裝備再制造全壽命周期費用研究

桑凡　袁鉦淇　鄭漢東　李恩重　史佩京

摘要：針對裝備再制造的展開缺少費用依據的問題，將利用工程估算法對裝備再制造的費用進行了估算并分析數據。首先，對估算目標和研究邊界進行明確，根據邊界內費用的實際情況選擇較適用的估算方法，建立費用分解結構并構建費用估算模型。然后，收集相關數據信息并甄別。最后，通過一個具體的案例驗證模型，對在再制造、大修、新品下的費用進行對比分析，確定三種的經濟壽命，同時也驗證了該模型的可行性和有效性。

關鍵詞：裝備再制造費用；發動機；估算；經濟壽命

中圖分類號：TH16

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2017）8024204

1引言

再制造拓展了裝備的全壽命周期，使得廢舊裝備獲得新的生命。對于裝備維修保障決策而言，首先關注的是再制造后的裝備質量性能和經濟效益。我國自1999年正式提出再制造的概念以來，在探索過程中自主創新提出了中國特色的“表面恢復和性能提升法”再制造模式[1]，通過采用先進的無損檢測技術、壽命評估技術以及表面工程技術，使失效零部件尺寸恢復到原始設計尺寸，并恢復甚至提升功能部位性能[2]。例如，全軍裝備維修表面工程研究中心應用等離子噴涂技術對重載車輛零部件進行再制造，實車考核證明用再制造技術強化的零部件比新品的相對耐磨性提高1.9～8.3倍，壽命提高2～3倍。

裝備再制造費用是決策者考慮的重要因素。再制造不僅要求技術上可行，還需要有較高的經濟效益。因此，再制造費用分析得到許多學者的關注。

姚巨坤描述了一般情況下再制造加工的工藝過程，并對檢測、清洗、拆解、修復或升級、檢測、包裝等過程及再制造費用進行了分析[3]。朱勝和姚巨坤又提出了基于工程估算法估算再制造費用分析流程，并為再制造設計方案提供費用決策依據[4]。高世光，楊曉峰[5]依據費用估算經驗，將裝備再制造費用劃分為多個階段。國外對于費用估算方面的研究Pere[6]和Louise[7]對費用的估算模型提出相似的評價辦法，提高了費用估算模型的精度Maria[8]和Pretela[9]根據LCC和LCA適用性特點，引入了環境效益評價，促進了LCC評價體系的完善；Antonella Petrillo等人構建了LCC估算模型和LCA評價為一體的系統，能夠將費用預測和評價放到一起研究，大大減少了工作量，提高了估算的準確性[10]。國外已經形成了成熟的費用估算體系，針對再制造產品費用的研究，國外建立了再制造費用數據庫，可以直接獲取相應的費用信息進行決策。

目前研究缺乏從裝備再制造全壽命周期角度分析再制造的經濟性。筆者以全壽命周期理論為指導，在確定裝備再制造全壽命周期邊界的基礎上，建立再制造費用分解結構，利用工程估算法分析再制造全壽命周期費用，最后以重載車輛發動機再制造為案例給出分析流程。

2研究邊界與費用分解結構

產品的全壽命周期是指產品從原材料采掘、原材料生產、設計、制造、包裝儲運、使用與維修、直至回收處理或再使用的全過程。裝備全壽命周期指該裝備從設計開始直到退役為止的整個過程。

再制造裝備全壽命周期是指廢舊裝備從回收、拆解、清洗、檢測、再制造加工、測試、裝配、使用直至退役的過程，如圖1所示。

裝備全壽命周期費用是指在裝備全壽命周期內所支付的費用之和。對于裝備再制造而言，是指在回收、拆解、清洗、檢測、再制造加工、測試以及裝配等過程內的費用總和。首先，通過查閱文獻和工廠調研的形式，識別整個裝備再制造全壽命周期內相關費用項目。

為方便對費用估算和開展研究，建立再制造裝備費用分解結構，如圖2所示。將費用分解為舊件獲取費、再制造加工費、再制造材料費以及其他費用。舊件獲取費，是指廢舊裝備的購置和廢舊裝備運輸所需支付的費用，購置費每類裝備基本相同，物流費隨運輸距離的增加而增長。再制造加工費，包括拆解費、清洗費、再制造加工費、檢測費和裝配費，每個階段都耗得人的工時費。再制造材料費指再制造過程中的各工藝費用和一些易損件的購置費。其他主要是指裝備在工廠內的庫存費用與設備維修保養所支出的費用。

3費用估算方法介紹

估算方法的選擇要充分考慮各估算方法的特點和選擇估算對象的需要，根據實際情況靈活選用，以下是常用估算方法的介紹。

參數估算法根據多個裝備再制造的歷史費用數據，選擇費用特征參數，利用特征參數與歷史數據應用回歸分析法建立估算關系；類比估算法依靠與對象在費用數據和技術上相似的基準系統，對比技術和使用保障方面的費用，分析二者相同處和差異性對費用的影響，對基準系統進行改善和修正，計算出對象的費用數據；專家判斷法根據經驗估算全壽命周期費用，需要對整個系統的費用十分熟悉；趨勢外推法是從大量裝備費用隨機變化中找出裝備費用變化趨勢，根據歷史數據推斷裝備再制造產生的費用；回歸分析法是建立自變量和因變量的回歸方程預測；灰色系統估算是由我國鄧聚龍教授提出用于部分數據信息已知、未知的裝備，利用較少信息和模糊的原始數據建立微分方程，在裝備的費用估算中常用GM（1，N）模型；神經網絡估算法主要采用BP和小波神經網絡估算建模，首先要全面分析影響再制造產品費用的因素，只有將輸入的信息研究清楚才能有效的解決再制造產品估算中的問題，所以需要加大對神經網絡估算輸入信息的研究相當重要，需要再制造產品歷史數據；工程估算法按照費用分解結構從基本費用單元著手自上而下地估算費用，也被稱為工程累計法[11，12]。

