設跟蹤設備的電源管理部分包括四個關鍵組件：電池充電器芯片，電量計芯片，電池本身和單個線性穩壓器。它還需要一個microUSB連接器和一個JST電池連接器。

對于電池充電器芯片，我選擇了德州儀器（TI）的BQ24092。該芯片將通過提供5V電源的USB連接器供電。然后，充電器可以提供高達1A的電池充電電流。

對于電量計芯片，我選擇了ST Microelectronics的STC3100，它可以測量電池電壓和電池電流以計算電池充電狀態。

對于電池，我選擇了PowerStream的GM571322-PCB 。該電池的容量為120mAh。

我選擇了一種電池，該電池包括必要的保護電路，以防止電池在過度充電或短路時可能爆炸或著火。該保護電路嵌入在電池頂部的一塊小的PCB上。

最終組件是德州儀器（TI）的TLV70233線性穩壓器。該芯片將3.7V電池電壓降至3.3V，以為該設計中的所有組件供電。

接下來，我們將采用所有這些組件并開始對其定價，以了解該產品的全部生產成本。但是在此之前，我們將首先看一下我們現在可以確定的一些技術規格。

生產規格選擇了
所有關鍵組件后，您可以確定產品的許多關鍵技術規格。

圖5 –可以從初步設計中確定的一些關鍵規格。

電源規格
對于電池供電的產品，您肯定要列出電源規格，例如平均功耗和估計的電池壽命。

指定產品的平均功耗時，請確?？紤]到任何高電流組件的占空比。

例如，我為該案例研究選擇的GPS模塊消耗的電流高達25 mA，但我僅將產品的總電流消耗指定為20mA。

這是因為我假設GPS僅使用一半的時間。另一種說法是占空比為50％。GPS可能設置為打開兩分鐘，然后關閉兩分鐘，然后再次打開兩分鐘，依此類推。SIM33ELA GNSS模塊將第一次修復的時間指定為28秒，因此2分鐘的開機時間就足夠了（在視頻中我提到了1分鐘的開機時間，但這可能太緊了）。

占空比為50％時，平均電流消耗降低了一半，因此我僅將12.5mA的平均電流消耗用于GPS模塊。

當您將12.5mA電流加到BLE微控制器和加速度計消耗的電流中時，您將獲得我指定的20mA平均電流。

我選擇了120mAh電池，因此估計電池壽命約為6小時。

PCB規格
列出一些必要的PCB規格也很重要，以便估算您的原型設計和制造成本。

這包括所需的PCB層數（2、4、6、8等），焊接引腳數和無鉛封裝數。

無鉛封裝之所以不錯，是因為它們占用的空間較小，但是它們卻增加了PCB組裝過程的額外成本，并且由于引腳不易接近，因此使所需的調試工作更加復雜。

外殼規格
最后，您應該包括產品外殼的關鍵規格，包括：材料類型，外殼尺寸和總重量。

此信息對于估算機柜的制造成本是必需的。

您還應該列出制造外殼所需的注塑模具數量。最簡單的情況是具有頂側和底側的兩件式外殼。

由于注塑模具非常昂貴，因此始終要盡量減少模具數量。

第2部分–估算制造單位成本

現在，我們將對制造產品所需的一切進行定價，以便我們可以估算產品的制造成本。我們還將研究如何根據估算的制造成本確定建議的零售價，以及如何估算您的利潤率。
我們現在要邁出這一步，這是進行初步生產設計的主要原因之一。

