车辆装备维修器材采购决策模型仿真

王 敏，吴兆东 ，王开勇

(1.军事交通学院 军事物流系，天津 300161； 2.军事交通学院 学员旅，天津 300161)

车辆装备维修器材采购决策模型仿真

王 敏1，吴兆东2，王开勇1

(1.军事交通学院 军事物流系，天津 300161； 2.军事交通学院 学员旅，天津 300161)

为加强车辆装备维修器材采购决策的科学性，提高库存管理的效率，从车辆装备维修器材的消耗规律入手，考虑库存调节和时间延迟等相关因素，运用系统动力学方法，建立车辆装备维修器材采购决策模型，分析其在不同需求状态下，满足不缺货条件的最小订购批量，并以管理总成本最小为目标，验证不同订购批量与管理总成本之间的变化关系。

车辆装备维修器材；采购决策；系统动力学；仿真

车辆装备维修器材受器材寿命、维修方式和偶然因素的影响，其消耗规律具有需求不确定性[1]，这给车辆装备维修器材的采购决策和库存管理带来了极大的影响。一旦采购和库存储备数量过少，出现了缺货现象，将严重影响车辆装备保障要求。而大量储备维修器材，又导致库存管理的效率低下与成本高昂。因此，如何从车辆装备维修器材的消耗规律出发，以满足不确定需求条件下，采购和库存管理总成本最小为目标，制订科学合理的采购决策就成了车辆装备维修器材管理的难点工作。基于此，本文运用系统动力学方法，考虑库存调节和时间延迟等相关因素，建立了车辆装备维修器材采购决策模型，以不缺货条件下总成本最小为目标，制订了科学的订购决策。

系统动力学(system dynamics，SD)是麻省理工学院的Forrester教授在1960年研究工业管理中长期决策与分析建模问题时创立的系统仿真方法[2-3]。该方法在库存管理、安全管理和能力评估等诸多领域得到了广泛应用[4-7]。应用系统动力学方法对车辆装备维修器材采购决策进行动态模拟，主要是分析影响车辆装备维修器材采购、库存管理和需求保障这一系统的相关要素，确立车辆装备维修器材采购管理因果关系，绘制车辆装备维修器材采购系统动力学仿真流图，利用DYNAMO语言建立状态变量、速率变量与辅助变量方程，最后应用Vensim-PLE软件进行模型仿真，从而确定车辆装备维修器材最优采购决策。

1 车辆装备维修器材采购管理流图

一般情况下，车辆装备维修器材的消耗是满足一定规律的。但为了应对突发事件，车辆装备维修器材储备通常保持一定量的期望库存，以满足车辆装备维修器材正常消耗的同时，更好地供应突发事件首发批次的维修器材。车辆装备维修器材的期望库存量和消耗量影响维修器材的库存调节量，进而对车辆装备维修器材的订货量产生很大影响。同时，车辆装备维修器材订货到维修器材入库不是瞬时的，受出库、装卸搬运、运输等因素的影响，有一个入库延迟时间，这就产生了车辆装备维修器材的在途库存量。并且考虑到车辆装备维修器材的经济订购情况，需要较少的维修器材是不足以订购一次的，一般是大于某个订购批量才开始订购，因此订购批量也是不容忽视的因素。

在车辆装备维修器材订购过程中还有成本因素。除可变订购成本、维修器材单位在途物资成本、维修器材单位库存成本对维修器材管理总成本有影响外，不同的订购量使维修器材订购成本、维修器材在途成本和维修器材库存成本不同，从而影响维修器材管理总成本。在车辆装备维修器材管理因果关系图分析的基础上，利用系统动力学的Vensim-PLE仿真软件绘制车辆装备维修器材采购管理系统动力学仿真流图(如图1所示)。

