基于價值工程方法的汽車節能技術經濟性評價研究

沈斌，韓紫云，付鐵軍，閆麗萍

（1.中國汽車工程研究院股份有限公司，重慶 401120；2.吉林大學汽車工程學院，吉林 長春 130025；3.長春富奧萬安制動控制系統有限公司，吉林 長春 130013）

0 引言

汽車產業的高速發展為人民帶來了方便，與此同時，全球都面臨著能源短缺的問題[1]，所以發展汽車節能技術刻不容緩。而評價汽車節能技術經濟性指標可主要分為汽車節油技術經濟效益層面評價指標以及節油技術社會效益層面評價指標：節油技術經濟效益層面評價指標主要包括既有技術的成本指標（如技術的研發成本、購入成本、生產線嵌入的成本以及壽命周期內的維修成本等）和節油技術的收益指標（如節油率、銷量的增加、國家對于采用節油技術的鼓勵性補貼以及投資回收期等）；節油技術社會效益層面評價指標主要包括節油技術的排氣污染物評價指標（如煙度的凈化率、污染顆粒物的凈化率、氮氧化合物的凈化率、碳氫化合物的凈化率以及一氧化碳的凈化率等）。本文重點針對節油技術經濟效益層面進行評價分析，基于價值工程的評價方法，展開一系列研究。

1 模型假設與影響因素

在對汽車企業節油技術選擇的經濟性進行評價的過程中，主要受到政治、經濟、技術三大類因素的影響。這三類因素不同的發展趨勢極大程度的影響了人們對于汽車類型的偏好、對于節油技術的偏好、對于不同汽車價格的偏好，進一步影響到汽車市場的需求量。

在政治層面，油耗法規，節能汽車鼓勵政策的出臺都會影響消費者對車型的選擇，同時影響著廠家的重視程度，對研發的投入；在經濟層面，原材料的價格，燃料的價格會極大的影響生產與使用成本；在技術層面，技術的成熟度會影響研發成本，技術上的突破，也會使制造成本下降，節油效果更好。

本文的節油技術經濟性評價模型建立基于以下幾點假設：

（1）不考慮日后政策變化對模型的影響，以評定時所處政策環境為準；

（2）不考慮原材料、燃油價格在產品全生命周期的變化，以評定時的價格為準；

（3）不考慮產品在流通環節所產生的成本；

（4）不考慮消費者對技術的偏好，即認為所有節能技術的接受度相同；

（5）本模型只評價節能技術對單車技術經濟性，不考慮整個車隊或車廠。

2 價值工程原理及評價模型建立

“價值工程”（Value Engineering—VE）起源于美國，又稱“價值分析”（Value Analysis—VA），還可以稱為價值保證（Value Assurance）、價值管理（Value Management）、價值研究（Value Research），等等。它們的含義都是相似的，基本原理和目的是一樣的。價值工程是一種運用集體智慧和有組織的活動，著重對產品（或服務）進行功能分析，使之以最低的總成本（壽命周期成本），可靠地實現產品（或服務）必要的功能，從而提高產品（或服務）價值的科學的技術經濟分析方法[2-3]。

價值分析是一個完整的系統，用來識別和處理在產品、工藝流程和服務工作中那些不起作用但增加成本或工作量的因素。這個系統運用各種已有技術、知識、技能、有效的識別這些對顧客需要和要求并無貢獻的成本，以改進產品的工藝流程與服務工作[4]。

價值工程通過對產品功能的分析，以最低的費用實現產品的必要功能。因此價值應從用戶的角度來考慮，而不是從制造者或設計者的角度來考慮，產品功能的高低是以能否滿足用戶的需求來衡量和評價的[5-9]。

價值工程分析方法大致分為產品生命周期分析法、經驗分析法、百分比法、ABC分析法、價值系數法及最合適區域法等[10]。在節油技術經濟性評價方面，節油技術產品應用目標是降低汽車油耗，達到相關法規要求。為了實現這個目標我們需要付出一定的成本，在這個過程中我們要以最小成本去實現目標，所以我們要將節油技術與成本緊密的聯系起來，我們采用價值系數分析方法去評價典型汽車節油技術。

