基于物料分類和EOQ的備件管理模型研究

余興武，郭東棟

（北京奔馳汽車有限公司，北京 100176）

基于物料分類和EOQ的備件管理模型研究

余興武，郭東棟

（北京奔馳汽車有限公司，北京 100176）

根據(jù)當前企業(yè)的管理體制，分析了備件管理模型，自主創(chuàng)建一種基于CWIL的備件分類方法，同時結(jié)合ABC VED對物料進行分類，建立備件庫存模型；并使用EOQ模型建立備件采購模型；最終實現(xiàn)通過科學的備件庫存和采購模型的建立，既確保備件庫存更合理有效，又降低備件采購成本，保證設備正常運行的目的。

物料分類；EOQ；備件；庫存模型；采購模型

1 引言

設備備件是為滿足設備維修的需要，縮短設備故障停機時間而存儲的零件[1]，備件管理是設備維護的重要工作內(nèi)容之一，而備件管理的首要任務則是建立科學的備件庫存模型和備件采購模型。

科學備件庫存是指在及時提供設備維修所需備件的同時，實現(xiàn)最低的備件庫存貨值和最高的資金周轉(zhuǎn)率，各種備件庫存量適宜，保障方法先進科學[2]。科學的備件庫存不僅有利于及時完成設備維修的任務，而且能夠提高設備運行的可靠性。由于備件種類多，各種備件的壽命及使用效率不同，消耗量變化大，采購定貨周期不同等原因，使得備件管理工作比較復雜[3]。一方面從系統(tǒng)的角度出發(fā)，將設備故障、設備維修和備件管理等工作視為一個有機整體；另一方面從研究故障、維修及備件管理工作的規(guī)律著手，綜合衡量設備停機時間和維修成本對設備運行和經(jīng)濟效益的影響，以最小的備件管理成本，保證設備正常運行[4]。

在日常生產(chǎn)中，由于庫存?zhèn)浼N類繁多，很多功能相同的備件又細分為不同的型號，在最短時間內(nèi)了解備件庫存情況是非常關鍵的環(huán)節(jié)，也是很多公司難以解決的難題。備件庫存和備件采購大多存在以下問題：

（1）備件最低庫存、最高庫存、安全庫存的設置沒有建立統(tǒng)一模型，數(shù)據(jù)制定的科學性降低。

（2）備件采購未形成統(tǒng)一標準，亂采購的情況時常存在，造成備件采購資金的浪費。

（3）備件采購信息狀態(tài)不明朗，庫房出入庫不及時等。

（4）每個月有幾十上百個備件采購訂單，備件訂單統(tǒng)計十分耗時，效率低下。

（5）備件采購通常使用Excel查詢統(tǒng)計，查詢統(tǒng)計工作繁瑣，使得備件采購效率產(chǎn)生瓶頸。

根據(jù)以上備件管理的不足以及企業(yè)備件管理的經(jīng)驗，自主創(chuàng)建一種基于CWIL的備件分類方法，同時結(jié)合ABC(Activity Based Classification)VED(Vital,Essential,Desirable)[5]分類法對物料進行分類，建立備件庫存模型；使用EOQ(Economic Order Quantity)模型[6]建立備件采購模型；同時自主開發(fā)了設備備件管理系統(tǒng)，建立精確的備件庫存模型、備件采購模型，實時跟蹤備件采購訂單情況，保證設備備件庫存及其數(shù)據(jù)的準確性，保障備件采購順利并按期交貨，縮短備件采購周期，降低設備由于備件緊缺產(chǎn)生的停機故障的風險，保障設備正常運行。

2 物料分類和EOQ模型研究

2.1 物料分類模型研究

由于設備備件品種繁多、數(shù)量巨大，價值也極富差異，而且由于企業(yè)流動資金的有限性，無法對所有備件都進行充足儲備，因此，必須將企業(yè)有限的資源使用于通過科學分類的事故應急備件上，歸類后的事故應急備件按照不同的重要性進行相應的分類管理和控制[7]。將所有備件使用基于CWIL的備件分類方法進行分類。

