航天与导弹结构产品成本控制方法研究

孙晓玲 /中国运载火箭技术研究院

刘晓华 /空间物理重点实验室

近年来，随着航天与导弹领域的加快发展，新兴宇航企业迅速崛起，不仅技术上与传统航天企业形成竞争，价格上也持续挑战发射成本的极限。在国防费用有限的情况下，为适应市场经济发展，中央军委装备发展部相继出台了采购价格竞争机制，成本控制逐渐成为军工产品研制过程中的重要一环。

成本控制在国外军工产品研制中早已开展，20世纪70年代初，美国便开始推行成本设计的经费管理方法，现在美国的导弹、飞机、坦克、舰艇、电子设备等武器系统的研制均实行成本设计。纵观国内外军工系统的发展趋势，成本控制已成为航天与导弹企业提高企业产品市场竞争力的关键，是企业增强竞争力、持续发展过程中必不可少的因素。

一、成本控制概念

成本设计是指把成本指标作为与技术指标同等重要的指标，在设计中不仅要达到预期的技术指标，也必须达到规定的成本指标。利用历史成本数据，通过统计方法计算出单位产品的成本指标。成本控制是根据预先建立的成本指标，对各种影响成本的因素和条件采取一系列预防和调节措施，以保证成本指标实现的管理行为。

二、成本控制方法

成本控制追求低成本，是研制生产过程中理论最优、工程最优、成本最优的有机结合。航天与导弹结构产品具有型式多样、结构复杂、质量可靠、精度高、非大批量、生产链条复杂、生产周期长的特点。成本控制需要针对其结构产品的特点进行控制，在不影响结构产品使用功能的前提下，采用自顶向下的方式构建不同等级的控制模型，层层分解，最终构建成可以实现成本控制的模型树。成本控制分为设计控制、资源控制、试验项目控制和产品化控制4个方面，构成成本控制的一级模型。

1.设计控制

设计控制以设计为源头，从设计方案、工艺方式、原材料3个方面开展成本控制。设计方案以覆盖全寿命周期、结合能力现状、围绕型号需求、平衡继承与创新达到工程最优。工艺方面，综合考虑工艺难度、成熟度、产品数量选择最适宜的工艺方案。原材料方面，采用低成本材料、成熟材料、性能稳定材料、常规工艺的原材料体系。根据产品结构的设计特性和尺寸特点合理选择原材料的毛坯料，其选择的优劣直接影响材料的利用率和制造的工作量。圆形、柱形结构产品优选棒料，片型、条型结构产品优选板材，筒形结构产品优选管材。

选择最优的设计方案、合理加工工艺与适合的材料，可以获取更多的经济效益。设计方案、工艺方式、原材料控制3个方面构建了成本控制的二级子模型。

（1）设计方案

产品设计处于产品研制的开始阶段，设计方案是决定产品研制费用的重要部分，设计方案的合理与否是决定产品成本高低的先决条件。

一是采用三维协同设计，各专业在设计过程中进行同步设计，在设计中反映并解决问题，降低设计周期，提高设计成功率及设计效率。二是设计精度高不等于产品性能高，产品结构形式精巧、结构尺寸合理、公差精度得当是结构设计的关键。设计精度过高直接影响产品制造使用的设备精度、模具精度和工装精度。三是可靠性设计是在可靠性基础上进行优化设计。航天与导弹结构产品设计时，选取一定的安全系数进行冗余设计，可提高产品使用可靠性。可靠性设计可以提高结构产品的性能和结构产品的使用寿命，减少结构产品的维修费用。但可靠性设计要适当，过分的追求可靠性会造成结构产品成本的增大。四是设计、工艺、制造一体化。在产品设计时，将工艺和生产制造问题考虑在内，提升设计质量，减少加工工序和加大工序协同，提高工艺管理水平，缩短产品研制周期，提高产品研制质量。结构设计形式，设计精度，三维协同设计，可靠性设计，设计、工艺、制造一体化5个环节构成了成本控制三级子模型的一部分。

产品的结构设计形式决定产品的工艺方式和制造成本。产品设计占产品成本的5%，产品结构形式可以决定70%的生产成本。通过借鉴成熟型号设计经验进行继承性设计可以少走弯路。继承性设计在结构设计中极为重要，既可以减少研制费用、缩短研制周期、提高研制效率，还可以提高产品研制的成功率。

