裝備再制造全壽命周期費用研究

桑凡　袁鉦淇　鄭漢東　李恩重　史佩京

摘要：針對裝備再制造的展開缺少費用依據(jù)的問題，將利用工程估算法對裝備再制造的費用進(jìn)行了估算并分析數(shù)據(jù)。首先，對估算目標(biāo)和研究邊界進(jìn)行明確，根據(jù)邊界內(nèi)費用的實際情況選擇較適用的估算方法，建立費用分解結(jié)構(gòu)并構(gòu)建費用估算模型。然后，收集相關(guān)數(shù)據(jù)信息并甄別。最后，通過一個具體的案例驗證模型，對在再制造、大修、新品下的費用進(jìn)行對比分析，確定三種的經(jīng)濟(jì)壽命，同時也驗證了該模型的可行性和有效性。

關(guān)鍵詞：裝備再制造費用；發(fā)動機(jī)；估算；經(jīng)濟(jì)壽命

中圖分類號：TH16

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2017）8024204

1引言

再制造拓展了裝備的全壽命周期，使得廢舊裝備獲得新的生命。對于裝備維修保障決策而言，首先關(guān)注的是再制造后的裝備質(zhì)量性能和經(jīng)濟(jì)效益。我國自1999年正式提出再制造的概念以來，在探索過程中自主創(chuàng)新提出了中國特色的“表面恢復(fù)和性能提升法”再制造模式[1]，通過采用先進(jìn)的無損檢測技術(shù)、壽命評估技術(shù)以及表面工程技術(shù)，使失效零部件尺寸恢復(fù)到原始設(shè)計尺寸，并恢復(fù)甚至提升功能部位性能[2]。例如，全軍裝備維修表面工程研究中心應(yīng)用等離子噴涂技術(shù)對重載車輛零部件進(jìn)行再制造，實車考核證明用再制造技術(shù)強(qiáng)化的零部件比新品的相對耐磨性提高1.9～8.3倍，壽命提高2～3倍。

裝備再制造費用是決策者考慮的重要因素。再制造不僅要求技術(shù)上可行，還需要有較高的經(jīng)濟(jì)效益。因此，再制造費用分析得到許多學(xué)者的關(guān)注。

姚巨坤描述了一般情況下再制造加工的工藝過程，并對檢測、清洗、拆解、修復(fù)或升級、檢測、包裝等過程及再制造費用進(jìn)行了分析[3]。朱勝和姚巨坤又提出了基于工程估算法估算再制造費用分析流程，并為再制造設(shè)計方案提供費用決策依據(jù)[4]。高世光，楊曉峰[5]依據(jù)費用估算經(jīng)驗，將裝備再制造費用劃分為多個階段。國外對于費用估算方面的研究Pere[6]和Louise[7]對費用的估算模型提出相似的評價辦法，提高了費用估算模型的精度Maria[8]和Pretela[9]根據(jù)LCC和LCA適用性特點，引入了環(huán)境效益評價，促進(jìn)了LCC評價體系的完善；Antonella Petrillo等人構(gòu)建了LCC估算模型和LCA評價為一體的系統(tǒng)，能夠?qū)①M用預(yù)測和評價放到一起研究，大大減少了工作量，提高了估算的準(zhǔn)確性[10]。國外已經(jīng)形成了成熟的費用估算體系，針對再制造產(chǎn)品費用的研究，國外建立了再制造費用數(shù)據(jù)庫，可以直接獲取相應(yīng)的費用信息進(jìn)行決策。

目前研究缺乏從裝備再制造全壽命周期角度分析再制造的經(jīng)濟(jì)性。筆者以全壽命周期理論為指導(dǎo)，在確定裝備再制造全壽命周期邊界的基礎(chǔ)上，建立再制造費用分解結(jié)構(gòu)，利用工程估算法分析再制造全壽命周期費用，最后以重載車輛發(fā)動機(jī)再制造為案例給出分析流程。

2研究邊界與費用分解結(jié)構(gòu)

產(chǎn)品的全壽命周期是指產(chǎn)品從原材料采掘、原材料生產(chǎn)、設(shè)計、制造、包裝儲運、使用與維修、直至回收處理或再使用的全過程。裝備全壽命周期指該裝備從設(shè)計開始直到退役為止的整個過程。

