王 敏，吳兆東 ，王開(kāi)勇

(1.軍事交通學(xué)院 軍事物流系，天津 300161； 2.軍事交通學(xué)院 學(xué)員旅，天津 300161)

車(chē)輛裝備維修器材采購(gòu)決策模型仿真

王 敏1，吳兆東2，王開(kāi)勇1

(1.軍事交通學(xué)院 軍事物流系，天津 300161； 2.軍事交通學(xué)院 學(xué)員旅，天津 300161)

為加強(qiáng)車(chē)輛裝備維修器材采購(gòu)決策的科學(xué)性，提高庫(kù)存管理的效率，從車(chē)輛裝備維修器材的消耗規(guī)律入手，考慮庫(kù)存調(diào)節(jié)和時(shí)間延遲等相關(guān)因素，運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法，建立車(chē)輛裝備維修器材采購(gòu)決策模型，分析其在不同需求狀態(tài)下，滿(mǎn)足不缺貨條件的最小訂購(gòu)批量，并以管理總成本最小為目標(biāo)，驗(yàn)證不同訂購(gòu)批量與管理總成本之間的變化關(guān)系。

車(chē)輛裝備維修器材；采購(gòu)決策；系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)；仿真

車(chē)輛裝備維修器材受器材壽命、維修方式和偶然因素的影響，其消耗規(guī)律具有需求不確定性[1]，這給車(chē)輛裝備維修器材的采購(gòu)決策和庫(kù)存管理帶來(lái)了極大的影響。一旦采購(gòu)和庫(kù)存儲(chǔ)備數(shù)量過(guò)少，出現(xiàn)了缺貨現(xiàn)象，將嚴(yán)重影響車(chē)輛裝備保障要求。而大量?jī)?chǔ)備維修器材，又導(dǎo)致庫(kù)存管理的效率低下與成本高昂。因此，如何從車(chē)輛裝備維修器材的消耗規(guī)律出發(fā)，以滿(mǎn)足不確定需求條件下，采購(gòu)和庫(kù)存管理總成本最小為目標(biāo)，制訂科學(xué)合理的采購(gòu)決策就成了車(chē)輛裝備維修器材管理的難點(diǎn)工作。基于此，本文運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法，考慮庫(kù)存調(diào)節(jié)和時(shí)間延遲等相關(guān)因素，建立了車(chē)輛裝備維修器材采購(gòu)決策模型，以不缺貨條件下總成本最小為目標(biāo)，制訂了科學(xué)的訂購(gòu)決策。

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)(system dynamics，SD)是麻省理工學(xué)院的Forrester教授在1960年研究工業(yè)管理中長(zhǎng)期決策與分析建模問(wèn)題時(shí)創(chuàng)立的系統(tǒng)仿真方法[2-3]。該方法在庫(kù)存管理、安全管理和能力評(píng)估等諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[4-7]。應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法對(duì)車(chē)輛裝備維修器材采購(gòu)決策進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，主要是分析影響車(chē)輛裝備維修器材采購(gòu)、庫(kù)存管理和需求保障這一系統(tǒng)的相關(guān)要素，確立車(chē)輛裝備維修器材采購(gòu)管理因果關(guān)系，繪制車(chē)輛裝備維修器材采購(gòu)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真流圖，利用DYNAMO語(yǔ)言建立狀態(tài)變量、速率變量與輔助變量方程，最后應(yīng)用Vensim-PLE軟件進(jìn)行模型仿真，從而確定車(chē)輛裝備維修器材最優(yōu)采購(gòu)決策。

1 車(chē)輛裝備維修器材采購(gòu)管理流圖

一般情況下，車(chē)輛裝備維修器材的消耗是滿(mǎn)足一定規(guī)律的。但為了應(yīng)對(duì)突發(fā)事件，車(chē)輛裝備維修器材儲(chǔ)備通常保持一定量的期望庫(kù)存，以滿(mǎn)足車(chē)輛裝備維修器材正常消耗的同時(shí)，更好地供應(yīng)突發(fā)事件首發(fā)批次的維修器材。車(chē)輛裝備維修器材的期望庫(kù)存量和消耗量影響維修器材的庫(kù)存調(diào)節(jié)量，進(jìn)而對(duì)車(chē)輛裝備維修器材的訂貨量產(chǎn)生很大影響。同時(shí)，車(chē)輛裝備維修器材訂貨到維修器材入庫(kù)不是瞬時(shí)的，受出庫(kù)、裝卸搬運(yùn)、運(yùn)輸?shù)纫蛩氐挠绊?，有一個(gè)入庫(kù)延遲時(shí)間，這就產(chǎn)生了車(chē)輛裝備維修器材的在途庫(kù)存量。并且考慮到車(chē)輛裝備維修器材的經(jīng)濟(jì)訂購(gòu)情況，需要較少的維修器材是不足以訂購(gòu)一次的，一般是大于某個(gè)訂購(gòu)批量才開(kāi)始訂購(gòu)，因此訂購(gòu)批量也是不容忽視的因素。

