第３０卷第２期 ＶｏＩ．３Ｏ ＮＯ．２ 湖 北 工 业 大 学 学报 ２０１５年Ｏ４月 Ａｐｒ．２０１５ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｕｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ［文章编号］１００３—４６８４（２０１５）０２—００１９—０５ 风电场运行维护中的库存管理控制策略 伍孟轩，宋庭新，张一鸣，刘慧敏 （湖北工，Ｊｋ大学机械工程学院，湖北武汉４３００６８） ［摘 要］为了实现对库存的合理化管理，讨论了层次分析法和备品备件分类法在大型风电场库存管理过程中的应 用。利用层次分析法构建备品备件分类层次结构模型，并通过计算得出备品备件在风机正常运行过程中所占的权 重，并将计算出来的结果从高到低排序。最后，结合ＡＢＣ分类法和３Ａ分类法，提出一种新的符合风电场备品备件 特点的ＡＢ２Ｃ分类方法，即将备品备件分为Ａ、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ等４类，分别提出了每一类备品备件的库存控制策略。 ［关键词］库存管理；层次分析法；备品备件分类 ［中图分类号］Ｃ９３１ ［文献标识码］：Ａ 备品备件在风电设备维修维护过程中必不可 单位），风电场库存管理依据风机可维修单元进行合 少。由于风电场建设处于刚刚起步阶段，没有大量 理化管理。现代库存管理的最理想方案是零库 实际数据作为备品备件报废预测和备品备件采购依 存 ］，然而实际备品备件的库存量大于零是显而易 据，市场上虽然存在一些成熟的库存管理软件，但是 见的，库存量需要通过计算而确定。风电场库存过 这类软件不能完全适用于风电场的库存管理。本文 多不仅仅占用大量资金，而且需要人员对库存进行 通过分析风电场备品备件相对于风机重要程度的特 相应维护和管理。此外，某些备品备件长时间闲置， 点，利用ＡＢＣ分类方法将备品备件进行合理分类， 可能会导致浪费；当风电场的库存量不足时，则会出 并且根据采购周期长短将Ｂ类备品备件分为Ｂ１类 现维修活动无法按期完成。这不仅可能使得电场的 和Ｂ２类，借助理论研究方法对库存进行定性分析 管理处于混乱的状态，还可能导致客源流失，使得风 和定量计算，设计了风电场库存管理模块并将其集 电企业的竞争力下降。风电场库存采购标准不确 成到风电场运行维护管理系统中，从而在一定程度 定，某些备品备件库存过多，另一些又不足；单件采 上解决了风电场运行维护过程中库存管理不合理的 购商品耗费大，信息管理程度低。 问题。 库存控制方法有很多，但都不适用于风电场库 存管理。如：３Ａ库存控制法分零部件的重要程度比 １ 风电场运维和库存管理现状 较模糊，４－ＡＢＣ正交完备控制法［４］和基于混和模糊 神经网络的零部件库存优化方法＿５ 仅从单个零件的 我国风电设备的管理以及风电场维修、维护业 多个属性角度出发，忽略各个零部件之间的相互影 务流程、库存管理仍然处于纸质文档管理阶段ｌ１ ］， 响关系，ＡＢＣ库存控制法仅从物资的价值程度进行 管理手段还比较单一，资源协调和优化能力亟待提 控制，但是价值不能代表物资的需求量。 高。风电场运行保障的快速响应能力和安全保障能 力的提升，必须依靠技术进步和管理创新，使之向先 ２ 层次分析法确定零部件的重要程度 进高效的网络化、信息化方向发展。 风电场库存管理是风电场运行维护中非常重要 ２．１层次分析法 的一个环节。风电企业库存管理是指对风电场运行 层次分析法（ＡＨＰ，Ａｎａｌｙｔｉｃ Ｈｉｅｒａｒｃｈｙ 维护过程中所需单位备品备件数量的管理。备品备 Ｐｒｏｃｅｓｓ）是指将一个复杂的多目标决策问题作为一 件是指风机可维修单元（即风机维修和更换的基本 个系统，将目标分解为多个目标或准则，进而分解为 ［收稿日期］２０１５—０３—１０ ［基金项目］“十二五”国家高技术研究发展计划（８６３计划）（２Ｏ１２ＡＡＯ５１７Ｏ７） ［作者简介］伍孟轩（１９８９一），男，湖北天门人，湖北工业大学硕士研究生，研究方向为制造过程信息化与自动化 ２０ 湖 北 工 业 大 学 学报 ２０１５年第２期 多指标的若干层次，通过定性指标模糊量化方法算 出层次单排序和总排序，以作为目标、多方案优化决 策的系统方法。