C—Consumable Parts,易損件。

W—Wear Parts,正常損耗備件。

I—Insurance Pats,安全備件，備件損耗的可能性為20%-100%，一般情況下5年之后可能會損壞。

L—Low Probability Damage Parts,一般情況下，這類備件是不會壞的，除非是由于質(zhì)量、設計、事故等意外原因引起的備件損壞。基于CWIL的備件分類法見表1。

表1 基于CWIL的備件分類法

（1）I類和L類備件庫存模型和采購模型。由于I類和L類備件幾乎都不損壞，因此只需設置這兩類備件最大庫存量稍微高于安全庫存量即可；若這兩類備件消耗到安全庫存時，直接訂貨到最大庫存水平。I類和L類備件的采購策略模型如圖1所示。

圖1 I類和L類備件采購模型

（2）C類和W類備件庫存模型和采購模型。由于C類和W類都是按照一定周期消耗的備件，因此需要將這些備件使用ABC-VED綜合分類法確定這兩類備件的庫存模型和采購模型。

利用ABC-VED分類法既考慮了備件庫存的成本問題，同時又考慮了備件的關鍵性因素[8]，從而使得備件的分類更加合理、有效。

①使用ABC分類法對備件進行分類，見表2。

表2 ABC分類法

A類備件由于占用了公司大部分的流動資金，需要進行重點管理；B類備件種類和貨物價值比例相當，采用常規(guī)管理；C類備件品種多庫存貨值小，管理工作量大，需要精簡管理，減少管理人力成本，采用一般管理。相應的庫存控制方式如下：

A類備件。要嚴格控制設立安全庫存，保證在客戶需求時能夠隨時得到供應，不允許出現(xiàn)缺貨[9]；由于A類備件占用較高的庫存價值，不應該一次存儲過多的A類備件，否則資金周轉(zhuǎn)率不能保障，因此對于A類備件應該根據(jù)需要，分批次采購數(shù)量較小的A類備件。

要提高A類備件的周轉(zhuǎn)率來控制其在庫時間，降低管理費用。盡可能縮短訂貨提前期，對交貨期限加強控制，同時盡可能降低采購成本。與供應商和客戶共同研究替代品，制定應急預案及補救措施。

B類備件。一般采用定期控制方式，允許偶爾出現(xiàn)缺貨；可以采用按經(jīng)濟訂貨批量進行訂貨，盡量壓縮采購期避免時間過長；為了更好地控制B類備件庫存，可以進一步細分B類備件。

C類備件。允許一定范圍內(nèi)出現(xiàn)缺貨，因為該類備件的缺貨不會對機組安全運行產(chǎn)生太大的影響；C類備件種類庫存數(shù)量較大，但占用備件庫存貨值較小，可以使用粗獷管理模式，批量采購，減少采購頻次，降低采購人力成本，實現(xiàn)庫存精益管理；雖然C類備件年占用資金不大，但對于周轉(zhuǎn)期長、積壓的備件仍然應該及時清理出倉庫，以防止積壓過久占用過多流動資金。

②使用VED分類法對備件進行分類。按照備件在生產(chǎn)過程中的關鍵性程度，根據(jù)企業(yè)的實際情況，將備件庫存分為極其重要的（Vital）、必要的（Essential）和一般可取的（Desirable）三大類，簡稱為VED分類法。在生產(chǎn)過程中，那些嚴重影響生產(chǎn)的，缺貨成本很高的，在任何時刻必須可用的備件被歸為極其重要的一類（V）。那些需求稍微低一點的，庫存可以提供的被歸為必要的一類（E）。其余具有最少需求的，缺貨了也不會嚴重影響生產(chǎn)進度的備件被歸為一般可取一類（D），見表3。

表3 VED分類法

③計算備件安全庫存、最低庫存、最高庫存安全庫存S=K×D，（K為安全系數(shù)，D為備件訂貨周期內(nèi)平均消耗數(shù)量），K取值見表4。，(LT為備件訂貨周期，C為備件一年消耗數(shù)量，S為安全庫存)。

