卷煙工業企業備件全壽命周期管理的研究與開發

甘肅煙草工業有限責任公司 楊小剛 朱禹丞

北京天工智造科技有限公司 王 軍

■引言

備件是保障設備正常運行和安全生產的物質基礎和保障，也是一種重要的維修資源。備件管理活動涵蓋備件的需求、采購、存貯、領用、換件、再維修及報廢全過程。備件管理的目標就是用最少的備件資金，合理的庫存儲備，有效的修廢利舊，保證設備正常運行需要，不斷提高設備的可靠性、維修性和經濟性及安全性。并做到如下幾點：（1）確保設備安全穩定運行；（2）把設備突發故障所造成的停工損失減少到最低限度；（3）把設備計劃修理的停歇時間和修理費用降低到最低限度；（4）把備件庫存的儲備資金到合理供應的最低水平。卷煙工業企業屬于設備密集型行業，自動化程度高，設備精密度高，設備的停機損失大，對備件管理的精益化要求很高。當前行業很多的企業仍然采用經驗管理和冗余備件來實現維修“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，結合“互聯網+”技術，在分析當前備件管理現狀及問題的基礎上，有針對性地給出一個精益化備件管理的框架，支撐卷煙工業企業的數字化轉型和維修管理創新。

■問題概述及發展趨勢

卷煙工業企業單機裝備價值較高，設備多屬于較為精密的往復運動或長時間運轉的旋轉轉運動型設備，因此備件種類繁雜。當前，卷煙工業企業的備件管理領域存在的問題主要有：

（1）安全管理方面：沒有從安全、風險角度對設備失效進行分析，從而制定備件的相關等級，確保重大安全風險相關的備件庫存合理及穩定。

（2）技術管理方面：備件基礎屬性管理不規范，備件分類與機型不匹配，備件儲備出現一物多碼，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）實物管理方面：部分備件購置后長期不用占用庫存或因設備改造或設備報廢造成備件無用。

（4）庫存管理方面：備件周轉率偏低，庫存成本居高不下。

（5）經濟管理方面：備件核算不能實時化、到機臺、按批次。

（6）財務管理方面：賬實一致、賬賬一致還沒有實現。

（7）質量管理方面：沒有實現備件跟蹤，備件質量良莠不齊。

（8）流程管理方面：全過程信息流、業務流、數據流、價值流未能統一。

卷煙行業較早開展了備件的管理優化。楊文[1]（2016）針對備件管理存在的問題,應用備件需求預測技術和備件分類方法,根據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角度，提出一系列優化工作。姜華[3]（2017）為提高備件庫工作效率,解決備件難尋找、難統計、購買難決策等問題,實現網上快速辦理備件計劃,備件入庫及領用等業務功能,將射頻識別技術(RFID)應用于備件庫的貨位管理,實現了備件流,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）結合企業多年來的備件管理特點,通過對傳統備件計劃管理進行優化和實踐,總結了一套較完整的備件需求計劃管理方法和技術保障措施,能提高庫存周轉率,逐步降低庫存資金占用量,可有效地避免不良庫存的再發生,消耗呆滯庫存,改善庫存結構.

卷煙行業外，宋英玲[5]（2012）在以各生產單位的二級庫管理為對象,開發備件實物全壽命跟蹤管理系統應用于濟鋼,將備件的計劃提出、檢修使用、報廢處理的整個設備管理活動串成一體,實現了備件全方位實時監控。馮蘊雯等[6]（2019）為了合理有效地降低冗余系統全壽命周期費用,同時考慮部件的故障過程,維修周轉以及備件的訂購補給過程,結合混合準則提出了基于Markov過程的k/n冗余系統可用度模型,實現備件庫存配置與冗余度聯合優化。鄧華等[7]（2020）基于EAM信息平臺進行大數據分析，為供應商評價、戰略采購、功能承包計價采購、綜合評標法采購等性價比采購提質工作提供了有效支撐。

