裝備再制造成本分析模型構(gòu)建及應(yīng)用

桑 凡， 鄭漢東,， 李恩重， 史佩京， 徐濱士

(1. 裝甲兵工程學(xué)院裝備再制造技術(shù)國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100072； 2. 合肥工業(yè)大學(xué)管理學(xué)院， 安徽 合肥 230009)

裝備再制造成本分析模型構(gòu)建及應(yīng)用

桑 凡1， 鄭漢東1,2， 李恩重1， 史佩京1， 徐濱士1

(1. 裝甲兵工程學(xué)院裝備再制造技術(shù)國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京100072；2. 合肥工業(yè)大學(xué)管理學(xué)院， 安徽 合肥230009)

針對(duì)裝備再制造方案決策中缺乏成本依據(jù)的問(wèn)題，應(yīng)用全壽命周期理論分析了裝備再制造過(guò)程中產(chǎn)生的成本。首先，明確了裝備再制造成本分析模型的估算目標(biāo)和研究邊界；然后，分析了裝備再制造成本分解結(jié)構(gòu)、估算方法，并給出了裝備再制造成本分析模型框架；最后，以裝甲裝備發(fā)動(dòng)機(jī)與航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件再制造為例，驗(yàn)證了裝備再制造成本分析模型的可行性，并分析了其經(jīng)濟(jì)壽命與效費(fèi)關(guān)系。

裝備再制造； 成本分析模型； 全壽命周期

裝備再制造工程是廢舊裝備高技術(shù)修復(fù)及升級(jí)改造的產(chǎn)業(yè)化，是促進(jìn)裝備可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一項(xiàng)系統(tǒng)工程。發(fā)展裝備再制造，不僅能夠推動(dòng)裝備維修保障方式的轉(zhuǎn)變，而且可為先進(jìn)技術(shù)與材料在新裝備中的應(yīng)用積累經(jīng)驗(yàn)[1]。由于裝備再制造過(guò)程中既要考慮可靠性指標(biāo)，也要考慮再制造成本，因此裝備再制造成本分析已引起許多研究者的重視。

GOODALL等[2]認(rèn)為再制造成本是再制造方案綜合評(píng)價(jià)中極為重要的因素，成本信息可通過(guò)案例推理和歷史數(shù)據(jù)分析得出。TURKI 等[3]闡述了再制造中的維護(hù)庫(kù)存成本，建立了廢舊零件回收與庫(kù)存的離散流模型，并對(duì)企業(yè)最佳的庫(kù)存維護(hù)水平及最小庫(kù)存成本進(jìn)行了評(píng)估。SRISHTI等[4]基于采購(gòu)、加工、材料回收和銷售階段的成本參數(shù)，構(gòu)建了經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)指標(biāo)，其適用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和工業(yè)機(jī)械等再制造。NAEEM等[5]分析了普通產(chǎn)品積壓成本和流動(dòng)成本的變化規(guī)律，研究了降低再制造總成本的方法。國(guó)內(nèi)研究者也對(duì)再制造成本進(jìn)行了深入研究，如：劉光復(fù)等[6]基于環(huán)境成本分析了2家再制造企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)決策，認(rèn)為成本優(yōu)勢(shì)高的企業(yè)效益好;陳偉達(dá)等[7]發(fā)現(xiàn)零件獲取成本的增加提高了再制造/拆卸比率，解決了企業(yè)拆卸與再制造平衡成本的決策問(wèn)題；JIAWG等[8]運(yùn)用遺傳法優(yōu)化了再制造過(guò)程規(guī)劃模型，為提高可靠性和降低成本提供決策依據(jù);XU等[9]研究了輕型汽車零部件再制造的全壽命周期成本，認(rèn)為合理選擇再制造時(shí)機(jī)可有效降低壽命周期成本。

上述研究主要針對(duì)具體產(chǎn)品或工藝的再制造成本構(gòu)成要素進(jìn)行分析，缺乏對(duì)裝備回收、拆解、清洗、檢測(cè)、加工和裝配等過(guò)程成本的系統(tǒng)分析，不利于在裝備維修保障過(guò)程中對(duì)再制造進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。此外，裝備再制造成本與普通再制造產(chǎn)品成本有2個(gè)顯著的差別：一是成本購(gòu)置環(huán)節(jié)，普通產(chǎn)品毛坯獲取成本包括購(gòu)置成本與物流成本，而裝備再制造是依托裝備維修展開(kāi)，只存在一定的物流成本；二是再制造產(chǎn)品銷售環(huán)節(jié)，普通產(chǎn)品還需考慮銷售成本，而裝備直接交付使用，不需考慮。因此，筆者以裝備全生命周期理論為基礎(chǔ)，建立成本分解結(jié)構(gòu)與裝備再制造成本分析模型，并將經(jīng)濟(jì)壽命和使用壽命作為性能指標(biāo)分析效費(fèi)關(guān)系，分析同種裝備再制造、大修及新品的效費(fèi)與不同裝備備件效費(fèi)存在差別的原因，并通過(guò)相關(guān)實(shí)例對(duì)裝備備再制造成本分析模型的可行性進(jìn)行驗(yàn)證。

