李曉勇，宋文濱

（1.中國商用飛機有限公司市場研究中心，上海 200232；2.上海交通大學航空航天學院，上海 200240）

全壽命周期成本（life cycle cost，LCC）的概念來源于美國軍用裝備成本控制研究項目，該項目由美國軍方后勤管理研究所承擔，主要用于解決裝備“從搖籃到墳墓”（cradle-to-grave）整個過程中的成本分析、控制和優(yōu)化等問題。歐美裝備制造發(fā)達國家不斷拓展全壽命周期成本的應用范圍，目前已廣泛應用于各種產(chǎn)品的設計研發(fā)領(lǐng)域，在民機制造領(lǐng)域也進行了廣泛的探索。民用飛機是典型的資本和技術(shù)密集型產(chǎn)品。在民機產(chǎn)品全壽命周期過程中，民機成本承擔主體發(fā)生一次重大的變化，即民機成本承擔的主體在飛機交付運營前后，由飛機制造商轉(zhuǎn)移到航空公司。如何協(xié)調(diào)解決不同成本主體之間的利益沖突，為設計和經(jīng)濟決策提供可靠依據(jù)客觀上成為民機全壽命周期研究的關(guān)鍵問題之一。雖然，民機全壽命周期成本還沒有在學術(shù)上形成統(tǒng)一的意見，但是，并不妨礙全壽命周期成本理念在民機設計過程中的應用，尤其是具體的成本分析方法已成功地應用于民機的研制過程之中，這些估算方法可為制造商協(xié)調(diào)研制成本和直接運營成本提供有價值的依據(jù)。

本文首先總結(jié)了全壽命周期成本研究方法，接著闡述目前民機型號研究通常采用的成本估算方法和軟件工具；然后，從運營角度分析總計了民機運營成本基本概念和不同市場的計算模型，總結(jié)了民機直接運營成本的核心（direct maintenance cost，DMC）計算模型，最后提出了面向經(jīng)濟性設計的流程圖。

1 全壽命周期成本研究方法

1.1 全壽命周期成本理論

自20世紀70年代起，西方發(fā)達國家民用系統(tǒng)項目逐漸引入全壽命周期成本分析的思想、方法和技術(shù)。研究人員開發(fā)了許多LCC模型，主要有Fabrycky和Blanchard提出的綜合LCC模型[1]，Eversheim提出的面向成本設計模型（design for cost，DFC）[2]，以及Adnan 等人提出的 ABC（activity-based costing）模型[3]。

國內(nèi)的LCC研究主要集中于軍用裝備項目之中。主要有裝備建設綜合壽命周期費用法，裝備效能—費用分析方法，以及魚雷武器系統(tǒng)、導彈武器系統(tǒng)和航天系統(tǒng)等軍用裝備型號項目中全壽命周期費用的估算和控制[4-8]。國內(nèi)學者在全壽命周期費用分析過程中引入了神經(jīng)網(wǎng)絡、系統(tǒng)動力學、模糊主成分法以及敏感性分析等具體分析方法[9-12]。

在中國，軍機和民機在研制階段的劃分上大致相同，一般劃分為6個階段：可行性論證階段、方案階段、工程研制階段、批生產(chǎn)階段、使用保障階段、退役處置階段。為進行初步費用估算，全壽命費用可分為4部分：①論證、研制、試驗和鑒定費用；②生產(chǎn)采購費用；③使用費用；④處置費用。在成本估算和控制過程中，可以采用多種方法進行，并將其納入完整的經(jīng)濟性指標體系中，這是發(fā)展基于經(jīng)濟性設計、實現(xiàn)面向經(jīng)濟性決策的基礎(chǔ)。

1.2 成本控制理論

對于大型設備和項目，國內(nèi)外都發(fā)展了很多系統(tǒng)化的成本控制理論。

Levenson等人（1972）在RAND公司的報告中提出了建立軍機研發(fā)和生產(chǎn)的成本評估模型，并提供了工程類、人工耗費類、材料耗費類等7種模型[13]。Asiedu（1998）在研究中認為設計會影響到LCC中的70%～85%，因此設計者對于降低成本起到至關(guān)重要的作用[14]。Castagn等人（2008）認為在設計階段的早期就將成本作為設計參數(shù)加以考慮，并提出了評估成本的一般方法[15]。

