工程估算法在商用飞机经济性分析中的应用探讨20150704.docxVIP

工程估算法在民用飞机经济性分析中的应用探讨吴静敏 杨静 黄兆东（中国航空工业发展研究中心 财经研究所， 北京 100029）摘要：民用飞机项目的经济性分析是以成本估算为基础，通过结合市场销售量、销售价格、售后效益的预计，对研制费、单机成本、直接运营成本和处置成本等全寿命周期成本要素综合权衡后，评价飞机经济性、控制飞机成本费用的一种手段，是现代民用飞机研制过程中不可或缺的重要环节。本文围绕用于费用估算的工程法，介绍了其基本原理及其在航空领域的应用现状，探讨了工程法在国产民用飞机项目费用分析中的应用空间、应用要点和应用难点，并对工程法的未来发展方向进行了展望。希望能为参与民用飞机项目立项论证、经费预算、经费分配、经费审查、供应商管理等工作的人员提供参考。关键字：成本估算 成本控制 经济性 全寿命周期成本 1. 引言在世界航空百余年的发展历程中，人们逐步意识到民用飞机的研发是一项高投入、高风险的工作。据统计，研制一种干线飞机机型，要花费2050亿美元，耗用810年的时间，且销售量达到300架以上时才能达到盈亏平衡。全世界已研制成功的喷气式干线飞机中，75%尚未收回研制费1。同时，民用飞机既是国家的战略新兴产业，又是面对全球市场的航空产品。在我国的政治经济环境下，民用飞机的发展代表了国家意志和行业愿景，重要的民用飞机项目研发都是国家行为，民用飞机的发展必须与国家经济水平和行业经济实力相适应。因此，无论对国家主管部门来说，还是对民用飞机制造商来说，经济性是民用飞机项目必须优先考虑的现实问题。民用飞机的经济性分析与军用飞机的全寿命成本分析有所不同。民用飞机与军用飞机相比，同样是典型的资本和技术密集型产品，但民用飞机在全寿命周期过程中成本费用承担主体会发生一次重大的变化，即民用飞机成本费用承担的主体在飞机交付运营前后，由飞机制造商转移到飞机运营商。因此，民用飞机经济性分析的使命包括两个方面：一是为民用飞机的制造商提供支持，尽可能使民用飞机项目在可预测的市场销售量下值得投资；二是为民用飞机的运营商（如航空公司）提供支持，尽可能使民用飞机为运营商带来更高的预期收益。这与军用飞机明显不同。因此，民用飞机并不是用全寿命成本数值最小来衡量经济性，而是通过结合市场销售量、销售价格、售后效益的预计，对研制费、单机成本、直接运营成本和处置成本等全寿命周期成本要素综合权衡后，来评价其经济性、控制其成本费用。民用飞机的经济性分析同样以成本估算为基础，即根据飞机的技术、工程、制造、组织、管理、运营等信息，使用一定的方法，预计民用飞机的研制费、单机成本、直接运营成本等成本要素。民用飞机不同研制阶段对全寿命成本要素进行估算时，因得到的信息量不同，考虑的因素有所差异，因此采用的方法不同。一般有三种方法：类比法、参数法、工程法。其中，工程估算法因其贴近实际、符合项目管理的一般操作程序，是被推荐使用的主要方法。工程估算法（Engineering Estimating Method），主要是依据项目的工作分解结构（WBS）或产品分解结构（PBS），在对各个独立工作包或部件、系统、零组件的料、工、费进行详细估算的基础上，将各单项测算值综合为总成本，是一种“自下而上”的估算法。该方法的优点是估算准确度高，易于对项目进行分工操作，可以给出较为详细的数据，从而能对竞争的各个方案研究其成本费用差异。现代发展起来的工程估算法根据需要有粗、细之分，可为项目立项论证、经费预算、经费分配、经费审查、供应商管理等工作提供重要支撑。2. 工程估算法在航空领域的应用情况从上世纪60年代开始，以美、欧为代表的世界航空大国就非常重视成本估算方法在民用飞机领域的研究，但着重开发的方法一直以参数法为主，DAPCA系列模型就是其典型的代表。然而，由于参数法精度不高，主要应用于项目的初期阶段，并且需要不断更新数据和重新建模，与工程结合不紧密，当前国外航空企业实际工作中越来越多的采用工程估算法。波音公司建立了一套复杂的成本费用数据收集和分析系统，其中包括了有关人力、材料、成品、设备的各种详细信息，可以随时查看某型飞机、某个部件或某个零件的费用2。