航空裝備全壽命周期費用多路徑管控策略研究

王澤宇，艾俊強

(航空工業第一飛機設計研究院 總體氣動研究所，西安 710089)

0 引 言

隨著新的國防科研經費管理辦法和軍工產品定價規則的出臺，航空裝備的經濟性工作也面臨新的挑戰。如何研制出性能滿足要求、費用符合預期的產品，是今后經濟性工作的研究重點。眾所周知，航空裝備的研制不僅是技術問題，同時還是費用問題。一型裝備即便技術指標達到要求，但是全壽命周期費用高，部隊買不起、用不起，這型裝備便不能算是研制成功。在裝備研制過程中，各個環節都會產生費用，因此必須針對費用源頭，多路徑進行控制。

全壽命周期費用的概念是由美國國防部于20世紀60年代正式提出并率先使用。為了控制軍費，美國國防部致力于探索、研究降低武器裝備費用的有效技術和管理方法。1964年美國國防部推出“整套采購”的策略，這是美國國防部首次對采辦實施費用控制[1]。20世紀70年代，美國國防經費嚴重削減，已嚴重影響裝備的更新換代能力。為此美國國防部提出“定費用設計[2](Design To Cost，簡稱DTC)”思想和要求，將費用與性能、進度視為同等重要的設計參數，通過對費用指標的量化和跟蹤來控制裝備全壽命周期費用?！岸ㄙM用設計”后來進一步延伸為“定全壽命費用設計”。美國空軍在采購飛機輪胎時應用了全壽命周期費用的方法，由以往的單純采購價格招標變為完成目標起落架次需要的最低費用招標。此次采購改革非常成功，僅此一項每年就可節約采購經費1 500萬美元[3]。

20世紀80年代，全壽命周期費用方法已逐漸國際化，并在民用領域得到廣泛應用。美國內布拉斯加州以法律的形式規定，凡是超過5萬美元的州建筑物，必須對其進行全壽命周期費用評價[4]。其他州也做出了相應的規定來貫徹全壽命周期費用方法。

20世紀90年代，美國又提出“費用作為獨立變量”的理念：即費用是自變量，不是最終結果的函數，性能與進度都是應變因素[5]，其核心強調了經濟可承受能力是未來所有武器系統的關鍵要求。例如美軍在“聯合攻擊戰斗機(JSF)”計劃中，確定技術指標時不僅考慮性能要求，而且從一開始就把成本作為一個獨立的變量來考慮；設計時制訂出“可買得起”措施，并在計劃實施過程中不斷檢驗這些措施在降低研制成本方面的有效性。JSF項目充分考慮了經濟可承受性，是美國武器裝備全壽命周期費用控制改革的標志[6]。美國國防部采用全壽命周期費用管理方法后，改變了以前“干了再算”的費用失控局面，進入到“算了再干”的科學軌道[7]。

全壽命周期費用控制理論在美國等發達國家已相當成熟和完善，目前主要是針對費用模型和估算方法進行研究。例如美國蘭德公司的DAPCA系列模型、PRICE公司的通用估算模型和Galorath公司的SEER模型，都已被廣泛應用。其他國家的學者也對全壽命周期費用做了許多研究。例如英國創立設備綜合工程學，將設備技術與全壽命周期費用結合，拓寬了該學科領域，使其更為綜合化。日本成立了全壽命周期費用委員會，研究全壽命周期費用方法和管理，并推廣應用，取得了較豐厚的成果[3]。

我國從20世紀80年代開始應用全壽命周期費用的管理理念。通過學習和借鑒國外的先進理論和經驗，對裝備全壽命周期費用的特點和規律有所掌握，全壽命周期費用方法在不少軍用和民用單位都得到應用，并取得了一批成果。如空軍、海軍、陸軍、火箭軍、航空航天等許多單位在全壽命周期費用的研究和應用都上取得了可喜的成績。在對現役裝備(例如飛機、坦克、雷達、火炮、艦船等)的研制中，應用了全壽命周期費用分析方法，用于確定裝備服役年限、延壽可行性論證、軍用車輛更新研究、修理級別分析、裝備全壽命周期費用估算，以及項目的費用-效能分析等方面，對裝備的科學決策起到了一定支持作用[8]。