魏法杰（2000）、閆彥（2008）等為了對飛機制造過程的成本實施有效控制，建立了作業(yè)成本法和工業(yè)工程（industry engineering-IE）相結(jié)合的成本控制體系（IE+ABC）[16]。施長芬（2006）等通過比較歐美具有代表性的低成本航空公司與中國航空公司運營成本結(jié)構(gòu)之間的差別，找出中國航空公司成本控制中的弱點，進而提出若干中國航空公司成本控制的建議[17]。

1.3 成本分攤理論

成本分攤問題的研究最早起源于1935年美國對田納西流域的綜合開發(fā)，研究成果表明：合作開發(fā)產(chǎn)品的成本一定小于各個經(jīng)濟主體單獨開發(fā)的成本之和。Shapley在同工同酬、重視貢獻和多勞多得三原則的基礎(chǔ)上，提出體現(xiàn)公平的成本和利潤分攤方法[18]。Gillies提出“核心”對策解的概念[19]。國內(nèi)學者李勇軍提出一種基于DEA與Nash討價還價博弈的固定成本分攤方法，證明如果將分攤成本作為新的投入，仍然存在滿足整體理性和個體理性的分攤方案[20]。陳偉等討論了合作博弈的Shapley值方法在博弈滿足凸性條件下的應用，并進行了算例分析[21]。熊國強考慮核心是空集的情況，針對核心法的適用范圍和局限性，建立了一種多人合作費用分攤的多目標規(guī)劃模型，給出了求解費用分攤方案的兩階段算法[22]。

1.4 民機全壽命周期經(jīng)濟性指標體系

根據(jù)上海飛機設計研究院的研究成果[23]，民用飛機全壽命經(jīng)濟性指標體系框架如圖1所示。該指標體系參考全壽命周期成本和民機運營成本，從制造商和運營商兩個方面全面闡述民機全壽命周期經(jīng)濟性指標體系，涉及民機研制、制造、客戶服務和運營等。該體系提供了主要成本項的估算方法，為協(xié)調(diào)制造商成本和運營成本提供了關(guān)聯(lián)方法，是最終實現(xiàn)面向經(jīng)濟性設計的基礎(chǔ)。

2 成本估算方法及軟件

2.1 成本估算方法

2.1.1 成本估算方法體系概述

根據(jù)Niazi和Dai的研究結(jié)果[24]，成本估算方法體系如圖2所示。該體系采用分類方法，比較全面地概述了產(chǎn)品全壽命周期中的不同成本估算模型，可作為針對特定產(chǎn)業(yè)發(fā)展更準確的估算方法的基礎(chǔ)。

目前，工程中采用的計算方法主要有如下幾種：

1）參數(shù)費用法（parametric cost estimating）

根據(jù)同類機型的歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)，利用回歸分析方法建立研究對象的特征參數(shù)（如幾何尺寸、飛機重量、飛行高度和飛行速度等）與開發(fā)成本之間的函數(shù)關(guān)系，利用該費用函數(shù)預測新機型的成本費用。參數(shù)費用方法使用簡單，但需要采用相同研制生產(chǎn)環(huán)境下的模型對新型號進行費用估算，無法用于非相同環(huán)境下的成本評估。

2）工程費用法（industrial engineering cost method）

是一種“自下而上”的費用估算方法，主要基于工作分解結(jié)構(gòu)（WBS）和成本分解結(jié)構(gòu)（CBS）進行工作分解和成本分解。將CBS中每個單元的費用累加起來，便得到該型號項目的總費用。工程費用法的一般程序如圖3所示[25]。

3）類比費用法（analogy cost method）

是一種常用的初步費用估算方法，它是將在研型號直接與具有同樣特征的類似型號進行比較，并估算其費用。類比費用法是一種精度相對較差但易實現(xiàn)的一種通用方法，其精度往往與使用者的經(jīng)驗息息相關(guān)。

4）外推費用法（extrapolation cost method）

與類比法相比，它是一種相對準確的費用估算方法。新型號與原準型號技術(shù)狀態(tài)差異的大小決定了評估方法的準確性，一般情況下應用于民機型號改型設計費用的估算。

5）仿真模型法（simulation model method）

應用該方法的費用估算模型主要是RADSIM模型，它利用蒙特卡洛技術(shù)模擬產(chǎn)品研究和開發(fā)工作。該方法不太適用于估算高度復雜的噴氣式商用客機產(chǎn)品的開發(fā)費用估算工作。

