如何估算新电子产品的制造成本[案例研究：蓝牙设备]

2021-03-05

进行初步设计的最重要原因之一是，您可以在花钱进行全面开发之前，准确估算产品的制造成本。

第一部分–初步设计

初步的生产设计着重于回答一些您需要尽快知道的重要问题。这包括以下问题：

最终，您要回答的最重要的问题之一是制造您的产品将花费多少。制造成本将决定您将获得多少利润以及可以出售多少利润。

制造成本是您需要尽早知道的。不幸的是，许多企业家犯了首先完全设计其产品以进行生产的错误。完成所有这些操作后，他们回头开始计算制造成本。

那不是经验丰富的科技公司这样做的方式。他们在开始消耗资源以全面开发产品之前会回答所有重大问题。

如果制造不可行或制造成本过高，那么花所有时间尝试开发新产品是没有意义的。

初步的生产设计为您提供了在完全开发产品之前准确估算新产品制造成本所需的所有信息。它还可以让您尽早了解产品的制造可行性。

从初步的生产设计开始，它使您可以更准确地估算所有成本，创建更准确的里程碑时间表，并能够更好地确定产品的制造可行性。最终，它使您能够开发出更可能成功的更好的产品。

系统框图

开发初步生产设计的第一步是设计系统级框图。我们的假设产品包括四个主要功能：低功耗蓝牙微控制器，GPS，加速计和电源管理。

蓝牙低功耗（BLE）微控制器
该产品的核心将是蓝牙低功耗微控制器。这包括低功耗蓝牙无线电和运行固件代码的微控制器。这两个功能嵌入在称为片上系统（SoC）的单个芯片中。

但是，我始终建议您针对任何无线功能（例如Bluetooth Low Energy）使用预先认证的模块解决方案，而不是基于芯片的解决方案。该模块仍将基于BLE SoC，但还将包括天线。

为什么要从模块开始有两个原因。首先，使用模块可以大大降低CCC认证成本。这样可以为您节省产品认证费用。

第二个原因是模块将简化设计过程。无线功能往往很难正确设计。实际上，很可能需要多次迭代才能使事情变得正确。

使用模块可以缩短您的上市时间，这始终很重要。甚至大型高科技公司也开始使用模块，以便他们可以更快地将其产品推向市场。

如果您要扩大规模以生产100,000件或更多，则可能是切换到定制芯片设计以最大化您的利润率的好时机。

GPS
该产品涉及的另一个重要方面是GPS（全球定位系统），它通过UART串行接口与BLE微控制器通信。

与BLE一样，我们还将使用GPS模块解决方案。但是，使用GPS模块的主要原因有所不同。

GPS是仅接收技术。您不是故意在产品外部传输无线电波。这与低功耗蓝牙（Bluetooth Low Energy）形成鲜明对比，在低功耗蓝牙中，您显然正在接收和传输数据。

CCC主要关注产品辐射（传输）的电磁能，而不是产品接收的电磁能。

我仍然建议使用GPS模块，因为要检测来自太空的极微弱信号，这是正确实施的一项极具挑战性的技术。为了检测尽可能多的卫星，完全优化GPS设计至关重要。

加速度
计加速度计是一种电子传感器，可同时测量加速度和方向。例如，如果将加速度计粘贴到汽车上，它将检测汽车何时开始移动，停止，突然撞到颠簸或任何其他移动。您也可以使用加速度计来检测方向。

这是智能手机可以在横向和纵向显示之间切换的方式。加速度计可以检测方向，因为它可以检测到定义上下方向的重力方向。

加速度计通过简单的两线式I2C串行接口与BLE微控制器接口。

电源管理
现在让我们看一下电源部分。我们使用输出3.7V的锂聚合物电池为它供电。它将通过微型USB连接器进行充电，该微型USB连接器会馈入电池充电器芯片。该芯片可处理与锂电池充电相关的所有复杂事情。

