基于MAAP的壽命周期費用分析*

白永生， 郭馳名

(陸軍工程大學石家莊校區(qū)， 河北 石家莊　050003)

在裝備的壽命過程中,研制費用、生產(chǎn)費用往往能引起重視,而后期的使用、維修、保障等費用卻常常被忽視。這種做法極易造成總的壽命周期費用過高,出現(xiàn)“買得起,用不起”的窘境[1]。因此,從全壽命周期的角度進行裝備費用分析,是確定壽命周期費用關(guān)鍵因素、制訂高效費比采購與保障方案的有效手段,也是進行管理與維修決策的重要參考。

MAAP(Monterey Activity-based Analytical Platform)是一款基于壽命周期事件驅(qū)動的分析工具,由美國的TFD公司為美軍國防部量身定制,可開展壽命周期費用、使用可用度等參數(shù)的計算,以及多種類型保障資源的優(yōu)化,從而用于裝備系統(tǒng)設(shè)計方案的權(quán)衡分析與評價[2]。目前,歐美許多國家的軍事和工業(yè)部門都在應(yīng)用其開展壽命周期費用核算與優(yōu)化,并取得了良好的效果。

基于此,本文在厘清壽命周期費用(Life Cycle Cost,簡稱LCC)概念與特點的基礎(chǔ)上,結(jié)合MAAP軟件研究壽命周期費用分析的基本過程,給出其具體實現(xiàn)步驟,以及分析結(jié)果和結(jié)論。

1　壽命周期費用的概念與特點

關(guān)于壽命周期費用的研究,最早起源于1904年的瑞典鐵路部門,1929年后開始應(yīng)用于美軍的裝備采辦過程[3]。20世紀70年代以來,由于其在美國民用企業(yè)的迅速推廣應(yīng)用,傳入英國、日本等國家。20世紀80年代中期,國際電工學會(IEC)發(fā)布了關(guān)于壽命周期費用的標準,被各國廣泛采用。我國于20世紀80年代初引入壽命周期費用的理念和方法,之后許多軍事和民用部門陸續(xù)開始了研究和應(yīng)用[4]。

目前,關(guān)于壽命周期費用尚未有規(guī)范統(tǒng)一的定義,這里權(quán)且給出幾種較受認可的出處。如,在GJBZ201517《武器裝備壽命周期費用估算》中,將壽命周期費用定義為:在裝備的預(yù)期壽命周期內(nèi),為裝備的論證與研制、購置、使用與保障及退役處置所支付的所有費用之和[5]。在GJB1364《裝備費用-效能分析》中,將壽命周期費用界定為:在預(yù)期的裝備壽命期內(nèi),為裝備的論證、研制、生產(chǎn)、使用與保障、退役所付出的一切費用之和[6]。百度百科中,將其解釋為:產(chǎn)品在有效使用期間所發(fā)生的與該產(chǎn)品有關(guān)的所有成本,它包括設(shè)計成本、制造成本、采購成本、使用成本、維修保養(yǎng)成本、廢棄處置成本等。美軍《防務(wù)采辦術(shù)語》中,則將其概括為:系統(tǒng)在其壽命內(nèi)政府用于采辦和擁有系統(tǒng)的總費用,它包括研制、采辦、使用、保障和處置的費用。

裝備壽命周期費用具有其他費用的一般屬性,同時又有其自身的特點,具體體現(xiàn)在如下幾個方面:

1)系統(tǒng)性裝備從“生”到“死”,即從提出需求到退役報廢的過程中,形成了若干既相對獨立又緊密聯(lián)系的階段[7]。與之相關(guān)的費用,從橫向看,既包含主裝備費用,又包含配套裝備和綜合保障要素的費用;從縱向看,既有一次性采辦費用,又有重復性支付的使用保障費用,以及退役處置費用。這些費用之間密切相關(guān)又相互影響,具有系統(tǒng)性。

2)先天性壽命周期費用實際上在裝備生產(chǎn)之前,已由論證、研制階段“先天”鑄就。有關(guān)資料表明,美國B-52飛機各個壽命階段對費用的影響程度是不同的:論證研制階段影響壽命周期費用的95%,生產(chǎn)使用階段只影響5%[8]。雖然這一比例并不完全適用于所有裝備,但基本規(guī)律是一致的。因為裝備壽命周期費用的高低,主要取決于裝備自身的作戰(zhàn)使用性能、結(jié)構(gòu)、所需原材料和制造方法等因素,而這些因素在立項論證和初步設(shè)計階段就基本確定和形成[9]。

3)隱蔽性對于裝備的每一壽命階段來說,費用比例不盡相同。若將壽命周期費用比喻為一座冰山,則露在水面上的只是占壽命周期費用一小部分的采購費,而那些與裝備使用和保障有關(guān)的費用經(jīng)常是看不到的[10]。如果決策者只看到外露的部分,而未預(yù)計到水下尚有大量費用需要支出,依此進行管理決斷,勢必會“觸礁”造成重大損失[11]。

2　MAAP軟件的計算原理

MAAP軟件以壽命周期事件作為引擎,驅(qū)動整個模型完成各項分析計算工作。事件之間存在相互的關(guān)聯(lián)關(guān)系,某一事件的發(fā)生,可以導致其他事件的發(fā)生。在模型中,以對事件自身的各項描述及關(guān)聯(lián)內(nèi)容為單元,通過事件之間的相互關(guān)系,對裝備壽命周期進行描述。

