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[摘要]當下的中國航空工業(yè)內(nèi)部成本管理非常粗放，不適應(yīng)市場競爭和企業(yè)商業(yè)化的需要，管理體制亟待改革，特別是大飛機項目列入國家中長期發(fā)展規(guī)劃后，飛機的經(jīng)濟性要求愈加重要。本文重點分析了飛機全壽命周期成本(LCC)工程，介紹了并行工程的設(shè)計思想和美國蘭德公司DAPCAIV模型，并且在分析飛機設(shè)計特點的基礎(chǔ)上總結(jié)了其未來研究的發(fā)展趨勢在于多學科綜合設(shè)計和面向系統(tǒng)的設(shè)計。

[關(guān)鍵詞]飛機設(shè)計；全壽命周期成本；并行工程

一、航空工業(yè)飛機成本問題的提出

作為航空工業(yè)的主要產(chǎn)品，飛機研制項目具有周期長、技術(shù)新、耗資大、風險大的特點。過去我國飛機研制都屬政府投資，設(shè)計與生產(chǎn)脫節(jié)，風險由國家承擔，飛機設(shè)計研究所因長期以來受軍工系統(tǒng)傳統(tǒng)的研發(fā)采辦管理機制所限，造成了對飛機成本意識的淡漠。設(shè)計研究所的目標是設(shè)計出滿足上級要求的飛機，沒有將飛機成本作為設(shè)計參數(shù)進行嚴格控制，因此，飛機的工藝性，飛機的成本以及飛機的銷量等等因素在飛機設(shè)計時考慮較少。

中國加入WTO已有5年之久，國內(nèi)市場經(jīng)濟不斷推進，融入世界經(jīng)濟成為不可阻擋的激流。經(jīng)濟全球化成為總的趨勢。航空工業(yè)的全球化是以武器系統(tǒng)的單一國家的模式轉(zhuǎn)向國際化的開發(fā)、生產(chǎn)以及市場營銷為基礎(chǔ)的，而且全球化的深度和廣度都在加強。在競爭日益激烈的市場環(huán)境中，民用飛機產(chǎn)業(yè)受到更加直接的國際市場沖擊。我國的航空工業(yè)要參與國際競爭，就要求變革現(xiàn)行管理體制和機制，并且在廣大工程技術(shù)人員心中樹立起技術(shù)經(jīng)濟、成本效益的系統(tǒng)觀念。

二、飛機全壽命周期成本(LCC)工程

1.在飛機設(shè)計階段降低成本?，F(xiàn)代成功的軍用飛機和民用飛機，不僅具有較高的性能和效能，而且給用戶在經(jīng)濟上帶來效益。因此，飛機作為工程系統(tǒng)在多種方案優(yōu)選決策時，很大程度上取決于其經(jīng)濟性。要提高經(jīng)濟效益，有效的辦法就是控制飛機的研制成本。

降低產(chǎn)品的成本有很多方法，它們分布在不同的設(shè)計階段。普遍認為，工程設(shè)計的早期階段是一個新產(chǎn)品在技術(shù)和經(jīng)濟上取得成功最關(guān)鍵的一個步驟。通過研究設(shè)計對成本的影響表明，產(chǎn)品絕大部分的制造成本是在設(shè)計階段由所選定的原理解和結(jié)構(gòu)化方式所決定的，而隨后的加工和裝配階段，對于降低成本而言，作用相對較小。有學者指出，產(chǎn)品中多達80%的成本在早期設(shè)計階段已經(jīng)決定了，在這個階段我們可以獲得主要的成本節(jié)約。

2.飛機的并行工程設(shè)計思想。長期以來，新產(chǎn)品的開發(fā)大多沿用傳統(tǒng)的順序工程方法。產(chǎn)品總是從一個部門遞交給下一個部門(例如：設(shè)計開發(fā)部-工藝部-制造加工部-總裝測試部等)，由于傳統(tǒng)的順序工程設(shè)計方法在設(shè)計的早期不能全面考慮后續(xù)過程的多種要求，造成從概念設(shè)計到工藝過程設(shè)計的多次修改，產(chǎn)品開發(fā)周期延長。另外，產(chǎn)品順序工程方法中每一階段的成本都逐級放大，使得新產(chǎn)品成本成倍提高。