在車(chē)輛裝備維修器材訂購(gòu)過(guò)程中還有成本因素。除可變訂購(gòu)成本、維修器材單位在途物資成本、維修器材單位庫(kù)存成本對(duì)維修器材管理總成本有影響外，不同的訂購(gòu)量使維修器材訂購(gòu)成本、維修器材在途成本和維修器材庫(kù)存成本不同，從而影響維修器材管理總成本。在車(chē)輛裝備維修器材管理因果關(guān)系圖分析的基礎(chǔ)上，利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的Vensim-PLE仿真軟件繪制車(chē)輛裝備維修器材采購(gòu)管理系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真流圖(如圖1所示)。

圖1 車(chē)輛裝備維修器材采購(gòu)管理系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真流圖

2 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真DYNAMO方程

根據(jù)圖1確定車(chē)輛裝備維修器材采購(gòu)管理系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真DYNAMO方程如下：

維修器材在途量=INTEG(訂貨率-入庫(kù)率，維修器材在途初始量)；

維修器材庫(kù)存量=INTEG(入庫(kù)率-出庫(kù)率，維修器材庫(kù)存初始量)；

維修器材管理總成本=在途成本+庫(kù)存成本+訂購(gòu)成本；

訂購(gòu)成本=INTEG(訂購(gòu)成本增量，訂購(gòu)成本初始值)；

在途成本=INTEG(在途成本增量，在途成本初始值)；

庫(kù)存成本=INTEG(庫(kù)存成本增量，庫(kù)存成本初始值)；

訂購(gòu)成本增量=訂貨量×可變訂購(gòu)成本+IF THEN ELSE(訂貨量>0,1,0 )×固定訂購(gòu)成本；

在途成本增量=維修器材在途量×單位維修器材在途物資成本；

庫(kù)存成本增量=維修器材庫(kù)存量×單位維修器材庫(kù)存成本；

訂貨量= IF THEN ELSE(調(diào)節(jié)周期>0:AND:維修器材需要訂貨量>0, IF THEN ELSE(維修器材訂購(gòu)批量>=維修器材需要訂貨量, 維修器材訂購(gòu)批量, 維修器材需要訂貨量),0) ；

維修器材需要訂貨量=庫(kù)存調(diào)節(jié)量+SMOOTH(出庫(kù)量×調(diào)節(jié)時(shí)間, 信息延遲時(shí)間 ) ；

庫(kù)存調(diào)節(jié)量= (維修器材期望庫(kù)存量-維修器材庫(kù)存量)/庫(kù)存調(diào)節(jié)時(shí)間；

入庫(kù)量= DELAY N(訂貨量,延遲時(shí)間,0,3)，這里引入延遲函數(shù)來(lái)表示維修器材出庫(kù)、裝卸搬運(yùn)、運(yùn)輸?shù)葘?dǎo)致的延遲；

出庫(kù)量=IF THEN ELSE(維修器材庫(kù)存量>0，IF THEN ELSE(維修器材庫(kù)存量-維修器材需求>0，突變需求，維修器材庫(kù)存量),0 )。出庫(kù)量根據(jù)維修器材的實(shí)際消耗需求和維修器材庫(kù)存量來(lái)計(jì)算。一般情況下，車(chē)輛裝備維修器材的消耗服從突變需求、均勻需求和增長(zhǎng)需求等情況。

除以上外，可變訂購(gòu)成本、固定訂購(gòu)成本、單位維修器材在途成本、單位維修器材庫(kù)存成本、出庫(kù)延遲時(shí)間、維修器材訂購(gòu)批量、信息延遲時(shí)間、維修期望庫(kù)存量、庫(kù)存調(diào)節(jié)時(shí)間和需求情況，根據(jù)具體的車(chē)輛裝備維修器材的采購(gòu)實(shí)際情況來(lái)確定。

