航空装备全寿命周期费用多路径管控策略研究

王泽宇，艾俊强

(航空工业第一飞机设计研究院 总体气动研究所，西安 710089)

0 引 言

随着新的国防科研经费管理办法和军工产品定价规则的出台，航空装备的经济性工作也面临新的挑战。如何研制出性能满足要求、费用符合预期的产品，是今后经济性工作的研究重点。众所周知，航空装备的研制不仅是技术问题，同时还是费用问题。一型装备即便技术指标达到要求，但是全寿命周期费用高，部队买不起、用不起，这型装备便不能算是研制成功。在装备研制过程中，各个环节都会产生费用，因此必须针对费用源头，多路径进行控制。

全寿命周期费用的概念是由美国国防部于20世纪60年代正式提出并率先使用。为了控制军费，美国国防部致力于探索、研究降低武器装备费用的有效技术和管理方法。1964年美国国防部推出“整套采购”的策略，这是美国国防部首次对采办实施费用控制[1]。20世纪70年代，美国国防经费严重削减，已严重影响装备的更新换代能力。为此美国国防部提出“定费用设计[2](Design To Cost，简称DTC)”思想和要求，将费用与性能、进度视为同等重要的设计参数，通过对费用指标的量化和跟踪来控制装备全寿命周期费用。“定费用设计”后来进一步延伸为“定全寿命费用设计”。美国空军在采购飞机轮胎时应用了全寿命周期费用的方法，由以往的单纯采购价格招标变为完成目标起落架次需要的最低费用招标。此次采购改革非常成功，仅此一项每年就可节约采购经费1 500万美元[3]。

20世纪80年代，全寿命周期费用方法已逐渐国际化，并在民用领域得到广泛应用。美国内布拉斯加州以法律的形式规定，凡是超过5万美元的州建筑物，必须对其进行全寿命周期费用评价[4]。其他州也做出了相应的规定来贯彻全寿命周期费用方法。

20世纪90年代，美国又提出“费用作为独立变量”的理念：即费用是自变量，不是最终结果的函数，性能与进度都是应变因素[5]，其核心强调了经济可承受能力是未来所有武器系统的关键要求。例如美军在“联合攻击战斗机(JSF)”计划中，确定技术指标时不仅考虑性能要求，而且从一开始就把成本作为一个独立的变量来考虑；设计时制订出“可买得起”措施，并在计划实施过程中不断检验这些措施在降低研制成本方面的有效性。JSF项目充分考虑了经济可承受性，是美国武器装备全寿命周期费用控制改革的标志[6]。美国国防部采用全寿命周期费用管理方法后，改变了以前“干了再算”的费用失控局面，进入到“算了再干”的科学轨道[7]。

全寿命周期费用控制理论在美国等发达国家已相当成熟和完善，目前主要是针对费用模型和估算方法进行研究。例如美国兰德公司的DAPCA系列模型、PRICE公司的通用估算模型和Galorath公司的SEER模型，都已被广泛应用。其他国家的学者也对全寿命周期费用做了许多研究。例如英国创立设备综合工程学，将设备技术与全寿命周期费用结合，拓宽了该学科领域，使其更为综合化。日本成立了全寿命周期费用委员会，研究全寿命周期费用方法和管理，并推广应用，取得了较丰厚的成果[3]。

我国从20世纪80年代开始应用全寿命周期费用的管理理念。通过学习和借鉴国外的先进理论和经验，对装备全寿命周期费用的特点和规律有所掌握，全寿命周期费用方法在不少军用和民用单位都得到应用，并取得了一批成果。如空军、海军、陆军、火箭军、航空航天等许多单位在全寿命周期费用的研究和应用都上取得了可喜的成绩。在对现役装备(例如飞机、坦克、雷达、火炮、舰船等)的研制中，应用了全寿命周期费用分析方法，用于确定装备服役年限、延寿可行性论证、军用车辆更新研究、修理级别分析、装备全寿命周期费用估算，以及项目的费用-效能分析等方面，对装备的科学决策起到了一定支持作用[8]。