價值工程系數方法簡要用公式表示即：

V=F/C

V（Value）——價值

F（Function）——功能

C（Cost）——費用

下面結合汽車節油技術具體分析每個量的意義：

費用：公式中的費用是指用戶為了取得產品的功能所愿支付的總費用，包含生產費用和使用費用。在節油技術應用中含義為：

圖1 費用（成本）在節油技術中的構成Fig.1 Composition of cost in fuel saving technology

其中燃料費為全生命周期中節省的燃料費用，為負值。

生產費用與使用費用的大致關系為：

C1——為生產成本

C2——為使用成本

功能：功能是指產品技術的節能效果，用此項技術的節油率來表示。即可以得到以下公式：

節油技術經濟價值=此項技術貢獻的節油率/此項技術費用（成本）

圖2 生產費用與使用費用的關系示意圖Fig.2 Schematic diagram of relationship between the cost of production and use

下面我們結合具體汽車節油技術及車型進行經濟性的評價分析。

3 節油技術經濟價值計算

目前我國發展比較好的幾種節油技術主要有發動機渦輪增壓技術、發動機缸內直噴技術、發動機可變氣門正時技術（VVT）、發動機可變氣門升程技術（VVL）等發動機節能技術、AMT、DCT、CVT 等高效動力傳動技術、低摩擦、輕量化技術、先進電子儀器技術及混合動力技術等[11-13]。

在計算全生命周期中節省的燃料費用時，由于涉及到回報期限，故需引入“凈現值”（NPV）的計算。“凈現值”（NPV）即為投資一定周期后，將未來的現金進行合理折算值。本文采用現金流量折現法計算凈現值，現金流量折現法是通過對企業未來的現金流量及其風險進行預期，選擇合理的折現率，將未來的現金流量折合成限值，從而比較方案優劣的一種技術經濟分析方法[14-16]。

計算全生命周期節省的燃料費用時，先計算單車年節油收益：

單車年節油收益=每年行駛公里數÷100×百公里油耗×節油率×油價；

進而計算全生命周期的節油收益，折算成“凈現值”（NPV）：

其中，C為期末金額（每年），C既可以為正也可以為負；r為折現率，而折現率是特定條件下的收益率，說明資產取得該項收益的收益率水平。相關資料表明[17-18]，取折現率為6%；t為投資期數，取乘用車的使用年限為13年；平均每年行駛公里數為2萬公里，汽油價格均價為7元/升。代入各項節油技術節油率及具體車型百公里油耗，即可得到單車全生命周期的節油收益。

3.1 福特嘉年華（Fiesta）典型節油技術經濟性分析

我們以福特嘉年華（Fiesta）1.6L版本進行典型節油技術經濟性分析，新款比老款采用了發動機自動啟停技術，車身材料使用硼鋼、雙相鋼等特殊材料，取消備胎而使用補胎替補膠，減重約40kg，并且采用電動助力轉向、低滾阻輪胎。計算中采用工信部綜合油耗4.8L/100km，油價為7元/升。

表1 福特嘉年華（1.6L老款）的節能技術路徑Table 1 Energy saving technology path of Ford Fiesta (1.6L old)

表2 福特嘉年華（1.6L新款）的節能技術路徑Table 2 Energy saving technology path of Ford Fiesta (1.6L new)

表3 各項技術的生產成本及節油效果Table 3 Production cost and fuel saving effect of various technologies

3.1.1 自動啟停技術

自動啟停技術的生產成本為10000元，現計算其全生命周期的節油收益（NPV）：

單車年節油收益C：

費用（成本）=生產成本+使用成本=10000+（-2975）=7025元

節油技術經濟價值=5%/7025=7.12×10^（-6）

3.1.2 車身材料輕量化

車身材料輕量化的生產成本為3000元，現計算其全生命周期的節油收益（NPV）：

單車年節油收益C：

費用（成本）=生產成本+使用成本=3000+（-2082）=918元

節油技術經濟價值=3.5%/918=3.81×10^（-5）

3.1.3 電動助力轉向

電動助力轉向的生產成本為1500元，現計算其全生命周期的節油收益（NPV）：

單車年節油收益C：

費用（成本）=生產成本+使用成本=1500+（-1190）=310元

節油技術經濟價值=2%/310=6.45×10^（-5）

3.1.4 低滾阻輪胎

低滾阻輪胎的生產成本為1000元，現計算其全生命周期的節油收益（NPV）：

單車年節油收益C：

費用（成本）=生產成本+使用成本=1000+（-892）=108元

節油技術經濟價值=1.5%/108=1.39×10^（-4）

表4 福特嘉年華典型節油技術經濟性對比分析Table 4 Comparison and analysis of typical fuel saving technology’s economy of Ford Fiesta

