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北京交通大学 博士学位论文 备件物流配送网络规划研究 申请学位级别：博士 专业：管理科学与工程 摘要摘要 备件物流是一种以保证备件及时有效供应为目的，从而为企业的f常运作和产品售后服务提供支持的综合性物流活动。它是企业售后服务中必不可少的组 成部分，它可以通过销售备件为企业创造直接的利润，并且能够培养客户的忠诚度和 提高客户的满意度，从而间接地为企业创造可观利润；它能降低企业的运作成本并能通过对故障部件的循环利用，可以有效地保护环境进而创造巨大的社会效益。因此， 备件物流逐渐引起了产业界和学术界的共同关注，也构成了论文选题的意义所在。备件物流具有诸多特殊属性，因此不能将产成品物流或在制品物流的运作模式直 接应用到备件物流中。在备件物流的诸多研究方向中，由于备件物流特性分析是所有备件物流系统设计的起点，而配送网络规划对备件物流系统的运作成本和服务水平影 响甚巨，因此本文选择备件物流的特性分析和配送网络规划问题作为主要研究对象。本文首先详细分析并总结了在备件物流系统设计时需要着重考虑的特殊属性：在 库存管理方面，备件库存管理在功能、关键影响因素、分类原则、需求分布的规则性、 库存成本构成比例、库存控制策略等方面同产成品和在制品存在很大不同；在采购方面，备件在采购数量、备件供应来源、供应商选择和采购策略等方面均与产成品不同： 在客户服务方面，备件物流的服务水平要求更高，服务周期更长；在物料供应方面， 备件采用双向闭环的流动方式、流动数量相对较少、但品种要比产成品多得多；在运输方面，备件运输通常由第三方物流服务供应商承担，备件的运输方式除了传统的公 路和铁路运输之外，还经常采用航空作为缺货时的紧急运输方式。因此针对备件物流的特征分析有利于进一步研究备件配送网络规划问题。 本文从第三章开始重点研究备件配送网络规划问题。论文首先对物流配送网络规划问题进行了文献综述。在此基础上，分别针对备件配送网络规划中的两 个主要问题( 备件配送网络设计与备件库存控制问题) 进行深入研究，具体内容如下：1 备件配送网络设计问题研究：本文详细论述了备件配送网络的具体设 计内容、设计时需要权衡的目标以及一般设计流程，并根据备件运输费率特点一一按重量计费和按区计费模式，提出一种全新的备件配送网络设计策略一一 尽量减少备件转运次数，延长备件配送的平均距离，而配送中心的服务半径墩 a b s t r a c t s p a r ep a r tl o g i s t i c ss y s t e m b ya n a l y z i n gi t si o g i s 石c ss y s t e m ，i tc a nb eo p t i m i z e d d u r l n gt h ep r o c e s so fd e s i g n i n go fd i s t b u l i o nn e t w o r k t h e n ，b a s e do nt 1 1 ea b o v e a n a l y s l s k e yp a r t sl n v e n t o r yc o n t r o lp o i i c yh a sb e e nd e v e i o p e d t h eo p t l m i z a “o n g e l sr e l a t i v e i yg o o dr e s u i t s t h em o d e lw h i c ht h i sp a p e rs t u d i e si sd e m o n s t r a t e d t o b ev a di n 陀a t y k e yw o r d s ：s p a r ep a r ti o g i s t i c s ， c h a r a c t e r l s t i c sa n a l y s i s ，s p a r ep a r td i s tr b u l i o n n e t w o r kd e s i g n ，r e c o v e r a b i es p a r ep a r ti n v e n t o r yc o n t r o i 图表索g 图表索弓 图1 1 汽车业备项经营活动的利润率【b l 2 幽1 2 售斤服务的满意率对顾客再次购灭意向的影响”j 3 幽1 31 2 公司对售后服务成本优化的分析( 2 0 0 0 ) pj ，7 幽l 一4 物流活动的成本构成1 9j 8 图1 5 研究架构， 13 幽2 1 计算机行业备件物流成本构成”】9 幽2 2 产品与备件生命周期夫系示意剖i jj 2 1 幽2 3 故障设备现场维修服务活动时序图pj 2 3 幽3 1 加工前后物料重量变化对，1 ：厂选址的影响2 9 到3 2 一个典刑的备什配送网络示意图 3 8 幽4 1 备件配送网络设计流程示意图5 3 图4 2 贪婪算法实现流程图6 0 图5 1c d c 中的随机延误6 8 圈6 1 可修复类备件的流动方式示意图8 1 图6 2 可修复类备件的流动方式示意图 8 2 倒6 3 