（载运工具运用工程专业论文）车辆退役决策：政策、模型与软件.pdf

摘要 车队作为规模运输企业的一个核心部分，其管理决策直接影响运输业的经济 效益。传统的车辆管理集中于技术管理和初始投资。决策者在做决策时，一方面 强调“投资少、见效快”的思想，而忽略对车辆在使用过程中所需支付的运营维 修费用的研究，对车辆能用则用；另一方面，根据国家的强制报废政策对车辆进 行退役，而没有根据车辆的实际情况制定相应的退役计划。车辆报废没有考虑车 辆性能水平、运行条件等因素，这就造成了该退役的车辆还在继续运行，还可以 继续运行的车辆却废弃了。 针对这一情况，本文运用技术一经济的方法进行基于全寿命费用分析的车辆 最优退役决策。论文首先对车辆的全寿命费用进行了仔细研究，分析了影响车辆 寿命费用的因素，并对费用进行分解归类，建立一套合适的寿命周期费用结构， 对全寿命费用研究中需要考虑但尚未产生的费用采取估算的方法，建立费用预测 模型。基于费用模型，结合车辆的特点，采用单位里程费用最小的方法进行退役 决策。然后，将该模型应用于某邮政车队，证明了基于全寿命费用的车辆退役决 策方法的合理性。最后，利用e x c e lv b a 开发了一个用户友好的决策软件。 关键词：车队；综合维修管理；全寿命费用；退役决策；决策软件 a b s t r a c t v e h i c l e sa r eb a s i ct o o l so fl a n dt r a n s p o n v e h i c l ef l e e tm a i n t e n a n c e m a n a g e m e n td i r e c t l ya f f e c t st h ee c o n o m i ce f f i c i e n c yo fat r a n s p o r t a t i o ne n t e r p r i s e t r a d i t i o n a lv e h i c l em a n a g e m e n tf o c u s e so nt e c h n i c a lm a n a g e m e n ta n di n i t i a l i n v e s t m e n t t h ed e c i s i o n m a k e re x p e c t st os p e n dl e s sa n do b t a i nm o r ea n dp a y sl i t t l e a t t e n t i o nt ot h e o p e r a t i o n a l a n dm a i n t e n a n c ec o s t s t h e yr e t i r e t h ev e h i c l e s a c c o r d i n gt ot h en a t i o n a lp o l i c i e so fs c r a p e ，a n dn o tb a s e do nt h ev e h i c l e s a c t u a l s i t u a t i o n w i t h o u tc o n s i d e r i n gt h ev e h i c l e s p e r f b m a n c el e v e l ，o p e r a t i n gc o n d i t i o n s a n do t h e rf a c t o r s i tw i l lr e s u l ti nt h es i t u a t i o nw h e r et h ev e h i c l e st h a ts h o u l dr e t i r e r e m a i nr u n n i n ga n dt h ev e h i c i e st h a tc a nc o n t i n u er u na r es c r a p p e d t h i st h e s i s a p p l i e s at e c h n i c a l - e c o n o m i c a p p r o a c ht o t h eo p t i m a lv e h i c l e r e t i r e m e n td e c i s i o np r o b l e m t h ea p p r o a c hi sb a s e do nl i f ec y c l ec o s ta n a l y s i s l i f c c y c l ec o s ta n a l y s i si sf i r s ti n t r o d u c e d o nt h eb a s