1 裝備再制造成本分析模型

1.1估算目標(biāo)與研究邊界

裝備再制造成本分析的估算目標(biāo)是考察再制造過(guò)程中各個(gè)階段發(fā)生費(fèi)用的動(dòng)因、要素及數(shù)值大小，識(shí)別再制造關(guān)鍵過(guò)程和關(guān)鍵技術(shù)，為再制造流程優(yōu)化、技術(shù)創(chuàng)新及裝備維修保障提供決策依據(jù)。

裝備全壽命周期包含裝備設(shè)計(jì)/制造、裝配、使用、維修和退役等一系列過(guò)程。裝備再制造全壽命周期是指裝備的回收、拆解、清洗、檢測(cè)、再制造加工、零部件測(cè)試、裝配/再制造零件和使用等過(guò)程，如圖1所示。因此，裝備再制造成本分析需要從回收階段開(kāi)始，一般包括裝備再制造后服役一個(gè)完整周期的全部過(guò)程。本文的研究邊界為裝備進(jìn)入再制造加工中心到出廠的過(guò)程，即“大門到大門”。

1.2成本分解結(jié)構(gòu)

對(duì)于再制造加工而言，重點(diǎn)關(guān)注回收、拆解、清洗、檢測(cè)、再制造加工、零部件測(cè)試以及裝配等過(guò)程內(nèi)的成本總和。通過(guò)查閱文獻(xiàn)和企業(yè)調(diào)研可知：裝備再制造成本主要包括舊件獲取成本、加工成本、材料購(gòu)買成本及間接成本，其具體分解結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 裝備再制造成本分解結(jié)構(gòu)

1)裝備再制造過(guò)程中發(fā)生的舊件獲取成本包括購(gòu)置成本和物流成本，其購(gòu)置成本一般為固定值，而物流成本與運(yùn)輸距離有關(guān)，即

(1)

式中：Cq為單臺(tái)裝備平均獲取成本；l為運(yùn)輸距離；Cl為單位距離所需支付的運(yùn)輸成本；n為運(yùn)輸裝備的數(shù)量；Cn為廢舊裝備購(gòu)置成本。

2)加工成本Cp涉及恢復(fù)毛坯性能過(guò)程中設(shè)備的加工能耗成本與加工人工成本，即

(2)

式中:h為加工的工藝數(shù)量；Cei=Cwi+Coi+Cgi+Celi，為能耗成本，其中Cwi為水費(fèi),Coi為油料成本,Cgi為氣體成本,Celi為電費(fèi)；t為加工時(shí)間；f為參與人工數(shù)；Cf為工廠單位工時(shí)費(fèi)。

3)再制造材料成本Cm包括清洗使用的材料Cmc成本(不包括水費(fèi))、加工用料成本Cmr及需要購(gòu)買零件成本Cmp，即

(3)

4)間接成本Co包括工廠分?jǐn)偝杀竞凸S管理成本，其中：工廠分?jǐn)偝杀綜a包括設(shè)備折舊成本Cd和設(shè)備維護(hù)Cs，即

(4)

工廠管理成本按總成本的X%收取。

5)裝備再制造成本為以上成本之和，即

Ctotal=(Cq+Cp+Cm+Ca)·(1+X%)。

(5)

1.3成本估算方法

常用的成本估算方法有參數(shù)估算法、類比估算法、趨勢(shì)外推估算法、灰色系統(tǒng)估算法和工程估算法等。不同估算法適用于不同階段發(fā)生的成本，其中：參數(shù)估算法通過(guò)選取再制造成本關(guān)鍵參數(shù)推斷總成本；類比估算法以過(guò)去類似的再制造產(chǎn)品為基礎(chǔ)估算各項(xiàng)成本；趨勢(shì)外推估算法根據(jù)過(guò)去和現(xiàn)有的數(shù)據(jù)推斷裝備再制造產(chǎn)生的成本，對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)量要求較高；灰色系統(tǒng)估算法應(yīng)用GM(1,1)模型預(yù)測(cè)裝備全生命周期成本(Life Cyde Cost,LCC)，具有使用樣本量小和建模精度高的特點(diǎn)，可對(duì)部分信息未知的系統(tǒng)建模；工程估算法自下而上逐項(xiàng)地計(jì)算成本，最后累加得到整體成本總和[10]。選擇裝備再制造成本估算方法時(shí)，需要綜合考慮再制造過(guò)程的復(fù)雜度和信息獲取的便利性等因素，各估算方法適用的成本發(fā)生階段如表1所示。

