用于船舶设计过程中一种短时的成本核算外文翻译资料

 2022-09-09 16:18:42

Towards a short time lsquo;lsquo;feature-based costingrsquo;rsquo; for ship design

J.-D. Caprace bull; P. Rigo

2 State of cost assessment in shipbuilding industry.

The usual methods of cost assessment are various and diversified. Large volumes have been written on this subject; many books for each class of the construction industry, but very few about the shipbuilding industry.To succeed commercially, shipyards must be able to accurately assess costs. Cost assessment is necessary for the bid process, to change orders, and for trade-off studies.Numerous cost assessment approaches exist. They can bebased on extrapolations from previously-built ships,detailed parameters, or integrated physics-based analyses.The solution for the production cost assessment differs in the required information (input data). The less information is needed, the earlier a method can be employed in the design process. The more information is used, the finer differences between design alternatives can be analysed [6].The methods for estimating production cost are classified into:

bull; Top-down (macro, cost-down or historical, weightbased) approaches (empirical, statistical and close-form equations, etc.)

bull; Bottom-up (micro, cost-up or engineering analysis,process-based) approaches (direct rational assessment)

bull; Life cycle approaches (holistic, from the birth of the ship to her dead).

2.1 Top-down

The top-down approach is a parametric cost assessment methodology which uses empirical relationships between product parameters and costs as a means to estimate the cost of new ships [7]. In this case, the top-down method means that the ship cost is predicted from its higher level specifications, instead of its detailed design which may not be available at the time of estimation. Parametric relationships are estimated by using statistical regression techniques from a historical cost database. A parametric estimating system can then be continuously refined and re-calibrated.The top-down approach, also called weight based approach, determines the production cost from global parameters such as the ship type and size, weight of the hull,the block coefficient, ship area, and complexity. The relationships between cost and global parameters are found by cost estimating techniques [9].Advanced shipbuilding technologies typically involve a modular, product oriented approach which cuts across elements of the existing ship work breakdown structures (SWBS). Moreover, these weight based cost assessment approaches do not reflect improvements that may occur in the production process.For instance, if a new welding technique is used which takes 25% less man-hours per meter of weld, no change would be reflected in cost, because there is no change in the weight of the ship. Therefore, if a change in design or production process has no impact on weight, then the cost assessment will not change.However this approach is often used for its ease of use at the very early design stages due to the fact that it is easier to apply and obtain quicker lsquo;lsquo;resultsrsquo;rsquo;, and does not require many design details. Weight is often used as the primary driving factor for cost assessment as it encapsulates the amount of material and to some extent the work associated with an item. Weight is an important characteristic to establish early in the design of any vessel and there are several parametric rules such as shown by [12–16], which can be used to estimate weight based on such minimal information as the main dimensions and hull form coefficients.

2.2 Bottom-up

The traditional cost assessment top-down method using system-based, weight-driven cost models are not always sensitive to changes in production processes and advanced manufacturing techniques [11].Thus, the need exists for a cost model which can better relate to design, construction product and process issues, to enable cost conscientious decision making and more affordable ships.The alternative method to compute the product cost is called bottom-up approach. This engineering analysis cost assessment approach breaks the project down into smaller and smaller intermediate products until the most basic product (e.g. plate) is described. All costs for machining, tracking, coating, assembling this product, along with its associated intermediate products, into the next, more mature intermediate product are estimated. The estimated cost of each layer intermediate product is summed up with all preceding layers, thus obtaining an aggregated cost which reflects an engineering analysis of the building process [7, 8]. In fact, the bottom-up approach breaks down the project into elements of work and builds up a cost estimate in a detailed engineering analysis. Southern [17],Moe and Lund [18], Winkle and Baird [19], and Rigo [20,21] developed simplified cost models based on direct calculation using quantities and unit cost to assess the global production cost. Taking the technology of plate welding as an example, there are many factors affecting the project the evaluation of previous ships [8].Thus, the top-down approach is only applicable if the considered design is similar to these previous ships. Also, the cost estimation factors in the approach reflect only past practices and experience.Cost reductions resulting from newly adopted and developing shipbuilding technologies and production methods can not be reflected in the existing historical based time and working hours such as welding length, plate thickness, welding type, welding position, bevel type and welding accessibility.The major advantage of this technique is that it specifically considers the actual work content of the product and provides a realistic cost estimate for the construction effort.The bottom-up approach requires more effort and detailed information than the top-down approach, but unlike the top-down approach, the bottom-up approach captures differences in design details and is thus suitable for scantling and shape