i so ff i e l di n v e s t i g a t i o n ，t h ef a c t o r s t h a ti n f l u e n c ev e h i c l e sl i f ec y c l ec o s ta r et h e na n a l y z e d ，a n dac o s td e c o m p o s i t i o n s t r u c t u r eo fv e h i c l ei sd e v e l o p e d i ta l s od e a l sw i t hp r e d i c t i o nf o rt h ef u t u r e o p e r a t i n ga n dm a i n t e n a n c ec o s t so fv e h i c l e s t h eo p t i m a lr e t i r e m e n tt i m ei so b t a i n e d b ym i n i m i z i n gt h ec o s tr a t e t h ed e v e l o p e dm o d e li sa p p l i e d t oap o s t a lv e h i c l en e e t ， a n di ti ss h o w nt h a tt h el i f ec y c l ec o s t - b a s e dr e t i r e m e n td e c i s i o n - m a k i n gm e t h o di s r e a s o n a b l e f i n a u y ，as o f t w a r ep a c k a g eh a sb e e nd e v e l o p e d ，w h i c hi sw r i t t e nu s i n g e x c e lv b a k e yw o r d s ：v e h i c l e 仃e e t ；m a i n t e n a n c em a n a g e m e n t ；l i f ec y c l ec o s t ； r e t i r e m e n td e c i s i o n - m a k i n g ；s o f t w a r ep a c k a g e i i 尺 心 如 尺0 ) 邑 s b s o ) s 0 ) c g ) c 占g ) q g c 0 p 0 ) f g ) e 0 ) c ，0 ) q 0 ) qo ) 主要符号对照表 购车价格 a 车辆的购置费 b 车辆的购置费 牡里程时的车辆价值 a 车辆的残值 b 车辆的残值 第f 年时的退役残值 钍里程时的退役残值 a 车辆第刀年支付费用 b 车辆第，1 年支付费用 车辆的投入总费用 车辆的总收益 初始支付费用 “里程总维修费用 “里程时己产生的总燃油量 “里程时已产生的总连续费用 “里程时已产生的胎耗费 里程时已产生的基于里程的总离散费用 年时已产生的基于时间的总离散费用 i i i f 0 ) “o ) “里程对应的使用时间 t 年时的累计行驶里程 级预防维修费用 二级预防维修费用 轮胎费用 年费用 一保里程间隔 二保里程间隔 轮胎更换里程间隔 ，o ) “p f 年时的年使用费用率 原计划的退役罩程 原单位里程费用 退役收益 ”里程瞬间产生的账面折旧率 “里程车辆的账面总折旧率 f 企业所得税 利率 孝利用率，即拟使用时间和实际使用时间的比率 e 年最大收益，即善= 1 时的收益 厂可变费用增长系数 印 乃 仍 以 纵 p ) 、f， b p 0 以 “ 荆 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究 成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经 发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明 确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 驮幅午 日期：舛歹月力日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：欤l 蝎坪 导师签名： 日期：阳务歹月7 日 月。2 & 日 第一章绪论 1 1研究背景及课题来源 车队的综合管理是一项复杂的系统工程，以车队运行和维修两大系统为主， 涉及从生产到维修、从车辆到维修资源各个方面的内容。其中，运行系统包括车 辆的运行调度；车辆是否满足生产的需求；为满足生产，车队规模必须合理配置， 包括车辆的适时退役。