船用器材备件规划研究

PAGEIPAGE船用器材备件规划研究摘要航运业最初的发展主要是以提供运输服务为主，随着经济的快速发展，航运业也相应的迅速发展着，对运输服务的质量也有了越来越高的要求。对于船舶备件管理的研究，本论文主要对船舶备件存量和船舶备件配置两个方面来研究。在船舶备件的存量的研究上，本文首先介绍了几种确定备件库存量的方法，并且分析比较了各种方法的优缺点，而后在充分考虑到船舶在远航过程中执行任务时间长、强度大，备件消耗的品种和数量多等相关因素，提出了一种研究方法，此种方法主要研究了以船舶的营运可靠性为目标，基于可靠性数学模型来确定船舶备件存量的方法，并通过实例分析，指出其方法的应用对船舶满足营运需求并有效地控制备件库存费用的实际意义。在备件的配置上，在介绍了几种以往确定船舶备件配置的方法的基础上，提出了以使用可用度为中心的备件配置方法，这种方法综合考虑了船舶备件的可靠性以及维修性的影响，应用蒙特卡罗仿真方法得出最优的配置方案。此种方法弥补了以往方法中未考虑到的影响因素，因此能够较好地反映实际情况的需求，更具有实用性。而后又对这种方法进行了优化，即将船舶整个航行过程细分，分为航渡和返航两个阶段来进行研究，这种优化方法的结果是使船舶备件配置的方案更加精确和实用。关键词：船拍备件；存量；配置；可靠性；使用可用度

ABSTRACTShippingindustryisthemaintransportservicesonthedevelopmentofthefirst,withtherapiddevelopmentofeconomy,shippingindustryandtherapiddevelopmentofthecorresponding,alsointhequalityoftransportationserviceshavehigherandhigherrequirements.Forshipsparepartsmanagementresearch,thisthesismainlyontwoaspectsofthestockofsparepartsandthesparepartsofconfigurationtostudy.Onthestudyofshipsparepartsstock,thispaperfirstlyintroducessomeofthewaystodeterminethestockofsparepartswarehouse,theadvantagesanddisadvantagesofvariousmethodswerecomparedandanalyzed,andthen,infullconsiderationtotheship'smissionintheprocessofsailingtimeislong,theintensityisbig,thesparepartsconsumptionofvarietyandquantityandotherrelatedfactors,putforwardaresearchmethod,thismethodismainlystudiedaimingattheoperatingreliabilityoftheship,basedonthemathematicalmodeltodeterminethereliabilitymethodofshipsparepartsstock,andthroughtheexampleanalysis,pointsoutitsapplicationtotheshipmeettheoperatingrequirementsandeffectivelycontrolsparepartsinventorycostofactualmeaning.Intheallocationofspareparts,introducedinseveralpreviousship'ssparepartsconfigurationmethod,onthebasisofproposedtousetheavailabilityofsparepartsforthecenterconfigurationmethod,thismethodconsiderstheinfluenceofreliabilityandmaintainabilityofshipspareparts,usingamontecarlosimulationmethodtoreachtheoptimalallocationscheme.Thismethodmakesupforthepreviousmethodwithoutconsideringtheinfluenceoffactors,thuscanwellreflecttheactualsituationofdemand,morepractical.Thentothiskindofmethodisoptimized,thesailingshipthewholesubdivisionprocess,dividedintotwophases,crossingandreturnforresearch,theresultsofthisoptimizationmethodisthesolutionofshipsparepartsconfigurationismoreaccurateandpractical.Keywords:shipspareparts;Stock;Configuration;Reliability;Theuseofavailability

目录24430摘要 I22507ABSTRACT III3770第一章绪论 1193021.1研究背景 1277201.2研究意义 1221131.3国内外研究现状 2321361.3.1国外研究现状 2134851.3.2国内研究现状 312963第二章相关概述 448632.1备件管理含义 4219882.2备件库存管理要素分析 5187442.3传统备件库存管理的方法 7172492.3.1备件器求的预测 7327472.3.2备件库存订货策略 848431.ROP（ReorderPointMethod） 8253492.FOC（FixedOrderCycle） 9283073.MIN-MAX订货法 10211912.4船用器材备件管理 11251572.4.1规范备件库编码 11198202.4.2备件的清查 1154462.4.3备件的日常管理 12243742.4.4拟定统一的配备标准，对备件申领数量进行规划 1393722.4.5引进计算机系统管理 1450502.4.6持之以恒，确保备件管理长期有效 1419871第3章船用器材设备备件存量改进方式探究 16313883.1凭借以往的备件管理经验 16210743.2根据船用器材备件寿命分布 1689893.2.1指数寿命件数量的计算 1733713.2.2计算正态寿命备品备件的具体数量 18197503.2.3计算威尔布分布寿命备品备件数目 1962593.3为了实现损失期望值最低的库存决策 20173443.4运筹学中的存储论模型 23198243.4.1存储论的基本概念 24133233.4.2存储模型 27168723.4.3经济订货批量（EOQ）模型 28115743.5根据可靠性数学模型 32242643.5.1冷储模型 3364173.5.2表决模型 34166223.5.3串行维修模型 36148763.5.4明确船用器材备件库存量的实例 3723919第4章对船用器材备件进行最佳配置的探究 40254264.1传统的船用器材备件配置方法 40278474.2借助历史统计数据对备件配置加以预测的方式 41325064.3动态规划 42319624.3.1前提假设 43259204.3.2基于可靠性的动态规划模型 44183514.3.3模型的建立 45185394.4以可用度为导向的备件配置方式探究 4774984.4.1使用可用度 48276234.4.2蒙特卡罗仿真方法 50248504.4.3远航船舶的备件配置模型 51175344.4.4数学模型的建立及算法的实现 53244824.4.5计算实例 54213624.5完善和改进以使用度为导向的备件配置方法探究 56102364.5.1远航任务剖面分析 56233874.5.2故障树 58111254.5.3建立模型 62176494.5.4实例分析 6316849结论 6731530参考文献 6923396致谢 73PAGE10第一章绪论1.1研究背景设备管理中备件管理是不可或缺的一部分，它与运行、维修管理是设备管理的三大主要内容。