艦船裝備全壽命周期費(fèi)用估算方法研究＊

（1.海軍大連艦艇學(xué)院研究生管理大隊(duì) 大連 116018）（2.海軍大連艦艇學(xué)院裝備自動(dòng)化系 大連 116018）

1 引言

裝備的全壽命周期費(fèi)用（LCC：Life Cycle Cost）技術(shù)于20世紀(jì)60年代由美軍提出。其內(nèi)容主要包括：全壽命周期費(fèi)用估算，全壽命周期費(fèi)用分析，全壽命周期費(fèi)用評(píng)價(jià)，全壽命周期費(fèi)用管理［1］。裝備的全壽命周期費(fèi)用估算是將具有規(guī)定效能的設(shè)備的壽命周期內(nèi)消耗的一切資源全部量化為金額累加，從而得出總費(fèi)用的過程。全壽命費(fèi)用估算的主要作用為：1）從全壽命期費(fèi)用效能的角度評(píng)價(jià)與權(quán)衡各種方案；2）確定與檢查費(fèi)用設(shè)計(jì)的費(fèi)用目標(biāo)值及門限值，以及在研制、生產(chǎn)階段跟蹤與控制費(fèi)用指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)情況；3）為全壽命期的費(fèi)用分析、費(fèi)用效能分析、費(fèi)用效益分析、保障性分析及決策風(fēng)險(xiǎn)分析等提供費(fèi)用信息［2］。

我國(guó)艦船裝備日益復(fù)雜，因此全壽命周期費(fèi)用技術(shù)愈發(fā)顯現(xiàn)其重要性。但以艦船裝備全壽命周期費(fèi)用估算作為基礎(chǔ)卻缺乏方法上的研究。因此，研究艦船裝備全壽命周期費(fèi)用估算方法有重要意義。本文針對(duì)常見的估算方法進(jìn)行分析，得出艦船裝備全壽命周期費(fèi)用估算各階段可應(yīng)用的方法。

2 裝備全壽命周期費(fèi)用估算方法分類

費(fèi)用估算方法主要包括：參數(shù)估算法、類比估算法、工程估算法、專家估算法、作業(yè)成本預(yù)測(cè)法。

·參數(shù)估算法是根據(jù)多個(gè)同類裝備的歷史費(fèi)用數(shù)據(jù)，選取對(duì)費(fèi)用敏感的若干個(gè)主要物理與性能參數(shù)，建立費(fèi)用與參數(shù)的數(shù)學(xué)關(guān)系式來估算壽命周期費(fèi)用或某個(gè)主要單元費(fèi)用的估計(jì)值。

·類比估算法也稱類推法或模擬法，它是將待估算裝備與有準(zhǔn)確費(fèi)用數(shù)據(jù)和技術(shù)資料的基準(zhǔn)比對(duì)，在技術(shù)、使用與保障方面進(jìn)行比較，分析兩者的異同點(diǎn)及其對(duì)費(fèi)用的影響，利用經(jīng)驗(yàn)判斷求出待估裝備相對(duì)于基準(zhǔn)比較系統(tǒng)的費(fèi)用修正方法，再計(jì)算出待估裝備的費(fèi)用估計(jì)值。

·工程估算法是按費(fèi)用分解結(jié)構(gòu)，從基本費(fèi)用單元起，自下而上逐項(xiàng)將整個(gè)裝備系統(tǒng)在壽命周期內(nèi)的所有費(fèi)用單元累加起來得出壽命周期費(fèi)用估計(jì)值。

·專家判斷估算法是由專家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷估算出裝備的壽命周期費(fèi)用的估計(jì)值。主要用于費(fèi)用數(shù)據(jù)不足，難以采用其他估算法而又允許對(duì)費(fèi)用做出粗略估算的場(chǎng)合。

·作業(yè)成本法的指導(dǎo)思想是：“成本對(duì)象消耗作業(yè)，作業(yè)消耗資源”。作業(yè)成本法把直接成本和間接成本（包括期間費(fèi)用）作為產(chǎn)品（服務(wù)）消耗作業(yè)的成本同等地對(duì)待，拓寬了成本的計(jì)算范圍，使計(jì)算出來的產(chǎn)品（服務(wù)）成本更準(zhǔn)確真實(shí)。