同时，车队的运行与车队的维修系统之间需要相互协调。 维修系统是保证车队正常运行的重要方面，维修系统主要包括维修调度、维修决 策、更新退役决策、库存控制政策优化等。 本文主要研究退役决策问题。退役决策实际上就是要处理车辆是修理还是退 役的问题。这一问题包括两个方面的内容：技术管理和经济管理。技术管理是指 通过技术手段使得车辆在使用过程中保持良好的性能；而经济管理主要强调经济 效益，指在确定的条件下，使车辆具有良好的经济性，对其购置费、运营费、折 旧费等进行预测、规划，使得车辆的使用经济合理。 目前各企业主要运用技术管理手段对车辆进行维修和养护，在车辆达到国家 报废标准时对车辆进行强制报废；而在经济管理方面的理论及应用还不成熟，没 有依据车辆本身的性能水平和经济效益制定相应的报废计划。然而，我们知道每 辆车的性能水平各异，再加上行驶条件不同，其劣化速度也就不一样，退役期应 有所不同。这就需要我们建立一个恰当的退役模型，对车辆退役提供理论支撑和 决策工具。 本课题来源于湖南省教育厅重点项目。该项目包括两个主要部分：( 1 ) 多单 元系统的维修理论体系的总结与开发；( 2 ) 将多单元系统的维修理论应用于大中 型车队的综合维修管理的研究。本文提出了基于全寿命费用( l i f ec y c l ec o s t ， l c c ) 的车辆退役模型，并将该模型应用于实际，对邮政车队的部分车辆进行了 案例研究，最后开发了退役模型的系统软件。 1 2课题意义 车辆的维修活动涉及技术、行政、管理等各部门的工作，可以说是使车辆保 持性能完好所做的一切工作。但是由于维修进行到一定阶段就要进行退役，购买 新车来维持运输企业的运营服务工作。退役决策就是处理车辆是进行维修进而继 续使用还是直接报废的问题，这一决策将直接影响企业的经济效益。 根据d h i l l o n ，车辆寿命周期中使用阶段的费用( 包括运营费，维修费， 测试支持设备，退役处置费，技术数据费，培训操作和维修人员，备件费用，库 存，其他支持材料) 远远大于车辆的原始购置费。其中，维修费用是车辆运营费 用外的第二大开支类型，约占整个运营费用2 1 【2 】。汽车的整个使用期内，车辆 在使用阶段的费用远远大于购置费【3 】，用于汽车维护和修理的费用约为汽车购置 费的6 倍【4 1 。可见运营和维修费用在车辆整个寿命中投资费用中所占的比例之 大，这就使得维修与退役的优化问题成为运输系统中最重要的内容之一。 随着社会的进步和经济技术水平的提高，各国纷纷出台相应政策对老旧车辆 进行管制，或实行强制报废，或制定奖励措施鼓励提前报废。我国也出台了不少 相关政策。然而由于政策只是从全局出发，不能具体到每个企业每辆车的实际情 况，就容易出现以下两种情况： ( 1 ) 该退役的车辆未退役。有些车辆由于车辆本身性能水平差，使用频率 高，运行条件恶劣等原因，车辆老化速度快，在车辆还未达到国家报废标准时， 已经不符合经济要求。然而由于车主遵循“能用则用 的原则，认为只要国家政 策还允许使用，就要将其最大程度的利用下去； ( 2 ) 还可以继续利用的车辆报废了。有些车辆性能水平较高，保养维护得 当，即使已经达到国家报废年限，其性能水平仍然良好。然而车主却没意识到这 个问题，没有向国家申请延缓报废，而是按报废标准报废了，没有充分发挥车辆 的效能。 针对以上情况，我们有必要对车辆的退役问题进行研究，给企业一个具体的 决策模型，并提供相应的决策工具，对不同车辆采用不同的报废计划。 1 3 国内外研究现状 1 3 1国外研究与应用现状 资产退役的优化问题在国际上是一个活跃的研究领域，且已经被应用于很多 部门( 见j i n 和k i t e p o w e l i 【5 j 以及j a r d i n e 和t s a n 毋6 j ) ，其研究对象包括船舶、 卡车、农用拖拉机、小汽车、公共汽车、纺织设备等。车辆作为设备的一个特例， 也同样受到了广泛关注。车辆退役政策是车队综合维修管理的一个重要的决策领 域，并且也是一个关系车队全局管理的方面，在车辆使用到一定阶段时就需要考 虑是继续使用还是退役报废的问题。s i m m s 等【1 7 】探讨了机群最优购买、运作和折 旧出售政策问题；使用线性和动态规划方法开发决策模型，并利用计算机程序对 模型求解；模型和程序富有弹性，可以广泛用于机群退役问题。k e l e s 和h a r t m a n 【8 】 也研究了巴士运输车队的更新问题。d i e t z 和k a t z 【9 】利用e x c e l 的统计、计算和 绘图功能处理车队运营数据，计算车辆的实际运营能力( 每英里成本) ，估计车 辆来年运行的维修费用，对车队中每一车辆的退役需求实行分级，以确定车辆的 最优退役时间。