LCC技术研究进展及其在船舶工程中的应用

中国设备管理协会设备寿命周期費用委员会第九次学术会议LCC技术研究进展及其在船舶工程中的应用胡维国殷胜孙国亮(中国卫星海上测控部，江苏江阴214431)摘要：寿命周期费用的预测对于产品的设计、改进和优化，实现最佳的费效比具有重要意义。在分析LCC技术的研究进展的基础上阐述LCC常用的建模预测方法，探讨了 LCC技术在船舶工程中的应用。关键词：寿命周期费用；建模方法；船舶工程LCC (Life Cycle Cost)为寿命周期费用，是指装备在其预期的寿命周期内，为其论证、 研制、生产、使用与保障以及报废处理所支付的费用之和1。随着高新技术的发展及其在军事 中的不断应用，现代武器装备的研制和维护费用也在节节攀升，如何合理控制费用支出、实现 效益最大化是一个亟待解決的课题。而LCC技术的分析预测结果可用于对装备设计、使用和 维修保障等方面可供选择的方案进行评价，从而寻找最佳能效方案，特别是对大型装备有极其 广泛的应用空间和前景，因此对LCC技术进行研究具有十分重要的意义。1 LCC技术国内外研究进展美国军方于20世紀60年代中后期提出了 LCC的概念，主要应用于美军重要军用器材系 统的采购中. 20世紀70年代之后，LCC理论逐渐形成并幵始广泛应用，美国政府和军队部门 为此颁布了一系列文件，使有关规定和方法更加具体化。到20世紀80年代中后期，LCC的 方法和有关规定经过不断修改和完善。20世紀80年代以后，寿命周期费用方法已经在国际上 得到公认，标志就是国际电委员会（IEC)在1987年11月颁布了寿命周期费用评价一概 念、程序及应用标准草稿2。1996年9月，IEC颁布了寿命周期费用评价标准，并成为 ISO9000质量管理和质量保障标准的重要内容t3。1999年6月美国总统克林顿签署政府命令， 要求各州所需的装备及工程项目必须具有LCC报告，若没有LCC估算、评价，一律不准签约， 其目的是为了減少政府费用及能源和水资源消耗。美国在这一方面的理论研究和实践成果己取 得巨大的经济效益，他们的实际经验值得世界各国学习。英国在20世紀70年代后期倡导的设备工程学，以追求设备寿命周期费用最经济为目标； 日本设备工程师协会成立了寿命周期费用委员会，主要研究和推动寿命周期费用的方法，从 80年代开始，在各个行业取得了巨大的成效；欧洲的LCC技术已经走向了国际合作的道路， 成立了咨询公司，如由挪威、英国、法国等65家知名企业参加的LCC联合业项目（JIP)， 就是专门研究LCC维护本组织成员利益，并提供咨询培训等服务44。我国LCC工作虽然起步较晚，但也取得了一定成效。1987年，中国设备管理会引进了该 项技木，成立了设备LCC委员会。我国在1992年2月颁发了装备费用一效能分析国家军 用标准，其中费用指的就是寿命周期费用随着技术的推广，LCC的理念逐渐深入人心，越 来越受重视。国内许多学者对此进行了理论研究和实践推广，海军工程大学金家善和吴奕亮教 授发表了大量学术论文，广泛论述了 LCC技术的应用要点及其预测和评价技术8 武汉大学LCC技术研究进展及其在船舶工程中的应用 93 沈元浩教授成功地将LCC技术应用于大连港务局港口机械设备，取得了巨大的经济效益12 LCC建模预测方法LCC理论研究主要是对新的费用模型和预测算法进行研究。一般而言，寿命周期费用预 测有以下几个步骤，如图1所示11。图1 LCC预测流程图在LCC建模预测中，比较通用的分析方法有工程法、类比法和参数法1121。每种方法对应 不同的模型具有不同程度的可用度，在同一装备模型中可以单独或者交叉使用。(1) 工程法。工程法是将寿命周期中的各阶段所需费用细分后进行估算的方法，费用树 形图是一种重要的分析手段。其模型可表示为：C=Ci+C2+C3+C4其中：C为寿命周期费用，Q为购置费，（:2为使用维修费用，（:3为后果费用，c4为退役处置 费。