（车辆工程专业论文）基于全生命周期理论的两种公交车成本差异分析.pdf

摘要 汽车产品对环境的影响和能源的压力已成为汽车工业可持续发展的制约因素，而混 合动力汽车目前己成为电动汽车中最具产业化和市场化前景的产品。 为了正确评价混合动力汽车，本文将全生命周期成本理论和生命周期评价理论应用 于汽车领域，建立了涵盖包括社会成本在内的汽车全生命周期成本模型。并通过选取某 柴油动力公交车和在此基础上改装的混合动力公交车，提出了汽车全生命周期成本差异 比较模型。由于将汽车全生命周期成本中的社会成本进行全面而正确的计算非常复杂， 目前国内外相关研究尚不成熟。本文采用定性与定量分析相结合的方法，针对汽车燃油 生产和运输过程的污染以及汽车使用阶段污染物排放，采用美国阿贡国家实验室的 g r e e t 软件进行计算；其他成本项则通过深入汽车运营、生产制造、设计部门等的实 际调研数据进行估算。通过估算可知，目前即使包括社会成本的混合动力公交车全生命 周期成本仍较高，主要在于研发成本和加工制造成本较高，而混合动力公交车的成本优 势主要在于燃油消耗成本和社会成本。根据其主要原因，对影响混合动力公交车全生命 周期成本的主要因素进行了单因素敏感性分析。通过分析可以得知，燃油价格和燃油效 率是影响混合动力公交车发展前景的主要因素，其他因素的影响较小。由此，本文提出 了发展混合动力汽车的基本思路和建议。 本文估算汽车的全生命周期成本差异的方法，思路清晰，理论联系实际，对汽车全 生命周期成本差异的实证研究有助于新产品开发的成本研究，对汽车产品社会成本的估 算方法具有一定的理论参考价值和实际借鉴作用。 关键词：生命周期；评价；全生命周期成本：社会成本；敏感性分析 a b s t r a c t w i t ht h eg r o w t ho fv e h i c l ei n v e n t o r y t w of a c t o r s ，t h ee n v i r o n m e n t a li m p a c tf r o m a u t o m o t i v ep r o d u c t sa n dt h ee n e r g yp r e s s u r e ，h a v ec o n s t r a i n e dt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t o ft h ea u t oi n d u s t r y h o w e v e r , a m o n gv a r i o u st y p e so fe l e c t r i cv e c h i c l e , h y b r i de l e c t r i c v e h i c l eh a sb e e nt h em o s t p r o m i s i n gp r o d u c ti ni n d u s t r i a l i z a t i o na n dm a r k e tp r o s p e c t i nt h i sp a p e r , o nt h eb a s eo ft h el i f e e y c l ec o s tt h e o r ya n dt h el i f ec y c l ea s s e s s m e n t t h e o r y , t h ec o s tm o d e lo f t h ea u t o sl i f e e y c l eh a sb e e ns t r u c t u r e dw h i c hi n c l u d es o c i a lc o s te t c a f t e rc o m p a r i n gt r a d i t i o n a lb u sw i t hh y b r i de l e c t r i cb u s , t h ec o s td i f f e r e n c em o d e lo f l i f e c y c l ei sf o u n d e d t h el i f e c y c l ec o s ti n c l u d i n gs o c i a lc o s ti sv e r yc o m p l e x , a n dt h e c o r r e l a t e ds t u d yi sv e r yf e wi no a rc o u n t r ya tp r e s e n t s o ，t h ep a p e rs y n t h e s i z eq u a l i t a t i v ea n d q u a n t i t a t i v ea n a l y s i sm e a s u g e 。