可修備件壽命周期費用計算模型研究

張 軍 ，耿俊豹，金家善

（海軍工程大學船舶與動力學院，湖北 武 漢 4 30033）

備件是裝備維修中關鍵的保障資源，是維修費用的主要部分。科學地確定備件的品種與數量，將有效地保持裝備戰斗力的恢復和充分發揮經費的效益。壽命周期費用(LifeCycleCost，LCC)分析方法是科學地確定備件的品種與數量的有效方法之一。本文在介紹備件壽命周期費用影響因素的基礎上，建立典型可修備件的費用分解結構，并采用基于事件的建模方法建立了備件壽命周期費用計算模型，然后對備件費用、品種、數量之間關系進行了定性分析。

一、備件壽命周期費用影響因素

1.備件的價格

備件的價格是影響備件費用的直接因素。不同的備件品種價格不同，不同的供應商對同一種類備件的報價也往往不同，從而直接影響著備件采購費用的大小。

2.備件的采購方式

備件的采購方式包括采購途徑和采購方法。采購途徑主要有自制、內購和外購三種，采購方法主要有定量、定期和隨機采購三種。不同的采購方式具有不同的費用發生單元且各費用單元的大小不同，從而影響備件壽命周期費用的大小。

3.備件的重要度

零部件在所在系統中的關鍵程度決定著備件的重要度，備件的重要度是影響其壽命周期費用大小的重要因素，備件的重要度不同，不但影響其配置數量，還影響著其包裝運輸費用和庫存費用。

4.裝備的平均故障間隔時間

裝備的平均故障間隔時間確定了備件的消耗，是影響備件配置數量的重要指標。一般來說，平均故障間隔時間越短，備件的配置數量越大，對備件的更換拆裝與維修也越頻繁，因而花費的費用也越大。同時，不同的故障模式對備件配置數量的影響也不同。

5.裝備的使用情況

裝備的使用情況也是影響備件費用的主要因素之一。不但裝備的任務時間長短影響著備件的配置數量，裝備的工作環境和工作強度也對備件的消耗以及備件對資源的消耗量有著重要的影響。

6.裝備的保障概率要求

裝備對備件的保障概率要求是計算備件配置數量的重要因素。它是指在規定的時間內，需要備件時不缺備件的概率，亦稱備件滿足率。裝備的保障概率要求越高，需配置的備件數量越多，所占用資金越多。

二、典型可修備件的費用分解結構

壽命周期費用分析方法的目的是用于選擇和確定裝備等有限資源的最佳費用，并為此對裝備使用的各種方案做出必要的評價。建立裝備LCC分解結構是進行LCC計算、分析、評價的基礎，所分解的費用必須完整，既不遺漏，也不重復，應當包含設備在整個壽命周期中涉及到的所有費用。根據對象和目的的不同，其費用分解結構也不同。本文選取艦船裝備中某典型的可修備件為例，建立其LCC分解結構如圖1所示。

其中：Cp為備件的購置費，是指訂購方向承制方購置備件并獲得備件所需的初始保障所支出的全部費用；COS為使用保障費，是指備件在使用期間為備件的使用和保障備件處于完好狀態所支出的費用；CDR為報廢處置費，是指備件報廢后，對備件進行報廢處置所需花費的相關費用。

三、可修備件LCC計算模型

在建立備件LCC計算模型時，考慮單個備件的費用并無太大的實際意義，因而通常考慮某一系統或裝備的某種備件甚至是所有備件的年均費用或總費用，以便進行比較分析。下面以典型可修備件的費用分解結構為基礎，根據發生費用的事件建立其年均費用的計算模型。

1.年均費用計算模型

由費用分解結構可知，Cp由備件成本費Cps、利潤CIP、包裝運輸費CSPT、訂貨費CSPI和初始保障費CIS組成。CIP通常以成本費乘以一定的利潤率α計算；CSPT與備件的重量和運輸距離有關，假定距離為D，單件重量為W，每噸公里的包裝與運輸費用為PW，包裝運輸級別加權系數為PC；設年購置次數為K，第i次購置備件數量為ni，則年購置費Cp可以按下式進行計算。

Cos由換件拆裝費CTP、可修備件修復費CM、庫存管理費CST、使用費Co等構成。CM包括維修設備費CME、維修設施費CMF、維修器材費CMM、維修人員費CMW等相關費用，假定各單價分別為yME、yMF、yMM、yMW，第t次維修時間為Ht，維修人員數目為Pt；CST與備件的體積與存放級別有關，假定單件體積為V，每立方米的年庫存費用為Sw，庫存級別加權系數為Sc；Co指為使備件正常工作消耗n種資源所需的費用，假定第j種資源的單價為xj，備件對第j種資源的消耗率為δj，該種備件的年工作時間（小時）為T；設單個備件年維修次數為NR，在役數量為N1，庫存數量為N2，年報廢備件數為N0，則該種備件的年使用保障費可以按下式進行計算。

CDR即為裝備的殘值，在進行全壽命費用估算時，假定殘值為原值乘以一定的系數ω（通常認為殘值為備件制造成本的十分之一），則年報廢處置費為

對于可回收利用的備件取負，對于需要進行報廢處理的備件取正。

綜合公式 (1)、（2）、 (3)，即可得到備件的年均費用計算模型

2.資金的時間價值

由于資金具有時間價值，因而在進行費用的計算時需要考慮時間價值系數，把費用折算到選定基準年進行比較。設年利率為Z，選定裝備交付部隊使用的第1年為基準年，則第w年消耗的備件費用值Cw折 算為基準年的現值為

式中：1/(1+Z)w——貼現系數；

w——使用的年數。

四、備件費用定性分析

備件保障工作的目的一方面是要滿足裝備維修保障需求；另一方面則要盡量減少不必要的備件品種及冗余儲備以控制資金占用。這就使備件品種、備件數量和備件費用之間構成了一種相互聯系和制約的關系：備件品種和數量受到了費用的約束，費用也受到品種和數量的影響，三者之間的關系可由圖2來反映。

圖2 不同備件品種及配置數量下的費用比較

從圖2可以看出，隨著備件配置數量的增加，其購置費用和使用保障費用（報廢處置費通常對總費用影響較小，在此不予考慮）都會隨之增加，但由于備件的及時到位，故障帶來損失就會減小，三者綜合的費用曲線會形成一個谷地，即是備件配置數量的最優區域，這反映了數量和費用之間的關系。同時由1和2兩組曲線可知，不同品種的備件對于系統的重要程度是不同的，反映在其停機損失費的大小上，備件停機損失費越高，其最優配置區域越靠右，即其最優配置數量越大。因此，對于重要部件，其停機損失大，故應以滿足需求為重點，其次再考慮費用問題；而不重要的部件，應該重點考慮的是費用，可以少配置甚至不配置備件。

五、總結

本文分析了備件壽命周期費用的影響因素，建立了典型可修備件的費用分解結構，并根據發生費用的事件建立起了可修備件的壽命周期費用估算模型，進而對備件品種、數量和費用之間的關系進行了定性分析，為有限經費的合理使用和備件的保障工作提供了相關依據。

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