文/陶瑤 周建勤

1.引言

近年來，我國高速鐵路迅速發(fā)展，到2020年我國高速鐵路營(yíng)運(yùn)里程將達(dá)到3萬公里，覆蓋80%以上的大城市[1]。據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示：2016年我國動(dòng)車組保有量為2586組和20688輛，2017年動(dòng)車的平均月產(chǎn)量為259輛，并且隨著“十三五”計(jì)劃的進(jìn)一步實(shí)施，2020年動(dòng)車組保有量預(yù)計(jì)將達(dá)到30000輛[2]。在動(dòng)車組保有量如此龐大的鐵路系統(tǒng)中，備件資源呈現(xiàn)出種類繁多、各類備件差異性大的特點(diǎn)。動(dòng)車組列車是嚴(yán)格按照列車運(yùn)行圖運(yùn)行的，因此對(duì)動(dòng)車組運(yùn)行的準(zhǔn)確性、連續(xù)性有較高的要求。某個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障導(dǎo)致動(dòng)車組停運(yùn)，不僅會(huì)造成動(dòng)車組的經(jīng)濟(jì)損失，影響動(dòng)車組的聲譽(yù)，還會(huì)影響旅客的正常出行，甚至危及旅客人身安全。

備件是指在檢修過程中進(jìn)行維修或更換的零部件，以維持設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。目前我國動(dòng)車組備件管理存在以下兩個(gè)方面的問題：一方面，由于需求不確定，部分備件供應(yīng)不及時(shí)，導(dǎo)致在動(dòng)車組維修過程中，等待該備件所造成的停運(yùn)時(shí)間，已經(jīng)超過了修復(fù)性維修和預(yù)防性維修的停機(jī)總時(shí)間，成為影響動(dòng)車組運(yùn)行效率和安全性的主要問題[3]。另一方面，由于現(xiàn)有庫存中備件種類過多，部分備件使用率較低，由此產(chǎn)生高額庫存成本，造成資金浪費(fèi)[4]。只有進(jìn)行科學(xué)的庫存控制，才能改善上述存在的部分備件缺貨和冗余的問題。

表1 動(dòng)車組備件分類指標(biāo)體系

我國動(dòng)車組備件種類繁多、數(shù)量龐大、需求較隨機(jī)，而我國目前動(dòng)車組備件分類的方法較籠統(tǒng)，類別間的備件差異較大，因此需對(duì)動(dòng)車組備件進(jìn)行妥善分類，確定各類備件的重要等級(jí)，才能對(duì)庫存管理策略進(jìn)行合理選擇，提高管理效率，保證動(dòng)車組備件的及時(shí)供應(yīng)，同時(shí)降低備件的庫存水平，實(shí)現(xiàn)科學(xué)的庫存控制。

2.備件分類研究現(xiàn)狀

針對(duì)備件庫存分類方法，國內(nèi)外學(xué)者展開了大量研究。最初的庫存分類理論來源于將“微不足道的多數(shù)”和“重要的少數(shù)”分開的Pareto定律，形成了以資金占比為分類標(biāo)準(zhǔn)的ABC分類法。隨著研究的深入，學(xué)者們開始從多個(gè)維度進(jìn)行分類方法的研究，郭智敏等[5]提出了以備件對(duì)生產(chǎn)影響程度、備件損耗規(guī)律等為分類指標(biāo)的ABCD分類法；GajpalPP、GaneshLS等[6]將常用的ABC分類法、FSN法、VED等庫存分類方法進(jìn)行比較，得出ABC分類法、FNS分析法過于簡(jiǎn)單而不適合用于實(shí)際應(yīng)用的結(jié)論；崔南方等[7]提出了將層次分析法與ABC分類法相結(jié)合的維修備件分類模型；丁留明等[8]采用兩階段法，將AHP分析法和蒙特卡洛模擬法相結(jié)合進(jìn)行分類，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行ABC分類；魯家晶等[9]提出了一種基于DEA的備件ABC分類方法；楊冀[10]采用基于模糊評(píng)價(jià)法的多因素綜合分類的方法對(duì)動(dòng)車組備件進(jìn)行分類。現(xiàn)有分類方法大多是在ABC分類的基礎(chǔ)上，結(jié)合其他分析方法，但這些方法中有些在分析過程中計(jì)算復(fù)雜、量綱無法統(tǒng)一；有些不適合分析各項(xiàng)指標(biāo)不是相互獨(dú)立的問題。