备件管理水平与设备的可利用程度与库存资金占用率直接相关。因此科学管理船舶备件设备，尽量降低库存存量、类型与资金占用量，增加设备的使用效率，为现场生产奠定有力基础，是集装箱港口经营者、设备设计与研究开发单位需要重点关注和解决的问题。对于航运企业而言，所有成本支出中船舶备件的库存所占成本的比重较高，航运企业为了安全营运，都会提前筹备部分备件，可是备件的数量并非越多越好，如果备件数量过多将占用大量资金。因此船舶备件管理在现代航运企业中有着举足轻重的作用。可是船舶公司一直面临的问题是按照以往的经验进行备件存储，合理性不足，导致有些备件准备过剩，而有些备件准备不够，部分资金被占用，不利于船舶公司营运业务的正常开展，也给企业带来了经济损失。1.2研究意义船舶的构成包括主机、辅机、电气以及泵阀等，船身、设备、装置以及大多数零部件都是钢铁制造的。船舶自从下线以后就在水中漂泊，完全在自然界中暴露，船舶因为机械、自然因素受到的磨损与损耗十分严重。船舶长时间地受到多种因素的影响。如今提升船舶营运比例，压缩营运成本，提升经济效益是航运企业的核心目的。所以利用合理的方式找到船舶备件耗费的内在规律，做出科学的备件库存决策，进而有效压缩经营成本，是市场经济环境中航运企业走现代化、科学化该管理之路的必然。1.3国内外研究现状1.3.1国外研究现状对于备件管理而言，绝大多数专业人士主张以全面的观点对库存进行管理。研究人员Moore提出建在在可靠性之上的库存目标与全面的战略。他对零配件的类型划分与以零配件的种类划分作为基础进行管理做了全面阐述和解析，需对设别故障、备件使用寿命等多种因素进行考虑。Sherbrook对较低水平的需求与供应时间的备件供应做了细致探究和解析，是为了进一步明确在供应期间时间间隔期间内订购的数目。只要对备件需求量做出精确判断，将没有必要采用间隔供应的方式。研究备件库存的改进和完善策略方面，Haneveldet将缓慢移动、成本较高的备件库存成本改革进行了全面研究和分析。此问题极为关键是由于在设备运转异常时，需要投入更多成本，因此需要对此问题进行较好解决。Haneveldetal把购买分成：初期购买和运行过程中购买。时间属于一个连续变量，并非将其细分为多个各有差异的阶段。初期采购阶段以无限生命周期作为假设，以有限生命周期假设为基础进行运行。期望成本总体由采购成本、库存现有成本以及推迟交货成本组成。对初期采购进行完善改进以后，从而提出整个生命周期完善的策略。就对备件预测展开探究分析而言，Froot对应用数学方法建立在预防系统的航空备件供应的管理做了全面深入探究，在他看来，没有必要对（q,r）的库存策略较为准确每个月备件需求进行研究分析，重点需对备件大于提前期的累积需求进行科学预判。依托统计手段与统计控制技术，库存管理的效果大幅提升。1.3.2国内研究现状与欧美各国相比我国针对备件管理工作的探究取得的成果并不显著，对于备件物流的研究并不全面。孟燕萍给出了备件物流的定义和分类。根据他的观点，备件物流指的是为了实现备件快速高效供给，为企业运营正常与产品售后服务给予帮助的物流行为。除了上述理论方面的探究，我国重点对备件物流的备件库存的管控进行了探究。赵敏立足于库存三种因素，对库存发展模式进行了分析，而且将备件联合库存的体现方式与我国推行备件联合库存的重大作用作为研究分析的侧重点。对备件联合库存的各种表现方式以及我国推行备件联合库存的重大作用进行了分析，从以下三个维度提出了推行备件联合库存的措施，分别是构建起完备的共享协议与制度，创建库存管理信息系统，打造备件物流保障系统。专业人士张金隆对需求服从泊松分布、提前期等于常数、建立在（s-1，s）之上的订货策略的随机库存模式做了全面深入分析，从而提出如果库存减少到既定标准，需提前准备好存货使重点需求得以满足的控制手段。王强依托可靠性理论以及设备维修决策理论，较为合理地分析了维修备件储备储存量。由于不同行业，备件的特点不同。因此一般以某个行业为载体来探究备件物流。方玉伟全面探究和科学预判了设备库存管理总体发展潮流。刘幼光对南钥钢材生产环节使用及时管理基本原理与运转方式进行了探究。何志德对装备备件储存模型进行探索。陈路平对客车制造业备件物流信息化进行了探索。方玉伟全面探究和科学预判了设备库存管理总体发展潮流。尹伟就战时通信设备备件数目确定问题，基于抢修器材数量不足的前提下，给出了一个所用平均时间最少为目标函数的备件完善模型。分析世界各个国家进行的探究的实际情况可知，研究人员们看到了备件物流的重大作用，而且按照备件的特征给出了对应的管理策略。第二章相关概述2.1备件管理含义设备在企业固定资产中有着举足轻重的作用。国际社会对设备工程学的描述是：有具体存在形式的固定资产，对其所包含的劳动资料进行类别划分。在我国，能够通过劳动使劳动对象的形态与属性发生改变的物质资料就是设备。即设备是指可用于生活与生产的机械装置等。在对设备进行维修保养时，为改进设备性能与提升准确度，能够利用经过修理的零部件代替发生破损的部件。为了提高设备的耐用度，使因为停机而造成的经济损失得到有效控制，部分形状不规整、标准严格、生产存在较大难度、需要投入较多时间进行生产的配件必须提前准备相当的数量，此种配件叫做备品或备件。备件管理指的是组织和实施拟定的计划，进行保存、采购备件，在设备资源管理中有着重要作用。只有对备件进行合理有效的储存与提供，才能在经济实惠和保证进度的基础上全面完成维修工作。如果库存的备件数量较大，会导致库存积压，占用大量空间，需投入更多的保管费用，占用企业大量资金。如果备件数量欠缺，导致设备保养维修不及时，企业生产活动与经济利益受到损害。所以对备件进行科学供应与储存是备件管理环节需要重点解决的问题。备件管理指的是对备件进行储存、计划、购买、提供以及回收等各个环节的组织与管控，其属于设备维修资源管理的重点。只有对备件进行合理有效的储存与提供，才能在经济实惠和保证进度的基础上全面完成维修工作。假如提前准备的备件数量较多，将导致大量积压，提高库房空间，保管费用大幅上涨，对企业流动资金周转造成不利影响，提高产品成本投入。而准备的数量不足，将严重制约备件的快速供应，造成设备维修延期，增加停歇时间期限，导致企业生产活动与经济收益损失严重。所以对备件进行科学供应与储存是备件管理环节需要重点解决的问题。在生产过程机械化与智能化水平全面提升的形势下，由于设备构造更加复杂，精度不断提高，因为设备故障导致的经济损失迅速提高，因此众多学者对备件供应问题进行了全面深入研究和分析。