波音公司以长期系统积累的型号成本费用数据为基础，采用工程估算法在工作分解结构的最低一级自下而上开展成本估算，保证了项目经济性分析的高效、准确。在项目可研阶段，根据飞机的主要性能参数对整机成本进行估算；在总体布局和构型选择阶段，对方案本身做出较为详细的描述，对部件、次部件进行估算；方案确定、项目宣布上马时，对飞机的组件进行估算；发图过程中或发图后，详细计算其成本至每一个零件。前三个阶段的估算准确度一般在50-70%，第四阶段估算对常规项目可达到90%的准确度。波音公司工程部门拥有一套完整的机构来开展这项工作，对于估算中应该考虑哪些因素、如何计算，均已积累了丰富的经验，特别是采集了大量的成本费用资料形成数据库，利用软件工具估算。估算中考虑的因素非常全面，研制所发生的费用项目都予以考虑。通用公司同样使用了工程估算法。从早期的KMCE模型到后来的ACE模型，再到目前的COMPEAT$TM模型，通用公司已经可以利用34类部件的历史数据进行航空发动机费用估算，误差达到3%3。估算过程是：首先，选择被估算对象最匹配的硬件或任务；其次对比两者的材料和人工费影响因素得到被估算对象的费用；再次对费用进行调整，主要考虑熟练曲线和技术革新带来的影响；最后将150200个主要部件的费用进行累加，再考虑管理、收益等其他费用后得到结果。该模型还有一个特点是，在航空发动机寿命周期的不同阶段可以根据已知信息的多寡使用不同详细程度的数据。除此之外，国外其他航空企业也建立了类似的数据管理系统和贴近工程的成本估算方法。兰德公司等研究机构更是在国家的支持下，以定制的方式从承包商手中源源不断地获取成本费用数据，开展相关成本费用模型研究，使得其评估结果具有权威性和可信性。工程估算法在国内军用航空领域已发挥了很大作用，特别在许多重大型号立项论证阶段的经费概算和重要节点的经费审查中都使用了工程估算法。随着国内民用航空项目的增多，工程估算法也逐渐被使用。例如，C919飞机的可行性论证即采用了工程估算法，由集团总部、设计中心、制造中心、客服中心分别建立工作分解结构，并依照国家要求，自下而上逐项计算费用、进行分析。ARJ21飞机的阶段性经费审查，先通过统计分析已发生经费数据，确定项目费用标准，再使用工程估算法预计未来经费需求，为项目管理层提供了重要支撑。MA60飞机利用工程估算法原理进行了批生产成本的统计分析，建立了成本爆炸图，获得了良好的效果。与军用飞机相比，工程估算法可在民用飞机中发挥更大的作用。一是民用飞机要以市场为导向，设置成本目标、分解成本目标，并通过飞机设计、制造、试验、使用、管理等各环节，控制成本，从而对成本估算的维度和颗粒度有着更高要求；二是民用飞机的供应商众多，还包括国外供应商，协调复杂度更高，需承担的风险也更高，因此以成本估算为基础的经济性分析内容更多、范围更广。因此，有必要进一步挖掘和提高工程估算法在民用飞机项目中的应用空间和应用能力。3. 工程估算法在民用飞机项目中的应用空间民用飞机的发展是一项周期长、投资大、技术密集、协调复杂和具有高风险的工程。由于寿命周期不同阶段决策需求不同、可获得信息量不同，经济性分析工作在民用飞机项目的不同阶段需要面对不同的对象、进行不同角度的分析（如图所示）。其中涉及费用估算的任务都可以尝试使用工程估算法。（1）概念设计阶段进行有效的市场竞争分析，同时通过评估不同的设想方案，初步获得经济上可行的经济性目标。具体内容包括市场竞争分析、费用概算、经济可行性分析和竞争方案经济性评估等。这一阶段成本估算的特点是依据飞机的构型、重量、材料、发动机/系统选型、研制条件、管理模式、进度安排等信息，初步估计飞机经济性，确定成本目标。（2）初步设计阶段估算并分配飞机总经费，制定经费管理策略，由部段、系统设计师和相关管理人员共同进行设计方案的经济性评估。具体内容包括制定经费管理策略，开展费用估算、费用预算、费用分配，进行阶段性经济性评估等。这一阶段的成本估算需根据本阶段实际情况和最新信息，估计不同工作包、不同责任主体以及不同部件或系统的费用。