虽然我国在短时间内取得了巨大进步，但是有关全寿命周期费用的定义、构成、估算方法、数据库等基础工作还远未达到标准化、规范化的程度，跟国外相比还有很大差距，因此本文通过深入研究全寿命周期费用管控理论和方法，总结国内外相关经验、吸取教训，结合我国特点，提出一套全寿命周期费用多路径管控策略并在某型飞机研制中试点应用，以期获得较好的费用管控效果。

1 全寿命周期费用管控特点

随着经济性理论与方法的进一步发展，全寿命周期费用管控已经不再是事后行为，而是转变为事前控制。众所周知，航空装备全寿命周期费用具有“先天性”的特点。《国际系统工程手册》中申明：一般产品开发在产品概念和设计阶段的花费仅约占产品全寿命费用的23%，但这两个阶段的工作却决定了产品全寿命周期费用的85%左右[9]。实际上，因产业或产品不同，该数值在50%～95%范围内。同时，到产品研发的后期乃至使用阶段，纠正设计阶段工作缺陷的成本将成指数增加。因此，从产品创意及设计源头控制产品全寿命周期费用是事半功倍的理性手段。航空装备不仅遵循这一基本规律，而且会因为产品更新频率低、生产批量少、技术状态复杂而更突出，因此本文将对全寿命周期费用管控的关键时期——设计阶段采用的管控策略进行研究。可确定的全寿命周期费用与时间的对比关系如图1所示。

图1 可确定的全寿命周期费用与时间的对比关系Fig.1 Committed life cycle cost against time

2 全寿命周期费用管控策略研究

我国航空工业是在较差工业基础上开始发展的，在研发周期和资源高度压缩的条件下应急追赶国外航空装备，因此特别强调政治使命与责任担当。军地双方主要围绕解决装备有无和持续提升装备质量及可靠性来开展工作，因此精力基本都放在防止设计不足和保证装备性能优势上，没有太关注装备的经济性，由此造成了航空装备全寿命周期费用迅速上涨的态势。为了改变这种态势，国家近几年相继颁布了一系列费用管理办法及规定，要求在装备研制中必须进行全寿命周期费用管控。

全寿命周期费用管控是航空装备研制的重要内容，该工作越早介入就越能降低费用。通过总结国内外航空装备研制中经济性工作的经验，结合我国军工产品经费管理的特点，从思想观念、管理模式、设计技术等方面深入研究，得出一套在设计阶段适合我国航空装备全寿命周期费用管控的策略，其执行要点如下。

2.1 转变观念，重视全寿命周期费用

当前一些设计人员还存在一种根深蒂固的观念，认为“应先解决产品有无问题，后考虑产品经济性”。这是一种不切实际的想法，因为产品一旦研制完成并投产后，其全寿命周期费用的主体就已基本确定，通过后续提高装备保障水平来降低使用和保障费用，其效果十分有限。因此必须首先转变观念，提升重视程度，将全寿命周期费用作为一项技术指标，纳入到装备型号的设计中去[3]。这其中管理层的重视程度起着决定性作用，只有管理层足够重视和支持，才能自上而下地将全寿命周期费用管控工作贯彻和落实。而且人们思想理念的转变也需要管理者来引领，需要从体制上激励下属在工作中切实贯彻和实施全寿命周期费用指标要求。同时，在人员、资金和时间上给予有效配置，全面协调和促进全寿命周期费用管控工作的开展。

2.2 制定标准，纳入型号设计规范

为规范和加强国防科研试制经费管理，推进军品价格市场化改革，提高国防经费使用效益，我国发布了新版科研经费管理办法和军品定价规则。为了在产品研制中贯彻新的办法和规则，必须建立新的产品设计标准或准则，将经济性纳入产品设计标准或准则，从上至下统一认识，并建立可操作的费用管控办法和措施，以此指导经济性设计思想的贯彻和落实，保证经济性工作的顺利开展。