各阶段的单元费用还可继续分成子费用单元，形成产品一个完整的费用分解结构图，从而 得出总的估算值。(2) 类比法。类比法是参考相似设备的已知费用信息和其他数据资料，估算产品寿命周 期费用的方法。运用类比法时要考虑到相似产品之间参数的异同和不同时间、不同条件或其他 因素下所造成的差別。其模型可表示为：C = C-nx -n2n其中：C为寿命周期费用，C为相似产品寿命周期费用，为相关系数，在系数选取上要详 细分析到前面提到的各种因素。(3) 参数法。参数法是把寿命周期费用同各个因素联系起来，如体积、重量、性能参数、 零部件数量等，根据费用影响参数的数量及与费用的统计关系选择回归模型的形式，运用回归 分析法建立参数费用估算关系式，称为参数法。单影响因素的选择一元线性方程，多影响因素 的选择多元线性方程。LCC预测算法主要有趋势外推预测法、回归预测法、灰色系统预测法和神经网络预测法, 其中神经网络预测方法是近年兴起的预测方法，这种方法能够将一些非线性或毫无规律可循的 数据有效地实现对这类问题的预測，不少文献15己经报道了 BP神经网络预测在工程上的应 用实例。神经网络预测法是LCC预测方法的未来发展趋势之一。3 LCC技术在船舶工程中的应用LCC技术的应用伴随着LCC理论研究的发展而逐步展开的。在早期，由于对LCC技术 的认识和研究有限，使其应用范围受限制。人们通过在一些领域里的应用实践，收到了一定的 经济效益，并且有了基本的应用标准和方法。随着LCC技术的应用得到推广，其应用领域几 乎扩展到了经济生活的方方面面，取得了比较好的经济效益。船舶工程是典型的系统工程，本 文结合个人工作经验从以下四个方面来讨论LCC技术在船舶工程中的应用。(1) 设备选型。船舶设备构成复杂，涉及诸多门类，数量庞大。对于一些重点部位的设 备来说，进行LCC分析是一种很有效的定量分析方法，可应用于全寿命周期任一阶段各类需 要权衡的问题，它对准确分析设备的LCC具有重要作用。船舶设备选型需要考虑的经济因素 很多，在实际工作中需要从中重点选择影响船舶设备经济性的主要因素进行分析论证，设备选 型时需要重点考虑的因素主要有：初期投资、对设备的适应性、工作效率和维护修理费用等。 设备选型时不能简单寻求价格便宜而忽视了其他如维修、备件、能耗和管理的相关费用。船舶装备设计可分为方案设计、初步设计和详细设计三个阶段，前两个阶段完成后，船舶 装备研制采用的技木、系統、结构、设备参数就基本确定了。可以通过建立船舶装备总体设计 指标体系，提出基于效费比的优化设计模型，为有效提高经费的使用效益创造条件。同时对现 有估算软件进行优化，不断探索新的算法思路。(2) 定额定员。船员的定额定员是船舶全寿命周期费用的重要组成部分，在船舶设计时 应充分考虑。船员费用主要包括船员的资、各种津贴补助和福利开支等，船舶的定员是指确 定满足船舶正常使用和作战的船员编制的过程。在船舶的设计研制阶段，必须合理地设置船员 数量和组成，控制船员的全寿命周期费用并实现最佳效费比。影响船员的费用的主要因素有船员数量、船员编制和折现率等。船舶定额定员工作的重点 是将船舶各个工作岗位进行合理的分配，如何划分工作岗位和部门组成是重点。不同类别的船 舶对于区域划分各有不同的方法，其基本原则就是要实现船员费用最小化、船员数量最少化、 船员配备最优化。吕建伟16在对船员费用和定员设计进行定义的基础上，对影响船员费用的 因素进行了分析，给出了大型舰船定员设计的部分措施以及实施方案建议，对效果进行了初歩 预计，这一设计理念开拓了现有的设计思路。(3) 船舶维修。为了保证船舶在使用期内能够保持良好的技术状态，需要对船舶进行定 期维护和修理，船舶的维修种类主要有小修、中修和航修。由于船舶的日常修理工程繁杂，特 别是对柴油机、空气压缩机、船用泵、电机等重点部位的维护保养，往往耗费巨大的经济利益。 而最高修理级别的中修，所需费用高、时间长，如何搞好维修规划，提高费用效益是船舶使用 方一直关心的问题。