卷煙工業(yè)企業(yè)備件全壽命周期管理的研究與開發(fā)

甘肅煙草工業(yè)有限責(zé)任公司 楊小剛 朱禹丞

北京天工智造科技有限公司 王 軍

■引言

備件是保障設(shè)備正常運(yùn)行和安全生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)和保障，也是一種重要的維修資源。備件管理活動(dòng)涵蓋備件的需求、采購、存貯、領(lǐng)用、換件、再維修及報(bào)廢全過程。備件管理的目標(biāo)就是用最少的備件資金，合理的庫存儲備，有效的修廢利舊，保證設(shè)備正常運(yùn)行需要，不斷提高設(shè)備的可靠性、維修性和經(jīng)濟(jì)性及安全性。并做到如下幾點(diǎn)：（1）確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行；（2）把設(shè)備突發(fā)故障所造成的停工損失減少到最低限度；（3）把設(shè)備計(jì)劃修理的停歇時(shí)間和修理費(fèi)用降低到最低限度；（4）把備件庫存的儲備資金到合理供應(yīng)的最低水平。卷煙工業(yè)企業(yè)屬于設(shè)備密集型行業(yè)，自動(dòng)化程度高，設(shè)備精密度高，設(shè)備的停機(jī)損失大，對備件管理的精益化要求很高。當(dāng)前行業(yè)很多的企業(yè)仍然采用經(jīng)驗(yàn)管理和冗余備件來實(shí)現(xiàn)維修“不斷料”，但“不囤料”和“降成本”就不能得到保證。本文利用備件的全壽命管理理念，結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，在分析當(dāng)前備件管理現(xiàn)狀及問題的基礎(chǔ)上，有針對性地給出一個(gè)精益化備件管理的框架，支撐卷煙工業(yè)企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和維修管理創(chuàng)新。

■問題概述及發(fā)展趨勢

卷煙工業(yè)企業(yè)單機(jī)裝備價(jià)值較高，設(shè)備多屬于較為精密的往復(fù)運(yùn)動(dòng)或長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)型設(shè)備，因此備件種類繁雜。當(dāng)前，卷煙工業(yè)企業(yè)的備件管理領(lǐng)域存在的問題主要有：

（1）安全管理方面：沒有從安全、風(fēng)險(xiǎn)角度對設(shè)備失效進(jìn)行分析，從而制定備件的相關(guān)等級，確保重大安全風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的備件庫存合理及穩(wěn)定。

（2）技術(shù)管理方面：備件基礎(chǔ)屬性管理不規(guī)范，備件分類與機(jī)型不匹配，備件儲備出現(xiàn)一物多碼，查找和審核困難。另外，備件通用化率不高，專用件占比過大。

（3）實(shí)物管理方面：部分備件購置后長期不用占用庫存或因設(shè)備改造或設(shè)備報(bào)廢造成備件無用。

（4）庫存管理方面：備件周轉(zhuǎn)率偏低，庫存成本居高不下。

（5）經(jīng)濟(jì)管理方面：備件核算不能實(shí)時(shí)化、到機(jī)臺、按批次。

（6）財(cái)務(wù)管理方面：賬實(shí)一致、賬賬一致還沒有實(shí)現(xiàn)。

（7）質(zhì)量管理方面：沒有實(shí)現(xiàn)備件跟蹤，備件質(zhì)量良莠不齊。

（8）流程管理方面：全過程信息流、業(yè)務(wù)流、數(shù)據(jù)流、價(jià)值流未能統(tǒng)一。

卷煙行業(yè)較早開展了備件的管理優(yōu)化。楊文[1]（2016）針對備件管理存在的問題,應(yīng)用備件需求預(yù)測技術(shù)和備件分類方法,根據(jù)備件類別的不同提出玉溪卷煙廠備件管控策略。銀超、韋炳佐[2](2019)從備件人為管理的幾個(gè)角度，提出一系列優(yōu)化工作。姜華[3]（2017）為提高備件庫工作效率,解決備件難尋找、難統(tǒng)計(jì)、購買難決策等問題,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上快速辦理備件計(jì)劃,備件入庫及領(lǐng)用等業(yè)務(wù)功能,將射頻識別技術(shù)(RFID)應(yīng)用于備件庫的貨位管理,實(shí)現(xiàn)了備件流,工作流,信息流的有效融合,使備件管理更加合理高效。王冬梅等[4]（2013）結(jié)合企業(yè)多年來的備件管理特點(diǎn),通過對傳統(tǒng)備件計(jì)劃管理進(jìn)行優(yōu)化和實(shí)踐,總結(jié)了一套較完整的備件需求計(jì)劃管理方法和技術(shù)保障措施,能提高庫存周轉(zhuǎn)率,逐步降低庫存資金占用量,可有效地避免不良庫存的再發(fā)生,消耗呆滯庫存,改善庫存結(jié)構(gòu).

