淺議航天發(fā)射任務(wù)費(fèi)用優(yōu)化

邵佳琦 鮮思德

[摘? ? 要] 本文闡述了我國通用航天發(fā)射費(fèi)用構(gòu)成，提出了基于層次分析法和價值工程理論的航天發(fā)射費(fèi)用優(yōu)化的基本思路，并以某型固體火箭發(fā)射費(fèi)用優(yōu)化為例進(jìn)行了具體運(yùn)用，以期為新時期航天發(fā)射費(fèi)用優(yōu)化問題找到改進(jìn)方向，實(shí)現(xiàn)成本支出的最小化，進(jìn)而提升我國航天發(fā)射的國際競爭力。

[關(guān)鍵詞] 航天發(fā)射;費(fèi)用優(yōu)化;層次分析法;價值工程

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 21. 044

[中圖分類號] F273? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? A? ? ? [文章編號]? 1673 - 0194（2019）21- 0114- 04

0? ? ? 引? ? 言

近年來，隨著軍民融合戰(zhàn)略的深度發(fā)展，國家出臺各種政策大力扶持民營航天，2018年可謂是中國民營航天的元年，國內(nèi)多家民營航天企業(yè)依托國家發(fā)射基地相繼組織火箭測試飛行，星際榮耀“雙曲線一號”火箭、零壹空間“OS-X”火箭、藍(lán)箭航天“朱雀一號”相繼亮相、開展試驗(yàn)和實(shí)施發(fā)射。商業(yè)航天在我國航天領(lǐng)域上大放異彩，借助政策優(yōu)勢迅速成長，商業(yè)衛(wèi)星任務(wù)逐年增多，競爭壓力也越來越大，要想在激烈的競爭環(huán)境下站穩(wěn)腳跟，提升國際競爭力、確立優(yōu)勢地位，就需要把發(fā)射費(fèi)用控制在一個合理的范圍內(nèi)。所以本文借鑒層次分析法（AHP）對航天發(fā)射任務(wù)進(jìn)行評價指標(biāo)構(gòu)建并進(jìn)行功能分析，再利用價值工程理論找出航天發(fā)射費(fèi)用的優(yōu)化方向。

1? ? ? 航天發(fā)射任務(wù)費(fèi)用構(gòu)成

在我國，目前航天發(fā)射要依托軍方發(fā)射基地完成。按照任務(wù)階段劃分，航天發(fā)射通常分為任務(wù)準(zhǔn)備階段、任務(wù)實(shí)施階段和任務(wù)總結(jié)階段。按照任務(wù)系統(tǒng)劃分，航天發(fā)射涉及的硬件系統(tǒng)通常分為測發(fā)系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、氣象系統(tǒng)、勤務(wù)保障系統(tǒng)。按照任務(wù)流程劃分，準(zhǔn)備階段的主要工作包括人員定位與考核、設(shè)施設(shè)備檢修檢測、任務(wù)軟件準(zhǔn)備、試驗(yàn)文書擬制簽批、任務(wù)準(zhǔn)備評審、航天產(chǎn)品接運(yùn)準(zhǔn)備;實(shí)施階段的主要工作包括產(chǎn)品接運(yùn)、卸車和交接、運(yùn)載火箭吊裝對接、航天器、有效載荷和運(yùn)載火箭測試、航天器加注扣罩、航天器轉(zhuǎn)運(yùn)對接、機(jī)械接口協(xié)調(diào)與航天器功能檢查、星箭聯(lián)合檢查測試、火箭推進(jìn)劑加注、臨射檢查及發(fā)射、上升過程跟蹤測量與控制;總結(jié)階段的主要工作包括設(shè)施設(shè)備狀態(tài)恢復(fù)、試驗(yàn)結(jié)果快速分析、技術(shù)、質(zhì)量及評估。航天發(fā)射任務(wù)的費(fèi)用產(chǎn)生于整個任務(wù)過程，每一項(xiàng)活動都會產(chǎn)生消耗，不同階段均會產(chǎn)生型號試驗(yàn)費(fèi)、基本維持費(fèi)分?jǐn)?、人員生活費(fèi)、固定資產(chǎn)折舊分?jǐn)偤拓?cái)產(chǎn)人員保險費(fèi)。