为了提高工作效率，近年来普遍采用先进的船舶维修艺和维修方法，实 现方法主要有：采用高压水喷砂清洗船体和除锈；采用分段、分片预制法进行船体换板；在电 机及其他电器设备的清洗上采用不同的药剂，清洗效率大大提高；对大型机件采用就地修理的 方法，缩短工作时间等等。这些措施能够有效提高修理速度，同时在制定修理计划时需要对时 间节点充分把握，做到心中有数，胸有成竹。国内不少学者对船舶日常修理进行了优化研究，杜军岗17等人对某大型舰船中修换件修 理进行了研究，从费用和效益两方面出发，提出了计算方法和效益评估模型，计算结果得到了 良好的效果，所得结论对船舶中修具有较普遍的意义。海军工程大学欧阳光耀教授18建立了 柴油机的可靠性计算模型，针对常见问题利用流体力学软件进行了模拟，提出了解决方法，实 船运行验证了方法的有效性。袁伟19等人对船用空气压缩机进行了优化设计，以空气压缩机 功率损失最小为目标，最终得到了具有最小功率损失的空气压缩机部分机构参数，对空压机保 养具有指导意义。(4) 备件管理。船舶备件是船舶设备正常运行的重要保证，而备件费用约占船舶修理费 用的五分之一，备件管理直接影响船舶安全航行、修理成本等，是船舶的重要基础管理环节之 一。船舶执行任务途中需要尽可能携带满足实际需要的各类备件，但随着装备复杂程度的不断 提高，备件的品种和数量越来越多，因此科学制定备件保障计划是十分必要的。影响船舶备件管理的因素主要有三点：船舶可靠性要求、维修能力的限制和时间空间的限 制。以往确定备件种类和数量常靠经验判断，现在可以通过计算方法的方式来计算，根据数据 库建摸，最终达到预期指标。周平2)等人从系统可靠性出发，综合考虑经费、装载重量和装 载空间等约束条件，建立了备件携帯量的神经网络模型，给出了一般模型的求解方法，给出了 应用实例，为随行备品备件的最优配置策略提供了新的决策方法。4结语将LCC技术应用于船舶工程之中具有巨大的经济效益，就目前的研究基础而言，我国在 这一方面与国外先进理论和技术还有较大差距。因此，我们应尽快树立先进的管理理念、发布 相应技术标准、不断完善制度文件、深化研究模型预测方法，找到真正高效的LCC管理措施， 确保效费比最优化。参考文献1 张恒喜.现代飞机效费分析M.北京：航空业出版社，2001.2 张连超.美军高技术项目的管理M.北京：国防业出版社，1997.3 余汉评.装备实用技术经济分析M.北京：兵器工业出版社，2000.4 赵全仁.武器装备论证导论M.北京：兵器工业出版社，1998.5 果增明.装备经济M.北京：解放军出版社，2001.6 胡磊.LCC管理在工程项目成本控制中的应用J.机电信息，2009, (21): 30-32.7 GJBZ20517-98,武器装备寿命周期费用估算S.北京：中国人民解放军总装备部，1998.8 罗云，张迈俊，吴奕亮.设备寿命周期方法及其应用M.青岛：海洋出版社，1992.9 吴奕亮，金家善，罗云.寿命周期费用技术及其应用要点J.上海电力，2004, (4): 273-279.10 何毅斌.基于寿命周期费用理论的决策支持系统研究及软件设计D.武汉：武汉理工大学，2004.11 王树鹏.设备寿命周期费用研究及应用D.南京：南京航空航天大学，2007.12 金家善，史秀建，吴奕亮.LCC技术应用中的问题分析及建议fl.上海电力，2004, (4): 280-283.13 沈红，胡玉兰，李雪梅.改进遗传算法优化的神经网络在智能故障诊断中的应用J】.机械设计与制造， 2009，3(3)： 97-99.14 王爽，张鹰，吕瑞霞.BP神经网络的算法改进及应用J.电脑知识与技木，2009, 5(4)： 933-935.15 何萌.基于小波神经网络的装备寿命周期费用估算方法J.空军工程大学学报（自然科学版)，2007, 8(6)： 52-54.16 吕建伟，余鹏，熊先巍.通过定员设计控制大型舰船全寿命周期费用J.舰船科学技木，2010, 32(1): 93-98.1