基于MAAP的壽命周期費用分析*

白永生， 郭馳名

(陸軍工程大學石家莊校區， 河北 石家莊　050003)

在裝備的壽命過程中,研制費用、生產費用往往能引起重視,而后期的使用、維修、保障等費用卻常常被忽視。這種做法極易造成總的壽命周期費用過高,出現“買得起,用不起”的窘境[1]。因此,從全壽命周期的角度進行裝備費用分析,是確定壽命周期費用關鍵因素、制訂高效費比采購與保障方案的有效手段,也是進行管理與維修決策的重要參考。

MAAP(Monterey Activity-based Analytical Platform)是一款基于壽命周期事件驅動的分析工具,由美國的TFD公司為美軍國防部量身定制,可開展壽命周期費用、使用可用度等參數的計算,以及多種類型保障資源的優化,從而用于裝備系統設計方案的權衡分析與評價[2]。目前,歐美許多國家的軍事和工業部門都在應用其開展壽命周期費用核算與優化,并取得了良好的效果。

基于此,本文在厘清壽命周期費用(Life Cycle Cost,簡稱LCC)概念與特點的基礎上,結合MAAP軟件研究壽命周期費用分析的基本過程,給出其具體實現步驟,以及分析結果和結論。

1　壽命周期費用的概念與特點

關于壽命周期費用的研究,最早起源于1904年的瑞典鐵路部門,1929年后開始應用于美軍的裝備采辦過程[3]。20世紀70年代以來,由于其在美國民用企業的迅速推廣應用,傳入英國、日本等國家。20世紀80年代中期,國際電工學會(IEC)發布了關于壽命周期費用的標準,被各國廣泛采用。我國于20世紀80年代初引入壽命周期費用的理念和方法,之后許多軍事和民用部門陸續開始了研究和應用[4]。

目前,關于壽命周期費用尚未有規范統一的定義,這里權且給出幾種較受認可的出處。如,在GJBZ201517《武器裝備壽命周期費用估算》中,將壽命周期費用定義為:在裝備的預期壽命周期內,為裝備的論證與研制、購置、使用與保障及退役處置所支付的所有費用之和[5]。在GJB1364《裝備費用-效能分析》中,將壽命周期費用界定為:在預期的裝備壽命期內,為裝備的論證、研制、生產、使用與保障、退役所付出的一切費用之和[6]。百度百科中,將其解釋為:產品在有效使用期間所發生的與該產品有關的所有成本,它包括設計成本、制造成本、采購成本、使用成本、維修保養成本、廢棄處置成本等。美軍《防務采辦術語》中,則將其概括為:系統在其壽命內政府用于采辦和擁有系統的總費用,它包括研制、采辦、使用、保障和處置的費用。

裝備壽命周期費用具有其他費用的一般屬性,同時又有其自身的特點,具體體現在如下幾個方面:

1)系統性裝備從“生”到“死”,即從提出需求到退役報廢的過程中,形成了若干既相對獨立又緊密聯系的階段[7]。與之相關的費用,從橫向看,既包含主裝備費用,又包含配套裝備和綜合保障要素的費用;從縱向看,既有一次性采辦費用,又有重復性支付的使用保障費用,以及退役處置費用。這些費用之間密切相關又相互影響,具有系統性。

2)先天性壽命周期費用實際上在裝備生產之前,已由論證、研制階段“先天”鑄就。有關資料表明,美國B-52飛機各個壽命階段對費用的影響程度是不同的:論證研制階段影響壽命周期費用的95%,生產使用階段只影響5%[8]。雖然這一比例并不完全適用于所有裝備,但基本規律是一致的。因為裝備壽命周期費用的高低,主要取決于裝備自身的作戰使用性能、結構、所需原材料和制造方法等因素,而這些因素在立項論證和初步設計階段就基本確定和形成[9]。

3)隱蔽性對于裝備的每一壽命階段來說,費用比例不盡相同。若將壽命周期費用比喻為一座冰山,則露在水面上的只是占壽命周期費用一小部分的采購費,而那些與裝備使用和保障有關的費用經常是看不到的[10]。如果決策者只看到外露的部分,而未預計到水下尚有大量費用需要支出,依此進行管理決斷,勢必會“觸礁”造成重大損失[11]。

2　MAAP軟件的計算原理

MAAP軟件以壽命周期事件作為引擎,驅動整個模型完成各項分析計算工作。事件之間存在相互的關聯關系,某一事件的發生,可以導致其他事件的發生。在模型中,以對事件自身的各項描述及關聯內容為單元,通過事件之間的相互關系,對裝備壽命周期進行描述。