（3）详细设计阶段辅助零部件设计师和管理人员进行详细设计的经济性评估，增加降成本潜力。具体内容包括对部件、系统成本指标的进一步预算和分解，并根据零部件的重量、材料、工艺等信息估计费用，通过多种方案的创新、寻找可降低费用的措施等。这一阶段成本估算将根据飞机最新技术状态和组织管理状态，估计可细化到飞机零件级的费用，并重新计算不同工作包、不同责任主体的经费。（4）样机制造和合格审定阶段进行设计更改方案的经济性评估，并审查经费使用情况，分析经费指标、经费控制效果等。这一阶段可检验成本估算的效果，同时提供一定的经费规律，为未来飞机型号研制奠定基础；还可根据工艺流程、材料加工、设备使用等实际投入，进一步估计飞机的制造成本。（5）生产阶段对研制费进行全面审查和分析，并根据实际生产条件，重新测算飞机的单机成本，设定成本目标，同时策划生产阶段的成本控制策略、定价策略、备件策略等。这一阶段成本估算将以飞机不同批量的生产条件、人力投入、材料加工和使用等信息为输入，在考虑熟练效应的前提下，估计生产成本。（6）使用阶段积累飞机运营数据并进行分析，研究节省飞机维修费用、燃油费用等具体费用的方法，以及开展航线、机队的运营成本分析和优化。这一阶段成本估算主要围绕着各运营环节提供的真实信息，进行不同的费用估计。综上，工程估算法可沿两条线索迭代使用在民用飞机项目的各个阶段。一条是管理线，主要完成总经费的概算、预算、分配、控制和评估，可与挣值管理相结合；另一条是技术线，主要针对飞机整机、部件/系统、零件设定成本目标，并进行目标分配、预计、权衡和改进，可与价值工程（VE）、定费用设计（DTC）、费用作为独立变量（CAIV）等相结合。其实还有一个包含于其中的重要应用，即辅助项目主管部门完成外协工作的安排和供应商的谈判。图1 民用飞机全寿命周期经济性分析任务图4. 工程估算法在民用飞机项目中的应用要点工程估算法应用的关键是建立适用于该工程项目的WBS/PBS。在一定的WBS/PBS层次上，利用以前积累的数据库和相关专业人员的经验，按统一的标准和费用因子来测算WBS/PBS单元成本。费用因子和其费用标准是根据有可比性项目的统计数据经过调整后确定下来的，一旦费用因子和标准确定，则可根据WBS/PBS单元的工作量测算WBS/PBS单元费用，逐级统计，得到总成本。因不同阶段产生的信息种类和信息数量不同，民用飞机项目在不同阶段使用工程估算法的粗细程度是不同的，比如研制费估算，概念设计阶段仅需将项目分为设计、制造、试验、客服、管理等几个大工作包，根据总工作量和费率标准即可，但在详细设计阶段就要将工作包向下细分4-5级、甚至更多，根据底层工作包的工作量和相应的费率标准估算。但是，无论粗细，工程估算法都要遵循费用估算的一般步骤：明确假定和约束条件、选择合适的方法、确定费用分解结构、选择已知类似的产品型号、收集和筛选数据、建立费用估算关系并计算、不确定性分析和敏感性分析，但有几个必须注意的要点。（1）建立费用矩阵费用矩阵由纵向的工作分解结构（WBS）/产品分解结构（PBS）和横向的费用分解结构（CBS）共同组成。该矩阵可对民用飞机项目进行结构化分析，是实现工程估算法的关键。其中WBS/PBS按层次给出了整个系统的所有工作，并表示了各单元之间以及各单元与最终产品之间的关系。CBS将费用进行横向分解，将费用项目分解到容易归集的子项目、子子项目上，这样WBS/PBS每个节点上的费用大小及详细构成都可由CBS清晰表示。CBS通常与各种成本、费用的产生根源存在着密切关系，能够通过将费用影响因素归结到具体的人、财、物、料等原始资源之上，找到真正的费用驱动因子。建立WBS/PBS、CBS需遵循相应的规范。对国产民用飞机而言，目前国内适用的WBS标准为飞机系统工作分解结构及代码（HB 7758-2004），PBS标准为飞机产品结构编码（HB7759-2004），这两个标准承袭于美国。空客公司提出的19个成本章节，作为欧洲标准的代表，在国内也有一定程度的认可。