基于模型的设备备件管理方法及应用.pdf

运行与维护 Running and Maintenance 80 今日制造与升级 2023.60引言在装备制造行业中，企业高质量产品的高效率交付离不开设备，设备管理水平的高低直接影响企业的安全和生产交付能力。备件管理是设备管理的重要环节，备件管控最优化是装备从业人员持续关注和追求的目标，各大中型制造企业在备件管理方面也在不断摸索，通常在实际管理过程中会出现以下两种情况。（1）为保障生产采购大量备件，随着设备变更、工艺变更或产品变更等情况的出现，大量备件变成沉淀物资（2a以上不流动备件），造成巨大的制造费用浪费。（2）为了节约制造维修成本，备件提报采购不及时，导致设备故障后无法第一时间修复，造成停产，影响订单交付。文章从如何控制备件库存、如何管控备件采购等角度出发，建立一种备件管理数学模型，以更好地指导备件全流程管理。1 备件管理基础概念备件是指为了缩短设备修理停歇时间或进行设备的维护检修，而储备的用于维修的配件。采取科学有效的方法管理备件，可实现用最少且合理的储备，保障现场设备维修的需要，提高设备整体可靠性。备件管理是指从计划提出、采购执行、入库储备到领出使用等全周期管理。备件库存管理是备件管理的重要环节之一。备件全周期管理各个关键过程，环环相扣，互相影响。因此需要进一步研究其相互关系并指导实际工作。备件库存状态是备件管理水平的核心体现之一，备件库存是一个动态变化的过程，包括实际库存和虚拟库存。实际库存是指仓库里实际存在的物资库存，可随时使用消耗；虚拟库存是指采购途中的物资，已下发采购订单但尚未到货，随着不同采购周期陆续入库的物资。库存的管理不能忽视虚拟库存的部分，它是构成库存的重要存在。备件的全周期管理分为4个关键过程，如图1所示。谋计划购备件入仓库出现场图1 备件管理流程（1）谋计划。顾名思义，关键在于谋字，备件计划如果盲目提报，无任何依据和策略，势必会造成库存沉淀或不足，影响生产线正常运行，因此有策略、有管控的谋计划，是此环节的重点。（2）购备件。此部分工作通常由采购部门主导执行，其中牵扯很多关键影响因子，如采购周期、采购能力等，任何因子的变化将直接影响计划提报的精准性。（3）入仓库。是虚拟库存向实际库存转化的过程，是仓库动态管理重要过程之一。（4）出现场。根据实际需求领用备件并应用于现场，其中牵扯备件消耗能力等影响因子，是仓库动态管理的另一个重要过程。2 备件管理数学模型2.1 模型结构阐述通常来说，企业若想获得持久的利润，做好成本管控至关重要。因此降本增效对企业发展有着重要的战略意义，它不是简单的指标问题，而是全面的科学管理。从备件管理流程来看，谋计划环节是核心，各流程环节的关系是一种基于反馈的闭环控制，如图2所示。基于备件管理的闭环反馈思想，文章以备件成本以及库存储备为核心参数，以满足现场使用需求为基本目标，构建数学模型，从而对因子进行分析改进，给出最优策略，摘要文章通过构建备件库存管理过程因子之间的数字函数关系，深入剖析关键影响因子，构建以降本增效目标函数为核心的数字模型，决策备件管理方法。从备件计划提报、备件采购、备件消耗各个环节分析影响因素，确定管理的重点对象和一般对象，分别采取不同的管理对策，提炼出核心管控手段，实现减少库存储备和保障生产的目的。关键词备件管理；库存；数字模型；降本增效中图分类号TB497 文献标志码A基于模型的设备备件管理方法及应用白丽丽，汶刚，孔祥茂，张丽伟，王健健（潍柴动力股份有限公司，山东潍坊261000）运行与维护 Running and Maintenance 2023.6 今日制造与升级 81以此来指导后续的优化决策。本模型是以月为周期进行搭建，模型的基础结构见图3。