2? ? ? 航天發(fā)射費(fèi)用優(yōu)化思路

航天發(fā)射任務(wù)一直以來都在追求先進(jìn)的技術(shù)，卻忽略了成本的把控，導(dǎo)致了在任務(wù)活動的發(fā)生環(huán)節(jié)產(chǎn)生了很多不合理的開支，造成了大量資源的浪費(fèi)，同時航天發(fā)射任務(wù)費(fèi)用也會受到氣象條件、技術(shù)問題、不可抗力因素等諸多因素的影響，會出現(xiàn)推遲發(fā)射、甚至取消發(fā)射的情況，這些都大大增加了發(fā)射成本的支出。因此，軍隊(duì)人員力圖尋找到軍事效益和經(jīng)濟(jì)利益的共同區(qū)，而這恰恰與價值工程的管理目標(biāo)一致，都是為改善技術(shù)與經(jīng)濟(jì)不統(tǒng)一的情況尋求最優(yōu)的解決方案。所以本文選擇了基于層次分析法（AHP）的價值工程方法來解決航天發(fā)射任務(wù)費(fèi)用優(yōu)化的問題，優(yōu)化步驟如圖1所示。

2.1? ?費(fèi)用優(yōu)化的基本原理

價值工程作為一個技術(shù)和經(jīng)濟(jì)結(jié)合起來的現(xiàn)代化管理方法，可以在費(fèi)用消耗最少的情況下實(shí)現(xiàn)資源最大化的利用。該方法主要以功能分析為主，是一項(xiàng)通過最低的成本來實(shí)現(xiàn)作業(yè)或服務(wù)必要價值的管理活動。首先對評價對象進(jìn)行量化考核，然后再利用數(shù)學(xué)關(guān)系式V=■對作業(yè)或服務(wù)進(jìn)行分析判斷。其中的“價值”是指某項(xiàng)作業(yè)或服務(wù)的效用與在壽命周期內(nèi)的成本的比值，“功能”是指作業(yè)或服務(wù)所起到的作用，即實(shí)現(xiàn)用戶所要求的功能，對于過剩的功能要消除，不足的功能要改進(jìn)，才能達(dá)到最佳的效果。

在價值工程的應(yīng)用中，項(xiàng)目成本的計(jì)量相對容易，可以按項(xiàng)目的流程來統(tǒng)計(jì)成本，由于功能系數(shù)的影響因素有很多并且不容易計(jì)算，所以如何準(zhǔn)確計(jì)算出功能系數(shù)是確定評價指標(biāo)效用價值的關(guān)鍵。目前確定功能系數(shù)的方法有很多，比如環(huán)比評分法、強(qiáng)制分析法，這類方法主要靠專家的主觀評判直接確定功能重要程度，沒有嚴(yán)格的數(shù)據(jù)計(jì)算，存在主觀隨意性，容易出現(xiàn)誤判。所以，本文擬采用定性與定量相結(jié)合的層次分析法（AHP），引入客觀的賦值法來有效地克服之前缺乏科學(xué)理論依據(jù)的問題，具體方法是采用數(shù)據(jù)分析來確定權(quán)重向量，通過一致性檢驗(yàn)，當(dāng)沒有超過可接受的范圍時，將各指標(biāo)權(quán)重作為之前專家打分的功能系數(shù)。

2.2? ?費(fèi)用優(yōu)化實(shí)現(xiàn)過程

2.2.1? ?建立航天發(fā)射任務(wù)層次結(jié)構(gòu)圖

層次結(jié)構(gòu)模型至少分為三層，將所包含的因素從上到下進(jìn)行分解，最頂層為目標(biāo)層，即要解決的問題;中間層為準(zhǔn)則層，可以有一個或若干個層次，即需要考慮的因素;最底層為方案層。本文對航天發(fā)射任務(wù)流程的成本因素進(jìn)行拆分，將航天發(fā)射任務(wù)作為評價對象，建立如圖2所示的層次結(jié)構(gòu)圖。由于任務(wù)準(zhǔn)備階段和任務(wù)總結(jié)階段的活動相對固定，涉及的費(fèi)用波動不大，所以這里不繼續(xù)向下細(xì)分分析。

2.2.2? ?構(gòu)造判斷矩陣

矩陣中的同一層次各個因素進(jìn)行兩兩比較時，按重要性程度向?qū)＜易稍?，并進(jìn)行等級評價，得到判斷矩陣。取值的方法通常采用九標(biāo)度法，其含義如表1所示。

2.2.3? ?確定指標(biāo)權(quán)重向量和最大特征值

根據(jù)專家打分后的判斷矩陣，運(yùn)用特征根法計(jì)算出特征向量ωi，將每一列進(jìn)行歸一化之后，得到最后的權(quán)重ωi，再計(jì)算最大特征值λmax滿足Aω=λmaxω。

2.2.4? ?一致性檢驗(yàn)

