航空裝備經濟性工程思考

黃兆東/中國航空工業集團有限公司

謝宜/中國人民解放軍93127部隊

劉振云/中航工業集團財務有限責任公司

陳林霜/中國航空工業集團公司西安飛機設計研究所

裝備經濟性，是指裝備全壽命周期內，在規定的條件下完成規定的任務時的資源消耗特性，可以表征為科研成本、生產成本、使用與保障成本等［1］。近年來，隨著裝備采購、裝備價格等一系列改革政策的出臺，確定了裝備發展高質量、低成本的發展路線。而在航空裝備經濟性工作中，“要做哪些關鍵工作？怎么做？由誰做？何時做？需要哪些保證條件與資源？”是目前迫切需要解決的問題。回答以上問題，核心工作就是要開展航空裝備經濟性工程工作，以裝備全系統為工作對象，結合裝備所具有的全部特性，在裝備壽命周期全過程開展經濟性論證、設計、分析、管理等工作。

一、航空裝備經濟性的特性概念基礎

經濟性是航空裝備的固有特性之一，這是開展經濟性工程的概念基礎［2］。傳統上，航空裝備的固有特性包括速度、重量、航程、升限、機動性、載彈量、武器性能等技術性能，以及可靠性、維修性、測試性、保障性、安全性等質量特性［3］。優秀的航空裝備，應具備滿足用戶需求的技術性能，而且要故障少、易維修、好保障，其科研成本、生產成本、使用與維護費用更要讓用戶“可承受”。在特定的經濟環境下，裝備設計（含工藝設計）對其經濟性的影響最大。如果設計中不考慮經濟性因素，生產階段、采購階段、使用階段才發現成本問題或矛盾，勢必只能被動接受，可以說“若先天不足，必后患無解”。我國航空裝備研制，已經從追求“性能”提升到了追求“效能”（效能是性能和可靠性等質量特性的函數），下一步必然從追求“效能”提升至追求“效費”，即重視性能、質量特性、成本的權衡取舍。因此，應該將裝備經濟性作為航空裝備固有特性開展工程活動。

航空裝備經濟性工程是指為了達到裝備的經濟性要求所進行的一系列技術與管理活動。近年來，航空領域經濟性相關理論研究多側重于成本估算方面，《飛機設計手冊——技術經濟設計》也是以“費用估算和經濟性評估方法”為重點。而經濟性工程更偏重于技術，主要是在“成本與性能、進度同等重要”基礎上，研究裝備成本發生、發展以及改進、控制的規律，通過設計、分析手段，不斷進行成本與技術方案的綜合權衡迭代，控制產品成本，提高產品的經濟性水平。在新時期新要求的形勢下，裝備經濟性（或者說裝備成本）的工程技術源頭成為航空裝備經濟性工作的關鍵環節。因此，開展有成效的航空裝備經濟性工程活動，是保證經濟性在設計中賦予、在生產中保證、在采購和使用中發揮的必要途徑。裝備經濟性工程與裝備財務工作密切關聯且相輔相成，業務上存在必然聯系。

多年來，國外對定費用設計（DTC）、面向成本設計（DFC）、費用作為獨立變量（CAIV）、掙值管理（EVM）等理論和方法應用介紹很多［4-5］。以上理論和方法表明：要在設計階段將經濟性作為重要的工程特性考慮進去，在設計中加以實現，從而減少壽命周期費用。應用這些理論或方法均需要以符合我國航空裝備研制實際的經濟性工程工作為載體。

二、航空裝備經濟性工程的系統工程理論基礎

現代航空裝備研制，必須用系統工程的原理和方法對裝備的研制、生產工作進行規劃和管理。開展航空裝備經濟性工程工作，要從其系統工程理論基礎入手。在工程項目中，系統工程由三個基本部分組成：系統工程過程、工程專業綜合、系統分析和控制。系統工程在航空裝備經濟性工程中的基本任務是：通過系統工程過程，將任務需求轉化為功能需求、將財政可承受程度轉化為成本需求，并借助技術要求分配進一步轉化為系統較低層次的技術要求和成本要求，使系統、分系統、零部件、設備等能據此開展設計；通過工程專業綜合，將通用質量特性、經濟性等專業協調納入裝備研制過程中，確保裝備在全壽命周期具有最佳的效費比，使其在成本可控的狀態下確保裝備任務能力和保障能力；通過工程項目的分析和控制，對裝備研制全過程中的設計、試驗和鑒定工作進行管理，對裝備的技術性能和成本進行連續驗證，對已確立的技術基線、成本基線進行控制，以確保裝備技術性能和成本指標達到預期目的。

