維修設備備件的庫存控制

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，通過航化產品生產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。該文利用真實數據對三種需求建模方法及相應的庫存策略進行評估，這三種需求建模方法包括：正態分布、泊松分布和伽馬分布。采用經濟訂貨批量模型確定訂購策略，結果顯示，正態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。

關鍵詞：備件管理 失效模式和原因分析 經濟訂貨批量

中圖分類號：F253，F407.5 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，其特殊性表現在較低需求量，任何庫存管理系統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備件的特殊性，其通常表現為慢移動、隨機和不規則需求。

例如典型生產企業只保留了有限的歷史數據，而且這些數據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庫存策略控制參數的獲得很重要。在庫存決策中，需要找出庫存控制參數，如再訂貨點和安全庫

存等。

在過去幾十年中庫存研究領域已經產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，其數量往往依賴于管理策略、報廢方式、基地-后方庫房-多級結構以及問題的具體情況。其中筆者最為關心的問題包括。

（1）多級問題：經常會考慮的問題就是在多級系統中備件儲存位置，此問題相關研究可參見[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備需要，當這些設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保成本。

1 案例研究

該文主要針對某航化產品生產廠家的設備維修部件進行

研究。

在2006年該公司未對生產設備備件進行過任何預防維修。采用的維修策略僅僅是修復性維修，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。維修管理經理基于個人經驗決定備件訂貨策略，這產生了下述問題。

（1）存在重要部件短缺造成長時間生產停工的風險；

（2）供應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，分類時應考慮一下

因素：

（1）備件的危害級別

（2）供應提前期

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，并以此為基礎來確定部件管理的優先級。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驗和決策能力，專家是由不同的利益相關人員構成，包括：維修經理，機械維修專業經理，電子維修專業經理。

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“設備樹”結構定義。

根據圖表目錄，所有的設備分成以下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系，這種后果往往存在于某一生產過程中而且在不能及時替換部件時發生，因此其有時被稱作“過程危害性”。故障引起的后果以及優先級如表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量。這里對A類零件做進一部分類。通過進一步的分析發現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%。

根據使用量的不同可以選擇不同庫存控制策略：A類采用連續庫存控制方式；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據，需求信息按月記錄，總共有77期的需求數據可用于研究。需求分析中發現三個問題：

（1）第一步是排除零需求或者“負”需求的零件；

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

（1）

是不規則需求，為平均值加上K倍標準差。該文k選擇為16。

（3）采用“回溯法”來優化備件庫存。在回溯法程序中，用到同樣的數據序列來擬合和測試。用回溯法的原因是因為許多數據對于預測來說過少并且由于初期消耗不穩定性。這種方法能夠使用整個數據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據來比較不同策略找出何種情況何種策略為最佳。同時采用正態分布、伽馬分布以及泊松分布模型估算來系統的有效性。

（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計算結果值為1。

對#PN備件進行分析，表2顯示77個周期內的需求值。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，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量關系不大。此處假設一次訂貨成本25歐元。本次研究目的是調節保障率和庫存持有成本關系，暫不包括缺貨成本。PN#備件的價格為60.9歐元，可用EOQ公式來計算訂貨數量Q：

提前期分布獲得以后，可以根據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是預定義的批量，ES（s）是在給定訂貨點期望短缺數量，計算如下[1]：