然后，该锂电池将为输出3.3V的稳压器供电。这就是为蓝牙低功耗微控制器，加速度计和GPS供电的动力。

电源管理部分还包括电池监视功能，用于测量可充电锂电池的电量。

如果这是碱性电池，则可以通过测量其上的电压很容易地测量其电量。对于碱性电池，这是非常简单的，因为它具有线性放电曲线。锂电池并非如此。

锂电池的放电曲线非常非线性。它保持相当平坦直到某一点，然后迅速下降。您需要使用特殊的芯片来测量锂电池的电量。

这种电池监控器芯片通常也称为电量计。只需将电池中的能量视为产品的燃料即可。

然后，电池监控器芯片会将电池电量通过I2C传递到BLE微控制器。然后可以将电池充电状态发送到移动应用程序，以供用户监控。

元件选择

现在我们有了系统级框图，下一步是选择将执行框图中指定的每个功能的生产组件。

图2 –为我们的假设产品选择的生产组件列表。

蓝牙低功耗（BLE）微控制器
对于蓝牙LE微控制器，我选择了Fanstel的BT832模块。该模块基于Nordic Semiconductor流行的SoC nRF52832，该SoC嵌入了以64 MHz运行的ARM Cortex-M4F微控制器。

图3 – Fanstel的BT832蓝牙低功耗微控制器模块。

BT832包括用于程序存储的512KB闪存和64KB的RAM。它通过串行线调试（SWD）接口进行编程，但也支持空中（OTA）更新。它的视线范围约为100米。

BT832还包括一个内置天线。尽管许多无线模块可能需要外部天线（模块外部，不一定是产品外部），但我从未见过没有嵌入式天线的BLE模块。

GPS
对于GPS功能，我选择了SimCom的SIM33ELA模块。如果您是制造商，那么您可能已经从其深受业余爱好者欢迎的SIM800蜂窝模块中了解到这家公司。

图4 – SimCom的SIM33ELA GNSS / GPS模块，带有集成天线。

尽管为简化起见，我将其称为GPS模块，但从技术上讲，它是GNSS模块。GNSS（全球导航卫星系统）是用于卫星导航的广义术语，因为GPS实际上仅指美国系统。

GPS模块只能与美国操作的卫星一起使用，而GNSS模块也可以使用其他卫星导航系统。

加速度
计我选择了ST Microelectronics的LIS2DE12TR作为加速度计。这是一个三轴加速度计，可用于测量加速度和横向方向（以重力方向为参考）。

LIS2DE12TR仅消耗270uA的电流，并通过I2C轻松与微控制器接口。

电源管理
我们的假设跟踪设备的电源管理部分包括四个关键组件：电池充电器芯片，电量计芯片，电池本身和单个线性稳压器。它还需要一个microUSB连接器和一个JST电池连接器。

对于电池充电器芯片，我选择了德州仪器（TI）的BQ24092。该芯片将通过提供5V电源的USB连接器供电。然后，充电器可以提供高达1A的电池充电电流。

对于电量计芯片，我选择了ST Microelectronics的STC3100，它可以测量电池电压和电池电流以计算电池充电状态。

对于电池，我选择了PowerStream的GM571322-PCB 。该电池的容量为120mAh。

我选择了一种电池，该电池包括必要的保护电路，以防止电池在过度充电或短路时可能爆炸或着火。该保护电路嵌入在电池顶部的一块小的PCB上。

最终组件是德州仪器（TI）的TLV70233线性稳压器。该芯片将3.7V电池电压降至3.3V，以为该设计中的所有组件供电。

接下来，我们将采用所有这些组件并开始对其定价，以了解该产品的全部生产成本。但是在此之前，我们将首先看一下我们现在可以确定的一些技术规格。

生产规格选择了
所有关键组件后，您可以确定产品的许多关键技术规格。

图5 –可以从初步设计中确定的一些关键规格。

电源规格
对于电池供电的产品，您肯定要列出电源规格，例如平均功耗和估计的电池寿命。

指定产品的平均功耗时，请确保考虑到任何高电流组件的占空比。

例如，我为该案例研究选择的GPS模块消耗的电流高达25 mA，但我仅将产品的总电流消耗指定为20mA。

这是因为我假设GPS仅使用一半的时间。另一种说法是占空比为50％。GPS可能设置为打开两分钟，然后关闭两分钟，然后再次打开两分钟，依此类推。SIM33ELA GNSS模块将第一次修复的时间指定为28秒，因此2分钟的开机时间就足够了（在视频中我提到了1分钟的开机时间，但这可能太紧了）。

