流動(dòng)備件庫(kù)存管理研究

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1引言

備件是指在設(shè)備維修管理工作中提前采購(gòu)并儲(chǔ)備好的各種零件，用于替換設(shè)備中的故障件或劣化件，以便快速恢復(fù)設(shè)備原有的性能，有效縮短設(shè)備維修停歇時(shí)間以及減少停機(jī)損失。備件的庫(kù)存管理一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)，備件是企業(yè)設(shè)備管理和維修中的重要組成部分[1]，備件庫(kù)存管理方案的優(yōu)劣一定程度上決定了企業(yè)的興衰。在眾多備件中有一類(lèi)更為特殊的備件，稱(chēng)為慢速流動(dòng)備件，它的特點(diǎn)是重要性高、通用性低、需求量少、價(jià)格高、壽命長(zhǎng)、采購(gòu)周期長(zhǎng)。慢速流動(dòng)備件在企業(yè)中大量存在[2]，為了確保生產(chǎn)的持續(xù)進(jìn)行，必須儲(chǔ)備一定數(shù)量慢速流動(dòng)備件。但是由于需求量和采購(gòu)時(shí)間的不確定性，導(dǎo)致慢速流動(dòng)備件的庫(kù)存管理變成了一個(gè)非常棘手的問(wèn)題。建立一個(gè)適合企業(yè)的有效的備件庫(kù)存模型已經(jīng)成為當(dāng)今各企業(yè)提高綜合競(jìng)爭(zhēng)力的有效方法，它直接關(guān)系到企業(yè)能否提高服務(wù)水平和降低庫(kù)存費(fèi)用。

2備件庫(kù)存管理概述

2.1備件庫(kù)存管理

備件庫(kù)存管理研究的目的是研究如何在保證一定服務(wù)水平（一定的預(yù)期缺貨水平）或總成本最低情況下確定庫(kù)存水平。有效的備件庫(kù)存管理，既可保證設(shè)備維護(hù)活動(dòng)的及時(shí)進(jìn)行，又可以減少庫(kù)存資金占用，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)內(nèi)外關(guān)于備件庫(kù)存管理的研究有很多，最早的備件庫(kù)存管理模式是采用備件單級(jí)庫(kù)存管理模式，如Mann[3]的訂貨點(diǎn)法給出了單級(jí)庫(kù)存結(jié)構(gòu)情況下計(jì)算維修庫(kù)存最優(yōu)訂貨點(diǎn)和訂貨數(shù)量的方法。之后相關(guān)學(xué)者逐漸認(rèn)識(shí)到備件多級(jí)庫(kù)存管理模式的優(yōu)勢(shì)，如Sherbrooke[4]在從理論上研究了多級(jí)庫(kù)存系統(tǒng)備件需求規(guī)律及系統(tǒng)目標(biāo)函數(shù)等問(wèn)題的基礎(chǔ)上，針對(duì)多級(jí)備件庫(kù)存供應(yīng)實(shí)際問(wèn)題，提出了METRIC(Multi-EchelonTechniqueforRecover-ableItemControl)模型，后來(lái)該模型被廣泛應(yīng)用到軍事領(lǐng)域。Muckstadt[5]和Graves[6]分別從兩個(gè)角度對(duì)METRIC模型做了進(jìn)一步的擴(kuò)展，提出了多備件、多訂單情況下的MOD-METRIC系統(tǒng)模型和具有兩級(jí)備件庫(kù)存系統(tǒng)、倉(cāng)庫(kù)執(zhí)行修理功能的VARI-METRIC模型。后來(lái)Sleptchenko[7]又提出了考慮修理優(yōu)先權(quán)的VARI-METRIC模型的擴(kuò)展模型。但多級(jí)備件庫(kù)存會(huì)造成供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)復(fù)雜性遞增，更加導(dǎo)致了需求的不確定性，從而一定程度上增加了庫(kù)存，降低了服務(wù)水平。Matteo[8]等對(duì)由于供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)的復(fù)雜而引起需求不確定性的情況進(jìn)行研究，主要研究了沒(méi)有供應(yīng)鏈各節(jié)點(diǎn)的信息，而且供應(yīng)鏈各節(jié)點(diǎn)的庫(kù)存為分散控制的情況?；趥浼姆稚⒖刂坪吐?lián)合控制策略，楊華、郭偉等人[9]建立了一個(gè)由大型設(shè)備制造企業(yè)下屬的各個(gè)區(qū)域備件商構(gòu)成的多倉(cāng)庫(kù)聯(lián)合庫(kù)存優(yōu)化模型，在該模型中他們以庫(kù)存持有成本、缺貨成本和橫向轉(zhuǎn)借成本之和作為目標(biāo)函數(shù)，經(jīng)算例仿真表明，需求率低、成本高的備件適合用聯(lián)合庫(kù)存策略，而需求率高的備件則更加適合分散式庫(kù)存控制策略。在這里已經(jīng)有很多學(xué)者將備件分為了兩部分來(lái)進(jìn)行研究，即需求率低且成本高的備件和需求率高、成本較低的備件，分別來(lái)研究他們的庫(kù)存策略。于是，備件的分類(lèi)研究成為研究備件庫(kù)存的必然。