将当月库存定义为 S，包含库存基数 S1、虚拟库存S2、虚拟库存到位率 以及当月消耗能力 CA（Consumeability），具 体 公 式：S=S1+S2-CA。假 设 采 购 周 期T=T1，T2，T3，Tn，与 T 成反比，T 数值越大，值越小。每月的 不是固定值，由当月虚拟库存物资的实际采购周期而决定。2、虚拟库存实时到位S21、库存基数S1当月备件消耗CA图3 模型基础结构2.2 核心影响因子分析2.2.1 S1S1是月初的库存量，是上月库存管控的结果，即上月的 S 会成为本月的 S1，是一种嵌套关系。假设1月库存基数是 S11，当前虚拟库存是 S21，当前虚拟库存到位率为 1，消耗能力是 CA1；2月库存基数是 S12，当前虚拟库存是 S22，当前到位率为 2，消耗能力是 CA2。由此可得出，2月底库存量 S=S21+S222-CA2=（S11+S121-CA1）+S222-CA2，以此类推，依次将上月库存管控结果作为本月库存基数。2.2.2 S2S2与计划提报金额 P、采购周期 T、当月消耗能力 CA有密切相关。理想情况下，P=S2（TCA/S2-1）。该公式体现了库存的流动性，其中，TCA 表示虚拟库存向实际库存转化过程中的备件消耗能力，它与虚拟库存的比值对于计划的提报有重要的指导意义。2.2.3 和CA基于 S=S1+S2-CA 的数字模型，库存管理的理想状态是 S S1，即库存变化趋于稳定。由此得出，S2 CA，当月入库物资与出库物资相近，则库存可有效管控。成熟企业的设备维修费用通常有指标控制，因此CA 基本稳定或可控，库存管控的重点则在于 S2与 两个关键因子的控制。3 备件管理优化决策3.1 备件管理流程3.1.1 谋计划环节谋计划主要完成备件采购计划的制定、评审和提交。谋计划有两个原则，一是采购物资以生产设备实际需求为根本，二是通过科学方法分析确定提报物资数量，不盲目提报。谋计划的物资提报数量与备件的实际消耗量直接挂钩，备件实际消耗量的分析是一个逐渐精细化的过程：设备采购到位使用初期，参照厂家维保使用手册指导意见评估易损件的消耗情况，随着批量生产使用过程，根据实际备件更换情况重新修正相关数据。3.1.2 购备件环节购备件是备件计划提出后，由执行采购人员发出订单，此环节是将所有提交的采购物资转化为虚拟库存的过程。虚拟库存情况是后期计划的提报的重要因素之一，因虚拟库存具备转换为实际库存的特性，虚拟库存到位率直接影响当前库存的变化。虚拟库存到位率受采购物资采购周期、采购人员采购能力等因素影响。3.1.3 入库与出库入库与出库是采购物资由虚拟库存转化为实际库存以及库存消耗的过程，备件采购到位后形成库存储备，现场根据实际需求，可按计划领取使用。入库时间和出库时间是收集的关键数据，入库时间与计划采购时间的差值即为采购周期，出库时间间隔即是备件消耗量的最直接的数据获取。此处需要注意，按需领用，不允许大量领出建立二级库，不利于整体数据分析。3.2 过程分析优化备件管理各环节之间相互关联、相互制约，可通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。在闭环反馈控制中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成一个闭合的回路。下面结合数学模型以备件管理各环节为切入点进行优化，给出最优决策。3.2.1 谋计划环节优化备件采购环节包含备件计划评估与提报的过程，上文提到在理想情况下，P=S2（TCA/S2-1）=TCAS2。由虚拟库存实际库存谋计划购备件入仓库出现场图2 备件闭环控制流程运行与维护 Running and Maintenance 82 今日制造与升级 2023.6该公式可明显看出，P 与 S2、T、CA 有直接关系。