隨著軍事需求發(fā)展、科技進(jìn)步,裝備技術(shù)性能快速提升,其壽命周期費(fèi)用也急劇增長(zhǎng),令有限裝備經(jīng)費(fèi)難以承受。在裝備技術(shù)性能快速提升的情況下,迫切需要以費(fèi)用指標(biāo)為約束和輸入,持續(xù)開展按費(fèi)用設(shè)計(jì),有效控制裝備壽命周期費(fèi)用。為在裝備研制中持續(xù)開展按費(fèi)用設(shè)計(jì),本文對(duì)按費(fèi)用設(shè)計(jì)的內(nèi)涵、美軍裝備按費(fèi)用設(shè)計(jì)流程、按費(fèi)用設(shè)計(jì)的裝備費(fèi)用管理體系框架、按費(fèi)用設(shè)計(jì)的裝備費(fèi)用管理方法與技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
裝備按費(fèi)用設(shè)計(jì),是指以壽命周期費(fèi)用指標(biāo)(包括研制費(fèi)、訂購(gòu)價(jià)格、使用保障費(fèi)用指標(biāo))為約束和輸入,在裝備研制過(guò)程中開展效能-費(fèi)用綜合權(quán)衡、成本設(shè)計(jì)與控制的活動(dòng),包括為裝備系統(tǒng)及其各層級(jí)產(chǎn)品設(shè)備設(shè)定研制費(fèi)、訂購(gòu)價(jià)格及維修價(jià)格指標(biāo),以及為實(shí)現(xiàn)這些指標(biāo)而開展的費(fèi)用估算分析、費(fèi)用指標(biāo)分配、效能-費(fèi)用綜合權(quán)衡優(yōu)化、成本設(shè)計(jì)與控制。
按費(fèi)用設(shè)計(jì)反映了成本設(shè)計(jì)中最重要的兩個(gè)需求:(1)將費(fèi)用作為輸入而不是輸出,過(guò)去基于“性能滿足或超過(guò)需求”的設(shè)計(jì)使費(fèi)用成為設(shè)計(jì)的結(jié)果而不是設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)因素,而按費(fèi)用設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)費(fèi)用本身也是項(xiàng)目需求和目標(biāo)的重要組成部分;(2)強(qiáng)化費(fèi)用和性能之間的權(quán)衡,過(guò)去“性能需求是剛性的”,不可能因?yàn)橘M(fèi)用而進(jìn)行折衷,而按費(fèi)用設(shè)計(jì)認(rèn)為費(fèi)用與性能有同等的權(quán)重,應(yīng)考慮費(fèi)用指標(biāo)的約束、效費(fèi)比等因素,通過(guò)綜合權(quán)衡優(yōu)化裝備性能指標(biāo)及其設(shè)計(jì)方案。
美軍為有效控制裝備壽命周期費(fèi)用,相繼提出了定費(fèi)用設(shè)計(jì)(Design to Cost)、費(fèi)用作為獨(dú)立變量(Cost as Independent Variable)等方法。美軍在裝備采辦過(guò)程中,特別強(qiáng)調(diào)在研制生產(chǎn)過(guò)程中,尤其是研制早期對(duì)裝備成本的設(shè)計(jì)與控制[1]。具體來(lái)說(shuō)就是,根據(jù)系統(tǒng)工程原理,把壽命周期費(fèi)用的相關(guān)理論和技術(shù)協(xié)調(diào)、均衡地綜合到武器裝備的研制生產(chǎn)過(guò)程中;通過(guò)應(yīng)用按費(fèi)用設(shè)計(jì)思想,在研制生產(chǎn)過(guò)程中建立由目標(biāo)成本設(shè)定、目標(biāo)成本分解、成本過(guò)程控制、成本事后評(píng)價(jià)構(gòu)成的經(jīng)濟(jì)性迭代循環(huán),逐步將軍方的成本要求轉(zhuǎn)化為研制要求、工程技術(shù)方案和相應(yīng)的研制技術(shù)文件,作為各節(jié)點(diǎn)評(píng)估的重要指標(biāo)并納入相應(yīng)的考核體系,促使研制單位開展成本、性能、進(jìn)度三者的綜合權(quán)衡,尋求和使用有助于達(dá)到目標(biāo)成本的方法和措施,如圖1所示。