每種方法對(duì)每一壽命周期階段都有不同的可用度。由于艦船結(jié)構(gòu)復(fù)雜、構(gòu)件多、影響因素多變，。單獨(dú)使用某種方法是不科學(xué)和不現(xiàn)實(shí)的。例如一些學(xué)者利用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)估算法預(yù)測(cè)裝備全壽命費(fèi)用，但這在艦船裝備上較難實(shí)現(xiàn)其有效性，故一般交叉使用各種方法。通常在產(chǎn)品早期階段參數(shù)法和類比法是最有用的，可以用來對(duì)未來費(fèi)用進(jìn)行大致估計(jì)。隨著設(shè)計(jì)的穩(wěn)定且有更多信息可以利用時(shí)，參數(shù)法會(huì)成為比較有用的方法。類比估算法很少獨(dú)立使用，它常常用作其他估算方法的補(bǔ)充與校核。工程估算法多用于經(jīng)過長(zhǎng)期技術(shù)跟蹤得到的明確系統(tǒng)，如Michael McGuire利用工程估算法證明了配備無人機(jī)作戰(zhàn)系統(tǒng)可以在同等戰(zhàn)力下減少航母數(shù)量，節(jié)約大量經(jīng)費(fèi)［3］。

3 艦船裝備全壽命周期費(fèi)用估算方法

全壽命周期費(fèi)用估算首先要分析清楚費(fèi)用結(jié)構(gòu)，列出分解結(jié)構(gòu)模式，再根據(jù)分解結(jié)構(gòu)和可獲得的參數(shù)選擇適當(dāng)?shù)墓浪惴椒ǎ①M(fèi)用估算關(guān)系式，計(jì)算出全壽命周期費(fèi)用。

3.1 艦船裝備全壽命周期費(fèi)用分解結(jié)構(gòu)模式

艦船裝備全壽命周期費(fèi)用是指在艦船預(yù)期的壽命周期內(nèi)，有關(guān)裝備方案論證、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、生產(chǎn)、使用、保障以及退役處置等一系列活動(dòng)所消耗的費(fèi)用之和，主要由預(yù)研費(fèi)、購(gòu)置費(fèi)、使用和保障費(fèi)以及退役處置費(fèi)等構(gòu)成［4］。

1）預(yù)研費(fèi)。是指裝備艦艇所有新研制設(shè)備的研制費(fèi)用，主要涉及論證、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和鑒定等費(fèi)用，約占艦船裝備全壽命周期費(fèi)用的10%～15%。2）購(gòu)置費(fèi)。是指購(gòu)置艦船裝備所支付的費(fèi)用總和，主要涉及原材料費(fèi)、配套設(shè)備費(fèi)、舾裝工程費(fèi)、工時(shí)費(fèi)、生產(chǎn)專用費(fèi)、備品屬具費(fèi)、不可預(yù)見費(fèi)等，約占艦船裝備壽命周期費(fèi)用的15%～25%。3）使用保障費(fèi)。是指艦船裝備在使用階段為裝備的使用與保障所支付的費(fèi)用之和，主要涉及使用費(fèi)、維修費(fèi)以及技術(shù)改進(jìn)、改裝費(fèi)等，約占艦船裝備壽命周期費(fèi)用的60%～75%。其中：使用費(fèi)包括使用燃料動(dòng)力費(fèi)、彈藥及消耗品費(fèi)、使用保障設(shè)備和設(shè)施費(fèi)、使用人員培訓(xùn)費(fèi)、使用資料費(fèi)、使用人員工資費(fèi)、使用包裝儲(chǔ)運(yùn)費(fèi)等；維修費(fèi)包括維修人員工時(shí)費(fèi)、維修器材費(fèi)、維修設(shè)備和設(shè)施費(fèi)、維修資料費(fèi)、維修人員培訓(xùn)費(fèi)、基地級(jí)維修費(fèi)等；技術(shù)改進(jìn)、改裝費(fèi)包括艦船升級(jí)改造、改裝、改進(jìn)費(fèi)等。4）退役處置費(fèi)。是指為艦船裝備退役所需支付的費(fèi)用。退役艦艇如果不轉(zhuǎn)為民用，一般可拆除作為廢鋼鐵處理。

