基于按費用設(shè)計的裝備費用管理技術(shù)研究

隨著軍事需求發(fā)展、科技進步，裝備技術(shù)性能快速提升，其壽命周期費用也急劇增長，令有限裝備經(jīng)費難以承受。在裝備技術(shù)性能快速提升的情況下，迫切需要以費用指標為約束和輸入，持續(xù)開展按費用設(shè)計，有效控制裝備壽命周期費用。為在裝備研制中持續(xù)開展按費用設(shè)計，本文對按費用設(shè)計的內(nèi)涵、美軍裝備按費用設(shè)計流程、按費用設(shè)計的裝備費用管理體系框架、按費用設(shè)計的裝備費用管理方法與技術(shù)進行了系統(tǒng)研究。

一、按費用設(shè)計的內(nèi)涵

裝備按費用設(shè)計，是指以壽命周期費用指標（包括研制費、訂購價格、使用保障費用指標）為約束和輸入，在裝備研制過程中開展效能-費用綜合權(quán)衡、成本設(shè)計與控制的活動，包括為裝備系統(tǒng)及其各層級產(chǎn)品設(shè)備設(shè)定研制費、訂購價格及維修價格指標，以及為實現(xiàn)這些指標而開展的費用估算分析、費用指標分配、效能-費用綜合權(quán)衡優(yōu)化、成本設(shè)計與控制。

按費用設(shè)計反映了成本設(shè)計中最重要的兩個需求：（1）將費用作為輸入而不是輸出，過去基于“性能滿足或超過需求”的設(shè)計使費用成為設(shè)計的結(jié)果而不是設(shè)計的驅(qū)動因素，而按費用設(shè)計強調(diào)費用本身也是項目需求和目標的重要組成部分；（2）強化費用和性能之間的權(quán)衡，過去“性能需求是剛性的”，不可能因為費用而進行折衷，而按費用設(shè)計認為費用與性能有同等的權(quán)重，應考慮費用指標的約束、效費比等因素，通過綜合權(quán)衡優(yōu)化裝備性能指標及其設(shè)計方案。

二、美軍裝備按費用設(shè)計流程

美軍為有效控制裝備壽命周期費用，相繼提出了定費用設(shè)計（Design to Cost）、費用作為獨立變量（Cost as Independent Variable）等方法。美軍在裝備采辦過程中，特別強調(diào)在研制生產(chǎn)過程中，尤其是研制早期對裝備成本的設(shè)計與控制［1］。具體來說就是，根據(jù)系統(tǒng)工程原理，把壽命周期費用的相關(guān)理論和技術(shù)協(xié)調(diào)、均衡地綜合到武器裝備的研制生產(chǎn)過程中；通過應用按費用設(shè)計思想，在研制生產(chǎn)過程中建立由目標成本設(shè)定、目標成本分解、成本過程控制、成本事后評價構(gòu)成的經(jīng)濟性迭代循環(huán)，逐步將軍方的成本要求轉(zhuǎn)化為研制要求、工程技術(shù)方案和相應的研制技術(shù)文件，作為各節(jié)點評估的重要指標并納入相應的考核體系，促使研制單位開展成本、性能、進度三者的綜合權(quán)衡，尋求和使用有助于達到目標成本的方法和措施，如圖1所示。

圖1 美軍裝備按費用設(shè)計基本過程

（1）輸入。首次輸入主要是美國軍方總體的經(jīng)濟性要求，包括研制生產(chǎn)成本、使用保障費用要求；后期的輸入則主要是上一輪迭代細化的輸出要求，如成本分解目標和控制目標。

（2）要求分析。即通過分析明確以多少成本代價來實現(xiàn)裝備的功能/性能要求。需要注意的是，美軍成本要求的確定不再取決于裝備的功能/性能要求，而是通過成本與功能/性能之間的權(quán)衡與協(xié)調(diào)獲得，最終的成本指標是與戰(zhàn)技指標相協(xié)調(diào)的、具有挑戰(zhàn)性且可實現(xiàn)的。軍方與研制單位共同協(xié)調(diào)應用綜合權(quán)衡方法技術(shù)，進行成本估算，通過不斷地權(quán)衡與迭代，獲得雙方滿意的技術(shù)與成本優(yōu)化方案。

（3）要求分配。在確立系統(tǒng)級目標成本的基礎(chǔ)上，美軍會統(tǒng)籌考慮技術(shù)與成本的關(guān)系，完成目標成本向裝備各系統(tǒng)、分系統(tǒng)、配套設(shè)備的細化分解，分解的層次以能夠根據(jù)分配的具體費用、性能要求開展硬件和軟件項目的成本設(shè)計控制為準則。目標成本分解是落實目標成本設(shè)計與管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，分解不是目的，而是為了目標成本的科學管理、設(shè)計與控制。