f i r s t l y , f o rc a l c u l a t i n gt h e c o s to ff u e lp r o d u c t i o na n d t r a n s p o r t a t i o np o l l u t i o na n de m i s s i o ne m i s s i o n , t h es o f to fg r e e t h a sb e e nu s e d ；s e c o n d l y , o t h e rc o s ti t e m sa l ee s t i m a t e dt h r o u g hc a r e f u l l ya n a l y s i n gt h ed a t ad e e p l yi n v e s t i g a t e df r o m t h ed e p a r t m e n to f d i s t r i b u t i o n 、p r o d u c t i o na n dd e s i g nt h er e s u l ta c c o u n tf o rt h a tt h el i f ec y c l e c o s to fh y b r i de l e c t r i cv e h i c l ei n c l u d i n gs o c i a lc o s ti s v e r ye x p e n s i v e ，r & dc o s ta n d m a n u f a c t u r ec o s te x p e n s i v e l yi st h ek e yr e a s o n m o r e o v e r ，t h ef u e lc o s ta n ds o c i a lc o s to f h y b r i de l e c t r i cv e h i c l ei sr e l a t i v e l yc h e a p e r t h ep a p e ra n a l y s i sf a c t o r sa d o p t i n gs e n s i t i v i t y a n a l y s i s t h e r e s u l ta c c o u n tf o rt h a tf u e lp r i c ea n df u e le f f i c i e n c yi sk e yf a c t o ri n f l u e n c i n gt h e l i f ec y c l ec o s to fh y b r i de l e c t r i cv e h i c l e o t h e rf a c t o r si n f l u e n c ei sc o m p a r a t i v e l ys m a l l f i n a l l y , t h i sp a p e rh a sp u tf o r w a r dt h ep o l i c ys u g g e s t i o nf o rd e v e l o p i n gh y b r i de l e c t r i c v e h i c l e t h i sp a p e rh a se s t j r a a t e dt h ec o s td i f f e r e n c eo fa u t o sl i f e c y c l e t h em e t h o d sa d o p t e di n t h ep a p e ra r eo r i g i n a l 、c o m p l e t ea n dc r e d i b l e a n du s e f u lf o re m p o l d e r i n san e wc a ra n d e s t i m a t i n gt h ec o s t k 叮w o r d s ：l i f ec y c l e ；a s s e s s m e n t ；l i f ec y c l ec o s t ：s o c i a lc o s t ：s e n s i t i v i t ya n a l y s i s m 基于全生命周期理论的两种公交车成本差异分析 符号表 主体字母含义 符号名称符号名称 c 成本 m 汽车平均百公里耗油量 d 单位污染成本 p 燃油价格 e 污染物排放量 s 生命周期行驶里程 下标符号的含义( 以拼音字母缩写表示) 符号名称符号 名称 l c c 汽车全生命周期 1 l l 零部件回收利用 b w 车辆报废的污染成本q g铅酸蓄电池的购置 c d 产品定型q s回收铅的收益 c r 材辩重熔q w铅酸蓄电沲回收报废过程污染 c s 产品试制 一l 汽车燃油消耗 c y 产品试验 r w 燃油生产和运输过程污染 d g车载交流感应异步电机的购置 s d 前期市场调研 d w 车载蓄电池报废回收的污染成本s g试验，改进 f c 零部件翻新后重用 s h 社会 龟混合动力公交车发动机减少的购置成本 s w 汽车使用阶段污染 蠹 焚烧s y使用 h b 回收报废 伽l 填埋 h c 回收材料 缸 调试 l l l 回收零部件wx汽车维修与维护 h w 汽车回收报废过程污染 x b 铅酸蓄电池回收铅 招加工】q回收铅的收益 j w汽车加工制造过程污染x w车载铅酸蓄电池生产制造污染 j z汽车加工制造y f汽车研发 k y可行性研究印 装配 k混合动力公交车增加的零部件购置 z w 车辆生产制造污染 v l 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 盂乳香 日期：2 葫年2 月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在 年解密后适用本授权书。 