在实际执行过程中，P TCAS2。通过不断优化，使 limP（TCAS2）。采购周期长，备件提报金额可适当增多；备件消耗能力强，备件提报也可适当增多；而当虚拟库存量已大于消耗能力时，需适当减少备件提报。3.2.2 购备件环节优化由上文库存管控理想状态 S2 CA 得出，S2 应当无限趋近于 CA。需要注意的是，要时刻关注虚拟库存的状态，针对已停止采购或异常情况要及时纠正。虚拟库存到位情况参照采购部门提供的预计到货时间，这就要求采购部门确保此部分数据的准确性。3.2.3 入库和出库环节优化由 S=S1+S2-CA 得出，库存直接受 S2、T 以及 CA的影响，需要注意的是，要定期开展实际到货时间与系统预计到货时间的偏差对比，这部分工作将直接影响模型是否能有效运行。此环节可以为谋计划环节提供数据支撑，针对每一种备件提供以往采购历史（采购周期、现场使用频次），基于此数据制订安全库存、最小库存和最大库存的备件储备当量规则，更科学地指导备件提报。安全库存作为订货点，低于此值则需提报备件，最小库存是备件循环采购消耗过程中所允许的最低库存，最大库存是此备件允许的最大库存量。安全库存与备件采购周期及消耗能力有直接关系，最大库存可根据采购周期及单价适度调整，但不应偏离过大，最大库存直接影响采购数量、采购频次及备件库存，需严谨制定。4 案例分析4.1 实际案例说明某工厂有一条制造生产线，为了满足产线设备维修需求，每月提报大量备件，无相关管控制约，盲目提报，导致虚拟库存较多，库存管理失控。4.2 维修优化决策4.2.1 基于备件管理模型的库存管控优化（1）建立库存流动性管理指标。建立入库出库平衡率（入库出库平衡率=领用费用/入库费用）来监控当月库存状况，每月对虚拟库存进行有效分析，防止不受控的入库造成积压。该工厂库存动态管理中的入库出库费用平衡率如图4所示，统计每月累计的入库出库情况，当平衡率100%，说明当月 CA S2，因此可以通过每个月的平衡率管控库存变化，做好库存动态分析。350%300%250%200%150%100%50%0%-50%-100%6月5月4月3月2月165.93%107.70%111.82%某工厂库存动态管理-入库出库费用平衡率单位：万元1月入库费用领用费用平衡率指标8.2513.699.217.006.215.549.8710.636.355.546.267.0046.1549.402月3月4月5月6月合计76.00%89.21%87.24%1月100806040200领用费用入库费用平衡率107.04%111.82%107.70%165.93%100%100%100%100%100%100%100%87.24%89.21%76.00%指标图4 入库出库管理案例（2）严格按照公式 P=TCA-S2进行调控，有效且可靠。如 T 是2个月，设备备件单月消耗能力30万元/月，截至计划提报时虚拟库存45万元，则P=230-45=15万元。在现场实际需求基础上，15万元作为本次计划提报的监控成本。按照此模型管控，基础库存量可柔性调节。（3）制订易损备件储备当量，精准提报。安全库存按照等于 CAT 执行，最大库存通过采购周期及消耗量的数据分析，进口备件及国产备件分别按照不同的标准执行。当库存低于安全库存时，系统发出预警信息，指导备件计划提报。需要注意的是，不是所有的备件都需要制订储备当量，而是针对易损件或关键备件制订，储备当量不是一成不变的，需要根据不同的变化点而调整，如备件消耗频次变化，备件采购周期变化等。4.2.2 基于备件管理模型实现备件计划精准提报根据 CA S2，其中，CA、S2和 均为变化值，互相制约。该数学模型不仅适用于整体的评估，也可应用于单种备件的采购评估管控。