表2 動(dòng)車組備件各指標(biāo)賦值情況

學(xué)者們考慮不同的研究目標(biāo)，選擇了不同的分類指標(biāo)。金夏芳[11]在對(duì)備件進(jìn)行分類時(shí)選擇了備件在生產(chǎn)中的關(guān)鍵性、備件占用資金情況這兩個(gè)分類指標(biāo)；付戰(zhàn)瑩、史翠紅等[12]選擇了對(duì)地鐵影響程度、經(jīng)濟(jì)性、采購提前期、采購環(huán)境這4個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)地鐵備件進(jìn)行分類；平原、杜天蒼[13]以備件的關(guān)鍵系數(shù)、可替代性、專用性、供應(yīng)商數(shù)量、消耗金額、庫存費(fèi)用、缺貨損失量、提前期這8項(xiàng)為評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行備件的綜合分類?，F(xiàn)有文獻(xiàn)中針對(duì)動(dòng)車組備件進(jìn)行分類的文獻(xiàn)較少，且?guī)缀鯖]有引用理論來建立動(dòng)車組備件的分類指標(biāo)體系。本文將考慮動(dòng)車組備件的特點(diǎn)，引入軌道交通RAMS標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建適用于動(dòng)車組備件的分類指標(biāo)體系。根據(jù)動(dòng)車組備件的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)、供應(yīng)數(shù)據(jù)、消耗數(shù)據(jù)等對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行賦值，將賦值代入DEA模型中，對(duì)動(dòng)車組備件重要程度的分類進(jìn)行研究。

3.動(dòng)車組備件分類指標(biāo)體系構(gòu)建

我國現(xiàn)有動(dòng)車組備件分類標(biāo)準(zhǔn)包含兩類：一類是按照備件的層次化程度分類，另一類是按照檢修場(chǎng)所分類。這兩種分類標(biāo)準(zhǔn)過于籠統(tǒng)，類別內(nèi)部的備件的需求、供應(yīng)、影響性都存在較大差別[10]。需要建立適用于我國動(dòng)車組備件特點(diǎn)的一套分類指標(biāo)體系，更全面、更針對(duì)性地進(jìn)行分類。

RAMS標(biāo)準(zhǔn)是國際電工委會(huì)依據(jù)系統(tǒng)生命周期理論所建立的一套用于軌道交通評(píng)量和管理的標(biāo)準(zhǔn)，包括四個(gè)維度——可靠性（Reliability）、可用性（Availability）、可維修性（Maintainability）、安全性（Safety）。2008年我國將該標(biāo)準(zhǔn)等同轉(zhuǎn)化為我國國家標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)被廣泛用于軌道交通流程設(shè)計(jì)、設(shè)備監(jiān)控等各個(gè)方面。另外，標(biāo)準(zhǔn)中提到在進(jìn)行備件等的管理時(shí)建議考慮經(jīng)濟(jì)性。因此，本文將在RAMS的基礎(chǔ)上增加經(jīng)濟(jì)性，從可靠性、可用性、可維修性、安性、經(jīng)濟(jì)性這5個(gè)維度來構(gòu)建動(dòng)車組備件的分類指標(biāo)體系，從而確定各個(gè)備件在管理中的重要程度。

（1）可靠性是指?jìng)浼谝?guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。備件的可靠性影響著備件的消耗情況，包括故障率、需求量等；

（2）可用性是指?jìng)浼色@取并用來維修的難易程度，本文主要考慮備件的采購提前期、供應(yīng)商的供貨能力以及備件的可替代性；

（3）可維修性是指在規(guī)定的條件下，使用規(guī)定的程序和資源進(jìn)行修理時(shí)，能夠完成指定的維修工作的能力。包含執(zhí)行維修的時(shí)間，故障監(jiān)測(cè)、識(shí)別及定位的時(shí)間，備件的維修率等。

（4）經(jīng)濟(jì)性是指用于備件從投資到廢置處理整個(gè)生命周期所需的成本，包括備件的采購成本、庫存成本、維修成本等；

（5）安全性是指?jìng)浼Ｕ蟿?dòng)車組安全運(yùn)行的能力，備件一旦出現(xiàn)故障對(duì)動(dòng)車組運(yùn)行和設(shè)備安全造成的影響程度。因此關(guān)鍵性包含兩個(gè)層面?zhèn)浼?duì)設(shè)備的影響程度，設(shè)備失效對(duì)動(dòng)車的影響程度；

呂春喜等[15]利用層次分析法，建立了軍用裝備備件的分類指標(biāo)體系，張仲敏等[16]則利用德爾菲法設(shè)計(jì)了汽車備件的分類指標(biāo)體系。本文結(jié)合這兩篇文獻(xiàn)的指標(biāo)選擇，在RAMS標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上構(gòu)建動(dòng)車組備件的分類指標(biāo)體系。（見表1）

