基于陜西氣象部門(mén)三級(jí)備件供應(yīng)保障系統(tǒng)的庫(kù)存模型

孟 超，劉 名，黨 瑞，賀 易

(1.陜西省大氣探測(cè)技術(shù)保障中心，西安 710014；2.渭南市氣象局，陜西渭南 714000；3.灞橋區(qū)氣象局，西安 710038)

隨著氣象事業(yè)的快速發(fā)展，氣象物資數(shù)量和種類(lèi)急劇增多，設(shè)備技術(shù)不斷升級(jí)更新，急需更為現(xiàn)代的備件管理方式。陜西省氣象部門(mén)采用的省、市、臺(tái)站三級(jí)備件供應(yīng)保障系統(tǒng)[1]是較為科學(xué)的管理模式，提高了設(shè)備的可用性，縮短了設(shè)備故障維修時(shí)間，降低了設(shè)備故障率，保證了自動(dòng)觀測(cè)類(lèi)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)多級(jí)備件供應(yīng)保障研究較多，建立了多種備件庫(kù)存模型。如美國(guó)Sherbrooke[2]博士構(gòu)建了METRIC模型(可修復(fù)備件管理多級(jí)法)并以其為基礎(chǔ)延伸了多種不同算法和擴(kuò)展的庫(kù)存模型； Nenesbo[3]博士研究了備件需求分布不規(guī)則情況的備件多級(jí)庫(kù)存分配管理。在國(guó)內(nèi)，多個(gè)領(lǐng)域已開(kāi)展研究,聶濤等[4]建立了以備件購(gòu)置費(fèi)用為約束，供應(yīng)最大化的可修復(fù)備件供應(yīng)保障模型；黃照協(xié)等[5]提出在軍隊(duì)三級(jí)備件保障，建立了基地級(jí)采購(gòu)，基層及中繼級(jí)負(fù)責(zé)維修的優(yōu)化模型；劉勇等[6]研究了維修能力約束下的備件保障可用度模型；羅祎等[7]以備件維修費(fèi)用為約束，建立了具有多等級(jí)的維修體系的分配模型。本文從裝備保障工作中的實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，區(qū)別于軍隊(duì)備件供應(yīng)保障體系，充分考慮陜西省氣象備件保障結(jié)構(gòu)層級(jí)、層級(jí)間保障職責(zé)及影響備件供應(yīng)因素的情況下，建立了陜西氣象部門(mén)三級(jí)備件供應(yīng)保障系統(tǒng)的庫(kù)存模型，為供應(yīng)保障部門(mén)制定備件提供方案，為備件儲(chǔ)備標(biāo)準(zhǔn)提供理論依據(jù)。

1 三級(jí)供應(yīng)保障系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 各級(jí)職責(zé)

三級(jí)備件供應(yīng)保障系統(tǒng)由三級(jí)維修(省級(jí)、市級(jí)、臺(tái)站)、三級(jí)庫(kù)存(省級(jí)、市級(jí)、臺(tái)站)、備件購(gòu)置(備件供應(yīng)商)以及報(bào)廢處理等要素組成。作為保障對(duì)象，自動(dòng)觀測(cè)類(lèi)設(shè)備對(duì)備件產(chǎn)生需求。

臺(tái)站維修由臺(tái)站業(yè)務(wù)科完成；市級(jí)維修由市級(jí)保障科完成，省級(jí)維修由省大氣探測(cè)保障中心技術(shù)保障科完成。

臺(tái)站庫(kù)存負(fù)責(zé)觀測(cè)場(chǎng)在用設(shè)備所需的備件，并且存儲(chǔ)臺(tái)站修復(fù)后的備件、入庫(kù)市級(jí)調(diào)撥及自行購(gòu)買(mǎi)的備件；市級(jí)庫(kù)存負(fù)責(zé)向臺(tái)站級(jí)庫(kù)存提供所需的備件，并且儲(chǔ)存市級(jí)修復(fù)后的備件、入庫(kù)省級(jí)調(diào)撥的備件及自行購(gòu)買(mǎi)的備件；省級(jí)庫(kù)存負(fù)責(zé)向市級(jí)庫(kù)存提供所需的備件，并且存儲(chǔ)省級(jí)修復(fù)后的備件及自行購(gòu)買(mǎi)的備件。

1.2 結(jié)構(gòu)關(guān)系

基于陜西省三級(jí)備件供應(yīng)保障系統(tǒng)的管理模式，其組成結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖1所示。如果自動(dòng)觀測(cè)類(lèi)設(shè)備上的某部件發(fā)生故障，臺(tái)站維修人員對(duì)故障部件進(jìn)行診斷，并立即從設(shè)備上拆卸下故障部件。若臺(tái)站級(jí)庫(kù)存有該故障部件的備件，則完成現(xiàn)場(chǎng)備件更換確保設(shè)備正常運(yùn)行。隨后臺(tái)站對(duì)該故障是否可在本級(jí)維修進(jìn)行判斷，如果可以維修，則維修后將部件作為臺(tái)站級(jí)備件；如不能維修，將該部件提交給市級(jí)維修。市級(jí)保障單位如果可以維修，則修復(fù)后將部件返還給臺(tái)站；如不能維修，將該部件提交給省級(jí)維修，并根據(jù)市級(jí)庫(kù)存量調(diào)撥備件給臺(tái)站。省級(jí)保障單位如果可以維修，則修復(fù)部件并返還給市級(jí)保障單位；如不能維修則進(jìn)行報(bào)廢處理，并根據(jù)省級(jí)庫(kù)存量調(diào)撥備件給市級(jí)保障單位。

