基于全生命周期的民用飞机设计成本评估与控制

摘 要 通过民用飞机全生命周期成本的方法研究，本文对民用飞机项目通常采用的研制流程、研制模式、成本估算方法和成本控制方法进行了介绍。在此基础上，着重分析了设计活动在研制流程中的活动范围，提出面向全生命周期设计成本的控制思路，包括各阶段成本评估框架建立、成本估算方法选择和目标成本法的应用等。在主制造商与供应商模式下，通过深入分析飞机研制全生命周期的设计成本控制实践，对设计流程的成本定义过程、各阶段设计成本评估方法选择、目标成本优化等问题进行了论述。

关键词 设计成本；全生命周期；目标成本法；民用飞机；研制流程

DOI： 10.19840/j.cnki.FA.2024.06.003

从古至今，自人们开始有经济活动起，成本概念就在人们的意识中有了初步体现。随着工业生产的发展，近些年成本概念在人们从事经济活动中占据了重要地位，尤其在大型复杂工程中开始使用系统工程的概念来解决问题。民用飞机研制就是现代工业体系下的重要系统工程分支之一。如何在民用飞机研制过程中将关系到工程成败的成本按照系统工程的思路来考虑，实现成本的有效管控，做到造得出来，卖得出去，是一个重要的理论和实践课题。目前民用飞机在飞机设计与制造过程中，基本是沿用主制造商与供应商的体系进行项目运作，虽然已经在飞机研制过程中引入系统工程的概念，如研制流程管控、设计需求追溯、制造流程控制等，但是在民用飞机设计过程中的成本管控，还是缺乏系统的管理方法。本文将民用飞机成本管控引入系统工程概念，试图将全生命周期的成本管理方式作为飞机设计成本管控的解决途径。

全生命周期成本（Life Cycle Cost，LCC）的理论最早出自美国军方开展装备研制的时期，在装备研制过程中美国的科研人员进行了项目成本管控的研究，该研究由美国军方后勤主管部门负责，主要进行军用装备“从论证到退役”全生命周期的成本管控、分析和优化等问题研究[1]。欧美发达国家随后在军用装备项目中不断使用全生命周期成本控制方法进行项目管理。近些年，全生命周期成本思想已经开始在各类工业领域的产品研发设计中大量使用，其中，民用飞机设计领域也开始使用全生命周期成本的思想进行设计工作的成本控制，以利于民用飞机设计、制造和运营成本的降低。民用飞机研制项目是一类技术、资本密集型的典型复杂工程项目。当民用飞机项目进行全生命周期研制时，民用飞机研制成本的责任主体不断变化，从初期由主制造商承担，到后期由运营商承担。产品设计阶段费用只占产品整个阶段成本的20%，却决定了产品全生命周期成本的95%[2]，如图1所示。因此，如何协调解决不同成本主体之间的设计成本，是全生命周期成本控制的重要问题。虽然，民用飞机全生命周期成本方法在国内外主制造商使用时还没有形成固定统一的思路，但是基于民用飞机项目研制的特点，在项目研制时使用全生命周期成本理论开展民用飞机设计是可行的。其中，项目成本管理中常用的成本分析方法已经应用于民用飞机研制，主制造商在不同研制阶段使用合适的估算方法，能为设计成本的精准控制提供一定的帮助。在此，民用飞机研制在采用全生命周期的系统工程概念后，可在不同研制阶段依据研制阶段的设计工作特点，有针对地采用不同的设计成本估算方法，并引入目标成本法提高民用飞机的设计管理能力，使设计工作高效、有序地开展。

