基于系統(tǒng)工程的目標(biāo)成本設(shè)計(jì)與管理

王澤宇

摘要：為了使產(chǎn)品成本、進(jìn)度和性能達(dá)到最佳平衡，以美國B-2轟炸機(jī)為例，詳細(xì)介紹了B-2轟炸機(jī)運(yùn)用系統(tǒng)工程理念進(jìn)行目標(biāo)成本設(shè)計(jì)和管理的方法、工作流程，以及為降低成本采取的有效措施。運(yùn)用系統(tǒng)工程的思想進(jìn)行目標(biāo)成本設(shè)計(jì)和管理，可以保證產(chǎn)品在滿足技術(shù)和質(zhì)量要求的同時擁有較低的成本。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)工程;目標(biāo)成本設(shè)計(jì);成本管理和控制

中圖分類號：V219 文獻(xiàn)標(biāo)識符：A

要降低成本，首先要提高成本設(shè)計(jì)和管理水平。目前，國內(nèi)的成本設(shè)計(jì)手段較少，成本管理觀念落后，設(shè)計(jì)和管理水平相對較低，因此，亟待提高成本設(shè)計(jì)和管理水平，以適應(yīng)中國新時期的經(jīng)濟(jì)環(huán)境。

眾所周知，系統(tǒng)工程作為一門新興學(xué)科，在指導(dǎo)和組織管理復(fù)雜系統(tǒng)的開發(fā)中發(fā)揮著重要作用。系統(tǒng)工程是一個將技術(shù)研究和技術(shù)管理綜合化的過程，該過程能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品的預(yù)期功能，并把已明確的系統(tǒng)要求分配到設(shè)計(jì)之中，確保產(chǎn)品的成本、進(jìn)度和性能達(dá)到最佳平衡[1]。因此，以系統(tǒng)工程理論指導(dǎo)目標(biāo)成本設(shè)計(jì)和管理，會使產(chǎn)品的成本設(shè)計(jì)和管理工作獲益匪淺。

1 基于系統(tǒng)工程的目標(biāo)成本設(shè)計(jì)和管理流程

系統(tǒng)工程解決問題的思路是從整體出發(fā)，先分解、再綜合。系統(tǒng)工程把整個系統(tǒng)作為研究對象，突出系統(tǒng)總體層面的研究，根據(jù)任務(wù)需求，從整體出發(fā)確定系統(tǒng)的指標(biāo)和功能結(jié)構(gòu)，然后在指標(biāo)的約束下，對系統(tǒng)進(jìn)行分解與分析研究，確定分系統(tǒng)/部件的技術(shù)要求和技術(shù)方案，最后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合集成，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體功能，同時還對實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的具體方法和途徑進(jìn)行優(yōu)化。

目標(biāo)成本設(shè)計(jì)與管理是飛機(jī)設(shè)計(jì)研制階段一項(xiàng)重要工作。運(yùn)用系統(tǒng)工程的思想去進(jìn)行目標(biāo)成本設(shè)計(jì)和管理，具體實(shí)現(xiàn)方法及流程如圖1所示。在飛機(jī)需求論證階段，通過市場調(diào)研，研究和搜集飛機(jī)利益相關(guān)方（包括客戶、運(yùn)營商、適航當(dāng)局、供應(yīng)商、空管機(jī)構(gòu)、制造商、乘客等）對飛機(jī)的要求，論證飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，同時對飛機(jī)成本進(jìn)行初步估算分析，給出整機(jī)級目標(biāo)成本。目標(biāo)成本一旦確定，將成為執(zhí)行后續(xù)工作的決策和約束。隨著飛機(jī)研制工作的進(jìn)一步深入，需要將整機(jī)級目標(biāo)成本進(jìn)行分解，得到系統(tǒng)級（大部段級）及子系統(tǒng)級（部段級）、產(chǎn)品級（零部件級）的目標(biāo)成本，下發(fā)到具體責(zé)任單位，并以此為目標(biāo)進(jìn)行方案設(shè)計(jì);各責(zé)任單位論證后反饋設(shè)計(jì)結(jié)果，然后由總體單位進(jìn)行綜合評估，檢查目標(biāo)成本的實(shí)現(xiàn)情況。這個過程是一個反復(fù)迭代的過程，目標(biāo)成本最后將在一個可接受的范圍內(nèi)、隨著飛機(jī)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的變化而變化。