最終，我認為生產成本（也稱為制造成本或已售商品成本– COGS）是您需要盡早了解的最重要的事情之一。

這是因為制造成本將決定您的產品是否可以獲利制造和銷售。它將決定您要賺多少利潤，以及可以賣出多少產品。

例如，如果您打算以99元的價格出售產品，并經過計算生產成本的練習，發現制造成本為75元，那么情況就必須有所改變。您將需要找到降低成本或提高建議零售價的方法。

或者，如果您永遠無法獲得足夠的利潤，則可以確定該產品不值得追求。但是，那也沒關系。如果是這種情況，您需要盡快完全了解，以便轉而使用具有更高利潤潛力的新產品。

制造成本明細

圖6 –電子零件成本。

現在，我們將遍歷構成總生產成本的所有不同部分。我指定的數量是100、1k，10k和100k單位的成本。

通常，對于100和1K單位，首選國內制造。然后，對于1萬或更多的批量生產，通常需要在中國制造。

請記住，即使是小批量生產，您還是最好從亞洲采購任何組件。然后組裝產品，并在國內進行所有測試。

這種混合制造策略使您可以更直接地控制組裝過程，最終測試以及最終產品的質量。但是，它仍然可以通過從中國購買組件來顯著降低成本。

電子元件成本

我首先列出了我們在本系列的第一部分中已經選擇的所有電子組件，包括藍牙微控制器模塊，GPS，加速度計，連接器和電池。

然后，我指定它們的價格為100、1k，10k和100k單位。這些數量假設該產品有望成為大批量消費電子產品。對于高價位的利基產品，較低的銷量可能更合適。

隨著制造量的增加，購買大量組件將獲得折扣。確定數量折扣的最佳方法是從供應商處獲取報價。

但是，如果您只是在尋找一個大概的估算，則可以大致假設每次上升10倍時，您將獲得10％到25％的折扣。

一旦進入10萬個或更多的真正大批量交易，您便擁有了更大的定價靈活性，因為在這些級別上，您可以與供應商協商定價。

印刷電路板

在列出所有各種組件的成本之后，下一個成本是空的印刷電路板（PCB）的制造。影響空PCB成本的兩個主要標準是層數和電路板尺寸。

在生產完空的PCB之后，下一個成本是在所有電子組件上進行焊接。此步驟稱為PCB組裝。

圖7 – PCB，機械和其他步驟的制造成本估算。

PCB組裝成本主要受到要焊接的組件引腳總數以及無鉛或細間距組件數量的影響。如果您完全堅持使用表面貼裝元件，并且避免混入任何通孔元件，則PCB組裝通常會更便宜。

您將了解到，組裝PCB的成本將比制造空PCB的成本高得多。粗略估計您的PCB成本中約有25-35％用于空板，其余成本用于PCB組裝。當然，這不包括實際組件本身的成本。

機械成本

對于大多數產品，包括我們的BLE跟蹤產品示例，機械成本將主要用于塑料外殼。在此示例設計中，我假定了最簡單的外殼，該外殼僅由形成頂部和底部的兩片塑料組成。

影響外殼成本的主要因素將是制造零件的尺寸，選擇哪種塑料，每個零件需要多少塑料以及注塑模具中的模腔數量。

您將始終要從單個型腔模具開始，這意味著它一次只能生產一個零件。

隨著您增加制造數量，您將需要過渡到多腔模具，該模具可以在每次注射時生產同一零件的多個副本。多模腔模具可顯著降低定制塑料零件的制造成本。

包裝

不要忘記考慮您需要的零售包裝。許多人在試圖弄清楚產品的近似成本時會忘記此步驟。

通過您的網站或亞馬遜進行銷售時，該包裝主要需要保護產品。由于您是通過網站直接出售給消費者，因此擁有絕對最佳的包裝并不是至關重要的。在這種情況下，網站是銷售產品的，而不是產品包裝。

話雖如此，您不希望人們將產品郵寄到這里并立即給人留下不好的印象，因為包裝看起來很無聊或便宜。

在人們沒有網站和產品說明的零售環境中，包裝變得越來越重要（且昂貴）。他們只有您的包裝可以幫助他們決定購買。

零售時，您肯定需要多加考慮包裝的外觀和信息。請注意，真正精美的全彩零售包裝（尤其是零售包裝盒）將很昂貴，因此您絕對需要在制造成本估算中考慮該成本。

最終產品組裝

接下來，我們需要增加組裝最終產品的成本。請勿將此步驟與PCB組件混淆。PCB組裝步驟僅是將所有電子組件焊接到電路板上。

另一方面，最終產品組裝是完全組裝成品（包括包裝產品）的成本。

組裝成本主要涉及人工成本，因為您需要工廠工人將產品組裝在一起。全自動機器人組裝僅在非常高的制造量（數百萬個單位）時才具有財務意義。

估算最終組裝成本的最佳方法是確定完全組裝產品所需的時間。然后，根據制造商所在工廠的平均小時工資，您可以準確估算最終產品的裝配成本。

您可以做得越多，簡化產品組裝過程，就可以節省更多的組裝成本。因此，優化組裝過程始終是當務之急。

質量測試，缺陷和退貨

下一組成本涉及測試您的產品，并計算所有有缺陷的和退回的產品。

圖8 –缺陷，退貨，物流和進口關稅的估計。

顯然，您不希望僅組裝產品并銷售產品而無需事先進行測試。有多種方法可以做到這一點。您可以選擇組裝完整的產品，然后進行測試。或者，您可以選擇先測試產品的各個部分，然后再將它們組合在一起。

任何未通過測試的單元都將被標記為有缺陷，并報廢或回收。盡早假設次品率是10％。隨著制造工藝的不斷提高，廢品率將降低。最終，您將目標定位為1-2％左右的次品率。

您還需要考慮產品的客戶退貨。不管產品多么出色，總會有客戶的回報。由于產品缺陷會產生一些退貨，而由于各種原因則會產生其他退貨。

與次品率一樣，通?？梢约俣ㄗ畛醯目蛻敉素浡始s為10％。隨著您提高產品質量和客戶支持，退貨率也會隨著時間的流逝而降低。

運輸，倉儲和職責

如果您的產品是在中國制造的，則需要將其從工廠用卡車運到船塢，以海運方式運輸。

然后，大約需要三周的時間才能穿越太平洋，太平洋很可能會降落在加利福尼亞州的某個港口。航空運輸要貴得多，因此僅在絕對必要時才使用。

根據您的倉庫所在位置，您還將有額外的國內卡車運輸費用。

但是，如果您獲得了足夠大的訂單以將產品直接從港口運送到零售商，則可以完全消除倉儲成本。如果您有一個想要購買例如10,000個單位的客戶，那么將產品運送到您的工廠或倉庫是沒有意義的。