一架飛機設(shè)計得成功與否，應(yīng)以是否達到效能-費用比最優(yōu)來評判。要達到效能-費用比最優(yōu)只能運用不斷涌現(xiàn)的新技術(shù)、綜合設(shè)計的思想和系統(tǒng)工程的設(shè)計方法才能得以解決。并行工程就是適合于系統(tǒng)工程的一種方法，強調(diào)綜合設(shè)計，強調(diào)各專業(yè)技術(shù)人員的協(xié)同合作。并行工程方法在產(chǎn)品的研制、開發(fā)和設(shè)計過程中充分利用高度發(fā)展的計算機輔助工具和技術(shù)集成以及信息集成系統(tǒng)，做到信息共享、信息交流，使開發(fā)和設(shè)計人員能大量采用集成技術(shù)，及時地完成產(chǎn)品及其過程(如生產(chǎn)、維護過程等)的設(shè)計和評價，可顯著地改善產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量和加快研制周期。

3.飛機全壽命周期成本(LCC)管理。鑒于飛機研制、生產(chǎn)和使用保障等費用全面增長的嚴峻局面，美國國防部于20世紀60年代初提出了壽命周期成本的概念，并開始對飛機壽命周期成本進行研究。開展壽命周期成本研究的主要目的是揭示壽命周期成本發(fā)生、發(fā)展的規(guī)律，從而采取有效的方法對其進行控制。美國國防部認為，LCC是指政府為了設(shè)置和獲得系統(tǒng)以及系統(tǒng)一生所消耗的總費用，其中包括開發(fā)、設(shè)置、使用、后勤支援和報廢等費用。

在此之前，美國國防部對武器系統(tǒng)成本的定義主要是單件產(chǎn)品的成本。以后，隨著武器性能的不斷提高，不但武器系統(tǒng)的研制、生產(chǎn)成本日益增大，而且由于武器裝備的日趨嚴格，促使武器系統(tǒng)的使用與維護費用也空前上漲。1962年，在美國國防部長的報告中披露：1961年美國國防預算至少25%用在維修費上，并且得出結(jié)論認為把全部壽命周期內(nèi)的維護費壓縮到最低才是產(chǎn)品研制的基本思想。因此，1966年6月美國國防部開始正式研究武器系統(tǒng)的全壽命周期成本(LCC)，并在1970年開始使用LCC評價法，要求武器系統(tǒng)的使用部門在作出采購決策時，不但要考慮是否買得起，更要考慮在整個全壽命周期內(nèi)是否用得起。

LCC克服了傳統(tǒng)企業(yè)成本管理僅注重降低生產(chǎn)制造成本的局限性，將企業(yè)成本管理的視角向前延伸至研發(fā)設(shè)計階段，拓寬了成本管理的視野。它強調(diào)“產(chǎn)品成本是研發(fā)設(shè)計的結(jié)果”，就統(tǒng)籌考慮產(chǎn)品的可生產(chǎn)性、可靠性、可維修性等要求，減少在設(shè)計后期發(fā)現(xiàn)錯誤而導致的返工，從而大大縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低制造成本、節(jié)約使用與維護費用的目的。它將重點放在產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計階段。在激烈競爭的買方市場中，企業(yè)要在市場競爭中獲勝，必須堅持以市場為導向，注重產(chǎn)品的顧客化，將成本管理的重點放在面向市場的設(shè)計階段。LCC管理正是從這一角度出發(fā)，強調(diào)以顧客為中心的思想，即LCC的計算是從客戶的角度進行的，不僅考慮了生產(chǎn)同時也考慮了使用者的耗費，確定有利于提高成本效果的最佳設(shè)計方案。

飛機的壽命周期指該型飛機從論證開始直到退役為止的整個周期。我國規(guī)定，飛機的壽命周期可分為研制階段、采購階段、使用保障階段、退役處置階段。飛機壽命周期成本是指在預期的壽命周期內(nèi)，為飛機的論證、研制、生產(chǎn)、使用、維修與保障、退役所付出的一切費用之和稱為飛機的壽命周期成本。以時間可分為：研究、發(fā)展、試驗與鑒定費用、生產(chǎn)費用、地面保障設(shè)施與最初的備件費用、專用設(shè)施費用、使用保障費用、處置費用等。