2 基于系統(tǒng)工程的成本設(shè)計(jì)與管理案例

運(yùn)用系統(tǒng)工程的思想進(jìn)行目標(biāo)成本設(shè)計(jì)的案例很多，比較典型的有美國B-2轟炸機(jī)。B-2轟炸機(jī)是一種強(qiáng)大的武器裝備，是冷戰(zhàn)時期誕生的一種戰(zhàn)略核突防飛機(jī)。從20世紀(jì)70年代早期開始研制到1989年第一架飛機(jī)問世，B-2始終堅(jiān)持系統(tǒng)工程的理念，并將該理念貫穿整個研制過程，一直持續(xù)到項(xiàng)目結(jié)束。

在美國政府正式啟動B-2項(xiàng)目后，國防部制定了該轟炸機(jī)的戰(zhàn)略核打擊范圍?？紤]到一些關(guān)鍵技術(shù)尚處于早期研究階段，有可能影響研制周期和成本，國防部要求美國戰(zhàn)略空軍司令部率先提出一套滿足任務(wù)需求的戰(zhàn)技指標(biāo)，并要求該項(xiàng)目的承包商提供相應(yīng)技術(shù)方案，進(jìn)一步細(xì)化技術(shù)指標(biāo)和要求。

負(fù)責(zé)研制工作的美國空軍B-2系統(tǒng)項(xiàng)目辦公室、主要承包商諾斯羅普一格魯門公司、兩個主要轉(zhuǎn)包商波音公司和沃特公司，共同組成了該項(xiàng)目的責(zé)任主體。在研發(fā)過程中，政府和承包商通過合同規(guī)定了各自承擔(dān)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)責(zé)任，共同確定項(xiàng)目技術(shù)頂層需求及下級需求，共同評估下級需求對頂層需求的影響，共同應(yīng)對項(xiàng)目的高技術(shù)風(fēng)險及高成本風(fēng)險，共同制定備選方案，共同承擔(dān)責(zé)任，共同致力于實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目整體的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)。經(jīng)過不斷重復(fù)迭代，最后形成了合同規(guī)范。這個過程是B-2項(xiàng)目系統(tǒng)工程的重要部分。

下面詳細(xì)介紹在B-2的研制過程中是如何運(yùn)用系統(tǒng)工程的思想進(jìn)行目標(biāo)成本設(shè)計(jì)和管理。

在項(xiàng)目研制初始，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)首先對研制中需要考慮的因素做了一個重要度排序，優(yōu)先順序?yàn)椋罕Ｃ?、性能、進(jìn)度、成本[2]。

B-2轟炸機(jī)的研制是在極其秘密的條件下進(jìn)行的，其密級程度幾乎可以和第二次世界大戰(zhàn)期間研發(fā)原子彈的“曼哈頓計(jì)劃”相媲美。諾斯羅普一格魯門公司為了做好該項(xiàng)目的保密工作，把許多其他項(xiàng)目轉(zhuǎn)包出去，安排12000名職工親自負(fù)責(zé)制造該機(jī)的前中段、駕駛艙及總裝配工作。整個公司一天24h處于軍隊(duì)的監(jiān)視之下，廠房均改為無窗車間，關(guān)鍵崗位上的工作人員必須經(jīng)過測謊儀的測試以防有間諜混人。每臺計(jì)算機(jī)都裝有特制的罩套，防止無關(guān)人員看見計(jì)算機(jī)上的信息[3]。

保密性是首要考慮內(nèi)容，其次是性能、進(jìn)度，成本只排第4，這導(dǎo)致B-2飛機(jī)的研發(fā)周期長，研發(fā)投入大，再加上產(chǎn)量少、通貨膨脹、后期維護(hù)成本較高等因素，所以B-2飛機(jī)的單機(jī)出廠價格高達(dá)10.2億美元。

在項(xiàng)目執(zhí)行過程中，B-2項(xiàng)目成本團(tuán)隊(duì)主要做了以下工作。

（1）確定成本目標(biāo)

B-2系統(tǒng)工程的總體目標(biāo)是在系統(tǒng)性能、可承受性、研制進(jìn)度、可生產(chǎn)性、可測試性和保障能力之間取得最佳平衡點(diǎn)?？沙惺苄灾饕紤]的就是設(shè)計(jì)成本、生產(chǎn)成本、采購成本以及維修和保障成本等。因此，B-2飛機(jī)的可承受性目標(biāo)就是在保證總目標(biāo)的前提下，使產(chǎn)品具有最佳的經(jīng)濟(jì)可承受性。

