探讨机械类产品的积木式成本建模方法

探讨机械类产品的积木式成本建模方法

邱燕燕

航天推进技术研究院 陕西省 西安市 邮编710100

摘要：本论文探讨了一种新的机械类产品的成本建模方法，即积木式成本建模方法。传统的成本建模方法往往需要大量的数据和复杂的计算，而积木式成本建模方法则通过将产品的各个组成部分看作积木，通过组合和拆解积木来估算产品的成本。该方法的优势在于简化了成本建模的过程，提高了建模的效率。结果表明，本文通过积木式成本建模研究，提出积木式建模方法，能够准确地估算产品的成本，并且具有较高的可靠性和可重复性，可为其它复杂系统的成本模型构建提供思路，具有较好的实用性和较高的借鉴价值。

关键词：机械类产品；积木式；成本建模方法

1 研究背景及意义

1.1研究背景

市场竞争性采购、产品大批量阶梯降价已成为常态，将成本管控作为常态化的目标，是立足市场全局的必然要求，是应对激烈的国际、国内竞争环境下的重要举措，也是对成本价格意识不强、成本价格基础不牢、成本价格管理模式不够科学的反思与回答。

研究产品成本建模方法，加强技术经济一体化，明确全寿命周期成本目标管理和成本考核节点，提高限价设计能力，探索产品成本限价设计参考准则，是实现成本建模“以简代繁，以软代硬、以通代专”的刚性要求。

1.2研究意义

本报告旨在通过同类型的机械类产品的成本模型建立过程研究，探索出一套适用于复杂机械结构产品的积木式成本建模方法，将复杂机械结构化繁为简，对简单结构构建成本模型，在此基础上采用积木式搭建的方式构建出复杂产品的成本模型。同时也顺应当前国际形势对该领域成本细化控制的要求，有助于目标成本价格制定、限价设计在多型号的实施，同时，可以为项目竞标、快速决策提供科学支撑。

2 研究方法和思路

2.1研究方法

本报告研究的机械类产品具有系统构成复杂、产品结构多样、制造流程繁杂的特点；具有同类产品可对比、部组件相似、机械原理相近的属性。在成本建模过程中综合应用了积木式建模法、工程法、参数法等建模方法。

2.2研究思路

具体研究思路可分为以下几个步骤：

第一步，产品和成本数据信息收集和整理。采用工程法基于《军品定价议价规则试行》文件要求，对市场上同类型产品的成本价格数据进行调研、搜集和整理，获得建立分解至零件层级的成本价格数据。

第二步，确定成本建模最小模块。从面向产品和面向流程两个维度对收集的同类型产品进行积木式分解，对分解结果进行综合分析，确定成本价格建模的最小模块。

第三步，部组件模块的成本建模。首先依据相似同类产品的成本数据确定每个模块的情况；然后通过理论分析和工程经验判断，初步提出每个模块的成本动因；再对初选的成本动因参数与模块成本进行相关性分析，确定影响成本的关键因素；最后，基于参数法原理建立每个模块的成本模型并进行模型校验。

第四步，整体产品的成本建模。通过参数分析确定产品层级的设计参数与各模块成本模型的自变量之间的转换关系，构建基于发动机设计参数的各模块成本模型，再结合发动机设计参数、产品组成情况以及批产流程要求开展发动机的成本模型积木式搭建，最后进行发动机成本模型校验。

第五步，成本建模方法、经验的总结提炼。对产品成本模型建立和研究的全过程进行梳理，提炼适用于复杂系统的成本建模经验，总结复杂系统的积木式成本建模的方法。

3 成本数据梳理和建模最小模块确定

3.1型号成本数据信息收集和整理

按照研究对象进行同类产品型号的成本数据收集和整理。按照《军品定价议价规则试行》细化至零件层级，主要包含直接材料、直接人工、制造费用、专项费用和期间费用。为了使得成本数据能够适用于本报告成本建模，还需对成本基础数据进行一致性和规范性处理，具体性处理做法如下：

（1）由于各产品的生产周期并不统一，直接人工和制造费用的费率存在差异，为了剔除费率对产品成本的影响，将各产品成本的费率测算区间统一调整至2020年至2022年；

（2）对直接材料中原材料、外协外购件的单价进行确认，按照最新价格对相同材料或产品的单价进行统一；

（3）对工时定额进行确认，对相同工序的工时定额进行统一；

（4）对专项费用中的定期试验费分摊比例进行一致性处理，剔除批次数量差异带来的影响。

3.2确定成本建模最小模块

从面向产品的维度将产品分解为组合件和总装直属件，主要包括：气瓶、贮箱、推力室、阀A、阀B…等，各类组合件和总装直属件的主要功能、型号种类、成本范围以及在整机的占比详见下表1。从面向产品的维度对产品进行综合分析结果，将针对贮箱、气瓶、推力室、阀A、阀B、总装这个6个模块作为成本模型建立的最小模块。