比如,裝備的研發(fā)事件完成,會引起裝備的生產(chǎn)事件,裝備生產(chǎn)完畢則會引起裝備的部署事件,部署的裝備會根據(jù)部署站點的需求產(chǎn)生使用事件;隨著裝備使用事件的發(fā)生,又將引發(fā)裝備自身的故障,因此產(chǎn)生相應(yīng)的維修事件;維修事件所需的相應(yīng)資源,會產(chǎn)生對人員的訓練事件和對物資的運輸事件等。壽命周期事件在軟件中的簡化模型如圖1所示。

在軟件中,首先根據(jù)實際情況或分析要求,建立裝備的分解結(jié)構(gòu);然后對每個分解結(jié)構(gòu)中的節(jié)點,創(chuàng)建所有可能發(fā)生的使用事件、維修事件和保障事件。

使用事件可以描述裝備在使用過程中的狀況,軟件會根據(jù)使用情況觸發(fā)相應(yīng)的事件;每個維修事件都可以指定所需要的維修資源(備件、軟件、工具、人員技能、設(shè)施、技術(shù)資料、能源);保障事件可以指定其保障等級,也可針對不同故障模式設(shè)定不同的保障事件,并分別在對應(yīng)的站點中進行維修。

根據(jù)裝備的使用環(huán)境和保障環(huán)境,對裝備在壽命周期內(nèi)各事件的發(fā)生趨勢進行預(yù)期,從而實現(xiàn)裝備在壽命周期內(nèi)資源消耗趨勢和費用的計算。

3　基于MAAP的壽命周期費用分析過程

MAAP軟件對于壽命周期費用的分析,雖然實現(xiàn)過程比較復雜,但總體上看不外乎六大業(yè)務(wù)模塊:裝備建模、事件建模、保障組織建模、想定建模、優(yōu)化計算和報告生成,這些業(yè)務(wù)模塊之間的流程關(guān)系如圖2所示。

為了演示MAAP軟件在壽命周期費用分析中的過程與獨到優(yōu)勢,下面結(jié)合軟件對上述主要業(yè)務(wù)模塊做一簡單介紹。

1)裝備建模：作為壽命周期費用分析的對象,首先要對裝備的結(jié)構(gòu)和特性規(guī)律等進行建模。因此,需要建立裝備的分解結(jié)構(gòu),并設(shè)定各結(jié)構(gòu)層次產(chǎn)品的參數(shù)(見圖3)。在MAAP軟件中,創(chuàng)建產(chǎn)品結(jié)構(gòu)時,如果需要新建零件記錄,可以通過零件管理器進行添加,也可以直接在結(jié)構(gòu)管理器的添加零件彈出框中進行添加(見圖4)。

2)事件建模：事件建模是MAAP軟件進行壽命周期費用分析的核心工作,通過建立事件模型,可以完善詳細地描述裝備壽命周期中的各項活動。通常來說,裝備包含四類事件信息:使用事件、維修保障事件、升級事件、訓練事件,這些事件都可以創(chuàng)建或關(guān)聯(lián)所需要使用或消耗的資源(備件、工具、人員、設(shè)施等),其主要關(guān)系如圖5所示。

3)保障組織建模：保障組織結(jié)構(gòu)描述了裝備各保障站點之間的物資、維修等保障關(guān)系,是進行壽命周期費用計算的必要輸入條件。因此,保障組織建模也是一項重要的基礎(chǔ)工作。MAAP軟件采取圖像化的保障結(jié)構(gòu),通過鼠標拖拽的方式即可添加站點、以及站點間的關(guān)系,如圖6所示。

4)想定建模：在MAAP軟件中,想定即為系統(tǒng)、保障組織結(jié)構(gòu)、項目常量、零件缺省值、部署情況和備件方案等的有機結(jié)合。因此,需要設(shè)定裝備的數(shù)量、部署信息、維修策略、各站點的庫存策略、費用信息等,從而為裝備全壽命周期過程中各項費用事件的產(chǎn)生和計算提供環(huán)境,其流程如圖7所示。

完成上述這些工作之后,就可以按照分析需求,進行壽命周期費用的計算與優(yōu)化,并生成相關(guān)的報告,為管理決策提供依據(jù)。

5)優(yōu)化計算：設(shè)定好運行的是否執(zhí)行多資源優(yōu)化、是否使用復雜備件算法、是否執(zhí)行費用分析、是否使用時間變量等參數(shù)后,即可選擇【執(zhí)行活動分析】按鈕運行分析計算,如圖8所示。

6)報告生成：點擊報告生成按鈕,即可生成不同形式的報告,包括事件分析類報告、資源分析類報告、費用分析類報告、匯總報告等。

其中,事件分析類報告包括使用事件、保障事件、訓練任務(wù)、升級任務(wù)等;資源分析類報告包括備件、工具、設(shè)施、人員、資料等的初始需求和補給需求等;費用分析類報告包括費用、成品、零件、工具、人員等的使用和維修費用等;匯總報告包括:系統(tǒng)可用度、使用小時的費用、平均維修時間、保障事件頻率、總成本等。這些報告可從不同角度以不同形式進行壽命周期費用的計算。圖9顯示了系統(tǒng)在各年度的壽命周期費用及主要構(gòu)成,其中紅色、灰色、綠色、藍色分別表示購置費用、使用費用、維修費用和其他費用。

4　結(jié)束語

本文闡述了壽命周期費用的概念與特點,基于美國國防部定制軟件MAAP,介紹了其實現(xiàn)壽命周期費用分析的基本原理,并具體演示了利用該軟件對裝備開展壽命周期費用分析的過程。通過MAAP軟件得到的分析報告,可從壽命成本的角度對比裝備系統(tǒng)的研制、生產(chǎn)與使用保障方案,從而為進一步優(yōu)化費用投入、提高裝備效能提供了數(shù)據(jù)參考。