基于系統工程的目標成本設計與管理

王澤宇

摘要：為了使產品成本、進度和性能達到最佳平衡，以美國B-2轟炸機為例，詳細介紹了B-2轟炸機運用系統工程理念進行目標成本設計和管理的方法、工作流程，以及為降低成本采取的有效措施。運用系統工程的思想進行目標成本設計和管理，可以保證產品在滿足技術和質量要求的同時擁有較低的成本。

關鍵詞：系統工程;目標成本設計;成本管理和控制

中圖分類號：V219 文獻標識符：A

要降低成本，首先要提高成本設計和管理水平。目前，國內的成本設計手段較少，成本管理觀念落后，設計和管理水平相對較低，因此，亟待提高成本設計和管理水平，以適應中國新時期的經濟環境。

眾所周知，系統工程作為一門新興學科，在指導和組織管理復雜系統的開發中發揮著重要作用。系統工程是一個將技術研究和技術管理綜合化的過程，該過程能夠實現產品的預期功能，并把已明確的系統要求分配到設計之中，確保產品的成本、進度和性能達到最佳平衡[1]。因此，以系統工程理論指導目標成本設計和管理，會使產品的成本設計和管理工作獲益匪淺。

1 基于系統工程的目標成本設計和管理流程

系統工程解決問題的思路是從整體出發，先分解、再綜合。系統工程把整個系統作為研究對象，突出系統總體層面的研究，根據任務需求，從整體出發確定系統的指標和功能結構，然后在指標的約束下，對系統進行分解與分析研究，確定分系統/部件的技術要求和技術方案，最后在此基礎上進行綜合集成，進而實現系統的整體功能，同時還對實現目標的具體方法和途徑進行優化。

目標成本設計與管理是飛機設計研制階段一項重要工作。運用系統工程的思想去進行目標成本設計和管理，具體實現方法及流程如圖1所示。在飛機需求論證階段，通過市場調研，研究和搜集飛機利益相關方（包括客戶、運營商、適航當局、供應商、空管機構、制造商、乘客等）對飛機的要求，論證飛機的經濟性，同時對飛機成本進行初步估算分析，給出整機級目標成本。目標成本一旦確定，將成為執行后續工作的決策和約束。隨著飛機研制工作的進一步深入，需要將整機級目標成本進行分解，得到系統級（大部段級）及子系統級（部段級）、產品級（零部件級）的目標成本，下發到具體責任單位，并以此為目標進行方案設計;各責任單位論證后反饋設計結果，然后由總體單位進行綜合評估，檢查目標成本的實現情況。這個過程是一個反復迭代的過程，目標成本最后將在一個可接受的范圍內、隨著飛機各項技術指標的變化而變化。

2 基于系統工程的成本設計與管理案例

運用系統工程的思想進行目標成本設計的案例很多，比較典型的有美國B-2轟炸機。B-2轟炸機是一種強大的武器裝備，是冷戰時期誕生的一種戰略核突防飛機。從20世紀70年代早期開始研制到1989年第一架飛機問世，B-2始終堅持系統工程的理念，并將該理念貫穿整個研制過程，一直持續到項目結束。

在美國政府正式啟動B-2項目后，國防部制定了該轟炸機的戰略核打擊范圍。考慮到一些關鍵技術尚處于早期研究階段，有可能影響研制周期和成本，國防部要求美國戰略空軍司令部率先提出一套滿足任務需求的戰技指標，并要求該項目的承包商提供相應技術方案，進一步細化技術指標和要求。

負責研制工作的美國空軍B-2系統項目辦公室、主要承包商諾斯羅普一格魯門公司、兩個主要轉包商波音公司和沃特公司，共同組成了該項目的責任主體。在研發過程中，政府和承包商通過合同規定了各自承擔的技術經濟責任，共同確定項目技術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，共同應對項目的高技術風險及高成本風險，共同制定備選方案，共同承擔責任，共同致力于實現項目整體的最優經濟效益目標。經過不斷重復迭代，最后形成了合同規范。這個過程是B-2項目系統工程的重要部分。

下面詳細介紹在B-2的研制過程中是如何運用系統工程的思想進行目標成本設計和管理。

在項目研制初始，項目團隊首先對研制中需要考慮的因素做了一個重要度排序，優先順序為：保密、性能、進度、成本[2]。

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

保密性是首要考慮內容，其次是性能、進度，成本只排第4，這導致B-2飛機的研發周期長，研發投入大，再加上產量少、通貨膨脹、后期維護成本較高等因素，所以B-2飛機的單機出廠價格高達10.2億美元。

