基于層次分析法的備品備件庫(kù)存管理分類模型及應(yīng)用

郗祥遠(yuǎn)，高敬江，王福德，鐘桂香

（1.中油朗威工程項(xiàng)目管理公司，河北廊坊 065000；2.中亞天然氣管道有限公司，北京 100007；3.中國(guó)石油天然氣管道工程公司，河北廊坊 065000）

基于層次分析法的備品備件庫(kù)存管理分類模型及應(yīng)用

郗祥遠(yuǎn)1，高敬江2，王福德2，鐘桂香3

（1.中油朗威工程項(xiàng)目管理公司，河北廊坊 065000；2.中亞天然氣管道有限公司，北京 100007；3.中國(guó)石油天然氣管道工程公司，河北廊坊 065000）

文章基于Thomas L Saaty的層次分析法 （AHP），將其應(yīng)用到備品備件的分類中，樹立備件缺貨的安全風(fēng)險(xiǎn)、備件缺貨對(duì)輸量的影響、年度使用量、備件提前期和可替換性等五個(gè)關(guān)鍵準(zhǔn)則，每一個(gè)關(guān)鍵準(zhǔn)則又識(shí)別出四個(gè)選擇，從而建立三級(jí)分類模型，將備件分為A（很重要）、B（重要）、C（較重要）三類。先比較每個(gè)準(zhǔn)則的四個(gè)選擇，再比較五個(gè)準(zhǔn)則，得到的相對(duì)權(quán)重相乘作為復(fù)合權(quán)重。判斷備件類別時(shí)只需要將相關(guān)的復(fù)合權(quán)重值相加，就可以根據(jù)預(yù)先定義好的分類標(biāo)準(zhǔn)給備件分類。應(yīng)用時(shí)要注意結(jié)合已有經(jīng)驗(yàn)來(lái)修正有關(guān)數(shù)據(jù)。

備品備件；庫(kù)存管理；層次分析法 （AHP）

0 引言

隨著企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，所需的備品備件越來(lái)越多，備品備件管理的重要性上升到前所未有的高度。一旦管理不善，可能造成嚴(yán)重的后果：關(guān)鍵備件的短缺不但給設(shè)備運(yùn)行帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)可能造成故障停機(jī)時(shí)間過長(zhǎng)，產(chǎn)量減少，影響企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)效益，甚至不能履行規(guī)定的合約。而過多的備件庫(kù)存一方面占用過多的庫(kù)存空間，另一方面增加了不必要的預(yù)算，導(dǎo)致資源的浪費(fèi)。

備品備件分類是備品備件管理的第一步，它直接決定了備品備件庫(kù)存管理水平的高低。國(guó)內(nèi)目前常用的備品備件分類方法是按其重要性分為：A類 （很重要）、B類 （重要）和C類 （較重要）三類，而備品備件的年度使用金額往往是重要性唯一的度量標(biāo)準(zhǔn)。年度使用金額是備件價(jià)格和年度使用量的乘積，它只能反映備件的這兩個(gè)基本性質(zhì)，而備件的使用期限、備件的提前期、備件的可替換性、缺貨的影響及安全風(fēng)險(xiǎn)等性質(zhì)在不同的企業(yè)中，可能具有比年度使用金額更加重要的影響。

重要性本身是定性的語(yǔ)言，如果能夠使用數(shù)字語(yǔ)言來(lái)定量描述重要性，無(wú)疑將使備品備件分類工作向前推進(jìn)一大步。Thomas L Saaty先生的層次分析法 （Analytic Hierarchy Process， AHP）[1]是一種定性和定量相結(jié)合的、系統(tǒng)化、層次化的分析方法。由于它在處理復(fù)雜的決策問題上的實(shí)用性和有效性，在世界范圍內(nèi)應(yīng)用廣泛，遍及政府、商業(yè)、工業(yè)、教育、醫(yī)療、環(huán)境等領(lǐng)域[2-7]。本文試圖利用層次分析法建立備品備件分類模型[8-9]，并就模型的應(yīng)用做簡(jiǎn)單的分析。

1 層次分析法簡(jiǎn)介

層次分析法的基本思路與人對(duì)一個(gè)復(fù)雜的決策問題的思維、判斷過程大體上是相同的?？偟膩?lái)說，它大致分為5個(gè)步驟：

（1）將問題建模為一個(gè)包含決策目標(biāo) （Goal）、準(zhǔn)則 （Criterion）和選擇 （Alternative）的層次。目標(biāo)在最上層，選擇在最下層，準(zhǔn)則層在中間，對(duì)于復(fù)雜的問題往往還具有子準(zhǔn)則層。

（2）基于逐對(duì)比較的方法，通過一系列的判斷，確定各準(zhǔn)則和選擇的優(yōu)先級(jí)。比較時(shí)可以采用實(shí)際的數(shù)據(jù)，也可以應(yīng)用人自身的經(jīng)驗(yàn)來(lái)做判斷。比較的結(jié)果構(gòu)成一個(gè)對(duì)稱矩陣——對(duì)角線元素等于1，下三角元素是上三角的倒數(shù)，矩陣的歸一化特征向量代表每個(gè)準(zhǔn)則或者選擇的相對(duì)重要性，即權(quán)重。

