石化企業(yè)備件庫存優(yōu)化的研究

羅莉

(中國石油化工集團(tuán)公司 信息化管理部，北京 100728)

石化企業(yè)生產(chǎn)裝置的重要部件發(fā)生故障會(huì)導(dǎo)致裝置停工，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致易燃易爆氣體泄漏、著火、爆炸，甚至進(jìn)一步危及人身安全。由此可見，關(guān)系到煉化企業(yè)生產(chǎn)裝置安全、平穩(wěn)、長周期運(yùn)行的重要備件，是必須進(jìn)行一定的儲(chǔ)備，以備不時(shí)之需。但對(duì)于特定生產(chǎn)規(guī)模的煉化企業(yè)來說，如何確定和優(yōu)化備件的種類和數(shù)量是一個(gè)關(guān)鍵的問題。筆者基于此類理論研究的成果，應(yīng)用企業(yè)ERP所積累的豐富經(jīng)驗(yàn)，提出了一套切實(shí)可行的石化企業(yè)備件庫存優(yōu)化方法，并在石化企業(yè)進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)踐，取得了很好的效果。

1 石化企業(yè)備件庫存優(yōu)化背景

石化企業(yè)的安全、穩(wěn)定、長周期生產(chǎn)具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，需要一定的備件庫存進(jìn)行保障。但是如果備件庫存結(jié)構(gòu)不合理，會(huì)導(dǎo)致備件保障效能的下降或資金的浪費(fèi)，在這種情況下，石化企業(yè)在備件庫存優(yōu)化方面存在較大的空間。優(yōu)化的方向： 1) 在保持現(xiàn)有總體服務(wù)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(xiàn)有總備件庫存水平的前提下，有效優(yōu)化備件庫存結(jié)構(gòu)，提升備件的服務(wù)水準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)更高的保障效能。

目前大部分的石化企業(yè)都實(shí)施了企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)(ERP)，生產(chǎn)裝置的設(shè)備檢維修、備品配件物資的消耗、采購和庫存等核心業(yè)務(wù)，都已經(jīng)全面納入了ERP的管理，積累了豐富的備件需求、計(jì)劃、采購、庫存和消耗的歷史數(shù)據(jù)。如果能借鑒國際先進(jìn)的備件庫存管理理論和方法對(duì)此類數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)地分析，可以幫助企業(yè)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(xù)地提高備件服務(wù)水平并優(yōu)化庫存結(jié)構(gòu)。

2 備件庫存優(yōu)化的計(jì)算模型

2.1 備件需求

石化企業(yè)在設(shè)備維修工作中，為縮短維修時(shí)間，根據(jù)設(shè)備的磨損規(guī)律和零件使用壽命，將設(shè)備中容易磨損的各種零部件，事先加工、采購和儲(chǔ)備好，做備件處理保證企業(yè)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。由于備件的庫存策略與低值易耗品、工程材料、成套設(shè)備等常見采購物資之間存在顯著的區(qū)別，因而在研究石化企業(yè)備件儲(chǔ)備問題時(shí)，還需要將突發(fā)性的備件需求與計(jì)劃性的維修維護(hù)產(chǎn)生的備件需求區(qū)分對(duì)待。突發(fā)性維修對(duì)于備件的需求，通常是通過備件的安全庫存來滿足；而計(jì)劃性的維修，則完全可以在裝置大修之前排定詳細(xì)的備件需求計(jì)劃，從而預(yù)先進(jìn)行針對(duì)性的采購。這樣可以針對(duì)性地分析偶發(fā)性的、無法準(zhǔn)確計(jì)劃和預(yù)料的備件隨機(jī)需求，以有效地減少不必要的備件儲(chǔ)備。

備件服務(wù)水平是衡量備件保障效能最常用的指標(biāo)之一，備件消耗存在非常大的隨機(jī)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(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法進(jìn)行確定，在工程實(shí)踐中，對(duì)給定一段較長期間內(nèi)的備件消耗進(jìn)行觀察，備件的消耗規(guī)律近似正態(tài)分布或泊松分布。在備件庫存數(shù)量一定時(shí)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(duì)應(yīng)的服務(wù)水平。

長期的研究發(fā)現(xiàn)，備件服務(wù)水平和備件庫存之間的關(guān)系，其實(shí)也是統(tǒng)計(jì)學(xué)問題，筆者按照備件需求符合泊松分布或正態(tài)分布為前提，優(yōu)化并總結(jié)出利用備件歷史消耗數(shù)據(jù)、備件采購價(jià)格、備件采購提前期等參數(shù)來計(jì)算備件的安全庫存、再訂貨點(diǎn)和再訂貨量等參數(shù)的計(jì)算模型。

2.2 件安全庫存的計(jì)算模型

1) 在泊松分布下最優(yōu)的安全庫存水平的計(jì)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(diǎn)；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(nèi)對(duì)備件的需求均值；LT——備件采購提前期；z——服務(wù)水平或備件保障率所對(duì)應(yīng)的相應(yīng)的安全系數(shù)；σL——備件采購提前期的偏差。