卷煙行業(yè)外，宋英玲[5]（2012）在以各生產(chǎn)單位的二級庫管理為對象,開發(fā)備件實(shí)物全壽命跟蹤管理系統(tǒng)應(yīng)用于濟(jì)鋼,將備件的計(jì)劃提出、檢修使用、報(bào)廢處理的整個(gè)設(shè)備管理活動(dòng)串成一體,實(shí)現(xiàn)了備件全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控。馮蘊(yùn)雯等[6]（2019）為了合理有效地降低冗余系統(tǒng)全壽命周期費(fèi)用,同時(shí)考慮部件的故障過程,維修周轉(zhuǎn)以及備件的訂購補(bǔ)給過程,結(jié)合混合準(zhǔn)則提出了基于Markov過程的k/n冗余系統(tǒng)可用度模型,實(shí)現(xiàn)備件庫存配置與冗余度聯(lián)合優(yōu)化。鄧華等[7]（2020）基于EAM信息平臺進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，為供應(yīng)商評價(jià)、戰(zhàn)略采購、功能承包計(jì)價(jià)采購、綜合評標(biāo)法采購等性價(jià)比采購提質(zhì)工作提供了有效支撐。

綜上所述，設(shè)備密集型企業(yè)的備件管理發(fā)展和趨勢可以概括為：全壽命周期管理、實(shí)物電子化跟蹤管理、互聯(lián)網(wǎng)+網(wǎng)絡(luò)化管理、經(jīng)濟(jì)模型及決策優(yōu)化等。

■全壽命周期管理模型

1.備件全壽命周期模型框架

卷煙工業(yè)企業(yè)的高價(jià)值設(shè)備很多是國家專賣，而且進(jìn)口裝備較多，因此備件供應(yīng)具有行業(yè)特色，表現(xiàn)在采購計(jì)劃的多樣性（進(jìn)口件行業(yè)統(tǒng)一采購、專用件廠家采購、合格供應(yīng)商采購、市場競爭采購等幾類）、采購周期較長、采購的計(jì)劃性較強(qiáng)、規(guī)范化管理要求高、機(jī)臺備件費(fèi)用控制嚴(yán)格等因素。設(shè)計(jì)備件的全壽命周期模型框架如圖1所示。

圖1 備件全壽命周期管理模型

模型可以分為兩大部分，一是包括備件技術(shù)特性、備件身份標(biāo)識和備個(gè)經(jīng)濟(jì)特性的備件全壽命周期數(shù)字孿生體的基礎(chǔ)框架，二是以時(shí)間為軸的重點(diǎn)事件歸集起來的全壽命動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)集。

2.備件技術(shù)特性

在全壽命周期模型中備件的技術(shù)特性包括以下內(nèi)容：

（1）備件的規(guī)格、圖號、型號等設(shè)計(jì)參數(shù)；

（2）備件所屬的部位、機(jī)型等功能參數(shù)；

（3）備件所屬的設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)等級；

（3）備件的材質(zhì)、保存方法、有效期等材料參數(shù)。

3.備件分類及代碼標(biāo)準(zhǔn)

很多備件具有通用性，但長期以來企業(yè)傳統(tǒng)上采用引進(jìn)新機(jī)型后編制一套備件體系，這種做法對通用件，如電氣件、五金件等適成一物多碼，是備件庫存居高不下的重要原因之一。在備件數(shù)字孿生模型中，按照卷煙行業(yè)裝備特征分為煙機(jī)專用件、通用設(shè)備專用件、標(biāo)準(zhǔn)件、電氣件、五金及測量件五大類，重新梳理備件體系。在分類基礎(chǔ)上備件代碼按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)由系統(tǒng)自動(dòng)生成規(guī)則，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的備件代碼，如圖2所示。

圖2 備件分類代碼規(guī)則

4.備件身份標(biāo)識

要實(shí)現(xiàn)全壽命精準(zhǔn)跟蹤，必須采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對備件實(shí)物進(jìn)行跟蹤，在實(shí)物流動(dòng)過程中實(shí)現(xiàn)可視化、數(shù)字化。由于備件供應(yīng)商較多，暫時(shí)無法實(shí)施供應(yīng)商統(tǒng)一標(biāo)識碼，只能在企業(yè)備件入庫時(shí)自行設(shè)計(jì)。備件標(biāo)識標(biāo)簽如圖3所示，采用二維碼設(shè)計(jì)。包括備件的編碼、名稱、型號、規(guī)格、圖號、領(lǐng)用包裝形式、所在貨架等核心信息。原則上一個(gè)備件的基礎(chǔ)信息中型號、規(guī)格、圖號至少有一項(xiàng)不能為空，便于維護(hù)過程中快速查詢備件。

