建材裝備制造企業(yè)成本預(yù)算系統(tǒng)建模及應(yīng)用

龐世寶，彭 兆，王 磊，劉正超，宋東林

(武漢理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，湖北 武漢 430070)

成本預(yù)算是在產(chǎn)品投產(chǎn)前對(duì)其成本的預(yù)估，預(yù)算結(jié)果是企業(yè)組織并且控制生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的重要依據(jù)。成本預(yù)算和有效的預(yù)算執(zhí)行反饋可以幫助企業(yè)有效的控制生產(chǎn)活動(dòng)中的各個(gè)環(huán)節(jié)，減少生產(chǎn)浪費(fèi)，降低生產(chǎn)成本，促進(jìn)企業(yè)各部門(mén)的協(xié)作生產(chǎn)能力，使企業(yè)獲得期望的利潤(rùn)。在生產(chǎn)前對(duì)成本進(jìn)行預(yù)算是保證企業(yè)獲利的重要手段，特別是準(zhǔn)確的成本預(yù)算，在競(jìng)爭(zhēng)壓力日益加劇的當(dāng)今社會(huì)，對(duì)保證企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展意義重大。

建材裝備制造企業(yè)作為傳統(tǒng)的制造企業(yè)，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中一直具有不可或缺的地位。其面向訂單組織生產(chǎn)[1]，產(chǎn)品具有體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)周期長(zhǎng)[2]等特點(diǎn)，同時(shí)建材裝備制造企業(yè)內(nèi)部一直面臨信息化程度低、生產(chǎn)資源配置困難[3]、調(diào)度復(fù)雜[4]、成本控制能力低等諸多問(wèn)題。隨著全球化趨勢(shì)不斷加深，我國(guó)建材裝備制造企業(yè)逐漸與國(guó)際接軌，面臨的競(jìng)爭(zhēng)壓力日益增大，因此在企業(yè)內(nèi)部不斷進(jìn)行技術(shù)革新和應(yīng)用先進(jìn)管理手段以提高企業(yè)自身的綜合實(shí)力已經(jīng)迫在眉睫，對(duì)此，有許多學(xué)者已經(jīng)做出了探索和研究。郭順生等[5]針對(duì)建材裝備制造企業(yè)的制造資源組合優(yōu)化問(wèn)題，基于改進(jìn)的集群遺傳算法建立了多目標(biāo)的配置優(yōu)化模型；王磊等[6-7]針對(duì)建材裝備制造企業(yè)大型設(shè)備的生產(chǎn)加工中數(shù)據(jù)采集困難、進(jìn)度反饋效率低等問(wèn)題，應(yīng)用多Agent、移動(dòng)終端等技術(shù)和設(shè)備，建立了生產(chǎn)調(diào)度、項(xiàng)目進(jìn)度監(jiān)控及預(yù)警模型，同時(shí)基于改進(jìn)的遺傳算法提出了大型裝備生產(chǎn)制造企業(yè)在云制造模式下的制造資源選擇策略，并實(shí)現(xiàn)了工程應(yīng)用；杜百崗等[8-9]針對(duì)建材裝備制造企業(yè)制造資源配置復(fù)雜性高等問(wèn)題，建立了多主體外協(xié)訂單任務(wù)制造資源配置模型，并考慮了生產(chǎn)成本和運(yùn)營(yíng)成本的基礎(chǔ)上建立了復(fù)雜設(shè)備生產(chǎn)的供應(yīng)商選擇，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化；李西興[10]等針對(duì)大型復(fù)雜設(shè)備制造企業(yè)制造過(guò)程數(shù)據(jù)管理問(wèn)題，建立了異構(gòu)數(shù)據(jù)集成模型，并構(gòu)建了制造數(shù)字化管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的集成與共享。