所以費(fèi)用分解結(jié)構(gòu)模式可以表示為

3.2 建立艦船裝備全壽命周期費(fèi)用估算關(guān)系式

費(fèi)用估算關(guān)系式是一個(gè)數(shù)學(xué)表達(dá)式，描述了因變量的變化隨著一個(gè)或多個(gè)自變量變化而變化的程度。費(fèi)用估算關(guān)系式是在大量已有的裝備費(fèi)用統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上建立起來的，主要用來估算壽命周期費(fèi)用分解結(jié)構(gòu)中的各單元費(fèi)用。建立關(guān)系時(shí)需要掌握一定的數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，保留合理數(shù)據(jù)，修正偏差等。在建立了各項(xiàng)費(fèi)用單元的估算關(guān)系式后，逐級(jí)累加，便構(gòu)成費(fèi)用估算模型［5］。

3.2.1 艦船裝備預(yù)研費(fèi)用估算

艦船武器裝備預(yù)研費(fèi)用估算階段中一般使用參數(shù)估算法。它的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)性好，估算結(jié)果比較客觀，可以給出一個(gè)置信區(qū)間。目前常用的具體方法有：回歸分析法、BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、灰色系統(tǒng)預(yù)測(cè)法、支持向量機(jī)預(yù)測(cè)法。

回歸分析法是參數(shù)估算法中最基礎(chǔ)及運(yùn)用最廣泛的方法。此方法要求輸入的參數(shù)少，估算快，花錢也少，但其估算精度取決于基本費(fèi)用數(shù)據(jù)的質(zhì)量和預(yù)期的外推精度。它的方法決定了回歸分析需要有充足的費(fèi)用樣本。而我國(guó)海軍艦船恰恰是裝備型號(hào)多、種類復(fù)雜。在這一前提下偏最小二乘回歸法被廣泛應(yīng)用。偏最小二乘回歸法能夠在樣本個(gè)數(shù)少于自變量個(gè)數(shù)，并且自變量存在嚴(yán)重多重共線性的條件下進(jìn)行回歸建模。在偏最小二乘回歸法中，每一個(gè)自變量的回歸系數(shù)將更容易解釋。但艦船裝備研制費(fèi)用與其物理性能參數(shù)間的關(guān)系是及其復(fù)雜的，很難用一般的線性關(guān)系模型來描述清楚。而BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是通過學(xué)習(xí)樣本建立輸入與輸出關(guān)系，它在研究模型不明確，行為信息不完全的這類系統(tǒng)的建模、預(yù)測(cè)和控制問題時(shí)能夠顯示出自己的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)來［6］。但為使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型擁有良好的預(yù)測(cè)能力，需要用充足的樣本訓(xùn)練該網(wǎng)絡(luò)。故尚不適用于我國(guó)海軍艦艇目前的狀況。

灰色預(yù)測(cè)方法是通過鑒別系統(tǒng)因素之間發(fā)展趨勢(shì)的相似程度，即進(jìn)行關(guān)聯(lián)度分析，并通過對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行深層處理來尋找系統(tǒng)變動(dòng)的規(guī)律，建立微分方程模型，以便對(duì)事物未來的發(fā)展趨勢(shì)及狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)。主要用于研究系統(tǒng)模型不明確、行為信息不完全、運(yùn)行機(jī)制不清楚的預(yù)測(cè)問題。故灰色預(yù)測(cè)方法可用于缺乏數(shù)據(jù)信息、模型信息的裝備（如航母蒸汽彈射器一類裝備）研制費(fèi)用預(yù)測(cè)問題。

支持向量機(jī)（SVM，Support Vector Machine）是貝爾實(shí)驗(yàn)室Vapnik 等人提出的一種新的統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)方法。它通過某些核函數(shù)把特征向量映射到高維空間，然后建立一個(gè)線性判別函數(shù)。它最終可以歸結(jié)為求解一個(gè)凸二次規(guī)劃問題，以獲得最優(yōu)解。支持向量機(jī)能夠解決小樣本、非線性、高維數(shù)和局部極小點(diǎn)等實(shí)際問題，具有學(xué)習(xí)速度快、全局優(yōu)化和推廣能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。采用支持向量機(jī)來構(gòu)建艦船裝備研制費(fèi)用預(yù)測(cè)模型需要確定能夠描述裝備研制費(fèi)用的說明性變量。針對(duì)有一定模型基礎(chǔ)、影響因素較明確的裝備可以運(yùn)用這種方法。