（2）組建團(tuán)隊(duì)，明確分工

B-2項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)由總裁和總經(jīng)理負(fù)責(zé)，下設(shè)項(xiàng)目部、開發(fā)部、管理部、試驗(yàn)部，其中項(xiàng)目部的職能之一是負(fù)責(zé)項(xiàng)目的管理成本降低計(jì)劃與成本和進(jìn)度目標(biāo)控制。管理部下的合同與定價部負(fù)責(zé)單機(jī)生產(chǎn)成本和可變研發(fā)成本估算。B-2項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)各部門系統(tǒng)工程管理職能分工如圖2所示。

在B-2飛機(jī)的研發(fā)過程中，為了評估飛機(jī)性能指標(biāo)降低帶來的風(fēng)險和成本減少的收益，專門成立了一個由技術(shù)專家和管理專家組成的成本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)。成本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)將客戶的要求融人到設(shè)計(jì)和開發(fā)過程中，涉及范圍小到飛機(jī)設(shè)計(jì)、維護(hù)、支持性和訓(xùn)練的簡單細(xì)節(jié)，大到頂層系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。這個項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)可以在性能和成本、計(jì)劃和風(fēng)險之間找到一個平衡點(diǎn)，并且把分析結(jié)果提交給決策層作為決策依據(jù)。這種運(yùn)用系統(tǒng)工程權(quán)衡分析的管理模式，讓B-2目標(biāo)成本設(shè)計(jì)項(xiàng)目獲益匪淺。

B-2飛機(jī)管理成本降低計(jì)劃（CRI）的工作內(nèi)容包括：準(zhǔn)備成本降低計(jì)劃的提案和管理分包商的成本降低計(jì)劃。

成本和進(jìn)度目標(biāo)控制的工作內(nèi)容包括：任務(wù)分派、工作包定義、預(yù)算和資源分配、進(jìn)度安排、工作包說明、成本、進(jìn)度評估、任務(wù)完成成本預(yù)測、工作包計(jì)劃周期、任務(wù)授權(quán)機(jī)構(gòu)和授權(quán)文件、預(yù)算劃轉(zhuǎn)流程、掙值測定流程、方差測定和閾值、成本數(shù)據(jù)積累和報告。

（3）成本任務(wù)的計(jì)劃與分解

根據(jù)各階段成本工作的性質(zhì)，運(yùn)用系統(tǒng)工程工具，對項(xiàng)目成本任務(wù)進(jìn)行計(jì)劃與管理，并制定流程，分配責(zé)任。

系統(tǒng)工程關(guān)注的是整個系統(tǒng)，重點(diǎn)在系統(tǒng)的整體運(yùn)行，而傳統(tǒng)工程研發(fā)是由獨(dú)立的設(shè)計(jì)元素構(gòu)成，因此，需要將系統(tǒng)按照“層級分解、逐級解決”的工程方法與研發(fā)活動結(jié)合起來。目標(biāo)成本需求的梳理、分解與傳遞就必須執(zhí)行“逐級分解，按級管理”的工作原則，在確保每個層級的目標(biāo)成本需求都被確認(rèn)和驗(yàn)證后再向下傳遞。先定義項(xiàng)目級目標(biāo)成本需求，然后逐層開展飛機(jī)級、系統(tǒng)級、分系統(tǒng)級和設(shè)備級目標(biāo)成本需求的定義、分解與管理工作，以目標(biāo)成本需求驅(qū)動多專業(yè)并行協(xié)同，并在具體執(zhí)行過程中做到需求可追蹤，狀態(tài)可管控。

（4）風(fēng)險的辨識與評估

風(fēng)險辨識延伸到技術(shù)、進(jìn)度、業(yè)務(wù)和成本問題，是作為標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)評審的一部分進(jìn)行的，并且動態(tài)監(jiān)控技術(shù)性能、進(jìn)度等與成本的權(quán)衡結(jié)果。例如，在設(shè)計(jì)中，項(xiàng)目周評審是在出現(xiàn)新風(fēng)險期間進(jìn)行的，主要是告知項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)風(fēng)險存在的可能性及影響范圍;項(xiàng)目月評審主要是成立專項(xiàng)小組并任命主要責(zé)任人，以協(xié)調(diào)解決重要風(fēng)險問題。類似的流程也存在于其他職能部門。

