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        核電站備件庫存金額預(yù)測方法

        2022-01-24 07:33:30鄧孝林謝宏志
        物流技術(shù) 2022年1期
        關(guān)鍵詞:領(lǐng)用備件大修

        鄧孝林,謝宏志

        (中廣核核電運營有限公司 備件中心,廣東 深圳 518124)

        0 引言

        備品備件的保障對核電站的安全穩(wěn)定運行具有重要意義,然而過高的備件庫存會增加電廠的運營成本,因此,需要對備件庫存進(jìn)行管控,在保障供應(yīng)和控制庫存之間尋求一個合理的平衡點。不同核電站的備件庫存結(jié)構(gòu)有差異性,其所存在的庫存問題也不盡相同,新運營機(jī)組處于庫存建立階段,其庫存呈現(xiàn)上升趨勢,成熟機(jī)組處于庫存穩(wěn)態(tài)階段。通過對核電站的庫存進(jìn)行預(yù)測,梳理出核電站未來的入庫金額、領(lǐng)用金額、庫存金額,備件管理人員可以基于此開展相關(guān)庫存優(yōu)化工作,實現(xiàn)核電站備件庫存的精細(xì)化管理。

        目前,供應(yīng)鏈管理領(lǐng)域已有相對成熟的庫存預(yù)測方法,主要包括回歸分析預(yù)測法、時間序列分析法、灰色預(yù)測法、馬爾科夫預(yù)測法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測法等。然而核電站大部分備件的領(lǐng)用記錄較少,對于任意一個備件而言,其對應(yīng)的現(xiàn)場安裝數(shù)量有限,與生產(chǎn)銷售型企業(yè)庫存所面臨的龐大目標(biāo)客戶群相比較差異性較大,核電備件的需求量具有較大的不確定性。此外,很多核電備件都屬于定制產(chǎn)品,供應(yīng)商需要接到訂單后才進(jìn)行生產(chǎn),部分備件的采購周期超過12個月,遠(yuǎn)超過常規(guī)商品,因此,不能使用生產(chǎn)銷售型企業(yè)通用的庫存預(yù)測方法對核電備件庫存金額進(jìn)行有效預(yù)測?;诖耍疚脑O(shè)計了一種對入庫金額和領(lǐng)用金額進(jìn)行預(yù)測的方法,通過入庫金額和領(lǐng)用金額對庫存金額進(jìn)行預(yù)測,并選用某核電站的數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真驗證,當(dāng)預(yù)測時長為12個月時,入庫金額預(yù)測的平均相對誤差為7.77%,領(lǐng)用金額預(yù)測的平均相對誤差為7.83%,庫存金額預(yù)測的平均相對誤差為3.59%。

        1 庫存金額計算方法

        各核電站的庫存金額都是一個動態(tài)變化的數(shù)據(jù),當(dāng)核電站的入庫庫存金額大于消耗庫存金額,庫存金額呈現(xiàn)上升趨勢;當(dāng)電站的入庫庫存金額小于消耗庫存金額,庫存金額呈現(xiàn)下降趨勢。庫存金額的計算公式見式(1),其中S為+1時間的庫存金額,S為時間的庫存金額,R為時間的入庫金額,L為時間的領(lǐng)用金額。

        入庫金額可以進(jìn)一步細(xì)分為PO入庫金額(已與供應(yīng)商簽署采購合同)、已審批PR入庫金額(已審批采購申請,尚未與供應(yīng)商簽署采購合同)、新審批PR入庫金額(尚新審批的采購申請)、工程期間剩余備件入庫金額。入庫金額的計算公式見式(2),其中1為時間的PO入庫金額,2為時間的已審批PR入庫金額,3為時間的新審批PR入庫金額,4為時間的工程期間剩余備件入庫金額。

        領(lǐng)用金額可以進(jìn)一步細(xì)分為大修領(lǐng)用金額和日常維修領(lǐng)用金額。領(lǐng)用金額的計算公式見式(3),其中1為時間的大修領(lǐng)用金額,2為時間的日常維修領(lǐng)用金額。

        2 入庫金額計算方法

        入庫金額是由PO入庫金額、已審批PR入庫金額、新審批PR入庫金額、工程期間剩余備件入庫金額組成,其中工程期間剩余備件入庫金額只是在核電站運營前期出現(xiàn),一般情況下,通過合理規(guī)劃可以有效預(yù)測工程入庫金額,本節(jié)重點介紹其余三種入庫金額的計算方法。