支持向量機(jī)的估算問題可表示為

?為訓(xùn)練樣例個(gè)數(shù)，x為輸入變量，y為輸出變量。其中不敏感值ε、正則化參數(shù)C、核函數(shù)K（xi，xj）是計(jì)算前首先需要確定的變量，然后采用支持向量機(jī)運(yùn)算模型進(jìn)行估算。

3.2.2 艦船裝備購(gòu)置費(fèi)用估算

由于艦船裝備購(gòu)置費(fèi)用涉及費(fèi)用種類眾多，如原材料費(fèi)、配套設(shè)備費(fèi)、舾裝工程費(fèi)、工時(shí)費(fèi)等。故艦船武器裝備購(gòu)置費(fèi)用估算階段中一般配合使用參數(shù)估算法和工程估算法。估算過程中先利用參數(shù)估算法計(jì)算出某個(gè)配件單元的費(fèi)用。例如，楊明等利用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算冷卻器購(gòu)置費(fèi)用［7］。再利用工程估算法進(jìn)行匯總。

特別指出的是，我國(guó)海軍處于裝備大發(fā)展時(shí)期，很多裝備國(guó)內(nèi)沒有可以借鑒的原型，冷靜等人提出了基于類比法的購(gòu)置費(fèi)預(yù)測(cè)技術(shù)的方法應(yīng)用于大型艦船。類比法的一般性公式：

式中C購(gòu)置新為新系統(tǒng)費(fèi)用；C購(gòu)置舊為類似的舊系統(tǒng)費(fèi)用；X1，X2為新、舊系統(tǒng)的某一參數(shù)；n為根據(jù)實(shí)際情況而得到的指數(shù)；K為修正系數(shù)。

通過總結(jié)發(fā)現(xiàn)艦船的設(shè)備可分為共性裝備與非共性裝備兩大類。其中第一類裝備（如錨機(jī)、消防器材等）可以大致分為有較大改進(jìn)的裝備和改進(jìn)不大的元件裝備。物價(jià)變化和數(shù)量所產(chǎn)生的價(jià)格差異是改進(jìn)幅度不大的裝備主要影響因素。兩者又可分別由艦船專業(yè)價(jià)格指數(shù)和設(shè)計(jì)方案確定。對(duì)于改進(jìn)幅度較大的設(shè)備，主要需要對(duì)技術(shù)難度系數(shù)變化進(jìn)行評(píng)估。而對(duì)于非共性裝備費(fèi)用估算是重點(diǎn)。目前可運(yùn)用類比法尋找國(guó)外類似系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比。

對(duì)第i種設(shè)備的等工程價(jià)值比Pi（Xi；TA，TB，tA，tC）為

式中：CA（Xi，TA，tA）為A國(guó)在TA年購(gòu)置艦船 裝備Xi所用的經(jīng)費(fèi)（tA不變幣值）；CB（Xi，TB，tC）為B國(guó)在TB年購(gòu)置艦船裝備Xi所用的經(jīng)費(fèi)（tC不變幣值）；Pi（Xi；TA，TB，tA，tC）為A、B國(guó)各在TA、TB年購(gòu)置艦船裝備技術(shù)性能完全相同的產(chǎn)品Xi，將所用的經(jīng)費(fèi)體現(xiàn)到tA、tC不變幣值的比值。

3.2.3 艦船裝備使用保障費(fèi)用估算

此期間的費(fèi)用由三部分組成：使用人員費(fèi)；保障費(fèi)；維修費(fèi)。一般采用工程估算法。

1）使用人員費(fèi)用CP模型

使用人員費(fèi)用大多是按年度支付的，不是按年度支付的部分也可經(jīng)過處理以年均費(fèi)用形式表示，則使用人員費(fèi)用為

式中：NY為武器系統(tǒng)使用人員數(shù)；N為武器系統(tǒng)服役年限；CHQ為艦艇人員人均年生活及伙食補(bǔ)貼費(fèi)和勤務(wù)補(bǔ)貼費(fèi)；CXJ為艦艇人員人均年津貼費(fèi)；CGW為人均年公務(wù)事業(yè)費(fèi)；CPX為人均培訓(xùn)費(fèi)；r為年平均物價(jià)上漲率；i為年平均利率，Yj為第j年度支付費(fèi)用年份；Y0為開始服役年份。

