龐世寶，彭 兆，王 磊，劉正超，宋東林

(武漢理工大學(xué) 機電工程學(xué)院，湖北 武漢 430070)

成本預(yù)算是在產(chǎn)品投產(chǎn)前對其成本的預(yù)估，預(yù)算結(jié)果是企業(yè)組織并且控制生產(chǎn)經(jīng)營活動的重要依據(jù)。成本預(yù)算和有效的預(yù)算執(zhí)行反饋可以幫助企業(yè)有效的控制生產(chǎn)活動中的各個環(huán)節(jié)，減少生產(chǎn)浪費，降低生產(chǎn)成本，促進企業(yè)各部門的協(xié)作生產(chǎn)能力，使企業(yè)獲得期望的利潤。在生產(chǎn)前對成本進行預(yù)算是保證企業(yè)獲利的重要手段，特別是準(zhǔn)確的成本預(yù)算，在競爭壓力日益加劇的當(dāng)今社會，對保證企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展意義重大。

建材裝備制造企業(yè)作為傳統(tǒng)的制造企業(yè)，在我國經(jīng)濟發(fā)展中一直具有不可或缺的地位。其面向訂單組織生產(chǎn)[1]，產(chǎn)品具有體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)周期長[2]等特點，同時建材裝備制造企業(yè)內(nèi)部一直面臨信息化程度低、生產(chǎn)資源配置困難[3]、調(diào)度復(fù)雜[4]、成本控制能力低等諸多問題。隨著全球化趨勢不斷加深，我國建材裝備制造企業(yè)逐漸與國際接軌，面臨的競爭壓力日益增大，因此在企業(yè)內(nèi)部不斷進行技術(shù)革新和應(yīng)用先進管理手段以提高企業(yè)自身的綜合實力已經(jīng)迫在眉睫，對此，有許多學(xué)者已經(jīng)做出了探索和研究。郭順生等[5]針對建材裝備制造企業(yè)的制造資源組合優(yōu)化問題，基于改進的集群遺傳算法建立了多目標(biāo)的配置優(yōu)化模型；王磊等[6-7]針對建材裝備制造企業(yè)大型設(shè)備的生產(chǎn)加工中數(shù)據(jù)采集困難、進度反饋效率低等問題，應(yīng)用多Agent、移動終端等技術(shù)和設(shè)備，建立了生產(chǎn)調(diào)度、項目進度監(jiān)控及預(yù)警模型，同時基于改進的遺傳算法提出了大型裝備生產(chǎn)制造企業(yè)在云制造模式下的制造資源選擇策略，并實現(xiàn)了工程應(yīng)用；杜百崗等[8-9]針對建材裝備制造企業(yè)制造資源配置復(fù)雜性高等問題，建立了多主體外協(xié)訂單任務(wù)制造資源配置模型，并考慮了生產(chǎn)成本和運營成本的基礎(chǔ)上建立了復(fù)雜設(shè)備生產(chǎn)的供應(yīng)商選擇，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的優(yōu)化；李西興[10]等針對大型復(fù)雜設(shè)備制造企業(yè)制造過程數(shù)據(jù)管理問題，建立了異構(gòu)數(shù)據(jù)集成模型，并構(gòu)建了制造數(shù)字化管理平臺，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的集成與共享。

但是，目前研究主要集中在建材裝備制造企業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程中出現(xiàn)的問題上，對于產(chǎn)品的產(chǎn)前成本預(yù)算與控制研究較少，同時，由于建材裝備制造企業(yè)的生產(chǎn)周期長、生產(chǎn)過程復(fù)雜等特點，使得一般通用性的預(yù)算方法與監(jiān)控難以適應(yīng)其對成本預(yù)算、預(yù)算執(zhí)行控制的要求，而成本預(yù)算在整個企業(yè)管理中意義重大，因此筆者面向建材裝備制造企業(yè)建立了產(chǎn)品成本預(yù)算模型，運用時間序列法對產(chǎn)品原材料價格進行預(yù)測，應(yīng)用該模型開發(fā)了針對建材裝備制造企業(yè)的成本預(yù)算系統(tǒng)，實現(xiàn)了成本預(yù)算、預(yù)算執(zhí)行與控制、預(yù)算數(shù)據(jù)分析等功能，并在企業(yè)進行實際應(yīng)用，驗證了模型的合理性與可行性。