在B-2項(xiàng)目評審時對研制過程中出現(xiàn)的重要風(fēng)險問題進(jìn)行識別，并對其不能達(dá)到既定目標(biāo)的可能性和潛在后果進(jìn)行評估，一般評估結(jié)果分為高、中、低三等。一旦確認(rèn)風(fēng)險，該風(fēng)險就成為跟蹤的目標(biāo)。由成本/進(jìn)度控制項(xiàng)目組組織專家仔細(xì)研究各種方案的成本，并按照計(jì)劃的工作進(jìn)度和應(yīng)該遵守的流程，分配控制任務(wù)，對每個風(fēng)險的控制任務(wù)進(jìn)行跟蹤，直到風(fēng)險被有效規(guī)避或控制。其目的是要整個項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)積極地管理和控制重要風(fēng)險，并允許每個機(jī)構(gòu)管理低級別風(fēng)險，在風(fēng)險被識別后采取相應(yīng)的控制措施。

例如，一項(xiàng)技術(shù)要求存在設(shè)計(jì)風(fēng)險，可能對成本、計(jì)劃或性能產(chǎn)生影響，B-2項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在及時地識別了此風(fēng)險后，就需要對其進(jìn)行評估。首先，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)要與用戶一起評估是否有必要完全達(dá)到該技術(shù)要求，同時會反復(fù)研究成本與計(jì)劃的備用方案，技術(shù)專家也會被要求參與該評估活動，該問題將通過多方交流和權(quán)衡得到解決，從而實(shí)現(xiàn)成本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對風(fēng)險的快速評估。B-2設(shè)計(jì)過程中風(fēng)險的辨識和評估流程如圖3所示。

（5）成本管理和控制

成本管理和控制是以追求產(chǎn)品全生命周期費(fèi)用最小為目標(biāo)，對產(chǎn)品的全生命周期內(nèi)各階段實(shí)施的經(jīng)濟(jì)性活動進(jìn)行計(jì)劃、組織、監(jiān)督、協(xié)調(diào)及控制的活動。B-2飛機(jī)成本管理控制體系由業(yè)務(wù)管理部負(fù)責(zé)實(shí)施，并負(fù)責(zé)編制預(yù)算差異和進(jìn)度變更報告。在設(shè)計(jì)過程中，成本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)為了有效地控制和降低成本，不遺余力地做了一系列工作，其中一些措施的實(shí)施更是收到了明顯的效果，采取的措施主要有以下幾點(diǎn)。

（a）將技術(shù)經(jīng)濟(jì)風(fēng)險規(guī)避在可接受的范圍內(nèi)

如B-2轟炸機(jī)機(jī)翼材料的確定。由于任務(wù)、低可探測性及空氣動力學(xué)的要求，飛機(jī)負(fù)載形式非常復(fù)雜，而且飛機(jī)底部發(fā)動機(jī)艙門、起落架艙門和武器艙門上的保險裝置體積較大，必須使用復(fù)雜的大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。1980年前后，大型飛機(jī)應(yīng)用大量復(fù)合材料還是一種新的嘗試。雖然之前復(fù)合材料已數(shù)次應(yīng)用于一些武器系統(tǒng)的次要結(jié)構(gòu)上，但工程數(shù)據(jù)庫和使用經(jīng)驗(yàn)的積累都非常有限。因此，B-2研發(fā)團(tuán)隊(duì)面臨要大范圍使用復(fù)合材料的艱巨任務(wù)，其規(guī)模超出了此前任何項(xiàng)目的應(yīng)用范圍。為規(guī)避風(fēng)險，B-2項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)制訂了一項(xiàng)風(fēng)險終止計(jì)劃。他們將來自諾斯羅普一格魯門公司、波音公司、沃特和空軍的復(fù)合材料領(lǐng)域的專家齊聚在華盛頓州西雅圖研發(fā)中心，成立了關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)小組。該小組于1981年12月制定了設(shè)計(jì)可行性、制造、模具（工具壽命）、可生產(chǎn)性（重復(fù)性及造價基礎(chǔ)數(shù)據(jù)）及保障性等一系列標(biāo)準(zhǔn)，并制作了三個15.24m長的機(jī)翼翼段及數(shù)個外翼盒段，對這些翼段和盒段進(jìn)行了廣泛的測試和檢查。最后將測試件全部拆解，并對照測試前的預(yù)計(jì)結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析。