在兩兩比較的過程中不一定能滿足判斷矩陣的大體一致性，總會出現(xiàn)一些誤差，所以要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)?？梢杂肅.I.和C.R.來檢驗(yàn)判斷矩陣的一致性，計(jì)算一致性指標(biāo)C.I.，C.I.=■，當(dāng)C.I.=0時，則判斷矩陣是完全一致性的;C.I.≤0.1時，我們認(rèn)為判斷矩陣依然在可接受的范圍里;C.I.越大，判斷矩陣的不一致程度越高。對于多階矩陣可進(jìn)一步引入矩陣的一致性比例C.R.，C.R.=■，平均隨機(jī)一致性指標(biāo)R.I.如表2所示。

當(dāng)C.R.<0.1時，則判斷矩陣的不一致性在可接受的范圍內(nèi)，是令人滿意的，可將歸一化后的特征向量視為指標(biāo)權(quán)重;當(dāng)C.R.>0.1時，則說明判斷矩陣沒有達(dá)到一致性的要求，需要重新建立判斷矩陣，對bij進(jìn)行調(diào)整，重新判斷一致性。

3? ? ? 某型火箭發(fā)射費(fèi)用優(yōu)化的具體實(shí)現(xiàn)

目前航天發(fā)射任務(wù)采用的火箭包含液體火箭和固體火箭兩種類型，液體火箭又有常規(guī)液體火箭、小型液體火箭之分。不同類型的火箭其用途有所區(qū)別，參與發(fā)射的人員、裝備、設(shè)備設(shè)施和發(fā)射流程頁有所不同，特別是液體火箭與固體火箭的區(qū)別更大。因此，發(fā)射費(fèi)用的優(yōu)化需依據(jù)型號而論，這里選擇某型固體火箭進(jìn)行分析。

3.1? ?功能系數(shù)的確定

根據(jù)上述步驟，求解結(jié)果如表3，表4，表5，表6所示。

3.3? ?決策分析

（1）任務(wù)總結(jié)階段的價值系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于1，從數(shù)值上可以看出評價對象的功能所占比重高于成本所占的比重，功能效用實(shí)現(xiàn)了既定要求，可以適當(dāng)減少人力，但也要考慮到是否成本支出過少導(dǎo)致價值偏高或是功能過剩導(dǎo)致價值偏高，而這部分功能存在衛(wèi)星用戶并不需要的可能性。

（2）任務(wù)準(zhǔn)備階段以及任務(wù)實(shí)施階段中測發(fā)系統(tǒng)的價值系數(shù)都在1附近，能判斷出功能效用和成本投入基本持平，可以暫不考慮這部分的成本改進(jìn)。

（3）任務(wù)實(shí)施階段的通信系統(tǒng)、氣象系統(tǒng)、勤務(wù)保障系統(tǒng)和試驗(yàn)政工系統(tǒng)的價值系數(shù)小于1，說明費(fèi)用支出很多卻沒有達(dá)到用戶提出的要求，可能就是平時所說的“事倍功半”，這部分需要優(yōu)化改進(jìn)，是重點(diǎn)關(guān)注對象?？纯词欠翊嬖谫Y源使用的重復(fù)性，導(dǎo)致成本支出過高，召集技術(shù)骨干和財(cái)會人員一起討論并制定優(yōu)化方案，進(jìn)而提升某型號固體火箭任務(wù)的價值。

4? ? ? 結(jié)? ? 語

國家提出的“軍民融合”發(fā)展戰(zhàn)略加快了航空航天領(lǐng)域“軍轉(zhuǎn)民”“民參軍”的融合，推進(jìn)了軍用技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化，形成了一支高精尖產(chǎn)業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，未來將是國防和軍隊(duì)現(xiàn)代化建設(shè)堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)以及技術(shù)支撐。要想航天產(chǎn)業(yè)有所發(fā)展，對成本的把控是不可缺少的，航天發(fā)射任務(wù)在執(zhí)行過程中勢必會出現(xiàn)費(fèi)用在任務(wù)某一環(huán)節(jié)產(chǎn)生的不合理，可能過多也可能過少，因此，采用基于層次分析法的價值工程理論可以解決發(fā)射任務(wù)中不必要的開支。將一個大型的發(fā)射項(xiàng)目分解成多個目標(biāo)進(jìn)行決策，實(shí)現(xiàn)任務(wù)準(zhǔn)備階段、實(shí)施階段和總結(jié)階段的功能性分析，使得費(fèi)用在任務(wù)環(huán)節(jié)做到合理搭配，避免了盲目性的判斷，可以有效地找準(zhǔn)問題著力點(diǎn)，從根本上解決成本過多支出等不合理的現(xiàn)象，從而整體上提升航天產(chǎn)業(yè)的發(fā)射水平。

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