在項目執行過程中，B-2項目成本團隊主要做了以下工作。

（1）確定成本目標

B-2系統工程的總體目標是在系統性能、可承受性、研制進度、可生產性、可測試性和保障能力之間取得最佳平衡點。可承受性主要考慮的就是設計成本、生產成本、采購成本以及維修和保障成本等。因此，B-2飛機的可承受性目標就是在保證總目標的前提下，使產品具有最佳的經濟可承受性。

（2）組建團隊，明確分工

B-2項目團隊由總裁和總經理負責，下設項目部、開發部、管理部、試驗部，其中項目部的職能之一是負責項目的管理成本降低計劃與成本和進度目標控制。管理部下的合同與定價部負責單機生產成本和可變研發成本估算。B-2項目團隊各部門系統工程管理職能分工如圖2所示。

在B-2飛機的研發過程中，為了評估飛機性能指標降低帶來的風險和成本減少的收益，專門成立了一個由技術專家和管理專家組成的成本項目團隊。成本項目團隊將客戶的要求融人到設計和開發過程中，涉及范圍小到飛機設計、維護、支持性和訓練的簡單細節，大到頂層系統的各項技術指標。這個項目團隊可以在性能和成本、計劃和風險之間找到一個平衡點，并且把分析結果提交給決策層作為決策依據。這種運用系統工程權衡分析的管理模式，讓B-2目標成本設計項目獲益匪淺。

B-2飛機管理成本降低計劃（CRI）的工作內容包括：準備成本降低計劃的提案和管理分包商的成本降低計劃。

成本和進度目標控制的工作內容包括：任務分派、工作包定義、預算和資源分配、進度安排、工作包說明、成本、進度評估、任務完成成本預測、工作包計劃周期、任務授權機構和授權文件、預算劃轉流程、掙值測定流程、方差測定和閾值、成本數據積累和報告。

（3）成本任務的計劃與分解

根據各階段成本工作的性質，運用系統工程工具，對項目成本任務進行計劃與管理，并制定流程，分配責任。

系統工程關注的是整個系統，重點在系統的整體運行，而傳統工程研發是由獨立的設計元素構成，因此，需要將系統按照“層級分解、逐級解決”的工程方法與研發活動結合起來。目標成本需求的梳理、分解與傳遞就必須執行“逐級分解，按級管理”的工作原則，在確保每個層級的目標成本需求都被確認和驗證后再向下傳遞。先定義項目級目標成本需求，然后逐層開展飛機級、系統級、分系統級和設備級目標成本需求的定義、分解與管理工作，以目標成本需求驅動多專業并行協同，并在具體執行過程中做到需求可追蹤，狀態可管控。

（4）風險的辨識與評估

風險辨識延伸到技術、進度、業務和成本問題，是作為標準技術評審的一部分進行的，并且動態監控技術性能、進度等與成本的權衡結果。例如，在設計中，項目周評審是在出現新風險期間進行的，主要是告知項目團隊風險存在的可能性及影響范圍;項目月評審主要是成立專項小組并任命主要責任人，以協調解決重要風險問題。類似的流程也存在于其他職能部門。

在B-2項目評審時對研制過程中出現的重要風險問題進行識別，并對其不能達到既定目標的可能性和潛在后果進行評估，一般評估結果分為高、中、低三等。一旦確認風險，該風險就成為跟蹤的目標。由成本/進度控制項目組組織專家仔細研究各種方案的成本，并按照計劃的工作進度和應該遵守的流程，分配控制任務，對每個風險的控制任務進行跟蹤，直到風險被有效規避或控制。其目的是要整個項目團隊積極地管理和控制重要風險，并允許每個機構管理低級別風險，在風險被識別后采取相應的控制措施。

例如，一項技術要求存在設計風險，可能對成本、計劃或性能產生影響，B-2項目團隊在及時地識別了此風險后，就需要對其進行評估。首先，項目團隊要與用戶一起評估是否有必要完全達到該技術要求，同時會反復研究成本與計劃的備用方案，技術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衡得到解決，從而實現成本項目團隊對風險的快速評估。B-2設計過程中風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品全生命周期費用最小為目標，對產品的全生命周期內各階段實施的經濟性活動進行計劃、組織、監督、協調及控制的活動。B-2飛機成本管理控制體系由業務管理部負責實施，并負責編制預算差異和進度變更報告。在設計過程中，成本項目團隊為了有效地控制和降低成本，不遺余力地做了一系列工作，其中一些措施的實施更是收到了明顯的效果，采取的措施主要有以下幾點。