2.2備件的分類(lèi)

從楊華、郭偉的仿真結(jié)果中，可以看出不同特點(diǎn)的備件適用不同的庫(kù)存策略。研究慢速流動(dòng)備件的庫(kù)存管理，首先需要對(duì)慢速流動(dòng)備件的界定有所研究。慢速流動(dòng)備件是指為了縮短修理停歇時(shí)間而事先準(zhǔn)備的重要性高、通用性低、需求量少、價(jià)格高、壽命長(zhǎng)、采購(gòu)周期長(zhǎng)的各種修理零部件。在對(duì)慢速流動(dòng)備件界定的研究中，趙振峰[1]認(rèn)為慢速流動(dòng)備件和快速流動(dòng)備件這兩個(gè)定義應(yīng)從年需求率和消耗的不確定性?xún)蓚€(gè)方面加以區(qū)別，即年需求率低于1且需求不確定的備件為慢速流動(dòng)備件，年需求率大于1的需求確定的備件為快速流動(dòng)備件。丁留明[10]首先分析了傳統(tǒng)ABC分類(lèi)法控制慢速流動(dòng)備件的缺點(diǎn)，以設(shè)備關(guān)鍵性為出發(fā)點(diǎn)，采用了兩階段法，使用AHP和蒙特卡洛法對(duì)設(shè)備中關(guān)鍵的設(shè)備進(jìn)行判定，然后對(duì)關(guān)鍵性設(shè)備和一般設(shè)備中的備件分別進(jìn)行了ABC分類(lèi)，此模型的可操作性比較強(qiáng)，可以比較合理的界定慢速流動(dòng)設(shè)備和快速流動(dòng)備件。陳濤[11]從備件的四個(gè)參數(shù)：?jiǎn)蝺r(jià)、訂貨的成本、年需求量和訂貨提前期出發(fā)，設(shè)計(jì)了一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在綜合考慮了多因素的情況下對(duì)備件按照其重要性劃分為高、中、低三類(lèi)。他提出的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)備件分類(lèi)的準(zhǔn)確率一般在80％以上，可以作為備件分類(lèi)的有力工具。楊超[12]研究了基于模糊綜合判定的慢速流動(dòng)備件的判定，既考慮了慢速流動(dòng)備件概念的模糊性，也解決了影響因素的權(quán)重問(wèn)題，使備件的分類(lèi)更加準(zhǔn)確、有效。

3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

3.1慢速流動(dòng)備件的需求預(yù)測(cè)