但是，在大多數情況下，尤其是剛入門時，您將自己去倉庫或存儲產品。

還要考慮進口產品的任何關稅和關稅。250美元以下的消費電子產品目前沒有美國進口稅。但是，可能有關稅，因此請確保確認當前要求。

總著陸制造成本

最后一步是現在將所有這些單個成本加起來以確定您的總著陸成本。降落是指到達您的倉庫之后。這必須包括制造，從中國發貨并運送到您的倉庫的所有成本。

這是一門深入的課程，我將向您確切演示如何在開發產品之前估算產品的制造成本。

您的總著陸生產成本是您用來計算利潤率和產品零售價的成本。這就是我們接下來要討論的內容。

建議零售價

現在，我們已經計算出了降落的制造成本，我們可以對建議零售價進行實際估算。

圖9 –建議零售價的估計值。

您首先需要知道有兩種銷售新產品的一般方法。一種方法是通過您的網站直接將其出售給消費者。您可以從制造商那里購買產品，然后將其直接出售給消費者。

另一種方法是通過零售店銷售產品。兩者之間的主要區別在于，如果您直接向消費者出售產品，那么您的利潤率將會高得多，因為第三方（零售商）沒有采取削減措施。

例如，如果您通過沃爾瑪銷售產品，那么它們將占銷售價格的很大一部分。

通過零售渠道進行銷售時，標準的加價標準是將建議零售價設置為制造成本的四倍。這意味著您以制造成本的兩倍將產品出售給零售商，然后零售商以消費者支付的價格（批發成本）的兩倍出售給消費者。

如果您打算直接出售給消費者，那么總加價可能會更低。我的拍攝成本是您的制造成本的三到四倍。

請記住，盡管從網站上講，您可以在技術上以較低的價格出售產品，但是一旦您也開始以零售方式進行銷售，此策略可能會產生一些負面影響。

零售商不希望在他們的商店中出售可以直接從您的網站以更低的成本購買的產品。您實質上是在削弱您的零售商，這通常是不可接受的。

即使直接向消費者銷售商品時您只能負擔兩倍的加價，但這也不是一個好主意。

制造成本根據零件的數量而有很大的不同。您將要與顯然已經在其產品上大批量生產的其他公司競爭。

為了能夠競爭，您需要根據大量的陸上生產成本來確定產品價格。

在我的示例中，我使用10萬個單位的價格來設置零售價。假設的BLE GPS跟蹤設備的總著陸成本為$ 24.09（每10萬個單位）。

如果我們使用3-4倍加價，則建議零售價范圍為72.27美元至96.36美元。

有關設置產品建議零售價的更多詳細信息，請務必閱讀我的權威指南，為您的新電子硬件產品定價。

利潤率

知道建議的零售價格和制造成本后，您現在就可以估算直接銷售給消費者并通過零售渠道銷售的利潤率。

零售價格是制造成本的四倍，通常在零售時給您50％的利潤率。這是因為分銷鏈中的每個人通常將他們為產品支付的價格加倍（稱為基石定價）。對于硬件產品，目標是40％到60％的利潤率，以50％為標準。

您應該期望虧本出售最初的一百個單位或更多。但是，在這些低水平下，獲利不是您的首要任務。首先，獲得訂單和反饋是頭等大事。利潤來得晚。

一旦達到一千個單位，您的利潤就會增加，但仍然很小。在這么小的交易量下，您至少必須要保證金才能提高交易量。

如果您直接開始向消費者出售商品，那么您在定價上就會有更大的靈活性。這是直接銷售給消費者的主要優勢之一。

直接向消費者銷售還可以使您從消費者那里獲得更多直接的反饋。如果您通過沃爾瑪銷售產品，您將永遠不會聽到最終用戶對您的產品的看法。

相反，您會聽到沃爾瑪對您的產品的看法以及產品的銷售方式，但是您不會獲得直接的反饋，以使您可以改進產品或改善營銷信息。

通過您的網站直接銷售給消費者的另一件好事是，您不必花太多時間在包裝上。由于包裝可能非常昂貴，因此它也降低了成本。

在大多數情況下，我建議您首先直接向消費者銷售產品。取得一些初步的銷售業績，并利用成功的經驗開始通過零售商銷售您的產品。