一、飞机项目全生命周期成本研究现状

从20世纪70年代开始，国外民用系统工程开始尝试使用全生命周期成本的方法和分析思路。基于全生命周期成本在系统工程中的应用，各类项目先后建立了一些不同的LCC分析模型，如综合LCC 模型[3]、面向成本设计模型（Design For Cost，DFC）[4]、作业成本法模型（Activity Based Costing，ABC）[5]等。20世纪50年代美国就已经起步研究全生命周期成本概念，在形成一定理论基础后，开始在系统工程中使用LCC，经历了最初的定费用设计方法（Design To Cost，DTC）阶段，随后发展到将费用作为独立变量（Cost As Independent Variable， CAIV）方法阶段[6]。国内的LCC方法研究，以前大多集中在军用产品项目上，先后形成了一些成本分析方法，如基于产品效能的费用分析方法、产品建设综合寿命周期费用法等。同时全生命周期费用的估算和控制还在航天工程项目、航海工程项目中开始应用。近些年，国内的科技工作者在全生命周期成本分析过程中开始使用很多新技术，如人工智能、物联网、区块链技术等。

国内民用飞机研制开展全生命周期成本管理比较晚，目前项目成本管理还需根据项目特点完善体系，成本管理应用的方法还仅局限于价值工程、定费用设计、挣值管理等，并没有将CAIV运用起来。同时，业内对民用飞机成本管理认识上还存在很大误区，主要包括两点：一是成本控制重心滞后，主要精力放在飞机的制造阶段，更有甚者放在运营阶段，造成研制阶段只管设计，不管成本，直接造成飞机的单机价格失控；二是在飞机成本控制时，从飞机预研阶段开始，研发团队从设计的角度就开始尽可能地降低飞机设计成本，从而能给启动用户一个非常有吸引力的单机价格，而基本不考虑飞机全生命周期成本，导致飞机在运营后，运营成本高企不下，制造出来的飞机“买得起”却“用不起”，直接影响飞机的销售。因此，按照全生命周期成本管理的概念对民用飞机研制全流程进行控制是目前迫切需要解决的问题，尤其是影响全生命周期成本的设计费用控制问题。

二、全生命周期设计成本控制方法

（一）民用飞机研制阶段

民用飞机研制过程中，首先遵从全生命周期的研制流程，目前该流程一般按照研制阶段的划分执行，如图2所示。依次为需求与概念论证、初步设计、详细设计、试验与验证、批量生产等阶段[7]。根据设计工作的需要在各阶段之间有明确的转段要求，如初步设计阶段如想转入下一阶段，则必须完成飞机项目的初步设计审查工作。民用飞机设计过程中又有自身的特点，很多设计工作按照主制造商与供应商的模式进行分工、设计。民用飞机设计的基础是需求的追溯，基于需求才能实现飞机的功能定义和架构设计。而如何将飞机需求的追溯和设计成本、飞机研制流程结合起来，才是解决民用飞机设计成本合理控制的研究方向。由此可见，民用飞机研制过程不是仅从一个维度考虑，而是需要考虑研制模式、飞机研制流程、需求追溯等多维度的研制内容。具体需遵循主制造商与供应商的研制模式，按照民用飞机的研制流程具体开展，进行基于需求的飞机功能分析和架构设计，最终实现民用飞机设计成本的控制目标。

（二）民用飞机研制阶段各阶段成本评估框架建立

中国商飞很早就开展了全生命周期经济性指标体系框架研究，并基于经济性分析的角度提出了民用飞机全生命周期经济性指标体系框架的概念。随着民用飞机研制体系的变化，目前主要采用主制造商与供应商的模式，按照民用飞机研制流程开展飞机的设计工作。基于此，可建立民用飞机全生命周期成本评估模型，如图3所示。在进行全生命周期成本控制时，从主制造商与供应商两方面进行成本考虑，将成本按出现的阶段分为设计成本主要产生阶段、制造成本主要产生阶段和客服成本主要产生阶段等三个阶段，并按照民用飞机研制的五个主要阶段将民用飞机研制过程的成本分解下来，形成一个完整的基于民用飞机研制流程、成本分解习惯和民用飞机研制模式的全生命周期成本体系框架。