传统的经济寿命模型被不断扩展，考虑更多决策因素的许多新模 型被不断提出，考虑了车辆的服务水平、可靠性和安全性等，如车辆状况水平和 技术进步等，见a p e l a n d 和s c a r f 【1 0 】。 但是，大多数的退役模型只考虑失效时问，而忽视其它有用的信息。例如汽 车，考虑其使用年龄和行驶时间的复合尺标比仅仅考虑车龄更合理。类似的，喷 气发动机的年龄可以用飞行时间的次数和着陆次数来衡量。f r i c k e n s t e i n 和 2 w h i t a k e r 【l l 】开发和评估了一种使用两种时间尺标的最优年龄退役政策。在单尺标 的年龄退役政策中，设备在一定使用年龄或在失效的时刻加以退役。对于二维尺 标的情况，设备在二维尺标的边界处加以退役。j i a n g 和j a r d i n e l l 2 】探讨和例证了 使用这类模型的优点，显然，复合的时间尺标模型提供了更精确的失效预测能力 和更好的维修决策。 在表1 1 中对车辆退役文献进行了大致概括，并对每篇文献进行了相应的评 价。 表1 1 国外车队退役政策的主要文献对比评价 根据表1 1 ，退役模型可以大致分为以下两类： ( 1 ) 基于年龄的( t i m e - b a s e d ) 。在这类模型中，费用和累计里程都是基于 车龄的函数关系式，最终结果就是要求出车辆的最优退役年龄。 ( 2 ) 基于里程的( 或说是基于使用的，u s a g e b a s e d ) 。在这类模型中，费用 单元可能与车辆的年龄及里程都相关，决策根据车辆现行性能水平( 如年维修费 用等) 和( 或) 未来费用的预测( 购置费，维修和( 或) 运营费) 。当然，不同 的模型对车辆各信息的利用可能极为不同。 车队的车辆退役问题与单辆车的退役问题相比较而言，需要考虑的方面则更 3 多，一些专家在车队车辆退役研究时还考虑了以下几个方面的问题： ( 1 ) 购买价格问题( j o n e s 等【1 引，h o p p 等19 1 ，c h e n 【2 0 1 ，t a n g 和t a n g f 2 1j ) ； ( 2 ) 由于大笔投资而引起的预算约束问题( k a r a b a k a l 等【2 2 1 ，【2 3 】) ； ( 3 ) 需求约束问题( c h a n d 等【2 4 1 ，c h a n d 和m c c l u r 一2 ”，h a r t m a n 【2 6 1 ，h a r t m a n 和l o h m a n n 【27 1 ， r a ia g o p a l a n 【2 8 】) ； ( 4 ) 需要建立合适的间接费用模型( 如由于失去运输能力或供应不足引起 的停机损失，见s c a r f 和b o u a m r a 【2 9 】) 和其他特殊费用模型( 如环境污染，见 s p i t z l e y 等【3 0 】) 。 还可以考虑以下问题： ( 1 ) 运用合适的模型预测技术变革引起的运营、维修和购置费用； ( 2 ) 考虑同车龄不同个体车况的不同。这就使基于技术和经济信息的车辆 性能评估成为必要； ( 3 ) 将车龄和使用尺标恰当地结合起来，产生基于使用的和( 或) 基于车 龄和使用的模型； ( 4 ) 车队的大小及服务水平和退役决策密切相关。可以将车队大小、服务 水平、退役等联合考虑，开发综合优化决策模型。 这就使得车辆退役问题更为复杂化，模型更为多样化。 1 3 2国内研究与应用现状 国内在维修与退役领域的研究更多地关注于维修工艺，现有的维修理论关注 的对象大多是国防、航空、电力、核工业等部门的设备。学术界对车辆退役的理 论研究见表1 2 。 表1 2 国内车队退役政策的主要文献对比评价 4 更多的研究集中于如何采取政策制度等，加速车辆的改造更新，以改善国内 车辆老龄化现象，如刘鸿儒【4 4 j 从政治和经济政策方面研究了如何加速车辆的更 新改造。孙伟【4 5 】采取合理利用更新改造资金、收取环境污染费、采取燃油加价 措施、增加保险费四项政策措施来实现车辆的更新改造。这些政策虽然能对更新 改造老龄化车辆起到一定作用，但是并不能让企业建立自觉退役车辆的意识，也 不能给企业合适的退役依据和工具。 总的来说，车辆退役这一领域的研究还不够，还有待于进一步探讨。 1 4 本文主要研究内容 本文主要研究大中型车队综合维修管理中的车辆退役问题，采用的是基于车 辆寿命周期费用的方法。以往的车队管理主要采取传统方式，即单从技术角度出 发考虑问题，没有综合考虑经济因素。虽然获得了一些成果，但这对管理人员的 5 经验和素质等要求很高，由于缺乏科学性，在处理复杂问题时容易产生不合理决 策。