2 、不保密回。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：盂先痞 导师签名：粕伪专 日期：2 i 胡年f 2 月7 日 吼岬年r 明7 日 1 1 研究的背景及意义 第1 章绪论 从第一次工业革命到当今高科技的飞速发展，汽车无疑是人类在工业化进程中最伟 大舶发明之一它的出现大大推动了工业化进程，但同时也给人类社会带来了环境和能 源问题，如大气污染、石油危机等。发展清洁汽车无疑是保障我国石油安全，减少环境 污染和缓解能源压力，实现我国汽车产业持续发展的重大战略选择。 混合动力汽车( h e v , h y b r i de l e c t r i cv e h i c l e ) 是目前最具有产业化和市场化前景的 清洁汽车。它采用发动机和电机、电池作为混合动力总成，既继承了电动车辆作为“绿 色汽车”的节约能源和超低排放的优点，又弥补了纯电动汽车的续驶里程的不足。混合 动力汽车通过优化控制系统可使发动机、电机和电池保持在最佳经济区运行，并实现再 生制动能量回收，提高了整车的能量利用率，同时减少排放污染。根据相关统计资料， 国外混合动力汽车的燃油消耗指标与装备同类型发动机的传统汽车相比平均降低 3 0 - - 4 0 ，尾气排放指标平均降低5 0 0 0 - 6 0 n 。在配套设旌方面，混合动力汽车不象 燃料汽车和纯电动汽车那样需投入巨资进行加气站和充电站建设。因此，在其他清洁汽 车技术取得重大突破之前，混合动力汽车成了各国的研发重点。由于公交车具有市区运 行的固定线路，交通相对拥挤、启动停车频繁等特点，故采用混合动力后能够达到显著 降低油耗和排放的效果 国外对混合动力公交车的研究开发与纯电动公交车的研究开发几乎同时起步，一般 采用从底盘到车身的整车全新设计，驱动技术多为串联式。其中，最具有代表性的有在 纽约投入示范运行的o r i o nb u sv i 公交车、n o v ab u s 公交车和日野h i m r 公交车。由 l m c s ( l o c k h e c dm a r t i nc o n t r o ls y s t e m s ) 公司提供州d 蹦v e m 公交车混合动力总成及 其控制系统，o r i o nb u si n d u s t r y 公司提供o r i o nb u sv i 型低地板原型车，两家公司合作开 发的o r i o n - l m c sb u s v i 型低地板公交车已在纽约地区完成示范运行。目前l m c s 公司已 经完成了h y b 棚晰e 混合动力总成及控制系统的产业化，正与整车厂商积极开展协作 配套。o d o n - l m c sb u sv i 的商业化车型已经在纽约地区投入商业运营【z j 。 我国2 0 世纪9 0 年代末期开始了混合动力公交车的研发工作。1 9 9 9 年，清华大学与 厦门金龙联合汽车工业有限公司合作研制成功国内第一辆混合动力轻型客车。2 0 0 1 年 底，国家8 6 3 电动汽车科技攻关项目正式启动，第一批项目中主要是混合动力车，其中 混合动力公交车项目主要由一汽、东风两家单位承担。 一汽和东风汽车集团联合所在地的高校和研究所，在各自公交车底盘上，研发混合 基于全生命周期理论的两种公交车成本差异分析 驱动公交汽车和大型公交车。目前东风电动车辆股份有限公司开发出的东风混合动力城 市公交车( e q 6 7 7 0 h e v 型) ，最大限度利用东风公司现有产品平台及社会资源开发而成， 实现产品系列化、通用化、标准化设计。天津清源电动车辆有限公司开发出混合动力中 型客车，其主要技术特点：使用燃油和电力双能源，同时兼顾了传统汽车的方便性和电 动汽车的环保性能；排放达到欧标准，燃油经济性提高1 5 以上，适于城市和城际之 间的公共交通；第一汽车集团公司研发了一汽解放牌c a 6 1 1 0 h e v 和c a 6 1 0 0 s h 8 型混合 动力公交车，都已达到较优良的性能。 目前，国内混合动力公交车大多由柴油动力公交车改装而成，多采用并联式混合动 力系统，内燃机采用达到欧排放标准以上的柴油机，电动机采用异步交流电机，具有 变频调速的矢量控制系统；采用先进控制策略对内燃机和电动机进行优化匹配，保持内 燃机和电动机经常工作在高效区；具有自身反充功能，在内燃机做动力源驱动车辆行驶 过程中，通过电机将富余能量回馈给蓄电池，提高燃油效率和续驶里程。 