占空比为50％时，平均电流消耗降低了一半，因此我仅将12.5mA的平均电流消耗用于GPS模块。

当您将12.5mA电流加到BLE微控制器和加速度计消耗的电流中时，您将获得我指定的20mA平均电流。

我选择了120mAh电池，因此估计电池寿命约为6小时。

PCB规格
列出一些必要的PCB规格也很重要，以便估算您的原型设计和制造成本。

这包括所需的PCB层数（2、4、6、8等），焊接引脚数和无铅封装数。

无铅封装之所以不错，是因为它们占用的空间较小，但是它们却增加了PCB组装过程的额外成本，并且由于引脚不易接近，因此使所需的调试工作更加复杂。

外壳规格
最后，您应该包括产品外壳的关键规格，包括：材料类型，外壳尺寸和总重量。

此信息对于估算机柜的制造成本是必需的。

您还应该列出制造外壳所需的注塑模具数量。最简单的情况是具有顶侧和底侧的两件式外壳。

由于注塑模具非常昂贵，因此始终要尽量减少模具数量。

第2部分–估算制造单位成本

现在，我们将对制造产品所需的一切进行定价，以便我们可以估算产品的制造成本。我们还将研究如何根据估算的制造成本确定建议的零售价，以及如何估算您的利润率。
我们现在要迈出这一步，这是进行初步生产设计的主要原因之一。

最终，我认为生产成本（也称为制造成本或已售商品成本– COGS）是您需要尽早了解的最重要的事情之一。

这是因为制造成本将决定您的产品是否可以获利制造和销售。它将决定您要赚多少利润，以及可以卖出多少产品。

例如，如果您打算以99元的价格出售产品，并经过计算生产成本的练习，发现制造成本为75元，那么情况就必须有所改变。您将需要找到降低成本或提高建议零售价的方法。

或者，如果您永远无法获得足够的利润，则可以确定该产品不值得追求。但是，那也没关系。如果是这种情况，您需要尽快完全了解，以便转而使用具有更高利润潜力的新产品。

制造成本明细

图6 –电子零件成本。

现在，我们将遍历构成总生产成本的所有不同部分。我指定的数量是100、1k，10k和100k单位的成本。

通常，对于100和1K单位，首选国内制造。然后，对于1万或更多的批量生产，通常需要在中国制造。

请记住，即使是小批量生产，您还是最好从亚洲采购任何组件。然后组装产品，并在国内进行所有测试。

这种混合制造策略使您可以更直接地控制组装过程，最终测试以及最终产品的质量。但是，它仍然可以通过从中国购买组件来显着降低成本。

电子元件成本

我首先列出了我们在本系列的第一部分中已经选择的所有电子组件，包括蓝牙微控制器模块，GPS，加速度计，连接器和电池。

然后，我指定它们的价格为100、1k，10k和100k单位。这些数量假设该产品有望成为大批量消费电子产品。对于高价位的利基产品，较低的销量可能更合适。

随着制造量的增加，购买大量组件将获得折扣。确定数量折扣的最佳方法是从供应商处获取报价。

但是，如果您只是在寻找一个大概的估算，则可以大致假设每次上升10倍时，您将获得10％到25％的折扣。

一旦进入10万个或更多的真正大批量交易，您便拥有了更大的定价灵活性，因为在这些级别上，您可以与供应商协商定价。

印刷电路板

在列出所有各种组件的成本之后，下一个成本是空的印刷电路板（PCB）的制造。影响空PCB成本的两个主要标准是层数和电路板尺寸。

在生产完空的PCB之后，下一个成本是在所有电子组件上进行焊接。此步骤称为PCB组装。

图7 – PCB，机械和其他步骤的制造成本估算。

PCB组装成本主要受到要焊接的组件引脚总数以及无铅或细间距组件数量的影响。如果您完全坚持使用表面贴装元件，并且避免混入任何通孔元件，则PCB组装通常会更便宜。

您将了解到，组装PCB的成本将比制造空PCB的成本高得多。粗略估计您的PCB成本中约有25-35％用于空板，其余成本用于PCB组装。当然，这不包括实际组件本身的成本。

