基于CAIV的商用飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性能自動分析模型

高飛

(中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司，上海 200126)

1 引言

航空工業(yè)從研發(fā)到生產(chǎn)、運(yùn)營需要花費大量的資金，特別是商用飛機(jī)，從市場的角度來看，商用飛機(jī)價格昂貴，使用成本高，其經(jīng)濟(jì)性是影響航空市場的關(guān)鍵因素之一[1-3]，因此研究商用飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性對提升商用飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益和提高其市場競爭力十分重要。

國內(nèi)對商用飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性能主要從上世紀(jì)80 年代開始，主要利用計算模型結(jié)合國內(nèi)航空的實際情況進(jìn)行研究與優(yōu)化，現(xiàn)階段主要是結(jié)合一些算法從各個方法計算商用飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性[4]。文獻(xiàn)[5]提出基于組合預(yù)測模型的飛機(jī)剎車系統(tǒng)性能趨勢預(yù)測分析，通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測飛機(jī)剎車片磨損量，通過粒子群優(yōu)化灰色模型，輸出預(yù)測序列，通過加權(quán)得出累積磨損量。該方法預(yù)測效果較為準(zhǔn)確，但效率較差。文獻(xiàn)[6]提出水熱式停機(jī)坪路面系統(tǒng)壽命周期綜合效益成本分析，采用隨機(jī)經(jīng)濟(jì)分析方法，以貨幣形式確定和量化與使用HHP除雪和除冰相關(guān)的收益和費用，并使用敏感性分析方法確定顯著影響HHP整體經(jīng)濟(jì)可行性的特定變量。這種分析模型對飛機(jī)運(yùn)行停機(jī)坪路面系統(tǒng)壽命周期的評估較為準(zhǔn)確，但其缺少對商用飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性在壽命周期內(nèi)的變化，無法衡量特定航線的實際成本。

從上述內(nèi)容可知，傳統(tǒng)的飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性自動分析模型已經(jīng)不能很好地適應(yīng)現(xiàn)階段的經(jīng)濟(jì)變化和航空市場變化，數(shù)據(jù)空間相關(guān)性和指標(biāo)敏感性比較差，整體應(yīng)用能力不足。結(jié)合目前的研究情況，提出基于CAIV的商用飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性能自動分析模型，CAIV方法強(qiáng)調(diào)了商用飛機(jī)在整個生命周期內(nèi)可能出現(xiàn)的各層次和各方面問題，有助于解決傳統(tǒng)分析模型中存在的問題。

2 商用飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性能自動分析模型設(shè)計

2.1 優(yōu)化商用飛機(jī)費用-效能的權(quán)衡

航空企業(yè)以獲取最大經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，對商用飛機(jī)活動中的費用支出進(jìn)行控制[7]。費用能夠反映商用飛機(jī)消耗的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，效能能夠反映飛機(jī)用途的技術(shù)指標(biāo)。在商用飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性能自動分析模型中，要進(jìn)行費用-效能權(quán)衡分析，對費用和效能進(jìn)行權(quán)衡，將分析結(jié)果提供給后續(xù)的收益-成本經(jīng)濟(jì)性分析。

商用飛機(jī)在生產(chǎn)部署階段都有固定的性能指標(biāo)度量值，同時也要求商用飛機(jī)在一定費用支出前提下達(dá)到一定的效能度量值[8]。因此，基于CAVI方法，建立費用與效能之間的聯(lián)系，達(dá)到優(yōu)化商用飛機(jī)的費用-效能權(quán)衡的目的。

將性能設(shè)計指標(biāo)參數(shù)作為固定的性能指標(biāo)度量值，每個度量值的改變都會影響費用支出的變化，因此運(yùn)用固定的性能指標(biāo)度量值對每個費用單元進(jìn)行描述，求得商用飛機(jī)的效能度量值。

假設(shè)商用飛機(jī)機(jī)體F由n個子模塊組成，記為F={A1，A2，…，An}，其中Ai(i=1，2，…，n)表示第i個子模塊，默認(rèn)每個Ai包含ei個性能度量值，所以整個飛機(jī)機(jī)體的性能指標(biāo)有e=ei，機(jī)體的效能為W，其生命周期費用值為R。

在商用飛機(jī)研發(fā)過程中，權(quán)衡整個機(jī)體的經(jīng)濟(jì)可承受能力和實際需求，按照機(jī)體子模塊估算商用飛機(jī)機(jī)體費用，商用飛機(jī)機(jī)體費用表示為：