（三）成本估算方法选择

在全生命周期成本框架下，民用飞机设计成本工作评估的开展不会出现遗漏项目，但目前成本评估的方法有很多种，在各个研制阶段采用什么方法进行成本评估，需按照各个阶段的研制特点视情选择。依据国外学者在成本估算方法的研究，可建立民用飞机成本估算方法体系[8]，如图4所示。通过定性和定量的分类方法，将多种成本估算方法按类别系统地应用到全生命周期的成本估算中，此体系作为民用飞机研制过程使用成本估算方法的基础，可准确选出适合的成本估算方法。

目前，民用飞机研制过程中成本估算主要采用以下五种计算方法。

1. 参数费用法

参数费用法采用定量的分析思路，根据同类民用飞机过往积累的数据，结合定性分析中的类比方法，使用回归分析方法建立目标模型，在模型中主要讨论飞机设计参数与研发成本之间的关联，然后利用该模型中形成的费用函数推出同类新研、改进机型的成本费用。参数费用法应用到系列化飞机项目的近似模型成本费用估算，简单实用。

2. 类比费用法

类比费用法是一种项目初期适合采用的费用估算常用方法。民用飞机项目研制时一般采用系列化发展的方式，此方法适用于系列化发展的飞机或具有近似飞机特征的成本估算。使用此方法开展飞机项目成本估算，容易实现，但是主要存在的问题是精度较差。类比费用法一般适合在研制周期的设计阶段使用。

3. 工程费用法

工程费用法采用“自下而上”的思路，结合工作分解结构和成本分解结构的成果，对工作分解单元的成本费用进行估算的一种常见方法。核心工作是开展项目分解结构工作，并在其开展活动时，同步开展成本分解结构工作，最后将成本分解结构中每个成本单元的成本费用合计出来，就可得出相应飞机项目的总费用[9]。工程费用法一般应用在除需求与概念论证研制阶段以外的所有工作中。

4. 仿真模型法

仿真模型法使用飞机项目特征，应用计算机仿真方式，建立对应项目的成本模型。此方法目前常采用蒙特卡洛技术，建立费用估算模型（如RADSIM模型等）。仿真模型法在对复杂度高的飞机项目进行仿真建模时，会出现很多不协调的问题，因此一般不用于大型复杂飞机项目成本费用估算，通常在研制周期的设计阶段使用。

5. 外推费用法

外推费用法和类比费用法相似，但相对而言，外推费用法是一种更加准确的费用估算方法。在研飞机新项目和原来已经完成的飞机项目进行技术状态比对，技术状态差异程度决定了成本估算的准确性。一般适用于改进、改型的飞机项目。型号与原准型号技术状态差异的大小决定了评估方法的准确性，一般情况下应用于民机型号改型设计费用的估算。外推费用法一般应用在除需求与概念论证研制阶段以外的所有工作中。

（四）目标成本法

目标成本法是以民用航空市场需求为导向，将目标利润和目标售价作为目标，建立主制造商飞机项目目标成本的方法[10]。根据飞机项目的目标成本，通过评估民用飞机的市场需求和目标用户需求，初步评估飞机项目的市场价格接受度，同步调查相似飞机项目的市场售价，从而预测新研飞机项目的目标售价和预计利润，最终形成合理的民用飞机目标成本。

民用飞机研制之初，就按照整体的研制思路，需按照全生命周期的概念开展项目运作，将研制阶段按照工作进展分为几个阶段。最初开展工作的研制阶段需同步进行项目的目标成本全生命周期估算。在民用飞机各研制阶段转换前，需按照当时阶段的项目工作开展情况对目标成本进行改进性评估，并进行调整。全生命周期飞机项目目标成本=单架目标成本+运营目标成本。其中，单架目标成本=单架市场价格-预期利润，运营目标成本=直接使用成本+间接使用成本。

