桑 凡， 鄭漢東,， 李恩重， 史佩京， 徐濱士

(1. 裝甲兵工程學院裝備再制造技術國防科技重點實驗室， 北京 100072； 2. 合肥工業(yè)大學管理學院， 安徽 合肥 230009)

裝備再制造成本分析模型構建及應用

桑 凡1， 鄭漢東1,2， 李恩重1， 史佩京1， 徐濱士1

(1. 裝甲兵工程學院裝備再制造技術國防科技重點實驗室， 北京100072；2. 合肥工業(yè)大學管理學院， 安徽 合肥230009)

針對裝備再制造方案決策中缺乏成本依據的問題，應用全壽命周期理論分析了裝備再制造過程中產生的成本。首先，明確了裝備再制造成本分析模型的估算目標和研究邊界；然后，分析了裝備再制造成本分解結構、估算方法，并給出了裝備再制造成本分析模型框架；最后，以裝甲裝備發(fā)動機與航空發(fā)動機零部件再制造為例，驗證了裝備再制造成本分析模型的可行性，并分析了其經濟壽命與效費關系。

裝備再制造； 成本分析模型； 全壽命周期

裝備再制造工程是廢舊裝備高技術修復及升級改造的產業(yè)化，是促進裝備可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一項系統(tǒng)工程。發(fā)展裝備再制造，不僅能夠推動裝備維修保障方式的轉變，而且可為先進技術與材料在新裝備中的應用積累經驗[1]。由于裝備再制造過程中既要考慮可靠性指標，也要考慮再制造成本，因此裝備再制造成本分析已引起許多研究者的重視。

GOODALL等[2]認為再制造成本是再制造方案綜合評價中極為重要的因素，成本信息可通過案例推理和歷史數據分析得出。TURKI 等[3]闡述了再制造中的維護庫存成本，建立了廢舊零件回收與庫存的離散流模型，并對企業(yè)最佳的庫存維護水平及最小庫存成本進行了評估。SRISHTI等[4]基于采購、加工、材料回收和銷售階段的成本參數，構建了經濟效益評價指標，其適用于汽車發(fā)動機和工業(yè)機械等再制造。NAEEM等[5]分析了普通產品積壓成本和流動成本的變化規(guī)律，研究了降低再制造總成本的方法。國內研究者也對再制造成本進行了深入研究，如：劉光復等[6]基于環(huán)境成本分析了2家再制造企業(yè)的競爭決策，認為成本優(yōu)勢高的企業(yè)效益好;陳偉達等[7]發(fā)現(xiàn)零件獲取成本的增加提高了再制造/拆卸比率，解決了企業(yè)拆卸與再制造平衡成本的決策問題；JIAWG等[8]運用遺傳法優(yōu)化了再制造過程規(guī)劃模型，為提高可靠性和降低成本提供決策依據;XU等[9]研究了輕型汽車零部件再制造的全壽命周期成本，認為合理選擇再制造時機可有效降低壽命周期成本。

上述研究主要針對具體產品或工藝的再制造成本構成要素進行分析，缺乏對裝備回收、拆解、清洗、檢測、加工和裝配等過程成本的系統(tǒng)分析，不利于在裝備維修保障過程中對再制造進行綜合評價。此外，裝備再制造成本與普通再制造產品成本有2個顯著的差別：一是成本購置環(huán)節(jié)，普通產品毛坯獲取成本包括購置成本與物流成本，而裝備再制造是依托裝備維修展開，只存在一定的物流成本；二是再制造產品銷售環(huán)節(jié)，普通產品還需考慮銷售成本，而裝備直接交付使用，不需考慮。因此，筆者以裝備全生命周期理論為基礎，建立成本分解結構與裝備再制造成本分析模型，并將經濟壽命和使用壽命作為性能指標分析效費關系，分析同種裝備再制造、大修及新品的效費與不同裝備備件效費存在差別的原因，并通過相關實例對裝備備再制造成本分析模型的可行性進行驗證。

1 裝備再制造成本分析模型

1.1估算目標與研究邊界

裝備再制造成本分析的估算目標是考察再制造過程中各個階段發(fā)生費用的動因、要素及數值大小，識別再制造關鍵過程和關鍵技術，為再制造流程優(yōu)化、技術創(chuàng)新及裝備維修保障提供決策依據。

裝備全壽命周期包含裝備設計/制造、裝配、使用、維修和退役等一系列過程。裝備再制造全壽命周期是指裝備的回收、拆解、清洗、檢測、再制造加工、零部件測試、裝配/再制造零件和使用等過程，如圖1所示。因此，裝備再制造成本分析需要從回收階段開始，一般包括裝備再制造后服役一個完整周期的全部過程。本文的研究邊界為裝備進入再制造加工中心到出廠的過程，即“大門到大門”。