在产品研制中进行产品化设计和选用货架产品，可以减少重新设计并验证的环节，并节省研制时间、降低研制成本。借鉴成熟型号设计经验、产品化设计、货架产品、制造成本低的结构形式是成本控制的四级子模型的一部分。

（2）工艺方式

未结合工艺方式设计出复杂的结构形式，会导致生产困难、成品率降低、生产成本增加。相反，设计时选用合理的加工工艺可以提高生产效率、增加产品的成功率、降低生产成本。

加工工艺要与设计方案、原材料进行统筹考虑，通过对不同工艺方案的工艺成本进行对比，选择最佳的工艺方式，可以有效缩减产品成本。

一般航天与导弹结构产品的工艺方式为铸件机加、成品原料机加、机加铆接、复合材料成型等。批量产品选择铸件机加工艺方式；预研产品选择成品原料机加或机加铆接的工艺方式，减少模具费用；无法满足金属材料性能要求或者有轻质化要求的产品选择复合材料成型的工艺方式，构成成本控制三级子模型的一部分。

（3）原材料控制

原材料是产品生产成本的主要部分，原材料的合理选用能很大程度控制产品的成本。在进行原材料选择时，考虑性能稳定性、材料成熟度、材料经济性3个方面，构成成本控制三级子模型的一部分。

2.资源控制

资源包括人员、材料、设备、环境、时间等。资源控制从成本控制角度可以分为三大部分：人力资源成本控制、设备资源控制、物资资源控制，构成成本控制的二级子模型。

（1）人力资源

人力资源成本控制是对人力资源的取得成本、开发成本、替代成本、使用成本和日常人事管理成本的发生数额和效用进行掌握调节的过程。

人力资源控制不是直接节约人力成本，而是通过精细化、合理的人力结构分配减少人力资源浪费，降低人力成本在总成中的比重，提高人力资源效率，提高企业经济效益。

（2）设备资源控制

设备资源控制指零件制造资源优化配置，以零件工艺流程为核心，对逻辑加工路线配置最优的可执行加工路线，将生产设备资源和技术资源进行整合，降低生产成本，缩短生产周期，以提高产品质量为原则，优化配置设备资源。

（3）物资资源控制

物资资源控制是指按照物资需求的空间、时间分布进行分配，以按时按量满足物资需求的配置。根据现有物资资源，以保产品质量、保产品进度、保成功为前提条件，合理选购、分配物资资源。合理的物资资源配置可以提高物资资源的使用效益，节约成本。

3.试验项目控制

试验项目控制是指通过控制试验项目的数量、内容、方式等实现成本控制。试验项目控制可以通过节省直接成本和间接成本2个手段进行控制。直接成本指投资试验产品、试验设备、试验工装等直接费用。间接成本指试验项目所涉及的人力资源成本、产品和设备的维修管理费用及相关的时间成本。

试验项目控制可从借鉴成熟型号设计经验、借鉴成熟型号试验经验、虚拟仿真分析3个角度进行控制。构成成本控制二级子模型。借鉴成熟型号的历史设计经验，可以减少设计方案的风险，同时减少反复迭代设计造成的成本浪费；借鉴成熟型号的试验考核经验，免除重复试验、多余试验直接带来的产品投入和试验投入成本；对可以通过仿真分析清楚的项目直接利用虚拟仿真分析解决，对仿真分析不到或者难以通过仿真分析清楚的项目再投入产品、试验工装等资源，可以节省实物产品试验投入的费用。

4.产品化控制

结构产品化是低成本研制体系中的重要环节、重要措施。结构产品化以“理论最优、工程最优、成本最优”为基础发展。理论最优指最优化的设计方案；工程最优指产品设计模块化、标准化；成本最优指在保障高性能、高质量、高可靠的前提下，实现最低成本。

从技术上追求工程最优，并采取标准化、系列化的产品设计或者产品上局部接口、局部方案的标准化、系列化，同时尽可能选取已有货架产品。基于上述原则，构建成本控制的又一个二级制模型。

通过对成本控制分析，从设计控制、资源控制、试验项目控制、产品化控制4个角度进行深入分析，形成了成本控制的四级模型，如图1所示。

图1 成本控制四级总模型

成本控制是企业管理和产品研制中的重要过程，成本控制从技术和管理2个层面开展，从方案到设计、到工艺、到制造、到保障全周期进行管控。以资源最优化、资源有效控制、资源最优平衡为目标进行控制，将设计、工艺、制造、资源进行耦合协调设计，减少中间环节，缩短生产周期，提高效率，降低成本。