三、全生命周期设计成本控制实践

（一）全生命周期设计成本

设计成本主要产生在需求与概念论证、初步设计、详细设计三个飞机研制阶段，并影响着民用飞机全生命周期成本的95%，在此针对需求与概念论证、初步设计、详细设计三个飞机研制阶段的设计成本进行研究。设计成本工作在研制流程体系下采用目标成本法开展。依据市场研究获得初始的民用飞机设计目标成本，在具体开展研制阶段工作时，按照不同研制阶段的设计任务需求，确定设计成本估算的目标。设计成本主要产生的各阶段分别选择合适的成本费用估算方法。其中，在需求与概念论证阶段采用参数费用法对此阶段的设计工作进行成本费用评估，建立费用分解结构，并根据评估模型进行计算，将结果以目标成本的形式优化；在初步设计、详细设计两个研制阶段采用工程费用法进行成本费用评估，并根据评估的结果对已有的民用飞机设计目标成本进行优化，如图5所示。

（二）各阶段研制设计成本控制注意事项

1. 各阶段设计成本评估方法选择

民用飞机研制阶段中的每个阶段都具有其在设计工作中的特点，同时积累了相应阶段相似飞机的设计成果。不同的研制阶段在选择估算方法时是有区别的。在选择估算方法进行设计成本评估时，需将各个阶段的设计特点进行全面细致的研究，按照研究结论形成统一兼容的估算体系，并根据全生命研制周期的需求变化（市场需求、技术需求、环境需求等）开展持续的估算体系迭代，从而保证估算方法的适用性和协调性。另外，在选择设计成本估算方法过程中需要考虑如何将创新设计技术应用于飞机项目，同时还需考虑设计成本估算方法选择对全生命飞机研制周期带来的影响因素，这些考虑会对设计成本估算带来较大不确定性因素。

2. 主制造商与供应商模式对设计成本的影响

目前民用飞机一般采用主制造商与供应商模式开展项目研制。与其对应的，民用飞机设计成本控制也按照此模式展开。主制造商在设计成本控制时关键是基于飞机项目利润最大化原则，能够保证飞机总的项目目标成本可以合理地分配到各供应商，同时保证各供应商能够获得一定的项目盈利，实现主制造商与供应商双赢。在飞机项目中，如何根据各研制阶段选择设计成本估算方法，建立可行的成本分解架构，并在研制阶段具有延续性，是一个需要重点关注的问题。同时，在主制造商与供应商模式下如何降低项目目标成本、细分成本分解结构树、改善成本分解结构适用性等问题，是有效控制民用飞机设计成本应重点考虑的问题。

3. 目标成本的优化

在民用飞机设计成本控制中，设计目标成本中的要素作为独立变量，会对项目研制决策起到重要作用。当出现飞机部件分解单元（某个系统或结构组件）偏离已经评估好的目标成本时，项目应分析具体原因，查找偏差，并开展估算方法和设计活动工作分解的优化工作。通过目标成本的优化，重新确定问题单元的目标成本，并按目标成本对设计活动进行完善。在目标成本循环优化、反复迭代的过程中，选择有经验的工程师成为目标成本能否有效优化的关键，因此，如何选择合适的工程师从事目标成本优化是需要重点关注的问题。

四、结论

民用飞机设计工作的开展在飞机全生命周期研制工作中具有举足轻重的作用，研制阶段设计活动产生的飞机项目设计成本在飞机全生命周期成本中占比最大。从飞机研制源头的设计活动开始，对全生命周期成本进行控制，是有效控制飞机项目成本的一种方式。因此，在飞机降本增效和民机竞争激烈的大背景下，主制造商加强飞机项目全生命周期成本管控是必然趋势。主制造商应在各研制阶段进行全面设计活动时，针对设计活动和费用之间的关联进行综合权衡，有效开展全生命周期设计成本控制。在后续的工作中，如何减少研制阶段设计活动因考虑不周而导致的一系列飞机设计成本问题，是今后民用飞机设计成本控制的努力方向。 AFA

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（编辑：张春红）