基于系统工程的目标成本设计与管理

王泽宇

摘要：为了使产品成本、进度和性能达到最佳平衡，以美国B-2轰炸机为例，详细介绍了B-2轰炸机运用系统工程理念进行目标成本设计和管理的方法、工作流程，以及为降低成本采取的有效措施。运用系统工程的思想进行目标成本设计和管理，可以保证产品在满足技术和质量要求的同时拥有较低的成本。

关键词：系统工程;目标成本设计;成本管理和控制

中图分类号：V219 文献标识符：A

要降低成本，首先要提高成本设计和管理水平。目前，国内的成本设计手段较少，成本管理观念落后，设计和管理水平相对较低，因此，亟待提高成本设计和管理水平，以适应中国新时期的经济环境。

众所周知，系统工程作为一门新兴学科，在指导和组织管理复杂系统的开发中发挥着重要作用。系统工程是一个将技术研究和技术管理综合化的过程，该过程能够实现产品的预期功能，并把已明确的系统要求分配到设计之中，确保产品的成本、进度和性能达到最佳平衡[1]。因此，以系统工程理论指导目标成本设计和管理，会使产品的成本设计和管理工作获益匪浅。

1 基于系统工程的目标成本设计和管理流程

系统工程解决问题的思路是从整体出发，先分解、再综合。系统工程把整个系统作为研究对象，突出系统总体层面的研究，根据任务需求，从整体出发确定系统的指标和功能结构，然后在指标的约束下，对系统进行分解与分析研究，确定分系统/部件的技术要求和技术方案，最后在此基础上进行综合集成，进而实现系统的整体功能，同时还对实现目标的具体方法和途径进行优化。

目标成本设计与管理是飞机设计研制阶段一项重要工作。运用系统工程的思想去进行目标成本设计和管理，具体实现方法及流程如图1所示。在飞机需求论证阶段，通过市场调研，研究和搜集飞机利益相关方（包括客户、运营商、适航当局、供应商、空管机构、制造商、乘客等）对飞机的要求，论证飞机的经济性，同时对飞机成本进行初步估算分析，给出整机级目标成本。目标成本一旦确定，将成为执行后续工作的决策和约束。随着飞机研制工作的进一步深入，需要将整机级目标成本进行分解，得到系统级（大部段级）及子系统级（部段级）、产品级（零部件级）的目标成本，下发到具体责任单位，并以此为目标进行方案设计;各责任单位论证后反馈设计结果，然后由总体单位进行综合评估，检查目标成本的实现情况。这个过程是一个反复迭代的过程，目标成本最后将在一个可接受的范围内、随着飞机各项技术指标的变化而变化。

2 基于系统工程的成本设计与管理案例

运用系统工程的思想进行目标成本设计的案例很多，比较典型的有美国B-2轰炸机。B-2轰炸机是一种强大的武器装备，是冷战时期诞生的一种战略核突防飞机。从20世纪70年代早期开始研制到1989年第一架飞机问世，B-2始终坚持系统工程的理念，并将该理念贯穿整个研制过程，一直持续到项目结束。

在美国政府正式启动B-2项目后，国防部制定了该轰炸机的战略核打击范围。考虑到一些关键技术尚处于早期研究阶段，有可能影响研制周期和成本，国防部要求美国战略空军司令部率先提出一套满足任务需求的战技指标，并要求该项目的承包商提供相应技术方案，进一步细化技术指标和要求。

负责研制工作的美国空军B-2系统项目办公室、主要承包商诺斯罗普一格鲁门公司、两个主要转包商波音公司和沃特公司，共同组成了该项目的责任主体。在研发过程中，政府和承包商通过合同规定了各自承担的技术经济责任，共同确定项目技术顶层需求及下级需求，共同评估下级需求对顶层需求的影响，共同应对项目的高技术风险及高成本风险，共同制定备选方案，共同承担责任，共同致力于实现项目整体的最优经济效益目标。经过不断重复迭代，最后形成了合同规范。这个过程是B-2项目系统工程的重要部分。

下面详细介绍在B-2的研制过程中是如何运用系统工程的思想进行目标成本设计和管理。

在项目研制初始，项目团队首先对研制中需要考虑的因素做了一个重要度排序，优先顺序为：保密、性能、进度、成本[2]。

B-2轰炸机的研制是在极其秘密的条件下进行的，其密级程度几乎可以和第二次世界大战期间研发原子弹的“曼哈顿计划”相媲美。诺斯罗普一格鲁门公司为了做好该项目的保密工作，把许多其他项目转包出去，安排12000名职工亲自负责制造该机的前中段、驾驶舱及总装配工作。整个公司一天24h处于军队的监视之下，厂房均改为无窗车间，关键岗位上的工作人员必须经过测谎仪的测试以防有间谍混人。每台计算机都装有特制的罩套，防止无关人员看见计算机上的信息[3]。