随着全球汽车工业从高性能、高消耗向高性能、低消耗、低污染的转型，生命周期 评价( l i f ec y d ea s s e s s m e n t ，简称l c a ) 已被世界各大汽车公司广泛运用在节能环保 汽车产品的研发过程中，宝马公司成立了专门的l c a 部；在沃尔沃和菲亚特，有关产品 设计和材料选择的l c a 信息，都以连接c a d 系统或工程手册的形式直接提供给工程师 作为设计参考；本田公司于2 0 0 2 年6 月引入l e a 体系用来量化其产品对能源的消耗和 环境的影响；丰田公司在2 0 0 2 年就推出了基于l c a 模型的i s t 模型车，此模型车与其 他的传统相同类型汽车相比具有更高的燃油经济性，尾气的排放也达到了更高的清洁标 准。 一 目前，国内学界虽有关于代用能源的生命周期评价或全生命周期成本的研究，如上 海交通大学机械与动力工程学院胡志远等分析了国外代用能源汽车燃料周期的整体能 源消耗、化石燃料消耗、石油消耗、5 种标准排放物( v o c 、c o ，n o x 、p m l o 、s o x ) 和 温室气体排放物( c 0 2 、c | 1 4 、n 2 0 ) 评估结果跚；清华大学热能工程系冯文等运用生命 周期评价方法对氢能生产、储存和运输氢的环境性、经济性和能源利用情况进行了评价， 得到了每种方案的分类环境效应指数、氢气总成本和总能量利用效率；但尚缺关于混 合动力汽车生命周期评价或全生命周期成本的研究，对电动汽车相关研究也限于从环境 效益和经济性评价角度分别进行，如北京理工大学王震坡等发表的纯电动汽车能耗经 济性评价体系初步探讨仅从能耗经济性评价方面对电动汽车进行了研究”，北京交通 大学邢文发表的电动车的环境效益分析仅从环境效益角度对电动汽车进行了分析嘲。 其他关于汽车的生命周期评价研究或全生命周期成本研究多分散于能源、排放、回收等 领域，缺乏全面系统的研究，多属于概述性质，未提出相对全面和具体的算法和模型， 2 硕士学位论文 而且国内的研究大多把生命周期评价和全生命周期成本分开进行研究。n o r r i sga 认为 在进行l c a 时不考虑( 或漏掉) 全生命周期成本分析( l c c a ) 可能会产生的如下后果： 使l c a 在决策时的影响力和实用性受到限制；无法把握环境和成本的重要性之间的 关系( 即如何权衡哪个更重要) ，从而失去利用最经济的方法改善环境的机会；可能会 在经济上忽视各种替代方案所产生的相关后果，而这些后果可能是重要或极端重要的册。 故作者拟结合生命周期评价和全生命周期成本，从环境、经济等方面对某型混合动 力公交车与柴油动力公交车的全生命周期成本作较为全面的比较研究，从而为如何发展 混合动力公交车才能达到社会综合效益最优化提供科学的依据。 1 2 主要研究内容 本论文运用生命周期评价理论以及全生命周期成本方法，选取某正在示范运营的改 型混合动力公交车与柴油动力公交车，通过深入调研相关数据，并查阅大量相关国内外 资料，采用定性与定量、实际与分析假设相结合的方法对两种公交车进行了全生命周期 成本差异分析 本文的研究内容主要包括： ( 1 ) 在掌握生命周期评价与全生命周期成本的概念、国内外相关研究现状及发展 历程趋势的基础上，分析其在汽车领域的应用。结合生命周期评价理论与全生命周期成 本分析，构建了汽车全生命周期成本模型和混合动力公交车与柴油动力公交车全生命周 期成本差异分析模型； ( 2 ) 根据我国未来城市公交车和混合动力汽车的发展趋势，选取某混合动力公交 车与柴油动力公交车为实证研究对象，在深入实地调研和理论分析的基础上运用所构建 的模型，计算出两种公交车的全生命周期成本差异，为正确评价我国混合动力汽车提供 了可行的理论依据； ( 3 ) 根据计算结果，进行了单因素敏感性分析，最后对未来混合动力汽车的发展 提出了建议。 1 3 数据来源 由于本文涉及的数据资料较多，且部分资料涉及到企业机密，因此在数据收集方面 遇到了较大的困难，为此作者付出了较大的努力。论文数据资料主要来自三个方面： ( i ) 查阅、翻译国内外相关研究文献； ( 2 ) 混合动力公交车企业提供的相关资料： ( 3 ) 实地调研及咨询示范运营者获得相关数据。 基于全生命周期理论的两种公变车成本差异分析 1 4 研究的总体思路与框架 本研究的总体思路与框架如图l ，1 所示。 1 5 生命周期评价 图1 1 研究的总体思路与框架 1 5 1 生命周期评价的起源与定义 生命周期评价( l i f ec y c l ea s s e s s m e n t ) 最早出现在2 0 世纪6 0 年代末至7 0 年代初的美 4 硕士学位论文 国。美国中西部研究所于1 9 6 9 年对可口可乐公司的饮料包装瓶进行了评价研究，该研究 从原材料采掘到废弃物最终处置，进行了全过程的跟踪与定量研究，揭开了生命周期评 价的序幕嘲硼。当时把这一分析方法称为资源与环境状况分析( r e s o u r c ea n d e n v i r o n m e n t a lp r o f i l ea n a l y s i s ，简称r e p a ) 。从1 9 7 0 年至1 9 7 4 年，整个r e p a 研究的焦点 是包装品废弃物问题，2 0 世纪7 0 年代中期由于能源危机，r e p a 有关能源分析的工作备 受关注，进入2 0 世纪8 0 年代后，公众的环境意识进一步提高，产品的环境性能成为市场 竞争的重要因素。生命周期评价作为扩展和强化环境管理、评价产品性能、开发绿色产 品的有效工具，得到了学术界、企业界和政府的一致认同，其应用领域也从包装材料和 日用品扩展到电冰箱、洗衣机等家用电器以及建材、铝材、塑料等原材料。