备件制造与供应的特征不尽相同，一旦备件供应出现短缺将对物流产生不利影响。2.2备件库存管理要素分析说到原材料、成品以及备件库存都需要整体考虑以下三大因素，分别是库存的区位、保管人员以及所有者。涉及到实体物资必须选择地方进行储存，指派专门的保管人员进行管理，而库存的所有权属于所有者所有。依托库存三大因素的多种组合就产生了形式多样的库存模式，所以应当以备件库存三大因素为导向地备件库存模式进行全面分析。根据过去所使用的库存方式，供应链条上的企业都会在周围就近的位置建立企业的仓库，企业及库存所有者、管理方于一体。基于传统库存模式，处于供应链上的每一个节点企业都在自己的经营场所周边设立属于企业独有的库存场地，企业不仅是库存物资的所有权人，也是库存的管理方，即库存三要素是统一的。基于此种传统模式，供应链上每个节点企业在库存方面并不是合作关系，而以竞争为主，同时出现了供应链中需求异化放大的现象，造成供应链上的库存远远超过用户实际所需的数量，极大减慢了供应链的响应速度，进而削弱了供应链上每家节点企业的竞争优势。基于此种模式，企业更多看到的是短期利益，并未对供应链上各个企业之间形成战略同盟进行考虑。在市场竞争不断加剧的形势下，科技实现了快速发展和进步，产品加快了更新换代的速度，而产品生产表现出多元化、小批量生产的特点，企业需对增强整体供应链竞争优势做出全面考虑，所以依托供应链而存在的库存管理模式的作用明显，同时新的库存管理模式层出不穷，使供应链的整体库存量得到控制，也缩短了对用户进行反应的时间，而且也不会占用大量企业资金。库存三要素不同形式的组合以及不断加剧的市场竞争产生了新的库存模式。比如，基于供货商管理用户库存模式，货物提供方与需求方企业签订协议，需方企业将仓库出租给供方企业，供方企业是物资所有者，而需求方企业需对仓库进行管理，此种模式中库存所有者与保管者并不是同一个主体。表2-1传统库存模式与供应链库存模式对比库存区位库存保管方库存所有者传统库存模式备件用户备件用户备件用户供应商管理库存（VMI）核心企业或第三方物流供货商用户与备件供货商是联合体联合库存（JMI）核心企业或第三方物流核心企业或第三方物流用户与备件供货商是联合体2.3传统备件库存管理的方法2.3.1备件器求的预测备件库存最难以解决的问题是对现实需要的备件数量做出较为精准的判断。这是因为：虽然备件需求长期存在，然而大部分备件需求却不集中，存在一定的间歇。间歇性指的是需求不固定，并且较多时间节点上不存在需求，物资耗费比较缓慢，需求效率不高，前一次需求与后一次需求之间的间歇时间较长。因此很难对此种间歇性需求做出较为准确的判断。其次，备件库存的过往数据极为有限，所以无法对订购提前时间期限内的需求做出准确预测。再次，产生备件需求通常情况下属于设备使用与维护方式的目标函数，这将表明备件需求受到设备维护与维修计划的影响，而且靠近时间段上的设备需求在设备使用与老化的情况下体现出部分自相关性。对备件需求进行预判的模式是使用种类相同的备件需求过往数据对备件订购提前时间期限内的需求情况进行预测。目前被广泛使用的两种预测方式为连续型与间断性需求预测法。按照备件需求与装置检修的关联度，间断型需求预测又被细分为两种类型，分别是备件订购提前时间期限内的需求序列自行相关时的需求预测，以及备件需求与装置检修相互关联时的需求预测。连续型需求预测的方法较多，较为理想的方法包括指数平滑、指数加权移动平均法以及线性、非线性回归模型等。如果物资耗费速度较快而且需求属于正态分布，将使用指数平滑方法进行预判，预判的结果比较准确，以此为前提极易找到科学的使库存成本大幅降低，服务水平显著提升的库存管控手段。间断型需求预测有多种方法，比如，Croston法、Bootstrap法、拟合分布法、贝叶斯法等。如果备件需求与正太分布相一致，需求间歇比较平稳的需求序列，使用Croston法可进一步提高需求预测的准确度，如果备件订购提前时间期限内的需求序列呈现自相关，可是达不到需求的正态分布标准时，可把备件订购提前时间期限内的需求序列视为一个Markov过程，而且共同使用Bootstrap法实施预判，而混合预测法可用在需求与装置检修有关的备件中。2.3.2备件库存订货策略实际执行过程中，港口企业通常使用记录点法、固定采购间隔法以及最高最低订货法作为备件订货方法。1.ROP（ReorderPointMethod）使用ROP订货方式可以进一步提高订货的效果，假如当前库存数量低于订货点就需要进行订货，普遍利用EOQ模型对订货批次进行核算，EOQ模型是依托最小库存持有费用的一种订货方式。订货点指的是基于特定服务水平下符合采购期限内实际需求的备件数量。所以，订货点的计算需要下列信息。（1）给定的服务水平；（2）采购时间期限/提前时间期限或用户界定的物流时间；（3）采购时间期限内正常需求的备件销售数量的具体分布；（4）采购时间期限内正常需求消耗量预判的起伏；订货点包括保留库存SR以及安全库存SS两部分。OP=SR+SS（2-1）式中OP为订货点：SR代表采购时间期限内的需求量的预期值；SS代表提前周期内需求起伏与出现特殊状况的需求量。需使用复杂的数学模型基于一定服务水平对SS进行计算。经济订货批量EOQ属于对持有库存所需费用进行权衡与实现订货费用总体库存费用最低所明确的最理想的订货量。ROP本质上是把库存视为互相没有关联的主体。其能够实现单个库存项储存的最优化，使库存投资大幅减少，提高采购的弹性，不用其他的需求计划作为支撑，可是却没有对来自同一个供货商同时采购对企业的重大作用。企业在进行采购时，将多个采购单进行合并，由同一个供货商提供货物的做法极为常见。基于此种状况，需使用分摊采购费用的方式使采购批量大幅降低，从而提高采购效率。2.FOC（FixedOrderCycle）考虑到备件采购费用中物流成本所占比例较高，但是采购批次较少，所以FOC是企业使用最普遍的订货方式。FOC属于以实现采购费用最低为目的的订货策略。企业使用此种订货策略是因为：（1）降低采购频率；（2）减少运输费用；（3）改善采购状况；（4）缩短采购提前期；（5）获得价格折扣；（6）简化订单管理；（7）改善供应商关系。可是此种采购方式的缺陷是库存体量较大，在选择供货商时受到一定阻碍，需要使用一定的辅助手段为企业采购提供支持，较为迫切的订单与再订单需要分开单独订货，当采购策略进行调整时，采购间歇期需要再次进行计算等。FOC采购方式使用稳定的采购间歇期限，所以为使企业的实际需要得到满足，需对采购量适时进行调整。每一次都使用EOQ模型计算得到的批量发出客户订好的批量，之后把计算结果实施圆整调整到固定采购间歇期间需要的消耗量。其中，最理想的采购间歇期是利用订单同步采购计算得到的，大都圆整到月份。3.MIN-MAX订货法MIN-MAX订货法是生产企业普遍使用的调整和控制库存的有效方式。若当前库存规模低于库存的最低标准，就需要订货，库存的最大值与最小值之间的差就是订货数量。在一定时间期限内，最大最小订货策略的最高库存量将不会发生改变。所以如果需求不断增大时，采购次数将大幅增加。事实上生产企业备件一般都使用ROP、FOC以及MIN-MAX做出采购决策，最终决定采购批量。这三种订货决策模式都需要对安全库存量进行明确，因为需要展开大量深入研究才能确定安全库存水平，因此本论文不对安全库存水平进行讨论。2.4船用器材备件管理2.4.1规范备件库编码对备件库存编号进行全面规范，使每一个备件都存放在对应的位置，利用标准的位置编号快速方便地确定备件存放的确切位置，这样就能在较短时间内锁定需要寻找的备件。