2.3 组建团队，健全组织管理模式

在早期的型号研制中，一般由计划和财务人员负责管理研制费用，计划人员负责研制费用预算，财务人员负责核算。为了在价格谈判时具有更大的优势和空间，预算一般都留有较大的空间，不能准确反映费用的实际情况。财务人员只关心已发生的费用，一般按年度对已发生费用进行归类核算。这种管理模式只是对费用的统计，属于事后行为，不是真正意义上的全寿命周期费用管控。

全寿命周期费用管控团队必须要引入成本工程师职能。该职位人员具有工程、经济、财务、金融和计算机等综合知识，专职负责成本的测算和分析[10]。成本工程师是从工程的视角来认识和关注成本的，关注的是产品的全寿命周期费用，这与财务会计有很大区别。作为项目负责人、研发团队及计划财务之间的纽带，成本工程师需要研究、规划、设计、实施、分析、改进和保证产品的成本水平，确保产品成本的合理性，以及合理使用和利用资源，减少资源代价，用有限的资源实现产品的利润最大化和竞争力。

引入成本工程师队伍，健全全寿命周期费用管控团队，从技术和管理等环节，多管齐下，开展费用管控工作。

2.4 合理估算，适时修正费用模型

成本估算是全寿命周期费用管控的基础。由于每个阶段可得到的成本估算信息数量不同,因此必须选择不同的估算方法进行估算。不同的估算方法得到的估算结果也不相同，所以如何合理确定估算方法是研究的重点问题之一[11]。

常见的全寿命周期费用估算方法有四类：专家法、类比法、参数法和工程法。这些方法适用于全寿命周期各个阶段的费用估算，在国内外都得到较大的发展应用。基于上述基本方法，费用估算方法还延伸出等工程价值比法、成本密度法、神经网络法和仿真模型法等其他方法。

在实际应用中，应采用多种方法进行估算，互相检验。早期还可以采用小样本理论建立费用模型，随着研制工作的深入，数据信息增多，再对费用模型进行修正。

2.5 选择适合的费用管控方法

对费用进行管控也有很多成熟的理论、方法和手段可供采用，例如：定费用设计方法、将费用作为独立变量的设计方法等。此外还有一些其他设计管理方法，诸如：多学科设计优化(Multidisciplinary Design Optimization，简称MDO)[12]、挣值管理(Earned Value Management，简称EVM)[13]、价值工程(Value Engineering，简称VE)[14]、系统工程[9]、并行工程[15]等，也可以与全寿命周期费用方法一起综合运用。

以上理论和方法各有优缺点，可根据型号研制的具体情况灵活运用。不论选用什么理论和方法，都要有明确的设计流程、健全的管理机制、正确的设计思路、合理的成本估算方法和坚决的降本决心。

3 某飞机成本控制案例

以国内自主研制的某飞机为例，该飞机在研制过程中采用了多种全寿命周期费用管控理论和方法，将单机目标成本纳入重点管控范畴，以“成本是设计出来的”为设计理念，开展面向目标成本的低成本设计工作。在设计过程中注重全系统成本控制，实时跟踪与反馈，合理调整目标成本，确保总成本在设定的目标成本之内。

3.1 成立项目成本团队，贯彻学习降本理念

某飞机研制立项后，随即成立了项目成本团队，团队由总经济师、总经济师助理、成本设计人员和成本管理人员组成。团队负责人定期组织开展经济性能力提升培训，并与兄弟单位交流成本管控经验；项目团队实行月例会制度，在月例会上除了总结、布置成本管控工作，大家还互相交流学习，对一些关键、疑难问题展开头脑风暴。此外，成本团队还将国家发布的最新科研经费管理办法编制成手册，分发给专业设计人员，将国家经济性政策的最新思想贯彻至每一位设计员。

3.2 制定降本流程，实施多路径成本管控

项目成本团队根据某飞机的特点，针对各研制阶段的工作内容制定了详细的成本管控流程，如图2所示，并运用不同的降本策略对飞机全寿命周期费用进行管控。

图2 某飞机全寿命周期费用多路径管控流程示意图Fig.2 Schematic diagram of multi-path control of an aircraft’s life cycle cost