大多数运输企业在退役决策上注重基本投资额即购置费用，认为购置费用数 额越少越好，片面强调购置费用少、回收期长的思想，缺乏全寿命周期费用的观 念，没有从宏观上来考虑问题，忽视了车辆的运营费、维修费、材料费等重要指 标的研究，结果使车辆的退役期偏离最优退役期。 针对这一问题，我们在退役决策中引入全寿命费用的概念。寿命周期成本( 费 用) 分析是对产品的购置和运用维修总体费用进行评估的经济分析方法，这种方 法的最基本目的是在满足产品经济性和其它要求的基础上评价和优化其寿命周 期费用h 引。 本文基于l c c 分析，建立费用模型，然后以单位里程费用最小为目标函数 建立退役模型，并将该模型应用于一邮政车队车辆，最后以e x c e l 为平台，通过 e x c e l 宏( v i s u a lb a s i cf o ra p p l i c a t i o n ，v b a ) 建立退役软件。 1 5结构安排 本文由七章组成，文章结构安排如下： 第一章，首先介绍了课题的研究背景及研究意义，进行了国内外应用现状的 分析，然后概述了论文的研究内容，最后给出了本文的结构安排。 第二章，分析了车辆需要退役的原因，介绍了退役的形式及退役模型建立的 几种常用方法，分析了各种方法的优缺点，为提出新的退役模型做铺垫。 第三章，基于国内外现状及对现有的退役模型分析，建立基于l c c 分析的 退役模型。首先对车辆的l c c 进行分析，将车辆的费用分为购置阶段的费用、 使用阶段的费用和处置阶段的费用三大部分，并将使用阶段产生的费用分为离散 费用和连续费用来分析，然后分别对各类费用建立费用模型，最后进行基于l c c 分析的退役决策建模。 第四章，利用建立的退役模型，对一个典型的车队进行案例研究，分析车队 目前的维修管理状况，利用现场数据进行建模和决策分析。 第五章，提出一些可待研究的模型：二维政策、机会政策、基于状况的政策 和综合预防维修一退役政策。 第六章，为更好地推广该模型，利用e x c e lv b a 进行软件设计。软件主要 包括三个模块：输入模块、输出模块和计算模块。输入模块用于将系统各部分相 互连接；计算模块作为软件的主体部分，进行数据的分析处理，并将结果传输给 输出模块；输出模块将结果更为直观地展示给用户。 第七章，全文总结及展望。 6 2 1引言 第二章车辆退役决策及方法 有些企业对车辆大修、报废都相当随意。为了最大限度的延长车辆的使用寿 命，当车辆的性能满足不了运输要求，其经济寿命已经终结时，还对其进行大修， 让它继续为企业工作；对车辆的报废大多是依据管理者的主观想象，而未考虑车 辆的性能和持续使用的经济性。 目前企业报废基本是基于国家的强制报废标准，企业对车辆的报废管理不够 重视，只是在车辆达到报废标准时，依托国家报废标准进行强制报废。很少有企 业制定相应的基于企业车辆实际情况的报废计划。 2 2车辆退役原因 车辆和其他设备一样，无论设计得有多完美，都会随着其时间的增长而磨损， 使得性能劣化。其中磨损包括有形磨损和无形磨损两种【4 7 1 。 1 车辆的有形磨损 车辆的有形磨损，是指车辆在使用或闲置过程中发生的实体磨损。产生原因 主要有两方面：一方面是车辆在行驶过程中存在摩擦、震动、疲劳破坏等；另一 方面是自然环境对车辆的锈蚀、老化等。 有形磨损的恢复可以采取维修保养工作。但是虽然做好维修保养工作，可以 延长车辆的使用寿命，然而随着使用时间的增长，以及维修次数的增加，所支出 的维修费用及因故障引起的停机损失费用会逐渐加大，当维修费用到达一定水平 后，再依靠高额的维修费用来维持车辆的寿命不再经济时，就要考虑将车辆报废。 2 车辆的无形磨损 车辆的无形磨损，是指车辆在使用或闲置过程中由于其再生产的必要劳动时 间的减少或者新技术的出现引起的车辆价值的降低。主要有两种情况：一是技术 进步后，同车型车辆的成本降低，使原有车辆贬值；二是由于技术进步，出现技 术更完善、效率更高的新型车，使原有车辆技术经济指标相对落后，经济效益相 对降低。 无形磨损的特点是：原有车辆本身虽然性能完好，但相对新技术车辆来说旧 车辆是性能落后的，经济效益也差，只是相对的性能落后和效益变差。 要消除无形磨损，可以采用现代化改装，也可以直接用新车辆来取代旧车辆， 进行车辆的退役工作。 车辆的磨损形式和补偿方式如图2 1 所示【4 8 1 。 7 图2 1 车辆的磨损及补偿形式 由图2 1 知，修理和现代化改装只是对车辆进行局部补偿，是不完美的。故 当车辆的性能水平达不到要求时，还是需要退役后购买新车。 2 3 车辆退役形式 车辆退役更新有两种类型： 1 原型更新( 简单更新) 。即当车辆因有严重损坏而不能使用或修复不经济 时，用结构和性能相同的新车更换。原型更新主要解决损坏问题，不具备技术更 新的性质； 2 新型更新( 技术更新) 。