基于需求画像的业扩配套项目实物储备库存清单优化

沈 凯，卢 飞，冯华铭，许迎迎，陈达强

（1.国网浙江省电力公司 杭州市余杭区供电公司，浙江 杭州 311100；2.浙江工商大学 管理工程与电子商务学院，浙江 杭州 310018）

1 引言

营商环境是一个国家或地区经济软实力和竞争力的重要体现，是市场、政府和社会相互作用的结果[1]，其发展状况是观察经济运行、改革成效的重要标准[2]。为此，党中央、国务院高度重视优化营商环境工作，国务院颁布实施的《优化营商环境条例》就明确指出要“着力提升政务服务能力和水平，切实降低制度性交易成本”。为优化用电营商环境，推进“获得电力”提升工作，国家能源局印发《压缩用电报装时间实施方案》[3]。国家电网公司作为改善“获得电力”的责任单位，全面开展了获得电力便利化改革，不仅出台了《持续优化营商环境提升供电服务水平两年行动计划》[4]，更是在企业内部管理机制创新方面不断推进。

电力企业业务扩充(以下简称“业扩”)是指为保证用户新装和增容用电而必须相应进行的供电网新建、扩建、改造项目及相关业务[5]，其报装的提速增效，对缩短客户接电距离、降低办电成本具有重要意义。同时，国网精细化管理和业扩优质服务要求业务办理提速，使得业扩配套工程面临诸多瓶颈[6]。但由于目前物资供应链管理中供货周期过长、应急保障不强、运输管控缺失、单据传递和合同结算低效等问题的存在，业扩配套工程对物资供应保障提出了新的更高要求[7]。

为此，国网公司要求“积极利用现代物流新技术、新装备，打造国网数字物流，推进物资供应可视化、移动化作业，实现跨专业智联互通、信息高速对接、过程全面管控，确保采购供应物资用得放心、供得称心、体验舒心”，在物资供应方面，大力推行业扩报装物资项目包，定量储备各种物资，并按工程需求领用。但在实际业扩配套项目物资供应的实物库存实施中存在以下问题：

（1）备货准确性偏低。传统物资供应模式由业务部门发起物资需求计划，物资部门负责采购、履约，整个过程一般需要1-2个月，且物资固有生产周期少则半个月、多则1个月，远远不能满足3个工作日送抵现场的需求。

（2）供需联动不到位。一方面物资需求变动信息无法及时掌握，仓库不能针对性开展补库、利库或物资调配，给物资储备、供应带来困扰；另一方面供需信息不透明，需求部门和物资部门分别掌握需求信息和库存信息，但信息并未有效联动，库存物资可否满足需求不能做到了然于心，不利于供需双方工作安排。

（3）需求分析的精度和物资供应的柔性有待进一步提高。一方面对现场物资库存及其使用情况自配送车辆交货完毕驶离后即处于失控状态，项目进展状况、物资库存、补货时间等关键信息均无法实时掌握；另一方面仓库配送计划制定缺乏需求依据，在同时面对多个项目需求、需要分先后开展配送的情况下，无法做到按紧急程度靶向供应。

相较于国网的末端基层项目物资储备，从物流相关行业当前发展主流趋势和典型企业的做法来看，个性化物流服务，尤其是为满足各个企业及其部门对物料清单(BOM)形式与意义的不同需求[8]，并由此开展保障个性化需求的清单式实物储备库存成为一种趋势。张金金等[9]认为客户个性化需求的表达及其在业务运作过程中的可满足性是仓储物流中心亟待解决的问题。储备清单优化机制成为制造业解决备品备件分类维度不够、备品备件储备定额不科学、物资系统的顶层设计考虑不周到及储备管理流程执行不够彻底等问题的主要对策[10]。而电力物流与其它行业物流相比，具有品种类别复杂、需求特性差异化较大、供应周期长等特点，这在一定程度上加大了物资供应计划与物流之间衔接的难度[11]，为此，国家电网[12]和南方电网[13]均提出急救包储备清单编制的方法，以确定所需储备物资的种类。在配电网故障抢修物资供应方面，李礼兵[14]认为抢修物料清单标准化配置有助于提高配电网故障抢修效率。

综上，本文基于个性化服务理念，提出对业扩配套项目的实物储备库存清单进行优化。首先，通过设计能表达业扩配套项目物资需求个性化特点的需求标签；其次，提出基于FCM的业扩配套项目需求画像实现典型项目的聚类划分；第三，基于需求画像分两步走优化实物储备库存清单；最后，以余杭公司的实物储备库存清单优化管理实践为例，为提升电力物资仓储的集约化管理水平和用户个性化物资需求的满足提供实践指导和决策借鉴。

