卷烟工业企业备件全寿命周期管理的研究与开发

甘肃烟草工业有限责任公司 杨小刚 朱禹丞

北京天工智造科技有限公司 王 军

■引言

备件是保障设备正常运行和安全生产的物质基础和保障，也是一种重要的维修资源。备件管理活动涵盖备件的需求、采购、存贮、领用、换件、再维修及报废全过程。备件管理的目标就是用最少的备件资金，合理的库存储备，有效的修废利旧，保证设备正常运行需要，不断提高设备的可靠性、维修性和经济性及安全性。并做到如下几点：（1）确保设备安全稳定运行；（2）把设备突发故障所造成的停工损失减少到最低限度；（3）把设备计划修理的停歇时间和修理费用降低到最低限度；（4）把备件库存的储备资金到合理供应的最低水平。卷烟工业企业属于设备密集型行业，自动化程度高，设备精密度高，设备的停机损失大，对备件管理的精益化要求很高。当前行业很多的企业仍然采用经验管理和冗余备件来实现维修“不断料”，但“不囤料”和“降成本”就不能得到保证。本文利用备件的全寿命管理理念，结合“互联网+”技术，在分析当前备件管理现状及问题的基础上，有针对性地给出一个精益化备件管理的框架，支撑卷烟工业企业的数字化转型和维修管理创新。

■问题概述及发展趋势

卷烟工业企业单机装备价值较高，设备多属于较为精密的往复运动或长时间运转的旋转转运动型设备，因此备件种类繁杂。当前，卷烟工业企业的备件管理领域存在的问题主要有：

（1）安全管理方面：没有从安全、风险角度对设备失效进行分析，从而制定备件的相关等级，确保重大安全风险相关的备件库存合理及稳定。

（2）技术管理方面：备件基础属性管理不规范，备件分类与机型不匹配，备件储备出现一物多码，查找和审核困难。另外，备件通用化率不高，专用件占比过大。

（3）实物管理方面：部分备件购置后长期不用占用库存或因设备改造或设备报废造成备件无用。

（4）库存管理方面：备件周转率偏低，库存成本居高不下。

（5）经济管理方面：备件核算不能实时化、到机台、按批次。

（6）财务管理方面：账实一致、账账一致还没有实现。

（7）质量管理方面：没有实现备件跟踪，备件质量良莠不齐。

（8）流程管理方面：全过程信息流、业务流、数据流、价值流未能统一。

卷烟行业较早开展了备件的管理优化。杨文[1]（2016）针对备件管理存在的问题,应用备件需求预测技术和备件分类方法,根据备件类别的不同提出玉溪卷烟厂备件管控策略。银超、韦炳佐[2](2019)从备件人为管理的几个角度，提出一系列优化工作。姜华[3]（2017）为提高备件库工作效率,解决备件难寻找、难统计、购买难决策等问题,实现网上快速办理备件计划,备件入库及领用等业务功能,将射频识别技术(RFID)应用于备件库的货位管理,实现了备件流,工作流,信息流的有效融合,使备件管理更加合理高效。王冬梅等[4]（2013）结合企业多年来的备件管理特点,通过对传统备件计划管理进行优化和实践,总结了一套较完整的备件需求计划管理方法和技术保障措施,能提高库存周转率,逐步降低库存资金占用量,可有效地避免不良库存的再发生,消耗呆滞库存,改善库存结构.

卷烟行业外，宋英玲[5]（2012）在以各生产单位的二级库管理为对象,开发备件实物全寿命跟踪管理系统应用于济钢,将备件的计划提出、检修使用、报废处理的整个设备管理活动串成一体,实现了备件全方位实时监控。冯蕴雯等[6]（2019）为了合理有效地降低冗余系统全寿命周期费用,同时考虑部件的故障过程,维修周转以及备件的订购补给过程,结合混合准则提出了基于Markov过程的k/n冗余系统可用度模型,实现备件库存配置与冗余度联合优化。邓华等[7]（2020）基于EAM信息平台进行大数据分析，为供应商评价、战略采购、功能承包计价采购、综合评标法采购等性价比采购提质工作提供了有效支撑。

