矿山企业备品备件管理系统的设计与开发研究

余建国，冯梅琳

（江西理工大学机电工程学院，江西 赣州341000）

随着网络信息技术的迅猛发展和企业信息化工程的逐步深入推进，企业的库存管理范围已由单个企业内部的局部优化逐步拓展到整个供应链上的全局协同优化[1]，而由此衍生的备品备件库存管理理论和系统开发技术也备受关注[2－3]。备品备件的管理水平和效率直接影响到企业的资金周转成本和生产的安全稳定性，因此探索既能满足安全性要求同时又能最大限度节省资金的备品备件库存控制优化技术显得十分的关键。近些年以来，这一方面的探索和研究已越来越引起人们的重视并取得了丰硕的研究成果。

在理论研究方面，文献[4]针对流程型企业备件需求的高度不确定性特点，建立库存决策模型，并提出一种修订的 Wagner－Whitin算法以确定备件库存的订购计划；文献[5]面向舰载机在一定飞行计划下的使用可用度，按照三级维修保障策略，建立了有限维修渠道下的备件库存模型；文献[6]提出了适用于具有不同缺货费用的横向供应策略下的多点库存单向转运模型；文献[7]针对航空公司备件保障中如何以合理备件费用最大化机队可用度问题，建立了多级库存优化理论模型。上述研究为备品备件的优化管理提供了可靠的理论及应用基础。

在应用研究方面，文献[8]以模具制造企业中的备件管理系统为研究背景，结合传统ABC分类法和BP神经网络的基本原理，提出了基于BP神经网络算法的备件ABCD分类法。文献[9]讨论了维修备件管理系统内部集成和外部集成方法，基于组件化软件开发方法，建立了航空企业维修备件管理系统的组件化体系结构。文献[10]对比了C／S模式与B／S模式的优缺点，提出了基于ERP的备件管理的优点，为进一步开发基于ERP的备件管理系统提出了新的思路。文献[11]针对矿山设备备件库存管理系统设计中的库存管理工作流程、库存管理的主要内容进行了分析，为煤矿企业备件库存管理系统的设计开发提供了参考。上述研究，极大地推动了备品备件管理的应用实践工作。

目前，备品备件相关理论及应用以制造业、电信业和军工行业为主，由于行业发展及管理体制等多方面的原因，矿山企业的研究和应用还处在起步阶段，大部分侧重于企业内部各个环节的备件优化管理。随着矿山资源开采规模的不断扩大和企业信息化的不断普及和深入，矿山企业经历了规模由小到大、管理模式由粗到细、管理范围从企业内部拓展到整个供应链的发展过程。面对经济全球化时代复杂多变的市场环境，矿山企业迫切需要基于产品全生命周期从供应链全局高度对备品备件进行高效率、低成本、可靠化、精细化和网络化管理，因此设计和开发适应我国矿山企业未来发展的面向供应链的备品备件管理系统对提高矿山企业的备品备件管理水平、增强核心竞争力具有重大的意义。

1 矿山备品备件管理现状及存在的问题

通过部分矿山企业的调查和分析，我们发现虽然大多矿山企业对备品备件实施了“统一采购”和“集中管理”模式，减少了部分资金的占用量，但由于管理体制及管理技术等多方面的影响，备品备件管理水平相对落后，主要存在下几个方面的共性问题。

1）管理水平与实际需求存在差距。矿山企业设备备件数量庞大、备件类型多、规格型号复杂、基础数据薄弱及备件管理体制滞后等诸多问题使得备品备件的优化管理面临较大的困难；众多的中小矿山企业对备品备件的管理基本上停留在手工经验管理阶段，相应的备品备件管理流程和管理技术还不够规范，人员素质水平不足，资金投入不足，导致备品备件的管理水平与实际需求存在较大的差距，越来越不能满足企业精益化管理的需要。

2）缺乏科学的预测手段。矿山企业大多按工程投资建设比例列出支备件采购费用，以人工经验来决定备件采购种类和数量，带有很大的盲目性，与实际故障率情况不吻合，导致备件库存储备和实际需求存在较大的差异。有些备品备件采购数量远远超出需求，造成资源浪费，而有些关键备品备件由于价格昂贵，储备较少，给生产的可靠性带来了严峻的考验。

