核電站備件預留對庫存及保障率的影響

□ 謝宏志，王坤其

(中廣核核電運營有限公司 備件中心，廣東 深圳 518124)

1 引言

備品備件是核電站設備檢修的主要物質(zhì)基礎，備件的充分性以及備件的有效管理可以減少設備檢修時間、縮短換料大修工期。核電站運行的備件需求與備件庫存控制之間是一對矛盾體，備品備件儲備不足或供應不及時，將會降低設備可靠性，增加電站運行風險，但是持有過量的庫存，將會增加核電站的運營成本，影響電站的現(xiàn)金流。故需要對備件庫存進行管控，在保障供應和控制庫存之間尋求一個合理的平衡點[1-2]。通常備件的保障率與備件總庫存呈正相關關系，為提高備件保障率，需對部分備件進行提前預留，但提前預留也會對備件的總庫存造成影響。為研究備件預留對總庫存和保障率的影響，本文選用某核電站9000項備件，按照相關標準設定庫存參數(shù)，在不同預留提前期及預留準確率情形下對備件的總庫存金額和保障率進行仿真計算，并給出了備件安全庫存及預留提前的設置參考原則。

2 庫存模型介紹

設置合理備件庫存模型的目的是在確保備件供應的前提下，優(yōu)化庫存結(jié)構(gòu)，降低整體庫存成本。庫存模型中的庫存參數(shù)主要由再訂貨點、安全庫存和采購批量組成[3]。再訂貨點主要用于控制缺貨風險，應至少滿足采購周期內(nèi)的需求量。安全庫存又稱為緩沖庫存，它是除去基本庫存外設立的緩沖庫存，是為防止不確定性因素而預計的保險儲備量[4-5]，實際應用中備件的再訂貨點為采購周期的領用量加上安全庫存數(shù)量。采購批量是指該備件的采購數(shù)量，通常情況下采購批量可以設置為備件一年的需求量。如圖1所示，再訂貨點由采購周期和備件需求量決定，采購批量的大小決定了備件發(fā)單間隔時間。

圖1 備件庫存模型結(jié)構(gòu)

3 庫存參數(shù)設置及仿真方法介紹

3.1 再訂貨點的設置方法

3.2 采購批量的設置方法

3.3 仿真方法介紹

4 無預留情況安全庫存對庫存金額及保障率的影響

在無備件預留的情況下，備件的庫存金額與保障率與其安全庫存數(shù)量直接相關，如圖2所示，在無安全庫存的情況下，庫存金額經(jīng)過一段時間的調(diào)整，最終下降至7800萬元左右，備件的保障率也下降到55%左右，根據(jù)3.1小點關于再訂貨點的計算公式，再訂貨點為采購周期內(nèi)的平均消耗量，一旦實際領用數(shù)量出現(xiàn)波動，就會出現(xiàn)一半的領用需求無法有效保障，但由于部分備件的初始庫存量過高，該部分備件在較長時間內(nèi)都不會出現(xiàn)缺貨情況，故在無安全庫存的情況下保障率會略高于50%。在安全庫存為12個月的消耗量情況下，庫存金額在1.1億元左右波動，備件保障率也能基本維持在90%以上。由于大量備件的采購周期都在11個月左右，在仿真的前11個月內(nèi)到貨備件較少，隨著備件的領用消耗，整體庫存金額呈現(xiàn)下降趨勢，在11個月時，隨著新采購的備件逐漸到貨，庫存金額出現(xiàn)了大量增長的情況。

圖2 安全庫存為0/6/12個月時對庫存金額及備件保障率的影響

隨著安全庫存數(shù)量的增多，庫存金額及保障率也隨之增加。若僅通過設置安全庫存數(shù)量的情況下將保障率提升至90%以上，需要至少儲備11個月的安全庫存，并且每提升1%的備件保障，需多花費100萬元的庫存金額。

5 有預留情況下對保障率及庫存金額的影響

核電站的維修工作主要可以分為預防性維修和糾正性維修兩類，通常預防性維修工作都會對維修活動中所需要的備件提前進行預留。預防性維修中所需的備件也可細分為A類備件和B類備件，A類備件指維修活動必須更換的備件，B類備件指維修活動中根據(jù)現(xiàn)場設備的狀態(tài)選擇性跟換的備件。A類備件的預留準確率可以接近100%，B類備件的預留準確率可以達到60%，本文假設仿真中所用的9000項備件均為A類備件或者B類備件，按照其對應的預留準確率進行仿真計算。

5.1 預留準確率為100%

在無安全庫存的情況下，備件的庫存金額與保障率與其預留提前期直接相關，如圖3所示，在預留提前期達到12個月，庫存金額在1億元左右波動，備件保障率能夠維持在95%以上。通過對比圖2和圖3，可以得到在相同的備件保障率情況下，通過預留的方式可以降低整體庫存金額。