表1 各估算方法適用的成本發(fā)生階段

1.4效費(fèi)關(guān)系

經(jīng)濟(jì)壽命是確定裝備服役年限的重要依據(jù)，因此再制造產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)壽命對(duì)于評(píng)價(jià)裝備再制造成本非常重要，可依據(jù)裝備經(jīng)濟(jì)壽命[11]開(kāi)展裝備再制造經(jīng)濟(jì)壽命分析，即

(6)

式中:T為裝備經(jīng)濟(jì)壽命;Y為裝備總成本；Li為第i年的凈殘值;λ為使用增加值。

裝備效費(fèi)比E為裝備效能V與裝備總成本Y的比值[12]，即

(7)

在效費(fèi)關(guān)系基礎(chǔ)上引入函數(shù)ε，用于評(píng)價(jià)不同效能或不同產(chǎn)品效費(fèi)比之間的關(guān)系，即

(8)

1.5裝備再制造成本分析模型框架

通過(guò)以上分析，可構(gòu)建適合一般裝備再制造成本分析模型框架，如圖3所示。

圖3 裝備再制造成本分析模型框架

2 實(shí)例分析

2.1裝甲裝備發(fā)動(dòng)機(jī)再制造成本分析

2.1.1 估算目標(biāo)與研究邊界

裝甲裝備發(fā)動(dòng)機(jī)具有潛在價(jià)值高、數(shù)量大和保障費(fèi)用高等特點(diǎn)，可通過(guò)再制造實(shí)現(xiàn)裝備戰(zhàn)斗力的恢復(fù)與提升，并使其具有較高的綜合效益。裝甲裝備發(fā)動(dòng)機(jī)再制造過(guò)程包括回收、拆解、清洗、檢測(cè)、再制造加工、測(cè)試和裝配等。因此，其成本分析的研究邊界為回收至裝配的全過(guò)程。

2.1.2 成本分解結(jié)構(gòu)及估算方法

裝甲裝備發(fā)動(dòng)機(jī)再制造成本可分為舊件獲取成本、再制造加工成本、材料購(gòu)買成本及間接成本。其中：舊件獲取成本只有物流成本，無(wú)購(gòu)置成本；加工成本包括加工能耗成本和加工人工成本；材料購(gòu)買成本包括止動(dòng)墊圈、密封圈、油封、襯墊、卡箍、橡膠管和加工用料等成本；間接成本包括工廠分?jǐn)偝杀竞驼伎偝杀?%的工廠管理成本。由工廠統(tǒng)計(jì)的裝甲裝備發(fā)動(dòng)機(jī)新品、大修與再制造總成本如表2所示。

表2 裝甲裝備發(fā)動(dòng)機(jī)新品、大修與再制造總成本萬(wàn)元

2.1.3 成本分析

依據(jù)建立的成本分解結(jié)構(gòu)，將裝甲裝備發(fā)動(dòng)機(jī)再制造的總成本劃分為6個(gè)部分，如圖4所示。可以看出:加工能耗成本、加工人工成本與材料購(gòu)買成本為裝甲裝備再制造成本的主要組成部分，其中加工能耗成本與材料購(gòu)買成本占66%，人工加工成本占27%，與我國(guó)正常的大型制造業(yè)相比分別增加了6%與7%，說(shuō)明裝甲裝備發(fā)動(dòng)機(jī)再制造成本至少存在13%的下降空間。

圖4 裝甲裝備發(fā)動(dòng)機(jī)再制造總成本劃分

2.1.4 效費(fèi)分析

根據(jù)式(6)可得到裝甲裝備發(fā)動(dòng)機(jī)再制造、大修和新品的經(jīng)濟(jì)壽命，如表3所示。

表3 裝甲裝備發(fā)動(dòng)機(jī)再制造、大修和新品經(jīng)濟(jì)壽命

據(jù)工廠提供的信息表明：新品使用壽命為700 h，再制造發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命為1 000 h以上，而經(jīng)過(guò)大修的發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命僅僅為500 h，再制造發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命提高至大修的2倍。