1 建材裝備制造企業(yè)業(yè)務(wù)流程及產(chǎn)品成本構(gòu)成

1.1 建材裝備制造企業(yè)業(yè)務(wù)流程

建材裝備制造企業(yè)一般面向訂單組織生產(chǎn)，其基本業(yè)務(wù)流程如圖1所示。當(dāng)與業(yè)主簽訂完成銷售合同，客戶需求明確后，企業(yè)從合同中提取訂單信息，并分解成一個或多個任務(wù)單，一般一個任務(wù)單對應(yīng)一臺建材設(shè)備，企業(yè)內(nèi)部以任務(wù)單為最小單位組織生產(chǎn)、外協(xié)、物料采購等活動。

圖1 建材裝備制造企業(yè)基本業(yè)務(wù)流程

技術(shù)部根據(jù)設(shè)備的設(shè)計圖紙錄入設(shè)計BOM，并將物料需求計劃和產(chǎn)品生產(chǎn)計劃分別傳遞給采購部和生產(chǎn)部，生產(chǎn)部根據(jù)生產(chǎn)計劃分別制定企業(yè)內(nèi)部的車間作業(yè)計劃和企業(yè)外部的外協(xié)計劃，并以此來組織產(chǎn)品的生產(chǎn)制造活動。采購部根據(jù)收到的物料需求計劃以及生產(chǎn)部的生產(chǎn)計劃制定采購計劃進行詢比價、選擇物料供應(yīng)商，及時采購生產(chǎn)所需原材料，保證生產(chǎn)活動的順利進行。

當(dāng)產(chǎn)品制造完成后，市場部聯(lián)系承運單位在交貨期前將產(chǎn)品運輸?shù)娇蛻羲诘?，交付客戶使用后完成該任?wù)單的整個生產(chǎn)制造活動。

1.2 建材裝備制造企業(yè)產(chǎn)品預(yù)算成本構(gòu)成分析

根據(jù)企業(yè)的業(yè)務(wù)流程以及生產(chǎn)實際情況，可分析出建材裝備制造企業(yè)產(chǎn)品主要由材料費用、人工費用和發(fā)運費用組成，如圖2所示，分別對應(yīng)了設(shè)備制造過程中的采購活動、生產(chǎn)活動和運輸活動。

圖2 建材裝備制造企業(yè)產(chǎn)品成本構(gòu)成

材料費用由黑色金屬費用、外購件費用、加工件費用、油漆涂料費用、電氣電料費用、鑄鍛件費用及其他材料費用組成，分別對應(yīng)不同種類的物料。人工費用中的直接人工費為企業(yè)內(nèi)部員工生產(chǎn)所產(chǎn)生的費用；廠內(nèi)分包費用則為企業(yè)外部生產(chǎn)隊駐廠內(nèi)生產(chǎn)所產(chǎn)生的費用；生產(chǎn)外協(xié)是指交付到外協(xié)廠商進行生產(chǎn)所產(chǎn)生的費用。發(fā)運費用是指在產(chǎn)品運往客戶所在地過程中所產(chǎn)生的費用，根據(jù)以上分析，構(gòu)建設(shè)計預(yù)算流程并結(jié)合時間序列構(gòu)建成本預(yù)算模型。

2 基于時間序列的建材裝備制造企業(yè)產(chǎn)品成本預(yù)算系統(tǒng)建模

2.1 建材裝備制造企業(yè)預(yù)算流程設(shè)計

預(yù)算的流程設(shè)計基于企業(yè)的實際生產(chǎn)進行，因為企業(yè)內(nèi)部以任務(wù)單為最小單位組織生產(chǎn)經(jīng)營活動，因此進行成本預(yù)算時同樣以任務(wù)單作為制定和管理的最小單元，預(yù)算流程可分為預(yù)算編制、預(yù)算調(diào)整與審批、預(yù)算執(zhí)行與監(jiān)控和預(yù)算分析4個階段，如圖3所示。