表4 安全系數(shù)K值

最高庫存M=R+Q，（R為備件最低庫存，Q為每一個采購周期備件消耗量）。

2.2 EOQ模型研究

EOQ模型主要采用的是定量訂貨法，即備件庫存量消耗下降到所設定的最低庫存數(shù)量時，根據(jù)所設定的補貨數(shù)量生成備件采購訂單，以提高備件庫存數(shù)量的方法，如圖2所示。

圖2顯示了庫存水平與實踐的關系。當備件一直消耗到訂貨點R時，生成訂購量為Q的備件采購訂單，經(jīng)過送貨周期LT，備件繼續(xù)消耗到安全庫存S，收到采購的備件數(shù)量為Q，備件庫存數(shù)量重新到達最大庫存量M。

訂貨點和訂貨量是控制訂貨的兩個主要的參數(shù)，可以實現(xiàn)最低的采購總成本，同時又滿足了備件的庫存量需求。假設備件消耗量均勻固定，訂貨周期確定情況下，訂貨點R由以下公式確定：R=LT×D／365+S，其中R是訂貨點的庫存量；LT是交貨周期，即從發(fā)出訂單至該批貨物入庫間隔的時間；D是該商品的年需求量，S是安全庫存量。由于存在備件消耗量發(fā)生變化、備件采購不能按期交貨等不確定因素，為了保證庫存?zhèn)浼谋Ｓ辛浚仨氁O置備件的安全庫存S。

訂貨批量依據(jù)經(jīng)濟訂貨批量（Economic Order Quantity,EOQ）的方法來確定，即總庫存成本最小時的每次訂貨數(shù)量。通常年總庫存成本的計算公式為：年總庫存成本=年購置成本+年訂貨成本+年保管成本+缺貨成本。

EOQ方法的前提是備件庫存不能短缺，因此，年總庫存成本=年購置成本+年訂貨成本+年保管成本，即TC=DP+DC/Q+QH/2，式中，TC代表年總庫存成本；D代表年需求量；P代表單位商品的購置成本；C代表單位次數(shù)的訂貨成本，元/次；H是單位商品年保管成本，元/年(H=PF，F(xiàn)是指年倉儲率保管費用)；Q代表訂貨數(shù)量。

經(jīng)濟訂貨批量就是使庫存總成本達到最低的訂貨數(shù)量，它是通過平衡訂貨成本和保管成本兩方面得到。其計算公式為：

經(jīng)濟訂貨批量：

此時的最低年總庫存成本：

年訂貨次數(shù)：

平均訂貨間隔周期：

備件庫存模型中的安全庫存，最低庫存，最高庫存以及備件消耗情況是備件采購的基本控制參數(shù)；當備件的庫存量從最高庫存消耗到最低庫存時，需要對備件提交采購訂單，采購數(shù)量為Q，同時實時跟蹤備件采購訂單狀態(tài)，并跟催供應商按期交貨[10]。備件采購流程如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)備件采購流程

通過對備件采購進行建模，使得備件采購有了科學定量的依據(jù)，保證備件庫存不空缺，并優(yōu)化降低備件采購金額，實現(xiàn)備件采購自動化，解決維修工程師備件緊缺的問題，保障工廠設備正常運行。

3 備件管理流程

3.1 備件庫存管理流程

在設備維修過程中迅速地獲得相應的備件，以最高效、最經(jīng)濟、最可靠地方式使得設備能正常運轉(zhuǎn)，這就是備件庫存管理的主要目的。通過備件管理系統(tǒng)，工程師可以在任何地方查詢備件庫存狀態(tài)，獲得備件信息，通過點擊預約按鈕，即可將備件預約信息直接顯示在相應庫房顯示屏上。維修工直接到庫房取件，備件早已準備完畢，極大節(jié)省了維修取備件的時間。備件出庫流程如圖4所示。