但是，目前研究主要集中在建材裝備制造企業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)制造過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題上，對(duì)于產(chǎn)品的產(chǎn)前成本預(yù)算與控制研究較少，同時(shí)，由于建材裝備制造企業(yè)的生產(chǎn)周期長(zhǎng)、生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜等特點(diǎn)，使得一般通用性的預(yù)算方法與監(jiān)控難以適應(yīng)其對(duì)成本預(yù)算、預(yù)算執(zhí)行控制的要求，而成本預(yù)算在整個(gè)企業(yè)管理中意義重大，因此筆者面向建材裝備制造企業(yè)建立了產(chǎn)品成本預(yù)算模型，運(yùn)用時(shí)間序列法對(duì)產(chǎn)品原材料價(jià)格進(jìn)行預(yù)測(cè)，應(yīng)用該模型開(kāi)發(fā)了針對(duì)建材裝備制造企業(yè)的成本預(yù)算系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了成本預(yù)算、預(yù)算執(zhí)行與控制、預(yù)算數(shù)據(jù)分析等功能，并在企業(yè)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，驗(yàn)證了模型的合理性與可行性。

1 建材裝備制造企業(yè)業(yè)務(wù)流程及產(chǎn)品成本構(gòu)成

1.1 建材裝備制造企業(yè)業(yè)務(wù)流程

建材裝備制造企業(yè)一般面向訂單組織生產(chǎn)，其基本業(yè)務(wù)流程如圖1所示。當(dāng)與業(yè)主簽訂完成銷售合同，客戶需求明確后，企業(yè)從合同中提取訂單信息，并分解成一個(gè)或多個(gè)任務(wù)單，一般一個(gè)任務(wù)單對(duì)應(yīng)一臺(tái)建材設(shè)備，企業(yè)內(nèi)部以任務(wù)單為最小單位組織生產(chǎn)、外協(xié)、物料采購(gòu)等活動(dòng)。

圖1 建材裝備制造企業(yè)基本業(yè)務(wù)流程

技術(shù)部根據(jù)設(shè)備的設(shè)計(jì)圖紙錄入設(shè)計(jì)BOM，并將物料需求計(jì)劃和產(chǎn)品生產(chǎn)計(jì)劃分別傳遞給采購(gòu)部和生產(chǎn)部，生產(chǎn)部根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃分別制定企業(yè)內(nèi)部的車間作業(yè)計(jì)劃和企業(yè)外部的外協(xié)計(jì)劃，并以此來(lái)組織產(chǎn)品的生產(chǎn)制造活動(dòng)。采購(gòu)部根據(jù)收到的物料需求計(jì)劃以及生產(chǎn)部的生產(chǎn)計(jì)劃制定采購(gòu)計(jì)劃進(jìn)行詢比價(jià)、選擇物料供應(yīng)商，及時(shí)采購(gòu)生產(chǎn)所需原材料，保證生產(chǎn)活動(dòng)的順利進(jìn)行。

當(dāng)產(chǎn)品制造完成后，市場(chǎng)部聯(lián)系承運(yùn)單位在交貨期前將產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)娇蛻羲诘?，交付客戶使用后完成該任?wù)單的整個(gè)生產(chǎn)制造活動(dòng)。

1.2 建材裝備制造企業(yè)產(chǎn)品預(yù)算成本構(gòu)成分析

根據(jù)企業(yè)的業(yè)務(wù)流程以及生產(chǎn)實(shí)際情況，可分析出建材裝備制造企業(yè)產(chǎn)品主要由材料費(fèi)用、人工費(fèi)用和發(fā)運(yùn)費(fèi)用組成，如圖2所示，分別對(duì)應(yīng)了設(shè)備制造過(guò)程中的采購(gòu)活動(dòng)、生產(chǎn)活動(dòng)和運(yùn)輸活動(dòng)。