比如,裝備的研發事件完成,會引起裝備的生產事件,裝備生產完畢則會引起裝備的部署事件,部署的裝備會根據部署站點的需求產生使用事件;隨著裝備使用事件的發生,又將引發裝備自身的故障,因此產生相應的維修事件;維修事件所需的相應資源,會產生對人員的訓練事件和對物資的運輸事件等。壽命周期事件在軟件中的簡化模型如圖1所示。

在軟件中,首先根據實際情況或分析要求,建立裝備的分解結構;然后對每個分解結構中的節點,創建所有可能發生的使用事件、維修事件和保障事件。

使用事件可以描述裝備在使用過程中的狀況,軟件會根據使用情況觸發相應的事件;每個維修事件都可以指定所需要的維修資源(備件、軟件、工具、人員技能、設施、技術資料、能源);保障事件可以指定其保障等級,也可針對不同故障模式設定不同的保障事件,并分別在對應的站點中進行維修。

根據裝備的使用環境和保障環境,對裝備在壽命周期內各事件的發生趨勢進行預期,從而實現裝備在壽命周期內資源消耗趨勢和費用的計算。

3　基于MAAP的壽命周期費用分析過程

MAAP軟件對于壽命周期費用的分析,雖然實現過程比較復雜,但總體上看不外乎六大業務模塊:裝備建模、事件建模、保障組織建模、想定建模、優化計算和報告生成,這些業務模塊之間的流程關系如圖2所示。

為了演示MAAP軟件在壽命周期費用分析中的過程與獨到優勢,下面結合軟件對上述主要業務模塊做一簡單介紹。

1)裝備建模：作為壽命周期費用分析的對象,首先要對裝備的結構和特性規律等進行建模。因此,需要建立裝備的分解結構,并設定各結構層次產品的參數(見圖3)。在MAAP軟件中,創建產品結構時,如果需要新建零件記錄,可以通過零件管理器進行添加,也可以直接在結構管理器的添加零件彈出框中進行添加(見圖4)。

2)事件建模：事件建模是MAAP軟件進行壽命周期費用分析的核心工作,通過建立事件模型,可以完善詳細地描述裝備壽命周期中的各項活動。通常來說,裝備包含四類事件信息:使用事件、維修保障事件、升級事件、訓練事件,這些事件都可以創建或關聯所需要使用或消耗的資源(備件、工具、人員、設施等),其主要關系如圖5所示。

3)保障組織建模：保障組織結構描述了裝備各保障站點之間的物資、維修等保障關系,是進行壽命周期費用計算的必要輸入條件。因此,保障組織建模也是一項重要的基礎工作。MAAP軟件采取圖像化的保障結構,通過鼠標拖拽的方式即可添加站點、以及站點間的關系,如圖6所示。

4)想定建模：在MAAP軟件中,想定即為系統、保障組織結構、項目常量、零件缺省值、部署情況和備件方案等的有機結合。因此,需要設定裝備的數量、部署信息、維修策略、各站點的庫存策略、費用信息等,從而為裝備全壽命周期過程中各項費用事件的產生和計算提供環境,其流程如圖7所示。

完成上述這些工作之后,就可以按照分析需求,進行壽命周期費用的計算與優化,并生成相關的報告,為管理決策提供依據。

5)優化計算：設定好運行的是否執行多資源優化、是否使用復雜備件算法、是否執行費用分析、是否使用時間變量等參數后,即可選擇【執行活動分析】按鈕運行分析計算,如圖8所示。

6)報告生成：點擊報告生成按鈕,即可生成不同形式的報告,包括事件分析類報告、資源分析類報告、費用分析類報告、匯總報告等。

其中,事件分析類報告包括使用事件、保障事件、訓練任務、升級任務等;資源分析類報告包括備件、工具、設施、人員、資料等的初始需求和補給需求等;費用分析類報告包括費用、成品、零件、工具、人員等的使用和維修費用等;匯總報告包括:系統可用度、使用小時的費用、平均維修時間、保障事件頻率、總成本等。這些報告可從不同角度以不同形式進行壽命周期費用的計算。圖9顯示了系統在各年度的壽命周期費用及主要構成,其中紅色、灰色、綠色、藍色分別表示購置費用、使用費用、維修費用和其他費用。

4　結束語

本文闡述了壽命周期費用的概念與特點,基于美國國防部定制軟件MAAP,介紹了其實現壽命周期費用分析的基本原理,并具體演示了利用該軟件對裝備開展壽命周期費用分析的過程。通過MAAP軟件得到的分析報告,可從壽命成本的角度對比裝備系統的研制、生產與使用保障方案,從而為進一步優化費用投入、提高裝備效能提供了數據參考。