4.備件相對(duì)重要程度評(píng)價(jià)模型

4.1 DEA模型

DEA（DataEnvelopmentAnalysis）即數(shù)據(jù)包絡(luò)分析，是由美國著名運(yùn)籌學(xué)家A.Charnes和W.W.Cooper于1978年創(chuàng)建的一種使用數(shù)學(xué)規(guī)劃模型評(píng)價(jià)多個(gè)決策單元（DMU）間相對(duì)有效性的分析方法[17]。目前已用于企業(yè)運(yùn)營(yíng)效率的分析、環(huán)境方面的建模、人類發(fā)展指數(shù)的計(jì)算等多個(gè)領(lǐng)域。

DEA模型運(yùn)行的原理是通過保持DMU的輸入或輸出不變，借助于數(shù)學(xué)規(guī)劃和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定相對(duì)有效的生產(chǎn)前沿面，將各個(gè)DMU投影到DEA的生產(chǎn)前沿面上，并通過比較DMU偏離DEA前沿面的程度來評(píng)價(jià)各個(gè)DMU的相對(duì)有效性。

DEA模型的原型稱為評(píng)價(jià)模型（），用于評(píng)價(jià)n個(gè)DMU之間的相對(duì)效益，但該模型為弱DEA有效，因此考慮其的對(duì)偶規(guī)劃問題（），假設(shè)每個(gè)DMU都有m種輸入和s種輸出：

其中，Xij為DMUj在輸入指標(biāo)i上的數(shù)值，ykj為DMUj在輸出指標(biāo)k上的數(shù)值，θ為DMU的相對(duì)有效值，λj為DMUj在各指標(biāo)上的權(quán)重。根據(jù)魏權(quán)齡[18]的證明，利用線性規(guī)劃的對(duì)偶定理和松緊定理，可以得到若（）的任意最優(yōu)解θ0，λj0，j=1，2，…，n，都滿足：則稱DMUj0為DEA有效。

因此本文將采用（1）式計(jì)算各備件的相對(duì)效率值。權(quán)重的確定是評(píng)價(jià)各個(gè)DMU相對(duì)效率值的關(guān)鍵，而DEA模型可以通過目標(biāo)優(yōu)化而確定各個(gè)指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重。綜上所述，DEA）模型進(jìn)行各DMU間相對(duì)效率的求值是有效的，θ越大表示備件越需要引起重視。

4.2 模型中輸入輸出指標(biāo)的選擇原則

用DEA模型評(píng)價(jià)時(shí)，首先要確定所選擇的分類指標(biāo)是輸入還是輸出指標(biāo)，對(duì)于（1）式中輸入、輸出指標(biāo)的確定，魏權(quán)齡[18]做出了證明：用DEA對(duì)效率值進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，輸入值越小，而輸出值越大，此時(shí)的θ就越大，表示該決策單元越有效，該備件越重要。

本文對(duì)分類指標(biāo)劃分為輸入、輸出指標(biāo)的原則是：若動(dòng)車組備件的某個(gè)指標(biāo)越小越值得重點(diǎn)關(guān)注，該指標(biāo)分為輸入指標(biāo)；若動(dòng)車組備件的某個(gè)指標(biāo)度量越大越值得重點(diǎn)關(guān)注，則該指標(biāo)應(yīng)歸為輸出指標(biāo)。

因此輸入指標(biāo)：供應(yīng)商數(shù)量、可修復(fù)率、備件的可替代性。輸出指標(biāo)：備件的故障率、年需求量、采購提前期、維修時(shí)間、采購成本、維修成本、備件失效對(duì)設(shè)備的影響程度、設(shè)備失效對(duì)動(dòng)車的影響程度。

表3 動(dòng)車組各備件相對(duì)效率值及分類結(jié)果

4.3 DEA-ABC分類法

根據(jù)上述對(duì)DEA模型可以得出各備件相對(duì)效率，最后結(jié)合ABC分類對(duì)備件進(jìn)行分類，即為DEA-ABC分類法。具體步驟如下：

步驟一：建立分類指標(biāo)體系，并設(shè)計(jì)分類指標(biāo)及其賦值原則；

步驟二：對(duì)步驟一中的指標(biāo)劃分輸入指標(biāo)和輸出指標(biāo)；

步驟三：對(duì)分類對(duì)象按照賦值原則，進(jìn)行指標(biāo)賦值；

步驟四：將數(shù)據(jù)代入（1）式中，求出各分類對(duì)象的θ值；

步驟五：類似ABC分類法，將θ值按從大到小的順序進(jìn)行排序，并分類。

5.動(dòng)車所備件實(shí)例分析

5.1 實(shí)例概況

本文以北京某動(dòng)車所為例，對(duì)上述11個(gè)指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，參考楊冀[17]關(guān)于動(dòng)車組備件消耗量的部分?jǐn)?shù)據(jù)以及中國物流年鑒的數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行整理，結(jié)果部分展示如表2：利用公式（1）的DEA相對(duì)效率評(píng)價(jià)的原理和Matlab編程，將上述數(shù)據(jù)代入模型中，對(duì)備件的相對(duì)重要程度值進(jìn)行評(píng)價(jià)。再根據(jù)ABC分類的原則進(jìn)行分類。結(jié)果如表3：

