石化企業備件庫存優化的研究

羅莉

(中國石油化工集團公司 信息化管理部，北京 100728)

石化企業生產裝置的重要部件發生故障會導致裝置停工，嚴重時會導致易燃易爆氣體泄漏、著火、爆炸，甚至進一步危及人身安全。由此可見，關系到煉化企業生產裝置安全、平穩、長周期運行的重要備件，是必須進行一定的儲備，以備不時之需。但對于特定生產規模的煉化企業來說，如何確定和優化備件的種類和數量是一個關鍵的問題。筆者基于此類理論研究的成果，應用企業ERP所積累的豐富經驗，提出了一套切實可行的石化企業備件庫存優化方法，并在石化企業進行了相應的實踐，取得了很好的效果。

1 石化企業備件庫存優化背景

石化企業的安全、穩定、長周期生產具有重大的經濟和社會效益，需要一定的備件庫存進行保障。但是如果備件庫存結構不合理，會導致備件保障效能的下降或資金的浪費，在這種情況下，石化企業在備件庫存優化方面存在較大的空間。優化的方向： 1) 在保持現有總體服務水平的前提下，降低備件庫存的總庫存，以釋放積壓資金的占用；2) 在保持現有總備件庫存水平的前提下，有效優化備件庫存結構，提升備件的服務水準，實現更高的保障效能。

目前大部分的石化企業都實施了企業資源規劃系統(ERP)，生產裝置的設備檢維修、備品配件物資的消耗、采購和庫存等核心業務，都已經全面納入了ERP的管理，積累了豐富的備件需求、計劃、采購、庫存和消耗的歷史數據。如果能借鑒國際先進的備件庫存管理理論和方法對此類數據進行仔細地分析，可以幫助企業尋找備件管理方面存在的問題和提升的空間，建立合適的備品配件管理模型，從而有助于持續地提高備件服務水平并優化庫存結構。

2 備件庫存優化的計算模型

2.1 備件需求

石化企業在設備維修工作中，為縮短維修時間，根據設備的磨損規律和零件使用壽命，將設備中容易磨損的各種零部件，事先加工、采購和儲備好，做備件處理保證企業設備的正常運轉。由于備件的庫存策略與低值易耗品、工程材料、成套設備等常見采購物資之間存在顯著的區別，因而在研究石化企業備件儲備問題時，還需要將突發性的備件需求與計劃性的維修維護產生的備件需求區分對待。突發性維修對于備件的需求，通常是通過備件的安全庫存來滿足；而計劃性的維修，則完全可以在裝置大修之前排定詳細的備件需求計劃，從而預先進行針對性的采購。這樣可以針對性地分析偶發性的、無法準確計劃和預料的備件隨機需求，以有效地減少不必要的備件儲備。

備件服務水平是衡量備件保障效能最常用的指標之一，備件消耗存在非常大的隨機性，但其消耗服從特定的概率分布。具體的備件需求分布需要運用統計學的方法進行確定，在工程實踐中，對給定一段較長期間內的備件消耗進行觀察，備件的消耗規律近似正態分布或泊松分布。在備件庫存數量一定時其能滿足該備件消耗的幾率，即為該備件在特定庫存下所對應的服務水平。

長期的研究發現，備件服務水平和備件庫存之間的關系，其實也是統計學問題，筆者按照備件需求符合泊松分布或正態分布為前提，優化并總結出利用備件歷史消耗數據、備件采購價格、備件采購提前期等參數來計算備件的安全庫存、再訂貨點和再訂貨量等參數的計算模型。

2.2 件安全庫存的計算模型

1) 在泊松分布下最優的安全庫存水平的計算模型為

(1)

式中：SS1——泊松分布下備件的安全庫存水平；ROP——備件的重訂貨點；μ1——備件需求所滿足的泊松分布的均值，即在備件的采購提前期內對備件的需求均值；LT——備件采購提前期；z——服務水平或備件保障率所對應的相應的安全系數；σL——備件采購提前期的偏差。

2) 在正態分布下最優的安全庫存水平計算模型為

(2)

式中： SS2——正態分布下備件的安全庫存水平；σ——備件需求的標準偏差；μ2——備件需求所滿足的正態分布的均值。

2.3 重訂貨點的計算模型

在確定了備件的安全庫存以后，下一步需計算ROP。ROP是指當采用連續盤點的庫存控制策略時，庫存量下降到某個預先規定的數量，需要進行備件采購補充時的庫存值。

1) 在計算ROP時，泊松分布下的ROP的高低取決于備件要求的服務水平P值和μ1值。泊松分布下ROP按下式確定：

(3)

式中：P——需要備件時可以從庫房里得到備件的概率，即服務水平或備件保障率。

2) 正態分布下ROP的高低取決于SS2和μ2的大小。正態分布下的ROP按下式確定：

ROP=μ2LT+SS2

(4)

2.4 重訂貨量的計算模型

在計算重訂貨量時，經濟訂貨量(EOQ)是一種非常經典的計算方法，它綜合考慮了庫存持有成本和采購成本的平衡。EOQ按下式確定：

(5)

式中：EOQ——備件的經濟訂貨量；S——備件的采購成本；D——備件的年需求量；C——備件的單價；ICC——備件的庫存持有成本。

對于一些低值易耗的備件，出于簡化管理的目的，也可以直接將重訂貨量設置為至少滿足未來一段時間的消耗，簡記為AOQ。

AOQ=μT

(6)