雖然我國在短時間內取得了巨大進步，但是有關全壽命周期費用的定義、構成、估算方法、數據庫等基礎工作還遠未達到標準化、規范化的程度，跟國外相比還有很大差距，因此本文通過深入研究全壽命周期費用管控理論和方法，總結國內外相關經驗、吸取教訓，結合我國特點，提出一套全壽命周期費用多路徑管控策略并在某型飛機研制中試點應用，以期獲得較好的費用管控效果。

1 全壽命周期費用管控特點

隨著經濟性理論與方法的進一步發展，全壽命周期費用管控已經不再是事后行為，而是轉變為事前控制。眾所周知，航空裝備全壽命周期費用具有“先天性”的特點。《國際系統工程手冊》中申明：一般產品開發在產品概念和設計階段的花費僅約占產品全壽命費用的23%，但這兩個階段的工作卻決定了產品全壽命周期費用的85%左右[9]。實際上，因產業或產品不同，該數值在50%～95%范圍內。同時，到產品研發的后期乃至使用階段，糾正設計階段工作缺陷的成本將成指數增加。因此，從產品創意及設計源頭控制產品全壽命周期費用是事半功倍的理性手段。航空裝備不僅遵循這一基本規律，而且會因為產品更新頻率低、生產批量少、技術狀態復雜而更突出，因此本文將對全壽命周期費用管控的關鍵時期——設計階段采用的管控策略進行研究?？纱_定的全壽命周期費用與時間的對比關系如圖1所示。

圖1 可確定的全壽命周期費用與時間的對比關系Fig.1 Committed life cycle cost against time

2 全壽命周期費用管控策略研究

我國航空工業是在較差工業基礎上開始發展的，在研發周期和資源高度壓縮的條件下應急追趕國外航空裝備，因此特別強調政治使命與責任擔當。軍地雙方主要圍繞解決裝備有無和持續提升裝備質量及可靠性來開展工作，因此精力基本都放在防止設計不足和保證裝備性能優勢上，沒有太關注裝備的經濟性，由此造成了航空裝備全壽命周期費用迅速上漲的態勢。為了改變這種態勢，國家近幾年相繼頒布了一系列費用管理辦法及規定，要求在裝備研制中必須進行全壽命周期費用管控。

全壽命周期費用管控是航空裝備研制的重要內容，該工作越早介入就越能降低費用。通過總結國內外航空裝備研制中經濟性工作的經驗，結合我國軍工產品經費管理的特點，從思想觀念、管理模式、設計技術等方面深入研究，得出一套在設計階段適合我國航空裝備全壽命周期費用管控的策略，其執行要點如下。

2.1 轉變觀念，重視全壽命周期費用

當前一些設計人員還存在一種根深蒂固的觀念，認為“應先解決產品有無問題，后考慮產品經濟性”。這是一種不切實際的想法，因為產品一旦研制完成并投產后，其全壽命周期費用的主體就已基本確定，通過后續提高裝備保障水平來降低使用和保障費用，其效果十分有限。因此必須首先轉變觀念，提升重視程度，將全壽命周期費用作為一項技術指標，納入到裝備型號的設計中去[3]。這其中管理層的重視程度起著決定性作用，只有管理層足夠重視和支持，才能自上而下地將全壽命周期費用管控工作貫徹和落實。而且人們思想理念的轉變也需要管理者來引領，需要從體制上激勵下屬在工作中切實貫徹和實施全壽命周期費用指標要求。同時，在人員、資金和時間上給予有效配置，全面協調和促進全壽命周期費用管控工作的開展。

2.2 制定標準，納入型號設計規范

為規范和加強國防科研試制經費管理，推進軍品價格市場化改革，提高國防經費使用效益，我國發布了新版科研經費管理辦法和軍品定價規則。為了在產品研制中貫徹新的辦法和規則，必須建立新的產品設計標準或準則，將經濟性納入產品設計標準或準則，從上至下統一認識，并建立可操作的費用管控辦法和措施，以此指導經濟性設計思想的貫徹和落實，保證經濟性工作的順利開展。