國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于慢速流動(dòng)備件的研究主要集中在需求預(yù)測(cè)的方法和庫(kù)存模型上，Croston[13]是最早研究慢速流動(dòng)備件的需求預(yù)測(cè)方法的學(xué)者，1972年他提出了Croston方法，實(shí)踐證明該方法對(duì)間歇需求和不確定需求有較好的適應(yīng)性。此后一些學(xué)者對(duì)Croston法進(jìn)行了改進(jìn)，Syntetos[14]認(rèn)為Croston法存在有偏估計(jì)，他進(jìn)一步推導(dǎo)出了近似無(wú)偏估計(jì)的Croston法。Segerstedt[15]在Croston法基礎(chǔ)上，根據(jù)需求間隔長(zhǎng)短調(diào)整平滑指數(shù)。另外也有學(xué)者指出，由于慢速流動(dòng)備件需求的不確定性，在其需求序列中含有大量的0值，應(yīng)用Croston法進(jìn)行預(yù)測(cè)的精度不高[16]。針對(duì)慢速流動(dòng)備件需求序列中含有的大量0值，有學(xué)者將需求序列分為幾小塊來(lái)研究，將針對(duì)小樣本預(yù)測(cè)的方法引入到了慢速流動(dòng)備件的需求預(yù)測(cè)中，如支持向量回歸（SVR）方法[17]，在以后的文章中他又結(jié)合了模糊理論和專(zhuān)家系統(tǒng)，進(jìn)一步提高了預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度。但是這種方法仍然不能完全解決需求序列中含有大量0值的情況，只是比Croston法有所改進(jìn)。張瑞[18]充分分析了支持向量機(jī)（SVM）回歸預(yù)測(cè)方法后，引入了經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法，將需求序列分解為多個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的序列來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)，構(gòu)建了EEMD-SVM預(yù)測(cè)模型，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明其預(yù)測(cè)精確度相對(duì)于支持向量機(jī)回歸預(yù)測(cè)方法有了明顯提高。馮楊等[19]用一次指數(shù)平滑法（SES）建立了艦艇間斷性需求備件的預(yù)測(cè)模型，并用仿真驗(yàn)證了該方法的可行性，但是SES作為一種連續(xù)性需求預(yù)測(cè)方法，當(dāng)需求中含有大量0值時(shí)，這種方法還是無(wú)法給出合理的預(yù)測(cè)值。Bootstrap法是預(yù)測(cè)間斷需求使用較多的方法，也有學(xué)者把這個(gè)方法引入到了慢速流動(dòng)備件的需求預(yù)測(cè)中，Willemain等[16]將Bootstrap法與Markov過(guò)程結(jié)合進(jìn)行需求的預(yù)測(cè)，取得了較好的效果。但是由于Bootstrap法本身的局限性，它假定需求序列存在自相關(guān)性，這在實(shí)際應(yīng)用中很難保證。

3.2慢速流動(dòng)備件庫(kù)存模型及算法

慢速流動(dòng)備件由于具有需求量少、價(jià)格高、庫(kù)存費(fèi)用和缺貨費(fèi)用高的特點(diǎn)，對(duì)于其庫(kù)存管理，如果采用單級(jí)庫(kù)存模式，將會(huì)給企業(yè)帶來(lái)很多不必要的成本，采取多級(jí)庫(kù)存策略，有利于降低成本，提高備件服務(wù)水平。對(duì)于慢速流動(dòng)備件多級(jí)庫(kù)存模型的研究一般是在Sherbrooke[4]提出的METRIC模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。Muckstadt[5]指出用METRIC模型解決多級(jí)庫(kù)存問(wèn)題比分解法能夠取得相對(duì)更好的優(yōu)化效果。但是由于METRIC模型中有假設(shè)的原因，所求出的備件多級(jí)庫(kù)存的解也只能是一個(gè)近似滿(mǎn)意解。METRIC模型最初是采用簡(jiǎn)單的邊際分析法求解，Sherbrooke分析了采用邊際分析法的低效性和局限性，提出了一些替代算法如基于拉格朗日算子的數(shù)學(xué)規(guī)劃法。Cohen[20]等分析了多級(jí)庫(kù)存系統(tǒng)中慢速流動(dòng)備件的庫(kù)存策略，給出了一個(gè)在滿(mǎn)足一定服務(wù)水平并且使系統(tǒng)總成本最低的情況下，能夠求得目標(biāo)存儲(chǔ)水平的表達(dá)式，并用分支定界法獲得了最優(yōu)庫(kù)存管理策略。楊平律[21]用邊際分析法建立了在不確定需求下多級(jí)備件庫(kù)存模型的優(yōu)化模型，他首先用模糊隨機(jī)變量描述了不確定需求，并通過(guò)灰集和期望值理論表示出了備件的期望短缺數(shù)，經(jīng)過(guò)對(duì)不確定需求下多級(jí)備件庫(kù)存系統(tǒng)的優(yōu)化問(wèn)題，提出了不確定性可用度的區(qū)間估計(jì)，最后對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化仿真，得到了不確定需求下的最優(yōu)費(fèi)效比曲線(xiàn)。郭日紅，閆鵬程等[22]以我軍裝備備件多級(jí)供應(yīng)為研究背景，建立了具有橫向供應(yīng)的可修復(fù)備件多級(jí)庫(kù)存模型，在該模型中，以訂購(gòu)費(fèi)用為約束條件，以期望短缺數(shù)最小為目標(biāo)函數(shù)。