公式中，Ri表示第i個子模塊費用，則關(guān)于Ri的性能指標(biāo)的函數(shù)為：

公式3 表明了飛機(jī)機(jī)體費用是多個性能指標(biāo)共同作用的結(jié)果，因此將s1，s2，…，se作為決策變量參與權(quán)衡。

對于飛機(jī)機(jī)體的效能，假設(shè)機(jī)體有m個效能度量值，記為U1，U2，…，Um每個效能度量值都是關(guān)于性能指標(biāo)的函數(shù)，即Ui=fi(si1，si2，…，siv)。此時，機(jī)體的總體效能為U=J*（U1，U2，…，Um），飛機(jī)機(jī)體的效能函數(shù)為：

公式中，U和Ui是關(guān)于性能指標(biāo)度量值的兩個不同的函數(shù)。在商用飛機(jī)機(jī)體的部署階段，其實際效能與預(yù)期會存在一定的偏差，因此需要對費用分析進(jìn)行細(xì)化，根據(jù)細(xì)化分析結(jié)果確定商用飛機(jī)費用-效能的權(quán)衡優(yōu)化方案。

根據(jù)上述不同階段的費用-效能分析，總結(jié)出費用-效能優(yōu)化流程，如圖1所示。

圖1 費用-效能的權(quán)衡優(yōu)化流程

經(jīng)過對商用飛機(jī)費用-效能的權(quán)衡優(yōu)化后，得到各個性能指標(biāo)取值范圍的上限和下限、效能的需求值和下限值以及機(jī)體生命周期費用所能承受的最大值。在此基礎(chǔ)上，從成本-收益的角度分析商用飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性能。

2.2 商用飛機(jī)收益-成本經(jīng)濟(jì)性分析

商用飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性能自動分析模型重點在目標(biāo)的價值，按照價值的不同標(biāo)準(zhǔn)對利潤的影響，將商用飛機(jī)價值水平分為三個區(qū)域，分別是較差的價值、盈利的價值和有競爭力的價值，如圖2所示。

圖2 價值水平對商用飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性的影響

在較差的價值區(qū)域，組織的利潤通常是負(fù)數(shù)，成本大于收益，在此階段商用飛機(jī)沒有任何競爭優(yōu)勢；在商用飛機(jī)價值水平達(dá)到市場平均水平附近時，商用飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性滿足市場的需求，此時價值收益大于成本并開始盈利，但是仍然存在一些風(fēng)險，需要進(jìn)一步改善；隨著價值水平的提高，價值收益顯著大于成本，市場份額穩(wěn)定增長，用戶忠誠度較高且流失率較低，利潤率因較大的市場份額而具有優(yōu)勢，其優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)性能能夠保證商用飛機(jī)具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

從上述分析內(nèi)容可知，商用飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性能自動分析模型需要考慮收益與成本的問題。對于商用飛機(jī)價值收益，主要通過價值貢獻(xiàn)度或價值收益與營收費用的相對變化，以反映商用飛機(jī)價值收益所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)性能。公式如下：

公式中，G0表示貢獻(xiàn)度相對變化率，S0表示收益相對變化率，g2表示本期貢獻(xiàn)度，g1表示上期貢獻(xiàn)度，b2表示本期營收費用，b1表示上期營收費用，x2表示本期價值收益，x1表示上期價值收益。同理可計算商用飛機(jī)價值成本相關(guān)的經(jīng)濟(jì)性能。公式如下：

公式中，Ds表示營收價值成本率，∑d表示成本總額，b表示營收費用，D0表示價值成本率，ds表示總成本。對于商用飛機(jī)整體經(jīng)濟(jì)性能而言，使用價值成本-收益權(quán)衡其經(jīng)濟(jì)性，即

公式中，Z表示商用飛機(jī)價值成本-收益比，當(dāng)該值大于1時，認(rèn)為商用飛機(jī)的價值是不經(jīng)濟(jì)的，當(dāng)該值小于等于1時，認(rèn)為商用飛機(jī)的價值是經(jīng)濟(jì)的。至此，基于CAIV的商用飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性能自動分析模型設(shè)計完成。

3 商用飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性能自動分析模型實驗研究

3.1 實驗準(zhǔn)備

在商用飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性能自動分析模型實驗研究中，結(jié)合傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能分析模型，設(shè)計對比實驗，考慮變量的相關(guān)性和數(shù)據(jù)的可得性，以數(shù)據(jù)相關(guān)性和指標(biāo)敏感性為衡量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比實驗，分析不同經(jīng)濟(jì)性能分析模型的實際應(yīng)用水平。