3.2.1 合理估算，应用DTC和系统工程理论管控成本

DTC是美国在20世纪70年代中期提出的概念。该方法把全寿命周期费用或经过与系统性能、研制进度进行权衡后得出的单件产品的成本作为目标成本上限，并将该费用上限列为与技术、性能和工程进度等同等重要的指标[16]。DTC本质上是一种管理手段，曾在美、英、法等国广泛采用，并取得了极好的效果。

系统工程是将整个系统作为研究对象，突出系统总体层面的研究[9]。即根据任务需求确定全机级技术指标和功能结构，然后将全机级指标分解到各系统、分系统/部件，以此为约束，确定分系统/部件的技术要求和方案，最后在此基础上进行综合集成，从而实现全机级的技术指标和功能。

在方案初步设计阶段，项目成本团队对各备选方案进行选型，综合权衡费用、进度、性能等要求，初步估算飞机成本，制定目标成本上限。目标成本指标不仅要根据全寿命周期费用估算值来拟定，而且还要由财务、质量控制、生产、管理、工程等各方面专家共同拟定[17]。接着将整机级目标成本分解为系统级、子系统级和零部件级，以此作为下游各责任单位的设计指标；各责任单位按此目标成本进行设计，并将设计结果反馈至总体单位成本主管人员进行综合评估；再由项目成本团队根据前一轮DTC结果给出下一轮调整建议。这个过程是一个反复迭代的过程，直至全部系统满足目标成本要求。对于确实无法实现目标成本的系统，则提交总师系统，从总体气动布局、机体结构、各个系统等环节入手，进行全方位优化设计，确保单机总成本控制在目标成本范围之内[18]。

进入详细设计阶段后，成本团队的工作重点从设计转化为控制。由于方案逐渐明确，估算工作可利用的信息量大大增加，费用估算的精度也显著提高。这一阶段全寿命周期费用管控工作的重点是为设计人员提供实时支持，保证产品同时满足性能和费用要求。当预计费用超过目标成本约束时，必须及时给设计提供改进方法和提出控制措施[19]。

3.2.2 全方位设计优化，从源头上降低成本

传统的设计优化方法主要局限于装备性能方面，近年来已将经济性要求也纳入其中。通过设计优化，进行综合权衡，对缩短项目研制周期、有效降低成本起到很大的促进作用。

(1)面向成本的总体方案设计优化

设计参数的变化不仅影响飞机的性能指标，还影响飞机的设计成本[20]。面向成本的飞机优化设计是将成本分析模型与传统的飞机设计流程相结合，通过飞机总体方案与成本模型的迭代，实现飞机最优经济性。例如，通过分析技术方案的各项参数对成本的敏感性，找出影响成本的关键参数，根据技术方案要求给出各参数取值范围并进行计算，形成关键参数与成本和性能的地毯图，以供设计人员进行权衡分析，得到最优设计结果。

(2)全机重量设计优化

对全机进行减重设计。例如，机翼结构大面积采用复合材料，既保证了机翼强度又减轻了重量；内饰系统最初设计质量为130千克，约为国外同类飞机的2倍。经过研究，决定简化内饰设计，减少包覆区域(仅对驾驶舱仪表板前端、后部天花板、侧壁及地板区域进行包覆)，设备舱只对登机门及门区、顶部等区域进行简单装饰，确保人员能够安全通行即可。通过优化设计，内饰系统减重60余千克。航电系统进行了综合一体化设计，采用模块化开放式软、硬件体系架构，在射频、信息处理、显示控制等方面进行了高度综合，大大减少了资源的重复配置和零件数量。此举既减轻重量、提高可靠性，又降低了成本。

通过多轮排查和优化设计，全机减重幅度超过8%。这一成果有效改善了总体设计约束条件。通过将削减的重量转化为燃油装载量，可增加飞行巡航时间；或者在其他指标不变的情况下，降低飞机起飞重量，从而降低动力装置耗油率。二者均可有效降低使用成本，提高总体性能。

3.2.3 重视预防性设计，降低后期成本

由于全寿命周期费用具有“先天性”的特点，因此在项目实施初期，就对产品的设计开发、制造、试验、试飞、使用和保障等过程进行全盘规划、安排，尽早将各项要素综合考虑，做好预防性生产和预防性保障设计，以实现产品寿命周期费用的最低。例如：