圖3 預留(準確率100%)提前期為0/6/12個月時對庫存金額及保障率的影響

隨著預留提前期的增加，庫存金額及保障率也隨之增加。若僅通過設置備件預留提前期的情況下將保障率提升至90%以上，需要至少提前8個月進行預留，并且每提升1%的備件保障，需多花費53萬元的庫存金額。

5.2 預留準確率為60%

圖4 預留(準確率60%)提前期為0/6/12個月時對庫存金額及保障率的影響

在無安全庫存的情況下，預留準確率越低其總庫存金額越高，如圖4所示，在預留提前期達到12個月，庫存金額增長到約1.4億元，但是此時的備件保障率可以接近100%。通過對比圖3和圖4，可以得到在相同的預留提前期的情況下，預留準確率越低其整體庫存金額越高。

隨著預留提前期的增加，庫存金額及保障率也隨之增加。若僅通過設置備件預留提前期的情況下將保障率提升至90%以上，需要至少提前5個月進行預留，并且每提升1%的備件保障，需多花費86萬元的庫存金額。通過對比僅設置安全庫存、僅設置預留(準確率100%)提前期、僅設置預留(準確率60%)提前期三種方案，可以得到當預留準確率為100%時有著最好的效果，在該方案下提升相同的保障率其新增的庫存金額最少。

5.3 在安全庫存及預留共同作用下對庫存金額及保障率的影響

通過提高備件的安全庫存及預留提前期都可以提升備件保障率，但同時也會提高備件的整體庫存金額。理論情況下，當備件的預留提前期大于備件的采購周期時，可以不需要儲備任何庫存，一旦有備件使用需求時，直接發(fā)訂單采購即可，但實際過程中，預留提前期不能無限期的提前，在大多數(shù)情況下都基本能實現(xiàn)6個月以內(nèi)的預留提前期，故本文以預留提前期為0～6個月，安全庫存數(shù)量為0～6個月為例，通過仿真測試在安全庫存及預留共同作用下對庫存金額及保障率的影響。如圖5所示，圖中(a)為在安全庫存及預留(準確率100%)共同作用對保障率的影響；圖中(b)為在安全庫存及預留(準確率100%)共同作用對庫存金額的影響；圖中(c)為在安全庫存及預留(準確率60%)共同作用對保障率的影響；圖中(d)為在安全庫存及預留(準確率60%)共同作用對庫存金額的影響。在安全庫存及預留共同作用下，隨著安全庫存數(shù)量及預留提前期的增加，備件保障率和庫存金額迅速上升，且預留準確率越低，上升的趨勢越明顯。

圖5 預留提前期與安全庫存對保障率及庫存金額的影響

為進一步展現(xiàn)安全庫存與預留的組合對保障率及庫存金額的影響，本文將不同情形下的保障率與庫存金額的關系進行匯總。如圖6所示，(a)為在安全庫存及預留(準確率100%)、安全庫存及預留(準確率60%)共同作用下保障率與庫存金額的關系；(b)為僅設置安全庫存、僅設置預留(準確率100%)提前期、僅設置預留(準確率60%)提前期三種方案下保障率與庫存金額的關系。從圖6(a)中可以得到，備件的庫存金額與保障率呈現(xiàn)凹函數(shù)的特征，當備件保障率提升到一定階段后，需要大量增加庫存金額才能提升備件的保障率。在備件保障率不低于90%的標準下，若僅選用安全庫存或者預留方案情況下，優(yōu)先選擇預留的方案，且預留準確率越高，效果越高。

圖6 在不同情形下保障率與庫存金額的關系

6 結(jié)語

核電站在維修過程中會提前對一些備件進行預留，預留在提高備件保障率的同時也會增加備件的庫存金額，為進一步提升備件的保障率，需要對部分備件設定一定數(shù)量的安全庫存，但安全庫存在提高備件保障率的同時也會增加庫存金額。本文通過對安全庫存及預留提前期進行組合分析，給出了安全庫存及預留提前期的設置參考原則。在備件保障率不低于90%的標準下，若某備件無預留，則建議至少儲備11個月的安全庫存；若某備件部分需求能實現(xiàn)提前預留，則根據(jù)預留占總需求中的比例適當降低安全庫存的儲備數(shù)量；若某備件所有需求都能實現(xiàn)提前預留，當預留提前期為2～3個月的情況下，建議根據(jù)預留準確率儲備3～6個月的安全庫存，當預留提前期增加，可在原基礎上適當減少安全庫存的儲備數(shù)量。