配送中心服务半径对区域配送中心数目的影响9 0 酗6 _ 4 配送中心服务、r 径对成本节约的影响9 1 幽6 5h 公司备件库存系统示意围9 2 幽6 6 备件需求个数与库存数目优化效果关系示意幽9 5 幽6 7 备件需求个数与库存数 x 独创性声明 y 8 8 0 2 2 二 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽本人所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教学机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一起工作的同志对本研究所做的任何贡献已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 本人签名： 日期：丛年堕月日 1 引论 第一章引论 备件物流( s p a r ep a r tl o g i s t i c s ) 是一种以保证备件及时有效供应为目的，从而 为企业的正常运作和产品售后服务提供支持的综合性物流活动。它起源于设备的维修 服务，涵盖几乎所有的传统物流活动形式：采购物流、生产物流、销售物流、回收物 流和废弃物物流，是一种前向和反向物流的综合体。 备件物流活动广泛存在于军事工业( 特别是海军和空军) 和民用工业中( 如飞机 制造业、汽车，通讯，电子，计算机和其他高科技设备制造业) “”。在这些行业中， 单个企业的备件库存价值就高达数千万，甚至是数亿美元的规模。3 。据联合包裹公司 ( u p s ) 统计，在2 0 0 3 年，全球各个行业的备件物流成本总和已经达到2 1 0 亿美元之 巨，并以每年7 的比率增长。”。在确保客户服务水平的前提下，备件物流活动已经 成为各个企业成本控制的重点，同时引起了产业界和学术界广泛关注和高度重视。 1 1 研究背景 备件物流不但能确保企业正常的运作，而且已经成为企业售后服务越来越重要的 组成部分，通过培养客户忠诚度和提高客户满意度，进而为企业直接或间接地创造利 润。但同时，备件物流还存在许多与产成品物流不尽相同的地方，因此传统的产成品 物流管理模式已经不能完全适用于备件物流。另外，在不同的行业，由于产品特性、 维修模式等因素的不同，又使备件物流的管理更加复杂。这就是我们研究备件物流的 所处背景。 1 1 1 现实背景 a 备件物流已经是企业售后服务中必不可少的组成部分 售后服务是一项在产品已经交付到顾客手中之后，对产品进行各项支持的活动。 在很多行业( 如计算机主机制造行业及飞机制造业等) 中，售后服务是至关重要的。 卓越的售后服务能够增加客户首次购买和重复购买的可能性，进而扩大产品的市场份 额。 根据可靠性的理论，不管生产原料的质量、技术人员的设计水平和工人的制造加 工装配水平如何，任何产品都有可能在将来的某个时间不再符合设计规格要求，从而 北京交通大学博士学位论文 发生故障。另外，相当多的产品十分复杂，它们对使用环境有各种要求，为了保持征 常的功能和性能，它们往往需要定期的保养。最后还有一种情况，某些产品( 例如汽 车等) 必须在已经安装到位或投入使用的时候，对其部分模块进行持续不断的升级和 改进。当上述情况发生时，产品就需要相应的制造商提供维修这种重要的售后服务。 维修是与产品的使用相伴而生，互为依存，密不可分的。它包括产品维护和修理 两种活动。维护是为了保持、延长或改善提高产品性能而实施的技术活动；修理则是 为了恢复或改进提高产品原有性能而实施的技术活动。维修服务的出发点是对现有产 品或设备的再利用，维修服务最基本的作用是优化投资回报、延长设备或产品的使用 寿命周期，减少生产费用以及避免事故和技术性灾难，从而对资产进行充分的再利用 并避免产生过多的废弃物。上述作用不但体现了经济的原则，而且还符合可持续发展 的要求。因此，近些年来，维修业有了巨大的发展，已经从生产的从属地位转变成为 社会经济的重要支柱行业。 在维修活动中，维修工程师只有在正确的时间，正确的地点，并借助正确的备件， j 能开展于常的维修服务。为了f 常开展维修服务，消除备件生产和消费之问存在的 时叫与空间的差别，人们开展了备件物流活动，来统一管理其所涉及的备件采购、m 产、销售、呆滞备件处理、故障备件维修、翻新等活动，以期在满足客户售后服务水 平的前提下，尽量降低成本，提高企业的竞争力。 信用人寿保险 延伸服务计划 维修保养工作 维修保养备件 则产伤r 险 机赁融资 传统融赍 手车销售_ 新年销售 】口 o 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 利润率 图1 1 汽车业各项经营活动的利润率“ 1 引论 社会效益。同时也会提升产品的美誉度和企业的绿色形象。例如施乐公司通过完善合 理的备件物流系统设计，实现复印机多种零部件的检测、翻新、回收利用和重新制造， 这使其在经济效益增加的同时，大大减少了不可回收垃圾的产生，产生了巨大的社会 效益企业自身也获得了良好的公众形象。 1 1 2 行业背景 本文是以一个典型的i t 企业作为研究背景，在其备件物流系统的研究过程中发 现，i t 行业的诸多特点使备件物流活动更具战略意义，具体表现在以下两个方面。 ( 1 ) i t 产品同质化明显，售后服务渐成核心竞争力，备件物流同益重要。 在i t 行业，个人电脑( p c ) 占有举足轻重的地位。而在当前的p c 市场，同质化 现象已经成为一个普遍的问题。在配置相同的情况下，各品牌p c 之间的性能差别基 本上在5 之内，而这5 的差别在具体的应用时用户很难清楚地感受到。 2 0 0 3 年1 月，市场调查公司g a r t n e r 发布了对2 0 0 2 年第四季度的主要p c 部件 的市场占有率调查，统计结果显示： 在p c 微处理器领域，英特尔的市场份额为8 2 7 ，a m d 的市场份额为1 5 5 ，威 盛科技与全美达占有其余1 8 的市场份额。 在内存领域，三星公司以2 9 7 的市场份额稳居全球内存的龙头地位，韩国现代 半导体以1 7 1 的市场份额居次席，美国美光以1 5 3 | j 6 排名第三，英飞凌则以1 4 1 的市场份额排名第四。 在主板制造领域，华硕、h o nh a i ( f o x c o n n ) 、e c s 、m s i 和技嘉( g i g a b y t e ) 血大 主板厂商占总体出货量的7 2 。 在硬盘制造领域，希捷科技、迈拓公司、西部数据、同立公司和三星公司分别占 据了3 1 ，3 0 ，1 6 ，1 6 和7 的市场份额。 p c 的同质化由此可见一斑。除了硬件组成的同质化，在个人电脑的功能方面， 各种p c 也是大同小异。即使不否认某些品牌的p c 在可靠性、易用性等方面确典有高 人一筹之处，但总的来说，各品牌之间在产品技术层面的差距已经越来越小，独特的 东西已经很难找寻。 在充分市场竞争的现代社会，顾客可选择的同类产品数量众多，同时各个产品往 往差异不大，此时售后服务就成为企业展开差异化竞争的重要手段，成为影响消费者 购买的重要因素。而作为支撑售后服务的备件物流，其运作效率往往决定了售后服务 处理的速度、成本和质量，因而也变得尤为重要。 北京交通人学博十学何论文 ( 2 ) 产品更新速度快，导致备件种类多，备件呆滞比率高。 在i t 业，产品更新速度很快，以i n t e l 公司的奔腾系列微处理器推出时间为例， 足以见证这一事实。 1 9 9 3 年3 月，i n t e l 公司f 式推出p e n t i u m ； 1 9 9 6 年，i n t e l 公司正式推出p e n t i u mp r o ： 1 9 9 6 年底，i n t e l 公司正式推出p e n t i u mm m x ( 多能奔腾) 处理器； 1 9 9 7 年5 月，i n t e l 公司正式推出p e n t i u mi i ； 1 9 9 8 年，i n t e l 公司j 下式推出c e l e r o n 赛扬处理器； 1 9 9 9 年，i n t e l 公司f 式推出p e n t i u mi i i ： 2 0 0 1 年，i n t e l 公司推出p e n t i u mi v 。 产品更新速度快，产品的生命周期相应的不断被缩短。在备件物流中，就自然出 现了新、老各件共同管理，备件种类越来越多，呆滞比率逐渐增高的现象。以i b m 公司为例该公司的备件种类高达2 0 0 0 0 0 余种，支持l 0 0 0 余种产品。1 。与此同时， p c 行业整体平均的备件呆滞率高达1 7 7 ”1 。过多的备件品种和过高的呆滞率极大增 加备件物流管理的难度，相应增加了企业的运营成本。所以在i t 行业，有效的备件 物流管理对降低企业的运作成本至关重要，但同时也必须认识到管理的巨大难度。 1 1 3 问题背景 在备件物流系统设计中所涉及的诸多关键问题中，我们认为备件物流系统的特性 分析和备件配送网络规划问题至关重要。备件物流系统的特性分析之所以重要是因为 它是备件物流系统设计和运作的基础，只有在充分分析备件物流的特性之后才能合理 的选择相应的控制模型和操作模式，进行正确的备件物流系统设计和备件物流运作。 备件配送网络规划是备件物流系统设计中一个重要的战略问题，它将各种物流业 务、各种物流资源和多样的物流信息等要素按照网络方式在一定市场区域内进行规 划、设计、实施，以实现物流系统快速反应和最优总成本等要求的过程。它的核心就 是确定承担物流工作( 功能) 所需要的各类设施的数量、地点、服务区域，各自需要 承担的功能以及其中的备件库存如何分配和控制，各个设施之间的运输政策如何制定 等。通俗地说就是要解决库存放在哪里、在每个设施放多少以及如何运输( 采用的运 输方式、运输费率如何制定等) 的问题。 1 2 公司的调查显示( 如图l 一3 所示) ，一个成功的备件配送网络规划策略( 即 部件分类与优化跨地区的库存平衡活动) 既可以大幅降低售后服务的成本( 售后服务 北京交通人学博十学位论文 就显得尤为重要。在运输领域，人们也时时面临在自0 减运输成本，追求运输资源选择、 配置和利用最优化的前提下，如何维持甚至是增进客户服务水平。在当前顾客对服务 水平要求越来越高的今天，通过合理地备件配送网络规划从而确保和提高服务水平显 得越来越重要。 