民用机场助航灯光备件库存控制与管理研究

雷晓萍 ，苏 新，宗海滨 ，袁 捷

（1.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海 201804；2.中国民航机场建设集团公司机场工程科研基地，北京100101；3.上海机场（集团）有限公司，上海 200335）

民用机场特定的功能要求决定了机场备件的库存控制有其独特特点。目前，中国大部分民航机场对助航灯光备件的库存管理仍然采用经验或半经验的模式：采购决策和库存控制主要依靠经验进行人为估计；在备件的储备上偏重于供应的充足性，忽视成本预算和成本控制；库存结构不合理，不考虑备件的特殊性，所有备件采用同一控制模式。

这种粗放式管理模式容易导致库存积压，占用大量资金和管理力量，增加运营成本。为解决这一问题，提高备件管理水平，有必要对助航灯光备件的库存管理优化进行深入研究。

国外对备件管理的研究较早，发展方向主要体现在备件分类、需求预测、库存控制与管理几方面，现阶段较为突出的研究成果主要有：综合考虑备件影响因素所进行的备件分类、间断需求或慢速流动的备件需求预测、低需求的备件多级库存模型及算法、备件库存管理的信息化等[1-4]。国内相关研究工作主要集中在备件库存的控制与管理方面[5]，研究者在分析总结备件管理的特殊规律的基础上，提出了各类备件库存控制策略与模型[6-8]。

本文依托上海某4E机场助航灯光备件管理现状的调研分析，依据现代备件仓储控制理论，对备件的合理分类和库存控制方法进行了探讨。

1 助航灯光备件分类

备件的库存分类是一种普遍应用且非常有效的库存控制方法，合理分类是合理库存结构的基础。

1.1 备件分类方法

1.1.1 传统ABC分类法

目前最普遍采用的备件分类管理方法是ABC分类控制方法[9]，基本思想是：以“关键的少数”和“次要的多数”作为依据，将备件分为A、B、C三类，分清重点和一般，从而有区别地确定管理方式。

一般ABC分类法常以品种数和对应的金额数作为划分标准，即注重备件的批量和价值。但实际应用中，仅仅根据品种、金额的多少难以科学分类。备件的消耗具有特殊性，有的备件消耗量非常低但单价很高，有的备件消耗量非常大但单价较低，在进行备件ABC分类时应对这种消耗特殊性予以考虑。

1.1.2 考虑备件消耗特性的两阶段ABC分类

国内学者丁留明等[10]在进行备件库存ABC分类法改进研究时，提出了考虑设备关键性的两阶段分类模型。借鉴于此，本文提出对机场助航灯光备件实施考虑备件消耗特性的两阶段ABC分类。

针对备件的消耗特殊性，国内外大量学者进行了慢速流动备件和快速流动备件的理论研究[11]，并根据备件的消耗量大小对二者加以区别。一般情况下，慢速流动备件消耗量低、单价高、易报废，应该重点管理并严格控制采购批量，但按照传统ABC分类标准却可能被划分为C类备件，成为次要管理对象；快速流动备件消耗量大，单价低，可简化管理，但按照消耗值指标，此类备件亦有可能被划分为需重点控制的A类。

总之，单纯地按消耗量或消耗值作为备件分类指标均不全面。对于机场助航灯光这样一个庞大的电气系统，备件种类繁多，消耗特性各异，应采用基于流动特性的两阶段ABC分类方法，对不同消耗特性的备件采用不同标准施行ABC分类，分类原理如图1所示。

图1 助航灯光备件两阶段ABC分类原理Fig.1 Two-stage ABC classification principle of airfield lighting spare parts

备件第一次分类：根据历史消耗量数据，将备件分为快速流动件、慢速流动件和不流动件三类。

备件第二次分类：在第一次分类的基础上，对不同流动特性的备件选取不同的ABC分类标准。对于快速流动备件，按历史消耗金额进行ABC分类；对于慢速流动备件，库存资金占用应成为企业重点管理的对象，因此选择按现有库存值进行ABC分类。

在合理分类的基础上，有区别地采取库存策略：A类备件应重点控制，严格清点，库存可压缩到最低限度；B类备件应一般控制，合理储备；C类备件可简化管理，稍加控制。

1.2 备件两阶段ABC分类应用示例

以上海某4E机场灯光科备件管理为例，应用上述所提出的两阶段ABC分类法进行备件分类管理，具体实现过程如图2所示。

图2 助航灯光备件两阶段ABC分类流程图Fig.2 Two-stage ABC classification process of airfield lighting spare parts

根据机场灯光科提供的2007年1月到2008年4月的灯光备件消耗数据、备件现有库存量数据、以及备件采购价格资料，本文共对灯光备件的62个种类进行了分类，结果如表1所示（表1中备件品种仅列部分示意）。

1.3 备件两阶段ABC分类应用分析

分类方法可行性分析：本文所论述的基于备件流动特性的两阶段ABC分类方法原理简明，决定分类的参数数量少，只需备件历史消耗量、单价信息和现有库存量三类数据，这些数据均属于备件日常管理的基本记录信息，获取方便，并且数据累积越多分类越科学合理。

表1 助航灯光备件两阶段ABC分类表Tab.1 Two-stage ABC classification results of airfield lighting spare parts