3）备件维护能力不足。大量备品备件需要按特定条件进行仓储保管，并定期进行试验和保养，需要有较高水平的备件维护人员、维护设备和维护资金，而大部分矿山企业自己没有条件来实施这一复杂的维护工程，导致备品备件的寿命大量缩短和价值得不到应用的发挥，资源利用率也得不到有效提高，提高了企业的管理成本。

4）信息孤岛严重。尽管矿山企业生产线自动化水平较高，但除财务管理系统应用较为普遍外，大多数企业尚未建立起生产、销售、库存、采购、执行、财务、人事、客户等一体化的计算机集成制造管理系统，信息不能集成和共享，阻碍了信息的有效利用，对提高企业决策水平的作用十分有限。

5）管理范围狭窄。矿山企业一般从企业内部优化的角度进行备品备件的采购、管理和维护，很少从供应链的角度考虑将供应商、制造商和客户进行整体协同优化管理，导致备品备件的各个阶段管理成本居高不下，备件供应与管理的可靠性和稳定性严重不足，阻碍了企业竞争力的提高。

总体来看，供应链上各个单位之间储备备品备件的相对独立，储备结构和管理水平的参差不齐，导致备品备件管理效率低下，迫切需要从供应链的角度来进行备品备件的全局优化管理，提高备品备件管理的可靠性和稳定性。

2 矿山备品备件系统必要性分析

针对矿山企业备品备件管理的难度和现状，迫切需要设计和开发适应我国矿山企业自身特色的备品备件管理系统来进行解决。

1）目前矿山企业备品备件大多以手工经验管理为主、管理水平低下、缺乏科学预测等，为改善其管理效率和降低运作成本，必须加强备品备件的管理和监控。因此，进行矿山企业备品备件系统的开发及应用是当前矿山企业精益化管理的需要。

2）备品备件管理相关环节的供应商、制造商和客户是一个有机整体，单个环节的局部优化在一定程度上降低了运作成本，但随着市场需求的波动和不确定性越来越强，单个企业的经营风险和难度不断加大，迫切需要从供应链全局进行备品备件的优化管理。因此，面向供应链进行备品备件管理系统的开发应用是提高企业决策水平，降低经营风险的需要。

3）部分矿山企业应用了ERP软件来加强企业计划管理，由于工艺流程和管理体制的差异，现有ERP软件对备品备件的管理缺乏普适性，不能完全适应企业发展的需要；其次，大部分矿山企业信息化技术力量薄弱，软件二次开发面临较大困难。因此，设计开发适应我国矿山企业自身管理特点的备品备件管理系统是提高备品备件管理水平的有效途径。

3 矿山备品备件管理系统设计

3.1 系统目标设计

矿山备品备件管理系统目标设计如下：在矿山企业中，运用计算机网络技术和信息技术通过备品备件管理系统完成备品备件的分类管理，基于供应链协同优化目标建立备品备件需求预测模型，准确有效预测备品备件的需求；基于备品备件的全生命周期对备品备件的采购、使用、维护和报废等进行精细化管理；对备品备件的出库、入库和调拨等进行监控管理、实时监测备品备件库存消耗并进行库存预警和采购决策；为企业领导及相关部分提供统一、准确和全面的备品备件实时信息；通过备品备件管理系统的实施和应用，提高矿山企业的资产利用率、降低库存和节约生产成本，提高生产的稳定性和可靠性，最终提高企业的竞争力。