2.1.2 估算方法的對比

依據(jù)民機型號研制階段工作的劃分、每個階段的特點以及前人研究成果，在不同的開發(fā)階段適用于不同費用估算方法，如表1所示，可以形成綜合的、又具有包容性的估算體系，并根據(jù)技術(shù)和市場環(huán)境的變化進行持續(xù)的更新。同時，經(jīng)濟性估算方法需要考慮如何促進技術(shù)的發(fā)展，考慮長期性、全局性和戰(zhàn)略性的影響因素，這也是經(jīng)濟性估算中具有較大不確定性的因素。

表1 民機研制各階段適用的估算方法Tab.1 List of cost estimation methods and its application

2.2 成本分析工具

2.2.1 DAPCA IV

DAPCA IV（development and procurement costs of aircraft）由RAND公司開發(fā)[26]，該公司受雇于美國軍方開展飛機壽命周期費用分析工作，于1967年首次發(fā)布了飛機開發(fā)與采購成本分析DAPCA I，之后不斷發(fā)展完善，目前的版本是DAPCA IV。

DAPCA模型是典型的參數(shù)費用法，它統(tǒng)計回歸了34個軍用機型的制造成本數(shù)據(jù)，以機體重量、飛行速度和飛機架數(shù)等指標特征參數(shù)，建立了研制工時、工裝設備工時、制造工時和質(zhì)量控制工時與特征參數(shù)之間的行數(shù)關(guān)系式，工時乘以勞動費率即獲得了部分開發(fā)費用。同時，分析回歸了特征參數(shù)與發(fā)展支援、飛行試驗、制造材料和發(fā)動機采購等方面的費用關(guān)系式。兩方面求和后獲得飛機型號的開發(fā)和采購成本。

2.2.2 PRICE

PRICE由美國PRICE（parametric review of information for costing and evaluation）系統(tǒng)公司開發(fā)[27]。在預先建立的工藝成本數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上，該軟件能夠相對快速和準確地估算項目研制的各個階段，覆蓋產(chǎn)品全壽命周期?？梢杂糜陲w機產(chǎn)品成本估算的工具主要有：估算硬件研制與采購成本（PRICE H）和估算硬件使用和保障成本（PRICE HL）。

2.2.3 SEER

SEER（systemevaluation and estimation of resources）由Galorath公司開發(fā)[28]。自上而下的參數(shù)化的算法，具有較強的知識庫功能，用戶可以自定義知識庫，在早期項目參數(shù)信息有限的情況下借助知識庫以及用戶自定義的知識確定成本模型。SEER-H可以生成新產(chǎn)品開發(fā)全生命周期的成本，給出系統(tǒng)、子系統(tǒng)開發(fā)，生產(chǎn)、運行和維護以及解散成本，具有的決策支持功能。

3 直接運營成本

3.1 直接運營成本的構(gòu)成

從市場角度來看，經(jīng)濟性是影響航空市場競爭的關(guān)鍵因素之一，也是航空公司進行飛機選型和制造商開展型號研制的重要指標之一，如何降低運營成本是航空公司的核心競爭力之一。民用飛機總運營成本（total operating cost）由直接運營成本（direct operating cost）和間接運營成本（indirect operating cost）組成，如圖4所示[29]。其中，直接運營成本（DOC）是與飛機產(chǎn)品直接相關(guān)的成本，同時與不同市場情況密切相關(guān)。決定DOC大小主要因素有飛機總體性能參數(shù)、運行環(huán)境、經(jīng)濟環(huán)境以及所有權(quán)成本。

圖4 飛機運營成本Fig.4 Airline operating costs

對于DOC的研究，始于20世紀40年代。西方的一些飛機制造商、航空公司公司首先在這方面開展了相應的研究。當今世界的兩大航空業(yè)巨頭——美國波音公司和歐洲的空中客車都在直接運營成本（DOC）的研究上下了很大的氣力。與此同時，如美國航空運輸學會、美國航空宇航局等一些航空組織及政府部門也在這方面開展了一系列的工作。雖然中國在這方面的研究起步較晚，但是也取得了一定的成果。

3.2 美國市場DOC計算模型

美國飛機運營成本數(shù)據(jù)是按照美國運輸部“DOT FORM 41”的規(guī)定提供的。圖5給出了按照“FORM 41”規(guī)定的成本分項和定義提供的2010年二季度美國航空公司運行成本統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