2 业扩配套项目需求标签

业扩配套项目聚类的目的是全面掌握不同业扩配套项目类型的物资需求特征，从而实现不同业扩配套项目类型的差异化服务。因此，需要选择最能反映业扩配套项目物资需求特征的标签。基于历史业扩配套项目报装、工程联系单及其物资需求提报等数据，经多次梳理和业务分析，筛选得到6项标签见表1。

表1 业扩配套项目需求标签

各标签属性及其数值化处理如图1所示。

图1 需求标签属性及其数值化处理

由于聚类算法只能对数值向量进行聚类分析，因此对上述业扩配套项目需求标签做数值化处理，各标签按图中顺序自左向右取值逐步递增，例如容量需求中，容量小取值1、中等取值2、较大取值3、大取值4，以此类推。

3 基于FCM的业扩配套项目需求画像

3.1 业扩配套项目FCM聚类算法

模糊C均值算法（Fuzzy C-Means，FCM）原理简单，操作简便，是目前应用最为广泛的聚类方法之一[15-16]。FCM通过模糊数学优化了硬划分聚类算法，通过计算待聚类样本与聚类中心的隶属度实现样本的聚类划分，其优点在于FCM以使各聚簇类内距离最小、类间距离最大为优化目标，在迭代过程中不断调整各样本数据的类属，使聚类结果不断优化完善。目前FCM聚类算法在图形分割[17]、客户分类[18]、故障诊断[19]、负荷聚类[20]等领域得到广泛应用。

假定待聚类的业扩配套项目为n条项目样本的m维数据集：

为此，有关业扩配套项目的FCM可定义为一个含等式约束的最优化问题：

其中，Z为有关业扩配套项目的FCM的价值函数；h为加权系数，用于调整业扩配套项目隶属度指标在优化目标中的影响程度，取值为2。

为求解该优化问题，一般采用拉格朗日乘子法将等式约束引入到目标函数中，得到式（2）：

该无约束优化问题的极值点，可以通过偏导数求得，这里需要对聚类中心ck和隶属度μki求导：

通过式（3），可求得业扩配套项目FCM的聚类中心和隶属度系数的迭代公式：

参照迭代式(4)对隶属度系数和聚类中心迭代，依此循环往复，直至达到FCM的收敛条件（达到最大迭代次数或业扩配套项目FCM目标函数小于预设值）。

3.2 基于FCM的业扩配套项目需求聚类

基于FCM算法的业扩配套项目需求模式聚类方法计算流程如图2所示。

图2 业扩配套项目需求聚类流程

（1）初始化：设定业扩配套项目聚类个数K和隶属度因子h，随机初始化隶属度矩阵U；

（2）参数更新：按式（3）计算聚类中心C，按式（4）计算各需求标签与聚类中心的迭代隶属度矩阵U，并将项目归于隶属度最高的聚类中心；

（3）收敛判断：业扩配套项目FCM目标函数的变化是否在预设阈值范围内，如果是，输出聚类结果，如果否，转步骤2)；

（4）聚类结束：保存并输出聚类结果。

4 基于需求画像的实物储备库存清单

基于业扩配套项目需求标签形成的需求画像，能够直观、快速地展现业扩配套项目的物资需求特征，可以为电力公司开展电力物资储备管理提供支撑。由此，本文提出基于业扩配套项目需求画像的实物储备库存清单优化两步走操作步骤，即根据业扩配套项目物资供应历史数据，结合项目典型设计材料清册，基于业扩配套项目需求画像的项目聚类数据，通过物资品项（含规格型号）、数量、时间等数据汇总五类业扩配套项目主要物资，并基于ABC分类管理原则形成具体品项物资的小类清单。

实物储备库存清单优化步骤如下：

（1）基于项目典型设计材料清册的业扩配套项目主要物资分类，就某项目类型其具体操作流程如下：

①根据典型设材料清册和项目聚类数据，梳理汇总各类项目的关键物资类别；

②按型号和技术参数统计各关键物资类别的细分物资小类，并统计需求频率。

（2）基于ABC分类管理原则的各品项物资的小类清单，就某具体物资其具体流程如下：

①收集数据：收集具体物资各型号的类别数量、以及各型号的所有项目的需求频率/次数；

②处理数据：对收集来的数据资料进行整理，对两类数据分别计算累计数和累计百分比；

③确定ABC分类标准：结合物资数据情况，拟定分类参考标准见表2。

表2 ABC分类标准参考标准

④根据ABC分析表确定分类：列出ABC各类所包含的具体物资型号。

根据上述步骤实现的实物储备库存清单优化，一方面基于项目典型设计材料清册的业扩配套项目主要物资分类确保了各类业扩配套项目物资的完备性，另一方面基于ABC分类管理原则的各品项物资的小类清单实现了小类物资的明细化，有利于指导在库存储作业和成组配套配送等作业方式的开展。