综上所述，设备密集型企业的备件管理发展和趋势可以概括为：全寿命周期管理、实物电子化跟踪管理、互联网+网络化管理、经济模型及决策优化等。

■全寿命周期管理模型

1.备件全寿命周期模型框架

卷烟工业企业的高价值设备很多是国家专卖，而且进口装备较多，因此备件供应具有行业特色，表现在采购计划的多样性（进口件行业统一采购、专用件厂家采购、合格供应商采购、市场竞争采购等几类）、采购周期较长、采购的计划性较强、规范化管理要求高、机台备件费用控制严格等因素。设计备件的全寿命周期模型框架如图1所示。

图1 备件全寿命周期管理模型

模型可以分为两大部分，一是包括备件技术特性、备件身份标识和备个经济特性的备件全寿命周期数字孪生体的基础框架，二是以时间为轴的重点事件归集起来的全寿命动态数据集。

2.备件技术特性

在全寿命周期模型中备件的技术特性包括以下内容：

（1）备件的规格、图号、型号等设计参数；

（2）备件所属的部位、机型等功能参数；

（3）备件所属的设备安全风险等级；

（3）备件的材质、保存方法、有效期等材料参数。

3.备件分类及代码标准

很多备件具有通用性，但长期以来企业传统上采用引进新机型后编制一套备件体系，这种做法对通用件，如电气件、五金件等适成一物多码，是备件库存居高不下的重要原因之一。在备件数字孪生模型中，按照卷烟行业装备特征分为烟机专用件、通用设备专用件、标准件、电气件、五金及测量件五大类，重新梳理备件体系。在分类基础上备件代码按照行业标准由系统自动生成规则，行业标准的备件代码，如图2所示。

图2 备件分类代码规则

4.备件身份标识

要实现全寿命精准跟踪，必须采用物联网技术对备件实物进行跟踪，在实物流动过程中实现可视化、数字化。由于备件供应商较多，暂时无法实施供应商统一标识码，只能在企业备件入库时自行设计。备件标识标签如图3所示，采用二维码设计。包括备件的编码、名称、型号、规格、图号、领用包装形式、所在货架等核心信息。原则上一个备件的基础信息中型号、规格、图号至少有一项不能为空，便于维护过程中快速查询备件。

图3 备件物品标识标签

5.备件全寿命重点事件

根据维护业务的需要而产生备件的申购需求，也是备件全寿命周期的起点。备件全寿命重点事件包括：备件需求、备件采购、实物入库、实物出库、上机跟踪、修旧利废、处置与报废等七个步骤，按时间轴为线。在每个事中均需关联到：

（1）物：指特定备件的信息。备件应当从一开始就是明确图号的技术属性，才能避免采购差错的发生。

（2）人：对于事件的处理人员，包括维护人员、管理人员。

（3）事：每个备件申购时对应的事项，如故障维修、项修、补库等。通过备件跟踪实现与待处理业务之间的闭环联动。

（4）态：备件在全寿命过程中每个阶段的状态，包括审批情况、物流情况、库存情况等。

6.备件经济特性

在全寿命周期模型中备件的经济特性将包括但限于如下内容：

（1）备件的功能重要性、经济重要性；

（2）备件的理论寿命、统计寿命；

（3）备件的年耗用量；

（4）备件的经济库存相相关的设定值；

（5）备件的采购周期、供应商、采购价格、采购方式等供应链相关信息。

■信息化支撑平台的开发

1.信息化平台框架

采用信息技术将上述全寿命周期模型及管理流程进行固化，采用互联网+技术路线，设计信息化支持平台如图4所示。

图4 信息化平台的框架

平台统一构建在企业的云平台环境中，支持集团公司的广域网范围内的应用与维护。整个系统分为五横四纵的形式：五横：基础数据平台层、备件主数据和技术管理层、业务逻辑层、备件经济分析层和多模态客户端。四纵：按照专业化管理体系要求的四个主要的业务纵向管理模块，包括计划管理条线、采购管理条线、库存管理条线和处置管理条线。