圖2 建材裝備制造企業(yè)產(chǎn)品成本構(gòu)成

材料費(fèi)用由黑色金屬費(fèi)用、外購(gòu)件費(fèi)用、加工件費(fèi)用、油漆涂料費(fèi)用、電氣電料費(fèi)用、鑄鍛件費(fèi)用及其他材料費(fèi)用組成，分別對(duì)應(yīng)不同種類的物料。人工費(fèi)用中的直接人工費(fèi)為企業(yè)內(nèi)部員工生產(chǎn)所產(chǎn)生的費(fèi)用；廠內(nèi)分包費(fèi)用則為企業(yè)外部生產(chǎn)隊(duì)駐廠內(nèi)生產(chǎn)所產(chǎn)生的費(fèi)用；生產(chǎn)外協(xié)是指交付到外協(xié)廠商進(jìn)行生產(chǎn)所產(chǎn)生的費(fèi)用。發(fā)運(yùn)費(fèi)用是指在產(chǎn)品運(yùn)往客戶所在地過(guò)程中所產(chǎn)生的費(fèi)用，根據(jù)以上分析，構(gòu)建設(shè)計(jì)預(yù)算流程并結(jié)合時(shí)間序列構(gòu)建成本預(yù)算模型。

2 基于時(shí)間序列的建材裝備制造企業(yè)產(chǎn)品成本預(yù)算系統(tǒng)建模

2.1 建材裝備制造企業(yè)預(yù)算流程設(shè)計(jì)

預(yù)算的流程設(shè)計(jì)基于企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)行，因?yàn)槠髽I(yè)內(nèi)部以任務(wù)單為最小單位組織生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)，因此進(jìn)行成本預(yù)算時(shí)同樣以任務(wù)單作為制定和管理的最小單元，預(yù)算流程可分為預(yù)算編制、預(yù)算調(diào)整與審批、預(yù)算執(zhí)行與監(jiān)控和預(yù)算分析4個(gè)階段，如圖3所示。

圖3 建材裝備制造企業(yè)預(yù)算流程

當(dāng)技術(shù)部確認(rèn)某一任務(wù)單的設(shè)計(jì)BOM準(zhǔn)備完成后，由財(cái)務(wù)部發(fā)起該任務(wù)單的預(yù)算，進(jìn)入預(yù)算編制階段。在此階段初步計(jì)算材料費(fèi)用、人工費(fèi)用和發(fā)運(yùn)費(fèi)用，其中人工費(fèi)用可以通過(guò)式(1)計(jì)算得到，發(fā)運(yùn)費(fèi)用可以通過(guò)式(2)計(jì)算得到。由于勞動(dòng)力市場(chǎng)與運(yùn)輸市場(chǎng)相對(duì)穩(wěn)定，因此l、p、S在一定時(shí)間段內(nèi)波動(dòng)較小，同時(shí)W與D可在銷售合同中獲取，因此人工費(fèi)用與發(fā)運(yùn)費(fèi)用預(yù)算相對(duì)簡(jiǎn)單。

L=W×l

(1)

T=W×D×p+S

(2)

式中：L為人工費(fèi)用；T為發(fā)運(yùn)費(fèi)用；W為任務(wù)單中產(chǎn)品的質(zhì)量；l為單位質(zhì)量的人工成本；D為運(yùn)輸距離；p為單位質(zhì)量單位距離的運(yùn)輸價(jià)格；S為運(yùn)輸附加費(fèi)。

而建材裝備作為大型復(fù)雜設(shè)備，產(chǎn)品體積大、用料量多，其材料費(fèi)用可占據(jù)產(chǎn)品總成本的60%～80%，是產(chǎn)品成本預(yù)算的重點(diǎn)。與此同時(shí)，原材料的價(jià)格每年波動(dòng)較大，在同一年內(nèi)材料價(jià)格又受到季節(jié)性因素影響，造成材料費(fèi)用預(yù)算復(fù)雜，是產(chǎn)品成本預(yù)算的難點(diǎn)，因此筆者提出了使用基于時(shí)間序列的模型對(duì)材料費(fèi)進(jìn)行計(jì)算。