圖3 備件物品標(biāo)識標(biāo)簽

5.備件全壽命重點(diǎn)事件

根據(jù)維護(hù)業(yè)務(wù)的需要而產(chǎn)生備件的申購需求，也是備件全壽命周期的起點(diǎn)。備件全壽命重點(diǎn)事件包括：備件需求、備件采購、實(shí)物入庫、實(shí)物出庫、上機(jī)跟蹤、修舊利廢、處置與報(bào)廢等七個(gè)步驟，按時(shí)間軸為線。在每個(gè)事中均需關(guān)聯(lián)到：

（1）物：指特定備件的信息。備件應(yīng)當(dāng)從一開始就是明確圖號的技術(shù)屬性，才能避免采購差錯(cuò)的發(fā)生。

（2）人：對于事件的處理人員，包括維護(hù)人員、管理人員。

（3）事：每個(gè)備件申購時(shí)對應(yīng)的事項(xiàng)，如故障維修、項(xiàng)修、補(bǔ)庫等。通過備件跟蹤實(shí)現(xiàn)與待處理業(yè)務(wù)之間的閉環(huán)聯(lián)動(dòng)。

（4）態(tài)：備件在全壽命過程中每個(gè)階段的狀態(tài)，包括審批情況、物流情況、庫存情況等。

6.備件經(jīng)濟(jì)特性

在全壽命周期模型中備件的經(jīng)濟(jì)特性將包括但限于如下內(nèi)容：

（1）備件的功能重要性、經(jīng)濟(jì)重要性；

（2）備件的理論壽命、統(tǒng)計(jì)壽命；

（3）備件的年耗用量；

（4）備件的經(jīng)濟(jì)庫存相相關(guān)的設(shè)定值；

（5）備件的采購周期、供應(yīng)商、采購價(jià)格、采購方式等供應(yīng)鏈相關(guān)信息。

■信息化支撐平臺的開發(fā)

1.信息化平臺框架

采用信息技術(shù)將上述全壽命周期模型及管理流程進(jìn)行固化，采用互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)路線，設(shè)計(jì)信息化支持平臺如圖4所示。

圖4 信息化平臺的框架

平臺統(tǒng)一構(gòu)建在企業(yè)的云平臺環(huán)境中，支持集團(tuán)公司的廣域網(wǎng)范圍內(nèi)的應(yīng)用與維護(hù)。整個(gè)系統(tǒng)分為五橫四縱的形式：五橫：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺層、備件主數(shù)據(jù)和技術(shù)管理層、業(yè)務(wù)邏輯層、備件經(jīng)濟(jì)分析層和多模態(tài)客戶端。四縱：按照專業(yè)化管理體系要求的四個(gè)主要的業(yè)務(wù)縱向管理模塊，包括計(jì)劃管理?xiàng)l線、采購管理?xiàng)l線、庫存管理?xiàng)l線和處置管理?xiàng)l線。

2.核心業(yè)務(wù)功能

基于全壽命周期模型開發(fā)的系統(tǒng)化平臺，按備件的時(shí)間維度實(shí)現(xiàn)的功能包括：備件申購、備件計(jì)劃及優(yōu)化、備件采購及跟蹤、備件到貨、備件庫存作業(yè)、備件領(lǐng)用、備件財(cái)務(wù)核算、備件經(jīng)濟(jì)核算等。系統(tǒng)平臺功能較多，不能一一描述，列舉全壽命過程有代表性的功能如下。

備件申購管理的功能界面如圖5所示。在申領(lǐng)過程中實(shí)現(xiàn)備件所有技術(shù)特性、經(jīng)濟(jì)特性的透明化，使申購人員做出正確、合理的選擇，是降低備件庫存的首要措施。

圖5 備件申購界面，查詢基本屬性和壽命周期

備件庫存查詢，可以實(shí)現(xiàn)對備件基礎(chǔ)屬性，庫存量，貨位等信息，根據(jù)不同維度進(jìn)行查詢，不同條件進(jìn)行組合查詢，以及全文檢索查詢，所圖6所示。

圖6 備件庫存查詢

為庫存作業(yè)提供了專門的備件的移動(dòng)作業(yè)管理，方便快捷實(shí)現(xiàn)備件收貨、上架、動(dòng)態(tài)盤點(diǎn)、出庫檢選、出庫跟蹤等功能，如圖7所示。