美國航空運輸協(xié)會（ATA）于1944年發(fā)表了首個廣泛認可的飛機直接運行成本（DOC）估算方法。該方法歷經(jīng)多年發(fā)展更新后，形成了ATA于1967年公布的估算渦輪動力飛機DOC的標準方法[30]，被稱為“ATA-67年”方法，該方法是后來DOC估算的重要基礎(chǔ)。

航空公司和飛機制造商對于飛機運營成本分析的要求不同，因此，所采用的飛機運營成本分析模型也有所不同。航空公司偏重于整個機隊的運營成本，關(guān)注機隊的市場適應性、資源配置、資金運作和各個成本項目的有效管理，以達到運營效益最大化。飛機制造商偏重于其研制機型本身的經(jīng)濟性和競爭性。

1）Harris飛機運營成本分析模型

Harris在2005年發(fā)表的飛機運營成本模型是基于對67家美國航空公司1999年向美國運輸部提交的運營數(shù)據(jù)的回歸分析[31]。

2）波音1993年飛機運營成本分析方法

波音1993年方法[32]，考慮了美國國內(nèi)干線、國際干線和低成本運營之間的差異（雖然當時低成本運營模式尚處于早期階段），并把運營成本劃分3類：與飛機有關(guān)的運行成本、與旅客有關(guān)的運行成本和與貨物有關(guān)的運行成本，如表2所示。

表2 波音1993年方法的運行成本分類Tab.2 Categories of costs used in Boeing 1993 method

3）Liebeck飛機運營成本分析模型

Liebeck在1995年發(fā)表的研究報告中采用的DOC估算方法，是以“ATA-67年”方法為基礎(chǔ)，適用于飛機構(gòu)型優(yōu)化和競爭分析[33]。該計算模型和假設條件是由當時的麥道公司、波音公司和NASA的Lewis研究中心等單位共同研究確定的。Liebeck方法相對于“ATA-67年”方法增加了利息成本項目，因此也稱為“DOC+I”方法。

3.3 歐洲市場DOC計算模型

歐洲的航空業(yè)雖然沒有美國發(fā)展得早，但是在諸多歐洲國家的共同努力下，歐洲的航空業(yè)發(fā)展得非常迅速，而在DOC方面的研究，歐洲方面同樣也取得令人矚目的成績。

1）歐洲航空公司協(xié)會（AEA）

根據(jù)歐洲的實際情況，歐洲航空公司協(xié)會于1989年提出了AEA方法[34-35]，這種方法同樣是建立在ATA方法基礎(chǔ)上的，而其優(yōu)點在于所能估算的范圍較以往的方法更廣。同時，對與維修成本的估算，因其使用了較少的參數(shù)，使得模型比以往的更簡單，也更易于操作。

2）德國漢堡大學

德國漢堡大學的Scholz教授及其學生們開發(fā)出DOCsys模型，用于飛機系統(tǒng)的設計與選擇，該模型需要飛機系統(tǒng)方面詳細的數(shù)據(jù)[36]。

3.4 中國市場DOC計算模型

中國雖然在DOC的研究上起步較晚，但是，通過這些年的努力發(fā)展，也出現(xiàn)了一些研究成果。包括中國民航大學和南京航空航天大學在內(nèi)的一些高等院校都在這方面進行過相應的研究。中國商飛上海飛機設計研究院結(jié)合民機型號研制在DOC模型研究方面也取得了一些進展。

中國民航大學利用其在飛機的選型和航空企業(yè)的運營經(jīng)濟性方面的優(yōu)勢作了很多研究工作。該校的都業(yè)富教授提出一種評價民用飛機經(jīng)濟性的新方法[37]。南京航空航天大學左洪福等人研究了民用飛機維修成本評估方法[38]。

中國商飛上海設計研究院市場研究中心對飛機直接運行成本做了較為全面和深入的研究。在總結(jié)了美國和歐盟的DOC研究成果的基礎(chǔ)上，根據(jù)中國航空業(yè)的政策環(huán)境和運營條件提出中國航空公司的DOC計算條件和模型，為后續(xù)研究打下堅實的基礎(chǔ)[29]。其中值得一提的是：上海飛機設計研究院對DOC的研究成果已在民機型號的市場開拓和營銷實踐中得到應用，其相關(guān)思想也對中國大型客機的方案設計起到一定作用，這些在國內(nèi)都尚屬首次，具有重要的意義。針對典型150座級的單通道客機，采用3種不同DOC方法得到的對比結(jié)果如圖6所示。