2）維修費(fèi)用CM模型

描述艦船裝備維修費(fèi)用可以分為按年度支付的小修費(fèi)和不定期支付的中修費(fèi)與大修費(fèi)。因此需要區(qū)分費(fèi)用項(xiàng)目，以建立合適模型。維修費(fèi)用中按年度支付的費(fèi)用為

式中：Cg為該艦船裝備購(gòu)置費(fèi)，KXX為小修參考系數(shù)。維修費(fèi)用中不定期支付的費(fèi)用為（中修費(fèi)、大修費(fèi)）。

式中：KZX為平均中修費(fèi)用因子；KDX為平均大修費(fèi)用因子。最后得維修費(fèi)用為

關(guān)于參數(shù)選擇，可以參考周林等在軍事裝備管理預(yù)測(cè)與決策中的論述［8］。國(guó)內(nèi)學(xué)者利用很多預(yù)測(cè)方法對(duì)維修費(fèi)進(jìn)行了預(yù)測(cè)，各有利弊。組合利用各種預(yù)測(cè)方法被證明適用范圍更廣、精度更高。謝力等人對(duì)艦船裝備維修費(fèi)組合預(yù)測(cè)進(jìn)行了分析，可供相關(guān)人員借鑒［9］。

3）保障費(fèi)用CS模型

保障費(fèi)用中包含艦艇主、副機(jī)燃油費(fèi)；潤(rùn)滑油費(fèi)；各種附屬設(shè)備耗油費(fèi)；消耗彈藥和訓(xùn)練費(fèi)。則保障費(fèi)用：

式中：CZF為艦艇主、副機(jī)年消耗燃油費(fèi)；CRH為年均消耗潤(rùn)滑油費(fèi)；CFH為各種附屬設(shè)備年耗油費(fèi)；CDX為年均消耗彈藥和訓(xùn)練費(fèi)。當(dāng)參數(shù)難以獲得時(shí)，可以借鑒徐振剛等人做的基于作業(yè)成本原理的飛行訓(xùn)練保障費(fèi)用模型［10］，作業(yè)成本法在具體一年的保障費(fèi)用估算方面有突出效果。

由此，可得使用保障費(fèi)用

3.2.4 艦船裝備退役費(fèi)用估算

艦船退役后，拆下可用的設(shè)備后船體可當(dāng)廢鋼鐵處理，從而得到“殘值”。在艦艇全壽命預(yù)測(cè)時(shí)，可以認(rèn)為“殘值”為購(gòu)置費(fèi)的10%，即

式中：i為年利率，n為使用年限。

裝備退役費(fèi)用往往由于所占總費(fèi)用的比例小而被忽略。但核動(dòng)力艦船的退役處置費(fèi)由于核廢料的處理而大幅增加。正是出于此方面的考慮，美軍一再延長(zhǎng)其核動(dòng)力航母的服役年限。根據(jù)美國(guó)總審計(jì)署分析結(jié)果，可知核動(dòng)力比蒸汽動(dòng)力航母退役處理費(fèi)大1596.23%［11］。可見艦船裝備退役費(fèi)已不再是無足輕重。

4 結(jié)語

本文針對(duì)艦船裝備的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、構(gòu)件多的特點(diǎn)，研究了艦船裝備全壽命費(fèi)用估算的步驟，并探討了目前可應(yīng)用于艦船裝備全壽命費(fèi)用估算的方法。統(tǒng)計(jì)分析顯示，現(xiàn)代艦船裝備尤其是高技術(shù)艦船裝備費(fèi)用呈大幅度增長(zhǎng)趨勢(shì)，裝備費(fèi)用越來越難以預(yù)算和控制，給有限的軍費(fèi)開支造成壓力。海軍艦船裝備全壽命費(fèi)用技術(shù)的應(yīng)用勢(shì)在必行。艦船裝備全壽命費(fèi)用估算是全壽命費(fèi)用技術(shù)的基礎(chǔ)，準(zhǔn)確的費(fèi)用估算有利于展開費(fèi)用分析，有效的費(fèi)用分析和評(píng)估可以推進(jìn)費(fèi)用管理，良好的費(fèi)用管理又為下一步的費(fèi)用估算提供更加精確的參數(shù)與模型，進(jìn)而促進(jìn)海軍艦船裝備的良性發(fā)展。

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