5 实物储备库存清单优化应用与实践

5.1 典型业扩配套项目需求画像

以国家电网杭州公司余杭区公司2018年871项样本业扩配套项目为例，首先对各项目需求标签进行统计。分析结果如图3所示。

从图3中可以看出，871项样本业扩配套项目需求标签分布特性如下：

（1）项目性质分布相对均衡，从小到大均有分布，其中近半为接入项目；

（2）就项目类型而言，三种情形差异不大；

（3）就季节特性而言，夏季业扩配套项目较多，其他三季相差不大；

（4）建设时限方面，各类时限分布相对均衡，其他情况较少；

（5）配套工程量方面，大多数项目为无；

（6）接入方式上，大多数项目为停电作业。

同时，应用Matlab对FCM聚类算法进行实现，并对上述871项样本业扩配套工程项目进行标签聚类，其中未聚类样本散点图、聚类区域为K=1～5个的聚类示意图，如图4所示。

在此，考虑将K=5时的聚类结果作为现阶段分类依据，由此可得五大典型项目，见表3。

图3 样本业扩配套项目需求标签分布

表3 五大典型业扩配套项目需求标签特征

其中类型1指的是“10Kkv业扩开关接入工程”、类型2指的是“0.4千伏低压非居业扩接入工程”、类型3指的是“160kvA及以下用户接入工程”、类型4指的是“充电桩业扩接入工程”、类型5指的是“0.4kv配电线路整治工程”等。从表3来看，五类项目特性鲜明，说明了本文提出的五类项目的6项需求标签较合理，所设计的聚类算法有效。

5.2 典型业扩配套项目实物储备库存清单

以国家电网杭州公司余杭区公司2018年业扩配套项目为例，各类型业扩配套项目关键物资类别见表4。

相较于现行物资管理中有关“160kvA及以下用户接入工程”业扩配套项目的具体物资明细（见表5），表4中“160kvA及以下用户接入工程”所列重点物资现行目录更具针对性和简约型。

图4 样本业扩配套项目标签聚类示意图

表4 各类型业扩配套项目关键物资类别

同时，以“160kvA及以下用户接入工程”业扩配套项目的重点物资电缆为例，其ABC分类分析表见表6，其中A电缆物资的类型占比为29%、需求次数占比为74%，B电缆物资的类型占比为14%、需求次数占比为16%，C电缆物资的类型占比为57%、需求次数占比为10%，分类结果见表6第5列。据此，对于“160kvA及以下用户接入工程”业扩配套项目而言，其中A和B类电缆是该类业扩配套项目中需求频率高、数量大的电缆类型，可采取订购点策略对其进行储备控制，并根据资源池的数据更新提前补货；对于C类电缆，这部分库存需求较为不稳定，只需要根据项目实际需求，保证一定的提前期库存即可。

表5 部分160kvA接入工程物资明细一览表

表6 业扩配套项目电缆类物资ABC分类表（电缆）

5.3 实施成效与拓展场景

基于需求画像的业扩配套项目实物储备库存清单优化管理的做法在余杭公司得到了有效的实践，主要取得以下成效：

（1）余杭公司业扩配套项目的物资供应更精准，库存储备更具针对性；

（2）在显著增强主动服务能力的同时，库存资金和周转得到了大幅提升，仓库周转率达到26，较2017年提升近18%；

（3）储而不全、储非所用的现象得到缓解，呆滞物料笔数占总物料笔数的比重降低至5%以下；

（4）项目运行至今需求单位的物资需求100%得到满足，紧急物资需求配送响应速度由4天缩短至2天，响应速度提升50%，有效提升了用户体验。

此外，在实际物资管理工作中，物资管理部门可以将本方法拓展至其他项目的物资管理，进而基于该方法去支撑物资储备定额的预测和项目技术规范的优化，最终全面提升物资管理的成效。

6 结论

本研究基于历史的业扩配套项目报装、工程联系单及其物资需求提报等数据，综合考虑业扩配套项目物资需求特征、影响因素，建立了业扩配套项目需求标签库，并采用模糊聚类算法进行业扩配套项目需求标签聚类，实现不同类型业扩配套项目需求模式画像。算例结果表明：文中选取的业扩配套项目需求标签合理有效，采用的标签聚类算法效果显著。

在浙江电力余杭公司的实践证明基于需求画像的业扩配套项目实物储备库存清单优化管理能够有效支撑精准化存储、辅助制定物资明细，可为科学的业扩配套项目物资储备定额的制定提供分类依据。