4.飛機全壽命周期成本分析方法和蘭德DAPCAIV模型。目前，壽命周期成本分析的方法主要有類比法、參數(shù)法和工程估算法三種。

類比法是建立在與過去類似的工程項目進行比較，并根據(jù)經(jīng)驗加上修正而得出費用估計。參數(shù)法是通過一定的數(shù)學方法建立起系統(tǒng)費用與系統(tǒng)的測度(尺寸、性能等)之間的關(guān)系[這樣建立起來的關(guān)系式稱為費用估算關(guān)系式(CostEstimateRela-tion，CER)]。工程估算法是利用工作分解結(jié)構(gòu)自下而上地估算整體費用。由于參數(shù)法可用于研制早期階段，而這一階段的決策對整個壽命周期費用有重大影響，因此，成為人們研究的重點，并在實踐中加以應(yīng)用。波音公司可以用其現(xiàn)在飛機的費用估算關(guān)系式毫無困難地、非常精確地估算新噴氣客機的費用。

美國蘭德(RAND)公司受美國軍方委托在飛機壽命周期費用分析領(lǐng)域開展了大量的研究工作。1967年提出關(guān)于飛機發(fā)展與采購費用(DevelopmentandProcurementCostsofAir-craft，DAPCA)分析的第一種模型DAPCAI，之后數(shù)次改進，模型的最形式是DAPCAIV。DAPCA模型在飛機壽命周期費用分析領(lǐng)域有相當?shù)挠绊懥?。DAPCAIV模型通過工程、工藝裝備、制造、質(zhì)量控制等小組來分析估算研究、發(fā)展、試驗與鑒定及生產(chǎn)所需的工時，然后將這些工時乘以相應(yīng)的小時費率，就可得到一部分發(fā)展與采購費用；通過發(fā)展支援、飛行試驗、制造材料和發(fā)動機制造等方面的費用直接得到另一部分發(fā)展與采購費用。

蘭德DAPCAIV模型中工時、費用的計算公式如下：

工程工時：HE=0.88W0.777ev0.894Q0.163

工藝裝配工時：HT=1.22W0.777ev0.696Q0.263

制造工時：HM=1.6IW0.82ev0。484Q0.641

質(zhì)量控制工時：0.076HM貨運飛機

0.133HM其他飛機

發(fā)展支援成本：CD=7.96W0.630ev1.3

飛行試驗成本：CF=461.13W0.325ev0.822FTA1.21

制造材料成本：CM=1.90W0.921ev0.621Q0.799

發(fā)動機生產(chǎn)成本：CEng=1.548[0.0097Tmax+243.25Mαmax+0.54tti-2228]

研究、發(fā)展、試驗與鑒定費用+生產(chǎn)成本=

HERE+HTRT+HMRM+HQRQ+CD+CF+CM+CEngNEng+Cav

式中：We——空重(N)；

v——最大飛行速度(km/h)；

Q——產(chǎn)量；

FTA——飛行試驗機架數(shù)(一般為2～6架)；

NEng——總產(chǎn)量乘以每架飛機的發(fā)動機臺數(shù)；

Tmax——發(fā)動機最大推力(N)；

Mαmax——發(fā)動機最大馬赫數(shù)；

tti——渦輪進口溫度(K)；

RE，RT，RM，RQ——綜合費率(即人工小時費用，包括職工的工資和津貼、日常開支和管理費用等)；

Cαv——航空電子設(shè)備費用。

三、飛機全壽命周期成本工程與飛機設(shè)計發(fā)展趨勢

現(xiàn)代飛機優(yōu)化設(shè)計越來越追求對各類綜合設(shè)計要求的尋優(yōu)，如長壽命、可靠性高、經(jīng)濟性好、工藝性以及維修性好等。作為本文研究的重點，飛機的全壽命周期成本應(yīng)當作為飛機設(shè)計的多個目標之一，融入到飛機設(shè)計的主要參數(shù)之中。

飛機優(yōu)化設(shè)計是一個多目標的綜合優(yōu)化設(shè)計過程。從現(xiàn)代飛機設(shè)計的并行工程概念上看，設(shè)計過程要計入飛機全壽命周期的綜合因素。飛機總體設(shè)計是一個復雜的系統(tǒng)工程，覆蓋了多個學科的內(nèi)容，需要把物理、數(shù)學、空氣動力學、飛行力學、控制原理、材料和工藝、經(jīng)濟學、發(fā)動機構(gòu)造與原理、機械設(shè)計、結(jié)構(gòu)力學等學科以及其他應(yīng)用科學的基礎(chǔ)科學的知識綜合在一起。它包括了大量的設(shè)計變量，性能狀態(tài)變量，約束方程，各個系統(tǒng)模型相互交叉影響，各個設(shè)計目標對設(shè)計變量的要求相互矛盾，子系統(tǒng)的構(gòu)成可能是由不同領(lǐng)域的專家甚至在不同地點來操作運行的。因此需要發(fā)展一種高效適合于像飛機這樣的復雜工程系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化的方法。