Kukrejaetal.[23]對(duì)慢速流動(dòng)備件單級(jí)和N個(gè)庫(kù)存點(diǎn)、連續(xù)盤(pán)點(diǎn)庫(kù)存的系統(tǒng)給出一個(gè)控制的模型，他在這個(gè)模型中考慮了訂貨的提前期不為零和聯(lián)合庫(kù)存，但是假定了各庫(kù)存點(diǎn)間的轉(zhuǎn)運(yùn)提前期是零。聯(lián)合庫(kù)存就是將傳統(tǒng)的多級(jí)別、多庫(kù)存點(diǎn)的庫(kù)存管理模式轉(zhuǎn)化成對(duì)核心制造企業(yè)的庫(kù)存管理，達(dá)到對(duì)整個(gè)供應(yīng)鏈庫(kù)存的優(yōu)化管理，在減少物流環(huán)節(jié)降低物流成本的同時(shí)，提高了供應(yīng)鏈的整體工作效率。聯(lián)合庫(kù)存管理也減少了供應(yīng)鏈上的庫(kù)存點(diǎn)和相應(yīng)的庫(kù)存設(shè)立費(fèi)及倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)費(fèi)，從而降低了供應(yīng)鏈系統(tǒng)總的庫(kù)存費(fèi)用。WongHartanto[24-25]研究了飛機(jī)使用過(guò)程中多個(gè)維修站的維修備件聯(lián)合庫(kù)存優(yōu)化問(wèn)題。AnilKukreja[26]研究了大型電力集團(tuán)下分布于不同地區(qū)企業(yè)的慢速流動(dòng)備件聯(lián)合庫(kù)存系統(tǒng)，提出一種單級(jí)多分布的聯(lián)合庫(kù)存模型。向波[27]以自己公司的實(shí)例說(shuō)明了采用聯(lián)合儲(chǔ)備方式可以降低企業(yè)的備件儲(chǔ)備和停產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)緯紡織機(jī)械股份有限公司專(zhuān)件事業(yè)部的張福田[28]，針對(duì)集團(tuán)總部加分、子公司企業(yè)模式下存在的“各自為政”的弊端，指出應(yīng)建立總部聯(lián)合庫(kù)存模式，有效控制各生產(chǎn)企業(yè)、供應(yīng)商的執(zhí)行結(jié)果,實(shí)現(xiàn)從客戶(hù)、中心庫(kù)到器材、專(zhuān)備件制造企業(yè)之間的庫(kù)存管理一體化，讓三方都實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)時(shí)采購(gòu)，減少企業(yè)整體庫(kù)存量，加快庫(kù)存周轉(zhuǎn)、縮短定貨、交貨提前期，降低采購(gòu)成本，提升客戶(hù)資金利用率。國(guó)內(nèi)學(xué)者曲立[29]認(rèn)為傳統(tǒng)的單一備件庫(kù)存管理管理績(jī)效低下，而多級(jí)備件庫(kù)存管理模式存在“牛鞭效應(yīng)”，增大了需求的不確定性，因此提出基于協(xié)同環(huán)境的備件網(wǎng)絡(luò)化庫(kù)存管理模式，以協(xié)同環(huán)境為基礎(chǔ)，以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為手段，由備件供應(yīng)商、各基地倉(cāng)庫(kù)及備件使用者構(gòu)成的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。