如上所述，该方法分类指标和标准容易确定，分类过程中涉及到的计算均为简单的基本运算，整个流程简洁易行。对民用机场助航灯光备件实施此分类管理方法，总体上具有较强的可操作性和实用性，易于实现。并且，这两个阶段的分类管理动态变化，随着设备使用条件的变化，快、慢速流动备件可相互转变，这两个阶段的ABC分类更符合备件管理实际。

应用效果分析：本研究的应用案例共对助航灯光备件的62个种类进行了分类。结果显示，快速流动备件共有12项，其中灯泡/灯管类9项，保险丝、隔离变压器和电缆连接线各1项。快速件共同属性为寿命短易损坏、广泛用于各灯光回路、消耗量大；慢速流动备件共27项，其中灯具类18项，隔离变压器5项，其他电器配件4项。慢速件主要用于跑道和进近灯光系统，大部分为单价高、不易损坏的整灯，消耗小，更换周期长。第二层次的ABC分类结果也与虹桥机场助航灯光运行标准的相关规定相符，亮灯率要求严格的回路备件基本上均得到重点控制。

总之，对助航灯光备件实施基于流动特性的两阶段ABC分类，重点管理关键备件，从而达到压缩库存，节约资金，合理分配管理资源的效果。

2 助航灯光备件最小储备量计算

由于受到不确定供应、不确定需求和运营连续性等诸多因素的制约，机场灯光科应设置一个保证机场安全运营的安全库存，作为库存的下限。

根据备件ABC分类管理，三类备件的储备量控制原则如表2所示。

因此，需要确定一合理的储备量计算模型，辅助库存管理决策。通过此模型可以求算符合机场助航灯光系统最低运行标准，并且保证灯光设备能得到及时性维护的备件最低储备量。

表2 备件ABC分类管理法储备量控制原则Tab.2 Reserve control principles of spare parts based on ABC classified management

2.1 储备量计算模型

针对助航灯光流动备件，从备件使用寿命的角度出发，确定了基于零件使用寿命概率函数的备件储备量计算模型。

对于机场助航灯光系统来说，其大部分备件为电子产品，寿命分布近似服从指数分布，在计算备件数量时使用的模型为泊松分布[11]。

泊松分布备件储备量计算模型[12]如下

式中：P为需要备件时能得到的概率，也称保障概率；N为某零部件的在用件数；λ为装备中某零部件的失效率，即可更换单元单位时间内的故障次数（假定备件在存放期内无失效）；t为备件更换周期（h）；j为递增符号，j从0开始逐一增加，直至某S值，使得P≥规定的保障概率，该S值即为所求备件需求量。

当Nλt>5时，备件储备量可用正态分布近似计算，这时备件需求量的计算式简化为

其中，up为与P对应的正态分布分位数，可从GB4086.1统计分布数值表——正态分布中查出。

2.2 最低储备量计算模型工程应用示例

以上海某4E机场为例，选取快速流动件的A类备件——200W/6.6A（东风产特种）灯泡为计算对象，说明泊松分布备件储备量计算模型的应用。

该机场灯光系统回路中“200W/6.6A（东风产特种）灯泡”的现用量为418只，即N=418；灯泡失效率λ为10-4次/h；在功率不大于200 W、额定电流6.6 A的使用条件下，额定寿命为1 000 h，由于灯泡实际工作电流小于6.6 A，所以在保障期内累积工作时间可达到其额定寿命；这种灯泡主要安装用于进近灯，根据该机场助航灯光系统运行标准，正常情况下进近灯光系统的亮灯率要求为95%，即P=0.95。

由 Nλt=418×10-4×1 000=41.8>5，则备件储备量可以用正态分布近似计算，得到200W/6.6A（东风产特种）灯泡的最低储备量为

储备量取整数值，即灯光科在一个保障期（1 000 h）内至少应储备53只200 W/6.6 A（东风产特种）灯泡。

依据机场助航灯光系统运行标准的要求，运用该模型可精确计算出其余相关备件的最低储备量。

2.3 计算模型工程应用分析

该4E机场现行的备件存储量确定方法主要是依靠人为估计，根据经验制定下一周期航材消耗系数，下一周期的订货量是简单依据当期的消耗量乘以消耗系数得出。这种库存策略主要依靠经验，缺乏理论支持，不够精确。本文所述的备件储备量计算模型，合理考虑了备件的损耗规律，应用于依托工程，计算得出的备件合理储备量建议值大多小于原有经验库存值，压缩了库存，并得到了机场管理部门的认可。

需要指出的是，本研究计算备件最低储备量时，只考虑依据机场日常维护维修计划，在一个保障期内的备件更换情况。对于大中修级别的设备批量整修更新，应依据维修计划，针对维护范围制定具体的备件库存标准，限于篇幅，本文不予论述。

3 结语

结合民用机场特定的功能要求及其备件库存管理的特点，针对中国大部分民航机场备件管理的经验或半经验模式，分析研究其管理现状的不足之处，初步得出如下几点认识：

1）民用机场传统的备件仓储管理控制模式单一，库存结构不尽合理，并存在成本预算和成本控制不足等缺点，库存资金浪费严重；

2）提出对机场助航灯光备件实施基于流动特性的两阶段ABC分类管理方法。通过依托工程的应用，验证该方法比较符合管理实际；

3）根据助航灯光备件的寿命函数，确定了其最小储备量计算模型。该模型的合理性已通过应用于依托工程得到了验证；

本文的研究成果已应用于上海虹桥国际机场助航灯光管理系统功能模块中，系统试运行半年以来反应良好，为备件库存管理决策提供了一定的技术支持。

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