第 1 章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
由古至今，迅猛发展的经济以及快速变迁的时代，推动着制造业逐步向前迈进。产品加工由原始的作坊纯手工制作，逐步转向工厂流水线式的半自动化生产，乃至今日及日后自动化生产线式的高度自动化制造。因此，制造型企业对自动化的热情迅速升温，对机器设备的依赖越来越大，对机器设备的要求也越来越严苛。然而，高速运转的机器设备也需要细心保养与维护，老旧的零件需要及时更新替换，由此，为支持设备维修的备件应运而生，设备维修备件的管理，尤其是库存控制的管理也逐渐引起人们的关注。 维修备件，是制造型企业中设备维护维修环节所需的重要物资。在现代企业管理学中，一般会把设备管理称之为“企业命脉管理”，是企业管理中一个不可或缺的环节，而备件管理更是设备管理关键要素和主要难点[1]。设备的正常运行和应急处理都需要依托备件的更新替换，而备件本身存在的意义就是为了尽可能缩短设备维护和修理的作业停歇时间。为了避免因缺少备件而产生设备停工，导致生产中断的现象发生，企业必须保证备件能以正确型号，正确数量，正确质量，正确状态，在正确的时间被送往正确地点。这是维修备件管理的日常目标，也是维修备件管理的根本职责。 丰田生产方式在 1970 年至 1979 年阶段出现，推动日本汽车企业的迅猛发展，而后被美国汽车企业应用。1990 年以后，JIT 思想在美国被学者 Womack 和 Jones 发展，它是运用消除过程中浪费的精益核心思想以达成零浪费的目标状态，其中被消除的浪费包括时间等待、仓储、搬运距离等。由此也衍生出精益供应链管理理念。精益供应链管理（Lean Supply Chains Management）是指对整个供应链的环节包括上游和下游的链条进行优化和改造，免除不必要的步骤、等待以及消耗，消除企业中存在的浪费，最大限度地减少成本，最大程度地满足客户需求的一系列对供应链计划、实施和控制的过程[2]。仓储管理属于精益供应链管理的一个环节，旨在于消除库存管理中存在的浪费，降低成本的同时能够满足生产需求。备件管理作为设备管理三大支柱组成的一部分，更加需要在精益理念的支撑下进行持续的完善。
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1.2 国内外研究动态
国内外关于维修备件管理方面的文献有很多，目前的研究成果主要集中在：备件的分类方法、备件的随机需求预测、备件的随机库存控制模型、备件库存控制方式、备件缺货情况的处理、备件报废、以及日后备件管理的发展趋势几个方面。以下将重点探究备件的分类方法、备件的随机需求预测、备件的随机库存控制模型三方面的国内外研究方向。国外研究学者很早就着眼于备件分类问题。起初的分类方式很粗疏，1960 年以后两位国外学者 Allen 和 D’esop 将可维修性纳入备件分类方式中，备件分为可维修和不可维修两种[4]。随着备件管理需求的日益强烈，多角度、更详细、更科学的备件分类方式逐渐产生。以功能为准则分类，Moore 提出备件分类需考虑机器故障、备件过去使用情况、订货提前期、供应商可靠性、缺货水平和库存周转期等因素，而且分别制定每类备件的经济订货策略[5]。以需求的急切程度为准则，备件被 Cohen 分为急需备件和一般备件两类。Peter 等人则以备件的储备必要性为准则，把备件分为不需储备的普通备件和必需储备的重要备件[6]。R. Dekker 等人根据备件所在设备的关键性，将备件需求分为关键和非关键需求，建议对于关键备件应采用无缺货的存储策略[7]。Dieter 基于对航空业的分析，以备件备品对生产系统的作用作为参考指标，其指标包括备件更换数据，设备故障周期，备件提前期，服务水平，潜在供应商数量等，对每一类备件都提出了相应的储备策略和订货策略[8]。Braglia 等人以备件备品的停机风险、仓储约束条件以及物流等方面对备件进行分类研究[9]。现今，研究方法日益创新，越来越多的备件管理参数被考虑在备件控制管理策略中，使得备件的分类方法更加便于提高备件库存管理的服务水平。
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第 2 章 备件库存控制研究相关理论