（3）分別根據(jù)準(zhǔn)則和選擇的權(quán)重，得到復(fù)合權(quán)重。由復(fù)合權(quán)重綜合判斷得到各層次總的優(yōu)先級(jí)。

（4）檢查判斷的一致性。

（5）基于分析法做最終的決策。

關(guān)于層次分析法的詳細(xì)數(shù)學(xué)分析可以參見Piero P Bonissone先生的Determination of Weight Vector（cardinalratioscale）fromPairwiseComparisons。

2 備品備件分類模型

以某管道公司備品備件庫(kù)存管理為例闡述備品備件分類模型，見圖1。

為了建立備品備件的分類模型，首先定義決策目標(biāo) （Goal）為備件重要性 （分為 A、B、C三類），然后根據(jù)實(shí)踐知識(shí)識(shí)別出五個(gè)關(guān)鍵準(zhǔn)則（Criterion），再識(shí)別出每一個(gè)準(zhǔn)則的四個(gè)選擇（Alternative）， 分別是：

（1） 準(zhǔn)則

C1缺貨的安全風(fēng)險(xiǎn)

C2 缺貨對(duì)輸量的影響

C3 年度使用量

C4 提前期

C5可替換性

（2） 選擇

C1 缺貨的安全風(fēng)險(xiǎn)

A1 高安全風(fēng)險(xiǎn)

A2 中安全風(fēng)險(xiǎn)

A3 低安全風(fēng)險(xiǎn)

A4 無(wú)安全風(fēng)險(xiǎn)

C2 缺貨對(duì)輸量的影響

A1 全線停產(chǎn)

A2 站場(chǎng)停運(yùn) （較大程度降低輸量）

A3 設(shè)備停運(yùn) （較小程度降低輸量）

A4 不影響輸量

C3 年度使用量

A1 經(jīng)常使用

A2 適度使用

A3 較少使用

A4 極少使用

C4 提前期

A1 超過五個(gè)月

A2 三到五個(gè)月

A3 一到三個(gè)月

A4 不到一個(gè)月

C5 可替換性

A1 非標(biāo)準(zhǔn)件且需要在國(guó)外采購(gòu)

A2 非標(biāo)準(zhǔn)件但可以在國(guó)內(nèi)采購(gòu)

A3 標(biāo)準(zhǔn)件但需要在國(guó)外采購(gòu)

A4 標(biāo)準(zhǔn)件且可以在國(guó)內(nèi)采購(gòu)

逐對(duì)比較的方法可以采用Thomas L Saaty經(jīng)典的9點(diǎn)法[10]，而特征向量可以使用MATLAB軟件求得，結(jié)果見表1~6。

表1 關(guān)鍵準(zhǔn)則比較及特征向量

表2 缺貨的安全風(fēng)險(xiǎn)比較及特征向量

表3 缺貨對(duì)輸量的影響比較及特征向量

表4 年度使用量比較及特征向量

表5 提前期比較及特征向量

表6 可替換性比較及特征向量

復(fù)合權(quán)重是準(zhǔn)則權(quán)重與各選擇權(quán)重的乘積，結(jié)果如表7所示。

顯然，如果一個(gè)備件具有的關(guān)鍵準(zhǔn)則選擇項(xiàng)均為A1，那么這個(gè)備件是很重要的 （A類）；如果一個(gè)備件的關(guān)鍵準(zhǔn)則選擇項(xiàng)均為A2和/或A3，那么這個(gè)備件是重要的 （B類）；如果一個(gè)備件的關(guān)鍵準(zhǔn)則選擇項(xiàng)均為A4，那么這個(gè)備件是較重要的（C類）。上述情況是較為理想的，實(shí)際情況往往是一個(gè)備件的關(guān)鍵準(zhǔn)則選擇項(xiàng)同時(shí)具有四種選擇情況，為了清晰地界定A、B、C類備件的分類基準(zhǔn)，需要考慮以下情況：

（1）當(dāng)一個(gè)備件缺貨會(huì)造成全線停產(chǎn) （A1）并且經(jīng)常使用 （A1）的時(shí)候，那么即使備件缺貨無(wú)安全風(fēng)險(xiǎn) （A4）、提前期不到一個(gè)月 （A4）并且是可以在國(guó)內(nèi)采購(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)件 （A4），也應(yīng)該被定義為A類備件。因此可以確定A類備件復(fù)合權(quán)重的最低要求是：

表7 復(fù)合權(quán)重

0.020 5+0.139 7+0.060 3+0.005 0+0.002 0=0.227 5

（2）另一方面，如果一個(gè)備件缺貨既無(wú)安全風(fēng)險(xiǎn) （A4）又不會(huì)影響輸量 （A4），并且很少使用（A4），那么即使這個(gè)備件提前期超過四個(gè)月 （A1）并且是只能在國(guó)外采購(gòu)的非標(biāo)準(zhǔn)件 （A1），也被定義為C類備件。由此可以確定C類備件復(fù)合權(quán)重的最高要求是：