3 模型仿真與結(jié)果分析

濾清器是車(chē)輛裝備維修器材的一種，該類(lèi)器材屬于消耗類(lèi)器材，一旦損壞不可修復(fù)。某倉(cāng)庫(kù)為了保障范圍內(nèi)車(chē)輛裝備更換需求，實(shí)施定期采購(gòu)管理。濾清器采購(gòu)和庫(kù)存管理的相關(guān)信息初始數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。濾清器的消耗規(guī)律有以下3種情況，根據(jù)上面建立的車(chē)輛裝備維修器材采購(gòu)管理系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真模型進(jìn)行采購(gòu)決策分析。

(1)該類(lèi)車(chē)輛裝備維修器材消耗規(guī)律大致滿(mǎn)足突變需求，其需求函數(shù)為60+80×PULSE TRAIN(70,50,1,120)。在該情況下訂購(gòu)批量為825個(gè)時(shí)，其出庫(kù)情況如圖2所示。

表1 某車(chē)輛裝備維修器材采購(gòu)初始數(shù)據(jù)

圖2 突變需求訂購(gòu)批量為825時(shí)出庫(kù)情況

從圖2可以看出，訂購(gòu)批量為825個(gè)時(shí)出現(xiàn)一次缺貨。為滿(mǎn)足該類(lèi)車(chē)輛裝備維修器材不缺貨的情況，模擬仿真最小訂購(gòu)批量為850。設(shè)訂購(gòu)批量分別為850個(gè)、1 050個(gè)和1 250個(gè)，通過(guò)仿真可以得到圖3所示的3種訂購(gòu)策略維修器材管理總成本變化曲線(xiàn)。

圖3 突變需求下3種訂購(gòu)策略總成本變化曲線(xiàn)

從圖3可以看出，保證不缺貨的情況下，車(chē)輛裝備維修器材訂購(gòu)批量越小，管理總成本越小。因此，可以選定訂購(gòu)批量為850個(gè)，其訂購(gòu)策略如圖4所示。

圖4 突變需求下訂購(gòu)批量為850的訂購(gòu)策略

從圖4可以看出，突變需求時(shí)在開(kāi)始的前3個(gè)周期不用訂購(gòu)，從第4到12個(gè)周期每?jī)芍苡嗁?gòu)一次，訂購(gòu)批量為850個(gè)；中間部分每個(gè)周期都訂購(gòu)，其中有3個(gè)周期根據(jù)實(shí)際需求訂購(gòu)，其他周期訂購(gòu)批量為850個(gè)；到最后又每?jī)蓚€(gè)周期訂購(gòu)一次，訂購(gòu)量為850個(gè)。

按照?qǐng)D4的訂購(gòu)策略進(jìn)行訂購(gòu)，維修器材庫(kù)存量變化曲線(xiàn)如圖5所示。從圖5可以看出，車(chē)輛裝備維修器材在突變需求情況下倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存量波動(dòng)幅度比較大，在短時(shí)間內(nèi)很難達(dá)到期望庫(kù)存量，庫(kù)存整體水平較高。

圖5 突變需求下訂購(gòu)批量為850的倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存量

(2)該類(lèi)車(chē)輛裝備維修器材消耗規(guī)律大致滿(mǎn)足每天80個(gè)的均勻需求。通過(guò)分析得知，在該情況下訂購(gòu)批量為任意值時(shí)都不會(huì)出現(xiàn)缺貨現(xiàn)象。并且同樣是訂購(gòu)批量越小，維修器材管理總成本越小，因此可以選定訂購(gòu)批量為100個(gè)。訂購(gòu)策略如圖6所示。

從圖6可以看出，均勻需求時(shí)開(kāi)始訂購(gòu)批量由小逐漸增大，經(jīng)過(guò)幾個(gè)周期后，訂購(gòu)批量趨于穩(wěn)定。按照?qǐng)D6訂購(gòu)策略進(jìn)行訂購(gòu)，倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存量如圖7所示。

圖6 均勻需求下訂購(gòu)批量為100的訂購(gòu)策略

圖7 均勻需求下訂購(gòu)批量為100的倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存量

從圖7可以看出，在開(kāi)始階段車(chē)輛裝備維修器材倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存量迅速下降，下降到一定程度后開(kāi)始波動(dòng)，并且?guī)齑嬲w水平隨時(shí)間變化逐漸變小，很快在期望庫(kù)存水平上穩(wěn)定波動(dòng)。