圖3 建材裝備制造企業(yè)預(yù)算流程

當(dāng)技術(shù)部確認(rèn)某一任務(wù)單的設(shè)計BOM準(zhǔn)備完成后，由財務(wù)部發(fā)起該任務(wù)單的預(yù)算，進入預(yù)算編制階段。在此階段初步計算材料費用、人工費用和發(fā)運費用，其中人工費用可以通過式(1)計算得到，發(fā)運費用可以通過式(2)計算得到。由于勞動力市場與運輸市場相對穩(wěn)定，因此l、p、S在一定時間段內(nèi)波動較小，同時W與D可在銷售合同中獲取，因此人工費用與發(fā)運費用預(yù)算相對簡單。

L=W×l

(1)

T=W×D×p+S

(2)

式中：L為人工費用；T為發(fā)運費用；W為任務(wù)單中產(chǎn)品的質(zhì)量；l為單位質(zhì)量的人工成本；D為運輸距離；p為單位質(zhì)量單位距離的運輸價格；S為運輸附加費。

而建材裝備作為大型復(fù)雜設(shè)備，產(chǎn)品體積大、用料量多，其材料費用可占據(jù)產(chǎn)品總成本的60%～80%，是產(chǎn)品成本預(yù)算的重點。與此同時，原材料的價格每年波動較大，在同一年內(nèi)材料價格又受到季節(jié)性因素影響，造成材料費用預(yù)算復(fù)雜，是產(chǎn)品成本預(yù)算的難點，因此筆者提出了使用基于時間序列的模型對材料費進行計算。

當(dāng)三大類成本費用計算完成，初步生成任務(wù)單的預(yù)算后，財務(wù)部將預(yù)算下發(fā)到采購部、生產(chǎn)部、市場部分別對初始預(yù)算進行補充與反饋。采購部首先對空白的材料費用進行補充，然后對有異議的材料費用反饋到財務(wù)部；同時生產(chǎn)部和市場部分別將有異議的人工費用、發(fā)運費用反饋到財務(wù)部，進入預(yù)算調(diào)整與審批階段。

在預(yù)算調(diào)整與審批階段中，財務(wù)部評審各部門提交的預(yù)算并基于此對原預(yù)算進行調(diào)整，使任務(wù)單達到可接受的利潤，通過后的預(yù)算編制提交到企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)進行最終審核，同意后開始執(zhí)行預(yù)算。若財務(wù)部或公司領(lǐng)導(dǎo)有任意一方審核不通過，則將預(yù)算退回到各個部門重新反饋、提交。

在預(yù)算執(zhí)行與監(jiān)控階段，系統(tǒng)將自動提取該任務(wù)單中已經(jīng)發(fā)生的材料費用、人工費用、發(fā)運費用，并進行實時更新，并監(jiān)控正在進行的合同發(fā)生情況，如果超出預(yù)算，系統(tǒng)則會發(fā)出預(yù)警信號。

預(yù)算分析階段則主要分析已經(jīng)結(jié)束的預(yù)算的歷史數(shù)據(jù)，為公司決策提供依據(jù)。

2.2 基于時間序列分析的成本預(yù)算模型

在建立的建材裝備制造企業(yè)的產(chǎn)品成本預(yù)算模型中，首先要先分別求出三大類費用的預(yù)算。其中材料費用預(yù)算因材料市場不穩(wěn)定、原材料價格波動大、受季節(jié)因素影響等特點，是產(chǎn)品成本預(yù)算中的難點，對此筆者使用時間序列法對原材料價格進行預(yù)測，并計算總的材料費用。