最后需要指出的是，在备件配送网络规划中，设施的选址、运输政策的制定以及 库存的规划是相互交织在一起，互相制约的。而在现实的情况下，上述三类问题往往 是由不同角色的人分别进行研究的。，每一个人均从自己的角度给出自认为最优的答 案，这就造成不能从全局的角度去优化整个备件物流系统。这种情况也需要我们站在 整个备件物流系统的角度去看待备件配送网络规划问题，把网络设计( 即设施选址) 、 运输政策特性分析和库存规划集成到一起去考虑，并给出定量分析的模型。而这种研 究思路目前还没有找到相关研究成果。 综上所述，备件配送网络规划在备件物流系统整体设计和优化改进中具有相当重 要的地位，先前研究中存在的空白也为这个问题提供了研究的空间，因此本文着重研 究备件配送网络规划问题。 图卜4 物流活动的成本构成“1 。v a j d y a n a t h a nj a y a 旧m a n ，t r a n s p o n a t i o n ，f h c i l 时l o c a t i o na n di n v c n t o i yi s s u e sj nd i s t r j bu l i o nn c t w o r kd e s 嘶1a n i n v e s t i g 砒j o n ，i n t e m 砒i o n a lj o u 丌1 a lo f o p e r a l i o n s p m d u c t i o nm a n a g c m e n t ，1 9 9 8 ( 5 ) ：4 7 i - 4 7 8 ，返篇文献蠢鬈藩 x 1 引论 1 ，2 概念界定、研究对象和研究方法1 2 1 概念界定a 备件( s p a r ep a r t ) 在国内的企业中，往往有“备品备件”的称谓，在1978年版的辞海工程技 术分册(上)“”中也是如此规定的。而在1999年版的辞海1中，就没有出现“备 品备件”的名词而代之以“备件”。因此，本文以下皆用“备件”的称谓，并采用1999 年版辞海对“备件”的定义： “备以替换机器设备中易损部分的零件和部件。为了及时进行维修，保证机器设 备币常运转，用户需要经常备有一定种类和数量的备件。同类备件需要具有可换性。”b 备件物流( s p a r ep a r t l o g i s t i c s ) 备件物流( s p a r ep a r t logistics)是计划、执行、控制备件以及相关信息，从 供应商至消费者的流通与储存过程，从而实现高效率、低成本、满足顾客要求的目标。这个定义借用了美国供应链管理专业委员会( c s c m p ，c o u n c i lo f s u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t professionals)对“物流”的定义“，并将物流对象限制在备件嘶形成 的。本文将使用“备件物流”作为研究对象的唯一称谓。c 服务物流( s e r v i c el o g i s t i c s ) 英阜公司( e x e l ) 曾经对“服务物流( s e r v i c e l o g i s t i c s ) ”进行过如下定义：服务物流是在服务部件领域，为客户提供全面的物流系统设计服务，从而为终端 客户在减少物流活动周转时间，降低运作成本的基础上，提高服务绩效水平。(servicelogisticspresentsatotal109isticsdesignserviceforcustomersintheservicepartsarena，providingtheopportunitytoincreaseoveral1servjceperformancetotheenduserwhilstdeliveringimprovedcycletimesandoperationalcostsavings。)这个定义类似于备件物流，但却采用了服务物流的称谓。美国供应链管理专业委员会用“服务物流(servicelogistics)”表征服务性行业(如医疗卫生行业)中的物流活动，并将其抽象定义为1：服务物流是基于个体的，针对所有客户需求响应活动的管理。(servicelogisticsisdefinedasthemanagementofaetivitiesthatre8pondtocustomersonanindividualbasis。)以后，我们将采用美国供应链管理专业委员会的说法作为“服务物流”的定义，并和备件物流严格区分。9 北京交通大学博十学位论文 ( 3 ) 在备件配送网络设计优化的结果基础上，研究一类在i t 行业中广泛存在的 关键备件库存分配和控制优化问题； ( 4 ) 利用上述的研究成果，并针对某i t 公司备件物流系统的运作现状，对其备 件配送网络设计和关键备件库存控制策略提出改进策略； 1 3 4 创新性工作 本文在以下四个方面开展了一些创新性的工作： ( 1 ) 、从库存管理、备件采购、客户服务、物料和运输等五个方面出发，系统地 总结了备件物流不同于产成品物流和在制品物流的特殊属性。应该说，尽管先前也有 学者对备件物流的特殊属性进行了相关总结，但都是局部考虑而非整体思考的，从这 个意义上讲，这些总结也是一种新颖性工作。 ( 2 ) 、根据备件运输费率以重量为单位的计费特点，提出一种新的备件配送网络 设计策略：尽量减少备件转运次数，延长备件配送的平均距离。并依照该策略设计了 具有一定通用性的，以备件物流系统运作总成本( 含仓库租赁成本、运输成本、库存 相关成本等) 为目标函数的多级备件配送网络优化模型，通过分析业务逻辑，采用贪 婪算法对其进行求解。 ( 3 ) 、根据备件物流系统的地理分布特点，指出不同的区域配送中心在补货提前 期不同的情况下( 区域配送中心的补货提前期作为随机变量，虽然相互独立，并且同 分向，但补货提前期和区域配送中心是相关的) ，对备件库存优化存在明显的影响， 如果不考虑这种差异，在等量库存的情况下，其所能获得的最佳客户服务水平( 备件 订单的满足率) 将会急剧恶化。然后在此基础上，提出在服务水平的约束条件下，最 小化各级别配送中心内的库存数量的库存控制策略，并建立了可修复备件的库存控制 模型，仿真结果表明了模型的有效性。 ( 4 ) 、针对某i t 企业的备件管理系统现状，首次系统地分析了本文研究的配送 网络规划设计模型在i t 企业中的实际应用，企业实际数据的计算分析表明本文提出 的备件物流网络规划模型的可用性 1 4 论文的研究架构 论文共分为七部分，每部分单成一章，总体框架如图1 5 所示。 1 引论 图卜5 研究架构 第一章为引论部分，阐述了论文的研究背景，分析了备件物流在企业经营管理活 动中的重要地位、研究本文所涉及行业的特点和选题的具体原因，然后对该领域的基 本概念做出了明确的界定和澄清，分析了本文的研究目的、研究意义以及主要研究内 容和研究架构。 第二章针对备件物流系统特殊属性进行分析。分别从库存、采购、客户服务、物 料、运输等几个角度出发，全面分析了备件物流系统同产成品物流系统和在制品物流 系统之间的不同点，为分析备件物流网络规划问题提供背景。 第三章主要对备件物流网络规划问题的两个子问题：备件配送网络设计问题、关 键备件库存分配和控制问题进行文献综述，为本文奠定研究基础。 第四章主要研究了备件配送网络设计问题，提出一种基于备件运输费率特点的多 级配送网络设计数学模型，综合权衡运输成本、库存成本和租库成本三项成本，并利 用贪婪算法求得最优解。 第五章主要研究一类关键备件的库存优化问题。根据备件物流系统的物理分布特 点，发现不同区域配送中心从中央配送中心进行补货的提前期不同，这将会对备件库 2 备件物流系统特性分析 2 1 引言 第二章备件物流系统特性分析 与产成品物流、在制品物流相比，备件物流系统存在一些特有特征，这些特征增 加了备件物流管理的难度。因此，备件物流系统的特性分析是所有备件物流系统设计、 具体运作等活动的起点。本章所作的备件物流系统特性分析均是针对其与产成品物流 系统和在制品物流系统的不同之处，总结归纳而成。其中有部分为其他学者的研究成 果，也有部分来自作者的观察，最后通过系统的整理，将其划分为库存管理、采购管 理、客户服务、物料管理和运输管理等五个方面。 2 2 库存管理方面的特殊属性 2 2 1 备件库存的功能不同 首先，备件库存同在制品库存、产成品库存在功能上是不同的。在制品( w l p ， w o r ki np r o c e s s ) 库存的存在是为了消除生产过程中的不规则现象。这种不规则通 常是由不同产品的混线生产、设备故障、各个生产环节的生产速率差异、物料搬运等 因素造成的。产成品库存的存在则是被用来消除提前期的无规律性、产品质量水平差 异、机器生产速率差异、劳资纠纷、调度问题、客户需求同生产能力之间差异等众所 周知的生产方面问题所产生的消极影响。而备件库存的功能则在于帮助维修人员确保 设备处于正常的运行状态n ”。 2 2 。2 备件库存的关键影响因素不同 备件库存与在制品、成品库存的关键影响因素也不尽相同。变更的劳动生产率、 不规律的生产计划、改进的产品质量、缩短的供货时间“”“7 1 等因素均可以影响在制 品和产成品库存，而备件的库存水平很大程度上取决于设备的维修方式。维修方式主 要是从维修模式和维修层次两方面影响备件库存。 ( 1 ) 维修模式对备件库存的影响。 维修存在三种基本模式，分别为事后维修模式、预防性维修模式、预知性维修模 北京交通大学博+ 学位论文 式“”“”“。事后维修模式是只有在系统发生故障之后，需要更换备件时才开展维修 活动，事后维修模式是一种最为普遍的维修模式，广泛存在于各行各业。预防性维修 模式是按照系统的运行规律确定合理的维修周期，定期进行维修，这种维修模式在流 程工业如钢铁行业、化工行业广泛存在，这些企业中的“大修”即是预防性维修。预 知性维修模式是借助于精密的检测设备，及时掌握运行系统的状态信息，并建立相应 的故障判别指标，一俟达到相应指标。就及时更换故障备件，最大限度降低系统的停 机时间，提高系统的可用度。三种维修模式对备件物流的要求也不尽相同。 在事后维修模式下，由于不能预 9 1 4 设备故障的时间、部位及所需更换备件的情况， 备件必须提前储备，并且品种、规格型号以及数量要尽可能地按原设备所配置的要求 储备，以备随时更换。这种备件的储备形式虽十分必要，但也导致了企业内备件库存 的品种、规格型号以及数量大大增加，备件储备的周期过长，占用流动资金过多。