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用于船舶设计过程中一种短时的成本核算

1在造船行业成本评估的状态

成本评估的常用方法是多种多样的。大量已经写就这个问题；许多书用于每个类别的建筑业，但是关于造船业很少。

为了获得成功商用，船厂必须能够准确地评估成本。成本评估是必要的投标过程，要改变订单，并权衡研究。存在大量的成本评估方法。它们可以基于来自先前构建的船舶，详细参数，或集成的基于物理学的分析推断。生产成本考核的解决方案所需的信息（输入数据）不同。在需要较少的信息，较早的方法可以在设计过程中被采用。更多详细信息被使用，设计方案之间的联系与差异可以分析。

估算生产成本的方法是分为：

bull;自上而下（宏观，成本下降或历史性，基于重量）方法（经验，统计和紧密型方程等）

bull;自下而上（微型，经济或工程分析，流程化）的方法（直接合理的评估）

bull;生命周期方法（整体，从船的诞生到它死去）。

1.1自上而下

自顶向下的方法是使用的产品参数和成本之间的经验关系为手段，估计新船成本的参数成本评估方法。在这种情况下，自上向下的方法是指船舶成本将被从他更高的水平规格中预测出来，而不是无法评估的时间的详细设计。参数化关系用统计回归方法，从历史成本数据库估计。然后，参数估算系统可以不断地重新定义网络和重新校准。自上向下的方法，也叫依据基础的方法，确定从全局参数生产成本，如船体类型和尺寸，船体重量，方形系数，航区，复杂性。成本和全局参数之间的关系由以前的船舶的评估发现。因此，如果所考虑的设计类似于这些先前的船舶，那么自上而下的方法就是适用的。此外，成本估算的因素的方法反映的仅仅是过去的做法与经验。

成本的减少主要归结于新的改进的和发展的造船技术，而且生产方法并不能反映在基于成本估算技术的过去的情况中。先进的造船技术，通常包括一个模块化的，以产品为导向的做法。此外，这些重量基于成本的评估方法不反映在生产过程中可能发生的改进。例如，如果使用一个新的焊接技术被人们使用，其每焊缝米需要花费比之前少25％的人时，没有变动将会反映到成本，因为在该船舶的重量没有变化。因此，如果在设计或制造工艺的变化对重量没有影响，那么成本评估将不会改变。

然而，这种方法通常用于其便于在非常早期设计阶段使用的，由于这一事实，即它更容易应用，将获得更快的的结果，并且不需要许多设计细节。重量通常用作成本评估的主要驱动因素，因为它封装材料的量和在一定程度上与一个项目相关联的工作。重量是建立在任何容器的设计的早期的一个重要特征，有几个参数的规则，此规则可以使用基于诸如最小信息作为主要的尺寸和船体形式系数来估计重量。

1.2自下向上

采用传统的成本评估自上而下的方法体系为基础，以质量为导向的成本模型并不总是对生产流程和先进的制造技术的变化很敏感。因此，需要有一个成本模型，从而可以更好地涉及到设计，建造产品和工艺的问题，使成本良心的决策和更实惠的船舶。计算产品成本的替代方法被称为自下向上的方法。此工程分析成本评估方法打破了项目分解成越来越小的中间产品，直到最基本产品（例如板）进行说明。机械加工，跟踪，涂料的所有费用，组装这款产品，其相关的中间产品一起下入，比较成熟的中间产物估计。每一层中间产品的成本，估计总结了前面的所有层，从而获得这反映了建设工艺的工程分析综合成本。事实上，自底向上的方法打破了项目并纳入工作内容，并建立了一个详细的工程分析成本估算。Southern，Moe和Lund，Winkle和Baird，和Rigo开发简化的成本模型，这种模型是基于使用的数量和单位成本，以评估全球生产成本直接计算。就拿板焊接的技术作为例子，这里有很多影响工程时间和工作时间的因素，例如，板的厚度，焊接型，焊接位置，伞型和焊接辅助等。

该技术的主要优点是，它特别考虑了产品的实际工作内容，并提供一个现实的成本估算的结构的努力。

自下而上的方法比自上而下需要更多的努力和详细信息，但与自上而下的方法不同的是，自下向上的方法捕捉设计细节上的差异，因此适用于构件尺寸和形状的优化。改变船体几何形状会影响到需要弯曲的框架的数量和在弯板上需要付出的努力，而且焊接自动化的依赖于焊接接头的曲率的程度。所有的这个影响都是通过适当的把一个完整的工作过程分为它的几个单独的部分来反映出来的。目前，这样的做法是在大多数船厂尚未提供;既不是从其中可开发的历史的数据库。因此，有必要开发一种合适的方法，并收集到使用的方法所需的数据。在这一领域的先进的优化应用程序是使用LBR5系统的船舶结构工作。

1.3生命周期

为了提高产品的设计，降低设计变更，成本和上市时间，生命周期工程已成为在当今竞争激烈的全球市场，以解决这些问题的有效途径。由于超过70%以上的一个产品整个生命周期的成本在早期设计阶段要被记录下来，设计师可以通过考虑他们的设计决策的生命周期影响大幅降低产品生命周期成本（LCC）。

