基于需求量預測與庫存控制的地鐵設備系統備件分類研究

盧立家

摘? 要：該文通過對地鐵行業的分析、研究，針對地鐵備件的特點，結合ABC備件分類和層次分析法（AHP）等，制定出符合實際應用的地鐵備件分類方法。該方法通過對地鐵維修模式的研究，進行備件大類劃分，利用AHP層次分析法構建指標體系，賦值量化，利用比較矩陣、故障分布進行權重分配。該文方法成功應用到石家莊地鐵的備件分類中，對提高設備系統備件需求量預測的精度、優化庫存控制具有十分重要的戰略意義。

關鍵詞：地鐵? 備件分類? 需求預測? AHP? ABC分類法

中圖分類號：U231? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）05（a）-0074-03

Abstract： This paper， through the analysis and research of the subway industry， according to the characteristics of subway spare parts， combined with ABC spare parts classification and AHP analytic hierarchy process， has developed a classification method of subway spare parts which is in line with the practical application. This method divides spare parts into different categories by studying the maintenance mode of metro. AHP is used to construct index system， and the quantitative value is assigned. The weight distribution is carried out by using comparison matrix and fault distribution. This method is successfully applied to the spare parts classification of Shijiazhuang metro， which is of great strategic significance to improve the accuracy of spare parts demand forecast and optimize inventory control.

Key Words： Metro; Spare parts classification; Demand forecast; Analytic hierarchy process （AHP）; ABC classification

1? 研究背景及意義

隨著地鐵線路的開通運營，在方便人民出行的同時，地鐵的安全運行得到了越來越多的關注，其中地鐵備件是地鐵安全運營的物資基礎[1]。因此，為解決既要保障地鐵安全運營，又要最大程度地降低資金占用，控制運營成本的矛盾問題，制定一套科學合理的地鐵備件需求量預測與庫存控制的方法對地鐵企業的發展具有十分重要的意義，而地鐵備件的細化分類是做好科學預測、優化庫存控制策略的重要基礎和前提[2]。

2? 備件分類方法綜述與分析

2.1 ABC分類法

ABC分類法的核心是將物資按其價值占比的高低來進行分類管理。ABC分類法因為它僅從備件占用的資金角度來區分備件的重要性，沒有考慮到備件對保障地鐵運營的重要性、采購提前期、備件的組成級別等方面，其局限性較大，并不適用于地鐵備件的分類研究[3]。

2.2 3A分類法

3A分類法是根據備件的組成級別屬性，按照備件對保障運營、服務的重要程度對備件進行分類。3A分類法從設備、部件、零件這3個組成級別逐級對備件進行分類，每個級別都分為A、B、C三類。例如：某備件的各組成級別分別為關鍵設備、重要部件、重要零件，則其等級表示就是ABB[4-5]。

3A分類法在實現該類方法的實際應用過程中，缺乏等級劃分的定量評價標準，對備件所處設備、部件、零件的等級難以定性區分，重要程度較難把握，加之地鐵備件種類繁多、等級劃分復雜。因此，3A分類法不適用于地鐵備件的分類研究。

2.3 基于ABC的改進方法

在ABC的改進方法中，數據包絡法和BP神經網絡法以及層次分析法（AHP）等方法在定性和定量處理上具有明顯的優勢，其中基于AHP層次分析法的ABC分類法運用較為廣泛且影響力大。

AHP-ABC分類法有效地結合了定性指標和定量標準，實現了備件分類由定性區分到定量判斷的結合與轉化，同時兼顧到了地鐵備件的重要性、經濟性、采購提前期、采購難易性、可修復性等影響因素。通過對各項指標的權重判定，使備件分類更加的科學合理[6-7]。

基于對以上分類方法的分析，結合地鐵行業備件特點，該文選取AHP-ABC分類法對地鐵備件進行分類研究。

3? 地鐵備件的分類研究

由于地鐵行業的特殊性，地鐵設備組成種類繁多、系統差異性大、涉及范圍廣、專業化程度高等，需要采用多維度、多指標評價的綜合分類法對備件進行分類研究[8]。

3.1 地鐵維修模式的研究及分類應用

目前，國內外地鐵維修模式主要分為3大類：定期維修（計劃修）、故障后維修（故障修）、預知維修（保障性維修）。定期維修是根據設備維護、保養計劃，依據設備的物料清單（Bill of Material，BoM）標準，經過固定的時間周期對設備進行維修或保養。故障后維修是設備在運行過程中，或者維護保養過程中發現的由于某些原因造成的故障，在故障后才對設備進行補修的模式。預知維修是對設備的運行狀態進行實時監控，在此基礎上預測設備未來的運行狀態，在問題出現之前采取事先維護的維修模式。

3.2 地鐵備件重要程度層次結構模型

基于對地鐵備件需求量預測與庫存控制的目地，對地鐵備件進行分類時，影響備件重要程度的因素包括關鍵性、經濟性、消耗量、采購提前期、采購難易性、備件可修復性以及備件組成級別，這些指標對于地鐵備件的評價都有重要的意義，結合地鐵備件的特點將這7個方面作為分類的準則。通過對各指標的優先等級的確定，制定出各個準則的相對權重，再根據層次分析法計算出地鐵各專業系統備件的相對權重，最后計算出各備件的綜合權重，根據計算結果對備件進行排序分類。