事 后维修是最原始的一种维修模式，即使在科技发达国家，管理较先进的企业内，也很 难把一切设备事故都纳入预料之中，因此，设备事后维修模式仍然广泛存在。 在预防性维修模式下，由于设备故障部位、所需更换的备件及设备维修时间已预 定部件的品种、舰格型号以及需求数量相对比较精确，不会导致部件的过剩或积 妇三，且部件的订购及储备周期也己确定，因此备件在工厂内的储存时闻不会太久。此 种备件储备方式，备件不会过多积压，企业的备件投入及流动资金占用比例不会太高。 但预防维修模式主要目的是为防止设备( 包括备件) 的恶化，从而对设备进行提前维 修及更换，一般所更换的部件其使用寿命并非终止，在一定程度上存在着设备过剩维 修及备件过度更换的倾向，因此备件的直接成本较高。 在预知性维修模式下，预知维修不仅能够有效地保持设备的良好技术状态，还可 避免预防维修中的设备维修、备件更换的盲目性和扭转事后维修中的被动局面，最大 限度地提高维修的技术经济效果和充分发挥部件的使用寿命。预知维修的特点决定了 备件在预知维修模式中处于主动地位，基本可以做到备件的订购、品种规格的储备及 储备时| 、b j 都具有很强的针对性，而且能使备件真正地做到物尽其用，充分发挥备件的 使用寿命，备件的更换及储备量将最大限度地减少。但是也必须指出，预知维修模式 往往需要精密昂贵的检测设备，因此其投入成本和技术含量较高，将大大超过事后维 修及一般预防维修模式。 ( 2 ) 维修层次对备件库存的影响。 除了维修模式深刻 次也称维修级别，是由于产品用户分布密度在地域上的不同，各个地方售后服务人员 6 2 备件物流系统特性分析 技术水平差异，从成本角度考虑是不可能让全部市场的维修设施承担所有的维修项 目，必然存在差异，因而维修体系就分列成不同级别不同的维修设施承担数量不 同的维修项目。而维修项目的差异往往要求检测设备也不尽相同，相应维修设施内存 储的备件种类和数量也不相同。一般而言，越是客户集中的地方，往往具有高等级的 维修设施，可以开展更多的维修项目，存储数量和种类更多的备件。 下面以某手机厂家为例“，描述维修级别对备件库存的影响：每一个维修级别， 都要求维修设施内存有相应品种和数量的部件。这家公司具有四个维修级别：包括简 单故障维修，不需拆机壳的故障处理，如更换天线、镜片；一级故障维修，需拆机壳 的故障处理，故障判断直观，一般不需要焊接或只进行简单焊接，如更换外壳、按键、 扬声器、m i c 、马达、u i f 板、主板；二级故障维修，更换简单的电子配件，主板、 u i f 板的加焊。如更换各种接口、电容、电阻、电感、功放、晶振等；三级故障维修， 需经过测试和电路分析才能确定的元器件的更换，如更换各种i c 、滤波器、三极管。 2 2 3 高度复杂的备件分类 在制定库存控制策略时，人们为了便于抓住各种产品的主要特征，减少模型的复 杂度，提高库存管理活动的控制精度，通常都要将产品划分成不同类别。对于备件丽 言，除了产成品传统的a b c 分类方法以外，还引入了许多新的备件分类方法，这其中 包括： 可修复备件( r e p a i r a b l e ) 和消耗型备件( c o n s u m a b l e ) 。“。可修复备件通常是 一些价格昂贵，使用数量较少，消耗金额( 消耗数量备件单价) 不菲的备件。当它 们发生故障时，直接废弃并不是最经济的做法，而通过修理可以将其恢复到正常的状 态，重新投入到备件物流系统中。与之相对的是消耗型备件，它们的物流特征同成品 相似，加之消耗金额所占比例不是很大”1 ，所以并不是备件物流的研究重点。 关键型备件( v i t a l ) 、基本型备件( e s s e n t i a l ) 和“锦上添花”型备件( d e s i r a b l e ) ”“。这三类备件是根据备件相应的部件在系统中的关键程度，即重要性等级而划分的。 重要性等级与发生故障时缺乏可替换备件时导致的后果相关，实践中存在着很多判别 备件重要性的标准，理论上讲可用停工期间的损失来评价。本章统一规定如下：当部 件发生故障时，产品或系统会丧失正常功能，或性能达不到关键的设计目标，从而造 成巨大损失，这类部件称之为关键型备件，如打印机中的硒鼓等。关键型备件无论是 在系统的基本可靠性模型还是在功能可靠性模型中都是单一的串联环节。基本型备件 北京交通人学博士学位论文 往往是一些仅仅是为了保持系统结构完整性，在系统基本可靠性模型中作为串联环节 出现的部件：这种部件发生故障时，产品或系统不会丧失主要功能，会造成中等程度 的损失。“锦上添花”型备件是一些为了提高产品可靠性或美观程度的部件，当它们 发生故障时，往往不会造成直接的损失。如系统功能可靠性模型中的并联环节，即系 统冗余部分中的部件( 如主备用工作方式下的备用件等) 。 标准件( s t a n d a r d ) 和定制件( c u s t o m i z e d ) “”。这两种备件是依照通用性的大 小进行划分的。标准件的通用性大，它们是结构、规格及各项技术参数符合国家标准 或行业标准，为各种设备所广泛采用的零部件。标准件供应来源比较可靠，在供应链 的不同位置均有库存存在。因为库存量大，其相应的单位成本就很小，供应商乐于合 作以实现其规模经济效益。