（a）將技術經濟風險規避在可接受的范圍內

如B-2轟炸機機翼材料的確定。由于任務、低可探測性及空氣動力學的要求，飛機負載形式非常復雜，而且飛機底部發動機艙門、起落架艙門和武器艙門上的保險裝置體積較大，必須使用復雜的大型復合材料結構。1980年前后，大型飛機應用大量復合材料還是一種新的嘗試。雖然之前復合材料已數次應用于一些武器系統的次要結構上，但工程數據庫和使用經驗的積累都非常有限。因此，B-2研發團隊面臨要大范圍使用復合材料的艱巨任務，其規模超出了此前任何項目的應用范圍。為規避風險，B-2項目團隊制訂了一項風險終止計劃。他們將來自諾斯羅普一格魯門公司、波音公司、沃特和空軍的復合材料領域的專家齊聚在華盛頓州西雅圖研發中心，成立了關鍵技術攻關小組。該小組于1981年12月制定了設計可行性、制造、模具（工具壽命）、可生產性（重復性及造價基礎數據）及保障性等一系列標準，并制作了三個15.24m長的機翼翼段及數個外翼盒段，對這些翼段和盒段進行了廣泛的測試和檢查。最后將測試件全部拆解，并對照測試前的預計結果和標準進行分析。

同時，該小組還設計了由傳統金屬材料制造的鋁制飛機機翼，并與復合材料機翼在重量（質量）、造價、工期、風險和制造方法等方面進行比較，以防當復合材料方案不成功時作為備用方案，來降低風險。1983年9月，經過多次測試、檢驗及分析，該小組宣布復合材料機翼方案可行。此項攻關不僅規避了技術風險，更為重要的是節約了研制成本。

（b）選取低成本設計方案

為優化B-2飛機的低空突防能力，技術團隊對多個備選方案進行檢查分析，發現大部分方案的實現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。由于過于強調低空任務，就會大大縮減高空任務航程。研究最終認為成本最低、操作上最可行的辦法是修改高空設計方案，使其可以執行低空任務，而不是單純為低空任務而設計或者加大飛機體積來增加航程。

相比于僅考慮低高度任務的設計和增大飛機體積來擴展航程的設計方案，修改高高度設計方案在成本和運行上都是最有效的。

（c）采用計算機輔助設計技術節約成本

簽訂B-2飛機合同之后出現了一種重要的工具，這就是計算機輔助設計和分級網絡。NCAD/NCAL是研發中心獨立開發的計算機輔助設計/計算機輔助打樣工具，此工具十分有效，是進行系統工程的重要輔助工具。該工具便于操作、功能強大，而且很容易適應各公司間的分級網絡。雖然CAD工具在今天已不足為奇，但是在20世紀80年代卻是新興技術，在設計領域獨放異彩。B-2飛機是世界上第一架全部應用CAD設計的飛機，這項技術簡單實用，促進了設計的發展及空間構型和條件的互換，是跨接口綜合的強大輔助工具，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項目成本團隊還采取了一些措施，例如，在設計中通過增強可達性，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鍵件需經審查確定;盡量減少結構件數，以減少工具、節省制造和組裝時間等。

3 結束語

結合國內經濟環境的現實情況，樹立全新成本管理理念，運用系統工程先進的管理方法，從設計和管理兩個方面控制產品的成本。設計上以成本、性能和進度三者之間的最佳平衡為標的確定目標成本，并以此為其他設計工作的約束;管理上以目標成本驅動多專業并行協同，進行系統設計集成和系統確認，并做到需求可追蹤，狀態可管控。在保證低成本的同時提供滿足要求的高質量產品，這是國內成本管理在新時期的必然選擇。

參考文獻

[1]國際系統工程協會.系統工程手冊：系統生命周期流程和活動指南[M].張新國，譯.北京：機械工業出版社，2013.

[2]John M G，James E K.B-2 systems engineering case study[Z].Air Force Center for Systems Engineering，2007.

[3]龐之浩.幾度沉浮的B-2轟炸機[J].現代軍事，1995（12）：30-32.