3.2 雷諾科雷傲（Clio）典型節油技術經濟性分析

雷諾科雷傲（2.0T新款）的節油技術路線集中于動力總成，如使用雙渦輪增壓發動機、雙離合變速器（DCT）、ECO節能技術，并且使用車身同色后擾流板以減少空氣阻力。計算中采用工信部綜合油耗6.3L/100km，油價為7元/L。

表5 雷諾科雷傲（2.0T老款）的節能技術路徑Table 5 Energy saving technology path of Renault Clio (2.0T old)

3.2.1 雙渦輪增壓技術

雙渦輪增壓技術的生產成本為8000元，現計算其全生命周期的節油收益（NPV）：

表6 雷諾科雷傲（2.0T新款）的節能技術路徑Table 6 Energy saving technology path of Renault Clio (2.0T new)

表7 各項技術的生產成本及節油效果Table 7 Production cost and fuel saving effect of various technologies

單車年節油收益C：

費用（成本）=生產成本+使用成本=8000+（-6250）=1750元

節油技術經濟價值=8%/1750=4.57×10^（-5）

3.2.2 DCT，ECO節能技術

DCT，ECO節能技術的生產成本為12000元，現計算其全生命周期的節油收益（NPV）：

單車年節油收益C：

費用（成本）=生產成本+使用成本=12000+（-7808）=4192元

節油技術經濟價值=10%/4192=2.39×10^（-5）

3.2.3 安裝后擾流板

后擾流板的生產成本為2000元，現計算其全生命周期的節油收益（NPV）：

單車年節油收益C：

費用（成本）=生產成本+使用成本=2000+（-1558）=442元

節油技術經濟價值=2%/442=4.52×10^（-5）

4 節能技術分析及發展展望

通過上述典型汽車節油技術的分析，各節油技術路徑的經濟價值如圖3所示。改善汽車行駛阻力（如低滾阻輪胎、安裝擾流板、車身輕量化）的技術經濟性非常好，動力總成的性能提升（如雙渦輪增壓發動機、DCT）的技術經濟性其次，而混合動力技術（自動啟停技術）的經濟性有待提高。故未來在先進發動機技術、先進變速器技術、輕量化和車輛技術發展的基礎上，可以重點推廣小型化和混合動力技術，其技術經濟性有較大的提升空間。

表8 雷諾科雷傲典型節油技術經濟性對比分析Table 8 Comparison and analysis of typical fuel saving technology's economy of Renault Clio

圖3 典型汽車節油技術經濟價值對比圖Fig.3 Comparison of economic value of typical vehicle fuel saving technologies

圖4 典型汽車節油技術分析及發展展望Fig.4 Typical automobile fuel saving technology analysis and development prospect

5 結語

目前汽車主流節能技術很多，其節油率和成本緊密聯系，對整車的性能及售價都有至關重要的影響。消費者通常對車輛的油耗及整車性價比極其關注，所以本文基于價值工程方法，結合現金流量折現法建立了汽車節能技術經濟性評價模型。為汽車生產企業及消費者對車輛技術經濟性提供一個直觀的判斷，使技術與經濟聯系的更為緊密，同時也為未來汽車成本與功能的最佳匹配提供一個參考。通過本文評價模型的計算，我們可以得到如下結論：

（1）低滾阻輪胎、車身材料輕量化、電動助力轉向等改善車輛阻力的技術經濟性很高，汽車企業可以主要在這方面進行改良；

（2）動力總成的改善對車輛性能及操縱性有著很大提高，對車輛降低油耗也有較大幫助。雖然其技術經濟性一般，但是消費者對于車輛動力性能的要求還是十分看重，所以汽車企業仍然要以動力總成節能技術作為核心基礎；

（3）未來車輛具有小型化、柴油化的趨勢，混合動力技術在未來發展具有舉足輕重的作用，大幅降低油耗是其可以達到的，但是同時盡可能降低成本是未來汽車企業要足夠重視的問題。