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1、南京航空航天大学 硕士学位论文 基于不确定理论的干线客机概念设计阶段单机成本测算方法研 究 姓名：何沙玮 申请学位级别：硕士 专业：管理科学与工程（系统工程） 指导教师：刘思峰 2011-03 南京航空航天大学硕士学位论文 I 摘摘 要要 当今国际航空市场的激烈竞争对新研制的干线客机经济性提出了更高的要求。在这一趋势 下干线客机的成本测算问题日益显现出其重要性。在概念设计阶段，飞机成本信息具有高不确 定性、小样本、贫信息的特点。因此科学而准确的飞机单机成本测算为研发部门和企业准确获 得成本信息，合理预测市场前景，科学进行技术定型，并预估项目运行风险提供了理论依据。 根据概念设计阶段干线客机成本
2、的特点，考虑利用不确定性理论对飞机的单机成本进行测 算，辨识影响飞机成本的主要性能参数、建立灰色预测模型对单机成本进行测算、分析和寻找 不同质量特性水平下的最优单机成本。针对影响飞机成本的关键性能参数问题，以相对灰关联 度为分析工具，研究各现役干线客机各种技术性能参数与单机成本在数据上的相似性，对各性 能参数进行相对灰关联分析，从而筛选出影响干线客机成本的关键性能参数。针对概念设计阶 段干线客机单机成本预测问题，根据现役客机的成本和各关键性能参数组成的序列的自身特点 以 GM 预测模型为分析工具， ，对传统 GM 模型进行改进，构建基于系统特征序列空穴点预测 的 I-GM(0,N)模型。同时考
3、虑不同质量特性水平对干线客机单机成本的影响，以状态调节器 （LQR）模型为分析工具，对质量成本相关理论进行拓展，研究单机成本随质量特性水平变化 的变化趋势。考虑质量特性水平变化中带来的广义预防鉴定成本对单机成本的影响，研究整个 质量特性水平变化过程中各系统件成本和预防鉴定成本最小状态下的单机成本变化趋势，求得 最优质量特性水平下的最优单机成本。 文中以为我国新研型干线客机为例， 通过筛选影响成本的关键性能参数， 利用 I-GM(0,N) 模型对我国新研干线客机的单机成本进行测算，并对各现役干线客机的单机成本进行模拟。模 型的误差分析、精度检验和位置灵敏度分析结果标明该模型具有良好的模拟和预测效
4、果。运用 LQR 原理求解出的单机成本随质量特性水平呈近似指数增长规律， 在质量特性水平为 0.92 时能 够取到最优单机成本。该研究成果为概念设计阶段我国干线客机的研制和成本管理工作提供了 方法借鉴和理论依据。这种干线客机成本测算方法是一套较为系统的不确定信息下的有效测算 干线客机成本的方法。 关键词：关键词：干线客机，成本测算，I-GM(0,N)模型，状态调节器（LQR）模型，质量特性 基于不确定理论的干线客机概念设计阶段单机成本测算方法研究 II Abstract The fierce competition in global civil aviation market calls f
5、or higher economy level in development of commercial aircraft. In the conceptual design stage, there is a surging importance in the cost estimation of commercial aircraft with considerable high precision. Therefore, based on high uncertainties and small data sample in cost information in design phas
6、e, it is necessary to develop a comprehensive cost estimation approach in order to achieve goals such as acquisition of precise cost information in early stage, successful market demand forecast, rational design of configuration, and perspective risk management. Based on traits of aircraft cost in e
7、arly design phase, the cost estimation can be carried out with theories of uncertainties. This implementation includes the identification of key cost-affecting factors, the establishment of grey cost forecast model, and cost optimization analysis regarding different quality characteristics, which in
8、tegrates a cost estimation approach in a comparatively systematic manner. To be more specific, in the identification of key cost-affecting factors, Grey Relational Analysis is applied based on the potential relationship among several parameters and aircraft cost. In the cost estimation of commercial
9、 aircraft, the traditional GM is modified as I-GM(0,N) which aims at forecast and simulation in Characteristic Sequence with Sectional data in small sample. Moreover, the Linear Quadratic Regulator (LQR) is utilized to study the cost varied with quality characteristics. This analysis takes into acco
10、unt the Prevention and Appraisal Cost (PAC) in a broad sense, having an impact on the cost of commercial aircraft. In this case, there is an optimal cost of commercial aircraft at a certain stage of quality characteristics in which the sum of PAC and Internal and External cost reaches the minimum. T
11、aking the example of a newly-developed commercial aircraft X in the case study, after the identification of key cost-affecting factors, the cost of X aircraft is forecasted by I-GM(0,N), accompanied with simulation results of several current types of commercial aircraft. The satisfactory accuracies
12、of simulation and sensitivity analysis can indicate the ideal forecast result. In addition, the cost of X aircraft presents a similar exponential increasing trend to the quality characteristic, according to LQR principles. The optimal cost of X aircraft can be obtained when the quality characteristi
13、c value is 0.92. In general, these results can prove the approach discussed in this paper as a comprehensive and effective one in cost estimation with uncertain cost information. Key words: commercial aircraft, cost estimation, I-GM(0,N), linear quadratic regulator(LQR), quality characteristics 南京航空
14、航天大学硕士学位论文 V 图表清单 图1.1波音飞机民航服务部的经济分析工作.14 图 1.2 文章技术路线图16 图 2.1 性能参数分类示意图.18 图2.2 基于I-GM(0,N)模型的内部空穴点预测示图.25 图 2.3 特征序列左右样本点对 k 点的表示关系 26 图 3.1 干线客机子系统成本变动模型控制结构图33 图 4.1 各质量特性水平下的子系统成本上升比例 .46 图 4.2 不同质量特性水平下单机成本变化规律.47 图 4.3 X 型干线客机质量成本特性曲线 48 表 1.1 飞机制造业基于统计和参数拟合的成本测算方法.11 表 4.1 单机成本和相关性能参数数据.38 表 4.2 各性能参数序列关联度及排序 .39 表 4.3 单机成本和关键性能参数序列数据 .39 表 4.4 排序后的各机型成本序列和关键性能参数序列 .40 表 4.5 基于单机成本虚拟样本值序列的两次预测结果 .40 表 4.6 模拟结果的误差分析 .41 表 4.7 各模拟点的残差均值.42 表 4.8 模型空穴点位置敏感度分析结果 .42 表 4.9 干线客机各系统件成本经验比例 .44 表 4.10 不同质量特性水平下各系统件成本与对应初始成本的比例 .46 表 4.11 不同质量特性水平下质量成本各部分取值.47 承诺书
