装备产品生命周期质量经济性分析方法

中国航空综合技术研究所□曹金龙

1 引言

装备制造业是为国民经济各行业提供技术装备的战略性产业，是国民经济健康、可持续发展的重要保障，装备产品的质量水平集中体现了国家综合实力。近年来，随着我国装备制造企业技术创新能力的不断增强，装备产品的质量水平得到了显著提升，部分产品质量已达到国际先进水平。但总体上看，我国装备产品质量水平和品牌影响力与国外发达国家相比还有较大差距，国内用户对国产装备不了解和不敢用的现象时有发生。

装备产品通常具备复杂功能，装备制造企业在销售产品后需要为用户提供长期的售后维修保障服务，相关成本是一笔很大支出。同时，装备产品也是再生产工具，装备产品的性能和质量也影响用户的生产效率和经济收益。开展装备产品的全生命周期质量经济性分析，可以为装备制造企业提升质量和控制成本提供决策依据，也可以帮助用户选择总成本最低的产品，有利于提升国产装备产品市场占有率。

2 国内外研究概述

质量经济性的概念最早由朱兰博士在其所著的 《质量控制手册》中提出，早期的理论主要围绕质量成本展开，美国质量管理专家菲根堡姆、哈灵顿 （J.Harniton），日本质量管理专家田口玄一、市川龙三等开展了系统地研究和论述。上世纪80年代起，国外学者开始关注质量给企业带来的收益，研究了产品质量与价格之间的关系。近年来，我国学者围绕将顾客价值和学习理论引入质量经济性研究中，取得了一定成果。

全生命周期费用理论最早20世纪60年代由美国国防部在国防武器采办过程中应用。菲根堡姆论述全面质量管理时指出，质量成本的范围涉及整个产品生命周期。国内学者也已将全生命周期理论应用于产品质量经济性研究上，陈晓川等对制造业中产品全生命周期成本的研究概况进行了综述，周福礼等从全生命周期质量经济性视角提出解决主机厂采购过程中的关键外购件供应商组合优选问题。

3 装备产品生命周期质量经济性要素

（1）装备产品质量经济性研究内容

产品质量是企业参与市场竞争的重要基础，它不仅是一个技术问题，还是一个经济问题。企业通过投入资源获得一定质量水平的产品，通过销售产品获得一定收入，投入和收入共同决定了企业收益。质量经济性分析的目的就是通过研究产品质量、成本与收益之间的关系，以尽可能少的质量投入获得最大经济收益。

装备制造企业不仅应考虑产品研发设计、生产制造等内部过程的质量损失，还需要考虑交付用户后所需付出的维修保障成本。此外，高质量的产品还能提高产品售价、提升品牌形象，为企业带来高附加值。对于用户来说，在选择产品时不仅应考虑产品的初始购置成本，还应考虑产品在使用过程中的维修服务、使用保障成本，以及产品故障所带来的机会损失成本。因此，开展产品生命周期质量经济性分析可为生产企业和用户提供决策依据。

（2）装备产品生命周期成本构成

产品生命周期是指产品从需求分析、设计、研制、生产、销售、使用、维护到报废为止的整个时期。产品生命周期理论一般将产品生命周期划分为研发设计、生产制造、使用维护和报废处置四个阶段，如图1所示。研发设计阶段是从用户需求开始，经过方案论证、初步设计、详细设计到最后设计定型，生产制造阶段是企业根据图纸进行生产，直到生产出的产品投放市场为止,这两个阶段是产品的形成阶段，所付出的质量成本由企业承担。在产品进入用户使用阶段后，企业还应承担保修期内的约定维修、保障费用。在使用维护阶段，用户承担产品的使用、保障、以及保修期外的维修费用。当产品进入报废处置阶段，用户还应承担产品的报废处置成本。