就我轮多年的管理经验而言，需要做的工作是对备件库、备件架做出细致、标准的编号，同时表明备件存放的具体位置，效果极为理想。假如备件库管理混乱，需要及时进行调整和规范。此项工作尽管十分繁杂，可最终收效显著，实际经验表明，只有对备件库的编码进行规范，管理工作才能顺利开展和稳步推进。2.4.2备件的清查备件的类型多种多样，按照船舶类型，备件的种类达到成百上千种。过去对船舶进行管理时，重点放在核心备件的管理方面，额可是因为对核心备件的界定不明确，部分人的看法是核心备件具备包括缸头、缸套、连杆等，导致现实管理工作中只涉及到几十种核心备件，与数量庞大的库存存在较大差距，进而体现不出管理工作的效果。所以应将所有备件列为库存备件的清查对象，不能出现遗漏。完成清查工作以后对相关信息进行全面统计，对于陈旧备件、修复件等进行标记，同时清退废旧备件，进一步提高备件库的条理性。为了对每一个备件的信息上都表明数目、编码以及库存的位置，所以，备件的清查工作极为繁杂，工作量巨大而且极为关键，尤其的对于老旧船只来说，会存在找不到部分备件对应设备的情况。所以需采取有效手段，全面加强此项工作管理，对所有备件进行全面清查。清查对象不能只限制在大备件，应当将所有备件作为清查对象。如果只关注大备件而忽略小备件，备件管理工作的效果将大打折扣。2.4.3备件的日常管理（1）应指派专门人员对备件进行管理，同时根据设备类型分门别类、规范地存放于固定位置。不同设备的备件不要混放，应方便取用，尤其是大型、重型、精密的备件应妥善放置，做好衬垫、绑扎等工作，以防止翻倒、振动、碰撞等不利于备件安全的现象发生；（2）使用入库、出库登记方式，利用登记本对库存备件进出库情况进行全面统计。每种备件都必须配备对应的明细卡片，便于对备件的名称、规格以及其对应的设备做出准确判断和分辨。（3）在对备件进行更换时需立即将备件消耗报告的信息进行填写，同时简单说明更换或损坏的理由。（4）更换以后能够继续利用的备件应当进行修复以作备用。船舶所有者没有能力进行维修的应完成保存，同时需要进行标记，报备到设备管理部进行安排，交由厂家进行维修。如果不属于正常原因导致的零部件损坏，应当按照原样进行保存，为以后对其损坏的原因进行分析奠定基础，预防再次被损坏。（5）对备件经常进行清洁维护，预防腐蚀变质和形状发生变化，每种备件都应当保持在能够使用的状态。针对需要特别保管的备件，需要根据适用说明书的要求进行储存。2.4.4拟定统一的配备标准，对备件申领数量进行规划一旦备件清查工作结束以后，需明确船舶的库存总量。尽管公司设备管理部对船舶库存备件提出了明确要求，可是设备管理部提出的库存体量不足，可实际航行过程中储备的备件库存远超过预计的标准，如果库存量不确定，在申请领取备件时没有统一计划，不够规范，对船舶正常运行造成较大影响，占用库存资金。所以为了提高库存的合理性，应当对船舶库存的定额做出明确规定，由船舶方就此定额给出最大和最小的库存标准，通过主管部门审定批准。在申领备件过程中，应对备件所属设备的出阿伯名称、机型、出厂编号、生产厂家、备件名称以及申领数量等进行详细明确的填写。对部分不能分辨清楚的备件进行申领时，需附上样本、图片或其他有用的参考资料。对于部分普遍使用的部件，需要表明具体的规格，为市场采购和根据样本进行加工提供方便。2.4.5引进计算机系统管理借助船岸数据通信的方式，达到信息共同分享的目标，使备件管理跟踪水平得到全面提升。船方完成库存备件清查工作以后，能够利用传播设备信息化系统将申领船舶备件数量、使用情况以及库存等信息立即传输到岸上系统，达到船舶与岸上系统数据同步分享，为设备管理部门快速获得船舶备件的情况提供方便，而且可使用船舶信息化系统中快速统计模块全面统计备件使用情况，及时掌握船只备件使用状况，为跟踪设备管理水平与备件管理质量做好铺垫。2.4.6持之以恒，确保备件管理长期有效备件管理需要投入大量时间与精力，并且持续时间较长，需对备件申请领用、使用情况等进行全面登记，做到物品与登记簿情况相一致，提高管理工作的成效，如果之间任意一段时间被中断，将造成备件管理紊乱。所以需保证备件管理持有高效，对传统管理方式进行改变和更新，制定有力手段加以保证，比如，加大平常的抽查监督力度，对船员交接班情况进行定期抽查，提高备件管理的连续性。第3章船用器材设备备件存量改进方式探究3.1凭借以往的备件管理经验一般来说，传播管理公司都会创建备件的入册登记，同时在清册登记中对备件规格、型号、数量以及存放位置等信息进行明确标注，为轮机管理人员获得备件的具体情况提供方便，从而对船舶备件科学的库存量加以明确。为了提高船舶备件库存量的合理性，在参照过往经验的前提下，需要全面听取航海专业人士与专家的意见和建议，从自身的实际情况出发，以船旗国法规、船级社要求对备件最优库存量加以明确。这是因为此种方式并未使用合理的预测方式，仅凭借过往的经验，所以与最优的船舶备件库存量有一定偏差。为此船舶公司为确保船舶安全航行，对每个船用备件物料项目都对其库存上限做出明确规定，进一步提高船舶航行的安全系数。3.2根据船用器材备件寿命分布备件的类型多种多样，并且根据各种类型划分标准每种类型又可以细分为多种类别。按照备件使用的期限，备件细分为指数寿命、正态寿命与威布尔寿命备件等。机械性备件按照使用期限分为全寿命、单寿命以及短寿命备件。3.2.1指数寿命件数量的计算备件保障比例是指限定时间内现实准备的备件数量与需要准备备件数量的比值，通常都用百分数来表示，一般而言，备件保障率为85%-90%。指数分布的概念为：假设连续新随机变量X的概率密度是（3-1）其中>0为常数，则称X服从参数为的指数分布。进而可以得到随机变量X的分布函数为（3-2）备件保障概率指的是特定时间期限内备件现实保障数量除以需求保障数量得到的数值，一般使用百分比来表示。其较好的体现了器材的供应水平，也被叫做备件满足比例、备件发付比例，备件保障率的正常水平是80%-95%。计算公式为：备件保障率=（3-3）式中：N代表特定时间期限内对需要申领备件的数量进行统计。n--同一期间内短缺备件的件数如果系统中某个零部件、组建的寿命服从指数分布，在使保障率P得到全面保障的基础上，实际需要的备件数量是：（3-4）式中：s-装备中某备件需求量；N——装备中某机用件数；——装备中某备件失效率；P——系统中特定备件的保障比例，也就是在需要此备件时可以顺利取得的概率。T——装备中某备件的保障时间；保障时间t可根据不同的情况分别处理：（1）对于不能修复的备件，t指的是限定观察时间内或备件更新期限内所有工作时间的总和。（2）针对可以修复的备件，如果更换基层级以后送到中继或基地级进行维修，t根据维修期限内累加的工作时间来核算，如果送到基层级维系，如果达到MTBF的值远远超过MTTR，同时起码准备一个以供备件更换修理的基础上，使用MTTR来计算t的具体数值。（3）基于以上所阐述的第2种情形，并未对能够修复备件的修复次数上限进行考虑，如果进行考虑，那么最大修复次数与同样数量的备件数相一致。3.2.2计算正态寿命备品备件的具体数量正态分布的概念：（3-5）其中为常数，则称x服从参数为的正态分布，记为如果系统中特定零部件、组建寿命与正态分布相一致，E是寿命平均数值，是标准差，t是保障时间，P是保障概率，而正态分布分位数为UP，能够通过分布数值表格对相关数据进行查找，可按照以下计算公式对单项件的备件需求量S进行计算。（3-6）3.2.3计算威尔布分布寿命备品备件数目如果系统中特定零部件、组建寿命与威尔布分布相一致，代表形状参数，代表尺度参数，代表位置参数，在保障时间t内全面实现保障概率P，可按照以下计算公式对备件的需求数量进行计算。