圖1 美軍裝備按費(fèi)用設(shè)計(jì)基本過(guò)程
(1)輸入。首次輸入主要是美國(guó)軍方總體的經(jīng)濟(jì)性要求,包括研制生產(chǎn)成本、使用保障費(fèi)用要求;后期的輸入則主要是上一輪迭代細(xì)化的輸出要求,如成本分解目標(biāo)和控制目標(biāo)。
(2)要求分析。即通過(guò)分析明確以多少成本代價(jià)來(lái)實(shí)現(xiàn)裝備的功能/性能要求。需要注意的是,美軍成本要求的確定不再取決于裝備的功能/性能要求,而是通過(guò)成本與功能/性能之間的權(quán)衡與協(xié)調(diào)獲得,最終的成本指標(biāo)是與戰(zhàn)技指標(biāo)相協(xié)調(diào)的、具有挑戰(zhàn)性且可實(shí)現(xiàn)的。軍方與研制單位共同協(xié)調(diào)應(yīng)用綜合權(quán)衡方法技術(shù),進(jìn)行成本估算,通過(guò)不斷地權(quán)衡與迭代,獲得雙方滿意的技術(shù)與成本優(yōu)化方案。
(3)要求分配。在確立系統(tǒng)級(jí)目標(biāo)成本的基礎(chǔ)上,美軍會(huì)統(tǒng)籌考慮技術(shù)與成本的關(guān)系,完成目標(biāo)成本向裝備各系統(tǒng)、分系統(tǒng)、配套設(shè)備的細(xì)化分解,分解的層次以能夠根據(jù)分配的具體費(fèi)用、性能要求開展硬件和軟件項(xiàng)目的成本設(shè)計(jì)控制為準(zhǔn)則。目標(biāo)成本分解是落實(shí)目標(biāo)成本設(shè)計(jì)與管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié),分解不是目的,而是為了目標(biāo)成本的科學(xué)管理、設(shè)計(jì)與控制。
(4)系統(tǒng)綜合。系統(tǒng)綜合是將功能分析中形成的功能體系結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為物理體系結(jié)構(gòu)的創(chuàng)造性過(guò)程。美軍的系統(tǒng)綜合環(huán)節(jié)不再是等功能/性能實(shí)現(xiàn)之后再考慮成本要求的“序貫過(guò)程”。為了確保實(shí)現(xiàn)規(guī)定的目標(biāo)成本,美軍在系統(tǒng)綜合中將成本、性能分解指標(biāo)體系一起作為輸入,積極尋求降低產(chǎn)品成本的途徑與方法,通過(guò)成本性能之間不斷地權(quán)衡分析,一起對(duì)研制生產(chǎn)施加影響,從而實(shí)現(xiàn)成本、性能的總體最優(yōu)。為此,美軍針對(duì)研制生產(chǎn)不同階段的特點(diǎn),開發(fā)了許多針對(duì)性的性能、成本權(quán)衡方法,如技術(shù)開發(fā)階段的費(fèi)效分析方法及關(guān)鍵技術(shù)識(shí)別、評(píng)價(jià)和選擇方法,工程研制階段的價(jià)值工程和掙值管理方法,都取得了非常好的效果。
(5)驗(yàn)證循環(huán)。即評(píng)估驗(yàn)證所研制的物理體系結(jié)構(gòu)是否在可接受的風(fēng)險(xiǎn)水平內(nèi)滿足規(guī)定的性能、成本要求。美軍根據(jù)裝備成本設(shè)計(jì)與控制工作的要求,定期收集數(shù)據(jù),進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析與評(píng)價(jià),確定成本估算、分解、過(guò)程控制等經(jīng)濟(jì)性活動(dòng)是否有效,有哪些可以改進(jìn)的地方等。通過(guò)分析評(píng)價(jià),找出成敗的原因,總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),并通過(guò)及時(shí)有效的信息反饋為下一輪迭代循環(huán)提出建議。
