維修設(shè)備備件的庫存控制

孟凱

摘 要：為了有效的對部件庫存進行管理該文分析并比較了不同庫存方法，通過航化產(chǎn)品生產(chǎn)商的實例進行了說明。該文研究工作主要分為三個階段：第一階段用失效模式和危害性分析（FMECA）方法來劃分備件的關(guān)鍵性等級。第二階段用ABC分類法進行備件消耗率評級。最后，對不同的再訂貨點方法進行比較。該文利用真實數(shù)據(jù)對三種需求建模方法及相應(yīng)的庫存策略進行評估，這三種需求建模方法包括：正態(tài)分布、泊松分布和伽馬分布。采用經(jīng)濟訂貨批量模型確定訂購策略，結(jié)果顯示，正態(tài)分布對于慢移動消耗的備件建模不太實用，而泊松分布相對更好。

關(guān)鍵詞：備件管理 失效模式和原因分析 經(jīng)濟訂貨批量

中圖分類號：F253，F(xiàn)407.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）02（c）-0-04

備件庫存管理常被認為是一般庫存管理的一種特例，其特殊性表現(xiàn)在較低需求量，任何庫存管理系統(tǒng)的主要目標是利用最小的庫存投資和管理成本取得有效的保障率。評價備件管理策略的難點在于如何有效適應(yīng)備件的特殊性，其通常表現(xiàn)為慢移動、隨機和不規(guī)則需求。

例如典型生產(chǎn)企業(yè)只保留了有限的歷史數(shù)據(jù)，而且這些數(shù)據(jù)中含有一系列零需求或者高需求量，這使得估算提前期需求分布非常困難，而需求分布對于大多數(shù)庫存策略控制參數(shù)的獲得很重要。在庫存決策中，需要找出庫存控制參數(shù)，如再訂貨點和安全庫

存等。

在過去幾十年中庫存研究領(lǐng)域已經(jīng)產(chǎn)生了大量針對不同情況的建模理論。如果需要建立安全庫存，其數(shù)量往往依賴于管理策略、報廢方式、基地-后方庫房-多級結(jié)構(gòu)以及問題的具體情況。其中筆者最為關(guān)心的問題包括。

（1）多級問題：經(jīng)常會考慮的問題就是在多級系統(tǒng)中備件儲存位置，此問題相關(guān)研究可參見[1]。

（2）管理問題，比如組織和降低備件的方式。參見[2]。

（3）基于壽命的更換。最簡單的維修策略是在預(yù)計的時間間隔更換備件，參見[3]。

（4）報廢的問題。起初備件存儲是滿足某些設(shè)備需要，當這些設(shè)備不再需要其時備件只能存在于庫存中。如果不存在其他用途，這些備件只能在庫存中作為擔(dān)保成本。

1 案例研究

該文主要針對某航化產(chǎn)品生產(chǎn)廠家的設(shè)備維修部件進行

研究。

在2006年該公司未對生產(chǎn)設(shè)備備件進行過任何預(yù)防維修。采用的維修策略僅僅是修復(fù)性維修，在維修過程中需要部件的大部分臨時購買，只是常用的備件進行庫存。維修管理經(jīng)理基于個人經(jīng)驗決定備件訂貨策略，這產(chǎn)生了下述問題。

（1）存在重要部件短缺造成長時間生產(chǎn)停工的風(fēng)險；

（2）供應(yīng)商提前期具有很大的不確定性；

（3）為避免停工而進行緊急修理和翻新很困難

為了提高備件管理能力，相關(guān)專家提出了如圖1所示的改

進流。

在第一階段，所有的備件都要進行歸類，分類時應(yīng)考慮一下

因素：

（1）備件的危害級別

（2）供應(yīng)提前期

該備件使用率

1.1 基于危害性等級的分類

這種分類程序考慮了部件的危害性，并以此為基礎(chǔ)來確定部件管理的優(yōu)先級。采用的方法類似于失效模式影響與危害性分析（FMECA）[4]。該分類基于專家的經(jīng)驗和決策能力，專家是由不同的利益相關(guān)人員構(gòu)成，包括：維修經(jīng)理，機械維修專業(yè)經(jīng)理，電子維修專業(yè)經(jīng)理。

分類的第一步涉及電、氣線路圖分析、管路和儀表流程圖分析和“設(shè)備樹”結(jié)構(gòu)定義。

根據(jù)圖表目錄，所有的設(shè)備分成以下4個層級：

第一層：需要維修的機器；

第二層：特定生產(chǎn)過程階段或者機器具有的功能組；

第三層：第二層功能組下完成特定功能活動的子組件；

第四層：主要關(guān)鍵部件（電力，液壓，機械等），其為上層的故障源。

部件的危害性與故障的后果有直接的關(guān)系，這種后果往往存在于某一生產(chǎn)過程中而且在不能及時替換部件時發(fā)生，因此其有時被稱作“過程危害性”。故障引起的后果以及優(yōu)先級如表1所示。