因技术或经济原因原车型不宜继续使用时，用技 术更先进、结构更完整、性能更好、效率更高、耗能和原材料更少的新型车去更 换。当然原型更新能解决的问题通过新型更新同样可行，但需要新型更新才能解 决的问题是不能用同型更新来实现的。 原型更新不增加企业内的车辆型号，比维持原有旧车要能节约燃料和维修 费。在没有合适的新型车供选择时，采用原型更新，但其不具备技术进步的性质。 从技术进步的角度看，新型更新比原型更新的意义更大。但从企业的角度看，则 更着重于采用哪种新车更为经济。 2 4车辆退役的核心问题 车辆退役的核心问题，包括两个方面：一是确定最优的退役时机，二是选择 合适的替换车型。分别讨论如下： 2 4 1车型的确定 车型的选择，是指当出现两种或两种以上可供选择的备选车型时，根据各方 面的因素，选取确定合适的车型。 其操作步骤如下： 1 计算a 型车的总成本 q = 尺一一s 一( 1 一) f + 【c - ( 矗) ( 1 一) ”j ( 2 1 ) 一王l 式中，如代表a 车辆的购置费；e 代表a 车辆的残值；qo ) 代表a 车辆第以年 的使用费用；为贴现率，即利率。 2 计算b 型车的总成本 绋= 一& ( 1 一) f + l c 口g x l 一) 1 ( 2 2 ) 月= l 式中，尺曰代表b 车辆的购置费；& 代表b 车辆的残值；g ( n ) 代表b 车辆第，1 年 的使用费用。 3 根据计算结果进行比较 当绋 鱿时，选取a 型车辆； 当幺 线时，选取b 型车辆； 当鳊= 鱿时，a 、b 型车辆均可。 当然在具体实施时，还需考虑以下实际问题： ( 1 ) a 、b 型车厂地的远近程度； ( 2 ) 购车运输企业与a 、b 型车厂的业务关系问题； ( 3 ) 采购的车辆需要工作的年限以及a 、b 车能正常使用的年龄等等。 本文对这一问题不做详细讨论。 2 4 2 车辆合理退役期的确定 最优退役期的确定，实际上就是要解决是继续使用旧车辆在经济上是否合理 的问题，主要有以下几种【4 7 】： 1 最大总收益法 在一个系统中，比较系统的总输出和总输入，就可以评价系统的效率。对车 辆的评价也是一样，人们通常以车辆效率，作为评价车辆经济性的主要标准。即 ，7 = g q ( 2 3 ) 9 式中q 为车辆的总输入；g 为车辆一生的总输出。车辆一生中的总输入( 总 投资) ，即车辆的全寿命费用。车辆一生中的总输出，即车辆一生中创造出来的 总财富。 最大收益法的简单模型如下： 车辆全寿命费用主要包括车辆购置费尺和运营费用c g ) a 则车辆寿命周期 n 兰l 费用( 即总输入q ) 的方程式为： q = r + 嘶) ( 2 4 ) 式中，f 为车辆的使用年限。 所谓车辆一生的总输出g 是车辆在一定的利用率亭下， 可用下列简单公式表示： g = 专e t 式中，e 为年最大输出量( 即f = 1 时的输出量) ； 车辆总收益方程为 z = g q = 毋一尺一c o ) 一 o j 一 、7 创造出来的总财富， ( 2 5 ) ( 2 6 ) z 最大的时候即为车辆退役的最优点。 用最大总收益法来评价设备经济寿命的方法，有以下两个缺点： ( 1 ) 对“非盈利 性的设备( 即不用于商业化生产或服务的设备) 很难求 得收益函数；对设备虽然为“盈利”性的设备，但是却并没有盈利而是亏损的情 况，也无法用最大总收益法来计算。 ( 2 ) 由于考虑的费用种类多，要对所有费用具体分析会使计算过程过于复 杂，造成不必要的麻烦；而如果采用简单的模型，如式( 2 6 ) ，虽然可以简化计 算过程，但是却使计算过于理想化。 2 低劣化数值法 前面讲过，车辆在使用过程中，车况会变差，车辆的维持费用( 或称使用费、 运营费) 会逐年增加，考虑到车辆的初期投资，在开始阶段，车辆的年均总费用 会逐渐减少，到某一时刻，车辆的年均总费用会达到最低，然后再逐年增高。如 图2 2 所示： l o 费 用 率 使用时间量 图2 2 单位时间费用曲线图 低劣化数值法的简单模型是：假设尺为车辆购置费，s ( f ) 为第f 年退役残 值。c 0 为起始运营费用，车辆使用年数用f 表示。为简单起见，假定每年的运营 费用以厂递增，那么，平均每年分摊的费用为： ，：掣+ c o + 旱厂 ( 2 7 ) 根据上式求导，可以求出平均费用最低的车辆使用年限，即经济寿命： 丁= 挚 仁8 ， 若不计残值，即s ( f ) = o ，则： 卜等 ( 2 9 ) 低劣化数值法模型简单易懂，但运营费用的增长系数厂考虑比较复杂。如果 使用上述模型，计算简单，但是结果往往偏差较大，因为一般情况下，每年运营 费用不一定线形增加；如果采用较为复杂的增长系数，则厂的确定又较为困难。 3 最小年费用法 若车辆的低劣化数值每年不是以相等的数值增加，而是非线性的，这时就可 考虑采用最小年费用法来计算。