目前，有许 多对生命周期评价的定义，其中以国际环境毒理学和化学学会( s e t a c ) 和国际标准化组 织0 s o ) 的定义最具权威性。s e t a c 对l c a 的定义是：生命周期评价是一种对产品、生 产工艺以及活动对环境的压力进行评价的客观过程，它是通过对能量和物质利用以及由 此造成的环境废物排放进行辨识和量化来进行的，其目的在于评估能量和物质利用，以 及废物排放对环境的影响，寻求改善环境影响的机会以及如何利用这种机会“”。国际标 准化组织对l e a 的定义是：汇总和评估一个产品( 或服务) 体系在其整个生命周期间的所 j 有投入及产出对环境造成潜在影响的方法n 1 1 。不管是哪种定义，生命周期评价的基本内 涵是一种用于评价产品或服务相关的环境因素及其整个生命周期环境影响的工具，它注 重于研究产品系统在生态健康、人类健康和资源消耗领域内的环境影响，不涉及经济和 社会方面的影响 1 5 2 生命周期评价框架 生命周期评价贯穿于产品、工艺和活动的整个生命周期，包括原材料提取与加工， 产品制造、加工、运输与销售，产品的使用、再使用和维护，废弃物的循环和最终处置。 l c a 的结构框架包括四个相互关联的部分：目标和范围边界、生命周期清单分析、影响评 价和改进评价。目标的范围边界和详细程度取决于研究的对象和应用意图。研究的深度 和广度很大程度上取决于具体的研究目的。生命周期评价一般不涉及产品的经济或社会 因素；生命周期清单分析是对能源和原材料的空气排放物、废水、固体废弃物以及其他 通过某种产品、过程或活动产生的环境排放量化的数据加工过程：影响评价描述和评价 资源要求及附属于清单中确认影响的环境分量，理想的评价包括生态影响、人类健康影 响和资源枯竭以及其他像居住地减少和噪声污染影响等；改进评价是一个对需求和机遇 进行系统评价的过程，这一分析过程可包括对改进的定量和定性的评价，这些改进包括 产品设计、原材料的使用和工业加工的变化“o 。因此，完整的l c a 框架如图1 2 所示。 图1 2 生命周期评价框架 1 5 3 生命周期评价在汽车领域的应用 l c a 作为2 0 世纪9 0 年代一个新的环境管理工具，也作为i s 0 1 4 0 0 0 系列中的一个非常 重要的技术工具，汽车l c a 得到国际汽车产业界、学术界的极大关注和高度重视。在1 9 9 3 年以后，世界各国的许多研究机构都建立了工作组从事有关l c a 的方法研究，力图使那 些不能操作或操作性差的各类指标易于操作，现已取得了一定的进展。在i f r 2 0 种l c a i 具或者方法中，b o u s t e a dm o d e l 是最早的l c a 工具之一，该工具的数据库中大约有4 0 0 0 组单元数据，已经用于各种复杂的产品，尤其是在汽车行业中应用较广，但是该l c a i 具无法进行环境影响评估。l c ai n v e n t o r yt o o l ( 瑞典) 中的数据主要是关于制造、运输 过程中的能量消耗方面的。德国的g a b il c a 是全德语化的，其数据库中含有3 5 0 个典型 工艺的环境信息“”。 在汽车l c a 的实践应用中，国际知名跨国汽车公司都在积极开展汽车生命周期评价 研究，以应对未来针对汽车的生态标志标准、绿色采购政策，以及进行原材料的选择和 市场宣传等。奔驰汽车公司针对本公司的汽车产品开发了d a i n t i e r b e a z 工具，该工具全 量化而且完全具有环境影响评估功能，并且已经迸行了空气清洁器的生命周期评价示范 研究；菲亚特集团进行了汽车发动机生命周期评价示范研究；沃尔沃汽车公司进行了生 命周期评价方法论研究，并与瑞典工业联盟和瑞典环境协会合作对沃尔沃汽车进行了生 命周期评价“o 。本田公司在2 0 0 2 年6 月引入l c a 体系用来量化其产品对环境的影响，使 得l c a 作为一种综合性的环境影响检测方法，用来检测公司每个产品的生命周期，精确 评定产品的环境影响。从原材料的采集到产品的生产、销售、使用以至最终的报废，都 用资源或能量消耗、c o z 排放和产生的废物量等指标进行测算。此系统包括l c a 数据系 统和l c a 管理系统，在数据系统中管理着诸如材料和能源的数据。管理系统则用来设置 6 硕士学位论文 减少环境影响的目标“”。 汽车产品的生命周期评价( l c a ) 在中国尚属于消化吸收阶段，国内相关研究较少。 目前l c a 中比较成型的一些方法主要是依据发达国家的数据背景开发的，很难完全照搬。 2 0 世纪9 0 年代末在欧盟国际合作项目 e c o - c o m p a t i b i l i t yo fh d u s l r i a lp r o c e s s e sf o rt h e p r o d u c t i o no f p r i m a r yg o o d s 支持下，中国科学院生态环境研究中心开展了l c a 理论与方 法的研究。针对中国资源与环境现状，建立了一套系统评价中国产品生命周期环境影响 的方法和模型。目前这套评价方法已经用于国内轿车生命周期评价研究。