此處采用1，3，7為低、中、高的危害性等級定義分值。通過圖2的流程圖可將維修備件分成三個級別：

A級→高危害性

B級→中危害性

C級→低危害性

A級備件必須建立庫存，并且采用不同策略進行控制，策略內(nèi)容包含確定安全庫存、庫存水平以及再訂貨點（表2）；B級備件根據(jù)成本和提前期選擇不同的管理方式。如果提前期少于2天，這些備件可采用“準時化”管理策略。

1.2 ABC 分類

采用ABC分析可進一步降低分析的備件數(shù)量。這里對A類零件做進一部分類。通過進一步的分析發(fā)現(xiàn)A類的各備件本身不僅在危害性上有一定差別，而且在需求量和價格上也存在不同。因此，可以對其進行再分類，以便對每一細類決定最為合適的庫存控制

方法。

一些備件只具有0或1的需求量，而其他一些備件要么具有離散大需求量或者五年也沒有需求。還有一些備件由于退料的原因出現(xiàn)負需求。因此，基于消耗率的備件分類是非常必要的。

這里采用的分類方式是ABC分類法[5]，它是基于巴列特原則進行劃分。

（1）A類部件占總部件種類的20%，具有高使用率并且大約占總價值的80%；

（2）B類部件占總部件種類30%左右，具有中度使用率并占總價值的10%；

（3）C類部件占總部件種類50%，有低使用率并占總價值的10%。

根據(jù)使用量的不同可以選擇不同庫存控制策略：A類采用連續(xù)庫存控制方式；B和C類采用定期庫存控制方式。

1.3 需求分析

有7年的備件消耗歷史數(shù)據(jù)，需求信息按月記錄，總共有77期的需求數(shù)據(jù)可用于研究。需求分析中發(fā)現(xiàn)三個問題：

（1）第一步是排除零需求或者“負”需求的零件；

（2）預(yù)防性維修引起大量不規(guī)則需求，這就需要進行更好的備件控制。等式（1）用于評估不規(guī)則的需求。

（1）

是不規(guī)則需求，為平均值加上K倍標準差。該文k選擇為16。

（3）采用“回溯法”來優(yōu)化備件庫存。在回溯法程序中，用到同樣的數(shù)據(jù)序列來擬合和測試。用回溯法的原因是因為許多數(shù)據(jù)對于預(yù)測來說過少并且由于初期消耗不穩(wěn)定性。這種方法能夠使用整個數(shù)據(jù)集來對真實需求進行有效的模擬。

1.4 庫存管理

我們主要的目的是用各種真實歷史需求數(shù)據(jù)來比較不同策略找出何種情況何種策略為最佳。同時采用正態(tài)分布、伽馬分布以及泊松分布模型估算來系統(tǒng)的有效性。

（1）當用泊松分布來估算提前期時，用Q=1。該模型經(jīng)常稱為（S-1，S）模型[6]，其中s=S-1。本實例平均需求值比較低，EOQ計算結(jié)果值為1。

對#PN備件進行分析，表2顯示77個周期內(nèi)的需求值。該備件提前期為15天（0.5個月）并且屬于A級危害性等級以及A級消耗

等級。

一般情況下三種模型的成本與庫存有關(guān)，其分別為：持有成本、訂貨成本以及缺貨成本。持有成本表示備件存儲所占用的資金成本，這里年固定庫存成本為單價的40%。訂貨成本表示訂購備件時候所需的成本花費，包括電話、檢查以及入庫處理、付款和登記成本等。

該成本與備件訂貨的數(shù)量關(guān)系不大。此處假設(shè)一次訂貨成本25歐元。本次研究目的是調(diào)節(jié)保障率和庫存持有成本關(guān)系，暫不包括缺貨成本。PN#備件的價格為60.9歐元，可用EOQ公式來計算訂貨數(shù)量Q：

提前期分布獲得以后，可以根據(jù)它來決定再訂貨點來達到指定的保障率：從提前期（LTD）的累計分布函數(shù)F（x）得到一系列侯選再訂貨點值s和概率f（x）。這里 s=x，x為提前期的需求值。選擇最小值s滿足

Q是預(yù)定義的批量，ES（s）是在給定訂貨點期望短缺數(shù)量，計算如下[1]：