1.2成本分解結構

對于再制造加工而言，重點關注回收、拆解、清洗、檢測、再制造加工、零部件測試以及裝配等過程內的成本總和。通過查閱文獻和企業(yè)調研可知：裝備再制造成本主要包括舊件獲取成本、加工成本、材料購買成本及間接成本，其具體分解結構如圖2所示。

圖2 裝備再制造成本分解結構

1)裝備再制造過程中發(fā)生的舊件獲取成本包括購置成本和物流成本，其購置成本一般為固定值，而物流成本與運輸距離有關，即

(1)

式中：Cq為單臺裝備平均獲取成本；l為運輸距離；Cl為單位距離所需支付的運輸成本；n為運輸裝備的數量；Cn為廢舊裝備購置成本。

2)加工成本Cp涉及恢復毛坯性能過程中設備的加工能耗成本與加工人工成本，即

(2)

式中:h為加工的工藝數量；Cei=Cwi+Coi+Cgi+Celi，為能耗成本，其中Cwi為水費,Coi為油料成本,Cgi為氣體成本,Celi為電費；t為加工時間；f為參與人工數；Cf為工廠單位工時費。

3)再制造材料成本Cm包括清洗使用的材料Cmc成本(不包括水費)、加工用料成本Cmr及需要購買零件成本Cmp，即

(3)

4)間接成本Co包括工廠分攤成本和工廠管理成本，其中：工廠分攤成本Ca包括設備折舊成本Cd和設備維護Cs，即

(4)

工廠管理成本按總成本的X%收取。

5)裝備再制造成本為以上成本之和，即

Ctotal=(Cq+Cp+Cm+Ca)·(1+X%)。

(5)

1.3成本估算方法

常用的成本估算方法有參數估算法、類比估算法、趨勢外推估算法、灰色系統(tǒng)估算法和工程估算法等。不同估算法適用于不同階段發(fā)生的成本，其中：參數估算法通過選取再制造成本關鍵參數推斷總成本；類比估算法以過去類似的再制造產品為基礎估算各項成本；趨勢外推估算法根據過去和現(xiàn)有的數據推斷裝備再制造產生的成本，對數據質量和數量要求較高；灰色系統(tǒng)估算法應用GM(1,1)模型預測裝備全生命周期成本(Life Cyde Cost,LCC)，具有使用樣本量小和建模精度高的特點，可對部分信息未知的系統(tǒng)建模；工程估算法自下而上逐項地計算成本，最后累加得到整體成本總和[10]。選擇裝備再制造成本估算方法時，需要綜合考慮再制造過程的復雜度和信息獲取的便利性等因素，各估算方法適用的成本發(fā)生階段如表1所示。

表1 各估算方法適用的成本發(fā)生階段

1.4效費關系

經濟壽命是確定裝備服役年限的重要依據，因此再制造產品的經濟壽命對于評價裝備再制造成本非常重要，可依據裝備經濟壽命[11]開展裝備再制造經濟壽命分析，即

(6)

式中:T為裝備經濟壽命;Y為裝備總成本；Li為第i年的凈殘值;λ為使用增加值。

裝備效費比E為裝備效能V與裝備總成本Y的比值[12]，即

(7)

在效費關系基礎上引入函數ε，用于評價不同效能或不同產品效費比之間的關系，即

(8)

1.5裝備再制造成本分析模型框架

通過以上分析，可構建適合一般裝備再制造成本分析模型框架，如圖3所示。

圖3 裝備再制造成本分析模型框架

2 實例分析

2.1裝甲裝備發(fā)動機再制造成本分析

2.1.1 估算目標與研究邊界

裝甲裝備發(fā)動機具有潛在價值高、數量大和保障費用高等特點，可通過再制造實現(xiàn)裝備戰(zhàn)斗力的恢復與提升，并使其具有較高的綜合效益。裝甲裝備發(fā)動機再制造過程包括回收、拆解、清洗、檢測、再制造加工、測試和裝配等。因此，其成本分析的研究邊界為回收至裝配的全過程。

2.1.2 成本分解結構及估算方法

裝甲裝備發(fā)動機再制造成本可分為舊件獲取成本、再制造加工成本、材料購買成本及間接成本。其中：舊件獲取成本只有物流成本，無購置成本；加工成本包括加工能耗成本和加工人工成本；材料購買成本包括止動墊圈、密封圈、油封、襯墊、卡箍、橡膠管和加工用料等成本；間接成本包括工廠分攤成本和占總成本3%的工廠管理成本。由工廠統(tǒng)計的裝甲裝備發(fā)動機新品、大修與再制造總成本如表2所示。