图1 产品生命周期阶段划分示意图

企业总成本包括研发设计成本、理想制造成本、质量控制成本、内部故障成本和外部故障成本，具体如图2所示。其中，研发设计成本是指产品研发设计过程中用于质量设计的基础研究费用、开发费用、测试费用和人工费用等；理想制造成本是指理想状态下发生在生产制造过程中的直接材料费用、直接人工费用和制造费用的总和；质量控制成本是为了使生产过程中的质量达到某一水平所支出的成本，它包括预防成本、鉴定成本和外部保证成本等；内部故障成本指产品在交付前因未能满足规定的质量要求所造成的损失性成本，包括产品报废损失、返工损失、降级损失、故障分析费用、异常质量检验费用和意外停工损失等；外部故障成本是指产品在支付后因未能达到顾客满意的质量所造成的损失，包括保修期内出现故障时发生的维修服务成本、由于产品不合格而发生的退换货成本、投诉处理费用、折让损失及应急公关费用等。

图2 企业总成本构成

用户总成本是指从购买产品到使用、报废和全过程中需要由用户来支付的总成本，主要包括用户的初始购置成本、使用保障成本、维修服务成本、报废处理费用以及机会损失成本,具体如图3所示。其中，初始购置成本是用户购买时支付的价格；使用保障成本是用户在使用产品过程中需要支出产品的能源消耗、耗材支出、备件成本、保障设备成本、操作保障人员成本等；维修服务成本是用户在使用产品过程中需支出的成本，包括保养、修理、更换零部件及维修人工支出等；报废处置成本包括一般废品报废处置费用、有毒有害物质处理费用以及部分零部件资源循环利用收益；机会损失成本是产品在使用过程中出现故障或因保修、准备时间过长等原因造成生产活动无法开展时给用户带来生产损失、停开机费用等成本。

图3 用户总成本构成

（3）装备产品关键质量特性分析

产品质量特性的水平是影响装备产品生命周期质量经济性的关键因素。装备产品的核心质量特性是设计质量、可靠性、维修性及保障性等，具体因素如表1所示。

表1 产品各阶段质量成本的主要影响因素

表1（续）

4 企业视角装备产品质量经济性分析

（1）企业各阶段成本与质量的关系

1）研发设计成本与质量。研发设计位于产品生命周期的初始阶段，研发设计阶段充分考虑产品质量可有效提升产品全生命周期的质量经济性。产品设计阶段的质量设计水平可用Qdsg表示，产品研发设计成本与Qdsg正相关，可用如下公式表示：

式中Qdsg——产品质量设计水平

2）理想制造成本与质量。从静态角度看，理想制造成本主要与产品质量设计水平有关，产品质量设计水平越高，产品所需的元器件性能和生产工艺要求就越高，理想制造水平也就越高。理想制造成本与产品质量设计水平Qdsg的关系用如下公式表示：

式中Qdsg——产品质量设计水平

3）质量控制成本与质量。随产品制造质量水平的提升，质量控制成本不断增加，但考虑到质量管理中存在着学习效应，质量控制成本的增长幅度随着经验累积而不断减小。在考虑学习效应后，质量控制成本增长速度明显放缓，其关系用如下公式表示：

式中q——生产制造过程中产品合格率

z——学习效应带来的累积经验

4）内部故障成本与质量。企业内部故障成本主要由企业的制作质量水平决定，可用产品平均制造合格率表示，最终由所有出厂产品承担。即：

式中q——生产制造过程中产品合格率

5）外部故障成本与质量。外部故障成本来源于保修期内产品故障导致的维修服务费用，主要由产品的可靠性决定，用故障率λ表示。此外，故障维修成本还受产品的维修性水平影响，故障易维修、快维修、经济维修则维修成本低。产品维修性水平通常用维修度m来表示，即：

式中λ——产品故障率

T0——产品保修期

m——在规定时间内完成维修的概率

（2）企业总成本与产品质量的关系

经上述分析，装备类产品的企业总成本（CT1）由研发设计成本、理想制造成本、质量控制成本、内部故障成本和外部故障成本构成，即：

初始阶段，企业总成本随着质量的提升而显著下降。当对产品质量要求超过一定界限后，研发设计成本、理想制造成本和质量控制成本将显著增加，而内部故障成本和外部故障成本下降则不显著。因此企业总成本随产品质量是先减少、后增加的趋势，如图4所示。