国家环保总局 通过对轻型汽车生命周期评价，已将汽车污染物排放、燃油指标、制冷剂要求、有害物 质限制等因素确定为汽车环境标志认证的4 个硬指标。另外中国科学院理化技术研 究所李强等对燃料电池汽车氢能源进行了生命周期评价“”；清华大学冯文等对燃料电池 汽车氢能源基础设施的生命周期评价“”；武汉大学王小兵对汽车发动机连杆的粉末冶金 制造和模锻制造两种工艺进行了生命周期评价“”。 近年来，为了解决汽车能源和汽车尾气排放的问题，各国都在开展清洁汽车和替代 能源的研究。汽车l c a 可以使人们的视角从尾气排放这一点扩展到汽车整个生命周期的 环境影响上。纯电动汽车、混合动力电动汽车以及燃料电池电动汽车在尾气排放方面具 有优势，被认为在未来的2 0 年到3 0 年之内能够实现商业化，取代内燃机汽车。但是根据 国内一项电动汽车生命周期评价结果来看，从原材料生产、汽车制造、使用和报废回收 的整个生命周期来评价电动汽车在资源利用、人体健康和生态健康方面带来的影响，纯 电动汽车依然带来严重的环境影响，其发展前景依然值得商榷。在替代能源研究方面， 上海交通大学进行了木薯乙醇燃料汽车生命周期分析，研究木薯乙醇作为替代能源的问 题“”。另外还有研究机构开展了中国煤制汽油代用燃料的“经济、能源、环境研究”， 考虑利用中国丰富的煤资源生产汽车燃料。 1 6 全生命周期成本 1 6 1 全生命周期成本的提出与定义 全生命周期成本( l i f e 、c y c l ec o s t ，简称l c c ) 也被称为寿命周期费用。对于l c c 这 种研究观念，早在1 9 5 0 年美国对可靠性的研究过程中就已有萌芽嘲。1 9 6 2 年在美国国防 部长的报告中披露：1 9 6 1 年美国国防预算至少2 5 用在维修费上，并且得出结论认为把 全部寿命周期内的维护费压缩到最低才是产品研制的基本思想吼1 。1 9 6 6 年6 月美国国防 部( d o d ) 开始正式研究l c c ，并在1 9 7 0 年开始使用l c c 评价法，即l c c 的概念最早是 由美国国防部提出并使用。d o d 给出的l c c 的定义为：政府为了设置和获得系统以及系 统一生所消耗的总费用，其中包括开发、设置、使用、后勤支援和报废等费用 2 2 a 7 基于全生命周期理论的两种公交车成本差异分祈 在b o o z a l l e n ，h a m i l t o n l n t 著的美国系统工程管理中，全生命周期成本是指产 品从开始酝酿，经过论证、研究、设计、发展、生产、使用一直到最后报废的整个生命 周期内所耗费的研究、设计与发展费用、生产费用、使用和保障费用及最后废弃费用的 总和。 弗吉尼亚州立工业大学布兰查德教授提出如下定义：全生命周期成本是指系统和产 品在确定的生命周期内的总费用，其中包括如下费用：研究开发费，制造安装费，运行 维修费，回收报废费。 美国预算局下的定义是：全生命周期成本是大型系统在预定有效期内发生的直接、 同接、重复性、一次性及其它有关的费用。它是设计、开发、制造、使用、维修，支援 等过程中发生的费用，和预算中所列入的必然发生的费用等的总费用。 在美国国家标准和技术研究院( n i s t ) h a n d b o o k l 3 5 ：l i f ec y c l ec o s t m gm a n u a lf o r t h ef e d e r a l e n e r g ym a n a g e m e n tp r o g r a m1 9 9 5 年版中，全生命周期成本( l i f ec y c l ec o s t ， 简称为l c c ) 被定义为“拥有、运行、维护修理和处置某一项目或项目系统所发生的成 本在一段时期内的贴现值的总和”。而全生命周期成本分析( l i f ec y t i ec o s ta n a l y m s ， 简称为l c c a ) 是一种项目评价的经济方法，在这种方法中由于拥有、运行、维护修理 和最终的处置而发生的所有成本都被认为是决策相关成本。 从以上的定义看出，上述的产品全生命周期成本并没有包括产品制造、使用和回收 的环境污染经济损失，并且综合生命周期评价理论，作者认为产品生命周期还应包括原 料( 包括生产过程使用的原材料、使用过程消耗的能源) 从开采、加工到可被企业或用户 使用的过程。因此，本文认为全生命周期成本是指为制造产品从原材料的开采、加工、 零部件制造、产品、一直到产品回收的过程所发生的成本( 包括社会成本) 的总和。 1 6 2 全生命周期成本构成 按照费用支出主体的不同，全生命周期成本构成一般分别从企业和用户两方面进行 考虑。 ( 1 ) 在企业范围内，产品从产生到交付顾客需经历调查研究、创意设计、测试、 加工生产和营销等过程，基于企业的角度考虑的产品全生命周期成本主要构成有： 设计成本：可行性研究、市场调查、图纸设计、产品试验、修改设计、准备技术 说明书等所花费的费用；制造成本；材料、加工工时、劳动工时、半成品运输、存放 以及装配、调试、检验、废品、修复等各种费用；销售成本：产品包装、运输、储存 以及广告等费用；维修成本：在承诺的保修期内i 为维护产品进行修理或更换零件所 需花费的费用。 ( 2 ) 在用户视角下，自产品购入、使用直至报废，是产品的使用期。在使用期内， 8 硕士学位论文 用户为取得产品、实现产品功能、报废产品都须支付一定的成本。从用户角度考虑的产 品全生命周期成本主要包括：购置成本；如买价、运费、安装费、保险费、购置附加 税等；使用维护成本：指为实现消费者所要求的功能所消耗的成本，如能源耗费支出、 保修期外的维护支出等；报废成本：产品报废时处置相关资产所发生的人工费、运费 等。 随着工业的发展，在物质财富日益丰富的的同时，也产生了不少社会问题，如能源 的短缺、环境的恶化等，这使得社会公众对企业行为及其产品给社会带来的成本日渐关 注。尤其是2 0 世纪末期以来，伴随着可持续发展和循环经济观点的兴起，社会各方对产 品全生命周期成本也提出了相应要求。 ( 3 ) 社会成本，作者认为完整意义上的全生命周期成本构成，应从整个社会角度 出发，不仅包括产品生命周期各阶段由企业和用户所支付的有形损耗，还包括各阶段对 社会和环境所形成的无形耗费，即社会成本，具体内容如表1 1 。 表1 1 产品全生命周期阶段的成本构成 阶段企业成本用户成本社会成本 可行性研究；市场调查； 设计阶段原始设计；产品试验；修 改设计；技术说明书 原材料；能源设备： 制造阶段 生产管理；质量控制； 废弃物；环境污染：体健 工资奖金 康损害 维护保修运输安装；能源消 能源；环境污染；健康损 使用维护阶段 耗；运行维护 害 废弃物；环境污染； 报废处理阶段报废处理 健康损害 基于本文进行的研究是某型混合动力公交车与柴油动力公交车的全生命周期成本 对比分析，在上述四阶段中成本相同或相差不大的部分将省略不做分析，而将研究重点 放在不同的成本构成所产生的差异。 1 6 3 全生命周期成本的估算方法 目前，全生命周期成本分析采用的估算法主要有参数估算法、类比估算法和工程估 算法3 种。 ( 1 ) 参数成本估算法 参数成本估算法是使用有效的成本估算关系式( c o s te s t i m a t i o nr e l a t i o n s h i p s ：c e r s ) 估算成本。c e r s 是将成本作为一个或多个成本操纵变量的函数，表示成为复杂程度不 同的数学表达式嘲。参数估算法是一种“自项向下”( t o p - d o w n ) 的方法，它使用以往系 统的历史数据，根据成本影响参数的数量及与成本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成本估算关系式后，再代入成本确定变量来预测新系统成本。 9 基于全生命周期理论的两种公交车成本差异分析 一般首先选择线性回归模型，单影响因素的选一元线性方程；多影响因素的选多元 线性方程。若线性方程明显不成立或用相关性检验不满足线性统计关系时，采用非线性 方程。 参数估算法是从整体或从各种具体活动的角度预测产品( 或零部件) 的成本，如设计 制造成本通过使用基于历史成本和技术信息的回归分析得到。参数通常包括制造复杂 性、设计熟悉性、重量和性能等。参数估算法的缺点是对使用新技术的产品的成本估计 不太适用，它通常在系统生命周期早期使用。 ( 2 ) 类比估算法 类比估算法是参考相似产品或零件的已知成本信息和其他数据资料，估算全生命周 期成本的方法。其数学模型表示为： c = c h 吃玛 c 为寿命周期成本，c 为相似产品寿命周期成本，n 为相关系数，在系数选取上要 考虑到相似产品之间参数的异同和不同时间、不同条件所造成的差别。 该方法的有效性主要取决于正确识别已有案例和那些将要进行比较的产品之间的 差别的能力。它的主要缺点是需要专家判断和完全熟悉产品和过程，以便识别和处理相 似性，对不易察觉的区别进行调整，该方法比较适用于新产品。 ( 3 ) 工程估算法 工程估算法是将生命周期各阶段所需成本细分后进行估算，属于“自下至上 ( b o t t o m t ou p ) 的估算法，其数学模型可表示为： c = q ( q - ，q ：，g ，“) + c ：( q 。，q ：，”) + q ( c ，l ，c ，2 ，q 扩) + “ 其中c 为全生命周期成本，q ，巴，c ，为不同阶段的单元成本，各单元成本还可 继续分成子单元，形成产品一个完整的成本构成分析图，从而得出总的估算值。该方法 需要非常详细的产品和过程的知识，是最耗时间和成本的方法，但可以得到最精确的成 本估计，通常在系统生命周期晚期使用。 1 6 4 全生命周期成本在汽车领域的应用 如果说国外将生命周期评价运用到汽车领域的研究尚处于消化吸收阶段，那么国内 关于汽车产品全生命周期成本分析的研究只能说仅处于起步阶段，相关方面的学术论文 极少：天津理工学院的杨淑琴等在产品寿命周期费用理论及其在轿车领域中的应用 中讨论了该理论在汽车设计、生产及用户选购等方面的应用，并从用户角度出发建立了 轿车全生命周期成本分析模型；东华大学的陈晓川等在家用轿车全生命周期成本特 征分析与成本估算中运用面向成本设计法( d f c ) 从设计的角度出发分析得到家用轿 1 0 硕士学位论文 车的设计特征主要有外形尺寸、发动机功率、排量等参数，采用基于特征的神经网络方 法通过实例计算表明在概念设计阶段就可以估算其l c c 并降低全生命周期成本嘲；大连 机车车辆有限公司叶岚发表的机车全寿命周期费用( l c c ) 分析探讨中从购置费用、 能源消耗费和维修费用出发分别用三种算法对某些型号的国产内燃机车和电力机车及 装用英国m a n 公司r k 2 7 0 t 型大功率柴油机的内燃机车进行过l c c 的计算；北京理工 大学的王震坡与孙逢春发表的电动公共汽车使用技术经济性综合分析中分析了电动 汽车全寿命成本的构成，对比了无轨电车和燃油车辆的综合使用成本，也分析了电动汽 车应用的社会效益和环境效益，提出了国家发展电动汽车的实施策略嘲。