2) 在正態(tài)分布下最優(yōu)的安全庫存水平計(jì)算模型為

(2)

式中： SS2——正態(tài)分布下備件的安全庫存水平；σ——備件需求的標(biāo)準(zhǔn)偏差；μ2——備件需求所滿足的正態(tài)分布的均值。

2.3 重訂貨點(diǎn)的計(jì)算模型

在確定了備件的安全庫存以后，下一步需計(jì)算ROP。ROP是指當(dāng)采用連續(xù)盤點(diǎn)的庫存控制策略時(shí)，庫存量下降到某個(gè)預(yù)先規(guī)定的數(shù)量，需要進(jìn)行備件采購補(bǔ)充時(shí)的庫存值。

1) 在計(jì)算ROP時(shí)，泊松分布下的ROP的高低取決于備件要求的服務(wù)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(shí)可以從庫房里得到備件的概率，即服務(wù)水平或備件保障率。

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

ROP=μ2LT+SS2

(4)

2.4 重訂貨量的計(jì)算模型

在計(jì)算重訂貨量時(shí)，經(jīng)濟(jì)訂貨量(EOQ)是一種非常經(jīng)典的計(jì)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(jīng)濟(jì)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(jià)；ICC——備件的庫存持有成本。

對(duì)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(shè)置為至少滿足未來一段時(shí)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(shí)間。

3 備件庫存優(yōu)化模型應(yīng)用案例分析

3.1 備件管理的診斷和分析

該計(jì)算模型在南京地區(qū)某大型煉化企業(yè)進(jìn)行了實(shí)施，取得了很好的效果。

該企業(yè)借鑒國際先進(jìn)理念對(duì)備件管理現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)的業(yè)務(wù)診斷，發(fā)現(xiàn)存在一定問題。該企業(yè)備件庫存規(guī)模大、金額高，周轉(zhuǎn)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(dòng)態(tài)，個(gè)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(chǔ)備造成了沉重的壓力。經(jīng)過定量測算，發(fā)現(xiàn)相當(dāng)部分備件的服務(wù)水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過實(shí)際需要的水準(zhǔn)，造成庫存水平急劇上升；而另外一部分備件的服務(wù)水平則低于平均，保障效能不足，存在潛在的缺貨和運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)。導(dǎo)致該類情況發(fā)生的因素很多，也非常復(fù)雜，主要原因如下：

1) 歷史庫存包袱。由于該企業(yè)以前實(shí)行的是分廠備庫的庫存管理模式，各廠獨(dú)立進(jìn)行儲(chǔ)備，根據(jù)自身生產(chǎn)需要制訂儲(chǔ)備定額，并有專項(xiàng)的備件預(yù)算。隨著業(yè)務(wù)發(fā)展、技術(shù)革新、設(shè)備改造、裝置升級(jí)，很多備件已失去了使用價(jià)值，但是缺乏持續(xù)的備件狀態(tài)評(píng)估和有效的評(píng)估手段，造成使用部門不敢用，也不愿意用。

2) 大庫存保供應(yīng)思想。煉油化工企業(yè)是流程式生產(chǎn)企業(yè)，對(duì)生產(chǎn)的連續(xù)性要求非常高，生產(chǎn)一體化、長周期運(yùn)行的特點(diǎn)決定了備件缺貨成本高昂，因而在傳統(tǒng)的管理模式下，保障供給是供應(yīng)部門的首要職能，特別是在無法定量評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)的情況下，為應(yīng)付不測，往往準(zhǔn)備了大量的庫存。

3) 需求計(jì)劃提報(bào)不準(zhǔn)確。使用單位在提報(bào)需求時(shí)，更多是從主觀經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，對(duì)備件的消耗規(guī)律沒有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，因而不能對(duì)備件的需求進(jìn)行比較準(zhǔn)確的預(yù)測。

針對(duì)上述問題，該企業(yè)一方面宣傳科學(xué)備件管理的理念，同時(shí)引入了適合該企業(yè)進(jìn)一步提升備件管理水平的一套科學(xué)備件管理方法和工具。

3.2 備件庫存優(yōu)化模型的建立和應(yīng)用

該企業(yè)以第2節(jié)描述的理論公式和方法為基礎(chǔ)，重點(diǎn)選擇了若干類的備件物資，利用ERP中的備件實(shí)際消耗數(shù)據(jù)對(duì)其消耗規(guī)律進(jìn)行建模分析，計(jì)算出每一個(gè)備件的最佳儲(chǔ)備數(shù)量和金額，從而計(jì)算出該企業(yè)最優(yōu)的物資備件庫存儲(chǔ)備的包線，如圖1所示。