再制造裝備全壽命周期是指廢舊裝備從回收、拆解、清洗、檢測、再制造加工、測試、裝配、使用直至退役的過程，如圖1所示。

裝備全壽命周期費用是指在裝備全壽命周期內(nèi)所支付的費用之和。對于裝備再制造而言，是指在回收、拆解、清洗、檢測、再制造加工、測試以及裝配等過程內(nèi)的費用總和。首先，通過查閱文獻(xiàn)和工廠調(diào)研的形式，識別整個裝備再制造全壽命周期內(nèi)相關(guān)費用項目。

為方便對費用估算和開展研究，建立再制造裝備費用分解結(jié)構(gòu)，如圖2所示。將費用分解為舊件獲取費、再制造加工費、再制造材料費以及其他費用。舊件獲取費，是指廢舊裝備的購置和廢舊裝備運輸所需支付的費用，購置費每類裝備基本相同，物流費隨運輸距離的增加而增長。再制造加工費，包括拆解費、清洗費、再制造加工費、檢測費和裝配費，每個階段都耗得人的工時費。再制造材料費指再制造過程中的各工藝費用和一些易損件的購置費。其他主要是指裝備在工廠內(nèi)的庫存費用與設(shè)備維修保養(yǎng)所支出的費用。

3費用估算方法介紹

估算方法的選擇要充分考慮各估算方法的特點和選擇估算對象的需要，根據(jù)實際情況靈活選用，以下是常用估算方法的介紹。

參數(shù)估算法根據(jù)多個裝備再制造的歷史費用數(shù)據(jù)，選擇費用特征參數(shù)，利用特征參數(shù)與歷史數(shù)據(jù)應(yīng)用回歸分析法建立估算關(guān)系；類比估算法依靠與對象在費用數(shù)據(jù)和技術(shù)上相似的基準(zhǔn)系統(tǒng)，對比技術(shù)和使用保障方面的費用，分析二者相同處和差異性對費用的影響，對基準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行改善和修正，計算出對象的費用數(shù)據(jù)；專家判斷法根據(jù)經(jīng)驗估算全壽命周期費用，需要對整個系統(tǒng)的費用十分熟悉；趨勢外推法是從大量裝備費用隨機(jī)變化中找出裝備費用變化趨勢，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)推斷裝備再制造產(chǎn)生的費用；回歸分析法是建立自變量和因變量的回歸方程預(yù)測；灰色系統(tǒng)估算是由我國鄧聚龍教授提出用于部分?jǐn)?shù)據(jù)信息已知、未知的裝備，利用較少信息和模糊的原始數(shù)據(jù)建立微分方程，在裝備的費用估算中常用GM（1，N）模型；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估算法主要采用BP和小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估算建模，首先要全面分析影響再制造產(chǎn)品費用的因素，只有將輸入的信息研究清楚才能有效的解決再制造產(chǎn)品估算中的問題，所以需要加大對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估算輸入信息的研究相當(dāng)重要，需要再制造產(chǎn)品歷史數(shù)據(jù)；工程估算法按照費用分解結(jié)構(gòu)從基本費用單元著手自上而下地估算費用，也被稱為工程累計法[11，12]。

結(jié)合裝備壽命周期的實際情況，對各個階段適用的估算方法歸納為表1。選用較適用的工程估算法，同時符合再制造費用的分解結(jié)構(gòu)。

工程估算法要求對整個裝備再制造有全面系統(tǒng)的認(rèn)識，包括裝備再制造的生產(chǎn)過程、工藝參數(shù)、使用保障以及裝備的歷史數(shù)據(jù)等。采用工程估算是一項很繁瑣的工作，為估算某一零部件的再制造費用需要大量的計算，這也帶來了其他估算方法所不具有的優(yōu)勢估算精度高還可以清晰的反應(yīng)各費用單元的情況。常被用于各種零件、子系統(tǒng)、電器元件或系統(tǒng)的各個階段的費用估算，能準(zhǔn)確預(yù)測裝備再制造的費用[13]。

4構(gòu)建費用估算模型

4.1估算流程

依據(jù)工程估算的特點，設(shè)計再制造費用的估算流程，如圖3所示。首先擬定費用的研究目標(biāo)，然后明確約束條件并建立費用分解結(jié)構(gòu)；第二步收集和刪選數(shù)據(jù)，建立估算模型；最后對估算結(jié)果分析。