隨著裝備研制生產(chǎn)的進(jìn)展和深入,按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分解層次,美軍按費(fèi)用設(shè)計(jì)從系統(tǒng)層向零部件層逐漸深入,綜合分析的程度也不斷細(xì)化,并通過(guò)反復(fù)迭代,不斷修正研制生產(chǎn)結(jié)果,使其更加完善、具體地滿足成本、性能要求。
當(dāng)前,國(guó)內(nèi)對(duì)按費(fèi)用設(shè)計(jì)的研究,主要局限于對(duì)美軍裝備按費(fèi)用設(shè)計(jì)的理念、流程,以及在裝備層級(jí)方面的效能-費(fèi)用綜合權(quán)衡、方案優(yōu)化方面,沒有深入研究如何通過(guò)系統(tǒng)、分系統(tǒng)、設(shè)備組件、零部件多層級(jí)的費(fèi)用指標(biāo)預(yù)計(jì)與分配、效能-費(fèi)用綜合權(quán)衡、方案優(yōu)化設(shè)計(jì)、成本設(shè)計(jì)與控制等方面落實(shí)按費(fèi)用設(shè)計(jì)的要求,沒有形成一套全系統(tǒng)、多層級(jí)的按費(fèi)用設(shè)計(jì)的方法與技術(shù)。
裝備按費(fèi)用設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,為有效落實(shí)裝備費(fèi)用設(shè)計(jì)及指標(biāo)要求,需將按費(fèi)用設(shè)計(jì)理念貫穿于裝備全系統(tǒng)、全研制周期。
一是通過(guò)裝備壽命周期費(fèi)用的估算分析,以及裝備系統(tǒng)效能、研制進(jìn)度的綜合權(quán)衡、總體方案優(yōu)化,提出裝備及主要系統(tǒng)研制費(fèi)用指標(biāo)、訂購(gòu)目標(biāo)價(jià)格、使用保障費(fèi)用指標(biāo)。
二是隨著研制進(jìn)展,通過(guò)裝備整機(jī)級(jí)、分系統(tǒng)級(jí)、設(shè)備組件級(jí)、零部件級(jí)的費(fèi)用預(yù)計(jì)與分配,在相應(yīng)層級(jí)上開展效能-費(fèi)用綜合權(quán)衡、方案優(yōu)化設(shè)計(jì),將研制費(fèi)用指標(biāo)、訂購(gòu)目標(biāo)價(jià)格、使用保障費(fèi)用指標(biāo)分解至分系統(tǒng)級(jí)、設(shè)備組件級(jí)、零部件級(jí),形成各層級(jí)的費(fèi)用指標(biāo)體系。
三是采用關(guān)鍵技術(shù)識(shí)別、評(píng)價(jià)和選擇,效能-費(fèi)用綜合權(quán)衡,價(jià)值工程,成本進(jìn)度綜合管理等方法,在各層級(jí)上開展按費(fèi)用設(shè)計(jì),盡最大可能實(shí)現(xiàn)費(fèi)用指標(biāo)要求。
四是反饋、調(diào)整、迭代優(yōu)化。在裝備各層級(jí)上,將按費(fèi)用設(shè)計(jì)結(jié)果與費(fèi)用指標(biāo)進(jìn)行比較,分析差異,并將按費(fèi)用設(shè)計(jì)結(jié)果及與指標(biāo)的差異逐級(jí)向上反饋集成,從而逐步得到零部件級(jí)、設(shè)備組件級(jí)、分系統(tǒng)級(jí)、整機(jī)級(jí)的按費(fèi)用設(shè)計(jì)情況及與費(fèi)用指標(biāo)的差異。根據(jù)按費(fèi)用設(shè)計(jì)結(jié)果,持續(xù)開展效能-費(fèi)用綜合權(quán)衡,優(yōu)化方案,適應(yīng)性調(diào)整費(fèi)用指標(biāo),持續(xù)開展按費(fèi)用設(shè)計(jì)。