2.核心业务功能

基于全寿命周期模型开发的系统化平台，按备件的时间维度实现的功能包括：备件申购、备件计划及优化、备件采购及跟踪、备件到货、备件库存作业、备件领用、备件财务核算、备件经济核算等。系统平台功能较多，不能一一描述，列举全寿命过程有代表性的功能如下。

备件申购管理的功能界面如图5所示。在申领过程中实现备件所有技术特性、经济特性的透明化，使申购人员做出正确、合理的选择，是降低备件库存的首要措施。

图5 备件申购界面，查询基本属性和寿命周期

备件库存查询，可以实现对备件基础属性，库存量，货位等信息，根据不同维度进行查询，不同条件进行组合查询，以及全文检索查询，所图6所示。

图6 备件库存查询

为库存作业提供了专门的备件的移动作业管理，方便快捷实现备件收货、上架、动态盘点、出库检选、出库跟踪等功能，如图7所示。

图7 库存移动作业功能

3.备件经济管理及优化

基于备件需求、采购、入库、出库作业数据，优化备件采购、备件库存，分析备件价值，科学管理备件全生命周期。本系统主要在备件管理分类基础上，主要考虑生产负荷、消耗频率和订货周期三个因素，通过系统“自学习和自适应”的算法模型，控制备件储备的合理性。主要功能包括库存优化分析、作业分析、供应商分析、采购优化、领料统计等方面。

（1）换件寿命周期统计。备件上机与维修损坏之间的时间，多机平均计算得出。

（2）备件库存自动预警。当备件的库存量低于设置的最小库存量时，系统自动将这种情况的备件进行集中展示。

（3）备件采购优化分析。根据采购过程的跟踪，得出不同供应商的采购时效比对。根据备件耗用情况，得出不同供应商的备件质量比对。

（4）备件库存分析。按行业特点，包括备件周转率（备品备件库存周转率为年度领用备品备件总额与备品备件月均储备金额的比率）、单位固定资产备件储备费用。

（5）闲置件分析。给定时间段内没有发生出库业务的有库存备件，给出判定，并标记。

（6）上机跟踪及耗用分析。按行业特点，包括备件单耗（单位产品（万支）备件的耗用数据）、机型维持成本（不同机型的年度备件耗用价值）

（7）安全风险预警。对涉及重大安全风险的备件进行实时统计，并给出缺件预警。

■应用案例及效果

研究成果在甘肃烟草工业有限责任公司进行工程化应用。甘肃烟草工业下属两个卷烟厂，设置两地异地备件库由公司备件采购部统一管理。系统自2019年1月1日正式上线运行以来，对备件技术资料进行了规范化整理，重新设计备件的编码体系和分类标准，合并了通用的电气件和五金件，从技术上解决了长期存在的一物多码问题，为降低备件库存打好基础；实现了备件从需求、采购、库存、领用、上机的全寿命过程的数字化；改变了沿袭多年的计划价法，改为月度移动计价核算的精细化管理，实现了长期困扰企业的财务账与库存账不一致、财务账与实物账不一致的问题；采用入库备件跟踪、扫码领用的模式，上机备件的全部信息透明，解决了全过程备件质量跟踪的难题；对重大安全风险相关的备件进行实时预警；通过对历史数据和近两年的业务数据进行经济分析，按耗用量规划的常耗件实现自动补库、对备件年使用量、上次领用时间、采购同期等做了明确的模型分析，实现了备件的经济管理。

■结论

本文基于卷烟行业的备件管理的需求设计了一种备件全寿命周期管理的框架模型，并在此基础上开发了备件全寿命周期管理软件平台，应用于一个典型的卷烟企业，取得了良好的应用效果与经济效益。实践证明本文所提出的模型及应用平台能够有效解卷烟行业备件管理存在的库存资金大、数据共享难、账实不一致、安全风险考虑不足等关键问题。在后续的工作中集中在数据利用，开展全寿命各环节的作业优化。