保密性是首要考虑内容，其次是性能、进度，成本只排第4，这导致B-2飞机的研发周期长，研发投入大，再加上产量少、通货膨胀、后期维护成本较高等因素，所以B-2飞机的单机出厂价格高达10.2亿美元。

在项目执行过程中，B-2项目成本团队主要做了以下工作。

（1）确定成本目标

B-2系统工程的总体目标是在系统性能、可承受性、研制进度、可生产性、可测试性和保障能力之间取得最佳平衡点。可承受性主要考虑的就是设计成本、生产成本、采购成本以及维修和保障成本等。因此，B-2飞机的可承受性目标就是在保证总目标的前提下，使产品具有最佳的经济可承受性。

（2）组建团队，明确分工

B-2项目团队由总裁和总经理负责，下设项目部、开发部、管理部、试验部，其中項目部的职能之一是负责项目的管理成本降低计划与成本和进度目标控制。管理部下的合同与定价部负责单机生产成本和可变研发成本估算。B-2项目团队各部门系统工程管理职能分工如图2所示。

在B-2飞机的研发过程中，为了评估飞机性能指标降低带来的风险和成本减少的收益，专门成立了一个由技术专家和管理专家组成的成本项目团队。成本项目团队将客户的要求融人到设计和开发过程中，涉及范围小到飞机设计、维护、支持性和训练的简单细节，大到顶层系统的各项技术指标。这个项目团队可以在性能和成本、计划和风险之间找到一个平衡点，并且把分析结果提交给决策层作为决策依据。这种运用系统工程权衡分析的管理模式，让B-2目标成本设计项目获益匪浅。

B-2飞机管理成本降低计划（CRI）的工作内容包括：准备成本降低计划的提案和管理分包商的成本降低计划。

成本和进度目标控制的工作内容包括：任务分派、工作包定义、预算和资源分配、进度安排、工作包说明、成本、进度评估、任务完成成本预测、工作包计划周期、任務授权机构和授权文件、预算划转流程、挣值测定流程、方差测定和阈值、成本数据积累和报告。

（3）成本任务的计划与分解

根据各阶段成本工作的性质，运用系统工程工具，对项目成本任务进行计划与管理，并制定流程，分配责任。

系统工程关注的是整个系统，重点在系统的整体运行，而传统工程研发是由独立的设计元素构成，因此，需要将系统按照“层级分解、逐级解决”的工程方法与研发活动结合起来。目标成本需求的梳理、分解与传递就必须执行“逐级分解，按级管理”的工作原则，在确保每个层级的目标成本需求都被确认和验证后再向下传递。先定义项目级目标成本需求，然后逐层开展飞机级、系统级、分系统级和设备级目标成本需求的定义、分解与管理工作，以目标成本需求驱动多专业并行协同，并在具体执行过程中做到需求可追踪，状态可管控。

（4）风险的辨识与评估

风险辨识延伸到技术、进度、业务和成本问题，是作为标准技术评审的一部分进行的，并且动态监控技术性能、进度等与成本的权衡结果。例如，在设计中，项目周评审是在出现新风险期间进行的，主要是告知项目团队风险存在的可能性及影响范围;项目月评审主要是成立专项小组并任命主要责任人，以协调解决重要风险问题。类似的流程也存在于其他职能部门。

在B-2项目评审时对研制过程中出现的重要风险问题进行识别，并对其不能达到既定目标的可能性和潜在后果进行评估，一般评估结果分为高、中、低三等。一旦确认风险，该风险就成为跟踪的目标。由成本/进度控制项目组组织专家仔细研究各种方案的成本，并按照计划的工作进度和应该遵守的流程，分配控制任务，对每个风险的控制任务进行跟踪，直到风险被有效规避或控制。其目的是要整个项目团队积极地管理和控制重要风险，并允许每个机构管理低级别风险，在风险被识别后采取相应的控制措施。

例如，一项技术要求存在设计风险，可能对成本、计划或性能产生影响，B-2项目团队在及时地识别了此风险后，就需要对其进行评估。首先，项目团队要与用户一起评估是否有必要完全达到该技术要求，同时会反复研究成本与计划的备用方案，技术专家也会被要求参与该评估活动，该问题将通过多方交流和权衡得到解决，从而实现成本项目团队对风险的快速评估。B-2设计过程中风险的辨识和评估流程如图3所示。