(3)該類(lèi)車(chē)輛裝備維修器材消耗規(guī)律大致滿(mǎn)足增長(zhǎng)需求，其需求函數(shù)為look up([(0,0)-(200,200)],(0,20),(30,50),(60,80),(90,110),(150,110),(200,20))。在該情況下，出現(xiàn)不缺貨的訂購(gòu)批量為520個(gè)單位。同樣是訂購(gòu)批量越小，維修器材管理總成本越小。設(shè)訂購(gòu)批量為520個(gè)，其訂購(gòu)策略如圖8所示。

圖8 增長(zhǎng)需求下訂購(gòu)批量為520的訂購(gòu)策略

在圖8中，前幾個(gè)周期不需訂購(gòu)，從第6個(gè)周期到12個(gè)周期訂購(gòu)量為520個(gè)，從第10個(gè)周期之后訂購(gòu)量根據(jù)消耗需求略有上升，從第23個(gè)周期之后又保持訂購(gòu)量為520個(gè)。

按照?qǐng)D8的訂購(gòu)策略進(jìn)行訂購(gòu)，倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存量變化曲線(xiàn)如圖9所示。從圖9可以看出，車(chē)輛裝備維修器材在增長(zhǎng)需求情況下，倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存量很快下降到一個(gè)水平后開(kāi)始以較小幅度波動(dòng)，庫(kù)存整體水平在達(dá)到期望庫(kù)存水平后又開(kāi)始隨時(shí)間變化逐漸變大，遠(yuǎn)離期望庫(kù)存水平。

圖9 增長(zhǎng)需求下訂購(gòu)批量為520的倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存量

4 結(jié) 論

(1)車(chē)輛裝備維修器材在采購(gòu)成本、采購(gòu)周期等相關(guān)要素相同的情況下，消耗規(guī)律和需求狀況不同，滿(mǎn)足不缺貨條件下采購(gòu)策略不同，也即采購(gòu)批量和采購(gòu)周期不同。

(2)車(chē)輛裝備維修器材在采購(gòu)成本、采購(gòu)周期

和需求狀況等相關(guān)要素相同的情況下，采購(gòu)批量不同，在整個(gè)管理周期內(nèi)管理成本不同。一般情況下，滿(mǎn)足不缺貨條件下訂購(gòu)批量越小，管理總成本越低。

(3)車(chē)輛裝備維修器材在滿(mǎn)足突變需求、均勻需求和增長(zhǎng)需求不缺貨情況下，按最小訂購(gòu)批量進(jìn)行訂購(gòu)，其庫(kù)存變化情況不同。突變需求庫(kù)存量變化幅度較大，庫(kù)存量較高；均勻需求庫(kù)存量開(kāi)始變化幅度較大，很快達(dá)到期望庫(kù)存水平；增長(zhǎng)需求庫(kù)存量變化幅度開(kāi)始較大，達(dá)到期望庫(kù)存后庫(kù)存量又開(kāi)始逐漸變大。

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(編輯：孫協(xié)勝)

Simulation on Purchasing Decision-making Model of Vehicle Equipment Maintenance Material

WANG Min1, WU Zhaodong2, WANG Kaiyong1

(1.Military Logistics Department, Military Transportation University, Tianjin 300161, China; 2.Cadets Brigade, Military Transportation University, Tianjin 300161, China)

To strengthen the scientificalness of purchasing decision-making model for vehicle equipment maintenance material, and to improve the efficiency of inventory management, the paper firstly introduces the consumption rule of vehicle equipment maintenance material. Then, considering the factors of inventory adjustment and time delay, it establishes purchasing decision-making model with system dynamics method and analyzes the minimum order quantity under different demand conditions. Finally, it verifies the relationship between order quantity and total management cost by taking minimum management cost as target.

vehicle equipment maintenance material; purchasing decision-making; system dynamics; simulation

2017-05-04；

2017-06-09. 作者簡(jiǎn)介： 王 敏(1979—)，女，博士，副教授.

10.16807/j.cnki.12-1372/e.2017.08.007

E246

A

1674-2192(2017)08- 0026- 05

● 裝備保障 Equipment Support