協(xié)同(Cooperation)是指多個(gè)主體圍繞一個(gè)共同目標(biāo)而相互作用的協(xié)作過(guò)程，協(xié)同環(huán)境是實(shí)現(xiàn)資源共享的重要途徑。在協(xié)同環(huán)境下，企業(yè)之間、企業(yè)內(nèi)部的職能或部門(mén)之間，打破了資源(人、財(cái)、物、信息、流程)之間的各種壁壘和邊界，使之為共同的目標(biāo)而進(jìn)行協(xié)調(diào)的運(yùn)作，通過(guò)對(duì)各種資源最大的開(kāi)發(fā)、利用和優(yōu)化實(shí)現(xiàn)企業(yè)戰(zhàn)略目標(biāo)。在協(xié)同思想的基礎(chǔ)上，司書(shū)賓，孫樹(shù)棟[30]給出了一種基于遺傳算法的以供應(yīng)成本為優(yōu)化目標(biāo)的多約束協(xié)同庫(kù)存控制數(shù)學(xué)模型求解算法，并結(jié)合實(shí)例對(duì)模型算法進(jìn)行仿真驗(yàn)證。王林，富慶亮等[31]在研究分析了上述孫樹(shù)棟等人的模型后，為獲得更加穩(wěn)定可靠的新算法，設(shè)計(jì)了基于遺傳和差分進(jìn)化算法的混合智能求解算法，并通過(guò)實(shí)例，驗(yàn)證了所提算法的優(yōu)勢(shì)。陳紅[32]又提出了基于系統(tǒng)論的供應(yīng)鏈?zhǔn)絺浼f(xié)同管理的模式，通過(guò)聯(lián)合庫(kù)存、協(xié)同采購(gòu)來(lái)節(jié)約成本，提高效率。由于慢速流動(dòng)備件的通用性差，不同的設(shè)備具有不同的備件，因此具有相同業(yè)務(wù)即相同生產(chǎn)設(shè)備的多家企業(yè)聯(lián)合才能具備采用協(xié)同庫(kù)存模式的條件，衛(wèi)小蕊[33]以國(guó)內(nèi)集團(tuán)型流程式生產(chǎn)制造企業(yè)為背景，基于協(xié)同管理戰(zhàn)略思維，對(duì)慢速流動(dòng)備件實(shí)施協(xié)同管理模式下的庫(kù)存模型進(jìn)行研究，提出集團(tuán)型流程式企業(yè)慢速流動(dòng)備件協(xié)同庫(kù)存控制模型，這個(gè)模型從縱向上看，備件用戶(hù)--區(qū)域配送站--慢速流動(dòng)備件協(xié)同管理中心形成一個(gè)整體的庫(kù)存控制系統(tǒng)，從橫向上看，由備件協(xié)同管理中心負(fù)責(zé)統(tǒng)一采購(gòu)用戶(hù)所需備件，直接面對(duì)備件供應(yīng)商，并允許區(qū)域配送站之間橫向運(yùn)轉(zhuǎn)。之后又基于這個(gè)模型提出了整個(gè)庫(kù)存系統(tǒng)控制中縱向和橫向上的庫(kù)存協(xié)調(diào)算法。

4總結(jié)

從上述慢速流動(dòng)備件庫(kù)存管理的研究現(xiàn)狀可以看出，當(dāng)前慢速流動(dòng)備件的庫(kù)存管理研究主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）由于慢速流動(dòng)備件需求的不確定性，其需求序列中含有大量0值，大部分現(xiàn)有的預(yù)測(cè)方法只能解決需求序列中含有少量0值的情況，大大降低了慢速流動(dòng)備件的預(yù)測(cè)精確度。

（2）國(guó)內(nèi)的研究主要是通過(guò)仿真方式對(duì)模型的優(yōu)劣加以驗(yàn)證，實(shí)例研究較少。

（3）在備件庫(kù)存模型優(yōu)化方面，由于慢速流動(dòng)備件的缺貨成本一般高于其運(yùn)輸成本和存儲(chǔ)成本，因此即時(shí)供應(yīng)顯得尤為重要，但這不僅需要數(shù)學(xué)模型優(yōu)化算法，而且需要加強(qiáng)備件在供應(yīng)鏈上的可視化程度，以實(shí)現(xiàn)備件供應(yīng)、需求及庫(kù)存信息的充分共享，在這方面還有待進(jìn)一步的研究。