        2.1 PO入庫金額

        鑒于當(dāng)前核電備件供應(yīng)鏈管理的現(xiàn)狀,供應(yīng)商沒有全部實現(xiàn)按照采購訂單中的計劃交貨時間進(jìn)行入庫,即在任何時間都可以將PO訂單分為兩部分,第一部分是計劃在當(dāng)前時間之前入庫,但實際尚未入庫的訂單;第二部分是計劃在當(dāng)前時間之后入庫,實際尚未入庫的訂單。針對這兩部分的訂單,都需要通過計算其在歷史上的訂單入庫金額分布情況,從而對未來的入庫金額進(jìn)行預(yù)測。

        通過提取核電站歷史PO入庫金額以及對應(yīng)采購訂單的計劃入庫日期,可以計算出式(6)的參數(shù)矩陣,為了減少核電站某些時間出現(xiàn)大量PO入庫或者少量PO入庫對參數(shù)矩陣的影響,提升預(yù)測精度,可以通過綜合過去個月的入庫金額數(shù)據(jù),計算參數(shù)矩陣,其中距離當(dāng)前時間越近的權(quán)重越大。令需計算的參數(shù)矩陣為,-1時間已計算的參數(shù)矩陣為,-m時間已計算的參數(shù)矩陣為K,權(quán)重系數(shù)為,其取值范圍為0~1之間,由此可以計算出參數(shù)矩陣,見式(7)。

        2.2 已審批PR入庫金額

        已審批PR入庫金額與PO入庫金額的計算方法相似,均是通過統(tǒng)計電廠歷史入庫情況,計算出計劃在某時間入庫的采購訂單實際入庫時間的概率分布。首先計算當(dāng)前已審批PR金額,將其賦值為2,通過統(tǒng)計電廠歷史入庫情況,可以計算出計劃在某時間入庫的采購訂單實際入庫時間的概率分布。針對未來個月的預(yù)測入庫金額,可以建立一個1的矩陣,即[,...,p],其中是指已審批PR訂單中在1時間的入庫金額占比,p是指已審批PR訂單中在時間的入庫金額占比,通過式(8)可以計算已審批PR入庫金額。為了提升預(yù)測精度,參考2.1章節(jié)的方法,可以通過綜合過去個月的入庫金額數(shù)據(jù),計算已審批PR入庫金額的參數(shù)矩陣,其中距離當(dāng)前時間越近的權(quán)重越大。

        2.3 新審批PR入庫金額

        新審批PR入庫金額與已審批PR入庫金額的計算方法相似,計算未來每個月預(yù)計新審批PR金額,可選用過去個月審批PR金額的平均值,將其賦值為3。在1時間的新審批PR金額為3,則其預(yù)測入庫金額為3[,...,p];在2時間的新審批PR金額仍為3,由于2在1時間之后,故2時間新審批PR金額的預(yù)測入庫金額為3[0,...,p];同理可計算時間新審批PR金額的預(yù)測入庫金額為3[00]。將參數(shù)矩陣展開為的矩陣,對角線的值為,通過式(9)可以計算新審批PR的預(yù)計入庫金額。

        3 領(lǐng)用金額計算方法

        3.1 大修領(lǐng)用金額

        對某核電站的大修備件領(lǐng)用金額進(jìn)行預(yù)測,需要先梳理未來的大修分布,對每一個大修的領(lǐng)用總金額進(jìn)行預(yù)測,并將預(yù)測的金額分配到每個月。核電站的大修可以分為年度大修、十年大修和首輪大修,由于十年大修的樣本較小,本文重點分析年度大修和首輪大修的預(yù)測方法。經(jīng)梳理某成熟機(jī)組的年度大修金額與大修天數(shù)的分布,進(jìn)行線性擬合,并對同類型機(jī)組的年度大修金額進(jìn)行預(yù)測。由于新機(jī)組首輪大修金額與大修天數(shù)的相關(guān)性不明顯,故將歷史首輪大修金額的平均值作為未來首輪大修金額的預(yù)測值。以某核電站的13個大修為例,如圖1所示,預(yù)測的大修金額與實際大修金額的平均相對誤差為9.5%。