2.1 维修备件的特点
为了缩短修理停机时间，减少停机损失，对某些因形状复杂、要求高、加工困难、生产（或订购）周期长的零部件（配件） ，在仓库内预先储备一定数量，这种配件称为设备备件（Equipment Spare Part）[31]。备件的范围主要为:（1）所有维修所需的配套产品，如轴承、电器元件等；（2）确保设备达到需求精度的主要运动件；（3）特殊、稀有、精密设备的所有更换件；（4）由于设备结构设计不合理而产生不正常损坏或易发生事故的零件；（5）设备或备件本身因受热、受压、受冲击、受摩擦、受交变载荷而易损坏的一切零、部件[32]。为了在备件库存管理中制定最优的库存控制策略，依托设备维修进程中备件扮演角色的重要性及其特殊属性，需要首先对维修备件的特点展开分析。 维修备件的特点主要有五个方面：繁多的种类型号、随机性的需求、与设备维修紧密相连的寿命周期、不同的利用率、多样的订购期[33]。 繁多的种类型号：生产线上的设备各有不同，很难做到统一，因此相关备件的品种规格也各有不同。除少数通用备件和标准备件可以统一管理，其他备件均需要建立详细的信息档案，方便使用与采购。 随机性的需求：维修备件的需求与设备故障紧密相连，由于设备故障率的不确定性，导致维修备件的需求情况是随机的[34]。不同设备对备件的需求也是不同的，对于一些设备所需的备件是需要定期更换的，或是更换的频率与某些固定影响因素相关，例如焊接机器人的探针，随着机器人的使用频率的变化，探针的更换频次相应变化。此类备件在库存管理中可以有相对稳定的库存管理策略。对于一些运行状态稳定的设备，在备件库存控制中，也可以制定相对稳定的库存管理策略。而对于新设备或者常年使用的设备，故障率的稳定性不高，对备件的需求随机性比较大，需要基于设备的故障率分析，对其库存策略进行优化。
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2.2 设备管理与备件管理
设备作为生产系统中的重要组成部分，其正常运作直接影响的企业的服务水平、经济效益等。设备的正常运作，能够保证生产的连续性、提高生产的稳定程度、提升公司整体服务水平，以此提升企业的行业竞争力。所以对企业设备的管理是一个企业发展的重要物质基础和技术保证[35]。 设备管理（Equipment Management）是指企业为追求其特定目标，运用经济和技术措施对设备的规划、设计、制造、使用、报废等全过程进行管理[36]。由古至今，迅猛发展的经济以及快速变迁的时代，推动着制造业逐步向前迈进。产品加工由原始的作坊纯手工制作，逐步转向工厂流水线式的半自动化生产，乃至今日及日后自动化生产线式的高度自动化制造。设备管理这门学科应运而生。设备管理模式的发展共经历四个过程：事后维修阶段（Breakdown Maintenance）、预防维修阶段（Preventive Maintenance）、生产维修阶段（Productive Maintenance）和设备综合管理阶段，其中设备综合管理一直沿用至今，也是设备管理实现现代化的标志，也表明设备管理正向着制度化、标准化、系列化以及程序化的方向发展。设备综合工程学和全员生产维修制是设备综合管理阶段的典型代表。全员生产维修（Total Production Maintenance，TPM）是上世纪 70 年代，日本在学习美国的预防维修制、生产维修制基础上，研究英国综合工程学的思想和我国鞍钢宪法中工人参加、群众路线、合理化建议及劳动竞赛的做法，提出了全效率、全系统、全员参加的设备管理的概念[37]。
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第 3 章 生产线设备维修的备件库存控制研究 ............ 17
3.1 生产线设备维修的备件背景介绍和现状描述 ........... 17
3.1.1 研究背景 ........ 17
3.1.2 现状描述及问题分析 ...... 17
3.1.3 问题研究思路 ......... 20
3.2 备件的分类和命名 .......... 20
3.3 备件库存控制模型的建立 ....... 22
3.4 备件库存控制模型的求解 ....... 27