5.2 結(jié)果分析

由表3可知，相對(duì)效率值最高的前6個(gè)備件為核心備件，即在庫存管理過程中需非常重點(diǎn)關(guān)注的備件，相對(duì)效率值最低的后15個(gè)備件為普通備件，這些備件無需投入過多資源進(jìn)行監(jiān)控也無需進(jìn)行大量備貨。

將DEA-ABC分類法與ABC分類法的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，可看出上述30個(gè)備件樣本中，有57%的備件分類結(jié)果發(fā)生了變化。該方法改善了ABC分類法中評(píng)價(jià)指標(biāo)單一的缺點(diǎn)，例如聯(lián)軸器，在傳統(tǒng)ABC分類中由于消耗金額適中所以被分為B類。但是聯(lián)軸器對(duì)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)置的影響較高、可替代性很低，所以是重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。因此綜合考慮后應(yīng)劃分為核心備件。例如，側(cè)門在動(dòng)車組內(nèi)的數(shù)量較多金額高，但是屬于服務(wù)性備件，損壞時(shí)對(duì)動(dòng)車組的運(yùn)行影響非常小，采購提前期很短可以較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)其需求。因此相對(duì)其他備件，側(cè)門門頁并不是重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象，所以歸為普通備件。

該方法綜合考慮各個(gè)指標(biāo)，將具有損壞率高、采購提前期較長(zhǎng)導(dǎo)致需求無法準(zhǔn)確估計(jì)、失效影響較大等特征的備件分為A類，有利于對(duì)這類備件采取實(shí)時(shí)監(jiān)控的措施，保證這類備件得到及時(shí)供應(yīng)，避免缺貨引起的維修等待時(shí)間過長(zhǎng)。而具有故障率低、失效時(shí)對(duì)設(shè)備影響較小等特點(diǎn)的備件被分為另一類，該類備件不應(yīng)保有過多庫存，甚至可以考慮“零庫存”的管理模式，避免庫存利用率低而導(dǎo)致的資金浪費(fèi)。

綜上所述，DEA-ABC分類法的優(yōu)點(diǎn)是綜合考慮多個(gè)分類因素，也可改善我國動(dòng)車組部分備件庫存出現(xiàn)缺貨或冗余的現(xiàn)狀。因此DEA-ABC的分類方法較ABC分類結(jié)果更全面，較我國現(xiàn)有動(dòng)車組備件分類方法更科學(xué)，也有利于進(jìn)一步的庫存決策的選擇。例如核心備件可采取（s，Q）的庫存策略，需要在管理過程中實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證較高的服務(wù)水平，避免缺貨；而一般備件則定期進(jìn)行盤點(diǎn)，不需要保持很高的服務(wù)水平、減少安全庫存，不必耗費(fèi)過多精力。

6.結(jié)論

本文根據(jù)動(dòng)車組備件的特點(diǎn)和RAMS標(biāo)準(zhǔn)，從可靠性、可維修性、可用性、經(jīng)濟(jì)性、安全性5個(gè)維度建立了動(dòng)車組備件的分類指標(biāo)體系，設(shè)計(jì)了可量化評(píng)價(jià)的11個(gè)分類指標(biāo)，考慮DEA模型指標(biāo)的分類原則將11個(gè)指標(biāo)分為輸入、輸出指標(biāo)，再利用DEA對(duì)偶模型計(jì)算備件的相對(duì)效率即相對(duì)重要性，最終利用ABC分類原則將備件分為核心備件、重要備件、普通備件三類。

本研究用以某動(dòng)車所的備件數(shù)據(jù)作為算例，利用DEA模型進(jìn)行計(jì)算，將DEA-ABC分類結(jié)果與傳統(tǒng)ABC分類結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，可看出DEA-ABC分類能更全面的對(duì)動(dòng)車組備件進(jìn)行分類，且分類方法更有利于選擇合理的庫存策略，以解決我國動(dòng)車組備件庫存缺貨和冗余的現(xiàn)狀。本文提出的分類方法可為動(dòng)車制造所和動(dòng)車段的備件庫存管理提供一個(gè)可供參考的分類體系及分類方法，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組備件的科學(xué)控制。

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