人们总是关心产品的成本，这涵盖了整个产品的生命从概念品到变成废品。制造商通常只考虑如何降低物资收购，生产和物流成本。为了在竞争激烈的市场环境中生存下来，制造商现在不得不考虑降低产品的整个生命周期的成本，被称为LCC。在船舶的情况下，它包括在船厂的制造阶段，如设计和装配，以及在服务维持阶段，如检查，修理和绘画，以及处置成本的。这一发现最近已经实施了经济和环境成本的海洋系统内的调查方法。 LCC的评估方法是为了他们的整体生活期间保持船舶的有效性充满希望的未来整体的方法。但是，所有的作者都一致的考虑到这些困难，由于各种生产和维护的水平。

2成本考核的挑战

在船厂里，生产控制和成本控制体系的组织由于各种各样原因并不是一件简单的事。

2.1决策和成本之间的断裂

当需要做出一个决定时，费用评估通常是不能生效的。任何成本估算（无论是高质量还是低质量）通常是不可用的，直到这部分有了来源或者在生产中。的确，这是一个广泛被接受的事实，即产品成本的70%~90%都讲在产品整个开发周期的前20%的时候所决定。

2.2成本评估的准确性

成本评估往往因为缺乏足够的严谨性和彻底性而不作为一种可靠地手段应用在决策上。因为历史成本滞后于做出决定的时刻，由于历史成本可以收集的原意，船厂又被迫从零散的信息做出粗略的估算。

2.3成本评估只能进行一次计算

一旦成本评估被决定下来，它通常就不能更改或者当新信息可用的时候也不能获取更新。如果工人很幸运的在开发过程早期被提供有成本估算的结果，这个估算很可能不包括在船厂的企业资源规划中。因此，如果新的信息改进了成本评估，并增加了成本数的质量，这是一个艰巨的过程去充分利用新的信息的优势并计算新的成本评估。

2.4成本的多个版本

多个费用评估存在已经从不同来源创建的（即不同数量，在不同的时间，等等）。由于大多数的成本评估是由流动电子表格或只从成本的专家使用的系统产生的，脱线从实际使设计的人，不同的成本开始出现。有时，这是因为不是每个人都收到了设计师的最新数量，而是他们有一个旧版本的电子表格。在其他时候发生这种情况，因为不同的人在船厂具有计算相同的成本单独的方法。

2.5实际成本的措施

以确保任何成本模型的有效性，一个基本的要求是，实际成本的测量具有相同的分解结构作为模型。在成本评估中，评估者会结合一些比较的标准，而不是一个固定的或者不变的标准。但是尽管如此一个标准是否是一个被写好的，关于相同或类似的产品实际以前成本的记录里。好的估计是由与以前的成本精确的比较作出的，允许在设备或方法的任何特殊的变化，并因此一个好的评估结果就会变成一个当生产完成时用以与比较实际成本的标准，并且由此表示出在对于特定产品的船厂的效率的增加或减少。

2.6设计和成本之间的工程解偶联

成本往往是工程师专注于提供一个新的设计时在技术方面的一个次要考虑。实际上，一旦技术细节都已经得到解决，那么成本评估才能被执行。此外，在这之后，有可能审查设计的组合物。在一定程度的技术和成本工程部门该项目的工作和之间的分离此两阶段工艺的结果产生，其中可能有必要进一步设计迭代的情况。虽然这两个工程组（设计和造价工程师）分别操作，有可能很少有机会去完成一个优化过程，以提高成本。

2.7在早期设计阶段，一个真正的挑战，成本考核

新的生产技术，并在船厂组织方面的改进已导致在工时/加班方面一个持续的减持，特别是在干船坞内。一般而言，航运业务性质导致了一种情况。那就是即使是最有经验的成本评论人在有效成本估算的过程中也会遇到过多困难的情况。

在大多数情况下，船舶建造合同要在的详细设计完成之前签署。这样做的原因是，具有详细的成本评估的详细设计是非常昂贵的而且过于费时。在工作规范方面，造船厂的工作难以制定并直接从错综复杂的详细舰船设计预测。无论是最终可能出高价的买家还是不能不承担由于缺乏工作的明确定义而造成的高昂成本的卖方，这都将引起非常大的风险。

2.8造船业的特异性

成本评估和生产模拟允许管理来预测在船厂的过程的有效性。这些方法经常在一些涉及大量生产行业使用。这不是欧洲造船，欧洲的建造过程具有以下情况：

bull;小批量试生产，

bull;上市时间短，

bull;许多不同的工作纪律，

bull;大量不同的工作任务，

bull;高复杂度，

bull;高度的手工工作，

bull;困难的工作条件

bull;非常困难的去识别和量化的活动。

因此，随着生产工艺较为复杂，生产参数变得更加困难量化，生产模拟和成本评估并不能像用在某些其他行业如汽车行业中那样被用到造船业中来。
2.9进度和成本的控制错综复杂

