航天型號研制費用綜合評估體系

◎中國運載火箭技術研究院 唐亞剛 孫冀偉 張濤

哈爾濱工業(yè)大學管理學院 程延江

航天型號研制項目是復雜的系統(tǒng)工程，具有高投入性、高科技性、高風險性等特征。其經(jīng)費問題已成為當今發(fā)展航天事業(yè)的主要制約因素之一。由于航天工程耗資巨大，所以費用估算是航天企業(yè)決策者和管理者面臨的首要問題。

隨著國內(nèi)外航天領域競爭的愈演愈烈，中國航天型號研制面臨著越來越大的挑戰(zhàn)，囿于國家經(jīng)費限制和型號產(chǎn)品研制的高風險、高投資額，在進行航天型號的多方案比較和經(jīng)費申請計劃時，必須做好成本分析及預測。

航天型號的研制費用是指能提供一套正樣為止的航天型號全部費用，包括論證、設計、試制、試驗以及定型等階段。正確估算研制費用對于方案選優(yōu)以及加強型號研制全過程費用管理都有十分重要的意義。研制階段經(jīng)費估算直接影響了型號預算以及總體、分系統(tǒng)等不同層面單位的成本控制。因此，綜合分析研制經(jīng)費與技術參數(shù)之間的關系，研究經(jīng)費使用的規(guī)律，有助于科學預測研制各階段的經(jīng)費使用，并進行科學、合理的分配。

一、國內(nèi)外航天型號費用管理基本情況

1.國外航天型號費用管理

國外航天工業(yè)費用估算方法相對我國比較成熟，主要體現(xiàn)在全生命周期費用法、定費用設計法、費用作為獨立變量法三個方面。

（1）全生命周期費用（LCC）

美國是最早進行LCC研究的國家。20世紀50年代，基于飛機使用維護費用急劇增長，致使美軍“買得起用不起”，因此提出了LCC的概念。在1963年，美國國防部開始執(zhí)行規(guī)劃—計劃—預算一體化系統(tǒng)；美空軍在項目采辦中推出TTP（戰(zhàn)術、技術和程序）策略，由此開始了對武器系統(tǒng)LCC的基本概念、計算方法、評估程序等方面的研究實踐。

LCC是指航天型號產(chǎn)品從設計方案論證開始，直到報廢的全過程所花費的資金總額。根據(jù)NASA典型項目的全生命周期，基本包括方案定義、方案設計、型號初步設計、型號設計開發(fā)、型號測試評估、生產(chǎn)、型號運行保障等階段。因此，LCC包括研制、生產(chǎn)制造、使用維修和報廢等費用。

（2）定費用設計（DTC）

隨著宏觀軍事需求和國防經(jīng)費的不斷變化，從70年代開始，美國開始推行DTC方法。旨在通過設定費用目標，以費用控制管理來對費用進行控制，實現(xiàn)型號研制費用的可控。DTC法將“費用”確定為方案設計參數(shù)，確定了從采購到使用全過程的費用估算方法。

（3）費用作為獨立變量（CAIV）

從1995年開始，美國國防部又提出了采用CAIV作為型號研制費用評估的基本方針和政策。這種方法已經(jīng)成為現(xiàn)階段美軍型號研制費用的普遍性管理方法。它將經(jīng)濟性參數(shù)和性能參數(shù)同等對待，并將“費用”作為獨立設計目標，綜合權衡性能和進度，使項目費用受控和可承受。CAIV中最重要的組成部分是“獨立變量”。它有兩個特點，一是強調(diào)費用是項目方案設計需求和目標的組成部分，開始將費用作為一種輸入變量而不是輸出變量；二是強調(diào)了費用和性能指標的重要一致性，二者具有相同的權重，要權衡二者之間的綜合最優(yōu)。

近些年，NASA又提出了持續(xù)成本風險管理（CCRM）模式，以CAIV作為基本理念，使用誤差向量幅度（EVM）作為成本風險監(jiān)控管理指標，在全生命周期內(nèi)開展成本風險管理。

2.國內(nèi)航天型號費用管理

計劃經(jīng)濟條件下，我國航天型號基本實行計劃管理，比較關注性能指標和時間進度，而忽視了費用估算和費用管理，由此帶來的費用超預算現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)。

1987年，國家決定改變軍品研制經(jīng)費撥款的辦法，航天型號研制任務逐步由實行單項任務研制經(jīng)費承包轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)費全面承包，逐步核減科研事業(yè)費，實行經(jīng)濟承包責任制。在這一體制下，我國開始了航天型號研制費用的研究和應用。例如，裝甲兵工程學院主編的《武器裝備壽命周期費用估算》(GJB2z0517-98)于1998年12月頒布實施；羅世彬等建立了可重復使用運載器LCC模型；陳英武和廖良才應用可視化開發(fā)工具VB5.0完成了武器裝備費用估算的參數(shù)分析法計算機程序；劉建把航天型號LCC估算分為3個階段，針對每個階段的費用構成提出了相應的估算模型；任少龍等比較分析了國內(nèi)外武器裝備LCC研究現(xiàn)狀, 并提出了武器裝備LCC 管理的3項措施。

