２００８年第１０期 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ科技管理研究 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ２０ｏ８ Ｎｏ．１０ 文章编号：１０００—７６９５（２００８）１０—０１６３—０３ 供电企业中电力设备全寿命周期费用模型研究 赖佳栋 ，杨秀苔 ，熊小伏 ，张 媛。 （１．重庆大学经济与工商管理学院，重庆４０００４４； ２．重庆大学电气工程学院，重庆４０００４４） 摘要：针对供电企业的实际情况，建立电力设备全寿命周期费用定量模型。将所有费用分为一次投资费用和运行 维护费用两部分。针对一次投资费用的特点，建立基于时间分摊的一次投资费用模型；针对运行维护费用长期发生 的特点，建立基于灰色关联度确定分布类型的运行维护费用模型，即假定每次发生故障的时间分布函数是几种典型 费用分布函数之一，用参数估计法求取各分布参数及分布概率，根据关联度最大原则确定最佳拟合分布函数。将两 部分费用模型综合考虑，可建立总的费用模型，由此可计算最小费用和最佳使用寿命。以某变电站综合自动化项目 为例，验证该方法的有效性。 关键词：供电企业；全寿命周期费用；灰色关联分析；分布函数 中图分类号：Ｆ２２４．５ 文献标识码：Ａ １ 引言 ＬＬｃｃ＝Ａｃ＋Ｓｃ （１） 成本管理是企业管理永恒的主题。成本管理又是一个与 式中：一次投资费用Ａ 是电力设备的建设费用，包括调 经济，技术密切关联的问题，它的理念和方法必须随着技术 研费，设计费，建筑工程费，监造费，设备购置费，包装费， 经济条件的变化而变革。 运输费，库存费，安装费，人力资源费，生产流动资金等； 目前常用的成本管理方法主要有：基于统计的经验 运行维护费用Ｓ 包括电力设备的日常运行费，检测费， 法…、总分帐类法 Ｊ、基于重组技术的成本管理方法 Ｊ、 维修费，维护费，更改费，材料费，报废费用，人员工资， 回归分析法 、作业成本法 Ｊ、神经网络法 等。这些方 税赋，企业损失和社会损失等。 确定全寿命周期成本的目的是便于将其准确分摊。因此 法主要适用于制造业，而对于供电企业因其行业的特殊性， （１）式可表示为瞬时值的形式： 长期以来尚缺乏合适的定量成本模型，其难点在于电力设备 从投资建设到设备的运行维护所具有的长期性和不确定性。 ￡Ｌｃｃ（ｔ）＝Ａｃ（ｔ）＋Ｓｃ（ｔ） （２） 由图１所示，一次投资费用Ａ （ｔ）随时间的变化逐年减 电力体制改革以后，供电企业成为自负盈亏的经济实体， 少，且表现为时间的非线性。Ｓ （ｔ）费用是一个长期的投入过 对成本管理工作给予了前所未有的重视。供电公司作为资金， 程，同时由于涉及诸多不确定的因素，该项费用随时间的变 技术密集型企业，电力设备具有初始投资大，运行成本高， 化曲线表现为非线性，在实际中表现为随时间的增加而增加。 服役时间长的特点，所以如何实现有效的成本管理成为关注 的焦点。本文提出了一种基于灰色关联分析的电力设备全寿 命周期成本管理方法。它不仅考虑电力设备的建造费用，还 把设备的运行维护费用纳入到成本管理的整个过程之中，将 费 用 费用分为一次投资费用和运行维护费用，以总费用最低为目 标进行分析，其中一次投资费用由均值计算，运行维护费用 采用灰色关联分析法。使用灰色关联分析时，首先假定运行 维护费用模型符合几种常用寿命模型中的一种，然后由灰色 关联分析分别求出关联度，关联度最大的表示与已知系统问 的关联程度最明确，用此关联度所对应的分布函数表示运行 Ｔｏ ｔ 维护费用模型，然后将一次投资费用和运行维护费用求和， 图１设备费用定性模型 以求出最佳时间和最小费用。 图１可以看出，总费用函数 （ｔ）呈现出凹函数形状， ２全寿命周期费用模型 也就是电力设备在全寿命周期中存在最小费用 （ ）和最 佳使用寿命 。在这一点过后，费用会随着使用时间的增加 全寿命周期费用 ＇“ （Ｌｉｆｅ Ｃｙｃｌｅ Ｃｏｓｔ，ＬＣＣ）管理是从 而增加，因此在成本管理过程中，充分考虑项目的可能最小 企业的长期经济效益出发，全面考虑设备或系统的规划设计、 费用和可能最佳使用寿命，对于设备维修、维护、更换有着 建造、购置、运行、维护、更新、改造，直至报废的全过程， 重要意义，同时也能保证企业投资利润的最大化。 