表1 各组件模块的成本占比情况

4 模块成本模型构建

按照上文确定的6个最小成本建模模块，开展成本模型构建。

4.1贮箱成本建模

4.1.1影响因素识别

贮箱主要为球形或球贮柱形，其功能主要是为产品贮存推进剂并在工作时进行稳定的推进剂供应，根据其设计制造过程，初步提出影响其成本的参数可能有容积、长径比和爆破压力。

通过对贮箱设计参数、结构组成以及制造过程进行的分析，识别出可能影响其成本的设计参数为容积、长径比以及爆破压力。

4.1.2相关性分析

根据以上成本影响因素识别结果，收集了贮箱成本和影响因素参数见表2，包括贮箱成本-C贮箱、容积-V贮箱、爆破压力-P贮箱以及长径比-LDR贮箱。

表2 贮箱成本和各要素数据

表3  相关系数计算结果

对数据进行相关系数计算，结果见表3。贮箱成本与容积的相关系数为0.9416，具有较强正相关性。

4.1.3模型构建

4.1.3.1建立模型结构

将组合参数A贮箱与贮箱成本绘制散点分布图并进行趋势线拟合，拟合度较好的结果见图3，组合参数A贮箱与成本可拟合为一元三次多项式。

根据绘图分析建立贮箱成本模型结构：，其中为常数。

4.1.3.2建立成本模型

利用回归分析法通过历史数据对成本模型结构中的常数进行求解，获得成本模型为：

式中为贮箱成本，=。

4.1.4模型检验

采用模型建立时的数据对模型结果进行内部校验，计算结果见表4，最小偏差为0.11%，最大偏差为8.11%，R2=0.9344，说明贮箱成本模型能够较为准确的预测贮箱成本。

表4 模型校验

4.2气瓶成本建模

4.2.1影响因素识别

气瓶用于为系统增压贮存高压气体，根据其设计制造过程，初步提出影响其成本的参数可能有容积和爆破压力，识别出可能影响气瓶成本的因素为其容积。

4.2.2相关性分析

本课题收集的气瓶容积参数和成本数据见表5。

表5 气瓶成本和各要素数据

表6  相关系数计算结果

对数据进行相关系数计算，结果见表6。气瓶成本与容积的相关系数为0.9847，具有较强正相关性。

综合以上分析，确定影响气瓶成本的关键影响因素为气瓶容积。

4.2.3模型构建

4.2.3.1建立模型结构

将气瓶容积V气瓶与气瓶成本绘制散点分布图并进行趋势线拟合，拟合度较好的结果见图5，容积与成本可拟合为一元二次多项式。

根据绘图分析建立气瓶成本模型结构：，式中为常数。

4.2.3.2建立成本模型

利用回归分析法通过历史数据对成本模型结构中的常数进行求解，获得成本模型为：

式中C气瓶为气瓶成本，V气瓶为气瓶容积。

4.2.4模型检验

采用模型建立时的数据对模型结果进行内部校验，计算结果见表7，实际成本和预测成本散点图见图6。模型测算与实际成本的偏差百分比最小为-0.78%，最大为-6.19%，R2=0.9951，模型测算和实际成本偏差略大的主要原因是由于历史数据量有限，但R2比较接近1，说明气瓶成本模型的解释性较好，能够较为准确的预测气瓶的成本。

表7 模型校验结果

4.3推力室、阀A、阀B、总装模块的建模

推力室、阀A、阀B、总装模块的建模，类同于贮箱和气瓶的建模方法，并以此类推建模。

5 整机产品成本模型构建

5.1各组件模块键影响因素

根据转化关系梳理出整机产品中各组件模块的成本模型的关键影响因素汇总情况见详表8、表9、表10。

表8   各组件成本模型统计

表9 组合件关键影响因素向整机产品设计参数的转化过程

表10 整机成本模型关键影响因素汇总表

5.2整机产品成本模型建立

结合整机产品设计参数、产品组成情况以及生产流程要求开展产品积木式成本搭建，整机的成本由各组合件配套数量乘以单台组合件成本，并与产品总装成本求和所得，搭建的整机成本模型如下：

表11  各组合件、总装成本模型（基于关键影响因素）

5.3整机成本模型验证

首先对整机产品成本模型进行内部自校验，采用报告所用产品设计方案进行本预测，并与产品实际成本进行比较，对比结果见表31，整机产品成本模型预测与实际成本偏差百分比的绝对值均小于5%，其中最大偏差为-4.14%，预测结果与实际成本偏差较小，说明产品成本模型的预测准确性较高。

表12 整机产品模型校验结果

6 研究结论及创新点

本课题以同类产品为研究对象，在积木式成本建模的思路下，综合运用工程法和参数法，开展了成本模型研究。本研究报告具有以下创新点：针对系统结构多样、制造流程复杂的产品，面向同类型产品、面向各流程构建了基于设计参数的成本模型，在产品研制方案阶段即可初步预测出较为准确的批生产成本，可为型号规划竞标价格、目标成本管理、限价设计等工作提供有效的工具方法；通过积木式成本建模研究，提出一种积木式建模方法，可为其他复杂系统的成本模型构建提供思路，具有较好的实用性和借鉴性。

参考文献：

[1] 煤电灵活性改造精细化建模及电力、热力生产模拟研究[J]. 赵腾;郑雅楠;李庚银.中国能源, 2022,44(07)：24-34

[2] 基于属性分类建模的电子产品价值评估技术[J]. 王陆霖;刘杨;彭治;杜永萍;韩红桂.计算机工程与设计,2022,43(07)：2040-2047

[3] 《财务建模方法与技术》案例库建设研究[J]. 孙晓阳;孙红霞;杨秀罗;孔德泰.现代商贸工业,2020,41(16)：169-170

[4] 机械产品成本建模及分析研究综述[J]. 李勇;姜二彪;付晓莉;陈芳;杨树峰.价值工程, 2015,34(13)：6-8

作者简介：

邱燕燕，出生：1970年6月3日，民族：汉族，籍贯：浙江省舟山市，学历：本科，工作单位：航天推进技术研究院，职称：高级经济师，职务：处长，研究方向：航天型号计划、经费、成本、价格等。

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