孟 超，劉 名，黨 瑞，賀 易

(1.陜西省大氣探測技術(shù)保障中心，西安 710014；2.渭南市氣象局，陜西渭南 714000；3.灞橋區(qū)氣象局，西安 710038)

隨著氣象事業(yè)的快速發(fā)展，氣象物資數(shù)量和種類急劇增多，設(shè)備技術(shù)不斷升級更新，急需更為現(xiàn)代的備件管理方式。陜西省氣象部門采用的省、市、臺站三級備件供應(yīng)保障系統(tǒng)[1]是較為科學(xué)的管理模式，提高了設(shè)備的可用性，縮短了設(shè)備故障維修時(shí)間，降低了設(shè)備故障率，保證了自動觀測類設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

目前，國內(nèi)外對多級備件供應(yīng)保障研究較多，建立了多種備件庫存模型。如美國Sherbrooke[2]博士構(gòu)建了METRIC模型(可修復(fù)備件管理多級法)并以其為基礎(chǔ)延伸了多種不同算法和擴(kuò)展的庫存模型； Nenesbo[3]博士研究了備件需求分布不規(guī)則情況的備件多級庫存分配管理。在國內(nèi)，多個(gè)領(lǐng)域已開展研究,聶濤等[4]建立了以備件購置費(fèi)用為約束，供應(yīng)最大化的可修復(fù)備件供應(yīng)保障模型；黃照協(xié)等[5]提出在軍隊(duì)三級備件保障，建立了基地級采購，基層及中繼級負(fù)責(zé)維修的優(yōu)化模型；劉勇等[6]研究了維修能力約束下的備件保障可用度模型；羅祎等[7]以備件維修費(fèi)用為約束，建立了具有多等級的維修體系的分配模型。本文從裝備保障工作中的實(shí)際問題出發(fā)，區(qū)別于軍隊(duì)備件供應(yīng)保障體系，充分考慮陜西省氣象備件保障結(jié)構(gòu)層級、層級間保障職責(zé)及影響備件供應(yīng)因素的情況下，建立了陜西氣象部門三級備件供應(yīng)保障系統(tǒng)的庫存模型，為供應(yīng)保障部門制定備件提供方案，為備件儲備標(biāo)準(zhǔn)提供理論依據(jù)。

1 三級供應(yīng)保障系統(tǒng)簡介

1.1 各級職責(zé)

三級備件供應(yīng)保障系統(tǒng)由三級維修(省級、市級、臺站)、三級庫存(省級、市級、臺站)、備件購置(備件供應(yīng)商)以及報(bào)廢處理等要素組成。作為保障對象，自動觀測類設(shè)備對備件產(chǎn)生需求。

臺站維修由臺站業(yè)務(wù)科完成；市級維修由市級保障科完成，省級維修由省大氣探測保障中心技術(shù)保障科完成。

臺站庫存負(fù)責(zé)觀測場在用設(shè)備所需的備件，并且存儲臺站修復(fù)后的備件、入庫市級調(diào)撥及自行購買的備件；市級庫存負(fù)責(zé)向臺站級庫存提供所需的備件，并且儲存市級修復(fù)后的備件、入庫省級調(diào)撥的備件及自行購買的備件；省級庫存負(fù)責(zé)向市級庫存提供所需的備件，并且存儲省級修復(fù)后的備件及自行購買的備件。

1.2 結(jié)構(gòu)關(guān)系

基于陜西省三級備件供應(yīng)保障系統(tǒng)的管理模式，其組成結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖1所示。如果自動觀測類設(shè)備上的某部件發(fā)生故障，臺站維修人員對故障部件進(jìn)行診斷，并立即從設(shè)備上拆卸下故障部件。若臺站級庫存有該故障部件的備件，則完成現(xiàn)場備件更換確保設(shè)備正常運(yùn)行。隨后臺站對該故障是否可在本級維修進(jìn)行判斷，如果可以維修，則維修后將部件作為臺站級備件；如不能維修，將該部件提交給市級維修。市級保障單位如果可以維修，則修復(fù)后將部件返還給臺站；如不能維修，將該部件提交給省級維修，并根據(jù)市級庫存量調(diào)撥備件給臺站。省級保障單位如果可以維修，則修復(fù)部件并返還給市級保障單位；如不能維修則進(jìn)行報(bào)廢處理，并根據(jù)省級庫存量調(diào)撥備件給市級保障單位。