ＡＨＰ应用过程包括：首先绘制出备 不一致性。但是，层次分析法需要进行一致性校验。 其校验过程和算法如下。 １）通过 品备件分类层次结构模型，其次确定比例标度表，然 后根据标度表列举出准则层和方案层的判断矩阵并 作一致性校验，最后计算各备件元素的权重。 ２．１．１构建风机备件层次结构模型 结合参考文 献［６］的分类标准，选取了年消耗金额、易损坏性、提 前采购期、供应环境、关键性和可修复性等６个指 ｂ 一ｎ ／∑口 ，（ ，Ｊ一１，２，…， ） ｉ＝１ 将Ａ的每一列向量归一化得Ｂ一（６ ，），再通过 ∑ｂ ，（ １，２，…， ） Ｊ一１ 按行求和，得到Ｃ一（ｃ ，Ｃ ，…，ｃ ） ，然后通过 标，然后运用层次分析法将风机各个部件和对风机 各部件有作用的影响因素组织成为一个树状的层次 结构，并且对每一个部分的相对重要性给予权数值， 进而分析出各个部分的优先权。风电场的备品备件 的分类层次结构模型可以分为目标层、准则层、方案 层三个层次。其中备品备件在整个风机运行过程中 的重要程度属于方案层，风机各个零部件库存量的 各种影响因子属于准则层，风机的各个零部件属于 方案层（图１）。 备品备件的重要程度 目标 耗金额ＩＩ Ｉ坏性Ｉ Ｉ提前期Ｉｌ Ｉ环境ｌ譬 键性ｌ ｌ 。工ｌ １复性 准篷 发电机Ｉ ｌ齿轮Ｉ Ｉ变浆系统ｆ…ｌ摄像系统ｌ方案层 图１备品备件分类层次结构模型 ２．１．２构建判断矩阵 根据层次分析法中的标度 与对风电场影响因子相互作用，以及与风机部件之 间的相互作用进行调研分析。以年消耗量、易损坏 性和提前采购期三个影响因子为例构建判断矩阵 （表１）。其中矩阵中的值通过影响因子进行两两对 比而定。另外，层次分析法的标度分为９个等级：１ 代表表示两个因素相比，具有同样重要性；３代表表 示两个因素相比，一个因素比另一个因素稍微重要； ５代表表示两个因素相比，一个因素比另一个因素 明显重要；７代表表示两个因素相比，一个因素比另 一个因素强烈重要；９代表表示两个因素相比，一个 因素比另一个因素极端重要。而２，４，６，８分别代表 上述两相邻判断的中值。 表１判断矩阵 ２．１．３进行一致性检验 由于在构造成对比较矩 阵时，要求满足ａｉｊａ 一 （１≤ｉ，Ｊ，ｋ≤，ｚ）是不可 能的。因此可以允许成对比较矩阵存在一定程度的 叫 —ｃ ／∑ （ｉ＝１ 一１，２，…， ） 对ｃ向量做归一化处理，并利用 １ （ＡＷ） 刍 （ＡＷ）ｉ表示ＡＷ的第ｉ个分量） 计算出 的最大特征近似值。计算出成对比较 矩阵Ａ不一致程度的指标Ｃ 一 。接 ｎ一１ 着，根据层次分析法对一致性指标的要求，取平均随 机一致性指标Ｒ ＝＝＝１．２４。 ２）计算成对比较矩阵Ａ的随机一致性比率Ｃ ｒ， 一 ，并与０．１比较，如果ｃ ≤０．１则认为判断矩阵 ， Ａ具有满意的一致性，否则需要调整矩阵Ａ中的ａ 的值，直到ｃ ≤０．１为止。 ２．１．４备品备件对目标层备品备件重要性的总权 重 风机零部件对单个影响因子的权重 Ｐ 一÷∑÷ （“ １，２，３，…，６）， ∑ ＝１ 计算出方案层对准则层权重的特征项Ｐ一［Ｐ∽ Ｐ ”，Ｐ ］（ 一１，２，３，４，５，６），最后计算出备品备 件占风机正常运行过程中的总权重Ｗ 一 ５ ＞ Ｐ Ｗ 。 —ｌ ２．２层次分析法在风电场备品备件中的应用 东海风电场属于大型海上风电场，总装机容量 １０２ Ｍｗ。由于风电场的风机数量大，每台风机的 零部件种类繁多，本文在准则层不变的情况下随机 抽取出６种备品备件进行权重排序。这６种零部件 为变速箱齿轮、轴承、发电机、液压盘式制动器、偏航 齿圈、传感器。 结合层次分析法中的标度，对风电场的影响因 子进行两两对比的判断矩阵，确定两个影响因子的 相对重要程度，并构建风机部件的判断矩阵（表２）。 