3.5 基于马尔可夫过程求解的随机型消耗备件库存控制模型的应用 ...... 31
3.6 本章小结 ........ 38
第 4 章 生产线设备维修的备件库存管理改善 ............ 39
4.1 维修备件库存控制方式的改善 ........ 39
4.2 维修备件管理人员组织结构的改善 ......... 41
4.3 改善后备件管理流程 ...... 44
4.4 改善后备件管理模式的要求 ............ 49
4.5 备件库存管理系统 .......... 51
4.6 本章小结 ........ 52
第 5 章 结论与工作展望 ............ 53
5.1 结论 ....... 53
5.2 工作展望 ........ 54
第 4 章 生产线设备维修的备件库存管理改善
持续改善是企业永恒的主题，而工业工程是将永无止境的持续改善作为追求的目标。在 3.1 章节中对 B 公司动力总成工厂发动机总装生产线设备维修的备件现状和问题进行归纳总结，并制定问题研究的思路。其中问题类型三：人员配置和环境问题，需要制定新的管理模式才能解决，本章节将从以下几个方面展开研究：对现有的备件库存管理进行改善，寻求合理的备件库存管理模式，制定标准的备件库存管理流程，应用管理系统实现备件库存管理。 无论是原材料库存管理、产成品库存管理还是备件库存管理，从全局上考虑都必须具有三方面的基本要素：库存地址、库存保管者和库存所有者[48]。只要是实体物资库存，就必须要有地方可以存放，有保管者对库存进行保管，有所有者对其拥有所有权。库存三要素的不同组合便形成了不同的库存模式，因此分析备件库存管理模式也将围绕备件库存三要素展开必要的讨论。 此外，备件管理与设备管理有密不可分的关系，设备的维修模式直接影响备件的库存控制模式，因此需建立配合设备维修模式的备件库存管理流程，充分利用设备维修管理模式的各项指标，制定合理的库存控制策略。 随着计算机技术的发展，各大、中、小企业多数都使用 ERP（Enterprise Resource Planning）系统，对企业的各个环节进行掌控。ERP 系统管理是现代企业管理不可忽视的管理工具，但在设备维修的备件管理中，很少有企业运用 ERP 系统对设备维修备件进行管理，使得维修备件管理仍停留在纯人工手动管理状态，大大降低维修备件管理的效率，影响维修备件库存控制的准确性，导致备件库存占用大量企业资金，制约生产的正常运行。
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结论
本课题基于设备维修备件的合理有效库存控制为研究目的，针对维修备件的分类、需求的预测、库存控制策略的设定、库存控制方式以及库存管理模式五个方面的问题进行分析研究，并在研究过程中取得如下结论：
（1）针对 B 公司动力总成工厂发动机总装生产线设备维修的备件没有分类管理的现状，提出基于 80/20 法则以备件历史需求频次为分类准则的方法，将现有备件分为确定型消耗备件和随机型消耗备件，为其编号，解决设备维修备件物料基础管理混乱的问题。
（2）针对维修备件的需求预测问题，采用泊松分布方法预测随机型消耗备件需求，利用设备平均故障率，求出需求量所对应的需求概率，为最优库存控制模型求解提供保障。
（3）应用（s，S）的订货策略，以随机型消耗备件库存成本最小为目标函数，服务水平为约束条件，构建随机型最优库存控制模型，利用马尔可夫状态转移矩阵求解最优订货点 s 和最大库存值 S，并通过编程实现数学模型的求解。以发动机总装生产线总装工段设备维修备件为例，求解模型并与原有库存总成本对比，表明本文方法可在保证服务水平为约束条件下显著降低库存成本，在备件库存控制方面具有显著效益提升。
（4）结合设备维修模式，将 B 公司动力总成工厂发动机总装生产线设备维修的备件库存控制方式划分为（s，S）库存控制策略、一次性采购和经济订货批量三种方式。并针对设备维修的备件库存管理无统一标准的现状，提出维修备件管理人员组织结构改善、管理流程改善以及管理系统应用，为未来设备维修备件库存控制系统化操作和在 B 公司内部的其他备件管理部门推广奠定基础。
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参考文献(略)