三、裝備經濟性工程的工作項目

建立裝備經濟性工程體系，就是要解決裝備經濟性工作“做什么、誰來做、何時做”等問題。它可以包括經濟性要求的論證確定、經濟性工程管理、面向經濟性的裝備設計與分析等方面工作項目。

（一）經濟性要求的論證確定方面

經濟性要求是進行經濟性分析、設計、驗證、評價的依據。結合目前工作實際，經濟性的要求論證主要是定量要求（即經濟性參數和指標）論證，一般表現為研制成本、生產成本、使用與保障成本、退役處置成本等經濟性參數的論證測算［6］，經濟性參數見表1。

表1 經濟性參數

經濟性參數要求的量值可稱為經濟性指標。提出和確定裝備經濟性指標，是開展經濟性工作的第一步，訂購方應根據需要和可能性，合理確定新研制或改進型號的經濟性指標，并納入研制總要求和研制合同中。目前常用的論證測算方法主要有：專家法、類比法、參數法和工程法，以及在這些常用方法的基礎上延伸出等工程價值比法、成本密度法和仿真模型法等其他方法。

在經濟性論證過程中，技術、經濟、進度的論證應同時開展、并行開展，且互相約束、互相迭代。一方面，應確保裝備技術論證與經濟論證的“孿生”，即保經濟性論證結果完整、真實地反映技術論證方案和產業現狀，避免技術方案與經濟性論證“背靠背”“兩張皮”；另一方面，應確保當前國民經濟承受能力和技術研制開發能力能夠承受裝備研制技術方案策略，即裝備總體技術方案的經濟性結果要“可承受”，要勇于根據經濟性論證結果約束總體技術方案設計。這個過程必須進行“權衡取舍”。經濟性論證結果，應經甲乙雙方充分溝通，取得一致意見后共同認可。

目前，經濟性指標以研制經費、目標價格等定量指標為主。后續實際工作中，還可以提出經濟性定性要求。定性要求一般是為保證產品經濟性對產品設計提出的技術要求和設計原則，例如：“制定和貫徹經濟性設計準則”“開展低成本元器件原材料選擇與控制”等。

（二）經濟性工程管理方面

經濟性工程管理就是從系統工程的觀點出發，對型號研制、生產、使用各個階段的各項經濟性活動進行規劃、組織、協調和監督，以最小的資源實現裝備的經濟性要求。它是裝備項目研制管理工作的一部分。

1.制定經濟性工作計劃

經濟性工作計劃是全面策劃裝備項目經濟性工作，其目的是為了有計劃地組織、協調、實施和檢查裝備研制的全部經濟性工作，實現軍方提出的經濟性工作要求。經濟性工作計劃應在方案階段就開始制定，其主要內容就是明確需開展的經濟性工作項目以及工作項目實施的范圍、完成形式、評價方式，以及經濟性評審安排、經濟性工作進度安排等。在經濟性工作計劃基礎上，可制定階段性或年度經濟性工作計劃。經濟性工作計劃均應通過評審方可實施。

2.監督和控制供應商的經濟性工作

應通過各種工作途徑和工作方式，對部分供應商（重點是有分承包合同的）經濟性工作進行及時有效地監督和控制，確保其提供的配套產品符合規定的經濟性要求。一方面，應盡量通過競爭方式，對配套產品的性能、可靠性、研制進度和經費、目標價格等進行綜合權衡后優選配套供應商。另一方面，應通過現場工作檢查、經濟性評審、監督評審意見的落實、參與關鍵成本問題分析和改進等監督供應商經濟性工作。各級訂購方應將其對配套產品的經濟性定量要求、經濟性工作項目要求進行合同明確，對其供應商的經濟性工作進行監督和控制。