結合裝備壽命周期的實際情況，對各個階段適用的估算方法歸納為表1。選用較適用的工程估算法，同時符合再制造費用的分解結構。

工程估算法要求對整個裝備再制造有全面系統的認識，包括裝備再制造的生產過程、工藝參數、使用保障以及裝備的歷史數據等。采用工程估算是一項很繁瑣的工作，為估算某一零部件的再制造費用需要大量的計算，這也帶來了其他估算方法所不具有的優勢估算精度高還可以清晰的反應各費用單元的情況。常被用于各種零件、子系統、電器元件或系統的各個階段的費用估算，能準確預測裝備再制造的費用[13]。

4構建費用估算模型

4.1估算流程

依據工程估算的特點，設計再制造費用的估算流程，如圖3所示。首先擬定費用的研究目標，然后明確約束條件并建立費用分解結構；第二步收集和刪選數據，建立估算模型；最后對估算結果分析。

4.2估算模型

根據費用分解結構，建立費用估算模型如下：

LCC（總）=C（old parts）+C（crafts）+C（materials）+C（others） （1）

式中，LCC（總）指裝備再制造階段的總費；C（old parts）主要指舊件獲取中的購置和物流等費用的總和；C（crafts）主要指再制造加工過程中耗費的工時費；C（materials）主要指無法再制造或不值得再制造零件購買費和各工藝費；C（others）主要指發動機再制造過程中的一些其他費用，主要有庫存費和設備費維護費等一些費用。

4.3經濟壽命估算模型

在裝備服役階段，隨著使用時間的延長，平均每年分攤的原始費用將越來越少，同時其使用費卻逐年增加。直到每年分攤的原始費用不足以抵消使用費的增加時，就到了產品的經濟壽命。如果過了產品的經濟壽命還繼續使用，經濟上是不合算的。產品的經濟壽命是指產品的平均年費用最低的使用年限。不考慮資金的經濟價值時的經濟壽命，裝備使用到第N年末時的年平均費用為：

ACN=P0-PNN+∑Nt=1CtN（2）

式（2）中 P0為裝備的原始費用；PN為裝備使用到N年末的殘值；N為裝備的使用年限；Ct為第t年的裝備使用費。

假設裝備每年的殘值都相等（設為L），且每年的裝備使用費增量（劣化值）相等（設為λ），則裝備年平均費用為：

ACN=P0-LN+C1+N-12λ（3）

令d（ACN）dN=0，則裝備的經濟壽命為：

Nopt=2（P0-L）λ（4）

5某裝備發動機案例分析

選取到達大修狀態的某型重載車輛發動機為研究對象，分析從拆解、再制造加工、裝備等階段的全壽命周期費用。通過實地調研收集數據。表2為關重件的再制造工藝和費用，表3為既可以大修，又可以再制造的費用信息以及新品價格。

其它需要更換的易損件包括：止動墊圈、密封圈、油封、襯墊、卡箍、橡膠管等費用合計12000元。舊件獲取費：廢舊發動機的購置費設定為2000元/臺，物流費設為500元/臺。再制造加工階段，在拆解、清洗、檢測、再制造加工、測試和裝配都為人工費，根據工時費結算，具體工時見表4。其他費用：設備維護費400/臺，庫存費400/臺。

5.1費用比較

通過公式（1），計算的再制造一臺該型號整機費用為13.5萬元。根據工廠提供數據：大修一臺費用約合12萬元，包括新零件更換費3萬元，材料、工藝、能源等7萬元，運輸、管理、庫存等2萬元。再制造約為大修的1.12倍。

5.2經濟壽命

根據公式（3）可得出再制造、大修和新品發動機的裝備年平均費用計算公式分別為：

當P0 =13.5萬元， L=4萬元，λ=1萬元時：

ACraman=16N+2.4+N-12×0.7（5）

當P0 =12萬元， L=4萬元，λ=1.5萬元時：

ACover=9.5N+3+N-12×1.5（6）

當P0 =40萬元， L=4萬元，λ=1.5萬元時：

ACnew=36N+2.4+N-12×0.7（7）

通過公式（5）～（7）可分別計算出再制造、大修和新品制造發動機的經濟壽命分別為：Nraman≈5.0；Noverhaul≈3.5；Nnew≈7.0。

盡管再制造費用高于大修費用，但是再制造的經濟壽命大于大修，也就是對廢舊裝備實施再制造更加經濟。再制造費用也遠遠低于新品，節約了成本的投入。

6結論與展望

建立費用估算模型與壽命經濟分析模型，結合重載發動機的費用分析，表明廢舊裝備更適合開展再制造，并且經濟壽命也達到預期。就目前裝備再制造發展情況來看，需要構建一個裝備再制造全壽命周期費用分析模型，為裝備再制造的決策提供基本的依據，便于開展裝備再制造費用更深一步的研究。

參考文獻：

[1]

劉志峰， 畢道坤， 劉濤. 基于線性回歸模型的機電產品再制造費用預測[J]. 機械設計與制造， 2011 （9）： 258～260.

[2]徐濱士. 再制造與循環經濟[M].北京：科學出版社，2007.

[3]徐濱士， 董世運， 史佩京. 中國特色的再制造零件質量保證技術體系現狀及展望[J]. 機械工程學報， 2013， 49（20）： 84～90.