图1 车辆装备维修器材采购管理系统动力学仿真流图

2 系统动力学仿真DYNAMO方程

根据图1确定车辆装备维修器材采购管理系统动力学仿真DYNAMO方程如下：

维修器材在途量=INTEG(订货率-入库率，维修器材在途初始量)；

维修器材库存量=INTEG(入库率-出库率，维修器材库存初始量)；

维修器材管理总成本=在途成本+库存成本+订购成本；

订购成本=INTEG(订购成本增量，订购成本初始值)；

在途成本=INTEG(在途成本增量，在途成本初始值)；

库存成本=INTEG(库存成本增量，库存成本初始值)；

订购成本增量=订货量×可变订购成本+IF THEN ELSE(订货量>0,1,0 )×固定订购成本；

在途成本增量=维修器材在途量×单位维修器材在途物资成本；

库存成本增量=维修器材库存量×单位维修器材库存成本；

订货量= IF THEN ELSE(调节周期>0:AND:维修器材需要订货量>0, IF THEN ELSE(维修器材订购批量>=维修器材需要订货量, 维修器材订购批量, 维修器材需要订货量),0) ；

维修器材需要订货量=库存调节量+SMOOTH(出库量×调节时间, 信息延迟时间 ) ；

库存调节量= (维修器材期望库存量-维修器材库存量)/库存调节时间；

入库量= DELAY N(订货量,延迟时间,0,3)，这里引入延迟函数来表示维修器材出库、装卸搬运、运输等导致的延迟；

出库量=IF THEN ELSE(维修器材库存量>0，IF THEN ELSE(维修器材库存量-维修器材需求>0，突变需求，维修器材库存量),0 )。出库量根据维修器材的实际消耗需求和维修器材库存量来计算。一般情况下，车辆装备维修器材的消耗服从突变需求、均匀需求和增长需求等情况。

除以上外，可变订购成本、固定订购成本、单位维修器材在途成本、单位维修器材库存成本、出库延迟时间、维修器材订购批量、信息延迟时间、维修期望库存量、库存调节时间和需求情况，根据具体的车辆装备维修器材的采购实际情况来确定。

3 模型仿真与结果分析

滤清器是车辆装备维修器材的一种，该类器材属于消耗类器材，一旦损坏不可修复。某仓库为了保障范围内车辆装备更换需求，实施定期采购管理。滤清器采购和库存管理的相关信息初始数据见表1。滤清器的消耗规律有以下3种情况，根据上面建立的车辆装备维修器材采购管理系统动力学仿真模型进行采购决策分析。

(1)该类车辆装备维修器材消耗规律大致满足突变需求，其需求函数为60+80×PULSE TRAIN(70,50,1,120)。在该情况下订购批量为825个时，其出库情况如图2所示。

表1 某车辆装备维修器材采购初始数据

图2 突变需求订购批量为825时出库情况

从图2可以看出，订购批量为825个时出现一次缺货。为满足该类车辆装备维修器材不缺货的情况，模拟仿真最小订购批量为850。设订购批量分别为850个、1 050个和1 250个，通过仿真可以得到图3所示的3种订购策略维修器材管理总成本变化曲线。

图3 突变需求下3种订购策略总成本变化曲线

从图3可以看出，保证不缺货的情况下，车辆装备维修器材订购批量越小，管理总成本越小。因此，可以选定订购批量为850个，其订购策略如图4所示。

图4 突变需求下订购批量为850的订购策略

从图4可以看出，突变需求时在开始的前3个周期不用订购，从第4到12个周期每两周订购一次，订购批量为850个；中间部分每个周期都订购，其中有3个周期根据实际需求订购，其他周期订购批量为850个；到最后又每两个周期订购一次，订购量为850个。

按照图4的订购策略进行订购，维修器材库存量变化曲线如图5所示。从图5可以看出，车辆装备维修器材在突变需求情况下仓库库存量波动幅度比较大，在短时间内很难达到期望库存量，库存整体水平较高。

图5 突变需求下订购批量为850的仓库库存量

(2)该类车辆装备维修器材消耗规律大致满足每天80个的均匀需求。通过分析得知，在该情况下订购批量为任意值时都不会出现缺货现象。并且同样是订购批量越小，维修器材管理总成本越小，因此可以选定订购批量为100个。订购策略如图6所示。