3.經濟性評審

經濟性評審是裝備研制評審的重要組成部分，是保證經濟性工作按照預定的技術和管理要求開展，進而使產品經濟性達到要求的有效手段。應根據研制程序、產品特點、產品層次和管理層級實施分階段、分層級的經濟性評審。

按照航空裝備研制程序，在不同階段的經濟性評審粗略內容見表2。在研制各階段，可根據需要組織經濟性專題項目評審，例如：經濟性工作計劃評審、經濟性分析設計專題評審、重要成本問題分析、改進措施評審等。

表2 按階段的經濟性評審（不限于）

4.搭建成本信息系統，建立成本報告與改進機制

在裝備研制初期，就應建立成本信息系統，開展不同階段、不同產品層次的成本數據記錄。同時建立報告與改進機制，對于重要成本問題要及時報告并組織工程技術分析，弄清成本問題原因，提出并實施改進措施，以使產品經濟性得到控制。重要成本問題是指研制中發現的對經濟性指標控制不利的事項，如重大設計更改可能引起研制費和目標價格增長、成本測算預計值嚴重超出目標值等。成本問題原因分析和改進措施實施情況應形成報告進行評審，其中的經驗應補充納入經濟性設計準則。成本報告與改進機制應該是一個跨單位、跨行業的工作系統，形成自上而下、自下而上的成本問題閉環控制系統。相關承制單位出現的重要成本問題，均應按規定報告給型號總體單位。

（三）經濟性設計與分析方面

與裝備的其他通用特性一樣，裝備經濟性首先是設計出來的。做好裝備經濟性設計與分析工作，是保證裝備經濟性的根本措施［7］。開展經濟性分析，一方面，可對不同研制階段的裝備經濟性水平進行預計、測算，為權衡、優選設計方案提供依據，或者評價技術設計方案能否滿足規定的經濟性定量要求；另一方面，可根據分析結果挖掘出潛在的成本“缺陷”，或者薄弱環節、高成本產品及成本項目，并開展下一步改進工作。經濟性分析的結果是進行經濟性設計的重要依據，但還不能直接影響經濟性。要真正提高經濟性，必須從設計上采取措施，改進成本“缺陷”或薄弱環節。

1.建立經濟性模型

根據產品功能、原理和有關標準規定的程序方法建立產品的經濟性模型。經濟性模型，包括立項經濟性論證時常用的類比法模型、參數法模型、工程法模型，也包括隨著初步設計、詳細設計等不同階段對裝備功能基線、產品基線的逐漸明確而建立的經濟性指標分解模型等。目前正在推廣的科研費工作包預算核算，其實就是一種具體的研制成本指標分解模型。經濟性模型必須隨著技術狀態的迭代進行迭代，始終保持一致。

2.分解經濟性指標

裝備的經濟性指標，應由上到下、由整體到局部逐級分解到規定的產品層次（分系統、設備、軟件等），作為經濟性設計和外協、外購產品經濟性要求傳遞的依據。其中，研制成本類指標應按研制工作分解結構分解至相應的工作包、分承包單位和年度，目標價格應按照裝備產品構成分解至相應的結構零部件和配套成品。經濟性指標分解應經評審確認。當經濟性模型更改時，應對經濟性分解及時進行調整。新研改進產品的經濟性指標分解結果應納入分承制合同管理。

3.開展經濟性過程測算預計

在研制過程中，需隨著技術方案的明確，測算預計技術方案的經濟性結果，評價技術方案是否滿足經濟性指標要求，并從中發現方案中的成本薄弱環節，為改進設計提供依據。這個過程可以利用設計方案中的技術特征通過經濟性模型計算，也可以通過研制中積累的成本數據進行測算。過程測算預計，應與功能性能設計同步進行，在研制各個階段反復迭代，使預計結果與產品技術狀態保持一致。需要說明的是，經濟性過程測算預計結果的相對值往往比絕對值更有意義，相對值的對比是發現成本薄弱環節、方案優選、調整迭代的重要依據。