4.2估算模型

根據(jù)費用分解結(jié)構(gòu)，建立費用估算模型如下：

LCC（總）=C（old parts）+C（crafts）+C（materials）+C（others） （1）

式中，LCC（總）指裝備再制造階段的總費；C（old parts）主要指舊件獲取中的購置和物流等費用的總和；C（crafts）主要指再制造加工過程中耗費的工時費；C（materials）主要指無法再制造或不值得再制造零件購買費和各工藝費；C（others）主要指發(fā)動機(jī)再制造過程中的一些其他費用，主要有庫存費和設(shè)備費維護(hù)費等一些費用。

4.3經(jīng)濟(jì)壽命估算模型

在裝備服役階段，隨著使用時間的延長，平均每年分?jǐn)偟脑假M用將越來越少，同時其使用費卻逐年增加。直到每年分?jǐn)偟脑假M用不足以抵消使用費的增加時，就到了產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)壽命。如果過了產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)壽命還繼續(xù)使用，經(jīng)濟(jì)上是不合算的。產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)壽命是指產(chǎn)品的平均年費用最低的使用年限。不考慮資金的經(jīng)濟(jì)價值時的經(jīng)濟(jì)壽命，裝備使用到第N年末時的年平均費用為：

ACN=P0-PNN+∑Nt=1CtN（2）

式（2）中 P0為裝備的原始費用；PN為裝備使用到N年末的殘值；N為裝備的使用年限；Ct為第t年的裝備使用費。

假設(shè)裝備每年的殘值都相等（設(shè)為L），且每年的裝備使用費增量（劣化值）相等（設(shè)為λ），則裝備年平均費用為：

ACN=P0-LN+C1+N-12λ（3）

令d（ACN）dN=0，則裝備的經(jīng)濟(jì)壽命為：

Nopt=2（P0-L）λ（4）

5某裝備發(fā)動機(jī)案例分析

選取到達(dá)大修狀態(tài)的某型重載車輛發(fā)動機(jī)為研究對象，分析從拆解、再制造加工、裝備等階段的全壽命周期費用。通過實地調(diào)研收集數(shù)據(jù)。表2為關(guān)重件的再制造工藝和費用，表3為既可以大修，又可以再制造的費用信息以及新品價格。

其它需要更換的易損件包括：止動墊圈、密封圈、油封、襯墊、卡箍、橡膠管等費用合計12000元。舊件獲取費：廢舊發(fā)動機(jī)的購置費設(shè)定為2000元/臺，物流費設(shè)為500元/臺。再制造加工階段，在拆解、清洗、檢測、再制造加工、測試和裝配都為人工費，根據(jù)工時費結(jié)算，具體工時見表4。其他費用：設(shè)備維護(hù)費400/臺，庫存費400/臺。

5.1費用比較

通過公式（1），計算的再制造一臺該型號整機(jī)費用為13.5萬元。根據(jù)工廠提供數(shù)據(jù)：大修一臺費用約合12萬元，包括新零件更換費3萬元，材料、工藝、能源等7萬元，運輸、管理、庫存等2萬元。再制造約為大修的1.12倍。

5.2經(jīng)濟(jì)壽命

根據(jù)公式（3）可得出再制造、大修和新品發(fā)動機(jī)的裝備年平均費用計算公式分別為：

當(dāng)P0 =13.5萬元， L=4萬元，λ=1萬元時：

ACraman=16N+2.4+N-12×0.7（5）

當(dāng)P0 =12萬元， L=4萬元，λ=1.5萬元時：

ACover=9.5N+3+N-12×1.5（6）

當(dāng)P0 =40萬元， L=4萬元，λ=1.5萬元時：

ACnew=36N+2.4+N-12×0.7（7）

通過公式（5）～（7）可分別計算出再制造、大修和新品制造發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)壽命分別為：Nraman≈5.0；Noverhaul≈3.5；Nnew≈7.0。

盡管再制造費用高于大修費用，但是再制造的經(jīng)濟(jì)壽命大于大修，也就是對廢舊裝備實施再制造更加經(jīng)濟(jì)。再制造費用也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于新品，節(jié)約了成本的投入。

6結(jié)論與展望

建立費用估算模型與壽命經(jīng)濟(jì)分析模型，結(jié)合重載發(fā)動機(jī)的費用分析，表明廢舊裝備更適合開展再制造，并且經(jīng)濟(jì)壽命也達(dá)到預(yù)期。就目前裝備再制造發(fā)展情況來看，需要構(gòu)建一個裝備再制造全壽命周期費用分析模型，為裝備再制造的決策提供基本的依據(jù)，便于開展裝備再制造費用更深一步的研究。

參考文獻(xiàn)：

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