（3-7）式中：up为正态分布分位数：E为备件的平均寿命，当位置参数=0时，3.3为了实现损失期望值最低的库存决策对库存决策的科学合理性进行衡量的经济标准是对库存总成本进行计算。库存费用包括存贮非、订货费以及缺货费。存储费用相当于备件费用与资金使用成本的比值，实际占用的仓库、保管、备件受到损坏的费用等。我们用C1表示单位备件的存贮费用。订货费用包括订购费、备件成本。其中订购费用由通信费用、外出采购以及手续费等构成；而备件的成本包括备件本身的成本、运输费用等。C3表示单个备件的订购费，Q为订货数量，则订货费用为：。缺货费用是指由于备件短缺对船舶运营受到的经济损失，比如，船舶停止运行需支付的停滞期罚款，失去运营机遇受到的损失和传播被动返航实施维修导致的损失等。单位备件的缺货费用表示。图3.1表明了备件库存量与总成本的关系。图3.1备件的存量与总费用关系因为备件消耗是随意和分散的，如果消耗量发生改变，将引起存储费与缺货费做出调整，总费用曲线也会进行移动改变。所以最合理的库存量将从调整为。假设特定备件原先的库存总量为I，订货量是Q，那么存储量S=I+Q，如果备件消耗量X取不同的数值时，即时()，通过统计推断获得的概率分布模型求得的概率是：。如果x<S，S-x部分需要支付储存费，它的存储费期望值是（3-8）如果x>S，X-S部分需要支付缺货费，它的或缺费用期望数值是（3-9）则，总费用c（s）的期望值为（3-10）如果储存量S的数值是，标注为，为了确定c（s）最小的值，满足下列不等式的条件：（3-11）令（3-12）则有：（3-13）即：（3-14）（3-15）同理可导出（3-16）由此等到确定的不等式：（3-17）把符合以上不等式条件的记为，那么最合理的储存决策是，储存量是，最优订货量是：（3-18）上述内容就是我们立足于备件库存的最少费用的视角，组建经济库存模型，进而得到最合理的库存量。依托此种方式能够获得备件库存的最佳决策。根据此种方式对最合理的船舶备件库存量加以明确，最大限度地降低资金损失，最大限度实现经济收益。所以利用这种方式，对船舶备件存量加以明确的方式从只能依靠经验逐渐过渡到量化阶段，更加科学合理。3.4运筹学中的存储论模型如果船舶需要维修保养，船厂的备件比较完善，所以船舶提供的备件能够使船舶维修保养的需求得到保障，备件供应较为丰富。根据存储理论，在存储论中，即为不允许缺货模型。在现实维修保养时，船厂会根据实际所需的船舶备件数量做出补充，因而船舶备件数量符合运筹学中分批均衡补货不允许缺货模型。理论层面的计算过程包括对陈列的总库存费用的方程求导数，指令导数为0，经计算得到的极值就是与库存费用相一致的最低经济订货批量。我们在日常生活与生产过程中通常会把实际需要的物资、日用品以及实物储藏起来，为将来使用和消费做好准备。此种存储物品行为的目的是使生产与消费之间的不对等问题得到较好解决，此种不对等主要体现在供应量与需求量不对等，供应时期与需求时期不对等，出现供不应求或供过于求。人们将储存这个行为插入供应与需求这两个环节中间，将使供需之间的矛盾得到缓解，将其作为研究对象，借助运筹学手段使最理想、最经济的储存问题得到较好解决。人们在长时间的探索中，掌握了存储问题的内在规律，对此类与存储问题相互关联的事项进行研究，逐渐发展成为运筹学的一个分支，被称为存储论或库存论。3.4.1存储论的基本概念为了生产活动的顺利进行，工厂必须有计划地储存部分原材料，我们将这部分储存物叫做存储。在生产过程中从存储中抽取相当数量的原材料加以使用，降低存储量。随着生产的推进，存储量大幅降低，到了一定阶段需对存储进行补给，不然存储将被使用殆尽，生产也就中断了。简单的说，因为需求增加而存储量降低，由于补给而存储量提高。针对存储而言，因为存在实际需求，从存储中拿出相当数量，从而降低存储量，这相当于是存储量的输出。部分需求并不连续，有的需求是持续的，有的需求比较明确，而有的需求是随机性的。存储量因为需求增加而持续降低，应当进行补给，不然最后将达不到需求的标准。补给属于输入存储。补给的方式是通过其他工厂进行采购，从订货到货物存储需求投入大量时间和精力，这段时间就是准备货物的时间。为了特定时刻对存储进行补给，应当提前一段时间订货，则这段时间叫做提前时间。准备货物所需时间可能比较长，也可能比较短，有可能是随意的，可能是较为明确的。存储论要解决的问题是：每次进行补给的间隔时间长短，每一次补给的具体数量。确定多久补给一次，以及每一次补给数量的方式叫做存储策略。对存储策略优势与劣势进行衡量的直接标准是全面计算此策略消耗的平均费用，因此细致全面的分析费用极为重要。库存总费用由以下几大费用构成：（1）存储费：具体由货物占用资金应当支付的利息、使用仓库、保管货物、货物损坏变质等支付的费用。（2）订货费：由两部分费用组成，分别是订购费用与成本费用，其中，订购费用包括手续费、电信往来、相关人员外出采购所需的费用。订购费与订货频率有关系，而与订货数量不相关。成本费用与订货数量相关，比如，货物自身的价格、物流费用等。举个例子，货物单价是K元，订购费用是元，货物订购数量是Q，那么订货费用是：。（3）生产费用，在对存储进行补给时，假如无需从其他厂家订货，通过自己工厂自给自足，这个时候仍然需要支付两种费用，首先是装配费用，比如对模具、夹具进行更换需要投入时间，或者增加部分专用设备也属于装配费用的范畴。其次是与生产产品数量相关的费用，例如原材料费用、加工费等。货物短缺需要的费用，如果存储供应不足时造成损失。例如，丧失产品销售机会遭受的损失，生产停止导致的损失以及违约需缴纳的罚金等。在不准许出现货物供应不足的基础上，对费用进行处理使用的手段是货物供应不足需要的费用视为无穷大。根据上文论述，对存储在什么时点进行补给，补给数量的方式叫做存储策略，我们日常使用最普遍的策略共有三种。（1）一循环策略，每间隔to时间就补给Q存储量。（2）（s,S）策略，每当存储量x>s时不补充。当xs时补充存储。补充量，即将存储量补充到S。（3）（t,s,S）混合策略，每经过，时间检查存储量x,当x>s时不补充。当时，补充存储量使之达到S。在选定存储策略时，需要将现实问题抽象成数学模型。在构筑模型时，力争对复杂的条件进行精简，只要模型可以体现问题的实质就行。之后使用数学方法对模型尽心全面探究和分析，获得数量结论，得到的结论是否准确无误还需通过实践来验证，如果结论与实际存在较大差距，需对模型进行再次探究和修正。人们经过长期探究和分析，得出部分效果显著的模型。存储模型包括两种类型，首先是确定性模型，也就是模型中所涉及的数据都是明确的数值，其次是随机性模型，也就是模型中包含可随意发生改变的量。因为实际情况存在差异，在拟定存储策略时需格外重视这部分差异，这是因为模型的种类较多。3.4.2存储模型（1）确定型与随机型模型只要需要量、提前订货时间明确的存储问题组成的存储模型就是确定型。只要其中至少一个条件是随机变量的存储问题组成的存储模型就是随机型。确定型存储模型又被细分成需求不会跟随时间变化以及需求随着时间变化而出现改变的模型。同理，按照需求量是否跟随时间改变而发生变化，随机性存储模式也可以细分为两种模型。实际上根本不存在绝对的确定性存储模式。针对现实存储问题而言，D，t或多或少会发生一定起伏。简单来说，假设书记变量X的平均数值是，标准差为，只要变异系数，小于0.1~0.2，就可以将随机变量作为确定型变量。现实情况是，如果生产企业根据物资耗费定额核定的物资需求量，基建过程中根据设计概算获得的物资需求量，具备稳定可靠的供给与需求关系的物资提前订货时间期限等，都能够按照这个原则来分析处理。