4.制定經濟性設計準則

經濟性設計準則是將經濟性要求和規定的約束條件，轉換成具體有效的產品設計細則。例如，“左右件設計成對稱的，可減少工裝設備和維護時間”“盡量避免曲面設計、加工，以降低加工費用”“選擇合理的零部件加工與裝配精度”等，都屬于經濟性設計準則的范疇。經濟性設計準則應從型號方案階段開始制定，并在研制中不斷完善迭代。產品設計人員應執行經濟性設計準則，將準則要求設計到產品中去，并進行階段性、經濟性設計準則的符合性檢查，分析研制中出現的成本問題或矛盾的原因，采取相應改進措施，提煉獲得的經驗與教訓，后續充實到設計準則中，形成“制定—實施—補充完善—再實施”的良性循環。

5.開展元器件、零部件和原材料經濟性控制

正確而合理的選材（含元器件、零部件、原材料）是航空裝備獲得最佳技術性能、可靠性和成本經濟性的基礎。例如，B-2戰略轟炸機屢遭詬病，就是機體雷達吸波材料引起的：每次飛行之后，都需要用類似于噴漆的方式對由高速氣流而磨損的表層雷達吸波材料進行整修，而且在一定溫度和濕度情況下干燥固化，這甚至成為影響B-2無法海外部署的重要因素。因此，在滿足零件或設備設計、制造與使用要求的情況下，應充分考慮選材的綜合成本，包括材料成本、制造成本和使用維修成本等，盡量從已成熟運用的原材料、元器件中選取，充分考慮低成本要求。應根據型號特點制定低成本元器件、零部件及原材料優選目錄、低成本零部件標準件及原材料限用清單，并制定相應的管理程序，定期開展選材成本控制工作檢查，以控制超目錄的元器件、零部件和原材料的使用。同時利用標準化手段，在設計中運用簡化、統一、通用化、系列化、組合化等技術，使原材料、元器件、標準件的品種規格盡可能壓縮，以最少的元件和要素組成較多的產品，節省研制費用，降低成本。

6.分析關鍵成本項目

關鍵成本項目，是對研制成本指標影響較大的科研工作項目，或者對目標價格影響較大的零部件和配套設備產品等。“影響較大”可以表現為在經濟性指標中占比較大、項目（產品）成本控制風險較大等。例如，AH-64直升機升級項目中，傳動系統立項估算經費需求為2.35 億美元，研制過程采用的平面齒輪傳動技術，使經費需求增加了0.97 億美元，這就是由于設計方案造成的關鍵成本工作項目。關鍵成本項目（產品）對裝備整體的經濟性實現影響較大，是進行經濟性設計、分析、監督、控制的重點對象。應運用各種分析方法，確定關鍵成本項目（產品），列出清單，對其實施重點控制攻關。

7.結合現有設計分析方法開展經濟性分析

很多現有的產品設計分析方法，尤其是質量特性類分析方法，也可以同時開展經濟性分析。畢竟“降低壽命周期費用”本身就是開展質量特性相關工作的目的之一。例如，可靠性設計中通過功能分析開展簡化設計，減少硬件數量，壓縮元器件、零件或設備的品種規格，可以提高基本可靠性，同時由于減少裝配時間，或者提高元器件規模效應降低成本，提高經濟性水平。使用與保障類經濟性指標的設計分析，往往可以直接利用通用質量特性類分析方法開展。例如，維修保障費用建模分析過程可以從“故障模式影響和危害性分析（FMECA）”開始；通過FMECA 的分析，得到產品的故障模式，通過對故障影響的劃分，判定預防性維修的項目和要求；通過“以可靠性為中心的維修分析（RCMA）”，得到預防性維修工作的項目和要求。FMECA 和RCMA 的最終輸出是產品的修復性維修和預防性維修，對上述任務進行維修工作任務分析，可得到保障資源的初始清單。同時，開展保障資源需求分析和備件分析，確定最終的保障資源清單以及備件優化方案。通過反復迭代得到的維修保障資源的品種和數量之后，相應的維修保障費用就能以此為基礎進行下一步的估算，如圖1所示。