        圖1 大修金額與天數(shù)的關(guān)系以及預(yù)測值與實際值對比圖

        確立了大修金額的計算方法,需要進(jìn)一步分析大修領(lǐng)用金額在時間維度上的分布。經(jīng)梳理某核電站10個大修備件領(lǐng)用金額占比分布,如圖2所示,絕大部分大修備件都是在大修開工前15d至大修開工后30d之間進(jìn)行領(lǐng)用,其領(lǐng)用金額占比約為93.9%。

        圖2是按照天進(jìn)行分布計算,若要按照月進(jìn)行預(yù)測,則需要將大修領(lǐng)用金額分布分解到大修開始前一個月、大修開始的月份、大修開始后一個月?;诖笮揲_工的具體日期,結(jié)合圖2中的大修領(lǐng)用金額分布情況,可以計算出大修開工日期前后月份領(lǐng)用金額占比分布,如圖3所示,若某個大修的開工日期為15號,則在開工日期前一個月的領(lǐng)用金額占比為6.3%,在開工日期所在月的領(lǐng)用金額占比為76.6%,在開工日期后一個月的領(lǐng)用金額占比為17.1%。

        圖2 大修備件領(lǐng)用金額分布圖

        圖3 大修開工日期前后月份領(lǐng)用金額占比分布圖

        3.2 日常維修領(lǐng)用金額

        日常維修領(lǐng)用金額通常選取過去某段時間的平均值,例如某核電站某年單堆日常維修領(lǐng)用金額等于過去三年單堆日常維修領(lǐng)用金額的均值。如圖4所示,某核電站的日常維修預(yù)測領(lǐng)用金額與實際領(lǐng)用金額的平均相對誤差為25.5%。若要預(yù)測某核電站每個月的日常維修領(lǐng)用金額,只需要使用預(yù)測的年度單堆日常維修領(lǐng)用金額預(yù)測值乘以核電站的堆數(shù)后再除以12。

        圖4 年度單堆日常維修領(lǐng)用金額預(yù)測圖

        4 仿真試驗

        基于本文中入庫金額的計算方法和領(lǐng)用金額的計算方法,對某核電站的入庫金額、領(lǐng)用金額、庫存金額進(jìn)行預(yù)測,并與真實值進(jìn)行對比分析。

        4.1 入庫金額預(yù)測

        基于2.1節(jié)、2.2節(jié)、2.3節(jié)的計算方法,對某核電站的PO入庫金額、已審批PR入庫金額、新審批PR入庫金額進(jìn)行預(yù)測。在某時間對未來24個月的入庫金額預(yù)測結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看出,隨著預(yù)測時間的增加,PO入庫金額的占比逐步下降,新審批PR入庫金額的占比逐步上升。在預(yù)測的前6個月中,PO入庫金額占了較大的比例,在預(yù)測的后12個月中,新審批PR入庫金額占了較大的比例。

        圖5 未來24個月的入庫金額預(yù)測圖

        為進(jìn)一步評估入庫金額的預(yù)測效果,對未來1個月、未來3個月、未來6個月、未來12個月的交貨金額進(jìn)行了滾動預(yù)測,如圖6所示。由于每個月的入庫金額具有一定的隨機(jī)性,在對未來1個月的入庫金額進(jìn)行預(yù)測時,平均相對誤差為37.9%。隨著預(yù)測時長的增加,可以在一定程度上抵消入庫金額的波動性,當(dāng)預(yù)測時長為3個月時,平均相對誤差為21.1%;當(dāng)預(yù)測時長為6個月時,平均相對誤差為6.7%;當(dāng)預(yù)測時長為12個月時,新審批PR入庫金額的權(quán)重增加,而未來新審批PR的金額具有一定的隨機(jī)性,故總體平均相對誤差為7.7%,較6個月的預(yù)測誤差有所增加。

        圖6 不同預(yù)測區(qū)間的入庫金額預(yù)測圖

        4.2 領(lǐng)用金額預(yù)測

        基于3.1節(jié)、3.2節(jié)的計算方法,對某核電站的大修領(lǐng)用金額、日常維修入庫金額進(jìn)行預(yù)測。在某時間對未來24個月的領(lǐng)用金額預(yù)測結(jié)果如圖7所示。在存在多個大修重疊的情況下,部分月份的預(yù)測領(lǐng)用金額會處于高位。