（2）单品种与多品种库存模型简单来说，把数量庞大、占地面积广阔以及资金占用量较大的物资单独设置库进行有效管理，叫做单品种库。部分物资属于将多个种类存储在一个仓库中，叫做多品种库。例如，钢材、配件、金属等。对于多个品种库的存储而言，对每一种物资的库存控制参数进行一一计算并不现实，可将库存物资根据其占用的资金数量实施ABC分类存储管理。因为流动资金定额通常情况下是根据仓库而下达的，因此多个类型物资存放在一个仓库时，通常造成资金与仓库容积被限制的现象，此种存储模型叫做附带限制的存储问题。（3）单周期与多周期存储模型部分物资采购以后需要一次性供应或销售，不然将遭受经济损失，此类存储问题的模型叫做单周期存储模型，部分物资需多次采购和供应，按照采购-供应-使用-再采购-再供应使用的方式进行运转，不断循环的形成表现出多周期特征的存储问题的模型叫做周期存储模型。3.4.3经济订货批量（EOQ）模型经济订货批量（EOQ）模型是最简单的存储模型，即需求不会随着时间而发生变化的确定性存储模型，这类模型的参数比较确定。很明显，在实际经济生活中很难找到如此条件。只要我们考虑的参数不会出现较大起伏，就可看做是确定型存储问题。被数学家抽象概括的存储问题尽管不会与现实情况完全一致，可是对模型进行深入探究有助于我们对存储问题形成全面认识。经济学家哈里斯于1951年正式提出了知名的经济订货量模型，其对应的英文名称是EconomicOrderQuantity，EOQ。经济订货批量的概念：因为需求量与提前订货时间不会发生变化，因而只要确定每次订货数量与采购间隔期限，就可以选择合理的存储方式。虽然企业经营环境在实际发展中会出现较大改变，可是目前其依旧是企业对订货批量进行优化的成效显著的方式。该模型基于如下假设条件：（1）采购和运输均无价格折扣。（2）运输与装卸能力非常强大，一次性交付。（3）需求确定（4）提前订货的时间不会发生变化，是一个固定常数。（5）不允许发生缺货。（6）订货费与订货批量无关。（7）库存维持费属于库存量的线性函数。（8）一次订货量无上下限的限制。其存储参数为：T一存储或订货时间周期（X年X月X日）；D一单位时间内的需求量（件/年，件/月，件/日）；Q一每一次订货的批量（件或个）；一存储单位物资的存储费用（元/件/年,元/件/月,元/件/日）；一每次订货的订货费（元）；t一提前订货时间是0，也就是订货以后在较短时间内一次性到货。此种存储模型适用于整批间歇进货，需确保供货充足，即特定物资单位时间内的需求总量是常数D，历经时间T以后，库存量被消耗殆尽，此时可以开始采购货物，及时补充库存量，使库存量达到最大值Q，进入下个存储周期，逐渐演变为多周期模型。一个存储周期内的物资总量Q=D*T个，平均存储量是1/2Q，费用是，一次订货的费用是，所以在此存储周期内存储总费用是+。鉴于订货周期T不会发生改变，因而仅计算一个周期内的费用没有实际意义，重点需对单位时间内所需的存储费用进行计算，使用以下等式进行计算。（3-19）将代入上式，得到（3-20）很显然，单位时间内的订货量与订货批量成反比例关系，单位时间的存储费用与订货批量Q成正比例关系。（3-21）即得到经济订货批量（3-22）由于，故当时，取得最小值。式（3.22）叫做经济订货批量计算公式，因为这个公司是数学家威尔推到出来的，因此又叫做威尔逊公式。由式及（3-23）可得到经济订货间隔期（3-24）在计算公式中带入，可立即得到按照经济原则订货批量进货最小的存储费用（3-25）需重点强调，上文在明确经济订货量时，对同时发生订货与进货现象做出了假设，事实上订货与到货中间会有一段时间间歇，为了确保供货不被中断，需提前预定货物。将提前订货的时间是t，每天的需求量是D，那么代购点S=D*t，等到库存降低到S时，可根据经济订货批量进行获取预定。处于提前订货期限内，按照每天D的速度对库存量进行消耗，如果库存量被完全消耗时，订货刚好到位，将进入下一个存储周期。此外，通过实物计量单位，例如件、个来表示物质数量时，代表的是每一次订货物资数量是否属于整数，通过四舍五入的方式进行取整。针对上述的确定型存储问题，使用最为普遍的策略是对经济加以明确，同时每间隔时间进行一次订货，将库存量补充到最大库存量。3.5根据可靠性数学模型本论文已对可靠性与备件的相关原理进行了分析研究，利用可靠性模型当做研究理论的基础，给出了计算船舶备件库存量的公式。船舶在海上航行最重要的目标就是安全平稳地把货物运动到目的港，此运送阶段航程的安全性将受到多种因素影响，所以船舶具备足够的可靠性确保航行安全。船舶营运的可靠性=（船舶构造与设备可靠性）（装载货物的可靠性）（船员操纵船舶、管理的可靠性）（陆地上各个部门服务船舶的可靠性）（他船操纵失误的概率）……。通过对上述等式进行分析可知，每个细节都会对船舶运行的安全性和可靠性产生重要影响，需对每个因素加以重视。可是本章将对船舶构造与设备的可靠程度进行全面阐述和分析。以上所述的多种可靠性与船舶机械多种故障关系密切，船舶故障包括：船舶机械设备存在三种基本状态，分别是正常、异常以及故障状态。因此故障也是机械设备的一种状态。船机设备状态正常指的是其在执行设定好的动作过程中比较完善，或尽管存在缺陷和不足，也在合理的范围内。船只设备发生故障是指船只系统、设备等无法执行船只的正常功能，或是船只性能与正常性能不一致的现象。对不能修复的产品则称作失效。船只一般都会因为使用时间较长、以及长期闲置，由于受到多种因素影响。导致船机零部件规格精度、外在形状等出现重大改变，或是被腐蚀，出现裂纹等，造成技术状态与使用性能被削弱。所以就这点来说，需对各种影响因素进行全面考虑，并且依托一定的可靠程度，对船舶备件的最优库存量进行全面深入探究和分析。3.5.1冷储模型冷储型指的是储备期限内保持效果、不能修复备件或最好不在使用现场实施修复的可维修产品。假设船舶特定易损件不可修复的备件数量是n，而且备件在储存期限内仍然有效，n+1个易损件的使用寿命属于不确定的量，则通过个易损件构成的系统最高使用寿是，系统的可靠程度是（3-26）若系统的密度函数为，则（3-27）依照冷储型备件系统的实际特征，它的故障分布密度函数相当于各个备件密度函数的乘积，用如下等式进行表示：（3-28）得（3-29）3.5.2表决模型表决模型是指在储备阶段性能良好的无需修复的备件或是不能在现场进行修复的备件。表决系统属于冗余系统中一种极为关键的系统，也就是“N中取K”系统，被全面运用于大规模复杂系统。此处所指的表决单元指的是可靠性结构中以同类单元作为构成分子的状况。“N中取K”（K-out-ofN:G）系统。代表的是N个单元，只要K个或K个以上的单元运行良好，系统就不会出现故障。比如，配置有三台发动机的喷气式飞机，只需两台发动机正常运行，就能够确保安全和实现正常飞行与起落，这相当于一个K/N（G）系统。表决模型工作贮备模型的一类，即组成系统的n个单元中，运行良好的单元数量起码大于或等于，系统将不会出现故障，这样的系统叫做r/n（G）表决模型。如下图3.2所示。图3.2表决系统可靠性假定船只有m个类型不同的设备，n个不可修复的备件，在库存期内，易损件性能会削弱，就n+m个易损件来说，主要存在m个没有故障的部件，船只将平稳运行，那么包含n+m个易损件的系统可靠程度为（3-30）上述计算公式中，代表的是备件的可靠度，t代表的是备件从出厂到船舶结束运营的时间。对于船舶冷储藏系统中包含的m个同类设备与n个备件而言，由于在库存期内其性能不会受到影响，系统运转时，假如一个部件发生故障就需要进行更换，同时系统瞬时发生两个故障的概率微乎其微，所以，系统始终保持一个设备工作。