時間序列分析是基于已有的時間序列數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中隱含的客觀規(guī)律，其結(jié)果可用于對未來一段時間內(nèi)各類費用的變化趨勢預(yù)測，對于預(yù)算編制有著良好的指導(dǎo)意義。SARIMA (p,d,q) (P,D,Q)s(季節(jié)性差分自回歸滑動平均模型)模型是時間序列分析中的重要方法，適用于非平穩(wěn)時間序列[11]，同時考慮了趨勢影響、周期影響和隨機影響[12-13]，對有周期波動的時間序列有較高的預(yù)測精度[14]，符合對材料價格預(yù)測的需求，其數(shù)學(xué)公式為：

φp(L)Φp(LS)dDSyt=θq(L)θQ(LS)εt

(3)

式中：φp(L)=1-φ1L1-φ2L2-…-φpLp為非季節(jié)性p階自回歸算子；θq(L)=1-θ1L1-θ2L2-…-θqLq為非季節(jié)性q階移動平均算子；Φp(LS)=1-Φ1LS,1-Φ2LS,2-…-ΦpLS,p為季節(jié)性P階自回歸算子；θQ(LS)=1-θ1LS,1-θ2LS,2-…-θQLS,Q為季節(jié)性Q階移動平均算子；d=(1-L)d、Ds=(1-LS)D分別為一般趨勢差分算子、季節(jié)差分算子；yt為時間序列；εt為白噪聲序列；p、q分別為非季節(jié)性的自回歸、移動平均算子的最大滯后階數(shù)；P、Q分別為季節(jié)性的自回歸、移動平均算子的最大滯后階數(shù)；d、D分別為一般趨勢差分、季節(jié)性差分的次數(shù)；L為滯后算子；S為季節(jié)性周期數(shù)。

以鋼板為例，使用SARIMA模型對其價格進行預(yù)測。圖4是某種鋼板從2012年1月到2017年8月份的歷史單價，從圖4中可以看出，鋼板的價格序列存在長期趨勢性、序列不平穩(wěn)，且受到季節(jié)因素影響有周期性波動，其波動以12為周期，具備價格序列的典型特點，有良好的代表性。

圖4 鋼板歷史單價序列

進行預(yù)測時，需先對原序列進行差分處理使之平穩(wěn)。對原序列進行1階季節(jié)差分后，序列仍有較強的增長趨勢，經(jīng)試驗，再對其進行2階一般趨勢差分后，得到效果較好的序列，其ADF檢驗結(jié)果如圖5所示，圖5中P值遠小于0.05，可拒絕原假設(shè)，證明序列平穩(wěn)，平穩(wěn)化后序列的ACF與PACF分析結(jié)果如圖6所示。

圖5 ADF檢驗結(jié)果界面圖

圖6 ACF與PACF分析結(jié)果界面圖

在對序列進行平穩(wěn)化時，進行了2階一般趨勢差分和1階季節(jié)差分，且序列季節(jié)性周期為12，因此d取2、D取1，S取12，可初步判定預(yù)測模型為SARIMA(p,2,q) (P,1,Q)12。且從圖6中發(fā)現(xiàn)該序列PACF函數(shù)震蕩后在3階衰減，故自回歸模型AR的參數(shù)P可取0，1，2，3，ACF在1階衰減，移動平均模型MA的參數(shù)q可取0，1，在確定季節(jié)性模型的參數(shù)時較為困難，但是P、Q一般不會超過2[15]。

試驗后，統(tǒng)計每個參數(shù)均具有統(tǒng)計學(xué)意義(P值小于0.05，且AR根穩(wěn)定)的SARIMA模型作為備選模型，如表1所示。其余模型中均有參數(shù)被拒絕，不具有統(tǒng)計學(xué)意義，模型不可用。同時根據(jù)赤池信息準(zhǔn)則和施瓦茨準(zhǔn)則計算各模型的AIC值(赤池信息量)和SC值(施瓦茨量)，如表1所示，AIC值和SC值越小，說明模型的擬合度和預(yù)測效果越好。