同時，該小組還設(shè)計(jì)了由傳統(tǒng)金屬材料制造的鋁制飛機(jī)機(jī)翼，并與復(fù)合材料機(jī)翼在重量（質(zhì)量）、造價、工期、風(fēng)險和制造方法等方面進(jìn)行比較，以防當(dāng)復(fù)合材料方案不成功時作為備用方案，來降低風(fēng)險。1983年9月，經(jīng)過多次測試、檢驗(yàn)及分析，該小組宣布復(fù)合材料機(jī)翼方案可行。此項(xiàng)攻關(guān)不僅規(guī)避了技術(shù)風(fēng)險，更為重要的是節(jié)約了研制成本。

（b）選取低成本設(shè)計(jì)方案

為優(yōu)化B-2飛機(jī)的低空突防能力，技術(shù)團(tuán)隊(duì)對多個備選方案進(jìn)行檢查分析，發(fā)現(xiàn)大部分方案的實(shí)現(xiàn)都需要通過加力燃燒來滿足起飛需求和增加空中加油功能以滿足突防任務(wù)。由于過于強(qiáng)調(diào)低空任務(wù)，就會大大縮減高空任務(wù)航程。研究最終認(rèn)為成本最低、操作上最可行的辦法是修改高空設(shè)計(jì)方案，使其可以執(zhí)行低空任務(wù)，而不是單純?yōu)榈涂杖蝿?wù)而設(shè)計(jì)或者加大飛機(jī)體積來增加航程。

相比于僅考慮低高度任務(wù)的設(shè)計(jì)和增大飛機(jī)體積來擴(kuò)展航程的設(shè)計(jì)方案，修改高高度設(shè)計(jì)方案在成本和運(yùn)行上都是最有效的。

（c）采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)節(jié)約成本

簽訂B-2飛機(jī)合同之后出現(xiàn)了一種重要的工具，這就是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和分級網(wǎng)絡(luò)。NCAD/NCAL是研發(fā)中心獨(dú)立開發(fā)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助打樣工具，此工具十分有效，是進(jìn)行系統(tǒng)工程的重要輔助工具。該工具便于操作、功能強(qiáng)大，而且很容易適應(yīng)各公司間的分級網(wǎng)絡(luò)。雖然CAD工具在今天已不足為奇，但是在20世紀(jì)80年代卻是新興技術(shù)，在設(shè)計(jì)領(lǐng)域獨(dú)放異彩。B-2飛機(jī)是世界上第一架全部應(yīng)用CAD設(shè)計(jì)的飛機(jī)，這項(xiàng)技術(shù)簡單實(shí)用，促進(jìn)了設(shè)計(jì)的發(fā)展及空間構(gòu)型和條件的互換，是跨接口綜合的強(qiáng)大輔助工具，同時也使部件的制造裝配過程變得簡單，大大降低了人力成本。

此外，為控制和降低成本，B-2項(xiàng)目成本團(tuán)隊(duì)還采取了一些措施，例如，在設(shè)計(jì)中通過增強(qiáng)可達(dá)性，來提高保障性能（可靠性、維修性、可用率）;對于功能重要、加工困難的重要件和關(guān)鍵件需經(jīng)審查確定;盡量減少結(jié)構(gòu)件數(shù)，以減少工具、節(jié)省制造和組裝時間等。

3 結(jié)束語

結(jié)合國內(nèi)經(jīng)濟(jì)環(huán)境的現(xiàn)實(shí)情況，樹立全新成本管理理念，運(yùn)用系統(tǒng)工程先進(jìn)的管理方法，從設(shè)計(jì)和管理兩個方面控制產(chǎn)品的成本。設(shè)計(jì)上以成本、性能和進(jìn)度三者之間的最佳平衡為標(biāo)的確定目標(biāo)成本，并以此為其他設(shè)計(jì)工作的約束;管理上以目標(biāo)成本驅(qū)動多專業(yè)并行協(xié)同，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)集成和系統(tǒng)確認(rèn)，并做到需求可追蹤，狀態(tài)可管控。在保證低成本的同時提供滿足要求的高質(zhì)量產(chǎn)品，這是國內(nèi)成本管理在新時期的必然選擇。

參考文獻(xiàn)

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