當(dāng)三大類成本費(fèi)用計(jì)算完成，初步生成任務(wù)單的預(yù)算后，財(cái)務(wù)部將預(yù)算下發(fā)到采購(gòu)部、生產(chǎn)部、市場(chǎng)部分別對(duì)初始預(yù)算進(jìn)行補(bǔ)充與反饋。采購(gòu)部首先對(duì)空白的材料費(fèi)用進(jìn)行補(bǔ)充，然后對(duì)有異議的材料費(fèi)用反饋到財(cái)務(wù)部；同時(shí)生產(chǎn)部和市場(chǎng)部分別將有異議的人工費(fèi)用、發(fā)運(yùn)費(fèi)用反饋到財(cái)務(wù)部，進(jìn)入預(yù)算調(diào)整與審批階段。

在預(yù)算調(diào)整與審批階段中，財(cái)務(wù)部評(píng)審各部門(mén)提交的預(yù)算并基于此對(duì)原預(yù)算進(jìn)行調(diào)整，使任務(wù)單達(dá)到可接受的利潤(rùn)，通過(guò)后的預(yù)算編制提交到企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行最終審核，同意后開(kāi)始執(zhí)行預(yù)算。若財(cái)務(wù)部或公司領(lǐng)導(dǎo)有任意一方審核不通過(guò)，則將預(yù)算退回到各個(gè)部門(mén)重新反饋、提交。

在預(yù)算執(zhí)行與監(jiān)控階段，系統(tǒng)將自動(dòng)提取該任務(wù)單中已經(jīng)發(fā)生的材料費(fèi)用、人工費(fèi)用、發(fā)運(yùn)費(fèi)用，并進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，并監(jiān)控正在進(jìn)行的合同發(fā)生情況，如果超出預(yù)算，系統(tǒng)則會(huì)發(fā)出預(yù)警信號(hào)。

預(yù)算分析階段則主要分析已經(jīng)結(jié)束的預(yù)算的歷史數(shù)據(jù)，為公司決策提供依據(jù)。

2.2 基于時(shí)間序列分析的成本預(yù)算模型

在建立的建材裝備制造企業(yè)的產(chǎn)品成本預(yù)算模型中，首先要先分別求出三大類費(fèi)用的預(yù)算。其中材料費(fèi)用預(yù)算因材料市場(chǎng)不穩(wěn)定、原材料價(jià)格波動(dòng)大、受季節(jié)因素影響等特點(diǎn)，是產(chǎn)品成本預(yù)算中的難點(diǎn)，對(duì)此筆者使用時(shí)間序列法對(duì)原材料價(jià)格進(jìn)行預(yù)測(cè)，并計(jì)算總的材料費(fèi)用。

時(shí)間序列分析是基于已有的時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中隱含的客觀規(guī)律，其結(jié)果可用于對(duì)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)各類費(fèi)用的變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)，對(duì)于預(yù)算編制有著良好的指導(dǎo)意義。SARIMA (p,d,q) (P,D,Q)s(季節(jié)性差分自回歸滑動(dòng)平均模型)模型是時(shí)間序列分析中的重要方法，適用于非平穩(wěn)時(shí)間序列[11]，同時(shí)考慮了趨勢(shì)影響、周期影響和隨機(jī)影響[12-13]，對(duì)有周期波動(dòng)的時(shí)間序列有較高的預(yù)測(cè)精度[14]，符合對(duì)材料價(jià)格預(yù)測(cè)的需求，其數(shù)學(xué)公式為：

φp(L)Φp(LS)dDSyt=θq(L)θQ(LS)εt

(3)

式中：φp(L)=1-φ1L1-φ2L2-…-φpLp為非季節(jié)性p階自回歸算子；θq(L)=1-θ1L1-θ2L2-…-θqLq為非季節(jié)性q階移動(dòng)平均算子；Φp(LS)=1-Φ1LS,1-Φ2LS,2-…-ΦpLS,p為季節(jié)性P階自回歸算子；θQ(LS)=1-θ1LS,1-θ2LS,2-…-θQLS,Q為季節(jié)性Q階移動(dòng)平均算子；d=(1-L)d、Ds=(1-LS)D分別為一般趨勢(shì)差分算子、季節(jié)差分算子；yt為時(shí)間序列；εt為白噪聲序列；p、q分別為非季節(jié)性的自回歸、移動(dòng)平均算子的最大滯后階數(shù)；P、Q分別為季節(jié)性的自回歸、移動(dòng)平均算子的最大滯后階數(shù)；d、D分別為一般趨勢(shì)差分、季節(jié)性差分的次數(shù)；L為滯后算子；S為季節(jié)性周期數(shù)。