將使用壽命作為裝備效能V，則裝甲裝備發(fā)動(dòng)機(jī)再制造效費(fèi)比ERM與大修效費(fèi)比Eoh的比值εLu為

(9)

將經(jīng)濟(jì)壽命作為裝備效能V，則裝甲裝備發(fā)動(dòng)機(jī)再制造效費(fèi)比ERM與大修效費(fèi)比Eoh的比值εLe為

(10)

由式(9)、(10)可知：裝甲裝備實(shí)施再制造在可靠性和經(jīng)濟(jì)性均優(yōu)于大修。一般情況下，εLu與εLe應(yīng)相等或大致相等，但此處εLu-εLe=0.5，說(shuō)明裝甲裝備發(fā)動(dòng)機(jī)再制造經(jīng)濟(jì)性存在提高空間，同時(shí)也表明再制造成本具有很大的下降空間。

將使用壽命作為裝備效能V，則裝甲裝備發(fā)動(dòng)機(jī)再制造效費(fèi)比ERM與新品效費(fèi)比Enew的比值εLe為

(11)

由式(11)可知：裝備再制造節(jié)材、節(jié)能效果明顯，最大程度地發(fā)掘了裝備的附加值與潛能，再制造技術(shù)優(yōu)于原始制造技術(shù)，提升了發(fā)動(dòng)機(jī)各方面的性能，延長(zhǎng)了裝備的使用壽命。

2.2航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件再制造成本分析

2.2.1 估算目標(biāo)與研究邊界

某零部件作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的核心零件之一，常處于高溫、高壓和高轉(zhuǎn)速的工作狀態(tài)，容易出現(xiàn)涂層脫落、裂紋和疲勞等故障。由于零件本身價(jià)值較高，可經(jīng)過(guò)回收、拆解、清洗、檢測(cè)、再制造加工、測(cè)試及裝配使零件恢復(fù)性能[13]。因此，航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件研究邊界為回收至裝配全過(guò)程。

2.2.2 成本分解結(jié)構(gòu)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件再制造成本可分為舊件獲取成本、加工成本、材料購(gòu)買成本及間接成本。零部件主要來(lái)源于航空發(fā)動(dòng)機(jī)大修期的拆解，只有少量的物流成本，可忽略不計(jì)。

2.2.3 成本估算方法

在零部件處理工藝中10片為一組，表4為航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件分析成本，航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件再制造成本分析適合采用工程估算法。

表4 航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件分析成本 萬(wàn)元

2.2.4 成本分析

依據(jù)建立的成本分解結(jié)構(gòu)，劃分航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件再制造成本，如圖5所示?？梢钥闯觯翰牧腺?gòu)買成本占85%。由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件的高價(jià)值、高技術(shù)特性，其材料成本相對(duì)較高，這符合再制造成本變化的規(guī)律。

圖5 航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件再制造成本劃分

2.2.5 效費(fèi)分析

零件損傷形式為熱障涂層脫落與燒蝕等，正常使用壽命只有700 h，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件采用粉末冶金工藝等先進(jìn)再制造技術(shù)恢復(fù)零件性能后，使用壽命達(dá)到1 000 h。

將使用壽命作為裝備技能V，航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件再制造效費(fèi)比ERM與新品效費(fèi)比Enew的比值εAu為

(12)

由式(12)可知：航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件再制造后經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于新品，再制造技術(shù)不僅延長(zhǎng)了零件的壽命，并且成本僅為新品的43%。

2.3對(duì)比分析

裝甲裝備發(fā)動(dòng)機(jī)與航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的再制造成本比例如圖6所示?？梢钥闯觯号c航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件再制造成本相比，裝甲裝備發(fā)動(dòng)機(jī)再制造成本的加工能耗成本與人工加工成本所占的比例較大，而材料成本所占比例較小。這說(shuō)明裝備本身價(jià)值對(duì)各成本比例影響較大，價(jià)值高的裝備材料成本較高，價(jià)值相對(duì)低的裝備再制造加工能耗成本與人工加工成本較高。由式(11)、(12)可知：εLe>εAu，說(shuō)明裝甲裝備發(fā)動(dòng)機(jī)再制造技術(shù)成熟度高于航發(fā)零部件再制造。

圖6 裝甲裝備發(fā)動(dòng)機(jī)與航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件再制造成本比例對(duì)比

3 結(jié)論

筆者從全生命周期角度分析了再制造過(guò)程中成本發(fā)生的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、核心要素和成本動(dòng)因，在此基礎(chǔ)上分析了成本的發(fā)生動(dòng)因及分解結(jié)構(gòu)，選取適合的成本估算方法建立裝備再制造成本分析模型，并對(duì)模型進(jìn)行了實(shí)例驗(yàn)證和對(duì)比分析。