第３０卷第２期 伍孟轩，等风电场运行维护中的库存管理控制策略 表２影响因子判断矩阵 另外，在影响因子确定的情况下，对风机各部件 进行两两对比，确定部件的相对重要程度，并构建风 机部件的判断矩阵（表３一表８）。然后通过一致性 校验中的第１步计算出表２矩阵中的特征向量 ［Ｏ．０８４２，Ｏ．０３６３，Ｏ．２５７９，０．１３５９，０．４５５７，０．０２９８．￣ 和 最大特征值 …一６．４５０３，并检验随机一致率Ｃ 一 ０．０７２６￣０．１，说明矩阵在不一致程度的允许范围 内。以同样的方法计分别算出表３矩阵的特征向量 Ｅｏ．０４９９，０．ｏ２８１，０．４６３４，ｏ．１２１６，０．０７４２，ｏ．２６２７］ 和 一…６．２８０７，ＣＲ—ｏ．０４５３＜ｏ．１，表４矩阵的特征 向量［ｏ．４００８，ｏ．０８６０，ｏ．２５９１，ｏ．１７２８，ｏ．０５３４， Ｏ．０２７９］ 和 …一６．２１８４，ｃＲ—ｏ．０３５２＜ｏ．１，表５ 特征向量［Ｏ．０７７０，ｏ．０４８３，ｏ．４１９６，ｏ．２６４０，ｏ．１６４１， ０．０２７０］ 和 …一６．３０８２，ＣＲ—Ｏ．ｏ４９７￣ｏ．１，表６矩 阵的特征向量［ｏ．ｏ４６１，ｏ．０３０６，ｏ．４５０９，ｏ．２３７６， ｏ．１４１３，Ｏ．０９３６－］ 和Ｘｍａｘ＝６．１９２０，ＣＲ一０．０３１０＜ ０．１，表７矩阵的特征向量［Ｏ．１３２０，０．０８９３，０．４５５２， Ｏ．０５５６，０．２３８７，０．０２９２］ 和 …一６．１９２０，ＣＲ— Ｏ．０３１０￣０．１，表８矩阵的特征向量［Ｏ．０３１７，Ｏ．０５２８， ０．４３００，０．２４８６，０．０９２８，０．１４４０］ 和 一６．０９８２， Ｃ 一Ｏ．０１５８￣０．１。最后通过层次分析法的第４步 计算出各个备品备件的层次总排序，零部件权重由 高到低的排序为：发电机、液压盘式制动器、偏航齿 圈、齿轮、轴承、传感器（表９）。 表３年消耗金额 表４易损坏性 ２２ 湖 北 工 业 大 学 学报 ２０１５年第２期 表９备品备件权重层次总排序 目标层 ～一 — ０．０８４２ ０．０４９９ ０．Ｏ２８１ —栗 ≤ ０．２５７９ ０．０７７０ ０．Ｏ４８３ 准则层 ０．１３５７ ０．０４６１ ０．０３０６ ｌ 硅—ｉ ０．４５５７ ０．１３２０ ０．Ｏ８９３ 目标层总 裹 目标层齿轮轴承０．０３６３ ０．４００８ ０．Ｏ８６ ０．０２９８ ０．０３１７ ０．０５２８ 发动机０．４６３４ ０．２５９１ ０．４１９６ ０．４５０９ Ｏ．４５５２ Ｏ．４３００ 液压盘式制动器偏航齿圈 ０．１２１６ Ｏ．０７４２ ０．１７２８ ０．０５３４ ０．２６４０ ０．０５３４ ０．２３７６ ０．１４１３ Ｏ．０５５６ ０．２３８７ ０．２４８６ Ｏ．０９２８ 传感器０．２６２７ ０．０２７９ ０．０２７０ ０．０９３６ ０．１４４０ Ｏ．０６０４ 通过分析，计算得出各个节点的权重（图２）。 图３反映出备件提前采购期也是一个非常关键的影 响因子。图４列举出了６种备件采购所需时间的比 例——相对于其他零部件而言，发动机、液压盘式制 动器、偏航齿圈的采购周期特别长。 风机库存决策层 撼Ｉ耗金额ｌｌｌ程度ｌ ｌ ｌ采购期ｌｌ环境ｌ ｌｌｌ复性 齿轮ｌｌ轴承ｌＩＸ动机ｌｌ液压盘式制动器ｌｌ偏航齿圈Ｉｌ传感器 图２备品备件权重图 １．Ｏ ０．９ ０．８ Ｏ．７ ０．６ ０．３ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ ０．２ Ｏ．１ Ｍ Ｏ 年∞“ 易提％嘶 供关可 消损前应键修 耗坏采环性复 金程购境 性 额度 期 图３影响因子的影响程度图 １．Ｏ ０．９ ０．８ ０．７ ０．６ ０．３ ０．２ Ｏ．１ Ｏ 齿轴 发 液偏传 轮承动 压航感 机 盘齿器 式 圈 制 动 器 图４提前采购期 ３ ＡＢ２Ｃ分类法的库存采购策略 笔者在层次分析法的基础上，结合ＡＢＣ库存法 和３Ａ库存控制法提出一种符合风电场库存管理特 点的库存控制方法——基于层次分析法的ＡＢ２Ｃ库 存采购方法。