这种方法是通过对同类型车辆逐年经营费用统计 资料的分析计算，来对比平均每年的总费用，从而确定车辆的经济寿命。其计算 公式为： c g ) + 尺一s o ) 厂o ) = 丛广 ( 2 1 0 ) 式中：c g ) 表示第力年的经营费用；，( f ) 表示f 年时的年使用费用率。r 为初 始投资费，s ( t ) 为退役残值。 若进一步考虑时间因素，则公式为： ，o ) = 圭c g ) + r s o ) 圭 c g x l 一) ”】+ 尺一s o x l 一) 型l 一= 竺l 一 ( 2 11 ) ff 最小年费用法的特点全面考虑了车辆运营过程中的所有费用，以年费用率为 目标函数，建立退役模型。 4 面值法 面值法是一种仅仅以账面数据作为分析基础的一种方法，其优点是可以避免 数据统计上的困难，容易被人接受和理解。 面值法主要适用于以下几种情况： ( 1 ) 不需要知道设备的使用寿命； ( 2 ) 在不同的时间可能有不同的折旧费； ( 3 ) 每年的维修费、操作费不要求等额递增，视实际情况而定； ( 4 ) 不考虑资金的时间价值。 假设：r 代表设备原值；s ( t ) 代表第f 年的残值：c ( ，1 ) 代表第，1 年的使用费 ( 维持费) ；厂( f ) 代表f 年时年费用率。则， ，皓剑+ 型( 2 1 2 ) ff 当，o ) ，o 一1 ) 且，o ) o 时，f 0 ) = 当岛 “叫【r 0 。) 一0 。) 】一q g 。) 时， 里程时退役。 ( 3 1 6 ) 将车辆在 图3 2 所示为一个典型的费用率r ( 让) ( 元公里) 在里程t ( 万公里) 上的曲线 图。由图可知，最优退役时刻是某特定的行驶里程，此时的r ( u ) 最低。最优退 役时刻通常在一些特定的费用产生之前，如大额预防维修费用或年费用将支付 1 日uo 2 l 罾； = 匈 1 r1 0 ： k 0 5 3 7本章小结 0 o1 0 02 0 o3 0 o4 0 05 0 o6 0 o7 0 0 u ( 万公里) 图3 2 费用率曲线图 本章分别对主要费用建模，并利用费用模型，建立以里程为尺标的关系式， 得出单位里程费用，从而得到最优的退役政策模型，最后进行了算法研究。 4 1 引言 第四章案例研究 基于车辆的l c c 分析，以及退役政策和模型的研究，我们对一邮政车队进 行调研，了解并评价其维修管理现状，对其进行退役决策分析。 4 2邮政车队 4 2 1简介 某省邮区中心局承担着省内各市邮件的运输任务和省际干线及其他邮区邮 运任务，共负责3 5 条汽( 火) 车邮路的邮件运输，日均运行里程约2 万多公里。 该局共有1 3 0 辆各类型的邮政车，详见附录b 。 中心局下级的生产指挥调度中心和运输分局，主要进行车辆的调度，协调车 辆的运行和维修工作。其下辖的车辆维修有限公司( 车辆修理厂) 承担着邮局车辆 的维修保养工作，并且接收外来车辆的维修业务。汽修厂由厂长、采购员、维修 人员、库存管理员组成，目前共有6 个维修车间。 从0 4 年开始，对车辆、员工、财务和资源等数据录入“车队管理系统。运 输分局根据“车队管理系统”产生的一保、二保车辆和驾驶员上报的需修车辆， 产生维修工作单。车辆修理厂在接到维修工作单时，进行维修保养，并记录维修 保养的具体项目和使用的零部件等情况，用于费用结算，并将费用按规定时间上 报运输分局。 图4 1 维修管理流程图 4 2 2 维修管理情况 根据调研的情况，邮政车队车辆的运营和维修管理情况主要表现在以下几个 方面： ( 1 ) 按照有关政策规定，车辆采取8 年折旧，10 年报废的退役政策，可视 车辆实际的性能状况延长车辆的使用寿命； ( 2 ) 车辆主要采取的日常维护、二级预防维修和总成大修制度。司机在出 车前和收车后检查车辆的状况，对车辆进行日常保养，确保车辆安全运行。一般 而言，一级保养和二级保养的间隔里程分别为5 0 0 0 公里和15 0 0 0 公里。总成大 修较为随意，视车辆情况而定，国产车辆约4 0 万公里进行一次大修( 进口车为 8 0 1 0 0 万公里一次) ，在调查的数据中没有大修数据； ( 3 ) 按照规定，车辆一保在两小时内完成，费用一般在2 0 0 元左右；二保 工作时问为一天，费用约为1o o o 元；总成大修规定在一个星期内完成，费用视 情况而定，一般都达上万元； ( 4 ) 车辆轮胎平均每行驶5 万公里需更换一次，费用约7 8 0 0 元； ( 5 ) 每条邮路的小车队按照生产指挥调度中心制定的调度计划进行运输， 若车辆在途中出现司机个人无法排除的故障时，则派遣备用车辆或暂时闲置车辆 前去救援，一般备用车辆为2 3 台； ( 6 ) 视配件的消耗情况进行库存管理，主要是凭经验确定库存量： ( 7 ) 邮区中心局使用自主研发的“车队管理系统软件，管理车队的运行 和维修。 