3.2 系统功能设计

基于模块化设计方法，矿山企业备品备件管理系统主要功能设计如下所示。

1）基础信息管理。建立备品备件相关的供应商、制造商和客户的基本信息、供货数量、供货价格、供应能力及备件物料信息等基础信息。

2）备件需求预测。主要包括备件消耗历史数据记录、需求预测模型管理和在线需求预测等功能。

3）备件采购管理。主要包括备件采购计划、备件采购订单、采购订单执行监控、备件采购入库和备件采购付款等功能。

4）备件库存管理。主要包括备件入库、备件出库、备件库存调拨、安全库存设置、备件库存盘点、库存预警和库存消耗统计等功能。

5）备件维护管理。主要包括备件日常维护、备件检验管理、备件送修管理等功能。

6）备件报废管理。主要包括备件报废申请、备件报废记录、备件报废统计等功能。

7）备件成本管理。主要包括备件采购成本、备件保管成本、备件折旧成本及成本控制等功能。

8）备件流程管理。主要包括备件管理流程定义、流程节点设置、节点消息设置和流程运行控制等功能。

9）系统权限管理。主要包括系统账号管理、系统角色设置和角色权限分配等功能。

10）备件决策支持。主要包括备件采购统计、备件消耗统计、备件库存统计、备件成本统计、备件报废统计、统计报表管理等功能。

3.3 系统集成流程设计

矿山企业备品备件管理系统集成包含企业内部各个工艺阶段的功能集成和外部供应链的功能集成两个方面，以供应链协同优化管理为主线构建的系统整体流程如图1所示。

图1 矿山企业备品备件集成管理流程

3.4 系统数据模型设计

目前数据模型主要分为层次模型、网状模型和关系模型三类，由于关系模型严格符合现代数据模型的定义，数据结构简单清晰，用户性能好，并有定义、操纵、控制一体化的优点，目前得到了广泛的应用。本文采用PowerDesinger软件设计开发的系统数据库关系模型（部分模块代表模型）（图2）。

图2 矿山企业备品备件物理数据库模型

4 矿山备品备件管理系统开发

4.1 系统技术架构分析

在系统开发技术选择方面，本文主要考虑金属矿山企业以下几个方面的需求。

1）网络化管理发展需求。矿山企业存在跨地区甚至跨国经营的要求，同时需要对供应链上的供应商、制造商和终端客户进行协同优化管理，系统开发要考虑网络化管理发展趋势。

2）跨平台集成需求。备品备件管理系统需要同企业计划层ERP、工业控制层PCS及产品数据管理层PDM进行有效集成，但各种系统的开发和使用环境存在较大差异，必须要考虑各种系统的跨平台集成问题。

3）维护简单化需求。矿山企业技术软件维护技术力量不足，应最大限度地降低系统维护成本，降低维护难度，减少维护工作量。

为满足上述需求，本文采用了J2EE框架技术和B／S结构模式来进行系统开发，系统框架结构共分为客户端、业务层、访问层和资源层等四个层次。J2EE基于Java平台，其应用程序不依赖任何特定操作系统、中间件、硬件，有效解决了系统的跨平台集成问题。B／S多层架构将信息显示、业务运算和数据库操作等功能完全分离，系统维护相对简单。系统技术架构如图3所示。

图3 备品备件管理系统J2EE四层次框架图

4.2 系统功能开发

本文采用tomcat作为WEB服务器，SQLServer作为后台数据库管理系统，Myeclipse作为系统编码和测试集成工具进行了备品备件系统的开发和测试工作，部分关键功能模块的开发简介如下所示。

1）系统主界面（图4）。该模块按用户角色及权限显示了与其相关的备件基础信息、需求预测、采购计划、库存信息、验收信息、报废信息、成本信息和相关统计信息（如库存统计、消耗统计、采购统计、报废统计、成本统计等信息），辅助各类人员进行信息查询和快速决策。

图4 备品备件管理系统主界面

2）需求预测模块（图5）。该模块主要通过备品备件的替换和维修历史数据记录，调用备件需求预测模型，对备件需求进行预测分析，辅助企业人员进行预测决策和分析。

图5 备品备件需求预测模块

3）库存管理及预警模块（图6）。该模块通过备品备件的采购、入库、出库、消耗及报废全流程监控，对备件库存实时更新，库存不足时进行预警，辅助管理人员进行备件采购决策。

5 结论

系统开发完成后，经过德兴铜矿、宜春钽铌矿和江西钨业集团公司等多家金属矿山企业的示范应用，极大地提高了企业备品备件的管理效率，具体表现在以下几个方面。

1）通过供应商、制造商和客户等多个环节的信息集成和备品备件的有效预测，企业可以建立合理的备件采购计划，备件供应也可以得到有效保障，降低了企业生产的风险。

图6 备品备件库存管理及预警模块

2）通过备品备件管理系统企业可以实时动态地掌控备品备件的采购信息、使用信息、库存信息、成本信息、资金占用信息和报废信息，对相关信息进行统计分析，辅助企业进行备件管理优化决策。

3）通过备品备件管理系统的实施应用，使得矿山企业备货成本降低了20%左右，物料利用率提高了10%左右，物料库存降低了15%左右，有效地提高了备品备件管理的整体水平和竞争力。

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