從圖1可以看出，優(yōu)化的備件儲(chǔ)備數(shù)量和金額與企業(yè)要求達(dá)到的備件服務(wù)水平相關(guān)聯(lián)。每一個(gè)可能的目標(biāo)服務(wù)水平值，均對(duì)應(yīng)一個(gè)合理的備件儲(chǔ)備數(shù)量和金額，從而形成了一個(gè)備件庫存總額與備件保障效能最優(yōu)的包線，在該包線上的每一個(gè)點(diǎn)，對(duì)該企業(yè)來說都是最優(yōu)化的。依據(jù)該備件庫存包線，企業(yè)可以根據(jù)備件儲(chǔ)備的預(yù)算來確定需要的備件庫存和所能達(dá)到的保障效能；反之，也可以根據(jù)所需要達(dá)到的備件保障效能(即特定的服務(wù)水平)來確定需要投入的庫存預(yù)算；更重要的是該庫存包線可以用來對(duì)現(xiàn)有的備件庫存進(jìn)行優(yōu)化，消峰填谷，即將多余的備件庫存資金釋放出來，同時(shí)補(bǔ)充那些與目標(biāo)保障效能不符的備件庫存，從而實(shí)現(xiàn)庫存結(jié)構(gòu)的總體優(yōu)化，綜合提升保障效能。

圖1 某大型煉油化工企業(yè)的備件庫存包線

經(jīng)過模型計(jì)算發(fā)現(xiàn)，目前該企業(yè)所選取的若干大類備件中，其總庫存金額為16 164萬元，而達(dá)到的綜合保障效能，即服務(wù)水平為95.14%。從圖1可以發(fā)現(xiàn)該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的位置，在該包線的左上方，說明該企業(yè)的備件庫存較高，而取得的保障效能卻相對(duì)較低，因而存在很大的優(yōu)化空間。按照包線的計(jì)算結(jié)果，最佳的備件儲(chǔ)備金額是14 484萬元，對(duì)應(yīng)95.14%的服務(wù)水平；或者是16 164萬元的備件儲(chǔ)備，對(duì)應(yīng)97.52%的服務(wù)水平。因此，該企業(yè)可以通過備件庫存結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)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(xiàn)有服務(wù)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(yōu)化模型對(duì)ERP應(yīng)用水平的提升

基于科學(xué)成熟的備件管理模型和方法確定企業(yè)合理的備件物資儲(chǔ)備清單和儲(chǔ)備數(shù)量，不僅可以定量地對(duì)企業(yè)備件庫存、服務(wù)水平以及兩者之間的聯(lián)動(dòng)關(guān)系進(jìn)行縝密的分析和測算，尋找到可以優(yōu)化改善的空間，提升服務(wù)水平，優(yōu)化庫存結(jié)構(gòu)，而且可以直接用來對(duì)企業(yè)的備件管理策略、流程、ERP功能等進(jìn)行完善和提升，使得企業(yè)備件管理擺脫靠以經(jīng)驗(yàn)為主進(jìn)行手工計(jì)劃提報(bào)并采購的模式，采用基于儲(chǔ)備目錄為基礎(chǔ)的ERP自動(dòng)建議補(bǔ)貨計(jì)劃和采購的模式。

采用ERP自動(dòng)根據(jù)備件儲(chǔ)備目錄管理補(bǔ)貨計(jì)劃，可以在ERP中維護(hù)相應(yīng)的MRP參數(shù)，由ERP自動(dòng)根據(jù)備件的安全庫存、再訂貨點(diǎn)和訂貨數(shù)量等參數(shù)設(shè)置，結(jié)合備件的消耗，自動(dòng)建議采購計(jì)劃實(shí)施補(bǔ)貨，從而始終將備件的庫存儲(chǔ)備維護(hù)在與希望達(dá)到的服務(wù)水平或保障要求相適應(yīng)的水平上。這種方式不僅可以節(jié)省計(jì)劃手工提報(bào)、數(shù)據(jù)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(yōu)化備件庫存結(jié)構(gòu)?？紤]到石化企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模，備件優(yōu)化的潛在經(jīng)濟(jì)效益將是非常顯著的。

5 結(jié)束語

備件消耗具有很大的隨機(jī)性，同時(shí)也服從特定的消耗分布，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法來分析和計(jì)算備件的服務(wù)水平和儲(chǔ)備已是一項(xiàng)成熟的技術(shù)。石化企業(yè)實(shí)施ERP后積累了大量備件的消耗數(shù)據(jù)，根據(jù)此類數(shù)據(jù)可模擬出備件消耗分布近似于泊松分布還是正態(tài)分布，再結(jié)合文中提出的備件庫存優(yōu)化模型得到備件的安全庫存、重訂貨點(diǎn)和重訂貨量，從而優(yōu)化備件庫存結(jié)構(gòu)。由于石化企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模，備件優(yōu)化的潛在經(jīng)濟(jì)效益非常顯著，因而該備件庫存優(yōu)化模型具有較好的推廣價(jià)值。

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