（4）系統(tǒng)綜合。系統(tǒng)綜合是將功能分析中形成的功能體系結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為物理體系結(jié)構(gòu)的創(chuàng)造性過程。美軍的系統(tǒng)綜合環(huán)節(jié)不再是等功能/性能實現(xiàn)之后再考慮成本要求的“序貫過程”。為了確保實現(xiàn)規(guī)定的目標成本，美軍在系統(tǒng)綜合中將成本、性能分解指標體系一起作為輸入，積極尋求降低產(chǎn)品成本的途徑與方法，通過成本性能之間不斷地權(quán)衡分析，一起對研制生產(chǎn)施加影響，從而實現(xiàn)成本、性能的總體最優(yōu)。為此，美軍針對研制生產(chǎn)不同階段的特點，開發(fā)了許多針對性的性能、成本權(quán)衡方法，如技術(shù)開發(fā)階段的費效分析方法及關(guān)鍵技術(shù)識別、評價和選擇方法，工程研制階段的價值工程和掙值管理方法，都取得了非常好的效果。

（5）驗證循環(huán)。即評估驗證所研制的物理體系結(jié)構(gòu)是否在可接受的風險水平內(nèi)滿足規(guī)定的性能、成本要求。美軍根據(jù)裝備成本設(shè)計與控制工作的要求，定期收集數(shù)據(jù)，進行經(jīng)濟性分析與評價，確定成本估算、分解、過程控制等經(jīng)濟性活動是否有效，有哪些可以改進的地方等。通過分析評價，找出成敗的原因，總結(jié)經(jīng)驗教訓，并通過及時有效的信息反饋為下一輪迭代循環(huán)提出建議。

隨著裝備研制生產(chǎn)的進展和深入，按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分解層次，美軍按費用設(shè)計從系統(tǒng)層向零部件層逐漸深入，綜合分析的程度也不斷細化，并通過反復迭代，不斷修正研制生產(chǎn)結(jié)果，使其更加完善、具體地滿足成本、性能要求。

三、按費用設(shè)計的裝備費用管理框架

當前，國內(nèi)對按費用設(shè)計的研究，主要局限于對美軍裝備按費用設(shè)計的理念、流程，以及在裝備層級方面的效能-費用綜合權(quán)衡、方案優(yōu)化方面，沒有深入研究如何通過系統(tǒng)、分系統(tǒng)、設(shè)備組件、零部件多層級的費用指標預計與分配、效能-費用綜合權(quán)衡、方案優(yōu)化設(shè)計、成本設(shè)計與控制等方面落實按費用設(shè)計的要求，沒有形成一套全系統(tǒng)、多層級的按費用設(shè)計的方法與技術(shù)。

裝備按費用設(shè)計是一項復雜的系統(tǒng)工程，為有效落實裝備費用設(shè)計及指標要求，需將按費用設(shè)計理念貫穿于裝備全系統(tǒng)、全研制周期。

一是通過裝備壽命周期費用的估算分析，以及裝備系統(tǒng)效能、研制進度的綜合權(quán)衡、總體方案優(yōu)化，提出裝備及主要系統(tǒng)研制費用指標、訂購目標價格、使用保障費用指標。

二是隨著研制進展，通過裝備整機級、分系統(tǒng)級、設(shè)備組件級、零部件級的費用預計與分配，在相應層級上開展效能-費用綜合權(quán)衡、方案優(yōu)化設(shè)計，將研制費用指標、訂購目標價格、使用保障費用指標分解至分系統(tǒng)級、設(shè)備組件級、零部件級，形成各層級的費用指標體系。

三是采用關(guān)鍵技術(shù)識別、評價和選擇，效能-費用綜合權(quán)衡，價值工程，成本進度綜合管理等方法，在各層級上開展按費用設(shè)計，盡最大可能實現(xiàn)費用指標要求。

四是反饋、調(diào)整、迭代優(yōu)化。在裝備各層級上，將按費用設(shè)計結(jié)果與費用指標進行比較，分析差異，并將按費用設(shè)計結(jié)果及與指標的差異逐級向上反饋集成，從而逐步得到零部件級、設(shè)備組件級、分系統(tǒng)級、整機級的按費用設(shè)計情況及與費用指標的差異。根據(jù)按費用設(shè)計結(jié)果，持續(xù)開展效能-費用綜合權(quán)衡，優(yōu)化方案，適應性調(diào)整費用指標，持續(xù)開展按費用設(shè)計。