规划和控制对于船舶建造来说重要性很一般，如果不被普及并接受的话。工作的管理是成本管理的代名词。所以对每一块用于建造船舶的材料的明细表编制是必需的，以便于最终确保材料的各种各样的组或者子组件用合适的方式并毫无损失任何部分的到达建筑场地或者舾装码头。第一个必须要记住的是，目标是获得并保持项目的控制权。也就是说，必须在所产生的计划足以被用作实际的驱动力和控制系统必须提供足够的信息，必要时，以允许纠正措施。分层规划是必不可少的。这通常使三级规划的，它们对应于不同的时间范围和细节的级别。通常，这些将是：

bull;战略：覆盖具有多年的时间跨度的整个项目或开发

bull;战术：覆盖具有几个月的时间跨度的一个项目或开发

bull;运营：覆盖具有几周的时间跨度工作站

3成本估算方法

成本评估发生在船舶设计开发的各个阶段。在设计阶段，经济评价尽可能的早。因此，寻找最好的价格功能的方案是至关重要。然而，在设计阶段经济评价是不容易的。它是与评估非常不同的，当产品/过程的设计是完整而详细时，完整并详细到足以把所有的优化选项的成本都考虑在内。在设计阶段，项目或产品不可能完全地被定义。在这个阶段实现快速，或多或少精确的成本估算方法（取决于可用的数据），使设计人员能够选择一个优先于另一个经济原因的解决方案，是非常有必要的。

在一般情况下，成本估算方法可大致划为直观，参数或统计技术和分析模型。然而，最准确的成本估算是使用的分析方法。在设计阶段，成本估算的许多方法是那些基于知识，特征，操作，重量，材料，物理关系，和相似性的法律。在本文中，我们提出一个发展这是一个基于特征的成本计算（FBC）方法

3.1基于特征的成本核算

基于特征的成本核算是一个估算那种基于一系列的基本特征进行分析的产品成本的方法，被称为产品功能。产品可以基本上被描述为一些相关的特征，例如通孔，内部轮廓，外部轮廓，焊接长度，焊接位置，切口，和斜面。由此可见，产品的生命过程中的每个产品的功能的体现都伴随着对成本的思考，因为更多的功能的产品需要她具有更多的制造，规划和维护。 CAD / CAM技术的和的三维建模工具的发展壮大在很大程度上影响到FBC的发展。用这种方法，就有可能评估后果包括或不包括该功能将会对单个组件的成本，和对由多个组分组成的产品的整个生命周期的费用系统的影响。

3.1.1原理及过程

这种方法允许降低所需工作的基本任务来降低成本的评估，并依赖于具体的工程分析和计算。要应用这种方法，成本分析人员需要的所有材料，设备和人工系统组件的详细设计和反对网络配置信息和计费信息。此方法假定当车间工艺成本信息是可用的时候是具有实用性的。给予足够的设计细节，这种方法可以使非常准确地进行成本估算。然而，这是非常费时和确实需要关于正在设计的产品和相关的过程的详细知识。

一种该方法的先决条件是，该产品模型需要足够详细才能允许建立材料和生产劳动。这意味着该结构的定义，系统和设备需要去被定义，并且可以排除这种方法在设计的最早阶段被使​​用。然而，由于船舶设计工具不断改进，它变得更容易在设计开始初步增加生产细节，以便可以在设计过程中可以加入生产注意事项。因此，这种技术可以在短期内设计项目的开始后使用。

3.1.2优势和缺点

这种方法的优点很明显有以下几点：

bull;在成本方面，设计选择及其影响之间存在一种明确的联系，并因此增加了用于创建和优化设计的潜在能力

bull;相对于其他的方法更容易来使用，凭借数据集合的简化来计算一个产品的成本

bull;运用这种方法存在着必然的可能性，甚至当没有类似的研究存在也没有之前可用的数据

使用FBC的其他原因都是那些出现在许多不同的部件和产品中的相同的特征；因此，基本的信息可以经常被使用到（例如用于焊接的功能）。此外，制造商可能掌握了多到数不清的和功能相关的过去的几何数据。另一个原因是，它将为设计者提供一个工具去使成本与能在很短时间内影响到产品的设计的各方面之间的关系都变得清晰明了，

此外，这种方法将捕获足够的信息，以允许生产过程的有效性进行评估和潜在优化。在过去，从设计中提取的信息来执行这种分析将是非常费力，因为成本工程师必须直接从计划衡量生产的信息。但是，随着现代船舶产品建模软件，配件的鉴定和连接可以自动化

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