表1 模型結(jié)果比較

由表1可知，SARIMA (0,2,1) (0,1,2)12模型的AIC值和SC值在所有備選模型中最小，說明其效果最好，因此選擇SARIMA (0,2,1) (0,1,2)12模型進行價格預(yù)測，并對其各個參數(shù)進行估計，參數(shù)估計結(jié)果界面如圖7所示。

圖7 SARIMA模型參數(shù)估計

從圖7中可以看出，MA(1)、SMA(24)的回歸系數(shù)P值均遠小于0.05，通過了顯著性檢驗，該模型殘差的白噪聲檢驗結(jié)果界面如圖8所示，Q統(tǒng)計量的P值均大于0.05，可認(rèn)為殘差為白噪聲序列，通過檢驗。

圖8 模型白噪聲檢驗結(jié)果界面圖

使用SARIMA(0,2,1)(0,1,2)12模型對鋼材價格的預(yù)測結(jié)果如圖9所示，基本滿足實際生產(chǎn)中的使用要求，因此使用SARIMA模型對原材料價格進行預(yù)測可行。

圖9 預(yù)測結(jié)果

基于時間序列分析并結(jié)合式(1)、式(2)可建立建材裝備制造企業(yè)的產(chǎn)品成本預(yù)算模型為：

(4)

式中：C代表任務(wù)單的預(yù)算總額；n為該任務(wù)單下所需的物料品種數(shù)目；ai為物料i的數(shù)量；yti為物料i在當(dāng)前月份的價格。

3 應(yīng)用案例

基于上述建材裝備制造企業(yè)的預(yù)算流程和模型，筆者使用Visual Studio 2008和Microsoft SQL Server 2008R2等工具，基于.Net Framework 3.5框架設(shè)計開發(fā)了建材裝備制造企業(yè)成本預(yù)算系統(tǒng)，并在天津某建材裝備制造企業(yè)進行了實際應(yīng)用。

當(dāng)技術(shù)部確認(rèn)某一個任務(wù)單的設(shè)計BOM準(zhǔn)備完成后，財務(wù)部收到該任務(wù)單的預(yù)算編制，狀態(tài)為新增預(yù)算，新增預(yù)算界面如圖10所示。

圖10 新增預(yù)算界面

點擊進入預(yù)算編制詳情界面,如圖11所示，材料費用、人工費用、發(fā)運費用以及預(yù)算總額、利潤等由系統(tǒng)通過基于時間序列分析成本的預(yù)算模型計算得出，財務(wù)編制人員可在此基礎(chǔ)上調(diào)整三大類費用。同時材料費用中的黑色金屬費用、外購件費用等也由系統(tǒng)匯總好，供編制人員參考查看。

圖11 預(yù)算編制界面

預(yù)算編制完成后下推到各部門進行補充與反饋，以采購部反饋為例，如圖12所示。其中每種物料的預(yù)算單價通過SARIMA模型預(yù)測得出，反饋單價默認(rèn)與預(yù)算單價相同，采購部可修改反饋單價并提交，完成部門反饋。

圖12 采購部反饋界面

各部門反饋完成后，財務(wù)進行調(diào)整與審核，并提交公司領(lǐng)導(dǎo)審批，通過后進入預(yù)算監(jiān)控階段。系統(tǒng)自動提取該任務(wù)單已經(jīng)發(fā)生的費用，匯總并與預(yù)算費用對比，對即將達到預(yù)算的部分做出預(yù)警、超出預(yù)算的部分發(fā)出警告，如圖13所示。

圖13 預(yù)算監(jiān)控界面

4 結(jié)論

筆者以建材裝備制造企業(yè)為對象，結(jié)合其實際業(yè)務(wù)流程及其生產(chǎn)特點，對預(yù)算成本構(gòu)成進行了分析并設(shè)計了預(yù)算的流程。同時提出了基于時間序列分析的成本預(yù)算模型，并結(jié)合模型開發(fā)了面向建材裝備制造企業(yè)的成本預(yù)算系統(tǒng)，在實踐中取得了良好的效果，證明了模型的合理性與可行性。

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