以鋼板為例，使用SARIMA模型對(duì)其價(jià)格進(jìn)行預(yù)測(cè)。圖4是某種鋼板從2012年1月到2017年8月份的歷史單價(jià)，從圖4中可以看出，鋼板的價(jià)格序列存在長(zhǎng)期趨勢(shì)性、序列不平穩(wěn)，且受到季節(jié)因素影響有周期性波動(dòng)，其波動(dòng)以12為周期，具備價(jià)格序列的典型特點(diǎn)，有良好的代表性。

圖4 鋼板歷史單價(jià)序列

進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，需先對(duì)原序列進(jìn)行差分處理使之平穩(wěn)。對(duì)原序列進(jìn)行1階季節(jié)差分后，序列仍有較強(qiáng)的增長(zhǎng)趨勢(shì)，經(jīng)試驗(yàn)，再對(duì)其進(jìn)行2階一般趨勢(shì)差分后，得到效果較好的序列，其ADF檢驗(yàn)結(jié)果如圖5所示，圖5中P值遠(yuǎn)小于0.05，可拒絕原假設(shè)，證明序列平穩(wěn)，平穩(wěn)化后序列的ACF與PACF分析結(jié)果如圖6所示。

圖5 ADF檢驗(yàn)結(jié)果界面圖

圖6 ACF與PACF分析結(jié)果界面圖

在對(duì)序列進(jìn)行平穩(wěn)化時(shí)，進(jìn)行了2階一般趨勢(shì)差分和1階季節(jié)差分，且序列季節(jié)性周期為12，因此d取2、D取1，S取12，可初步判定預(yù)測(cè)模型為SARIMA(p,2,q) (P,1,Q)12。且從圖6中發(fā)現(xiàn)該序列PACF函數(shù)震蕩后在3階衰減，故自回歸模型AR的參數(shù)P可取0，1，2，3，ACF在1階衰減，移動(dòng)平均模型MA的參數(shù)q可取0，1，在確定季節(jié)性模型的參數(shù)時(shí)較為困難，但是P、Q一般不會(huì)超過(guò)2[15]。

試驗(yàn)后，統(tǒng)計(jì)每個(gè)參數(shù)均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值小于0.05，且AR根穩(wěn)定)的SARIMA模型作為備選模型，如表1所示。其余模型中均有參數(shù)被拒絕，不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，模型不可用。同時(shí)根據(jù)赤池信息準(zhǔn)則和施瓦茨準(zhǔn)則計(jì)算各模型的AIC值(赤池信息量)和SC值(施瓦茨量)，如表1所示，AIC值和SC值越小，說(shuō)明模型的擬合度和預(yù)測(cè)效果越好。

表1 模型結(jié)果比較

由表1可知，SARIMA (0,2,1) (0,1,2)12模型的AIC值和SC值在所有備選模型中最小，說(shuō)明其效果最好，因此選擇SARIMA (0,2,1) (0,1,2)12模型進(jìn)行價(jià)格預(yù)測(cè)，并對(duì)其各個(gè)參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，參數(shù)估計(jì)結(jié)果界面如圖7所示。

圖7 SARIMA模型參數(shù)估計(jì)

從圖7中可以看出，MA(1)、SMA(24)的回歸系數(shù)P值均遠(yuǎn)小于0.05，通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)，該模型殘差的白噪聲檢驗(yàn)結(jié)果界面如圖8所示，Q統(tǒng)計(jì)量的P值均大于0.05，可認(rèn)為殘差為白噪聲序列，通過(guò)檢驗(yàn)。