3.2 備件采購管理流程

圖4 備件出庫流程

備件采購是工程師根據(jù)設備維修的需求提出的，為了保障設備正常運行而申請采購備件。工程師使用標準采購模板列出需要申請采購的備件清單，同時提交給備件采購控制員；備件采購控制員將需要采購的備件清單錄入系統(tǒng)，提交到采購部門審批；審批通過之后告知供應商準備備貨，并按期交付；庫房管理員接受供應商送貨的備件，完成備件采購流程[11]，備件采購流程如圖5所示。

4 備件管理系統(tǒng)開發(fā)

基于以上備件庫存模型和備件采購模型，使用Java編程語言和Access數(shù)據(jù)庫[12]開發(fā)備件管理系統(tǒng)，包括備件庫存管理和備件采購訂單管理兩大功能。

4.1 系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)

Java是Sun公司在20世紀90年代初開發(fā)的新一代跨平臺程序設計語言。Java是一門面向?qū)ο缶幊陶Z言，其可移植性強，安全性高，支持可視化圖形界面以及多線程的工作模式等特點，使得Java成為一種既簡單而又高效的編程語言。Java可以編寫桌面應用程序、移動應用程序、分布式系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)應用程序等。

圖5 備件采購流程

系統(tǒng)開發(fā)運用了軟件工程思想、面向?qū)ο蟮募夹g(shù)來進行分析、設計和實現(xiàn)。備件管理系統(tǒng)的開發(fā)采用了Java Swing技術(shù)、JAVA Web技術(shù)[13]和Access數(shù)據(jù)庫，在Java IDE的Eclipse平臺上進行開發(fā)，系統(tǒng)主要包括前端應用程序的開發(fā)和后臺服務器、數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建并維護[14]。

系統(tǒng)采用C/S（Client/Server）架構(gòu)，服務器與軟件客戶端及數(shù)據(jù)庫的框架結(jié)構(gòu)關系如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)開發(fā)架構(gòu)

圖7 備件管理系統(tǒng)的軟件界面

4.2 系統(tǒng)實現(xiàn)效果圖

備件管理系統(tǒng)的軟件界面如圖7所示。

系統(tǒng)自動根據(jù)安全庫存、最低庫存、最高庫存以及備件消耗情況自動采購備件；可以實時查詢跟蹤備件采購的狀態(tài)，跟催供應商按期交貨；系統(tǒng)可自動統(tǒng)計多個采購訂單，提高采購效率。

5 結(jié)論

本文通過物料分類方法對備件庫存進行分類，自主創(chuàng)建一種基于CWIL的備件分類方法，結(jié)合ABC-VED分類法對物料進行分類，構(gòu)建備件庫存模型；使用EOQ模型建立備件采購模型，使得備件庫存管理和采購管理有了科學的依據(jù)；同時任何相關人員包括備件采購控制員、工程師、庫房管理人員均可使用所開發(fā)的備件管理系統(tǒng)提高辦公自動化水平，簡化備件采購流程，降低采購人力成本，提高備件采購效率，一定程度上縮短備件采購周期，降低設備由于備件緊缺產(chǎn)生的停機故障風險，保障設備正常運行。

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圖3 外部管理系統(tǒng)設計

圖4 內(nèi)部管理系統(tǒng)設計

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Spare Parts Management Model Based on Material Classification and EOQ

Yu Xingwu,Guo Dongdong
(Beijing Benz Automotive Co.,Ltd.,Beijing 100176,China)

In this paper,in view of the administrative system of the company under study,we analyzed its spare parts management model,formulated independently a spare parts classification system based on CWIL,built the spare parts inventory model based on ABCVED and at the end established the spare parts purchasing EOQ model which could both lower the purchasing cost of the spare parts and ensure the normal running of the equipment.

material classification;EOQ;spare parts;inventorymodel;purchasingmodel

F253

A

1005-152X(2017)02-0108-06

10.3969/j.issn.1005-152X.2017.02.026

2016-12-14

余興武（1987-），男，廣東信宜人，碩士，工程師，主要研究方向：備件管理。