圖1 三級(jí)供應(yīng)保障系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)關(guān)系

由于各級(jí)保障單位的維修能力有限、備件申請(qǐng)流程繁瑣以及備件購(gòu)置時(shí)間長(zhǎng)等原因，導(dǎo)致備件庫(kù)存存在短缺的情況。當(dāng)故障部件修復(fù)和購(gòu)置備件到貨時(shí)，備件庫(kù)存短缺情況得到填補(bǔ)。

2 模型建立

2.1 庫(kù)存模型

Sherbrooke博士在構(gòu)建了METRIC經(jīng)典庫(kù)存理論模型里，備件的庫(kù)存情況為

s=SOH+SDI-SBO，

(1)

式(1)中，s為備件庫(kù)存量；SDI為平均更換量；SOH為目前庫(kù)存量；SBO為備件短缺量。

假設(shè)備件在平均修復(fù)時(shí)間內(nèi)符合泊松過(guò)程，且故障修復(fù)時(shí)間相互獨(dú)立，則任一固定周期內(nèi)的需求數(shù)穩(wěn)態(tài)概率分布服從泊松分布。根據(jù)帕爾姆[8]定理，

(2)

式(2)中：α為備件年平均需求量，T為備件平均修復(fù)時(shí)間。

設(shè)某一隨機(jī)時(shí)間段待收庫(kù)存數(shù)有s+m件，經(jīng)過(guò)公式(1)計(jì)算就有m件短缺。所以備件的期望短缺數(shù)E(s)為：

(3)

2.2 參數(shù)定義及符號(hào)說(shuō)明

充分考慮陜西省氣象備件保障結(jié)構(gòu)層級(jí)、層級(jí)間保障職責(zé)及影響備件供應(yīng)因素的情況下，建立了陜西氣象部門(mén)三級(jí)備件供應(yīng)保障系統(tǒng)的模型。將模型涉及的參數(shù)定義及符號(hào)說(shuō)明如下。

2.3 年平均需求量

市級(jí)保障單位f對(duì)某備件的年平均需求量為所屬臺(tái)站不能修復(fù)備件之和，計(jì)算公式為：

(4)

省級(jí)保障單位對(duì)某備件的年平均需求量為所屬市級(jí)保障單位不能修復(fù)備件之和，計(jì)算公式為：

(5)

2.4 備件短缺量

根據(jù)公式(2)(3)可得，臺(tái)站k對(duì)某備件短缺量計(jì)算公式為：

(6)

市級(jí)保障單位f對(duì)某備件短缺量計(jì)算公式為：

(7)

省級(jí)保障單位對(duì)某備件短缺量計(jì)算公式為：

(8)

式(8)中，T=T1+(1-ψ)T0,

由公式(6)、(7)、(8)可知，全省備件總期望短缺數(shù)為：

(9)

3 實(shí)例分析

假設(shè)省、市、臺(tái)站三級(jí)存儲(chǔ)新型自動(dòng)氣象站設(shè)備的某種傳感器，其中一個(gè)省級(jí)保障單位供應(yīng)兩個(gè)市級(jí)單位，而每個(gè)市級(jí)保障單位供應(yīng)三個(gè)臺(tái)站。該備件需求滿足泊松過(guò)程，系統(tǒng)中該備件的參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 新型自動(dòng)氣象站設(shè)備某傳感器在模型中的參數(shù)

(1)求解省級(jí)、市級(jí)保障單位對(duì)該備件平均需求量

(2)假設(shè)該備件全省庫(kù)存量為1個(gè)時(shí)，依次儲(chǔ)備在不同層級(jí)，計(jì)算各層級(jí)備件期望短缺數(shù)結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2中可以看出，首先三個(gè)層級(jí)保障單位的期望短缺數(shù)因庫(kù)存量的變化而變化，其次當(dāng)三個(gè)層級(jí)保障單位的庫(kù)存量都低于年平均需求量時(shí)，三級(jí)期望短缺數(shù)和的最小值就是最優(yōu)庫(kù)存方案，而存儲(chǔ)的最優(yōu)地點(diǎn)在省級(jí)保障部門(mén)。

4 結(jié)語(yǔ)

從陜西省三級(jí)備件供應(yīng)保障系統(tǒng)的實(shí)際情況入手，研究并建立了備件庫(kù)存模型。經(jīng)過(guò)實(shí)例計(jì)算表明該模型可以解決目前供應(yīng)保障過(guò)程中的各層級(jí)對(duì)某種氣象設(shè)備的備件年平均需求量和短缺數(shù)。根據(jù)庫(kù)存模型結(jié)果，得到了備件儲(chǔ)備的規(guī)律，分析出影響備件短缺的因素，為決策部門(mén)制定備件配備提供了依據(jù)。

但同時(shí)存在一些問(wèn)題。一是模型計(jì)算過(guò)程繁瑣，許多參數(shù)需要一定周期才能獲得，如各級(jí)保障過(guò)程中的修復(fù)率和平均修復(fù)時(shí)間；二是針對(duì)氣象觀測(cè)設(shè)備的各類(lèi)傳感器、采集器等部件，需要重新設(shè)置各類(lèi)參數(shù)；三是隨著備件類(lèi)型及需求量的增多，時(shí)間方面(修復(fù)時(shí)間、接收時(shí)間及購(gòu)置時(shí)間)是影響模型的重要因素之一，因此建立陜西省氣象觀測(cè)類(lèi)設(shè)備的備件庫(kù)存儲(chǔ)備標(biāo)準(zhǔn)和配發(fā)要求需要進(jìn)一步研究。