圖7 庫存移動(dòng)作業(yè)功能

3.備件經(jīng)濟(jì)管理及優(yōu)化

基于備件需求、采購、入庫、出庫作業(yè)數(shù)據(jù)，優(yōu)化備件采購、備件庫存，分析備件價(jià)值，科學(xué)管理備件全生命周期。本系統(tǒng)主要在備件管理分類基礎(chǔ)上，主要考慮生產(chǎn)負(fù)荷、消耗頻率和訂貨周期三個(gè)因素，通過系統(tǒng)“自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)”的算法模型，控制備件儲備的合理性。主要功能包括庫存優(yōu)化分析、作業(yè)分析、供應(yīng)商分析、采購優(yōu)化、領(lǐng)料統(tǒng)計(jì)等方面。

（1）換件壽命周期統(tǒng)計(jì)。備件上機(jī)與維修損壞之間的時(shí)間，多機(jī)平均計(jì)算得出。

（2）備件庫存自動(dòng)預(yù)警。當(dāng)備件的庫存量低于設(shè)置的最小庫存量時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)將這種情況的備件進(jìn)行集中展示。

（3）備件采購優(yōu)化分析。根據(jù)采購過程的跟蹤，得出不同供應(yīng)商的采購時(shí)效比對。根據(jù)備件耗用情況，得出不同供應(yīng)商的備件質(zhì)量比對。

（4）備件庫存分析。按行業(yè)特點(diǎn)，包括備件周轉(zhuǎn)率（備品備件庫存周轉(zhuǎn)率為年度領(lǐng)用備品備件總額與備品備件月均儲備金額的比率）、單位固定資產(chǎn)備件儲備費(fèi)用。

（5）閑置件分析。給定時(shí)間段內(nèi)沒有發(fā)生出庫業(yè)務(wù)的有庫存?zhèn)浼?，給出判定，并標(biāo)記。

（6）上機(jī)跟蹤及耗用分析。按行業(yè)特點(diǎn)，包括備件單耗（單位產(chǎn)品（萬支）備件的耗用數(shù)據(jù)）、機(jī)型維持成本（不同機(jī)型的年度備件耗用價(jià)值）

（7）安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。對涉及重大安全風(fēng)險(xiǎn)的備件進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，并給出缺件預(yù)警。

■應(yīng)用案例及效果

研究成果在甘肅煙草工業(yè)有限責(zé)任公司進(jìn)行工程化應(yīng)用。甘肅煙草工業(yè)下屬兩個(gè)卷煙廠，設(shè)置兩地異地備件庫由公司備件采購部統(tǒng)一管理。系統(tǒng)自2019年1月1日正式上線運(yùn)行以來，對備件技術(shù)資料進(jìn)行了規(guī)范化整理，重新設(shè)計(jì)備件的編碼體系和分類標(biāo)準(zhǔn)，合并了通用的電氣件和五金件，從技術(shù)上解決了長期存在的一物多碼問題，為降低備件庫存打好基礎(chǔ)；實(shí)現(xiàn)了備件從需求、采購、庫存、領(lǐng)用、上機(jī)的全壽命過程的數(shù)字化；改變了沿襲多年的計(jì)劃價(jià)法，改為月度移動(dòng)計(jì)價(jià)核算的精細(xì)化管理，實(shí)現(xiàn)了長期困擾企業(yè)的財(cái)務(wù)賬與庫存賬不一致、財(cái)務(wù)賬與實(shí)物賬不一致的問題；采用入庫備件跟蹤、掃碼領(lǐng)用的模式，上機(jī)備件的全部信息透明，解決了全過程備件質(zhì)量跟蹤的難題；對重大安全風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的備件進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警；通過對歷史數(shù)據(jù)和近兩年的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，按耗用量規(guī)劃的常耗件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)庫、對備件年使用量、上次領(lǐng)用時(shí)間、采購?fù)诘茸隽嗣鞔_的模型分析，實(shí)現(xiàn)了備件的經(jīng)濟(jì)管理。

■結(jié)論

本文基于卷煙行業(yè)的備件管理的需求設(shè)計(jì)了一種備件全壽命周期管理的框架模型，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了備件全壽命周期管理軟件平臺，應(yīng)用于一個(gè)典型的卷煙企業(yè)，取得了良好的應(yīng)用效果與經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)踐證明本文所提出的模型及應(yīng)用平臺能夠有效解卷煙行業(yè)備件管理存在的庫存資金大、數(shù)據(jù)共享難、賬實(shí)不一致、安全風(fēng)險(xiǎn)考慮不足等關(guān)鍵問題。在后續(xù)的工作中集中在數(shù)據(jù)利用，開展全壽命各環(huán)節(jié)的作業(yè)優(yōu)化。