地鐵備件重要程度的層次結構模型為目標層、準則層、方案層這3個層次。

3.3 地鐵備件的分類評價指標及判斷標準

依據地鐵備件評價指標的不同作用以及重要程度，將地鐵備件的七類評價指標根據優先等級從高到低依次分為四類。具體如下。

對于地鐵備件來說，保障地鐵安全運營和高品質的服務是最基礎、最重要的評價因素，所以將關鍵性指標列為一類指標W1。備件的單位價值和消耗量直接影響著備件的需求量預測大小，以及對于庫存的資金占用大小，所以將經濟性和消耗量列為二類指標W2、W3。將采購提前期和采購難易性列為三類指標W4、W5，將備件可修復性和備件的組成級別列為四類指標W6、W7。

3.4 權重的計算及分配

3.4.1 計算準則層對目標層的權重

根據準則重要程度，由地鐵專業工程師分別對準則層的7個指標進行分析、比較，得出比較矩陣（見表1），根據矩陣表1的數據，按照公式（1）來計算出備件準則Ai對目標的權重。

式中，（0<<1）是經過歸一化計算后的每個指標對上層目標的組合權重，并且，其中i=1，2，3，4，5，6，7。

3.4.2 地鐵各專業系統權重分配

該文根據地鐵的實際情況將地鐵組成分為9大系統，26個專業。

地鐵各專業系統計算出各自的分值，進而求出各自的分值占比，即為地鐵各系統的權重占比。

最后，對地鐵備件按照該文的四類指標及判斷標準，對應相對的賦值，計算出各自的分值，各指標再乘以相應的權重，其中不同的專業系統要乘以各自的系統權重，并且分線別進行計算，即可得出研究備件的分值分布。取排在前20%的備件定為A類備件，取中間70%的備件定為B類備件，取后面10%的備件定為C類備件。

4 AHP-ABC備件分類方法在石家莊地鐵中的應用

按照該文的備件分類研究方法，在石家莊地鐵的備件分類中，首先按照地鐵的維修模式對地鐵備件進行大類別劃分，具體為計劃修備件、故障修備件、保障性備件[9-10]。大類別的劃分為地鐵備件需求量預測的分類研究奠定了基礎，計劃修備件可分為可維修和不可維修兩小類進行公式計算預測，故障修備件分為連續型需求備件、間斷型需求備件，其中間斷型需求備件又分為自相關和非自相關備件。根據各類備件的特點分別進行需求量的預測，對故障修備件劃分的A、B、C分類中，將分出的A類備件與大類中的保障性備件都歸為重點關注的備件，總歸為A類備件。A類備件作為庫存控制的重點備件，是保障地鐵安全運營的關鍵性備件，需要做必要的安全庫存。同時為有效控制地鐵備件的庫存數量，降低資金占用，有效節約運營成本，將劃分出的B、C類備件采用以需定供，盡量減少庫存占用的策略，石家莊地鐵在備件的分類應用中取得了明顯的成果。

5? 結語

該文提出的基于地鐵備件需求量預測與庫存控制的分類研究的方法，結合了層次分析法（AHP）、ABC分類法、3A分類法以及對地鐵維修模式的研究與利用。從備件的關鍵性、經濟性、消耗量、采購提前期、采購難易性、備件可修復性、備件組成級別這7個方面的標準對地鐵備件的重要程度進行判定，避免了單一標準的不足。另外，基于對地鐵行業的深刻認識與對地鐵備件特點的充分把握，對備件的7個標準進行權重分配以及對地鐵的各組成專業系統進行權重分配，使得該文的地鐵備件分類方法更加客觀、更具有實際的應用價值。

參考文獻

[1] 張雨為.蘇州軌道交通備件管理研究[D].華中科技大學，2019.

[2] 陶瑤，周建勤.基于DEA模型的動車組備件分類研究[J].中國儲運，2018（6）：104-108.

[3] 曾翔，徐廷學，安進，等.備件分類算法研究綜述[J].航空兵器，2018（2）：77-82.

[4] 周茂慶.六維度分析無錫地鐵庫存備件[J].物流工程與管理，2019，41（4）：68-69.

[5] 于丹丹，徐永能，李昊真.地鐵車輛設備ABC分類研究[J].城市公共交通，2017（4）：31-34.

[6] 喬成珍.動車組檢修備件庫存管理優化研究[D].中國鐵道科學研究院，2019.

[7] 張楠.昆明地鐵備件庫存控制優化研究[D].昆明理工大學，2019.

[8] 王煥澄，徐海.無錫地鐵安全庫存管理研究[J].物流工程與管理，2019，41（8）：87-88，56.

[9] 張春曉.Z市地鐵運營公司物資管理研究[D].河南財經政法大學，2020.

[10] 李明，鄭逸林，高瞻，等.基于影響因素多維融合與貝葉斯概率更新的電力物資需求預測[J].物流技術，2021，40（3）：71-76.