基于工程法的先進航空預浸料成本估算研究

摘 要 隨著樹脂基復合材料在飛機上廣泛應用，如何合理地對預浸料產品的生產成本進行估算以及對最終售價進行確定，成為價格管理部門重點關注的問題。本文基于工程法建立了先進航空預浸料特征參數與各項成本之間的邏輯關系，并創建了成本模型，基于模型開發了測算軟件，為研制經費概算、目標成本論證和成本管控提供了有益參考。

關鍵詞 成本模型；經費概算；目標成本；成本管控

DOI： 10.19840/j.cnki.FA.2024.05.008

為深化落實新時代裝備發展戰略，推進實施武器裝備低成本可持續發展，推動目標價格生成、審價等模式改革，由傳統價格審核向價格多樣化評估、測算手段拓展，中航復合材料有限責任公司立足自身產品領域，通過對航空用先進預浸料生產各工序建立數學模型，搭建了基于工程法的預浸料產品成本價格模型，創新構建了公司產品成本價格數智化管理體系，同時為進行復合材料制件成本估算提供了重要支撐。

一、建模原理

樹脂基復合材料由于具備優異的減重性能，在先進飛機機體結構上的應用率越來越高，已經超過鋁合金，成為機體最重要的組成部分[1-3]。隨著樹脂基復合材料在飛機上應用的不斷增多，如何合理地對樹脂基復合材料制件成本進行估算和定價就成為了價格管理部門重點關注的問題[4]。

工程法作為成本估算模型中較為常見的一種建模方法，通過對產品制造工藝流程進行成本分析和分別建模，將各工序成本進行分別估算并逐項疊加，從而得出整個產品的總成本。與參數法成本估算模型擬合式計算方式不同，工程法成本估算模型具有成本影響邏輯可見、分步估算過程完整、估算結果精確以及易于改進升級等優勢，但需要提供較多的工程制造數據以及適配相對單一的制造工藝[5]。

作為樹脂基復合材料制件的基礎原材料，預浸料的生產過程具有很高的通用性，尤其是航空用預浸料，目前幾乎90%以上采用“兩步法”（干法）進行制造，主要包括樹脂配置、膠膜制備、纖維復合和檢驗檢測等工序，工藝流程較短且相對一致，因此可以采用工程建模法，通過對預浸料制造過程進行分析，找到不同預浸料的特征參數與成本之間的邏輯關系，從而建立不同工序材料及工時耗用模型，就成為建立預浸料成本價格估算模型的關鍵。

二、建模過程

（一）建立邏輯算式

預浸料特征參數主要分為：樹脂類型、纖維種類、幅寬、纖維面密度、樹脂含量、批次加工量等。要建立預浸料特征參數與成本之間的邏輯關系，首先要對預浸料生產過程進行全過程、全要素分析，找到特征參數與生產成本要素的影響關系。以纖維復合工序，分析“纖維種類”這一預浸料特征參數對成本的影響關系為例。首先，由于不同纖維絲軸定長不同，在進行預浸料生產時，會導致纖維利用率不同，因此與纖維用量相關；其次，不同纖維采購價格不同，與纖維成本相關；最后，不同纖維產品與樹脂膜復合要求不同，導致纖維復合速度和工藝指標要求不同，對設備、能耗及工時影響較大。預浸料特征參數對產品成本的影響關系錯綜復雜，需要對其進行一一梳理和分析，厘清預浸料特征參數與生產成本要素的影響關系，并逐一建立數學計算模型（如圖1所示）。

通過對所有預浸料特征參數與成本之間影響關系的分析，逐一搭建邏輯算式；再對所有算式進行歸類、拆分和組合，同時對生產隨機變量進行統計賦值，對樹脂進行分類并定義成本范圍，從而降低變量數量，提升模型適配性，最終形成了成本模型。部分算式如下：

1. 部分樹脂相關計算公式

（二）估算軟件開發

為方便更多的工程技術人員應用該模型進行預浸料成本價格的估算和分析，我們開發了“先進航空預浸料價格估算模型”微信小程序（如圖2所示），僅需在軟件輸入界面輸入幾項預浸料產品特征參數，即可獲得預浸料產品成本價格區間，整個估算過程簡潔明了、方便快捷，同時保證了使用版本的一致性。