        圖7 未來24個月的領(lǐng)用金額預(yù)測圖

        為進(jìn)一步評估入庫金額的預(yù)測效果,對未來1個月、未來3個月、未來6個月、未來12個月的領(lǐng)用金額進(jìn)行了滾動預(yù)測,如圖8所示。由于存在部分大修備件領(lǐng)用后未安裝在現(xiàn)場,大修結(jié)束后將已領(lǐng)出來的備件退回倉庫,由此導(dǎo)致某些月份的實際領(lǐng)用金額統(tǒng)計值較低,甚至出現(xiàn)領(lǐng)用金額為負(fù)值的情況。為了避免因為實際領(lǐng)用金額為負(fù)值,導(dǎo)致相對誤差數(shù)值失真,故在計算平均相對誤差時已剔除領(lǐng)用金額為負(fù)值的月份。在對未來1個月的領(lǐng)用金額進(jìn)行預(yù)測時,平均相對誤差為24.6%。隨著預(yù)測時長的增加,可以在一定程度上抵消入庫金額的波動性,當(dāng)預(yù)測時長為3個月時,平均相對誤差為20.6%;當(dāng)預(yù)測時長為6個月時,平均相對誤差為13.0%;當(dāng)預(yù)測時長為12個月時,平均相對誤差為7.8%。

        圖8 不同預(yù)測區(qū)間的領(lǐng)用金額預(yù)測圖

        4.3 庫存金額預(yù)測

        基于4.1節(jié)和4.2節(jié)的預(yù)測數(shù)據(jù),對未來1個月、未來3個月、未來6個月、未來12個月的庫存金額進(jìn)行了滾動預(yù)測,如圖9所示。不同預(yù)測區(qū)間的入庫金額、領(lǐng)用金額、庫存金額的相對誤差分布如圖10所示。針對庫存金額預(yù)測,在對未來1個月的庫存金額進(jìn)行預(yù)測時,平均相對誤差為1.77%;當(dāng)預(yù)測時長為3個月時,平均相對誤差為3.25%;當(dāng)預(yù)測時長為6個月時,平均相對誤差為3.31%;當(dāng)預(yù)測時長為12個月時,平均相對誤差為3.59%。隨著預(yù)測時長的增加,各種不確定因素也會增加,故庫存金額預(yù)測的準(zhǔn)確度會逐漸降低。

        圖9 不同預(yù)測區(qū)間的庫存金額預(yù)測圖

        圖10 入庫金額、領(lǐng)用金額與庫存金額相對誤差分布圖

        5 結(jié)語

        核電站備件入庫金額和領(lǐng)用金額決定了庫存金額的變化趨勢,本文提出了一種對核電站備件入庫金額和領(lǐng)用金額的預(yù)測方法,并基于此對備件庫存金額進(jìn)行預(yù)測,當(dāng)預(yù)測時長為1個月時,庫存金額的平均相對誤差為1.77%;當(dāng)預(yù)測時長為12個月時,庫存金額的平均相對誤差為3.59%,基本能夠滿足核電備件管理中對庫存金額預(yù)測精度的要求。

        若要提升庫存金額預(yù)測的準(zhǔn)確度,需提升入庫金額和領(lǐng)用金額預(yù)測的準(zhǔn)確度。針對入庫金額的預(yù)測,由于不同供應(yīng)商的按期交貨的分布不同,可以將未來待交貨的采購訂單按照供應(yīng)商維度展開,分別計算每個供應(yīng)商的按期交貨分布,由此提升整體入庫金額預(yù)測的準(zhǔn)確度。針對領(lǐng)用金額的預(yù)測,可以將領(lǐng)用金額細(xì)分為大修計劃性維修、大修非計劃性維修、日常計劃性維修、日常非計劃性維修四個部分,其中計劃性維修可以通過維修大綱梳理對應(yīng)備件的需求,計算備件的領(lǐng)用金額,非計劃性維修參照歷史同期領(lǐng)用數(shù)據(jù),計算備件的領(lǐng)用金額,由此提升領(lǐng)用金額預(yù)測的準(zhǔn)確度。

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