使ＬＣＣ最小的一种管理念和方法。本文将其模型表示为： 在图１中，一次投资费用具有线性特性，因此可按时间 收稿日期：２００８—０２—２６。修回日期：２００８—０４—１６ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０７７７０６８） １６４ 赖佳栋等：供电企业中电力设备全寿命周期费用模型研究 （３）确定灰色关联度。 平均换算为单位时间费用模型，即 Ａｃ（ｔ）＝Ａｃ／ｔ （３） 而设备的运行维护费用是从设备投运到报废的整个过程， 它在运行后长时间内仍然不断投入，故在转化为瞬时值时要 考虑寿命分布的情况。 在电力工程中，由于运行维护费用的复杂性，如果用时 间平均分摊，将难于反映工程的实际。由图１可知该项费用 分布表现为前期少，随时间的增加而增加，直至报废的特点。 其图形特点与威布尔分布，正态分布，对数正态分布，指数 在灰色系统中，诸如运行机制、结构和行为的信息既不 是确定性的，也不是完全不知的，而是部分知道的。通常使 用关联分析和模型建立处理系统行为，使用不完全的信息进 行决策。为此，这里在确定四种分布函数的基础上，通过灰 色关联度分析进行分布类型的确定。 求在第ｋ点 序列对于 序列的关联系数： ＩＩｌｉｍ ＩＴｌｉｎ‘ＦＯ（ ）一 （‘）‘ ｐ ｍ娃Ⅱ１ａｘ’ （‘） （‘） 【 Ｊ）＝坐 — 丽 面 可 而一 （【４） 分布等几种典型的寿命分布类似，若运用合适的数学方法确 ｊ ｍ ｊ Ｉ 定运行费用的分布类型和参数，就可确定运行费用随时间的 △ （ ）＝Ｉ （ ）一 （．ｊ｝）Ｉ （５） 分摊方式，从而确定总的费用模型。 式中：Ｐ为分辨率系数，一般取ｐ＝０．５；ｍ为运行维护 传统的确定运行费用分布类型的方法主要有：均方差最 费用分布函数的个数；ｎ为故障次数。 小准则法和基于模糊理论的模糊贴近度法。但两者在数据量 因此， 序列对于Ｆ０序列的关联度为： １ 较小时都较容易产生较大的误差，所以本文针对电力设备的 （ ， ）＝÷。 （Ｊ｝） （６） 实际情况，提出采用灰色关联分析方法来进行运行维护费用 （４）根据关联序列确定最佳拟合分布类型。 分布类型的最佳拟合。 依ｙｆ值大小排出关联序列，分析系数序列间影响程度的 ３基于灰色关联分析的电力设备单位时间运行维护 大小。关联度越大，代表该运行维护费用函数的分布类型越 费用模型 接近经验分布函数。由最大关联度确定最佳拟合分布。 灰色关联分析的基本思想Ｈ 是通过对系统动态发展过 最后，可以得出最佳拟合分布所对应的设备维修费用瞬 程量化分析来考察系统诸因素之间的相关程度，其基本思想 时值： 是根据曲线间相似程度来判断因素间的关联程度，以关联度 ．ｓ （ｔ）＝Ｓ ｝Ｆ（ｔ） （７） 作为其关系密切程度及相互比较的相对标志。由于此方法对 ３计算实例 样本量的大小没有太高要求，而且分析的结果一般与定性分 本文以某１ＩＯＫＶ变电站综合自动化系统设备为例进行全 析相吻合，因而具有广泛的适用性。 灰色关联分析确定电力设备运行维护费用模型的步骤如 寿命周期费用分析。 下： 该综合自动化系统的一次性投资约为８Ｏ万，使用初期的 投入为６ｏ万，该综合自动化系统设备头１０次发生故障或维 （１）计算经验分布函数。 修的间隔时间按平均每年１次计算依此为：７９４０ｈ，１５８８３ｈ， 据近似中位秩公式Ｆｉ＝ ｛ 计算经验分布函数Ｆｏ。 ２３８１０ｈ，３ｌ７６５ｈ，３９７１３ｈ，４７６３５ｈ，５５５８５ｈ，６３５２０ｈ，７１４５５ｈ， 式中：ｎ表示维修次数； ７９３９５ｈ。按前述方法，确定其费用模型： ｉ表示第ｉ次维修。 ３．１综合自动化系统单位时间投资费用 （２）求取分布函数参数。 Ａ （￡）：一Ａｃ：８０ 一（８） Ｉ ￡ 根据寿命数据求出各假设分布的参数及其各点分布函数。 因为运行维护费用模型一般符合威布尔分布，正态分布，对 ３．