該模型建立在已開(kāi)展再制造活動(dòng)的基礎(chǔ)上，屬于再制造事后分析，難以解決新裝備再制造事前成本分析。因此，根據(jù)裝備再制造成本分布特征，從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度建立預(yù)測(cè)模型對(duì)再制造成本進(jìn)行預(yù)測(cè)將是下一步需要研究的問(wèn)題。另外，隨著軍民融合深入發(fā)展，裝備社會(huì)化保障將改變現(xiàn)有再制造模式，在新的研究邊界和成本結(jié)構(gòu)下，再制造成本分析更加需要不斷優(yōu)化和精確控制。因此，建立再制造成本數(shù)據(jù)庫(kù)，借助大數(shù)據(jù)平臺(tái)研究復(fù)雜信息環(huán)境下成本預(yù)測(cè)方法是未來(lái)需要研究的問(wèn)題之一。

[1] 徐濱士.裝備再制造工程[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2013：1-10.

[2] GOODALL P，GRAHAM I，HARDING J，et al.Cost estimation for remanufacture with limited and uncertain information using case based reasoning[J].Journal of remanufacturing, 2015,5(1) 13-23.

[3] TURKI S,HAJEJ Z,REZG N.Impact of the corrective maintenance cost on manufacturing/remanufacturing system performance[M].Saulcy:Springer International Publishing,2015:275-281.

[4] SRISHTI S,SURESH G.Determining cost effectiveness index of remanufacturing:a graphtheoretic approach[J].Production economics,2013，144(4):521-532.

[5] NAEEM M A,DIAS D J,TIBREWAL R,et al.Production planning optimization for manufacturing and remanufacturing system in stochastic environment[J].Journal of intelligent manufactu-ring,2013,24(4):717-728.

[6] 劉光富,劉文俠,張士彬.基于生態(tài)效益的制造商再制造競(jìng)爭(zhēng)決策模型[J].工業(yè)工程與管理,2016,21(2)：16-21,31.

[7] 陳偉達(dá),劉碧玉.考慮質(zhì)量成本的再制造系統(tǒng)批量計(jì)劃綜合優(yōu)化[J].管理科學(xué)學(xué)報(bào),2015,18(12):36-46.

[8] JIANG Z,ZHOU T,ZHANG H,et al.Reliability and cost optimization for remanufacturing process planning[J].Journal of cleaner production,2016,135(11):1602-1610.

[9] XU Y,SANCHEZ J F,NJUGUNA J.Remanufacturing and whole-life costing of light weight components[M].Duxford:Woodhead Publishing,2016：373-383.

[10] 計(jì)時(shí)鳴,包志炎,肖剛,等.大批量定制產(chǎn)品成本估算服務(wù)模型[J].中國(guó)機(jī)械工程,2012,23(6):681-687.

[11] Dhillon B.Life cycle costing:techniques,models and applications[M].London:Gordon and Breach Science Publishers,2013:43-79.

[12] 曲煒，劉漢榮.裝備全壽命費(fèi)用分析[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2011：155-179.

[13] 向巧.航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修工程管理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013：230-240.

(責(zé)任編輯: 尚菲菲)

ConstructionandApplicationofCostAnalysisModelforEquipmentRemanufacturing

SANG Fan1, ZHENG Han-dong1,2, LI En-zhong1, SHI Pei-jing1, XU Bin-shi1

(1. National Key Laboratory for Remanufacturing, Academy of Armored Force Engineering, Beijing100072, China2. School of Management, Hefei University of Technology, Hefei230009, China)

Aiming at the lack of complete analysis model of equipment remanufacturing cost analysis, a model of remanufacturing cost analysis is established based on the whole life cycle theory of equipment, Firstly, the research boundary and estimated target equipment remanufacturing cost analysis model are clarified, then the structure and the estimation method of equipment remanufacturing cost decomposition are analyzed, and the model framework of equipment remanufacturing cost analysis is given. Finally, the model is proved to be feasible through a case of remanufacturing of armored engine and aero-engine parts, and its economic life and efficiency relationship are analyzed.

equipment remanufacturing; cost analysis model; whole life cycle

1672-1497(2017)04-0111-05

2017-05-21

國(guó)家質(zhì)檢公益性行業(yè)專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目(201510202)；中國(guó)科協(xié)“高端科技創(chuàng)新智庫(kù)青年項(xiàng)目”(DXB-ZKQN-2016-015)

桑 凡(1992-)，男，碩士研究生。

TH16

：ADOI：10.3969/j.issn.1672-1497.2017.04.021