2.3 組建團隊，健全組織管理模式

在早期的型號研制中，一般由計劃和財務人員負責管理研制費用，計劃人員負責研制費用預算，財務人員負責核算。為了在價格談判時具有更大的優勢和空間，預算一般都留有較大的空間，不能準確反映費用的實際情況。財務人員只關心已發生的費用，一般按年度對已發生費用進行歸類核算。這種管理模式只是對費用的統計，屬于事后行為，不是真正意義上的全壽命周期費用管控。

全壽命周期費用管控團隊必須要引入成本工程師職能。該職位人員具有工程、經濟、財務、金融和計算機等綜合知識，專職負責成本的測算和分析[10]。成本工程師是從工程的視角來認識和關注成本的，關注的是產品的全壽命周期費用，這與財務會計有很大區別。作為項目負責人、研發團隊及計劃財務之間的紐帶，成本工程師需要研究、規劃、設計、實施、分析、改進和保證產品的成本水平，確保產品成本的合理性，以及合理使用和利用資源，減少資源代價，用有限的資源實現產品的利潤最大化和競爭力。

引入成本工程師隊伍，健全全壽命周期費用管控團隊，從技術和管理等環節，多管齊下，開展費用管控工作。

2.4 合理估算，適時修正費用模型

成本估算是全壽命周期費用管控的基礎。由于每個階段可得到的成本估算信息數量不同,因此必須選擇不同的估算方法進行估算。不同的估算方法得到的估算結果也不相同，所以如何合理確定估算方法是研究的重點問題之一[11]。

常見的全壽命周期費用估算方法有四類：專家法、類比法、參數法和工程法。這些方法適用于全壽命周期各個階段的費用估算，在國內外都得到較大的發展應用?；谏鲜龌痉椒ǎM用估算方法還延伸出等工程價值比法、成本密度法、神經網絡法和仿真模型法等其他方法。

在實際應用中，應采用多種方法進行估算，互相檢驗。早期還可以采用小樣本理論建立費用模型，隨著研制工作的深入，數據信息增多，再對費用模型進行修正。

2.5 選擇適合的費用管控方法

對費用進行管控也有很多成熟的理論、方法和手段可供采用，例如：定費用設計方法、將費用作為獨立變量的設計方法等。此外還有一些其他設計管理方法，諸如：多學科設計優化(Multidisciplinary Design Optimization，簡稱MDO)[12]、掙值管理(Earned Value Management，簡稱EVM)[13]、價值工程(Value Engineering，簡稱VE)[14]、系統工程[9]、并行工程[15]等，也可以與全壽命周期費用方法一起綜合運用。

以上理論和方法各有優缺點，可根據型號研制的具體情況靈活運用。不論選用什么理論和方法，都要有明確的設計流程、健全的管理機制、正確的設計思路、合理的成本估算方法和堅決的降本決心。

3 某飛機成本控制案例

以國內自主研制的某飛機為例，該飛機在研制過程中采用了多種全壽命周期費用管控理論和方法，將單機目標成本納入重點管控范疇，以“成本是設計出來的”為設計理念，開展面向目標成本的低成本設計工作。在設計過程中注重全系統成本控制，實時跟蹤與反饋，合理調整目標成本，確保總成本在設定的目標成本之內。

3.1 成立項目成本團隊，貫徹學習降本理念

某飛機研制立項后，隨即成立了項目成本團隊，團隊由總經濟師、總經濟師助理、成本設計人員和成本管理人員組成。團隊負責人定期組織開展經濟性能力提升培訓，并與兄弟單位交流成本管控經驗；項目團隊實行月例會制度，在月例會上除了總結、布置成本管控工作，大家還互相交流學習，對一些關鍵、疑難問題展開頭腦風暴。此外，成本團隊還將國家發布的最新科研經費管理辦法編制成手冊，分發給專業設計人員，將國家經濟性政策的最新思想貫徹至每一位設計員。

3.2 制定降本流程，實施多路徑成本管控

項目成本團隊根據某飛機的特點，針對各研制階段的工作內容制定了詳細的成本管控流程，如圖2所示，并運用不同的降本策略對飛機全壽命周期費用進行管控。

圖2 某飛機全壽命周期費用多路徑管控流程示意圖Fig.2 Schematic diagram of multi-path control of an aircraft’s life cycle cost