所以可将包括n+m个易损件的系统当做一个故障率为m的等效设备在工作，n个备件处于等待状态的冷储系统。所以，当设备中有m个相同设备时（3-31）3.5.3串行维修模型串行作业型是指在现场只能按秩序对串行出现的故障进行修理，也就是只有一组修理人员。由于在很多情况下，只能借助串行方式对船只与其设备进行维修。船只包含的n个可以修好的备件，同时在库存期内性能良好，而对于船只的一个易损件来说，其出现故障的比例是，假定只有一组维修人员，则系统所包含的n+1个易损件首次提供备件出现短缺的平均时间是（3-32）其中，。假如系统使用施加与与指数分布相吻合，则系统首次备件供应不足的平均时间T与其营运可靠度R（t）之间的关联是（3-33）串行作业型备件系统可以将系统包含的n+m个易损件当做一个故障率是m的等效设备在工作，n个备件处于等待维修、正在维修状态的冷储系统。针对表决型备件储备系统，包含n个备件与m个设备的系统可靠性是：（3-34）通过对以上模型进行分析研究得到的结论是，船舶营运可靠性（r）与备件库存量n有密切关系，所以将船舶运营可靠性（t）作为目标，能够对船舶运营时间t内实际所需的备件数量n加以明确。借助以上所阐述的多种等式，可立足于船舶营运要求，对实际所需的多种类型的备件数量进行计算和确定。3.5.4明确船用器材备件库存量的实例本文以某散货船为例加以说明。将上述的备件种类分类方式为前提，将此散货船设备备件分成极大类型，现对主机主轴承、辅机喷油管以及辅机气缸阀门等备件进行探究和剖析。通过装备履历书故障维修记录可以获得各种类型备件出现故障的比例及修复率，按照设备的任务属性来确定任务时间t的选定，本论文将完成一个基数的任务加以明确，详见图3-1.表3.1各典型备件数据类型工作部件数冷储主机主轴承1o.oois200表决辅机喷油管22E-0510140串行作业辅机气缸阀30.0040.063400按照表3.1所展示的各种数据，通过有关模型能够推导出备件数量n与R（t）的内在联系，详见表3-2.表3.2备件可靠性与数量的关系备件数量01234主机主轴承0.724280.957920.995600.999650.9999辅机喷油管0.640370.896220.972890.993310.99841辅机气缸阀0.630310.999060.999890.9999990.999999由表3.2可知：（1）备件数量从0升高到1的时，对应地从0.7升高到0.9，因此备件增加的数量对可靠性提升产生重大影响，可是在备件数量不断升高的形势下，由1增加到2，可考虑的变化则不那么明显了，随后备件增加到3，4，可知备件数量增加对可靠性造成的影响越来越弱。（2）通过对表3-2数据进行分析可知，在达到某个可靠度的情况下，可确定一个备件数量最佳的最低值，并非越大越好，如此可降低成本与管理费用。所以如果需要求得此散货船备件任务期间可靠度R（t）至少不小于0.95，通过表2数据可知，主机主轴承、辅机喷油管、辅机气缸阀的备件数量分别是1，2，1。这个实例将散货船作为研究对象，如果更换为其他种类的船只，比如，军用船、救助打捞船等，对船舶备件可靠程度的可靠程度将更加严格，所以可按照现实情况增加备件可靠性R（t）的取值，这样才能获得最理想的备件库存量。在现实应用时需对船检局的规定进行全面考虑，确保在遵守有关规定的前提下，实现备件库存量最理想的经济与可靠度。第4章对船用器材备件进行最佳配置的探究远洋船舶航行时，由于航行时间较长，而且面临随时都有可能变化的天气状况，所以对船舶的性能提出了更加严格的要求，此外长期航期也将消耗大量备件与备品。所以备件的科学配置对保障船舶安全航行意义重大。可采用以下几种方式实现船舶备件的优化配置。4.1传统的船用器材备件配置方法对于传统船舶备件的配置主要借助经验的方式。我国绝大多数近海航行的船舶在配置床上备件时大都是机务人员按照自己的过往经验进行，为了万无一失，会多准备几个经常使用到的备件，或是缺乏所需备件的情形下，也可通过周边的船只或附近的港口借用。可是就远洋航行的船舶来说，并不具备这样的便利条件，只要在远洋航行时缺乏急需的备件将导致严重的后果，对船舶安全行使造成极大威胁和隐患，使船舶所在的公司经济利益受到重大损失。所以最近几年，在全球经贸与航运事业全面发展和进步的形势下，此种传统的船舶备件配备方式已无用武之地。在故障数据十分匮乏的情况下，经常使用的方法是经验法对备件配备的类型与数量加以确定，此种方法主要根据多位专家在管理装备过程掌握的实际经验作为配置船舶备件的依据。所以在某种意义上体现了船舶装备所需的备件情况。可是包含了过多的私人主观色彩，有可能造成较大偏差，无法对船舶备件实际所需的数量进行如实反映。直接计算法指的是以装备在一定保障期限内的预期维修任务以及每一次维修拟消耗器材的数量为基础对某种器材库存量进行计算的方式。此种方法只适用于定期与计划维修对于备件的需求量，由于航舰船装备发生故障的随意性较大，所以在配备舰艇船舶的备件时无法适用此种方法。4.2借助历史统计数据对备件配置加以预测的方式预测指的是按照过去与现在对将来进行预估。统计预测方法包括定量与定性预测两种方式。船舶备件主要使用定量预测方式对备件进行统计预测，以历史记录为基础，借用恰当的数学模型，对船舶实际需要的备件数量进行科学预测。相比传统的船舶备件配置方式，此种方法更加科学合理。可是却无法保证预测的准确度。预测的准确度受到三个因素影响，即预测费用的高低；预测方法的难易程度；预测结果的精确程度。此种预测方式需要众多历史数据作为支撑，这是不可或缺的先决条件。可是我国船舶备件的管理中比较普遍的问题是精度不够，绝大多数都使用人工方式进行记录统计，因此难免会出现错误记录和疏漏问题，所以预测的准确度会出现一定偏差，很难获得预期的理想结果。4.3动态规划可靠性指的是产品在制定时间期限内、既定条件下实现规定功能的水平，属于在装备论证、研究制造以及生产时期就已经被明确的性质。可靠性将在使用外在条件发展改变以及使用时间提高的情况下随之减少，通常使用可靠性指标加以评判。远洋船舶在航行时，较长时间内都与大陆分离，执行任务的时间较长、比较独立，所以船舶上关键设备是否可靠直接关系到船舶能否安全的开展与完成航行任务。因为远洋航行比较特殊，一旦设备出现故障一般情况下只能利用更换部件的方式使船舶性能得以恢复。可是因为受到船舶空间、承载量、备件类型等多种因素的制约，船舶所需的全部备件不可能都从船舶上获得。所以为保障船舶安全可靠的航行，必须全面发挥船舶上较为狭窄的空间对船舶备件配置情况加以明确，使备件得到有效利用。通过研究分析可知，备件的具体配置与舰船系统的可靠程度以及维修性有内在联系。普遍的情况是假定系统或设备的使用寿命与维修时间与指数分布相一致的基础上，制定维修备件库存量的最终决策。此种决策方式的探究基础是假定设备使用寿命与指数分布相一致，可现实情况是，在备件维修过程中，备件使用寿命为维修所需时间有可能吻合非指数分布，因此该怎样对如此复杂的系统备件的库存量做出最终决策，特备是对于远洋航行这样一个比较特殊系统中的备件最理想的库存量问题，当前这样的方法比较欠缺。本论文对于实际设备的可靠程度指标，提出了一种全新的建立在可靠性评价动态规划之上的决策模型，这样做的好处是：首先，对随性备件的需求内在规律进行了全面探究和分析，以此为前提构建了模型，为决策人员更好地实现备件的最佳配置创造了条件。其次，可以降低费用支出和腾出更多船上的空间，使船舶载重与运营效率大幅提升。本章使用的研究方式是针对每一个实际的可靠性指标，依托动态规划决策模型获得立足于这个可靠性指标获得的最理想的船舶备件储备量。