表2 裝甲裝備發(fā)動機新品、大修與再制造總成本萬元

2.1.3 成本分析

依據建立的成本分解結構，將裝甲裝備發(fā)動機再制造的總成本劃分為6個部分，如圖4所示?？梢钥闯?加工能耗成本、加工人工成本與材料購買成本為裝甲裝備再制造成本的主要組成部分，其中加工能耗成本與材料購買成本占66%，人工加工成本占27%，與我國正常的大型制造業(yè)相比分別增加了6%與7%，說明裝甲裝備發(fā)動機再制造成本至少存在13%的下降空間。

圖4 裝甲裝備發(fā)動機再制造總成本劃分

2.1.4 效費分析

根據式(6)可得到裝甲裝備發(fā)動機再制造、大修和新品的經濟壽命，如表3所示。

表3 裝甲裝備發(fā)動機再制造、大修和新品經濟壽命

據工廠提供的信息表明：新品使用壽命為700 h，再制造發(fā)動機使用壽命為1 000 h以上，而經過大修的發(fā)動機的使用壽命僅僅為500 h，再制造發(fā)動機使用壽命提高至大修的2倍。

將使用壽命作為裝備效能V，則裝甲裝備發(fā)動機再制造效費比ERM與大修效費比Eoh的比值εLu為

(9)

將經濟壽命作為裝備效能V，則裝甲裝備發(fā)動機再制造效費比ERM與大修效費比Eoh的比值εLe為

(10)

由式(9)、(10)可知：裝甲裝備實施再制造在可靠性和經濟性均優(yōu)于大修。一般情況下，εLu與εLe應相等或大致相等，但此處εLu-εLe=0.5，說明裝甲裝備發(fā)動機再制造經濟性存在提高空間，同時也表明再制造成本具有很大的下降空間。

將使用壽命作為裝備效能V，則裝甲裝備發(fā)動機再制造效費比ERM與新品效費比Enew的比值εLe為

(11)

由式(11)可知：裝備再制造節(jié)材、節(jié)能效果明顯，最大程度地發(fā)掘了裝備的附加值與潛能，再制造技術優(yōu)于原始制造技術，提升了發(fā)動機各方面的性能，延長了裝備的使用壽命。

2.2航空發(fā)動機零部件再制造成本分析

2.2.1 估算目標與研究邊界

某零部件作為航空發(fā)動機的核心零件之一，常處于高溫、高壓和高轉速的工作狀態(tài)，容易出現(xiàn)涂層脫落、裂紋和疲勞等故障。由于零件本身價值較高，可經過回收、拆解、清洗、檢測、再制造加工、測試及裝配使零件恢復性能[13]。因此，航空發(fā)動機零部件研究邊界為回收至裝配全過程。

2.2.2 成本分解結構

航空發(fā)動機零部件再制造成本可分為舊件獲取成本、加工成本、材料購買成本及間接成本。零部件主要來源于航空發(fā)動機大修期的拆解，只有少量的物流成本，可忽略不計。

2.2.3 成本估算方法

在零部件處理工藝中10片為一組，表4為航空發(fā)動機零部件分析成本，航空發(fā)動機零件再制造成本分析適合采用工程估算法。

表4 航空發(fā)動機零部件分析成本 萬元

2.2.4 成本分析

依據建立的成本分解結構，劃分航空發(fā)動機零部件再制造成本，如圖5所示?？梢钥闯觯翰牧腺徺I成本占85%。由于航空發(fā)動機零件的高價值、高技術特性，其材料成本相對較高，這符合再制造成本變化的規(guī)律。

圖5 航空發(fā)動機零部件再制造成本劃分

2.2.5 效費分析

零件損傷形式為熱障涂層脫落與燒蝕等，正常使用壽命只有700 h，對航空發(fā)動機零件采用粉末冶金工藝等先進再制造技術恢復零件性能后，使用壽命達到1 000 h。

將使用壽命作為裝備技能V，航空發(fā)動機零件再制造效費比ERM與新品效費比Enew的比值εAu為

(12)

由式(12)可知：航空發(fā)動機零部件再制造后經濟性優(yōu)于新品，再制造技術不僅延長了零件的壽命，并且成本僅為新品的43%。

2.3對比分析

裝甲裝備發(fā)動機與航空發(fā)動機零部件的再制造成本比例如圖6所示?？梢钥闯觯号c航空發(fā)動機零部件再制造成本相比，裝甲裝備發(fā)動機再制造成本的加工能耗成本與人工加工成本所占的比例較大，而材料成本所占比例較小。這說明裝備本身價值對各成本比例影響較大，價值高的裝備材料成本較高，價值相對低的裝備再制造加工能耗成本與人工加工成本較高。由式(11)、(12)可知：εLe>εAu，說明裝甲裝備發(fā)動機再制造技術成熟度高于航發(fā)零部件再制造。