采用實證分析的方法對不同的經(jīng)濟(jì)性能分析模型進(jìn)行研究，主要選擇的指標(biāo)是資本投入指標(biāo)、對外開放指標(biāo)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)指標(biāo)、人力資本指標(biāo)和勞動力指標(biāo)等。不同的模型對指標(biāo)的側(cè)重點不同，為了更明確地解釋各指標(biāo)對研究商用飛機(jī)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響，保證實驗的公正性，選取商用飛機(jī)的直接費用作為被解釋變量進(jìn)行數(shù)據(jù)空間相關(guān)性實驗和指標(biāo)敏感性實驗。

公式中y表示商用飛機(jī)產(chǎn)出經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，x1表示資本投入指標(biāo)，x2表示人力資本指標(biāo)，x3表示產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)指標(biāo)，x4表示對外開放指標(biāo)，x5表示勞動力指標(biāo)，ε表示加權(quán)系數(shù)。采用相同的商用機(jī)型數(shù)據(jù)和運(yùn)營數(shù)據(jù)，如表1和表2所示，對不同商用飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性能自動分析模型。

表1 實驗所用商用飛機(jī)機(jī)型數(shù)據(jù)

表2 商用飛機(jī)運(yùn)營數(shù)據(jù)設(shè)置

考慮實驗需求，直接使用資本成本，具體的成本規(guī)定如表3所示。

表3 資本成本計算規(guī)則

基于以上數(shù)據(jù)使用不同的經(jīng)濟(jì)性能分析模型進(jìn)行數(shù)據(jù)相關(guān)性實驗和指標(biāo)敏感性實驗。

3.2 數(shù)據(jù)空間相關(guān)性實驗及分析

實驗中使用的模型分別是設(shè)計的基于CAIV 的經(jīng)濟(jì)性能分析模型、基于遺傳算法的經(jīng)濟(jì)性能分析方法和基于函數(shù)逼近方法的經(jīng)濟(jì)性能分析方法。使用統(tǒng)計軟件統(tǒng)計回歸分析中各檢驗值的空間相關(guān)性，具體結(jié)果如表4所示。

表4 數(shù)據(jù)空間相關(guān)性實驗結(jié)果

模型中數(shù)據(jù)空間相關(guān)性與商用飛機(jī)經(jīng)濟(jì)對外開放性息息相關(guān)，對外開放可以給商用飛機(jī)帶來大量資本投入、管理經(jīng)驗和技術(shù)的提升。觀察圖中結(jié)果可知，在相同的實驗條件下，設(shè)計的基于CAIV的經(jīng)濟(jì)性能分析方法在不同的指標(biāo)下都處于較高水平，數(shù)據(jù)空間相關(guān)性更強(qiáng)，在該模型中能夠更好地結(jié)合對外開放情況進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性能分析。

3.3 指標(biāo)敏感性實驗及分析

在指標(biāo)敏感性實驗中，以最小商用飛機(jī)直接成本為目標(biāo)，使用第三方工具計算不同模型內(nèi)的指標(biāo)敏感性，結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同經(jīng)濟(jì)性能分析方法的指標(biāo)敏感性實驗結(jié)果

圖3顯示的商用飛機(jī)直接成本僅為實驗所用常數(shù)，影響參數(shù)是與商用飛機(jī)直接成本相關(guān)的指標(biāo)，如燃油價格、座位數(shù)等。對比觀察圖中結(jié)果可以看出，在商用飛機(jī)直接成本和各項影響參數(shù)互相影響下，傳統(tǒng)的基于遺傳算法和基于函數(shù)逼近方法的經(jīng)濟(jì)性能分析方法參數(shù)敏感度呈現(xiàn)出現(xiàn)下降的趨勢，成本越高，敏感度越低；設(shè)計的基于CAIV的經(jīng)濟(jì)性能分析方法中敏感度始終保持比較高的水平。再結(jié)合數(shù)據(jù)空間相關(guān)性可知，設(shè)計的基于CAIV的商用飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性能自動分析模型數(shù)據(jù)空間相關(guān)性高、指標(biāo)敏感性強(qiáng)，該模型的應(yīng)用性更強(qiáng)，該模型優(yōu)于傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能自動分析模型。

4 結(jié)束語

本文圍繞著商用飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性能的分析，設(shè)計基于CAIV的商用飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性能自動分析模型，利用CAIV方法計算目標(biāo)全生命周期費用，完成模型的設(shè)計。針對傳統(tǒng)分析模型中存在的問題，設(shè)計對比實驗，實驗結(jié)果顯示設(shè)計的分析模型數(shù)據(jù)空間相關(guān)性在0．9 以上，并且指標(biāo)敏感性也比較高，證明了該模型的可靠性與可行性。商用飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性能分析中需要考慮很多因素，在上述研究中還有很多地方需要改進(jìn)和完善，如計算精度的提高或經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)的處理等，相信以后的研究中，商用飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性自動分析模型將會更加完善。