綜上所述，設備密集型企業的備件管理發展和趨勢可以概括為：全壽命周期管理、實物電子化跟蹤管理、互聯網+網絡化管理、經濟模型及決策優化等。

■全壽命周期管理模型

1.備件全壽命周期模型框架

卷煙工業企業的高價值設備很多是國家專賣，而且進口裝備較多，因此備件供應具有行業特色，表現在采購計劃的多樣性（進口件行業統一采購、專用件廠家采購、合格供應商采購、市場競爭采購等幾類）、采購周期較長、采購的計劃性較強、規范化管理要求高、機臺備件費用控制嚴格等因素。設計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，一是包括備件技術特性、備件身份標識和備個經濟特性的備件全壽命周期數字孿生體的基礎框架，二是以時間為軸的重點事件歸集起來的全壽命動態數據集。

2.備件技術特性

在全壽命周期模型中備件的技術特性包括以下內容：

（1）備件的規格、圖號、型號等設計參數；

（2）備件所屬的部位、機型等功能參數；

（3）備件所屬的設備安全風險等級；

（3）備件的材質、保存方法、有效期等材料參數。

3.備件分類及代碼標準

很多備件具有通用性，但長期以來企業傳統上采用引進新機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。在備件數字孿生模型中，按照卷煙行業裝備特征分為煙機專用件、通用設備專用件、標準件、電氣件、五金及測量件五大類，重新梳理備件體系。在分類基礎上備件代碼按照行業標準由系統自動生成規則，行業標準的備件代碼，如圖2所示。

圖2 備件分類代碼規則

4.備件身份標識

要實現全壽命精準跟蹤，必須采用物聯網技術對備件實物進行跟蹤，在實物流動過程中實現可視化、數字化。由于備件供應商較多，暫時無法實施供應商統一標識碼，只能在企業備件入庫時自行設計。備件標識標簽如圖3所示，采用二維碼設計。包括備件的編碼、名稱、型號、規格、圖號、領用包裝形式、所在貨架等核心信息。原則上一個備件的基礎信息中型號、規格、圖號至少有一項不能為空，便于維護過程中快速查詢備件。

圖3 備件物品標識標簽

5.備件全壽命重點事件

根據維護業務的需要而產生備件的申購需求，也是備件全壽命周期的起點。備件全壽命重點事件包括：備件需求、備件采購、實物入庫、實物出庫、上機跟蹤、修舊利廢、處置與報廢等七個步驟，按時間軸為線。在每個事中均需關聯到：

（1）物：指特定備件的信息。備件應當從一開始就是明確圖號的技術屬性，才能避免采購差錯的發生。

（2）人：對于事件的處理人員，包括維護人員、管理人員。

（3）事：每個備件申購時對應的事項，如故障維修、項修、補庫等。通過備件跟蹤實現與待處理業務之間的閉環聯動。

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

6.備件經濟特性

在全壽命周期模型中備件的經濟特性將包括但限于如下內容：

（1）備件的功能重要性、經濟重要性；

（2）備件的理論壽命、統計壽命；

（3）備件的年耗用量；

（4）備件的經濟庫存相相關的設定值；

（5）備件的采購周期、供應商、采購價格、采購方式等供應鏈相關信息。

■信息化支撐平臺的開發

1.信息化平臺框架

采用信息技術將上述全壽命周期模型及管理流程進行固化，采用互聯網+技術路線，設計信息化支持平臺如圖4所示。

圖4 信息化平臺的框架

平臺統一構建在企業的云平臺環境中，支持集團公司的廣域網范圍內的應用與維護。整個系統分為五橫四縱的形式：五橫：基礎數據平臺層、備件主數據和技術管理層、業務邏輯層、備件經濟分析層和多模態客戶端。四縱：按照專業化管理體系要求的四個主要的業務縱向管理模塊，包括計劃管理條線、采購管理條線、庫存管理條線和處置管理條線。