圖1 維修保障費用分析

四、航空裝備經濟性工程的工作組織保障

工作組織保障，就是完成經濟性工程活動所需的人力資源組合。

（一）設置航空裝備經濟性設計專業和經濟性設計崗位

經濟性是裝備的固有特性，新形勢下應將經濟性設計像總體設計、氣動設計、飛控設計等設計專業一樣列入航空裝備設計專業體系，在設計師隊伍中設置經濟性設計專職機構和崗位，在其他設計專業中設置兼職經濟性崗位。專職機構崗位注重于型號工程實施的標準規范制定、頂層控制管理、裝備總體權衡、匯總編制項目經濟性設計準則、組織協調降成本設計工作等方面。兼職崗位側重于各個設計專業細節的經濟性設計與權衡、各系統設計方案經濟性分析/論證/評估等。其中，通用質量特性設計隊伍中的經濟性兼職崗位還應借助可靠性、維修性、測試性、保障性等通用質量特性設計工作開展飛機使用與保障類成本的設計分析。經濟性設計具有一定的總體或綜合性質，崗位設置初期可選拔工程經驗豐富的總體專業或通用質量特性設計人員，經過專門培訓上崗。裝備研制總體單位一般應設置專門的經濟性專業機構。

（二）建立航空裝備經濟性工作系統

航空裝備經濟性工作系統，是為完成航空裝備型號研制任務，由型號總體、系統及分系統、設備等各級經濟性設計師組成的跨行業、跨單位、跨建制的型號經濟性保證組織。建立健全經濟性工作系統，是做好裝備經濟性工作、實現經濟性要求的重要組織保證［8］。

建立經濟性工作系統，可以有如下兩種形式：

一種是在型號設計師系統中建立型號經濟性設計師系統主管型號的經濟性工作，由總設計師或者一名副總設計師擔任型號經濟性總設計師，根據所承擔的產品層次和專業分工，由該型號各參研單位的經濟性專業人員和產品設計師擔任經濟性主任和主管設計師。

另一種是建立型號經濟性工作系統，由型號行政總指揮、總設計師或副總指揮、副總設計師中的一人擔任經濟性工作系統負責人，經濟性工作系統由經濟性專業人員、產品設計師、項目管理、財務管理、成本管理、采購管理等人員組成。

無論哪種形式，其工作任務，必須嚴格圍繞技術型號經濟性相關工作策劃、組織和管理，由行政總指揮、總設計師共同組建，并在兩總的指導下開展工作。可根據需要設置型號經濟性工作系統辦事機構，負責相關管理制度、管理程序的制定，以及關鍵成本項目的跟蹤和重點控制、組織經濟性設計評審、經濟性數據的收集和處理等日常工作。

（三）建立持續的培訓制度滿足不斷發展的工作需要

例如，新入職員工參加經濟性專業培訓，掌握一定的經濟性理論知識，理解經濟性對裝備發展、單位發展的重要性。對擬在經濟性崗位工作的技術與管理人員，進行符合崗位要求的、有針對性的專業培訓。在型號研制過程中，結合型號特點，進行經濟性新技術、新方法的專題培訓等。

五、結束語

裝備經濟性既是航空裝備研制生產過程中的老問題，也是新挑戰。為了在成本可控的前提下全面實現和充分發揮裝備效能，必須在航空裝備的全壽命周期過程中，按照系統工程原理開展經濟性工程活動，實施經濟性管理。本文拋磚引玉，以系統工程理論為基礎，從論證、管理、設計分析等方面提出了航空裝備經濟性工程工作體系的設想，后續還要根據實際工作進行完善。經濟性工程推廣初期，可能會出現一定程度的滯后、脫節等“兩張皮”現象，但對型號經濟性工作全面推進、對決策主管和實施部門轉變工程研制理念必然發揮啟蒙促進作用。隨著經濟性工程的實踐，組織模式充分運行之后，充分發揮經濟性工程活動的整體效益，勢必能實現航空裝備經濟性工程的系統規劃和規范推進，融入型號研制并影響裝備設計，提升航空裝備經濟性水平。