圖8 模型白噪聲檢驗(yàn)結(jié)果界面圖

使用SARIMA(0,2,1)(0,1,2)12模型對(duì)鋼材價(jià)格的預(yù)測(cè)結(jié)果如圖9所示，基本滿足實(shí)際生產(chǎn)中的使用要求，因此使用SARIMA模型對(duì)原材料價(jià)格進(jìn)行預(yù)測(cè)可行。

圖9 預(yù)測(cè)結(jié)果

基于時(shí)間序列分析并結(jié)合式(1)、式(2)可建立建材裝備制造企業(yè)的產(chǎn)品成本預(yù)算模型為：

(4)

式中：C代表任務(wù)單的預(yù)算總額；n為該任務(wù)單下所需的物料品種數(shù)目；ai為物料i的數(shù)量；yti為物料i在當(dāng)前月份的價(jià)格。

3 應(yīng)用案例

基于上述建材裝備制造企業(yè)的預(yù)算流程和模型，筆者使用Visual Studio 2008和Microsoft SQL Server 2008R2等工具，基于.Net Framework 3.5框架設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了建材裝備制造企業(yè)成本預(yù)算系統(tǒng)，并在天津某建材裝備制造企業(yè)進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。

當(dāng)技術(shù)部確認(rèn)某一個(gè)任務(wù)單的設(shè)計(jì)BOM準(zhǔn)備完成后，財(cái)務(wù)部收到該任務(wù)單的預(yù)算編制，狀態(tài)為新增預(yù)算，新增預(yù)算界面如圖10所示。

圖10 新增預(yù)算界面

點(diǎn)擊進(jìn)入預(yù)算編制詳情界面,如圖11所示，材料費(fèi)用、人工費(fèi)用、發(fā)運(yùn)費(fèi)用以及預(yù)算總額、利潤(rùn)等由系統(tǒng)通過(guò)基于時(shí)間序列分析成本的預(yù)算模型計(jì)算得出，財(cái)務(wù)編制人員可在此基礎(chǔ)上調(diào)整三大類費(fèi)用。同時(shí)材料費(fèi)用中的黑色金屬費(fèi)用、外購(gòu)件費(fèi)用等也由系統(tǒng)匯總好，供編制人員參考查看。

圖11 預(yù)算編制界面

預(yù)算編制完成后下推到各部門(mén)進(jìn)行補(bǔ)充與反饋，以采購(gòu)部反饋為例，如圖12所示。其中每種物料的預(yù)算單價(jià)通過(guò)SARIMA模型預(yù)測(cè)得出，反饋單價(jià)默認(rèn)與預(yù)算單價(jià)相同，采購(gòu)部可修改反饋單價(jià)并提交，完成部門(mén)反饋。

圖12 采購(gòu)部反饋界面

各部門(mén)反饋完成后，財(cái)務(wù)進(jìn)行調(diào)整與審核，并提交公司領(lǐng)導(dǎo)審批，通過(guò)后進(jìn)入預(yù)算監(jiān)控階段。系統(tǒng)自動(dòng)提取該任務(wù)單已經(jīng)發(fā)生的費(fèi)用，匯總并與預(yù)算費(fèi)用對(duì)比，對(duì)即將達(dá)到預(yù)算的部分做出預(yù)警、超出預(yù)算的部分發(fā)出警告，如圖13所示。

圖13 預(yù)算監(jiān)控界面

4 結(jié)論

筆者以建材裝備制造企業(yè)為對(duì)象，結(jié)合其實(shí)際業(yè)務(wù)流程及其生產(chǎn)特點(diǎn)，對(duì)預(yù)算成本構(gòu)成進(jìn)行了分析并設(shè)計(jì)了預(yù)算的流程。同時(shí)提出了基于時(shí)間序列分析的成本預(yù)算模型，并結(jié)合模型開(kāi)發(fā)了面向建材裝備制造企業(yè)的成本預(yù)算系統(tǒng)，在實(shí)踐中取得了良好的效果，證明了模型的合理性與可行性。

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