例如，某种备件采购周期2个月，设备备件消耗量3件/月，下面基于备件管理数字模型来分析计划提报量。CAT=23=6件，即库里的安全库存为6件，通过分析，虚拟库存量与单月消耗量一致最为合适，因此本备件需要满足的库存量是9件（实际库存+虚拟库存），因此在每次提报计划时，需要核算当前的实际库存和虚拟库存量，计划提报数量=9-实际库存-虚拟库存。如果采购周期和备件消耗量发生了变化，采购周期变为3个月，那么库里的安全库存为9件，虚拟库存3件，即本备件满足库存量12件即可，计划提报数量=12-实际库存-虚拟库存。由此可见，此计算方法需要随着关键因子的改变而快速调整，作为谋计划的数据支撑。通过实践中对模型进行训练优化，库存管控发生显著改善，在保证库存无异常提升的情况下，满足生产设备维运行与维护 Running and Maintenance 2023.6 今日制造与升级 83修需求。5 结束语设备是保障企业生产出合格产品的重要物质基础，设备管理水平对企业持续稳定与协调发展有重要意义，做好备件管理不仅是搞好设备管理的重要组成，也是有序开展设备维修、减少故障停机时间以及减少维修费用的关键。文章通过构建数学模型，提炼出备件管理中的关键因子以及相互关系，通过优化过程，输出最优决策，实现备件管理的升华。参考文献1 孙月花.浅谈企业备件管理J.云南化工，2022（8）：139-140.2 赵峰.设备管理与维修的问题及对策探讨J.中国设备工程，2022（24）：84-86.作者简介白丽丽（1986），女，山东潍坊人，硕士研究生，工程师，主要从事制造企业智能制造相关工作。1 研究背景及目的目前，青岛地铁已经开通7条线路，自动售检票系统（aFC）设备数量也在不断增加。根据现有的维修规程，青岛地铁 aFC 设备的计划修执行月（季）检、半年检、年检，即维保策略只与设备的运行时间有关，与设备运行状态、使用次数等不挂钩，不利于设备指标管控，且浪费人力，存在过度修的现象。为响应青岛地铁集团“建设世界一流地铁”的号召，落实“1+6”目标体系，在创新、降本、增效的前提下实现 aFC 设备指标再提升的目标，文章对 aFC 设备前期运行情况进行调查研究，从多个维度进行思考，制定更加科学高效的 aFC 设备维保策略。2 AFC设备维保策略现状2.1 其他城市地铁AFC设备维保策略现状本次 aFC 设备维保策略调研覆盖了包含北京、上海、广州、南京等城市在内的18座城市地铁公司相关维保情况，具体维保策略见表1。表1 其他城市地铁AFC设备维保策略统计AFC 维保策略城市月检、半年检、年检北京、深圳、沈阳、济南、郑州、兰州、苏州、徐州、大连、济南、石家庄月检、季检、半年检、年检南京月检、季检、半年检无锡月检、季检、年检合肥、广州月检、年检上海半年检、年检福州半年检成都通过调研其他城市 aFC 设备维保策略可以发现，调研中的18座城市皆为静态的根据设备的运行时间制定维保计划，其中70%的城市对 aFC 设备普遍执行月检、半年检及年检的维保模式。2.2 青岛地铁AFC设备计划修现状目前青岛地铁7条线路 aFC 设备的计划修均依靠现有摘要随着青岛地铁新线路的开通，自动售检票系统设备的数量不断增加。目前，AFC 设备的维保周期只与运行时间相关，不利于设备指标管控，且浪费人力，存在过度修的现象。为更加科学高效、有的放矢地进行 AFC 设备的维保，以青岛地铁8号线 AFC 设备在2021年期间的故障次数、使用次数等为基础，研究制定 AFC 设备的维保策略，在降本增效的前提下实现 AFC 设备指标再提升。关键词AFC 设备；维保策略；故障次数；使用次数；降本增效中图分类号U284.92 文献标志码A自动售检票系统设备维保策略高翔，万凯，林倩，陈浩，盛逵（青岛地铁运营有限公司运营三中心车站维保部，山东青岛266000）