由于航天型號研制費用記錄較為片面，不夠準確和詳細，上述費用估算分析方法多側重于定性分析，定量分析過程不多，即使有，其結果也準確度不高。因此，不能準確地對費用總量、各項費用之間的關系以及經(jīng)費使用規(guī)律進行詳實有效的把握，對科學安排經(jīng)費、管理經(jīng)費也帶來較大挑戰(zhàn)。

3.國內(nèi)外費用管理比較

從國內(nèi)外航天型號研制的費用管理中可以看出，受宏觀環(huán)境和政策影響，在費用管理方法和費用管理應用效果上存在較大差別。首先，在管理過程方面，我國的研制過程大致對應國外工程研制前的內(nèi)容，國外實行全過程管理；我國實行分部門、分階段管理。

其次，在工作內(nèi)容方面，國外更重視前期的研究與論證，各階段決策指標明確；我國則更重視工程實現(xiàn)過程，文件的說明性內(nèi)容多于評審指標內(nèi)容。

第三，國外將費用作為管理指標貫穿整個研制過程，操作性強；我國在這方面規(guī)范較少，尤其缺少定量層次的技術手段。

第四，國外全面分析了型號研制的影響因素，包括影響裝備研制的環(huán)境、目標及可承受能力，并將這些指標全面納入全生命分析體系，以此建立模型和評價指標體系；我國在論證階段也要求對研制經(jīng)費、研制周期等進行預測，但缺乏判定依據(jù)，尤其是缺少量化指標，基本沒有控制和約束力。

二、基于性能指標、時間和風險的費用評估

費用、進度和質(zhì)量是項目管理的3個重點問題，如何協(xié)調(diào)好三者之間的關系是項目管理者的工作難點之一。現(xiàn)階段，美國又提出必須引入“風險”這個第四維參數(shù)，用以平衡費用、進度和質(zhì)量三維要素。基于此，筆者從性能、時間和風險3個維度對研制費用進行估算，如圖1所示。

圖1 費用評估的3個維度

1.性能—費用評估

一般采用成本估算關系（CER）模型及其衍生模式對性能—費用進行評估。CER估算方法主要依靠項目的歷史數(shù)據(jù)，深入研究項目費用和項目技術性能參數(shù)之間的關系，并用數(shù)學公式予以表達，以此分析研制費用與技術參數(shù)之間的定量關系。

D.E.Koelle提 出 的TRANSCOST模型是典型的自上而下的參數(shù)估算方法，包含一個從美國、歐洲和日本計劃中獲得的40年的數(shù)據(jù)庫。該模型以人年（MY）作為成本單位，評估運載火箭的研發(fā)、制造和發(fā)射運營成本可以作為決定平均生命周期成本的指導手冊。

2.時間—費用評估

航天型號研制項目是一個復雜的大系統(tǒng)，一般由若干個分系統(tǒng)構成，而每個分系統(tǒng)的進度安排是不同的。因此，項目的時間和費用具有不確定性的特點。

在現(xiàn)階段的型號項目研制過程中，如何在最短的時間、以最小的成本提供可靠度最高的產(chǎn)品成為搶占市場的關鍵。因此，對項目的工期和費用進行權衡非常必要。增加費用的前提必須是縮短項目工期，加速項目的某些活動或全部活動，否則就不予以執(zhí)行。旨在通過項目進度管理和控制，在合理壓縮執(zhí)行時間的前提下降低項目費用。

3.風險—費用評估

航天型號研制具有探索性強、涉及面廣、風險高、費用高、時間周期長的特點，它的高風險性是其它產(chǎn)業(yè)無法比擬的。80年代后期，ESA制定了風險評估標準——PSS-01-401（風險評估要求和方法），要求對風險進行科學評價和管理，并貫穿在項目全過程和系統(tǒng)的整個生命周期內(nèi)。NASA在費用管理過程中引入了持續(xù)的成本風險管理（CCRM）過程，對項目的全生命周期進行風險監(jiān)測與控制。

三、費用評估指標體系

筆者在費用評估維度的基礎上，參考前人的研究成果，建立了相應的評價指標體系，如圖2所示。對于航天型號的研制項目，時間變量主要指研制周期，費用變量主要指研制費用。該指標體系的難點在于性能指標的選擇和數(shù)據(jù)收集，以及風險指標的測評。