五是通過在研制階段的持續(xù)按費用設(shè)計，最終形成了裝備整機級、分系統(tǒng)級、設(shè)備組件級、零部件級的按費用設(shè)計結(jié)果，并與按費用設(shè)計指標相比較，分析差異，總結(jié)經(jīng)驗，以用于后續(xù)項目的按費用設(shè)計。

在以上的裝備按費用設(shè)計流程和環(huán)節(jié)中，需要在整機級、分系統(tǒng)級、設(shè)備組件級、零部件級持續(xù)迭代開展壽命周期費用指標體系構(gòu)建、效能評估指標體系構(gòu)建、費用估算分析、費用指標分配、效能評估、效能指標分解、效能-費用綜合權(quán)衡、成本設(shè)計與控制等，并需要圍繞以上工作內(nèi)容做好按費用設(shè)計信息流的傳輸推送，提供按費用設(shè)計軟件工具，建立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)［2］。

基于以上內(nèi)容，本文構(gòu)建裝備按費用設(shè)計方法與技術(shù)體系框架，具體如圖2、圖3所示。

圖2 裝備按費用設(shè)計信息流傳輸示意圖

四、按費用設(shè)計的裝備費用管理技術(shù)與方法實踐

裝備按費用設(shè)計是一項多層級、多維態(tài)、多專業(yè)綜合的系統(tǒng)工程，為開展按費用設(shè)計需采用多樣化的方法與技術(shù)，主要包括費用指標體系構(gòu)建方法、效能/性能評估指標體系構(gòu)建方法、費用估算模型及方法、費用指標分配方法、多層級效能/性能評估方法、效能-費用綜合權(quán)衡優(yōu)化方法、按費用設(shè)計信息流傳遞技術(shù)、壽命周期費用管理控制程序與方法、按費用設(shè)計支持軟件及綜合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等。

（一）費用指標體系構(gòu)建

為在不同階段、全面系統(tǒng)地開展按費用設(shè)計，需按照裝備系統(tǒng)構(gòu)成、全壽命周期費用構(gòu)成、研制階段，構(gòu)建三維的裝備壽命周期費用指標體系，包括研制費指標體系、訂購目標價格指標體系、維修價格指標體系，需將裝備頂層的研制費指標按項目工作分解結(jié)構(gòu)、研制進度計劃、研制任務分工等分解到各層級的研制任務、研制單位、研制年度，將訂購總目標價格、總維修價格指標按產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)逐層分解至各個產(chǎn)品單元。

（二）效能/性能評估指標體系構(gòu)建

對于裝備系統(tǒng)、分系統(tǒng)，主要以系統(tǒng)效能評估其完成任務的能力；對于設(shè)備組件、零部件層級，主要以性能評估其滿足系統(tǒng)、分系統(tǒng)要求的程度；裝備類別、型號、層級不同，效能/性能評估的指標體系也不同。對于一個具體裝備的型號，應根據(jù)裝備技術(shù)性能及作戰(zhàn)使用特點，構(gòu)建起裝備系統(tǒng)級、分系統(tǒng)級系統(tǒng)效能評估指標體系，關(guān)鍵設(shè)備組件、零部件的功能/性能評估指標體系，要求指標體系中最底層指標可量化、有數(shù)據(jù)來源。

（三）費用估算方法

準確、客觀的裝備壽命周期費用估算方法是裝備按費用設(shè)計的關(guān)鍵。裝備壽命周期費用估算方法包括研制費用估算方法、訂購價格估算方法、維修價格估算方法［3］。為做好裝備多層級、多維度的費用估算分析，一是應研究提出基于項目工作分解結(jié)構(gòu)的研制費用估算方法，通過研制費用估算，能夠獲取到不同層級、不同研制任務的具體研制費用需求；二是應研究提出基于產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)的訂購價格、維修價格估算方法，可估算得到各級產(chǎn)品的訂購價格、維修價格。

（四）費用指標分配方法

國內(nèi)在裝備可靠性、維修性、保障性等特性設(shè)計方面構(gòu)建了比較完善、標準化的預計、分配準則與方法，但在費用設(shè)計方面一直缺乏指標分配的準則與方法。為實施裝備按費用設(shè)計，將裝備研制費逐層分解到具體研制任務、研制單位、研制年度，將訂購價格、維修價格分解到各級產(chǎn)品單元，是一項必要的持續(xù)工作。為此必須提出費用指標分配方法，提出裝備系統(tǒng)整機級費用指標向分系統(tǒng)級、成品/部件級、零件級逐層分解細化的方法。