2.核心業務功能

基于全壽命周期模型開發的系統化平臺，按備件的時間維度實現的功能包括：備件申購、備件計劃及優化、備件采購及跟蹤、備件到貨、備件庫存作業、備件領用、備件財務核算、備件經濟核算等。系統平臺功能較多，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。在申領過程中實現備件所有技術特性、經濟特性的透明化，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，可以實現對備件基礎屬性，庫存量，貨位等信息，根據不同維度進行查詢，不同條件進行組合查詢，以及全文檢索查詢，所圖6所示。

圖6 備件庫存查詢

為庫存作業提供了專門的備件的移動作業管理，方便快捷實現備件收貨、上架、動態盤點、出庫檢選、出庫跟蹤等功能，如圖7所示。

圖7 庫存移動作業功能

3.備件經濟管理及優化

基于備件需求、采購、入庫、出庫作業數據，優化備件采購、備件庫存，分析備件價值，科學管理備件全生命周期。本系統主要在備件管理分類基礎上，主要考慮生產負荷、消耗頻率和訂貨周期三個因素，通過系統“自學習和自適應”的算法模型，控制備件儲備的合理性。主要功能包括庫存優化分析、作業分析、供應商分析、采購優化、領料統計等方面。

（1）換件壽命周期統計。備件上機與維修損壞之間的時間，多機平均計算得出。

（2）備件庫存自動預警。當備件的庫存量低于設置的最小庫存量時，系統自動將這種情況的備件進行集中展示。

（3）備件采購優化分析。根據采購過程的跟蹤，得出不同供應商的采購時效比對。根據備件耗用情況，得出不同供應商的備件質量比對。

（4）備件庫存分析。按行業特點，包括備件周轉率（備品備件庫存周轉率為年度領用備品備件總額與備品備件月均儲備金額的比率）、單位固定資產備件儲備費用。

（5）閑置件分析。給定時間段內沒有發生出庫業務的有庫存備件，給出判定，并標記。

（6）上機跟蹤及耗用分析。按行業特點，包括備件單耗（單位產品（萬支）備件的耗用數據）、機型維持成本（不同機型的年度備件耗用價值）

（7）安全風險預警。對涉及重大安全風險的備件進行實時統計，并給出缺件預警。

■應用案例及效果

研究成果在甘肅煙草工業有限責任公司進行工程化應用。甘肅煙草工業下屬兩個卷煙廠，設置兩地異地備件庫由公司備件采購部統一管理。系統自2019年1月1日正式上線運行以來，對備件技術資料進行了規范化整理，重新設計備件的編碼體系和分類標準，合并了通用的電氣件和五金件，從技術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；實現了備件從需求、采購、庫存、領用、上機的全壽命過程的數字化；改變了沿襲多年的計劃價法，改為月度移動計價核算的精細化管理，實現了長期困擾企業的財務賬與庫存賬不一致、財務賬與實物賬不一致的問題；采用入庫備件跟蹤、掃碼領用的模式，上機備件的全部信息透明，解決了全過程備件質量跟蹤的難題；對重大安全風險相關的備件進行實時預警；通過對歷史數據和近兩年的業務數據進行經濟分析，按耗用量規劃的常耗件實現自動補庫、對備件年使用量、上次領用時間、采購同期等做了明確的模型分析，實現了備件的經濟管理。

■結論

本文基于卷煙行業的備件管理的需求設計了一種備件全壽命周期管理的框架模型，并在此基礎上開發了備件全壽命周期管理軟件平臺，應用于一個典型的卷煙企業，取得了良好的應用效果與經濟效益。實踐證明本文所提出的模型及應用平臺能夠有效解卷煙行業備件管理存在的庫存資金大、數據共享難、賬實不一致、安全風險考慮不足等關鍵問題。在后續的工作中集中在數據利用，開展全壽命各環節的作業優化。