4.3.1前提假设因为出于远洋船舶航行特殊性的考虑，假定航行过程中出现故障的备件无法进行修复，只有以更换备件的方式使设备的工作性能得到恢复，并且构成设备的部件数量，设备各个部件的可靠性没有联系。立足于可靠性指标，将设备视为构成设备的多种部件经过串联形成的系统（详见图4-1），因此各个要素可靠性相乘得到的结果就是系统的可靠性，只要其中任意一个要素出现问题，整个系统将被视为无法正常运行。图4.1样式4.3.2基于可靠性的动态规划模型动态规划属于运筹学的一个组成部分，动态规划是解决多规划阶段决策过程最理想的数学方式。大约产生于20世纪50年代。1951年，以美国数学家贝尔曼为代表的研究人员，把握此类多个阶段决策问题的特征，将多个阶段决策问题转变为众多相互关联的多个阶段问题，之后对存在的问题进行一一解决。此外，体给出了较好解决此类问题的最理想原理，对很多现实问题展开是深入探究与分析，进而提出了解决问题的最理想方式，即动态规划。借助动态规划，可使某类问题得到较好解决，是对问题进行有效考察的一种方式，并非一种特殊的算法。所以与线性规划不同，它不具备一个规范的数学表达式与界定明确的一组规划，而是针对不同问题使用不同的解决办法。可行性证明：假定系统S通过n个相互独立的部件串联而成，各个部件对应的可靠性是，那么系统的可靠性是（4-1）假如将将一个备件添加到部件上，那么新系统的可靠度：（4-2）显然：，也就是说相比原来的系统S，添加备件以后的新系统的可靠度显著提升，这表明增加备件数量能够使系统的可靠性明显增强。4.3.3模型的建立为显著增强设别的可靠性，需对每一个要素都提前筹备好可以更换的备件，准备的备件数量越多，设备将越可靠，可是还受到备件的成本、占地面积、重量等要素的制约。在对以上几种要素进行全面考虑的基础上，假设设备第i个要素的配置数量是；分别为设备第i个要素的成本、体积、重量数量分别是；c,v,w为成本、体积、重量的限定数。进而组建一个非线性整数最理想的模型，其中，目标函数将最大限度的保证可靠性。目标函数（4-3）（4-4）可借助动态规划的逆序求解方式求得该模型的结果。动态规划逆序求解方法的原理具体是：实际上求解的过程为按照边界条件，从k=n开始，从后边往前边反推，进而依次求出各段最理想决策与对应的最理想数值，最终获得初始数值，就可以求得整个问题最理想的解。利用动态规划求解阶段k的状态变量为：（4-5）以表示决策变量，表明要素K基于的配置数量，K的取值分别是1，2，3，""""""，n，从到状态转移方程：（4-6）（4-7）（4-8）允许决策集合：（4-9）阶段k的指标函数为：（4-10）阶段k的最优值函数为：（4-11）式中：“opt”是最优化的英文缩写，按照题目意思可取最小值或最大值，该模型取最大值。（4-12）因为处于状态时，都是0，装置处于停止状态，因此可靠性取值为1，存边界条件.，根据逆序阶段进行求解，然后按照正常顺序推断得到最理想的策略。最近几年，在可靠性应用多个行业的背景下，此种围绕可靠性的动态规划模型的船舶备件配备方式，在构建模型时需考虑的因素有限，限制条件只对备件的成本、占地空间、重量等进行考虑，并未考虑到其他对备件可靠程度造成较大影响的要素，例如，维修性与保障性等。所以此种方式对于实际案例的适用性还需在实际操作过程中加以全面检验。4.4以可用度为导向的备件配置方式探究现代装备系统对可靠度、可用度等提出了极为严格的要求，如果借助以上阐述的计算配置方式，存在的问题是构建起来的模型极为简单，而且创建模型时的多种假设条件与现实情况存在较大差距，同时很难实现复杂系统的备件计算，为了使有多个部件组成的系统在满足最大限度的可用度与最少的维修费用的基础上备件最佳配置问题得到较好解决，以可用度为导向的备件配置方式应运而生。以可用度为导向的备件最佳配置方式的核心内容包括计算可用度、创建模型、对模型求解与验证模型的准确有效程度。考虑到远航船舶航行过程中的属性和特征，可使用以可用度为导向的备件配置方式，此种方法与过去的方式做到了优势互补，对船舶备件可靠度与维修性的影响做了全面考虑，使用Monte-Carl仿真方法获得最理想的配置方法。相比传统方法，此种方法可以完整地反映实际状况以及对将来的备件配置进行更准确预测。4.4.1使用可用度美国海军的历史经验表明，借助建立在战备完好性之上的船舶备件配置所需费用远低于当时提供的船舶备件配置的供应费用。战备完好性能可以全面体现船舶在航行期间与返航时期性能的特征，普遍使用可用度指标进行评判。战备完好性越好，表明使用可用度越高。系统可靠程度、维修性以及综合保障性等因素可对船舶使用可用度产生一定影响。可用以下公式计算可用度的值：（4-13）其中：—平均故障间隔时间；—平均修复时间；—平均后勤延迟时间。针对一个已建造完毕的船舶而言，可靠性指标和维修性指标属于船舶系统的工作属性，在航行时不会发生改变。所以应当进一步提升船舶备件的可用度，同时降低，才能使问题得到较好解决。一旦船舶在航行时出现故障，如果没有其他船舶恰逢经过提供援助，只依靠船舶本身的保障能力，这个时候船舶备件配置的数量与存放位置都固定不变，所以船舶备件配置状况是对平均后勤推迟时间产生重大影响的核心要素。因此，远洋船舶备品与备件的配置方式与数量将直接关系到船舶使用可用度的数值。把航行中出现故障的船舶视为一个独立的系统，而且如果出现故障，考虑到维修所需时间、维修成效以及维修水平等多种制约因素，大部分船舶都直接更换备件，同时把备件种类视为耗损型部件。船舶系统比较复杂，很难对达到一定可用度要求的备品与备件配置进行准确计算。而且经验法与预测法存在较多缺陷和问题，所以使用Monte-Carl仿真法可获得最理想的配置方法。由于受到诸多因素的影响，如内部因素：备件的构造、使用寿命、出现故障的原理等，外部因素包括：备件库存的外在条件以及操作不正确等因素，所以决定了船舶备件使用寿命分布属于一个随意性事件。在对众多统计数据实施拟合检验的基础上可知，备案寿命符合指数、对数、正态以及威尔布分布。但是在在对模拟船舶备件配置优化方法进行选择时Monte-Carlo仿真方法并未得到广泛使用。下文内容将全面深入分析Monte-Carl仿真方法在备件配置计算中的应用，模拟仿真船舶的备件耐用度、可以使用的长度等。为了研究活动顺利开展和推进，此处将备件使用寿命符合指数分布的单备件系统作为探究对象。4.4.2蒙特卡罗仿真方法蒙特卡罗方法又被称作模拟法或统计实验法。它于二战期间产生和流行起来的。他的奠基人是冯·诺伊曼（J·VonNeumann）。其思想的主要内容是通过电脑系统对现实概率过程进行模拟，之后进行全面记录和处理。相较传统数学方法，此种方式的特点是思想前卫，比较直观，简单容易操作等，利用此种方法能够解决其他方法所无法解决的难题，而且极易通过计算机系统来操作。就当前相关文献资料而言，在物理、化学、生物、原子能等多个领域，蒙特卡罗方法被全面使用。尤其是依托计算机系统，使用蒙特卡洛方法，许多理论与和实际应用科学问题都将迎刃而解，可以取代众多大规模、实现难度较大的复杂实验或社会行为过程。因此借助蒙特卡罗方法，计算机不但是数学家与理论科学家极为关键的工具，而且充当了众多核试验物理家、社会学家的第二实验现场。需要进行多次试验才能得到精确较高的近似解，利用人工手段开展庞大的试验存在较大难度，甚至是不现实的。所以尽管人们早就提出了蒙特卡罗方法的基本思想，但是却得不到广泛应用。上个世纪40年代以后，因为计算机横空出世，这样人们可借助电子计算机对随机试验过程进行模拟，将数量庞大的随机试验通过计算机来实施，将蒙特卡罗方法