圖1 三級供應(yīng)保障系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)關(guān)系

由于各級保障單位的維修能力有限、備件申請流程繁瑣以及備件購置時(shí)間長等原因，導(dǎo)致備件庫存存在短缺的情況。當(dāng)故障部件修復(fù)和購置備件到貨時(shí)，備件庫存短缺情況得到填補(bǔ)。

2 模型建立

2.1 庫存模型

Sherbrooke博士在構(gòu)建了METRIC經(jīng)典庫存理論模型里，備件的庫存情況為

s=SOH+SDI-SBO，

(1)

式(1)中，s為備件庫存量；SDI為平均更換量；SOH為目前庫存量；SBO為備件短缺量。

假設(shè)備件在平均修復(fù)時(shí)間內(nèi)符合泊松過程，且故障修復(fù)時(shí)間相互獨(dú)立，則任一固定周期內(nèi)的需求數(shù)穩(wěn)態(tài)概率分布服從泊松分布。根據(jù)帕爾姆[8]定理，

(2)

式(2)中：α為備件年平均需求量，T為備件平均修復(fù)時(shí)間。

設(shè)某一隨機(jī)時(shí)間段待收庫存數(shù)有s+m件，經(jīng)過公式(1)計(jì)算就有m件短缺。所以備件的期望短缺數(shù)E(s)為：

(3)

2.2 參數(shù)定義及符號說明

充分考慮陜西省氣象備件保障結(jié)構(gòu)層級、層級間保障職責(zé)及影響備件供應(yīng)因素的情況下，建立了陜西氣象部門三級備件供應(yīng)保障系統(tǒng)的模型。將模型涉及的參數(shù)定義及符號說明如下。

2.3 年平均需求量

市級保障單位f對某備件的年平均需求量為所屬臺站不能修復(fù)備件之和，計(jì)算公式為：

(4)

省級保障單位對某備件的年平均需求量為所屬市級保障單位不能修復(fù)備件之和，計(jì)算公式為：

(5)

2.4 備件短缺量

根據(jù)公式(2)(3)可得，臺站k對某備件短缺量計(jì)算公式為：

(6)

市級保障單位f對某備件短缺量計(jì)算公式為：

(7)

省級保障單位對某備件短缺量計(jì)算公式為：

(8)

式(8)中，T=T1+(1-ψ)T0,

由公式(6)、(7)、(8)可知，全省備件總期望短缺數(shù)為：

(9)

3 實(shí)例分析

假設(shè)省、市、臺站三級存儲新型自動氣象站設(shè)備的某種傳感器，其中一個(gè)省級保障單位供應(yīng)兩個(gè)市級單位，而每個(gè)市級保障單位供應(yīng)三個(gè)臺站。該備件需求滿足泊松過程，系統(tǒng)中該備件的參數(shù)見表1。

表1 新型自動氣象站設(shè)備某傳感器在模型中的參數(shù)

(1)求解省級、市級保障單位對該備件平均需求量

(2)假設(shè)該備件全省庫存量為1個(gè)時(shí)，依次儲備在不同層級，計(jì)算各層級備件期望短缺數(shù)結(jié)果見表2。

從表2中可以看出，首先三個(gè)層級保障單位的期望短缺數(shù)因庫存量的變化而變化，其次當(dāng)三個(gè)層級保障單位的庫存量都低于年平均需求量時(shí)，三級期望短缺數(shù)和的最小值就是最優(yōu)庫存方案，而存儲的最優(yōu)地點(diǎn)在省級保障部門。

4 結(jié)語

從陜西省三級備件供應(yīng)保障系統(tǒng)的實(shí)際情況入手，研究并建立了備件庫存模型。經(jīng)過實(shí)例計(jì)算表明該模型可以解決目前供應(yīng)保障過程中的各層級對某種氣象設(shè)備的備件年平均需求量和短缺數(shù)。根據(jù)庫存模型結(jié)果，得到了備件儲備的規(guī)律，分析出影響備件短缺的因素，為決策部門制定備件配備提供了依據(jù)。

但同時(shí)存在一些問題。一是模型計(jì)算過程繁瑣，許多參數(shù)需要一定周期才能獲得，如各級保障過程中的修復(fù)率和平均修復(fù)時(shí)間；二是針對氣象觀測設(shè)備的各類傳感器、采集器等部件，需要重新設(shè)置各類參數(shù)；三是隨著備件類型及需求量的增多，時(shí)間方面(修復(fù)時(shí)間、接收時(shí)間及購置時(shí)間)是影響模型的重要因素之一，因此建立陜西省氣象觀測類設(shè)備的備件庫存儲備標(biāo)準(zhǔn)和配發(fā)要求需要進(jìn)一步研究。