五是通過(guò)在研制階段的持續(xù)按費(fèi)用設(shè)計(jì),最終形成了裝備整機(jī)級(jí)、分系統(tǒng)級(jí)、設(shè)備組件級(jí)、零部件級(jí)的按費(fèi)用設(shè)計(jì)結(jié)果,并與按費(fèi)用設(shè)計(jì)指標(biāo)相比較,分析差異,總結(jié)經(jīng)驗(yàn),以用于后續(xù)項(xiàng)目的按費(fèi)用設(shè)計(jì)。
在以上的裝備按費(fèi)用設(shè)計(jì)流程和環(huán)節(jié)中,需要在整機(jī)級(jí)、分系統(tǒng)級(jí)、設(shè)備組件級(jí)、零部件級(jí)持續(xù)迭代開展壽命周期費(fèi)用指標(biāo)體系構(gòu)建、效能評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建、費(fèi)用估算分析、費(fèi)用指標(biāo)分配、效能評(píng)估、效能指標(biāo)分解、效能-費(fèi)用綜合權(quán)衡、成本設(shè)計(jì)與控制等,并需要圍繞以上工作內(nèi)容做好按費(fèi)用設(shè)計(jì)信息流的傳輸推送,提供按費(fèi)用設(shè)計(jì)軟件工具,建立數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)[2]。
基于以上內(nèi)容,本文構(gòu)建裝備按費(fèi)用設(shè)計(jì)方法與技術(shù)體系框架,具體如圖2、圖3所示。
圖2 裝備按費(fèi)用設(shè)計(jì)信息流傳輸示意圖
裝備按費(fèi)用設(shè)計(jì)是一項(xiàng)多層級(jí)、多維態(tài)、多專業(yè)綜合的系統(tǒng)工程,為開展按費(fèi)用設(shè)計(jì)需采用多樣化的方法與技術(shù),主要包括費(fèi)用指標(biāo)體系構(gòu)建方法、效能/性能評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建方法、費(fèi)用估算模型及方法、費(fèi)用指標(biāo)分配方法、多層級(jí)效能/性能評(píng)估方法、效能-費(fèi)用綜合權(quán)衡優(yōu)化方法、按費(fèi)用設(shè)計(jì)信息流傳遞技術(shù)、壽命周期費(fèi)用管理控制程序與方法、按費(fèi)用設(shè)計(jì)支持軟件及綜合數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等。
為在不同階段、全面系統(tǒng)地開展按費(fèi)用設(shè)計(jì),需按照裝備系統(tǒng)構(gòu)成、全壽命周期費(fèi)用構(gòu)成、研制階段,構(gòu)建三維的裝備壽命周期費(fèi)用指標(biāo)體系,包括研制費(fèi)指標(biāo)體系、訂購(gòu)目標(biāo)價(jià)格指標(biāo)體系、維修價(jià)格指標(biāo)體系,需將裝備頂層的研制費(fèi)指標(biāo)按項(xiàng)目工作分解結(jié)構(gòu)、研制進(jìn)度計(jì)劃、研制任務(wù)分工等分解到各層級(jí)的研制任務(wù)、研制單位、研制年度,將訂購(gòu)總目標(biāo)價(jià)格、總維修價(jià)格指標(biāo)按產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)逐層分解至各個(gè)產(chǎn)品單元。