從以上分析飛機設(shè)計的特點來看，未來發(fā)展呈現(xiàn)出多學科優(yōu)化設(shè)計和面向系統(tǒng)設(shè)計的趨勢。

1.多學科設(shè)計優(yōu)化(MultidisciplinaryDesignOptimiza-tion)。多學科設(shè)計優(yōu)化是解決由相互耦合的物理現(xiàn)象控制的，由若干不同的交互子系統(tǒng)構(gòu)成的復雜工程系統(tǒng)設(shè)計的有效方法。多學科設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在提供變量、約束、性能間交互作用和耦合信息的基礎(chǔ)上實現(xiàn)同時滿足各學科和系統(tǒng)約束的設(shè)計，具有對各種設(shè)計方案迅速進行折中分析的能力。多學科設(shè)計優(yōu)化已成為研究的熱點，而且不僅僅是學術(shù)研究，已經(jīng)用于工程實踐。如在飛機改型設(shè)計中，以最小重量和成本代價對現(xiàn)有飛機實現(xiàn)改變設(shè)計要求，迅速計算出設(shè)計參數(shù)對性能的影響，有效控制壽命周期成本。

多學科設(shè)計優(yōu)化利用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)集成各個學科(子系統(tǒng))的知識，應(yīng)用有效的設(shè)計優(yōu)化策略，組織和管理設(shè)計過程，充分利用子系統(tǒng)之間相互作用產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，獲得系統(tǒng)的整體最優(yōu)解。多學科設(shè)計優(yōu)化通過并行設(shè)計縮短設(shè)計周期，這與現(xiàn)代制造技術(shù)中的并行工程思想是一致的。

2.面向系統(tǒng)設(shè)計。現(xiàn)代飛機設(shè)計是一個極復雜的系統(tǒng)工程，決定了飛機設(shè)計方法是建立和研究大型復雜系統(tǒng)的功能性規(guī)律最一般的描述及對其分析和綜合的方法。其有別于以往設(shè)計方法的特征是：綜合優(yōu)化準則的應(yīng)用；描述整個系統(tǒng)本質(zhì)特征的數(shù)學模型的應(yīng)用；數(shù)學優(yōu)化方法、計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

作為設(shè)計對象的現(xiàn)代飛機具有高度的層次結(jié)構(gòu)，而無論是軍用飛機還是民用飛機，都是由機體平臺、動力系統(tǒng)、機載設(shè)備、控制系統(tǒng)等構(gòu)成的。可以把飛機分成若干個完成各種功能的子系統(tǒng)，將這些子系統(tǒng)總和在一起就決定了它的有效性能；這絕不意味著各個子系統(tǒng)是完全獨立的，飛機的各系統(tǒng)是相互聯(lián)系和相互制約的。

飛機設(shè)計中設(shè)計過程可分為若干階段，而飛機則可劃分成子系統(tǒng)和各部件。這就決定了飛機設(shè)計的理論基礎(chǔ)為系統(tǒng)工程的科學，其目標是建立和研究大型復雜系統(tǒng)的功能性規(guī)律最一般的描述及對其分析的綜合方法。

面向系統(tǒng)的收集方法是在充分考慮影響系統(tǒng)完成任務(wù)和達到指定目標的所有因素的基礎(chǔ)上對系統(tǒng)進行研究。以數(shù)學模型為基礎(chǔ)，系統(tǒng)設(shè)計的問題可歸結(jié)為：總的目標函數(shù)在多種約束條件下的優(yōu)化問題。

四、結(jié)語

當今中國航空工業(yè)正在向市場化、商業(yè)化發(fā)展，產(chǎn)品成本管理問題日益凸現(xiàn)。飛機全壽命周期成本工程在國外已有幾十年發(fā)展，近年來也得到國內(nèi)學者的重視并開始研究。未來飛機設(shè)計將越來越綜合化、系統(tǒng)化，壽命周期成本將作為一個重要的設(shè)計參數(shù)參與其中。飛機設(shè)計研究工作者必須樹立成本意識，積極引入國外先進的設(shè)計思想，使我國飛機工業(yè)設(shè)計生產(chǎn)能力更進一步提高。