但实际上，国内飞机设计单位和制造单位更容易接受的WBS划分方式是与价值链过程相关的划分方式：即将飞机项目划分为设计、制造、试验、试飞、客服、管理和关键技术攻关等内容，各工作内容再根据实际情况向下细分。这种方式是中国特色，即符合国内飞机行业的组织管理模式，也符合国内民机项目的工程实际。工作中可遵循某一种方式并注意与其他方式之间的转换。CBS是费用单元一种按序分类法，表示了费用的“记账模型”，其中费用单元是明确定义费用的最低层次。国外制定了一些CBS标准，比如美国的DI-FNCL-80166B、欧洲的SAS-028，但国内民用飞机的研制费必须符合财政部、原国防科工委联合下发的国防科技工业科研经费暂行管理办法（财防200811号）要求，生产成本尚没有依据的制度，国内暂且参照国家计委、财政部、总参、原国防科工委联合下发的军品价格管理办法（计价管1996第108号）。（2）设定费用估算关系由于项目目标不同、工作基础不同、组织管理方式不同、所处外界环境不同等原因，不同的民用飞机项目具有不同的工作内容，即使非常相似的项目，其细节也定会存在不同，因此不可能为民用飞机项目建立完全一样的工作分解结构，也不可能为所有工作包建立统一的费用估算关系式。所以，应用工程估算法构建模型的关键并不是创造像参数法那样明确输入、输出和数学公式的模型，而是建立一种费用估算结构，同时为这种结构体系提供规范化的、一系列可供选择的最基础的估算关系式，这种关系式反映的是原始的人、财、物、料的资源投入和费用消耗。基础模型的数量和复杂程度直接决定于对WBS/PBS和CBS细化的程度。因此，在不同阶段，可以选用不同粗细程度的费用矩阵以及对应的一系列基础模型。以原型机生产的材料费为例，概念设计阶段估算时，可简单表达为结构重量和单位重量费用的乘积；详细设计阶段估算时，可表达为原材料、辅助材料、外购成品、锻铸件、标准件、其他材料之和，其中，原材料费用可表示为原材料定额、原材料利用率、原材料价格的关系式，辅助材料表示为材料用量和材料价格的乘积，外购成品、锻铸件、标准件费用表示为数量和单价的乘积。这种可繁可简的建模方法也正是工程估算法能够在民用飞机不同阶段使用的重要原因。（3）选取费用参数标准当估算某个工作包的某项具体费用时，基础模型一般都可以表达为量和率的乘积。其中，“量”可以是工作量、数量、用量、时间等，与项目特点和组织管理方法有关。“率”则是单位资源的费用消耗，如费率、单价，我们称之为基础费用参数。基础费用参数体现了一个企业或一个国家的平均研发制造水平。当把基础模型中的基础费用参数全部抽取出来，再进行归类、分析的时候，即可建立基础费用参数体系。基础费用参数体系的费用标准即成为工程估算法实现的关键。设定费用标准需要参考以往类似项目的统计数据。统一的费用标准可使不同项目、不同方案具有可比性，可使经费总控制单位与各分包单位之间建立共同的对话平台，还可以使经费分配、经费控制、经费审查等费用分析工作拥有科学依据。5. 工程估算法在民用飞机项目中的应用难点目前，民用飞机项目全面应用工程估算法尚且存在以下难点：（1）规范化操作较难工程估算法必须以WBS和CBS构建为基础，然而国内与民用飞机项目相关的WBS/PBS、CBS标准并未起到足够的指导作用。一方面，有些标准仅是照搬了国外标准，与国内实际情况差异很大；另一方面，由于国内民机起步较晚，某些环节依然在沿用国内的军用标准。因此，有必要在规范工程估算法的操作方面投入力量，开展深入研究。（2）数据采集较难由于国内民用飞机项目较少，且发展较晚，目前直接用于民用飞机项目参考使用的费用数据比较有限，影响了工程估算法的发展。建议国内开展两个方面的工作：第一，形成可采集历史数据的通道。包括国内以往以军机为主的可参考使用的成本费用数据以及国外类似机型的数据；第二，规范新型民用飞机技术经济数据的积累机制。采取强制措施，按照规范的数据管理架构，积累过程数据。（3）人才培养较难工程估算是一种技术与经济相结合的工作。然而，民用飞机涉及技术门类越来越多，不但各种专门技术向纵深发展，而且要求各类专门技术横向综合起来。在国外，费用管理人员要求具有工程、经济、法律、计算机等多方面的知识背景。国内