２基于灰色关联分析的综合自动化系统单位时间运行维护 数正态分布，指数分布这四种分布，所以本文假定数据样本 费用 满足下述四种分布函数的一种： ． （１）计算经验分布函数。 威布尔分布函数：Ｆ（ｔ）＝１一ｅ。‘吉） 根据近似中位秩公式Ｆ： 计算经验分布函数Ｆｏ 正态分布函数：，（￡）＝ｆ——（表１）。８ ０ 耵 ＿ＩＰ ］ ｄｔ （２）求取分布函数参数。 对数正态分布分布函数：Ｆ（ｔ）＝［‘——ｔｏ－￣ ／２￣ｒ ］ 出 根据上述的参数求取方法，可得出各函数的参数，分别 为：威布尔分布函数的参数：ａ＝４９２６６，ｂ＝１．７１８。正态分 指数分布函数：Ｆ（ｔ）＝１一ｅ。‘ 布函数的参数： ＝４３６７０， ＝２２８０５。对数正态分布函数的 以威布尔分布函数参数的求取为例，对威布尔分布函数 参数： ＝１０．４９０１， ＝０．６９５４。指数分布函数的参数： ＝ ｎ ０．００００２。 ｌｎ １ １ 进行极大似然估计，得到： 一÷＝ ∑ｌｎ求取其分布概率，其中，Ｆ。代表威布尔分布，Ｆ２代表正 。 用该方 态分布，Ｆ，代表对数正态分布，Ｆ 代表指数分布。由此分布 １ Ｉ 程进行迭代计算得到５，为６极大似然估计值。同时可以得到 概率，可得各自与Ｆ０的绝对偏差。具体见表１所示。 ３．３确定灰色关联度。 ａ＝（ ∑ｔ ）言，由此可计算出。的估计值ａ。而因为６是有 用公式（５）可算出第ｋ点 序列对于 序列的关联系 偏的，由文献［１４］表８一ｌ１查得Ｂ（ ），由６ ＝Ｂ（ＩＩ，） 可以得出ｂ的无偏估计值６ 。 ｌＳｉ ｍ Ｓ＾Ｓｎ ｍｉｎ ｒａｉｎ△ｉ（ ）＝０．００１８，ｍａｘ ｍａ）ｌＳ ｆ Ｉ量ｒ【／ｔ ｘ （后）＝０．１６１０ 其它分布函数的参数求取类似。 用公式（４）可算出： 赖佳栋等：供电企业中电力设备全寿命周期费用模型研究 １６５ ＝１ ０．７８１６，０．７４３５，０．９０６４，０．８２３０，０．６４６５， （２）由于运行维护费用模型的分布函数具有不确定性， ：０．５７４３，０．５７１１．０．６４６５．０．８７９３．０．７０６４ ｌ 本文提出了基于灰色关联分析的费用模型分布函数确定方法： ＝１ ０．９２２６，０．６２１１，０．５５５３，０．６０７４，０．８１２４， 假定故障时间服从威布尔分布，正态分布，对数正态分布，指 ＝０．８１１６，０．６０６９，０．５５５７，０．５３４８，０．４４３９］ 数分布的一种，用数值计算和概率分布公式对其分布参数作估 ＝１ ０．６１９３，０．６６３７，０．８４３２，０．５３４８，０．４４３９， 计，并求其分布概率，由灰色关联度分析确定出其最符合的分 ＝０．４３４５，０．４８１９。０．６１６５．１．００００．０．５８５８］ 布类型，由此确定运行维护费用模型； ＝１ ０．４５８８，０．３７０９，０．３４１２，０．３４０８，０．３６４５， （３）算例验证了所提方法的有效性。 ＝０．４１８８，０．５２６６，０．７７２０．０．７３６８，０．４６８９］ 求 序列对于 序列的关联度由公式（６）可得： 参考文献： ｙ１（ ，，１）＝０．７２７９， ｙ２（ ， ）＝０．７０７３， ［１］帕尔，拜茨．工程设计学［Ｍ］．冯培恩，译．北京：机械工业出 （ ， ）＝０．６２２４， ．ｙ４（ ， ）＝０．４７９９， 版社，１９９２． ３．４根据关联序列确定最佳拟合分布类型。 ［２］ＯＳＴＷＡＬＤ Ｐ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｏｓｔ ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ［Ｍ］．Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌ， 依 值大小排出关联序列，分析系数序列间影响程度的 １９９２． 大小 ［３］ＤＥＷＨＵＲＳＴ Ｐ，ＢＯＯＴＨＲＯＹＤ Ｇ．Ｅａｒｌｙ ｃｏｓｔ ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ ｉｎ ｐｒｏｄｕｃｔ ｄｅ— ｓｉｇｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ，１９９８，７（３）：１８５— ｙ１＞ ２＞ｙ３＞７４ １９３． 