上述对汽车产 品全生命周期成本的研究多数还停留在从企业或用户角度考虑，极少涉及到对其社会成 本的探讨。 然而在查阅国外的相关研究文献过程中，作者发现将社会成本纳入汽车产品全生命 周期成本分析已成为趋势。普林斯顿大学的约翰米奥格登等在能源政策上发表的替 代燃料，内燃机汽车的生命周期社会成本分析中，就已从大气污染成本、温室效应成本， 能源危机成本三方面探讨并分析了各种替代燃料、内燃机汽车的生命周期社会成本； k a r i n af u n l 【等在( e l e c t r i cv e 瑚塔c o n v e n t i o n a lv e h i c l e s ：s o c i a lc o s t sa n db e n e f i t si nf r a n c e ) 的文章中探讨了两辆性能基本相同的电动汽车与传统汽车的社会成本，分析指出如果政 府强制将社会成本内部化，电动汽车相比传统汽车将更有竞争力咖；j f e r n a n d oc o n t a d i n i 在( s o c i a lc o s tc o m p a r i s o na m o n gf u e lc e l lv e h i c l ea l t e m a t i v e s ) 的文章中分析了使用不同 技术与消耗不同燃料( 例如，甲烷和氢燃料) 的新能源汽车的社会成本。 不少国外汽车公司也开始对基于社会视角下的产品全生命周期成本进行控制，积极 履行社会责任，提高企业形象，以争取更多的潜在客户、降低社会交易成本和优化生存 环境，促进企业的可持续发展。如德国奥迪公司生产的奥迪a 8 汽车就是在考虑社会成本 的l c c a 下设计成功的同汽车工业生产中的“常规”材料一一钢材相比，获取铝材需 要更多的能量。但是，在重量上铝材具有优势，采用传统的钢质结构时，一辆中型轿车 的质量平均为1 3 4 8 k g ，而同样的轿车，采用奥迪框架车身技术( a s f ) 并尽可能地使用 铝材时，其质量仅为1 1 2 1 k g ，其燃油消耗率远远低于同类钢制轿车同时，回收材料时 铝材也能节能。在最初的铝制轿车生产中是以铝土矿作为原材料提炼铝金属的，而第二 代铝材的生产则是通过熔化铝金属废料再进行精炼得到的，并最终制成产品。在后面的 回收、使用过程中消耗的能量还不到最初的铝材生产过程中所消耗能量的2 0 。因此， 虽然用铝材初次生产的轿车成本高于使用钢材的成本，但从考虑了社会成本的全生命周 期成本看，由于采用铝材轿车的燃油经济性提高和回收能耗减少，对环境影响降低，其 社会成本的降低部分大于材料成本的高出部分，所以采用铝材更经济和绿色嘲。 基于全生命周期理论的两种公交车成本差异分析 产生此研究差距的原因与我国汽车工业发展相对落后有关，也与我国政府、企业和 学术界历来对汽车产品产生的社会成本重视不够有关，然而有了发达国家“先发展后治 理”的前车之鉴，作者认为产品全生命周期成本分析在汽车领域应用的研究中必须考虑 社会成本，唯有如此，才符合时代发展的需要，才能促进汽车产业的可持续发展。 1 2 第2 章汽车全生命周期成本计量模型的建立 2 1 确定评价系统的边界 全生命周期成本分析是一个系统的识别、判定、检查和评估生命周期内发生费用的 过程。在全生命周期内，产品发生的费用较多，有些费用难以识别或评估。因此，根据 研究目的不同，需要确定全生命周期成本分析的研究范围。 汽车生命周期主要涉及两种不同的周期环：燃油的生产和使用( 燃油周期) 和汽车 的生产和使用( 汽车周期) 。对于一种给定的燃油的周期包括：初次能源( 如，原料) 的生产、运输和储存、燃油生产、运输、储存和分配，以及汽车使用( 包括燃油燃烧或 者其它化学能转化) 。汽车周期包括材料利用和制造、车辆制造、车辆使用和车辆回收 或处理。其中燃油周期和车辆周期均包括车辆使用，并认为是其一部份。 在评价不同汽车技术时，两种周期都应该被考虑，因为在许多案例中，代用运输燃 料或者先进车辆技术的使用涉及上游燃料生产、原料和车辆生产的改变。因此，汽车产 品的全生命周期涵盖从设计制造到最终报废回收的整个过程，其中还包括汽车消耗的燃 油生产和运输过程。由于影响因素众多，关系复杂，加之相关数据不全，全面研究汽车 产品整个生命周期并以此为依据确定生命周期评价系统的边界是比较困难的因此，本 文对汽车全生命周期成本评价的边界分析工作主要围绕以下五个方面来展开：汽车研 发过程评价边界；汽车制造过程评价边界；汽车使用过程评价边界；燃油生产运 输评价边界；汽车报废过程评价边界。 ( 1 ) 汽车研发过程评价边界 汽车研发过程主要包括