(1)在方案设计阶段，让工艺人员和外场维修保障人员提前介入降本工作，提出降低成本的改进措施。原设计方案机身某部位有7块蒙皮，若进行设备维护检查，至少需拆除4块蒙皮的连接件才能实施，维修维护极其不便。为解决此问题，该专业设计人员多次与工艺和部队维修保障人员沟通协调，邀请他们参与设计，根据他们的建议改进了蒙皮搭接工艺性，将该部位蒙皮减少至5块。通过开展结构工艺性优化设计，每块蒙皮均能单独拆卸安装，且不相互限制影响，使飞机维护更加简单便利。此举不仅提高了维护性，还降低了维护成本。

(2)在保障性设计中，为降低使用成本，必须提高装备的使用简易性和维护可达性，提高设备自检测能力和故障定位的准确度，提高保障设备和工具的通用性，减少地面保障人员数量和维修工作量，降低操作要求，减少耗材备件的品种和数量，降低燃油消耗等。为此采取的主要措施有：调研保障设备的使用情况，在新型号中对保障设备进行优化设计，提高通用性和易操作性；简化保障设备及工具的操作流程，可使地面保障人员数量减少50%；提高控制系统的数字化和智能化能力，可降低操作人员的操作难度，减少工作量。

(3)在强度和可靠性设计中，通过提高产品的使用寿命和可靠性，尽量减少维护维修频次，降低全寿命维护成本。采取的主要措施如下：通过优化飞行谱及载荷谱、改进设计方案等措施，将机体结构等主要部件寿命提升了2～3倍，将全寿命的翻修次数由3次降为2次，大幅降低了修理成本。

3.2.4 引入竞争机制，降低成品采购成本

将采购成本占总成本比重较大的成品作为成本控制的关键领域，重点突破，采取如下降本措施：

(1)对成品采购成本采用预设目标的方式进行控制。将成品目标价格发送至各成品厂商，要求其按照目标价格提供技术方案。反馈的方案提交至总师系统和成本团队，并由系统成本工程师综合分析产品性能和费用，给出价格评估报告，为后续谈判审价提供依据。

(2)引入竞争机制，明确提出具有市场竞争基础的成品至少要选择两家供应商的原则，保持竞争力和价格优势，促进降本措施落地。同时基于目标价格与各供应商就价格不合理的部分进行多轮谈判磋商，并对其方案指出改进思路，最终确定研制方案及后续成品采购价格，成功地将采购成本控制在目标成本范围之内。

3.2.5 合理规划各项试验，节约验证考核成本

试验是检验产品品质优劣的试金石，通过试验可以检验方案设计是否合理、产品质量是否合格、设备运行是否稳定。但是无论是设计验证试验，还是考核鉴定试验，其费用都是相当惊人的，因此必须合理规划，减少不必要的浪费。

(1)方案选型阶段，通过计算和仿真等手段对各备选方案进行初选，科学设置方案筛选的门限值和决策点，尽量减少试验次数。

(2)合理规划试验项目和组合方式，减少试验次数和试验件数量；对复杂系统的验证尽量通过地面试验完成，以降低试飞考核的次数和风险度；合理选择试验规模，缩短试验时间，降低试验成本。

(3)科学设计竞争择优方案和考核方式，通过试验检验前期的工作，比对同类产品的性能和成本，选择性价比高的产品。

4 结束语

通过上述一系列成本管控措施，该项目飞机的单机成本得到了有效控制，实现了既定的成本目标。实践证明，该飞机采用的成本管控策略对于其全寿命周期费用控制是成功的。

这套策略从技术和管理两个途径出发，组建成本工程师团队，综合应用系统工程、DTC等理论和方法，制定经济性设计准则和流程，面向产品的目标成本开展方案优化设计，同时注重预防性设计，合理规划试验验证项目，改进对设备供应商的成本管理方式，对产品的全寿命周期费用起到了较理想的管控作用。

该策略对于同类型项目的全寿命周期费用管控工作具有较高的借鉴价值。