（5）成本管理和控制

成本管理和控制是以追求产品全生命周期费用最小为目标，对产品的全生命周期内各阶段实施的经济性活动进行计划、组织、监督、协调及控制的活动。B-2飞机成本管理控制体系由业务管理部负责实施，并负责编制预算差异和进度变更报告。在设计过程中，成本项目团队为了有效地控制和降低成本，不遗余力地做了一系列工作，其中一些措施的实施更是收到了明显的效果，采取的措施主要有以下几点。

（a）将技术经济风险规避在可接受的范围内

如B-2轰炸机机翼材料的确定。由于任务、低可探测性及空气动力学的要求，飞机负载形式非常复杂，而且飞机底部发动机舱门、起落架舱门和武器舱门上的保险装置体积较大，必须使用复杂的大型复合材料结构。1980年前后，大型飞机应用大量复合材料还是一种新的尝试。虽然之前复合材料已数次应用于一些武器系统的次要结构上，但工程数据库和使用经验的积累都非常有限。因此，B-2研发团队面临要大范围使用复合材料的艰巨任务，其规模超出了此前任何项目的应用范围。为规避风险，B-2项目团队制订了一项风险终止计划。他们将来自诺斯罗普一格鲁门公司、波音公司、沃特和空军的复合材料领域的专家齐聚在华盛顿州西雅图研发中心，成立了关键技术攻关小组。该小组于1981年12月制定了设计可行性、制造、模具（工具寿命）、可生产性（重复性及造价基础数据）及保障性等一系列标准，并制作了三个15.24m长的机翼翼段及数个外翼盒段，对这些翼段和盒段进行了广泛的测试和检查。最后将测试件全部拆解，并对照测试前的预计结果和标准进行分析。

同时，该小组还设计了由传统金属材料制造的铝制飞机机翼，并与复合材料机翼在重量（质量）、造价、工期、风险和制造方法等方面进行比较，以防当复合材料方案不成功时作为备用方案，来降低风险。1983年9月，经过多次测试、检验及分析，该小组宣布复合材料机翼方案可行。此项攻关不仅规避了技术风险，更为重要的是节约了研制成本。

（b）选取低成本设计方案

为优化B-2飞机的低空突防能力，技术团队对多个备选方案进行检查分析，发现大部分方案的实现都需要通过加力燃烧来满足起飞需求和增加空中加油功能以满足突防任务。由于过于强调低空任务，就会大大缩减高空任务航程。研究最终认为成本最低、操作上最可行的办法是修改高空设计方案，使其可以执行低空任务，而不是单纯为低空任务而设计或者加大飞机体积来增加航程。

相比于仅考虑低高度任务的设计和增大飞机体积来扩展航程的设计方案，修改高高度设计方案在成本和运行上都是最有效的。

（c）采用计算机辅助设计技术节约成本

签订B-2飞机合同之后出现了一种重要的工具，这就是计算机辅助设计和分级网络。NCAD/NCAL是研发中心独立开发的计算机辅助设计/计算机辅助打样工具，此工具十分有效，是进行系统工程的重要辅助工具。该工具便于操作、功能强大，而且很容易适应各公司间的分级网络。虽然CAD工具在今天已不足为奇，但是在20世纪80年代却是新兴技术，在设计领域独放异彩。B-2飞机是世界上第一架全部应用CAD设计的飞机，这项技术简单实用，促进了设计的发展及空间构型和条件的互换，是跨接口综合的强大辅助工具，同时也使部件的制造装配过程变得简单，大大降低了人力成本。

此外，为控制和降低成本，B-2项目成本团队还采取了一些措施，例如，在设计中通过增强可达性，来提高保障性能（可靠性、维修性、可用率）;对于功能重要、加工困难的重要件和关键件需经审查确定;尽量减少结构件数，以减少工具、节省制造和组装时间等。

3 结束语

结合国内经济环境的现实情况，树立全新成本管理理念，运用系统工程先进的管理方法，从设计和管理两个方面控制产品的成本。设计上以成本、性能和进度三者之间的最佳平衡为标的确定目标成本，并以此为其他设计工作的约束;管理上以目标成本驱动多专业并行协同，进行系统设计集成和系统确认，并做到需求可追踪，状态可管控。在保证低成本的同时提供满足要求的高质量产品，这是国内成本管理在新时期的必然选择。

参考文献

[1]国际系统工程协会.系统工程手册：系统生命周期流程和活动指南[M].张新国，译.北京：机械工业出版社，2013.

[2]John M G，James E K.B-2 systems engineering case study[Z].Air Force Center for Systems Engineering，2007.

[3]庞之浩.几度沉浮的B-2轰炸机[J].现代军事，1995（12）：30-32.