三、算例分析

（一）單向預浸料C產品及織物預浸料A產品成本價格估算

選取某單向預浸料C產品和某織物預浸料A產品使用上述估算軟件進行成本價格估算，輸入主要預浸料特征參數：

單向預浸料產品C：屬于高性能1代雙馬樹脂（T300級），幅寬為1 000mm，樹脂含量為33%，纖維面密度133g/㎡，采購單價為4 300元/kg，單批次加工數量1 000㎡，每軸纖維總米數5 000m，每卷預浸料100m。

織物預浸料產品A：屬于高性能中溫樹脂，幅寬為1 200mm，樹脂含量為38%，纖維面密度220g/㎡，采購單價為4 300元/kg，單批次加工數量1 200㎡，每軸織物總米數100m，每卷預浸料50m。

根據估算結果（如圖3所示），按照成本下限，單向預浸料A成本構成中，纖維材料占比為62.26%；而織物預浸料C產品成本構成中，纖維材料占比為72.37%，纖維成本在產品成本中占比很高。因此如果想控制預浸料成本，必須把纖維采購價格降下來，僅僅控制生產相關成本不能取得大的效果。

（二）單向預浸料C產品及織物預浸料A產品成本價格估算

當纖維采購價格降至3 000元/kg時，再次對某單向預浸料C產品和某織物預浸料A產品使用上述估算軟件進行成本價格估算，將纖維采購價格改為3 000元/kg，通過上述估算結果，當單纖維采購價格（含稅）從4 300元/kg降為3 000元/kg時，某單向預浸料A產品估算成本下限和上限將分別降低23.86%和20.99%；同時某織物預浸料C產品估算成本下限和上限將分別降低27.51%和24.51%，效果非常顯著。

四、總結

隨著樹脂基復合材料在飛機上應用越來越廣泛，如何合理地對預浸料產品的生產成本進行估算以及對最終售價進行確定，成為價格管理部門重點關注的問題。本文按照工程法對預浸料產品生產過程成本進行逐層分解和拆分，逐層理清各項成本、費用與特征參數的邏輯關系。其中對在預浸料產品生產成本中占比較小的部分，通過分析和優化設計將其以成本范圍區間的形式對其進行直接估算。對于在浸料產品生產成本中占比較大的直接材料部分，對其進行精確建模，通過對預浸料生產工藝的各個工序進行詳細分析，在工序內進行成本分解，進而明確直接材料在某一特定工序的實際耗用量。最終，對各部分進行相加，形成了各參數聯動的總成本估算模型。

本模型具有通用性，對于各種“兩步法”（干法）生產的預浸料價格估算均有一定參考價值。此外，本模型簡潔易用，僅需要輸入少數幾個生產相關的關鍵參數就能實現預浸料的價格估算。計算案例表明，本研究得到的價格模型估計精度高，與實際結果相符，具有很強的專業性，對于價格估算具備參考意義。同時，基于微信小程序開發的估算軟件操作簡單、使用方便，可以高效支撐研制經費概算、目標價格和批產價格測算工作，助力集團價格管理高質量發展。 AFA

參考文獻

[1] 高志剛，馮宇，馬斌麟，等.航空復合材料加筋板壓縮屈曲及后屈曲力學性能[J].航空材料學報，2020，40（1）：53-61.

[2] 陳祥寶，張寶艷，邢麗英.先進樹脂基復合材料技術發展及應用現狀[J].中國材料進展，2009，28（6）：2-12.

[3] 杜善義.先進復合材料與航空航天[J].復合材料學報，2007，24（1）：1-12.

[4] 包建文.高效低成本復合材料及其制造技術[M].北京：國防工業出版社，2012.

[5] Ch.Hueber， Horejsi K.， Schledjewski R. Review of cost estimation：methods and models for aerospace composite manufacturing[J]，Ad‐vanced Manufacturing： Polymer Composites Science，2016，2（1）：1-13.

（編輯：趙晴）