雖然以上的一些研究具有相當價值，但是DOC研究在中國還沒有被予以廣泛的重視。所以還需中國民航業(yè)同仁在這些成績的基礎(chǔ)上繼續(xù)深入研究設計評價指標和評價標準，引導航空公司的成本控制逐漸向精細化和標準化方向發(fā)展，并逐漸形成適合中國民機產(chǎn)業(yè)的DOC評估體系。

3.5 直接維修成本計算模型

3.5.1 Liebeck方法

該方法是Liebeck在1995年發(fā)表的研究報告中采用的計算方法[33]，用于飛機構(gòu)型優(yōu)化分析。Hays在其2009年發(fā)表的著作中引用了Liebeck方法[39]，但由于1993—2009年消費者價格指數(shù)（CPI）上升了1.47倍，因而在機體和發(fā)動機維修材料成本上考慮了系數(shù)1.47。維修成本MC由機體和發(fā)動機的直接維修勞務成本、材料成本和管理成本構(gòu)成。其中，機體的直接維修勞務成本和材料成本基于波音公司提出的參數(shù)方程，發(fā)動機的維修成本基于發(fā)動機制造商提供的數(shù)據(jù)。

飛機維修成本（MC）是機體維修成本和發(fā)動機維修成本之和，主要包括機體維修勞務成本（AMLC）、機體維修材料成本（AMMC）、機體維修管理成本（AMOC）、發(fā)動機維修勞務成本（EMLC）、發(fā)動機維修材料成本（EMMC）和發(fā)動機維修管理成本（EMOC）。

3.5.2 歐洲1998年方法

該方法是AE100項目曾使用的分析方法。飛機維修成本（美元/航段）是機體維修勞務成本Cal、發(fā)動機維修勞務成本Cel、機體維修材料成本Cam和發(fā)動機維修材料成本Cem。

3.5.3 AEA 2009年方法

AEA 2009年方法是歐洲航空公司協(xié)會建立的，廣泛用于競爭分析和構(gòu)型優(yōu)化[35]。主要包括機體維修勞務成本Cal（美元/輪擋小時）、機體維修材料成本Cam（美元/輪擋小時）、發(fā)動機勞務成本和發(fā)動機材料成本。

3.5.4 Harris方法

Harris基于對67家美國航空公司1999年向美國運輸部報告的運營數(shù)據(jù)的回歸分析所構(gòu)建的模型，適用于對美國現(xiàn)役機隊進行經(jīng)濟性分析。維修成本MC是機體維修成本AMC與發(fā)動機維修成本EMC之和。

4 方案經(jīng)濟性設計

DOC分析在飛機設計方案優(yōu)化和經(jīng)濟性分析中的主要作用如圖7所示。

由圖7可知，運營經(jīng)濟性是制造商與運營商共同關(guān)心的焦點指標。因此，將DOC分析模型與傳統(tǒng)的飛機設計流程相結(jié)合，可實現(xiàn)在飛機方案迭代過程中實現(xiàn)面向經(jīng)濟性的設計，如圖8所示。

圖8 飛機經(jīng)濟性設計流程Fig.8 DOC-based aircraft design process

在方案優(yōu)化設計過程中，設計參數(shù)變化不僅影響性能指標，還影響飛機的設計成本，例如，飛機制造空重的變化會直接影響飛機制造成本。如何建立并靈活利用成本估算方法描述飛機方案總體設計參數(shù)（對成本）的雪球效應是各大民機制造商的核心能力之一，因此，深入貫徹這一流程還需要時間。值得高興的是在目前型號工作中已經(jīng)開始使用經(jīng)濟性設計的理念和思路。

5 結(jié)語

本文介紹了全壽命周期成本研究方法，闡述了民機型號研究通常采用的成本估算方法和工具；在此基礎(chǔ)上，一方面從民機運營角度分析總結(jié)了民機運營成本基本概念和不同市場的計算模型，總結(jié)了DMC計算模型。另一方面，為了實現(xiàn)飛機設計過程中對經(jīng)濟性的考慮，提出將DOC模塊融入傳統(tǒng)的飛機設計流程，與性能等經(jīng)典指標綜合考慮。民用飛機的經(jīng)濟性設計不僅具有現(xiàn)實意義，對于進行新技術(shù)的經(jīng)濟性評估、研究未來新布局形式的民用飛機以及如何考慮環(huán)保指標等還具有參考意義，特別是如何權(quán)衡技術(shù)、經(jīng)濟性和環(huán)保要求的潛在矛盾問題。

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