式中：μ——備件需求的均值；T——重訂貨量所要滿足消耗的時間。

3 備件庫存優化模型應用案例分析

3.1 備件管理的診斷和分析

該計算模型在南京地區某大型煉化企業進行了實施，取得了很好的效果。

該企業借鑒國際先進理念對備件管理現狀進行了詳細的業務診斷，發現存在一定問題。該企業備件庫存規模大、金額高，周轉卻十分緩慢。其中，積壓5a以上和7a以上物資是庫存的主體，長期無動態，個別備件甚至從未被使用過，但是卻占用著大量的庫存資金，約占全部備件庫存金額的60%，給正常的備件儲備造成了沉重的壓力。經過定量測算，發現相當部分備件的服務水平遠遠超過實際需要的水準，造成庫存水平急劇上升；而另外一部分備件的服務水平則低于平均，保障效能不足，存在潛在的缺貨和運營風險。導致該類情況發生的因素很多，也非常復雜，主要原因如下：

1) 歷史庫存包袱。由于該企業以前實行的是分廠備庫的庫存管理模式，各廠獨立進行儲備，根據自身生產需要制訂儲備定額，并有專項的備件預算。隨著業務發展、技術革新、設備改造、裝置升級，很多備件已失去了使用價值，但是缺乏持續的備件狀態評估和有效的評估手段，造成使用部門不敢用，也不愿意用。

2) 大庫存保供應思想。煉油化工企業是流程式生產企業，對生產的連續性要求非常高，生產一體化、長周期運行的特點決定了備件缺貨成本高昂，因而在傳統的管理模式下，保障供給是供應部門的首要職能，特別是在無法定量評估風險的情況下，為應付不測，往往準備了大量的庫存。

3) 需求計劃提報不準確。使用單位在提報需求時，更多是從主觀經驗出發，對備件的消耗規律沒有數據統計，因而不能對備件的需求進行比較準確的預測。

針對上述問題，該企業一方面宣傳科學備件管理的理念，同時引入了適合該企業進一步提升備件管理水平的一套科學備件管理方法和工具。

3.2 備件庫存優化模型的建立和應用

該企業以第2節描述的理論公式和方法為基礎，重點選擇了若干類的備件物資，利用ERP中的備件實際消耗數據對其消耗規律進行建模分析，計算出每一個備件的最佳儲備數量和金額，從而計算出該企業最優的物資備件庫存儲備的包線，如圖1所示。

從圖1可以看出，優化的備件儲備數量和金額與企業要求達到的備件服務水平相關聯。每一個可能的目標服務水平值，均對應一個合理的備件儲備數量和金額，從而形成了一個備件庫存總額與備件保障效能最優的包線，在該包線上的每一個點，對該企業來說都是最優化的。依據該備件庫存包線，企業可以根據備件儲備的預算來確定需要的備件庫存和所能達到的保障效能；反之，也可以根據所需要達到的備件保障效能(即特定的服務水平)來確定需要投入的庫存預算；更重要的是該庫存包線可以用來對現有的備件庫存進行優化，消峰填谷，即將多余的備件庫存資金釋放出來，同時補充那些與目標保障效能不符的備件庫存，從而實現庫存結構的總體優化，綜合提升保障效能。

圖1 某大型煉油化工企業的備件庫存包線

經過模型計算發現，目前該企業所選取的若干大類備件中，其總庫存金額為16 164萬元，而達到的綜合保障效能，即服務水平為95.14%。從圖1可以發現該點所對應的位置，在該包線的左上方，說明該企業的備件庫存較高，而取得的保障效能卻相對較低，因而存在很大的優化空間。按照包線的計算結果，最佳的備件儲備金額是14 484萬元，對應95.14%的服務水平；或者是16 164萬元的備件儲備，對應97.52%的服務水平。因此，該企業可以通過備件庫存結構的優化，實現在目前庫存水平的前提下，提升備件的綜合保障效能，從95.14%提升到97.52%；或者在保持現有服務水平95.14%的前提下，降低備件庫存金額，從16 164萬元降低到14 484萬元，從而釋放大約1 680萬元的庫存資金。

4 備件庫存優化模型對ERP應用水平的提升

基于科學成熟的備件管理模型和方法確定企業合理的備件物資儲備清單和儲備數量，不僅可以定量地對企業備件庫存、服務水平以及兩者之間的聯動關系進行縝密的分析和測算，尋找到可以優化改善的空間，提升服務水平，優化庫存結構，而且可以直接用來對企業的備件管理策略、流程、ERP功能等進行完善和提升，使得企業備件管理擺脫靠以經驗為主進行手工計劃提報并采購的模式，采用基于儲備目錄為基礎的ERP自動建議補貨計劃和采購的模式。

采用ERP自動根據備件儲備目錄管理補貨計劃，可以在ERP中維護相應的MRP參數，由ERP自動根據備件的安全庫存、再訂貨點和訂貨數量等參數設置，結合備件的消耗，自動建議采購計劃實施補貨，從而始終將備件的庫存儲備維護在與希望達到的服務水平或保障要求相適應的水平上。這種方式不僅可以節省計劃手工提報、數據檢查和平衡的大量工作，更重要的是可以顯著提高備件的保障效能，優化備件庫存結構。考慮到石化企業的生產規模，備件優化的潛在經濟效益將是非常顯著的。

5 結束語

備件消耗具有很大的隨機性，同時也服從特定的消耗分布，采用統計學的方法來分析和計算備件的服務水平和儲備已是一項成熟的技術。石化企業實施ERP后積累了大量備件的消耗數據，根據此類數據可模擬出備件消耗分布近似于泊松分布還是正態分布，再結合文中提出的備件庫存優化模型得到備件的安全庫存、重訂貨點和重訂貨量，從而優化備件庫存結構。由于石化企業的生產規模，備件優化的潛在經濟效益非常顯著，因而該備件庫存優化模型具有較好的推廣價值。

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