4 2 3 对现有维修管理的评价 ( 1 ) 现有的“车队管理系统 ，实现了信息资源在各部门之间的共享，协调 了各部门之间的工作；但“车队管理系统 中的数据仅仅用于制作各种报表( 如 车辆使用情况综合月报表等) ，没有充分的利用现有数据进行分析，制定决策； ( 3 ) 对车辆的报废没有具体的决策，完全根据国家报废条件进行，没有根 据车辆的实际情况，使得车辆在使用后期的使用在经济及环保方面都不合理； ( 4 ) 可将车辆的维修情况( 如何时实施的维修、换的何种零部件等) 记录 融入“车队管理系统”中，从而能更合理的安排维修及库存工作； ( 5 ) 对维修备件的库存问题重视不足。应建立维修和器材数据库，促进各 种信息的流通和使用。同时应用a b c 分类控制法进行备件管理。 下面针对主要问题1 和2 ，基于“车队管理系统 的车辆相关数据，进行分 析、建模，将系统功能记录数据、制作报表，上升到管理决策，制订车辆的退役 计划。 4 3 基于全寿命费用的退役模型的应用 基于退役模型的理论研究，我们对不同车辆建模，观察其费用模型和计算结 果。 一级保养、二级保养的间隔里程分别为5 0 0 0 公里、1 5 0 0 0 公里；在计算过 程中，取一级保养费用为2 0 0 元，二级保养费用为l 0 0 0 元，每年支付的年费用 为10 8 5 5 元。 车牌号为a 0 5 3 4 6 的a 车的原始费用数据如表4 1 。 表4 1 车原始数据 1 连续费用 ( 1 ) 总维修费 以两次二保里程为一个波动周期，则2 “，= 2 万，那么w l = 州“，代入总维修 费用与行驶里程的关系式( 3 1 ) ，运用最小二乘法进行曲线参数估计可得其他参 数，结果见表4 2 。 表4 2 总维修费用参数 将各参数代入式( 3 1 ) 可得车辆的总维修费用模型为 p 0 ) = 6 15 7 0 s i n ( 2 0 9 4 “+ 2 2 8 5 5 ) + 1 2 8 9 5 2 + 5 8 9 7 8 ( 4 1 ) 由式( 4 1 ) 可得到维修费用与里程的关系曲线图如图4 2 所示。 4 5 4 0 3 5 03 0 i 恤2 5 旺2 0 掘1 5 1 0 5 0 05l o1 52 02 53 03 5 行驶里程( 万公罩) 图4 2 维修费用与行驶里程的关系曲线 ( 2 ) 总燃油消耗量 类似地，可得出总燃油消耗的参数，由于原始数据的记录是以升为单位，所 以在计算中，考虑先将燃油消耗量( 千升) 与行驶罩程( 万公里) 建立关系式与 ( 3 2 ) 类似的方程 g 似) = 少os i n ( 1 “+ 缈i ) + 氛”+ ( 4 2 ) 参数计算方法和总维修费用的计算类似，结果见表4 3 表4 3 总燃油耗损参数 将各参数代入式( 4 2 ) 可得总燃油消耗量( 千升) 与行驶里程( 万公里) 的关系式为 g 0 ) = 1 6 1 2 6 s i n ( 2 0 9 4 ”+ 1 6 3 4 2 ) + 1 4 4 1 8 5 “一5 4 4 4 7 ( 4 3 ) 由式( 4 3 ) 可得到燃油消耗量与里程的关系曲线图如图4 3 所示。 2 6 索 * v 删 攥 桀 是 鬟 051 0 行驶里程( 万公里) 图4 3 燃油消耗与行驶里程的关系曲线图 已知燃油价格c 譬，易得 f 0 ) = g 0 ) c g ( 4 4 ) 2 离散费用 由表4 1 中的时间和行驶里程数据， 中的参数求出：岛= 一o 2 4 8 ，4 = 9 3 7 9 ， 系为 同样地运用最小二乘法可将式( 3 6 ) 磊= 一1 1 1 2 ，从而行驶里程与时间的关 “o ) = - o 2 4 8 f 2 + 9 3 7 9 f 一1 1 1 2 行驶里程与时间的关系曲线图如图4 4 所示。 ，、 刚 愈 r 、- 一 鞋 酬 鄙 始 时间( 年) 图4 4 行驶里程与时间的关系曲线图 ( 4 5 ) 由关系式( 4 5 ) 易得年费用支付点f = l ，2 ，3 ，l o 所对应的里程“o = l ，2 ，3 ) ， 故在此不做具体分析。瞬时离散费用的取值见表4 4 ( 其中f = 2 5 ) 。 诣沥加竭m 5 0 表4 4 瞬时离散费( 单位：万元) 3 退役阶段费用 由3 5 2 的介绍的评估法，我们对该车进行价值评估，每年的价值如表4 5 所示。 表4 5 车辆每年的评估价格( 单位：万元) 由式( 3 1 7 ) 及( 4 5 ) 可计算得到任一里程点的车辆价值s 0 ) ，详见图4 5 。 ，- 、 母q 匈 r 、- 一 驰 墨* 鄙 妊 费用( 万元) 图4 5 各费用与里程关系图 费用如图4 5 所示，各