机械成本

对于大多数产品，包括我们的BLE跟踪产品示例，机械成本将主要用于塑料外壳。在此示例设计中，我假定了最简单的外壳，该外壳仅由形成顶部和底部的两片塑料组成。

影响外壳成本的主要因素将是制造零件的尺寸，选择哪种塑料，每个零件需要多少塑料以及注塑模具中的模腔数量。

您将始终要从单个型腔模具开始，这意味着它一次只能生产一个零件。

随着您增加制造数量，您将需要过渡到多腔模具，该模具可以在每次注射时生产同一零件的多个副本。多模腔模具可显着降低定制塑料零件的制造成本。

包装

不要忘记考虑您需要的零售包装。许多人在试图弄清楚产品的近似成本时会忘记此步骤。

通过您的网站或亚马逊进行销售时，该包装主要需要保护产品。由于您是通过网站直接出售给消费者，因此拥有绝对最佳的包装并不是至关重要的。在这种情况下，网站是销售产品的，而不是产品包装。

话虽如此，您不希望人们将产品邮寄到这里并立即给人留下不好的印象，因为包装看起来很无聊或便宜。

在人们没有网站和产品说明的零售环境中，包装变得越来越重要（且昂贵）。他们只有您的包装可以帮助他们决定购买。

零售时，您肯定需要多加考虑包装的外观和信息。请注意，真正精美的全彩零售包装（尤其是零售包装盒）将很昂贵，因此您绝对需要在制造成本估算中考虑该成本。

最终产品组装

接下来，我们需要增加组装最终产品的成本。请勿将此步骤与PCB组件混淆。PCB组装步骤仅是将所有电子组件焊接到电路板上。

另一方面，最终产品组装是完全组装成品（包括包装产品）的成本。

组装成本主要涉及人工成本，因为您需要工厂工人将产品组装在一起。全自动机器人组装仅在非常高的制造量（数百万个单位）时才具有财务意义。

估算最终组装成本的最佳方法是确定完全组装产品所需的时间。然后，根据制造商所在工厂的平均小时工资，您可以准确估算最终产品的装配成本。

您可以做得越多，简化产品组装过程，就可以节省更多的组装成本。因此，优化组装过程始终是当务之急。

质量测试，缺陷和退货

下一组成本涉及测试您的产品，并计算所有有缺陷的和退回的产品。

图8 –缺陷，退货，物流和进口关税的估计。

显然，您不希望仅组装产品并销售产品而无需事先进行测试。有多种方法可以做到这一点。您可以选择组装完整的产品，然后进行测试。或者，您可以选择先测试产品的各个部分，然后再将它们组合在一起。

任何未通过测试的单元都将被标记为有缺陷，并报废或回收。尽早假设次品率是10％。随着制造工艺的不断提高，废品率将降低。最终，您将目标定位为1-2％左右的次品率。

您还需要考虑产品的客户退货。不管产品多么出色，总会有客户的回报。由于产品缺陷会产生一些退货，而由于各种原因则会产生其他退货。

与次品率一样，通常可以假定最初的客户退货率约为10％。随着您提高产品质量和客户支持，退货率也会随着时间的流逝而降低。

运输，仓储和职责

如果您的产品是在中国制造的，则需要将其从工厂用卡车运到船坞，以海运方式运输。

然后，大约需要三周的时间才能穿越太平洋，太平洋很可能会降落在加利福尼亚州的某个港口。航空运输要贵得多，因此仅在绝对必要时才使用。

根据您的仓库所在位置，您还将有额外的国内卡车运输费用。

但是，如果您获得了足够大的订单以将产品直接从港口运送到零售商，则可以完全消除仓储成本。如果您有一个想要购买例如10,000个单位的客户，那么将产品运送到您的工厂或仓库是没有意义的。