图4 企业总成本变化趋势示意图

（3）产品质量与售价、销售量的关系

产品销售价格与产品的质量正相关，当产品质量远低于用户需求时，用户只愿支付极低的价格；产品质量超出用户需求过多时，用户也不愿支付更高价格。因此，产品价格随产品质量的提升先迅速增加，再缓慢增加。当产品价格一定时，产品销售量随产品质量的提升而增加，当在高质量水平下，产品的价格弹性变小，因而产品销售量增长放缓。产品销售收入与产品质量的关系如图5所示，其用公式表示如下：

式中B——产品销售收入

fp(Q)——基于产品质量的价格函数

fx(Q)——基于产品质量的销量函数

fz(z)——学习效应带来的生产成本降低函数

图5 销售收入与产品质量关系示意图

（4）企业质量经济性管理对策

企业在确定产品市场定位后，可通过产品质量经济性分析，确定合适的产品质量目标，并生产满足用户质量需求的产品，获得最大的经济收益。

对企业来说，没有现成的产品各阶段成本与产品质量的定量关系。而且，装备产品多是根据用户需求定制，采取多品种小批量的生产模式，不同产品间质量经济性模型有差别。因此，企业应通过建立质量经济性管理制度，完善管理会计科目设置，系统地记录和分析质量经济性相关数据，不断改进经济性评估模型，为企业提供决策依据。企业质量经济性管理流程如图6所示。

图6 企业质量经济性管理流程

5 用户视角装备产品质量经济性分析

（1）用户使用各阶段成本与质量的关系

1）初始购置成本与质量。初始购置成本即用户支付的产品价格，经上述分析可知，与产品感知质量相关。初始购置成本感知质量可用如下函数表示：

式中P——产品购置价格

Q——用户对产品的感知质量

2）使用保障成本与质量。对于装备产品来说，使用保障成本在产品生命周期中占有重要比重。这些成本与产品的质量设计水平和保障性水平有关，产品使用保障成本与产品的设计质量水平 （Qdsg）和保障性水平 （用使用可用度A0衡量）呈负相关。即：

式中Qdsg——产品设计质量水平

A0——产品使用可用度

3）维修服务成本与质量。用户在使用产品过程中需支出的成本，包括保养、修理、更换零部件及维修人工支出等，这些成本与产品质量设计水平、产品故障率、保修期长短和维修性水平等相关。当产品故障率越低，用户在产品生命周期中所支付的维修成本越低；当产品的保修期越长，用户所支付的维修成本越低；当产品的维修性越高，产品的维修成本越低。即：

式中 λ——产品故障率

MT——产品维修性水平

T0——产品保修期

4）报废处置成本与质量。在最优情况下，当产品达到设计寿命并开始报废时，产品的各个零部件均得到了充分利用，无直接利用价值，此时的产品生命周期质量损失最小，且产品的报废处理成本最低。当产品未达到设计寿命，同等服役期条件下，高质量的产品比低质量的产品剩余价值更高。因此，产品的报废处置成本与产品的感知质量负相关。即：

式中Q——用户对产品感知质量水平

5）机会损失成本与质量。对于装备产品来说，任务可靠性是衡量其完成任务能力的重要指标，高任务可靠度 （Rs）意味着产品在执行任务时少故障，生产损失和停开机费用越低。此外，产品的能执行任务率 （MCR）也是衡量装备保障性水平的一个重要指标，指标越高，用户机会损失成本越低。即：

式中Rs——产品任务可靠度

Mt——产品维修度

MCR——产品能执行任务率

（2）用户总成本与产品质量的关系

经上述分析，装备类产品的用户总成本（CT2）由产品的初始购置成本、使用保障成本、维修服务成本、报废处置成本和机会损失成本等构成，即：

从图7可知，用户总成本随着产品质量的提升而迅速下降，一定程度后又缓慢提升。因此，用户应根据自身需求选择一定质量水平的产品，确保在产品使用周期内所需支付的总成本最低，避免 “质量不足”和 “质量过剩”的现象。

图7 用户总成本变化趋势示意图

6 结论

本文对装备产品生命周期质量经济性影响因素及其与产品质量的关系进行了详细分析。分析结果表明，对企业和用户来说，均存在一个最优质量，以使企业获得最大收益，并使用户付出最低成本。

因此，应加强装备产品生命周期质量经济性分析，帮助企业和用户做出最优选择，提高国产装备市场占有率，促进装备行业健康发展。