其中：Ａ类部件为风电设备的关键部 件，这类备件需求量不大，但不容易损坏，一经损坏 必须及时更换；Ｂ类部件风电设备的关键部件，易磨 损，易损坏，根据备件的采购周期长短，将Ｂ类部件 划分Ｂ 和Ｂ 两类；Ｃ类部件是风电设备中的一些辅 助关键零部件正常运行的部件和辅助用料，一定时 间的库存补给延迟不会影响风机的正常运行。 根据层次分析法计算备品备件的总权重，并从 大到小排序，然后按照排列的次序对备品备件进行 ＡＢＣ分类。由于不能单从备件的价值大小来划分， 所以ＡＢＣ分类法中的比例不能适用于风电场备品 备件。收集单台风机备件数据，分析得出排序在前 １５ 的备品备件归为Ａ类，处于中间位置的７０ 的 备品备件被归为Ｂ类，处于最后位置的１５ 的备品 备件被归为Ｃ类。经过计算可以确定发电机为Ａ 类，液压盘式制动器、偏航齿圈为Ｂ 类，齿轮、轴承 为Ｂ 类，传感器为Ｃ类。 通过ＡＢ２Ｃ分类备品备件后，假设Ａ、Ｂ 、Ｂｚ、Ｃ 备品备件的故障率是一个定值，则年消耗率也是固 定的值ｋ。 对于Ｃ类备品备件给定一个较小的默认值即 可，当需要Ｃ类备品备件的数量达到一定的值时， 可以批量采购。 Ａ类备品备件是属于不允许缺货的，分析Ａ类 备件的需求并绘制出库存控制策略（图５ａ）。由于 备品备件的年消耗量是固定的，所以当备品备件消 耗到Ｔ。时，风电场运行维护管理系统会发出预警 通知，此时即开始实施对Ａ类备品备件的采购活动 且采购周期必须不大于丁 一Ｔ。。 分析Ｂ 类备件的需求并绘制出库存控制策略 （图５ｂ）。由于备品备件的年消耗量是固定的，所以 当备品备件消耗到Ｔ。时，理论上备品备件已经消 耗完，风电场运行维护管理系统会发出预警通知，风 电场可以在Ｔ 一Ｔ。时问段内对备品备件进行采 购，使得备件的库存重新回到最大库存量（Ｑ）。 第３Ｏ卷第２期 伍孟轩，等 风电场运行维护中的库存管理控制策略 ２３ 经需求分析，对Ｂ 类备件的库存控制策略如图 即风机在每个周期内消耗的备件数量，再加上 ５ｃ所示。由于备品备件采购周期较长，备品备件的 一定的多余采购量后，即可得到风电场备品备件的 年消耗量是固定的，所以当备品备件消耗到Ｔｏ时 库存量。 刻，理论上备品备件已经消耗到了预警值（Ｌ），风电 场必须在Ｔ 一Ｔ。这个时间段对备品备件实施合理 ４ 结束语 的采购，使得备件的库存重新回到最大库存量。 本文介绍了当前风电场的运行维护和库存管理 删 现状，分析了当前的库存管理方法，采用一种基于层 次分析法ＡＢ２Ｃ分类方法来对海上风电场的库存进 ｆ 行管理。本文的研究成果已经集成到“大型海上风 时间 电场全生命周期的管理决策支持系统研究”项目组 （ａ）Ａ类备品备件 开发的风电场运行维护管理信息系统中，并在东海 风电场运维管理中得到了应用。此外，风电场在库 存管理方面所需要的人员、物料得到了合理的安排， 咖ｊ 禀矗 ＼ 并保证风电场的维修维护效率，同时也降低了维修 ．ｊ 缺货时间 维护和库存管理的成本，使得风电场的精益化管理 程度有了很大的提高。 时间 （ｂ）Ｂ１类备品备件 ［ 参 考 文 献 ］ ［１］ 吕吉峰，贺旭亮，任良全。煤矿设备ＭＲＯ支持系统的 设计与实现ＥＪ］．煤矿机械，２０１１，３２（Ｏ５）：２６４—２６７． 咖｛ ［２］ 任佳妮，周立秋，杨 阳，等．大型装备ＭＲＯ知识管理 最小值 系统研究［Ｊ］．现代情报，２０１３，３３（Ｏ５）：５６—５９． ｔ ［３］ 银丽娟．浅谈库存管理在风电生产中的应用［Ｊ］．科技 时间 资讯，２０１４（３０）：１２１． （ｃ）Ｂ２类备品备件 ［４］ 崔荣春．备品备件“４一ＡＢＣ”正交完备控制阀［Ｊ］．管理工 Ｑ一最大库存量、Ｌ一最低库存量 程学报，２００８，２２（４）：１２９—１３６． 图５库存控制策略 ［５］ 傅晨曦，郑永前，姜培明．基于混和模糊神经网络的零 部件库存优化方法［Ｊ］．