对于定制件而言，其通用性小，它们往往是经过特殊“剪 裁”，仅仅是为了满足一类特定用户而设计制造的，这种部件的生产准备期十分长， 因而导致提前期也非常长，价格相对高昂，呆滞率很高，是备件物流控制的难点。供 应商不愿保持这种备件的库存，因此供应链上的库存量较少。实际情况中，用户往往 必须自己承担保证备件随时可用的责任。 2 2 4 备件的需求分布极为不规则 准确的需求预测是进行库存管理的前提条件。但是备件需求的规律性很差“，很 难准确预计备件的需求量和时间，这主要是因为备件需求除了受到维修模式的影响之 外，还要受到产品使用模式、产品内在质量特性分布、产品检验方式等诸多因素的影 响，而其中相当部分的信息往往难以统计，因而无法准确预测各件的需求量。 2 2 5 备件库存成本构成比例不同 备件库存同产成品库存的一大区别就在于备件库存成本构成比例不同，这表明在 确定备件安全库存( 或最大库存、最小库存) 时，不但要考虑采购成本、仓储成本等 常规成本项，还需要着重考虑资金占压成本和呆滞成本等在备件库存管理中突出的成 本项。以计算机行业为例，其备件物流成本构成如图2 一l 所示。图中的统计结果显 示”：备件的资金占压成本1 0 平均库存价值( 2 9 ) ，呆滞、损坏、偷盗丢失成 本( 1 8 ) 和仓储成本( 1 4 ) ，三项库存相关成本总和占备件物流总成本的比例高 达6 l 。在备件库存的总成本构成中，有些成本项在现有的财务上没有实额发生， 从而为制定相应合理的备件库存策略带来困难，因此这是需要备件库存管理人员特别 北京交通火学博十学位论文 件需求量可以采用经济订货批量等传统方法，即可制定相对简单的备件采购策略。 ( 3 ) 产成品成熟阶段 产成品经历了成长期阶段后便进入了成熟期。在成熟阶段，产成品生产工艺稳定， 产成品的性能和质量大幅度的提高，产销量达到最高点。由于成本降低，利润也上升 为生命周期阶段的最高点。此时，市场上的产成品保有量也逐渐增多，尽管备件需求 仍然不是平稳状态，但是由于备件的采购成本很低，另外服务水平要求很高，所以此 时备件采购策略要保证尽量不缺货为主要目的，单位成本并不会很高。 ( 4 ) 产成品衰退阶段 在产品衰退阶段，由于竞争对手的产成品不可遏制的进入市场，顾客便将目光投 向性能更好、设计更优、结构更合理且价格适中的新产成品上。原有产成品不能满足 消费者的需要，出现了滞销，销售量明显下降，且价格大幅度降低，企业盈利很少。 另外，在这个阶段末期，产成品将退出市场，备件也将不再生产。在产成品及其备件 停产之后，而承诺服务期相对较长时，企业服务部门面临末次采购问题。由于备件重 新生产的准备成本极其高昂，批量也不会太大，所以末次采购具有十分重要的意义， 这也是备件同产成品之间在采购策略上的最大不同之处。末次采购的成本主要表现蒋： 采购成本、存储成本、缺货成本上。未次采购就是要确定订货批量，使得这些成本总 和最小。术次订货“7 “”1 的复杂性在于从停产之后到承诺服务期结束这段时阳j ，备 件总需求数量不能确定，而备件需求量的时间分布也不明晰。 4 客户服务方面的特殊属性 在客户服务内容、考核指标( 订单满足率、响庄间等) 上，备件物流与产成品 物流基本一致，但是从服务水平上看，备件物流的要求更高：从服务周期上看，备件 物流的延续周期更长。 2 4 1 备件物流的服务水平 在备件物流中，各种服务水平协议( s l a ，s e r v i c el e v e la g r e e m e n t ) 往往对服 务水平作了极为严格的规定。例如，i b m 公司在全美对顾客的维修服务请求响应时间 上规定只有三种级别，分别为2 小时、4 小时和2 4 小时”1 ，而这个时间除包括备件的 供应时间( 从部件存放点到维修服务请求客户所在位置的运输时间) ，还包括远程诊 断和现场诊断时间、现场维修时间等时间项。故障设备现场维修服务活动时序图参见 北京交通大学博士学位论文 缺陷的备件由消费者到产成品生产者再到部件供应商这样一个反向的流动关系一一 逆向物流( 其方向为消费者一产品生产者一部件供应商) ，两个方向的物流首尾相接 形成一个封闭的物流环。 2 5 2 备件的流动数量 在流动数量上看，备件物流量明显小于生产物流量。“。这是由于备件主要用于维 修，而维修量一定会小于或等于生产量。一般说来，备件物流量会比生产量小很多。 但由于备件物流是双向的，所以备件物流中的最小数量应至少是维修中涉及备件数量 的两倍。 2 5 3 备件品种 在品种上看，备件品种往往比产成品的多得多。制造类企业的备件库存品种几乎 是产成品库存的2 0 倍m ，而在一些高科技行业，如电子行业，其产成品生命周期的 不断缩短使得这一状况雪上加霜，如计算机制造商每年开发的新产品达两代之多。这 一现象对备件库存管理带来的挑战是巨大的，支持多代产品的维修需要储存更多种类 的备件以确保稳定和及时的供货。 2 6 运输方面的特殊属性 运输活动包括运输方式的选择、业务运作方式( 自己承担运输业务或将运输业务 外包给其他专业服务供应商) 的选择等。运输的相关决策影响到物流总成本、产品定 价、交货的准时性和物品到达目的地的完好程度等，直接关系到顾客的满意度和忠诚 度所以它是备件物流中重要的决策问题。 