从图6可以看出，均匀需求时开始订购批量由小逐渐增大，经过几个周期后，订购批量趋于稳定。按照图6订购策略进行订购，仓库库存量如图7所示。

图6 均匀需求下订购批量为100的订购策略

图7 均匀需求下订购批量为100的仓库库存量

从图7可以看出，在开始阶段车辆装备维修器材仓库库存量迅速下降，下降到一定程度后开始波动，并且库存整体水平随时间变化逐渐变小，很快在期望库存水平上稳定波动。

(3)该类车辆装备维修器材消耗规律大致满足增长需求，其需求函数为look up([(0,0)-(200,200)],(0,20),(30,50),(60,80),(90,110),(150,110),(200,20))。在该情况下，出现不缺货的订购批量为520个单位。同样是订购批量越小，维修器材管理总成本越小。设订购批量为520个，其订购策略如图8所示。

图8 增长需求下订购批量为520的订购策略

在图8中，前几个周期不需订购，从第6个周期到12个周期订购量为520个，从第10个周期之后订购量根据消耗需求略有上升，从第23个周期之后又保持订购量为520个。

按照图8的订购策略进行订购，仓库库存量变化曲线如图9所示。从图9可以看出，车辆装备维修器材在增长需求情况下，仓库库存量很快下降到一个水平后开始以较小幅度波动，库存整体水平在达到期望库存水平后又开始随时间变化逐渐变大，远离期望库存水平。

图9 增长需求下订购批量为520的仓库库存量

4 结 论

(1)车辆装备维修器材在采购成本、采购周期等相关要素相同的情况下，消耗规律和需求状况不同，满足不缺货条件下采购策略不同，也即采购批量和采购周期不同。

(2)车辆装备维修器材在采购成本、采购周期

和需求状况等相关要素相同的情况下，采购批量不同，在整个管理周期内管理成本不同。一般情况下，满足不缺货条件下订购批量越小，管理总成本越低。

(3)车辆装备维修器材在满足突变需求、均匀需求和增长需求不缺货情况下，按最小订购批量进行订购，其库存变化情况不同。突变需求库存量变化幅度较大，库存量较高；均匀需求库存量开始变化幅度较大，很快达到期望库存水平；增长需求库存量变化幅度开始较大，达到期望库存后库存量又开始逐渐变大。

[1] 王亮，李志威，何健，等.军用车辆维修器材平时消耗规律分析[J].军用汽车, 2015(2)：30-32.

[2] 钟永光，贾晓菁，钱颖，等．系统动力学[M].北京:科学出版社,2013:3-9.

[3] 张波，虞朝晖，孙强，等.系统动力学简介及其相关软件综述[J].环境与可持续发展, 2010(2)：1-4.

[4] 王兆威，阳平华.基于系统动力学的军事供应链联合库存管理研究[J].军事运筹与系统工程，2013，27(2)：47-49.

[5] 王东辉，韩剑，流洪坤，等.基于系统动力学的弹药库存控制模型及应用[J].兵器试验, 2013(3)：40-43.

[6] 王欣，左忠义.基于系统动力学的高铁安全管理[J].中国安全科学学报，2013，23(10)：158-162.

[7] 刘晓然，苏经宇，王威，等.城市抗震防灾能力评估的系统动力学模型[J].自然灾害学报，2013，22(5)：71-76.

(编辑：孙协胜)

Simulation on Purchasing Decision-making Model of Vehicle Equipment Maintenance Material

WANG Min1, WU Zhaodong2, WANG Kaiyong1

(1.Military Logistics Department, Military Transportation University, Tianjin 300161, China; 2.Cadets Brigade, Military Transportation University, Tianjin 300161, China)

To strengthen the scientificalness of purchasing decision-making model for vehicle equipment maintenance material, and to improve the efficiency of inventory management, the paper firstly introduces the consumption rule of vehicle equipment maintenance material. Then, considering the factors of inventory adjustment and time delay, it establishes purchasing decision-making model with system dynamics method and analyzes the minimum order quantity under different demand conditions. Finally, it verifies the relationship between order quantity and total management cost by taking minimum management cost as target.

vehicle equipment maintenance material; purchasing decision-making; system dynamics; simulation

2017-05-04；

2017-06-09. 作者简介： 王 敏(1979—)，女，博士，副教授.

10.16807/j.cnki.12-1372/e.2017.08.007

E246

A

1674-2192(2017)08- 0026- 05

● 装备保障 Equipment Support