工业工程，２０１３（１６）：４０—４６． 综上所述，备品备件库存的定量Ｑ一风电场正 ［６］ 冯 杨，尹 迪，罗 兵．不常用备件基于ＡＨＰ的 在运行部件的数量×风机部件的年故障率Ｘ（采购 ＡＢＣ分类模型［Ｊ］．计算机与数字工程，２０１１，３９（０２）： 周期／３６５）＋多余采购数量。 ３９—４３． Ｔｈｅ Ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ Ｗｉｎｄ Ｆａｒｍ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ＷＵ Ｍｅｎｇｘｕａｎ，ＳＯＮＧ Ｔｉｎｇｘｉｎ，ＺＨＡＮＧ Ｙｉｍｉｎｇ，ＬＩＵ Ｈｕｉｍｉｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ０ｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎ．，Ｈｕｂｅｉ Ｕｎｉｖ．ｏｆ Ｔｅｃｈ．，Ｗｕｈａｎ ４３００６８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎ ｌａｒｇｅ—ｓｃａｌｅ ｗｉｎｄ ｆａｒｍｓ，ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｂｏｕｔ ａｎａｌｙｔｉｃ ｈｉｅｒａｒｃｈｙ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｃｌａｓｓｉｉｆ— ｃａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｐａｒｅ ｐａｒｔｓ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ａｎａｌｙｔｉｃ ｈｉｅｒａｒｃｈｙ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｂｕｉｌｄ ｔｈｅ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｈｉｅｒａｒｃｈｙ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｐａｒｅ ｐａｒｔｓ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅ ｗｅｉｇｈｔ ｏｆ ｅａｃｈ ｓｐａｒｅ ｐａｒｔ ｉｎ ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｗａｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｅｒｅ ｌｉｓｔｅｄ ｆｒｏｍ ｈｉｇｈ ｔｏ １ＯＷ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ＡＢＣ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ ３Ａ ｔａｘｏｎｏｍｙ，ＡＢ２Ｃ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｗｉｎｄ ｆａｒｍ ｓｐａｒｅ ｐａｒｔｓ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ａｌｌ ｔｈｅ ｓｐａｒｅ ｐａｒｔｓ ｗｅｒｅ ｄｉｖｉｄｅ ｉｎｔｏ ｆｏｕｒ ｔｙｐｅ，Ａ，Ｂ１，Ｂ２ ａｎｄ Ｃ，ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ；ａｎａｌｙｔｉｃ ｈｉｅｒａｒｃｈｙ ｐｒｏｃｅｓｓ；ｓｐａｒｅ ｐａｒｔ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ［责任编校：张众］