圖6 裝甲裝備發(fā)動機與航空發(fā)動機零部件再制造成本比例對比

3 結論

筆者從全生命周期角度分析了再制造過程中成本發(fā)生的關鍵環(huán)節(jié)、核心要素和成本動因，在此基礎上分析了成本的發(fā)生動因及分解結構，選取適合的成本估算方法建立裝備再制造成本分析模型，并對模型進行了實例驗證和對比分析。

該模型建立在已開展再制造活動的基礎上，屬于再制造事后分析，難以解決新裝備再制造事前成本分析。因此，根據裝備再制造成本分布特征，從統(tǒng)計學的角度建立預測模型對再制造成本進行預測將是下一步需要研究的問題。另外，隨著軍民融合深入發(fā)展，裝備社會化保障將改變現(xiàn)有再制造模式，在新的研究邊界和成本結構下，再制造成本分析更加需要不斷優(yōu)化和精確控制。因此，建立再制造成本數據庫，借助大數據平臺研究復雜信息環(huán)境下成本預測方法是未來需要研究的問題之一。

[1] 徐濱士.裝備再制造工程[M].北京：國防工業(yè)出版社，2013：1-10.

[2] GOODALL P，GRAHAM I，HARDING J，et al.Cost estimation for remanufacture with limited and uncertain information using case based reasoning[J].Journal of remanufacturing, 2015,5(1) 13-23.

[3] TURKI S,HAJEJ Z,REZG N.Impact of the corrective maintenance cost on manufacturing/remanufacturing system performance[M].Saulcy:Springer International Publishing,2015:275-281.

[4] SRISHTI S,SURESH G.Determining cost effectiveness index of remanufacturing:a graphtheoretic approach[J].Production economics,2013，144(4):521-532.

[5] NAEEM M A,DIAS D J,TIBREWAL R,et al.Production planning optimization for manufacturing and remanufacturing system in stochastic environment[J].Journal of intelligent manufactu-ring,2013,24(4):717-728.

[6] 劉光富,劉文俠,張士彬.基于生態(tài)效益的制造商再制造競爭決策模型[J].工業(yè)工程與管理,2016,21(2)：16-21,31.

[7] 陳偉達,劉碧玉.考慮質量成本的再制造系統(tǒng)批量計劃綜合優(yōu)化[J].管理科學學報,2015,18(12):36-46.

[8] JIANG Z,ZHOU T,ZHANG H,et al.Reliability and cost optimization for remanufacturing process planning[J].Journal of cleaner production,2016,135(11):1602-1610.

[9] XU Y,SANCHEZ J F,NJUGUNA J.Remanufacturing and whole-life costing of light weight components[M].Duxford:Woodhead Publishing,2016：373-383.

[10] 計時鳴,包志炎,肖剛,等.大批量定制產品成本估算服務模型[J].中國機械工程,2012,23(6):681-687.

[11] Dhillon B.Life cycle costing:techniques,models and applications[M].London:Gordon and Breach Science Publishers,2013:43-79.

[12] 曲煒，劉漢榮.裝備全壽命費用分析[M].北京:國防工業(yè)出版社，2011：155-179.

[13] 向巧.航空發(fā)動機維修工程管理[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013：230-240.

(責任編輯: 尚菲菲)

ConstructionandApplicationofCostAnalysisModelforEquipmentRemanufacturing

SANG Fan1, ZHENG Han-dong1,2, LI En-zhong1, SHI Pei-jing1, XU Bin-shi1

(1. National Key Laboratory for Remanufacturing, Academy of Armored Force Engineering, Beijing100072, China2. School of Management, Hefei University of Technology, Hefei230009, China)

Aiming at the lack of complete analysis model of equipment remanufacturing cost analysis, a model of remanufacturing cost analysis is established based on the whole life cycle theory of equipment, Firstly, the research boundary and estimated target equipment remanufacturing cost analysis model are clarified, then the structure and the estimation method of equipment remanufacturing cost decomposition are analyzed, and the model framework of equipment remanufacturing cost analysis is given. Finally, the model is proved to be feasible through a case of remanufacturing of armored engine and aero-engine parts, and its economic life and efficiency relationship are analyzed.

equipment remanufacturing; cost analysis model; whole life cycle

1672-1497(2017)04-0111-05

2017-05-21

國家質檢公益性行業(yè)專項基金資助項目(201510202)；中國科協(xié)“高端科技創(chuàng)新智庫青年項目”(DXB-ZKQN-2016-015)

桑 凡(1992-)，男，碩士研究生。

TH16

：ADOI：10.3969/j.issn.1672-1497.2017.04.021