1.性能指標

TRANSCOST模型認為火箭級質(zhì)量或發(fā)動機質(zhì)量是決定運載火箭的研制成本和制造成本的核心因素，然而這一觀點受到了學者的質(zhì)疑。葛法本通過對美國航天飛機系統(tǒng)與分系統(tǒng)歷年的計劃和實際費用進行了綜合比較分析，認為投標時所建立的模型比TRANSCOST模型更切合實際，其中用到的參數(shù)有重量、推力和面積。張文翰、錢頌迪認為由于我國航天型號研制的特點，單獨用質(zhì)量指標來預測費用很可能是不準確的，他們提出可選用火箭的運載能力作為模型的參數(shù)。筆者在綜合考慮了上述多種研究的基礎上，認為航天型號的性能指標，如運載能力、起飛質(zhì)量、外型尺寸（箭長×直徑）等的變化會對費用產(chǎn)生影響。

2.風險指標

在研制階段的風險主要來自技術風險。技術風險是指型號研制過程中不可避免地使用新技術、新材料、新工藝、新方法，從而對型號提出前所未有的挑戰(zhàn)需承擔的風險。

徐哲等認為技術風險概率取決于所采用的技術成熟度、技術應用能力以及新技術對現(xiàn)有系統(tǒng)、設施或研制單位的依賴性。因此，他們提出了技術風險的3種特征因子——成熟性因子、復雜性因子和相關性因子。吳忠民提出根據(jù)技術參數(shù)與成本關系的密切程度，選擇技術難易程度、結構復雜程度、加工工藝性及實驗要求等進行組合比較來完成修正工作，同時，在計算材料費用時應考慮漲價修正系數(shù)和材料變動差價。人員、環(huán)境條件、技術攻關、配合研制等參數(shù)也應在考慮范圍之內(nèi)。

因此，筆者采用技術的成熟性、復雜性和相關性3個指標來衡量技術風險。

四、費用評估過程

圖2 費用評價指標體系

在性能與費用的估算關系的基礎上，筆者考察了風險和時間因素對費用的影響，建立的綜合費用估算模型為：

費用=?（性能）×技術風險系數(shù)×時間系數(shù)

其中，性能、費用指標為定量指標，可以直接獲得并進行統(tǒng)計分析。技術風險系數(shù)和時間系數(shù)為定性指標，需要采用專家打分法等手段對其進行系數(shù)評價。

1.建立性能—費用估算關系式

圖3 CER過程

筆者參考NASA《成本手冊》給出的CER過程對我國航天型號的研制費用進行估算見圖3。按照CER的實施步驟，在費用與性能和時間之間建立估算關系式。

首先，在費用估算方法相關文獻的基礎上采用參數(shù)估算法對航天型號的研制費用和成本進行估算。對于估算關系式的假設借鑒了TRANSCOST模型的基本思想，在不同參數(shù)與費用之間建立函數(shù)關系式。

其次，根據(jù)中國運載火箭技術研究院提供的資料及查閱的文獻資料，收集關系式涉及到的參數(shù)和費用數(shù)據(jù)。對數(shù)據(jù)進行預處理，并進行相關分析。

最后，應用統(tǒng)計分析軟件對各關系式進行回歸分析，根據(jù)模型擬合結果對各關系式進行檢驗并最終選定估算關系式。

2.模型修正系數(shù)

技術風險系數(shù)包括?1（技術成熟性）、?2（技術復雜性）、?3（技術相關性）3項內(nèi)容，時間系數(shù)為?4（方案研制周期）。依據(jù)評分標準（見表1），采用專家打分法對技術成熟性、技術復雜性、技術相關性及方案研制周期對項目進行打分。

表1 評分標準

建立自上而下的參數(shù)模型估算體系，需要匯集大量與型號及其分系統(tǒng)、單機對應的經(jīng)費數(shù)據(jù)和技術性能數(shù)據(jù)。國外的航天型號研制費用評估模型是基于大量的歷史數(shù)據(jù)逐步形成的。我國的航天系統(tǒng)在這方面的數(shù)據(jù)開發(fā)力度不足，有大量的信息資源需要進一步開發(fā)和利用。

下一步應逐步建立航天產(chǎn)品LCC數(shù)據(jù)庫。在系統(tǒng)整理歷史研制的型號資料的基礎之上，逐步形成針對航天型號全產(chǎn)品、全生命周期各階段的成本費用數(shù)據(jù)庫，逐步形成針對航天型號各分系統(tǒng)甚至主要部件的成本費用數(shù)據(jù)庫。逐步在每一個型號的研制過程中及研制完成后形成完善的LCC核算系統(tǒng)。同時，將針對研制過程及生產(chǎn)過程的經(jīng)費評估工作進一步擴展到航天型號LCC評估工作，并開展費用效益分析。將針對航天型號的投入研究擴展為針對航天型號的投入產(chǎn)出研究。