對(duì)于裝備系統(tǒng)、分系統(tǒng),主要以系統(tǒng)效能評(píng)估其完成任務(wù)的能力;對(duì)于設(shè)備組件、零部件層級(jí),主要以性能評(píng)估其滿足系統(tǒng)、分系統(tǒng)要求的程度;裝備類別、型號(hào)、層級(jí)不同,效能/性能評(píng)估的指標(biāo)體系也不同。對(duì)于一個(gè)具體裝備的型號(hào),應(yīng)根據(jù)裝備技術(shù)性能及作戰(zhàn)使用特點(diǎn),構(gòu)建起裝備系統(tǒng)級(jí)、分系統(tǒng)級(jí)系統(tǒng)效能評(píng)估指標(biāo)體系,關(guān)鍵設(shè)備組件、零部件的功能/性能評(píng)估指標(biāo)體系,要求指標(biāo)體系中最底層指標(biāo)可量化、有數(shù)據(jù)來(lái)源。
準(zhǔn)確、客觀的裝備壽命周期費(fèi)用估算方法是裝備按費(fèi)用設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。裝備壽命周期費(fèi)用估算方法包括研制費(fèi)用估算方法、訂購(gòu)價(jià)格估算方法、維修價(jià)格估算方法[3]。為做好裝備多層級(jí)、多維度的費(fèi)用估算分析,一是應(yīng)研究提出基于項(xiàng)目工作分解結(jié)構(gòu)的研制費(fèi)用估算方法,通過(guò)研制費(fèi)用估算,能夠獲取到不同層級(jí)、不同研制任務(wù)的具體研制費(fèi)用需求;二是應(yīng)研究提出基于產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)的訂購(gòu)價(jià)格、維修價(jià)格估算方法,可估算得到各級(jí)產(chǎn)品的訂購(gòu)價(jià)格、維修價(jià)格。
國(guó)內(nèi)在裝備可靠性、維修性、保障性等特性設(shè)計(jì)方面構(gòu)建了比較完善、標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)計(jì)、分配準(zhǔn)則與方法,但在費(fèi)用設(shè)計(jì)方面一直缺乏指標(biāo)分配的準(zhǔn)則與方法。為實(shí)施裝備按費(fèi)用設(shè)計(jì),將裝備研制費(fèi)逐層分解到具體研制任務(wù)、研制單位、研制年度,將訂購(gòu)價(jià)格、維修價(jià)格分解到各級(jí)產(chǎn)品單元,是一項(xiàng)必要的持續(xù)工作。為此必須提出費(fèi)用指標(biāo)分配方法,提出裝備系統(tǒng)整機(jī)級(jí)費(fèi)用指標(biāo)向分系統(tǒng)級(jí)、成品/部件級(jí)、零件級(jí)逐層分解細(xì)化的方法。
針對(duì)裝備系統(tǒng)、分系統(tǒng)的效能評(píng)估指標(biāo)體系及設(shè)備組件、零部件的功能/性能評(píng)估指標(biāo)體系,主要研究系統(tǒng)效能評(píng)估指標(biāo)體系中底層指標(biāo)的計(jì)算分析方法、各層級(jí)指標(biāo)權(quán)重確定方法、基于各評(píng)估指標(biāo)的系統(tǒng)效能綜合評(píng)估方法。
當(dāng)前國(guó)內(nèi)對(duì)效能-費(fèi)用綜合權(quán)衡優(yōu)化的研究經(jīng)常局限于裝備系統(tǒng)、分系統(tǒng)層級(jí),對(duì)于設(shè)備組件、零部件級(jí)很少涉及。按費(fèi)用設(shè)計(jì)是一項(xiàng)全系統(tǒng)、全方位、多層級(jí)持續(xù)的效能-費(fèi)用綜合權(quán)衡、優(yōu)化設(shè)計(jì)工程。為此,一是需對(duì)效費(fèi)比指標(biāo)構(gòu)建、綜合決策準(zhǔn)則及權(quán)衡模型建立等方法技術(shù)進(jìn)行研究,結(jié)合裝備研制程序,提出裝備系統(tǒng)級(jí)、整機(jī)級(jí)、成品設(shè)備級(jí)、組件部件級(jí)效能-費(fèi)用綜合權(quán)衡的程序和方法;二是應(yīng)研究如何應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)辨識(shí)、評(píng)價(jià)和選擇方法,價(jià)值工程方法等優(yōu)化系統(tǒng)級(jí)、整機(jī)級(jí)、成品設(shè)備級(jí)、組件部件級(jí)設(shè)計(jì)方案,以實(shí)現(xiàn)按費(fèi)用設(shè)計(jì)要求。