由分析结果可知，此例中寿命数据和近似中位秩所作的分 ［４］ＨＵＮＤＡＬ Ｍ曼Ｄｅｓｉｇｎ ｔｏ ｃｏｓｔ，Ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ・Ｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙ 布曲线与威布尔分布函数曲线最接近，正态分布次之，对数正态 Ｉｓｓｕｅｓ ａｎｄ Ｍｏｄｅｍ ｄｅｓｉｇｎ Ｔｏｏｌｓ［Ｍ］．Ｃｈａｐｍａｎ ａｎｄ Ｈａｉｌ，１９９３：３３０ 分布又较正态分布差，指数分布最差，即威布尔分布拟合最佳。 —３５１． 将威布尔分布函数带入公式（７）可得： ［５］晏荣杰，宋雨．软件成本估算算法研究［ｊ］．华北电力大学学 Ｓｃ（ｆ）＝Ｓｃ（１一ｅ－（÷） ） 报，２００１（４）：６１－６５． ［６］孙茂竹，姚岳．成本管理战略［Ｍ］．北京：中国人民大学出版 ＝６０（１一ｅ一【 ）” 。） （９） 社，２００３． 此式便是该设备所对应的最佳单位时间运行维护费用模 ［７］ＢＯＤＥ Ｄ Ｊ．Ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｆｏｒ ｃｏｓｔ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｏｓｔ Ｅ￣ｇｉｎｅｅｒ－ 型。由此可以看出，灰色关联分析确定单位时间运行维护费用 ｉｎｇ，１９９８，４０（１）：２５—３Ｏ． 模型，可以最大层度的拟合分布类型。 ［８］杨晓林，郭玉田．基于神经网络的工程估价系统研究［Ｊ］．哈尔 （３）求取综合自动化系统费用模型 滨建筑大学学报：２００２，３５（２）：１１７—１２０． 将公式（８）确定的年投资费用和公式（９）确定的运行 ［９］赵亮，胡旭晓，潘双夏，等．基于动态模糊神经网络的产品成本 维护费用带入（２）式，，得到电力设备的费用模型，该模型 估算［Ｊ］．浙江大学学报，２００６，４０（２）：３０４—３０８． 反映了任意计算时刻的电力设备的总费用。即： ［１０］邹江．全生命周期工程造价理论在电力工程造价管理中的运用 工Ｌｃｃ（ｔ）＝—－Ａ一 Ａ＿／Ｓ＋Ｓｃ（１一ｅ ：，Ｉ［ｊ］．广东输电与变电技术，２００６（１）：４７－４９． ） ｂ ［１１］蔡军．全生命周期成本中的产品成本设计思路分析［Ｊ］．中国 管理信息化，２００６（１２）． ＝ ＋６０ｆ１一ｅ一（蕊ｔ） ［１２］吴俊飞，李瑰贤，李华敏，等．灰色关联分析法在机械可靠性工 ｔ 程中的应用［Ｊ］．哈尔滨工业大学学报，１９９９，３１（５）：１１４一 ４结论 ｌ１７． ［１３］陈举华，赵建国，郭毅之．电力系统可靠性研究的灰关联和模糊 对于电力设备而言，其运行和维护的支出费用远高于一次 贴近度分析方法［Ｊ］．中国电机工程学报，２００２（１）：５９－６３． 投资费用。所以近几年，将电力设备从设计，投入运行到报废 ［１４］王超，王金．机械可靠性工程［Ｍ］．北京：冶金工业出版社， 的整个过程作为一个整体进行分析的费用模型（ＬＣＣ）成为研 １９９２． 究的热点。但是对于ＬＣＣ模型的建立，特别是运行维护费用 模型的确定，仍然处于定性研究阶段。针对此，本文提出了一 作者简介：赖佳栋（１９６５一），男，广东人，博士研究生，高级工程 种基于灰色关联分析的电力设备费用模型。所获结论如下： 师。研究方向为技术经济、投资决策；杨秀苔（１９３３一），男，重庆 人。教授，博士生导师，研究方向为电力经济、投资决策；熊小伏 （１）根据电力设备ＬＣＣ的定性模型所呈现凹函数的特点， （１９６２一），男，重庆人，教授，博士生导师，研究方向为电力系统； 将电力设备全寿命周期费用分为一次投资费用和运行维护费用 张媛（１９８２～），女，重庆人，硕士，研究方向为电力经济。 两部分。由于运行维护费用的复杂性，本文提出不宜采用平均 分摊方法而应采用函数拟合的方式反映其分布规律； （本文责编：熊俊）