（五）效能/性能評估方法

針對裝備系統(tǒng)、分系統(tǒng)的效能評估指標體系及設(shè)備組件、零部件的功能/性能評估指標體系，主要研究系統(tǒng)效能評估指標體系中底層指標的計算分析方法、各層級指標權(quán)重確定方法、基于各評估指標的系統(tǒng)效能綜合評估方法。

（六）效能-費用綜合權(quán)衡優(yōu)化方法

當前國內(nèi)對效能-費用綜合權(quán)衡優(yōu)化的研究經(jīng)常局限于裝備系統(tǒng)、分系統(tǒng)層級，對于設(shè)備組件、零部件級很少涉及。按費用設(shè)計是一項全系統(tǒng)、全方位、多層級持續(xù)的效能-費用綜合權(quán)衡、優(yōu)化設(shè)計工程。為此，一是需對效費比指標構(gòu)建、綜合決策準則及權(quán)衡模型建立等方法技術(shù)進行研究，結(jié)合裝備研制程序，提出裝備系統(tǒng)級、整機級、成品設(shè)備級、組件部件級效能-費用綜合權(quán)衡的程序和方法；二是應研究如何應用關(guān)鍵技術(shù)辨識、評價和選擇方法，價值工程方法等優(yōu)化系統(tǒng)級、整機級、成品設(shè)備級、組件部件級設(shè)計方案，以實現(xiàn)按費用設(shè)計要求。

圖3 裝備按費用設(shè)計方法與技術(shù)體系

（七）按費用設(shè)計信息流傳輸技術(shù)

數(shù)據(jù)信息的有效傳遞是實現(xiàn)按費用設(shè)計的重要條件?，F(xiàn)代化裝備的按費用設(shè)計是總體設(shè)計、結(jié)構(gòu)強度、氣動外形、隱身、機械、電子、軟件、技術(shù)經(jīng)濟、成本分析等多學科、多專業(yè)綜合的系統(tǒng)工程。為此，一是需分析按費用設(shè)計指標從頂層向下分解和從底層向上集成的信息數(shù)據(jù)需求，以及在各級開展按費用設(shè)計相關(guān)學科專業(yè)的信息數(shù)據(jù)需求；二是研究規(guī)范裝備系統(tǒng)整機級、分系統(tǒng)級、成品/部件級、零件級等各級向上、向下傳遞，以及同層級各學科專業(yè)相互傳遞的數(shù)據(jù)信息結(jié)構(gòu)、類目、內(nèi)容及格式要求等；三是研究形成不同層級、不同學科專業(yè)、不同時機的數(shù)據(jù)信息傳輸方法。

（八）壽命周期費用管理控制程序與方法

根據(jù)裝備壽命周期階段劃分及裝備研制管理需求，研究裝備系統(tǒng)壽命周期各階段費用管控目標及壽命周期費用估算分析、設(shè)計與控制的重點內(nèi)容；構(gòu)建裝備系統(tǒng)壽命周期費用管控程序及技術(shù)要求；研究裝備系統(tǒng)研制經(jīng)費過程控制、目標成本管理等壽命周期費用管控方法。

（九）裝備系統(tǒng)按費用設(shè)計支持軟件及綜合數(shù)據(jù)庫

手段、工具和數(shù)據(jù)是有效開展裝備按費用設(shè)計工作的基礎(chǔ)。需開發(fā)裝備系統(tǒng)按費用設(shè)計支持軟件系統(tǒng)，具有壽命周期費用、效能指標體系構(gòu)建，費用估算、效能指標計算與綜合評估，效費指標確定、分解、權(quán)衡，按費用設(shè)計信息流傳輸?shù)裙δ?，為裝備系統(tǒng)按費用設(shè)計提供手段、工具；基于按費用設(shè)計及效能-費用綜合權(quán)衡的信息數(shù)據(jù)需求，構(gòu)建裝備系統(tǒng)綜合數(shù)據(jù)庫，收集典型裝備系統(tǒng)的費用與效能指標數(shù)據(jù)資料，為按費用設(shè)計提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

五、結(jié)束語

本文根據(jù)裝備系統(tǒng)構(gòu)成、裝備研制需求及成本設(shè)計與控制內(nèi)容特點，研究提出了按費用設(shè)計的概念及內(nèi)涵、裝備按費用設(shè)計體系框架及對方法技術(shù)的需求，后續(xù)應通過專題研究，突破各項關(guān)鍵技術(shù)，集成為裝備系統(tǒng)按費用設(shè)計方法與技術(shù)體系，為裝備壽命周期費用設(shè)計與控制提供快捷有效的工具。