备件的运输包括两个部分：一部分是依据事先规划好的最大库存、最小库存、安 全库存和盘点周期，由上级的“备件供应商”( 或是备件生产厂家，或是上一级的备 件配送中心) 定期向下一级备件“客户”( 或是下一级备件配送中心、或是备件的直 接需求客户) 进行的f 常补货运输过程( 以下简称“正常运输”) ，这种运输过程可以 采用普通的运输方式，只要保证在一定的时间之内送达即可，运输的结果是使各个备 件配送中心的备件库存达到最大库存或是安全库存；另外一部分则是由于客户或各级 配送中心缺货导致的紧急运输，这种运输过程必须选用航空等快速的运输方式。而各 2 备件物流系统特性分析 件物流与普通物流不同之处就在于其紧急运输的需求较多，紧急运输( 含配送) 很大 程度上增加了运输费用，从而对运输的成本控制形成挑战。以下将分别从业务运作模 式和运输方式上讨论备件运输的特殊属性。 2 6 1 备件运输的业务运作方式 备件运输的业务运作模式一般为外包给第三方物流服务供应商。州。这种业务运作 模式形成了一种集成物流模式，使供应链的小批量库存补给变得更经济，而且还创造 出比供方和需方采用自我物流服务系统运作更快捷、更安全、更高水准、成本更低廉 的物流服务。由于备件的需求量小，需求规律不明显，零担运输的比例极高，所以选 择第三方物流服务供应商完成备件运输业务几乎是唯一的选择，而对于产成品而言。却 没有这样的必然限制。 当然，第三方物流参与一个公司备件物流运作的程度，不仅仅局限在备件运输业 务上。在实施备件物流最基本功能的层次上，一个第三方物流公司可以通过确定和安 排一批备件的最佳运输方式来增加价值；在最复杂的层次上，第三方物流公司可以与 整个企业的备件物流完全集成在一起。在这种情况下，第三方物流公司为企业设计、 协调和实施备件物流策略，通过提供增值信息服务来帮助客户更好地管理其核心能 力，从而降低备件物流的总成本。 2 6 2 备件的运输方式 运输方式的选择是备件运输策略设计中重要的决策问题。从速度、频率、运载能 力、成本、安全等因素考量，适于备件的运输方式包括铁路运输、公路运输和航空货 运。 铁路运输是一种重要的运输方式。备件的丁f 常运输往往可以采用这种运输方式， 第三方物流服务供应商可将发往相同目的地的物品合并配载运输，利用其费用低的巨 大优势。另外，由于备件的铁路运输往往采用零担发运，快件发运的方式，虽然较整 车收费高，但相对于其他运输方式，还是略低。 公路运输在运输路线和时间安排上有很大灵活性，可直达接货地点，可节省多次 装卸( 如采取铁路运输、空运均需用汽车从交货地点运至车站、码头、机场，到达日 的地还需再用汽车运输) 的费用和时间，同时，可减少偷盗或损坏的风险，相对其他 运输方式有较强竞争力。因此它是备件正常运输和部分紧急运输( 主要是指距离相对 北京交通人学博+ 学位论文 较短的运输) 的主要运输方式。 航空货运的运费虽然较铁路运输和公路运输高得多，但是当客户要求迅速交货， 或者要将备件运送到很远的客户时，空运是一种理想的方式。未来，航空货运将会在 备件运输业务中发挥更加重要的作用。汉莎航空( l u f t h a n s a ) 预测o ”3 全球国际航空 货运从2 0 0 5 年到2 0 1 0 年年度增长率将在5 3 。l u f t h a n s a 的预测数据着重指出血个 有影响的产品类别将占据几乎半的国际航空货运量：易腐物质( 1 1 2 ) ；建筑工程 材料( 1 1 o ) ；纺织品和服装( 1 0 4 ) ；邮件( 9 4 ) ；各类电脑零部件及备件( 7 4 ) 。 这也是备件运输方式上同产成品有很大不同的地方。 2 7 本章小结 备件物流在库存管理、采购、客户服务、物料和运输等方面具有与产成品和在制 品物流不同的特殊属性，在备件物流系统设计时往往需要着重考虑这些特殊属性。 在库存管理上，备件库存在功能、关键影响因素、分类原则、需求分布的规则性、 库存成本构成比例、库存控制策略等方面同产成品和在制品存在很大不同。在采购j ：， 备件在采购数量、备件供应来源、供应商选择和采购策略等方面均与产成品不同。在 客户服务上，备件物流的服务水平要求更高，服务周期更长。在物料方面，备件采用 双向闭环的流动方式、备件的流动数量相对较少、备件品种要比产成品多得多。在运 输方面，备件运输通常由第三方物流服务供应商承担，备件的运输方式除了传统的公 路和铁路运输之外，还经常采用航空作为缺货时的主要运输方式。 在分析完备件物流系统的特殊属性之后，下面对备件配送网络舰划进行深入研 究。 3 相关理论同顾 3 1 引言 第三章相关理论回顾 配送网络规划是备件物流系统设计中一个重要的战略问题，它是将各种物流业 务、各种物流资源和多样的物流信息等要素按照网络方式在一定市场区域内进行舰 划、设计、实施，以实现物流系统快速反应和最优总成本等要求的过程。其核心就是 确定承担物流工作( 功能) 所需要的各类设施的数量、地点、服务区域，各自需要承 担的功能以及其中的备件库存如何分配和控制。1 2 公司的调查显示，个成功的备 件配送网络规划策略( 即部件分类与优化跨地区的库存平衡活动) 既可以大幅降低售 后服务的成本