圖3 裝備按費(fèi)用設(shè)計(jì)方法與技術(shù)體系
數(shù)據(jù)信息的有效傳遞是實(shí)現(xiàn)按費(fèi)用設(shè)計(jì)的重要條件?,F(xiàn)代化裝備的按費(fèi)用設(shè)計(jì)是總體設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、氣動(dòng)外形、隱身、機(jī)械、電子、軟件、技術(shù)經(jīng)濟(jì)、成本分析等多學(xué)科、多專業(yè)綜合的系統(tǒng)工程。為此,一是需分析按費(fèi)用設(shè)計(jì)指標(biāo)從頂層向下分解和從底層向上集成的信息數(shù)據(jù)需求,以及在各級(jí)開展按費(fèi)用設(shè)計(jì)相關(guān)學(xué)科專業(yè)的信息數(shù)據(jù)需求;二是研究規(guī)范裝備系統(tǒng)整機(jī)級(jí)、分系統(tǒng)級(jí)、成品/部件級(jí)、零件級(jí)等各級(jí)向上、向下傳遞,以及同層級(jí)各學(xué)科專業(yè)相互傳遞的數(shù)據(jù)信息結(jié)構(gòu)、類目、內(nèi)容及格式要求等;三是研究形成不同層級(jí)、不同學(xué)科專業(yè)、不同時(shí)機(jī)的數(shù)據(jù)信息傳輸方法。
根據(jù)裝備壽命周期階段劃分及裝備研制管理需求,研究裝備系統(tǒng)壽命周期各階段費(fèi)用管控目標(biāo)及壽命周期費(fèi)用估算分析、設(shè)計(jì)與控制的重點(diǎn)內(nèi)容;構(gòu)建裝備系統(tǒng)壽命周期費(fèi)用管控程序及技術(shù)要求;研究裝備系統(tǒng)研制經(jīng)費(fèi)過(guò)程控制、目標(biāo)成本管理等壽命周期費(fèi)用管控方法。
手段、工具和數(shù)據(jù)是有效開展裝備按費(fèi)用設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)。需開發(fā)裝備系統(tǒng)按費(fèi)用設(shè)計(jì)支持軟件系統(tǒng),具有壽命周期費(fèi)用、效能指標(biāo)體系構(gòu)建,費(fèi)用估算、效能指標(biāo)計(jì)算與綜合評(píng)估,效費(fèi)指標(biāo)確定、分解、權(quán)衡,按費(fèi)用設(shè)計(jì)信息流傳輸?shù)裙δ?,為裝備系統(tǒng)按費(fèi)用設(shè)計(jì)提供手段、工具;基于按費(fèi)用設(shè)計(jì)及效能-費(fèi)用綜合權(quán)衡的信息數(shù)據(jù)需求,構(gòu)建裝備系統(tǒng)綜合數(shù)據(jù)庫(kù),收集典型裝備系統(tǒng)的費(fèi)用與效能指標(biāo)數(shù)據(jù)資料,為按費(fèi)用設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
本文根據(jù)裝備系統(tǒng)構(gòu)成、裝備研制需求及成本設(shè)計(jì)與控制內(nèi)容特點(diǎn),研究提出了按費(fèi)用設(shè)計(jì)的概念及內(nèi)涵、裝備按費(fèi)用設(shè)計(jì)體系框架及對(duì)方法技術(shù)的需求,后續(xù)應(yīng)通過(guò)專題研究,突破各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),集成為裝備系統(tǒng)按費(fèi)用設(shè)計(jì)方法與技術(shù)體系,為裝備壽命周期費(fèi)用設(shè)計(jì)與控制提供快捷有效的工具。