但是，在大多数情况下，尤其是刚入门时，您将自己去仓库或存储产品。

还要考虑进口产品的任何关税和关税。250美元以下的消费电子产品目前没有美国进口税。但是，可能有关税，因此请确保确认当前要求。

总着陆制造成本

最后一步是现在将所有这些单个成本加起来以确定您的总着陆成本。降落是指到达您的仓库之后。这必须包括制造，从中国发货并运送到您的仓库的所有成本。

这是一门深入的课程，我将向您确切演示如何在开发产品之前估算产品的制造成本。

您的总着陆生产成本是您用来计算利润率和产品零售价的成本。这就是我们接下来要讨论的内容。

建议零售价

现在，我们已经计算出了降落的制造成本，我们可以对建议零售价进行实际估算。

图9 –建议零售价的估计值。

您首先需要知道有两种销售新产品的一般方法。一种方法是通过您的网站直接将其出售给消费者。您可以从制造商那里购买产品，然后将其直接出售给消费者。

另一种方法是通过零售店销售产品。两者之间的主要区别在于，如果您直接向消费者出售产品，那么您的利润率将会高得多，因为第三方（零售商）没有采取削减措施。

例如，如果您通过沃尔玛销售产品，那么它们将占销售价格的很大一部分。

通过零售渠道进行销售时，标准的加价标准是将建议零售价设置为制造成本的四倍。这意味着您以制造成本的两倍将产品出售给零售商，然后零售商以消费者支付的价格（批发成本）的两倍出售给消费者。

如果您打算直接出售给消费者，那么总加价可能会更低。我的拍摄成本是您的制造成本的三到四倍。

请记住，尽管从网站上讲，您可以在技术上以较低的价格出售产品，但是一旦您也开始以零售方式进行销售，此策略可能会产生一些负面影响。

零售商不希望在他们的商店中出售可以直接从您的网站以更低的成本购买的产品。您实质上是在削弱您的零售商，这通常是不可接受的。

即使直接向消费者销售商品时您只能负担两倍的加价，但这也不是一个好主意。

制造成本根据零件的数量而有很大的不同。您将要与显然已经在其产品上大批量生产的其他公司竞争。

为了能够竞争，您需要根据大量的陆上生产成本来确定产品价格。

在我的示例中，我使用10万个单位的价格来设置零售价。假设的BLE GPS跟踪设备的总着陆成本为$ 24.09（每10万个单位）。

如果我们使用3-4倍加价，则建议零售价范围为72.27美元至96.36美元。

有关设置产品建议零售价的更多详细信息，请务必阅读我的权威指南，为您的新电子硬件产品定价。

利润率

知道建议的零售价格和制造成本后，您现在就可以估算直接销售给消费者并通过零售渠道销售的利润率。

零售价格是制造成本的四倍，通常在零售时给您50％的利润率。这是因为分销链中的每个人通常将他们为产品支付的价格加倍（称为基石定价）。对于硬件产品，目标是40％到60％的利润率，以50％为标准。

您应该期望亏本出售最初的一百个单位或更多。但是，在这些低水平下，获利不是您的首要任务。首先，获得订单和反馈是头等大事。利润来得晚。

一旦达到一千个单位，您的利润就会增加，但仍然很小。在这么小的交易量下，您至少必须要保证金才能提高交易量。

如果您直接开始向消费者出售商品，那么您在定价上就会有更大的灵活性。这是直接销售给消费者的主要优势之一。

直接向消费者销售还可以使您从消费者那里获得更多直接的反馈。如果您通过沃尔玛销售产品，您将永远不会听到最终用户对您的产品的看法。

相反，您会听到沃尔玛对您的产品的看法以及产品的销售方式，但是您不会获得直接的反馈，以使您可以改进产品或改善营销信息。

通过您的网站直接销售给消费者的另一件好事是，您不必花太多时间在包装上。由于包装可能非常昂贵，因此它也降低了成本。

在大多数情况下，我建议您首先直接向消费者销售产品。取得一些初步的销售业绩，并利用成功的经验开始通过零售商销售您的产品。