3.2.1 合理估算，應用DTC和系統工程理論管控成本

DTC是美國在20世紀70年代中期提出的概念。該方法把全壽命周期費用或經過與系統性能、研制進度進行權衡后得出的單件產品的成本作為目標成本上限，并將該費用上限列為與技術、性能和工程進度等同等重要的指標[16]。DTC本質上是一種管理手段，曾在美、英、法等國廣泛采用，并取得了極好的效果。

系統工程是將整個系統作為研究對象，突出系統總體層面的研究[9]。即根據任務需求確定全機級技術指標和功能結構，然后將全機級指標分解到各系統、分系統/部件，以此為約束，確定分系統/部件的技術要求和方案，最后在此基礎上進行綜合集成，從而實現全機級的技術指標和功能。

在方案初步設計階段，項目成本團隊對各備選方案進行選型，綜合權衡費用、進度、性能等要求，初步估算飛機成本，制定目標成本上限。目標成本指標不僅要根據全壽命周期費用估算值來擬定，而且還要由財務、質量控制、生產、管理、工程等各方面專家共同擬定[17]。接著將整機級目標成本分解為系統級、子系統級和零部件級，以此作為下游各責任單位的設計指標；各責任單位按此目標成本進行設計，并將設計結果反饋至總體單位成本主管人員進行綜合評估；再由項目成本團隊根據前一輪DTC結果給出下一輪調整建議。這個過程是一個反復迭代的過程，直至全部系統滿足目標成本要求。對于確實無法實現目標成本的系統，則提交總師系統，從總體氣動布局、機體結構、各個系統等環節入手，進行全方位優化設計，確保單機總成本控制在目標成本范圍之內[18]。

進入詳細設計階段后，成本團隊的工作重點從設計轉化為控制。由于方案逐漸明確，估算工作可利用的信息量大大增加，費用估算的精度也顯著提高。這一階段全壽命周期費用管控工作的重點是為設計人員提供實時支持，保證產品同時滿足性能和費用要求。當預計費用超過目標成本約束時，必須及時給設計提供改進方法和提出控制措施[19]。

3.2.2 全方位設計優化，從源頭上降低成本

傳統的設計優化方法主要局限于裝備性能方面，近年來已將經濟性要求也納入其中。通過設計優化，進行綜合權衡，對縮短項目研制周期、有效降低成本起到很大的促進作用。

(1)面向成本的總體方案設計優化

設計參數的變化不僅影響飛機的性能指標，還影響飛機的設計成本[20]。面向成本的飛機優化設計是將成本分析模型與傳統的飛機設計流程相結合，通過飛機總體方案與成本模型的迭代，實現飛機最優經濟性。例如，通過分析技術方案的各項參數對成本的敏感性，找出影響成本的關鍵參數，根據技術方案要求給出各參數取值范圍并進行計算，形成關鍵參數與成本和性能的地毯圖，以供設計人員進行權衡分析，得到最優設計結果。

(2)全機重量設計優化

對全機進行減重設計。例如，機翼結構大面積采用復合材料，既保證了機翼強度又減輕了重量；內飾系統最初設計質量為130千克，約為國外同類飛機的2倍。經過研究，決定簡化內飾設計，減少包覆區域(僅對駕駛艙儀表板前端、后部天花板、側壁及地板區域進行包覆)，設備艙只對登機門及門區、頂部等區域進行簡單裝飾，確保人員能夠安全通行即可。通過優化設計，內飾系統減重60余千克。航電系統進行了綜合一體化設計，采用模塊化開放式軟、硬件體系架構，在射頻、信息處理、顯示控制等方面進行了高度綜合，大大減少了資源的重復配置和零件數量。此舉既減輕重量、提高可靠性，又降低了成本。

通過多輪排查和優化設計，全機減重幅度超過8%。這一成果有效改善了總體設計約束條件。通過將削減的重量轉化為燃油裝載量，可增加飛行巡航時間；或者在其他指標不變的情況下，降低飛機起飛重量，從而降低動力裝置耗油率。二者均可有效降低使用成本，提高總體性能。

3.2.3 重視預防性設計，降低后期成本

由于全壽命周期費用具有“先天性”的特點，因此在項目實施初期，就對產品的設計開發、制造、試驗、試飛、使用和保障等過程進行全盤規劃、安排，盡早將各項要素綜合考慮，做好預防性生產和預防性保障設計，以實現產品壽命周期費用的最低。例如：