0.020 5+0.014 1+0.008 7+0.036 8+0.018 3=0.098 4

最后可以得到A、B、C類備件根據(jù)復(fù)合權(quán)重之和進(jìn)行劃分的結(jié)果如表8所示。

表8 A、B、C類備件分類

3 模型的應(yīng)用

有了這樣一個(gè)模型之后，就可以很方便地給備件進(jìn)行分類。對(duì)于任意一個(gè)備件，只需要計(jì)算其權(quán)重之和，然后利用表8就可以知道該備件是屬于哪類備件。利用EXCEL的表格功能，結(jié)合簡(jiǎn)單的VBA編程，很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別備件類別。下面介紹一個(gè)實(shí)例。

壓縮機(jī)是天然氣管道增壓的主要設(shè)備，而干氣密封裝置是壓縮機(jī)的主要密封裝置。干氣密封裝置一旦失效，由于壓縮機(jī)內(nèi)部的高壓天然氣向外溢出，存在中安全風(fēng)險(xiǎn)；壓縮機(jī)立即停機(jī)，站場(chǎng)停產(chǎn)，因此在干氣密封裝置屬于缺貨有中安全風(fēng)險(xiǎn)并會(huì)導(dǎo)致站場(chǎng)停產(chǎn)的備件，在C1和C2欄分別輸入 “2”和 “2”；其次，根據(jù)兩家透平機(jī)械咨詢公司2006年的報(bào)告[11]，干氣密封裝置全年報(bào)告50余起失效案例，因此我們認(rèn)為其屬于適度使用的備件，在C2欄輸入 “2”；第三，干氣密封裝置采購(gòu)提前期大概在3~4個(gè)月，需要在C3欄輸入 “2”；最后干氣密封裝置屬于只能在國(guó)外購(gòu)買的非標(biāo)準(zhǔn)件，所以在C4欄輸入“1”。在輸出欄自動(dòng)生成了權(quán)重之和為“0.245 9”，由此判斷干氣密封裝置屬于 “A類”備件 （見圖2）。

在確定關(guān)鍵準(zhǔn)則的時(shí)候，較少的準(zhǔn)則不足以全面反映備件的屬性，而較多的準(zhǔn)則一方面增加人員的工作量，另一方面比較效果并未成比例增加，所以關(guān)鍵準(zhǔn)則追求的是準(zhǔn)確及合適數(shù)量。對(duì)于選擇的確定也是同樣的道理。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以結(jié)合行業(yè)及本公司經(jīng)驗(yàn)來(lái)修正數(shù)據(jù)，以使結(jié)論更加符合公司實(shí)際。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于備品備件庫(kù)存管理來(lái)說，第一步是進(jìn)行備品備件的分類?；趯哟畏治龇ǖ膫淦穫浼诸惸Ｐ途C合了定性和定量的法則，提取度量重要性的五個(gè)關(guān)鍵準(zhǔn)則，分別加以量化分析，是一種比根據(jù)年度使用金額來(lái)分類更加有效的分類方法。

[1]Thomas L Saaty.The Analytic Hierarchy Process：Planning,Priority Setting，Resource Allocation[M].New York：McGraw-Hill，1980.

[2]Thomas L Saaty,Luis G Vargas.The Logic of Priorities：Applications in Business,Energy,Health,and Transportation[M].Boston：Kluwer-Nijhoff，1982.

[3]Thomas L Saaty.Decision Making for Leaders：The Analytical Hierarchy Process for Decisions in a Complex World[M].Belmont：Wadsworth，1982.

[4]Thomas L Saaty，Luis G Vargas.Decision Making in Economic,Social and Technological Environments[M].Pittsburgh：RWS，1994.

[5]Ernest H Forman,Saul I Gass.The analytical hierarchy process—an exposition[J].Operations Research，2001，49（4）： 469-487.

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Classification Model for Inventory Management of Spare Parts Based on Analytic Hierarchy Process and Its Application

XI Xiang-yuan（China Petroleum Long Way Engineering Project Management Co.， Ltd.， Langfang 065000， China），GAO Jing-jiang，WANG Fu-de，et al.

This paper presents a classification model for inventory management of spare parts based on Thomas L Saaty’s Analytic Hierarchy Process （AHP）.A three level hierarchy has been structured.Five key criteria,including safety hazard of shortage,transportation influence of shortage,annual usage rate,lead time and possibility of substitution,and four alternatives for each criterion have been identified to classify spare parts as A（very important）,B（important） and C（weak important）.Composite weights for each criterion-alternative combination can be calculated by multiplying each normalized principle eigenvector coming from alternative comparison by the relative weight of the specific criterion.An absolute measure of a spare part criticality can be calculated by adding separate composite weights for all its criterion-alternatives and classification classes can be established by the measure.The classification model can be improved by experience in practical applications.

spare parts;inventory management;analytic hierarchy process （AHP）

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.01.024

郗祥遠(yuǎn) （1978-），男，河北廊坊人，工程師，2005年畢業(yè)于西安石油大學(xué)，現(xiàn)從事工程監(jiān)理及項(xiàng)目管理工作。

2011-01-19