(1)在方案設計階段，讓工藝人員和外場維修保障人員提前介入降本工作，提出降低成本的改進措施。原設計方案機身某部位有7塊蒙皮，若進行設備維護檢查，至少需拆除4塊蒙皮的連接件才能實施，維修維護極其不便。為解決此問題，該專業設計人員多次與工藝和部隊維修保障人員溝通協調，邀請他們參與設計，根據他們的建議改進了蒙皮搭接工藝性，將該部位蒙皮減少至5塊。通過開展結構工藝性優化設計，每塊蒙皮均能單獨拆卸安裝，且不相互限制影響，使飛機維護更加簡單便利。此舉不僅提高了維護性，還降低了維護成本。

(2)在保障性設計中，為降低使用成本，必須提高裝備的使用簡易性和維護可達性，提高設備自檢測能力和故障定位的準確度，提高保障設備和工具的通用性，減少地面保障人員數量和維修工作量，降低操作要求，減少耗材備件的品種和數量，降低燃油消耗等。為此采取的主要措施有：調研保障設備的使用情況，在新型號中對保障設備進行優化設計，提高通用性和易操作性；簡化保障設備及工具的操作流程，可使地面保障人員數量減少50%；提高控制系統的數字化和智能化能力，可降低操作人員的操作難度，減少工作量。

(3)在強度和可靠性設計中，通過提高產品的使用壽命和可靠性，盡量減少維護維修頻次，降低全壽命維護成本。采取的主要措施如下：通過優化飛行譜及載荷譜、改進設計方案等措施，將機體結構等主要部件壽命提升了2～3倍，將全壽命的翻修次數由3次降為2次，大幅降低了修理成本。

3.2.4 引入競爭機制，降低成品采購成本

將采購成本占總成本比重較大的成品作為成本控制的關鍵領域，重點突破，采取如下降本措施：

(1)對成品采購成本采用預設目標的方式進行控制。將成品目標價格發送至各成品廠商，要求其按照目標價格提供技術方案。反饋的方案提交至總師系統和成本團隊，并由系統成本工程師綜合分析產品性能和費用，給出價格評估報告，為后續談判審價提供依據。

(2)引入競爭機制，明確提出具有市場競爭基礎的成品至少要選擇兩家供應商的原則，保持競爭力和價格優勢，促進降本措施落地。同時基于目標價格與各供應商就價格不合理的部分進行多輪談判磋商，并對其方案指出改進思路，最終確定研制方案及后續成品采購價格，成功地將采購成本控制在目標成本范圍之內。

3.2.5 合理規劃各項試驗，節約驗證考核成本

試驗是檢驗產品品質優劣的試金石，通過試驗可以檢驗方案設計是否合理、產品質量是否合格、設備運行是否穩定。但是無論是設計驗證試驗，還是考核鑒定試驗，其費用都是相當驚人的，因此必須合理規劃，減少不必要的浪費。

(1)方案選型階段，通過計算和仿真等手段對各備選方案進行初選，科學設置方案篩選的門限值和決策點，盡量減少試驗次數。

(2)合理規劃試驗項目和組合方式，減少試驗次數和試驗件數量；對復雜系統的驗證盡量通過地面試驗完成，以降低試飛考核的次數和風險度；合理選擇試驗規模，縮短試驗時間，降低試驗成本。

(3)科學設計競爭擇優方案和考核方式，通過試驗檢驗前期的工作，比對同類產品的性能和成本，選擇性價比高的產品。

4 結束語

通過上述一系列成本管控措施，該項目飛機的單機成本得到了有效控制，實現了既定的成本目標。實踐證明，該飛機采用的成本管控策略對于其全壽命周期費用控制是成功的。

這套策略從技術和管理兩個途徑出發，組建成本工程師團隊，綜合應用系統工程、DTC等理論和方法，制定經濟性設計準則和流程，面向產品的目標成本開展方案優化設計，同時注重預防性設計，合理規劃試驗驗證項目，改進對設備供應商的成本管理方式，對產品的全壽命周期費用起到了較理想的管控作用。

該策略對于同類型項目的全壽命周期費用管控工作具有較高的借鑒價值。