摘 要

船舶备件库存管理是航运企业的一门必修课，在船舶的生产运输过程中，备件库存的管理是企业降低营运成本的重要举措。但是现有的备件库存管理方法不够科学、严谨，存在着备件积压严重，数量不够合理等诸多问题。为解决此类问题，应从供应链的角度出发，建立一套基于供应链的船舶备件库，将备件供应商和船舶企业紧紧捆绑在一起，进行联合库存，优化船舶备件的库存结构，实现在安全生产运营的前提下的利益最大化。

本文主要从经济性的角度出发，进行备件库存管理研究，重点研究了基于供应链的联合库存方法，就联合库存提出了诸多完善策略。建立船舶备件库存的经济库存模型，将库存问题转化为数学问题，通过计算进行更加细致的分析，可以得出船舶备件库存的最优决策。建立基于供应链的平均库存成本模型，证明采用联合库存的确能够节省成本，最后利用Matlab软件编制船舶备件库存模型计算与仿真程序。

关键字：船舶备件库存；供应链；建模与仿真

Abstract

The inventory management of ship spare parts is a required course for shipping enterprises. In the process of ship production and transportation, the management of spare parts inventory is an important measure to reduce the operating cost. However, the existing methods of spare parts inventory management are not scientific and rigorous, and there are many problems such as serious backlog of spare parts, unreasonable quantity and so on. In order to solve this kind of problems, a set of ship spare parts storehouse based on supply chain should be set up from the point of view of supply chain, and the spare parts suppliers and shipbuilding enterprises should be tightly bound together to carry out joint inventory and optimize the inventory structure of ship spare parts. Realize the benefit maximization under the premise of safe production operation.

In this paper, the spare parts inventory management is studied from the point of view of economy, and the method of joint inventory based on supply chain is studied emphatically, and many perfect strategies are put forward for joint inventory. The economic inventory model of ship spare parts inventory is established, and the inventory problem is transformed into a mathematical problem. Through more detailed analysis through calculation, the optimal decision of ship spare parts inventory can be obtained. An average inventory cost model based on supply chain is established, which proves that joint inventory can save cost. Finally, a ship spare parts inventory model calculation and simulation program is developed by Matlab software.

Keywords: ship spare parts inventory; supply chain; Modeling and Simulation

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国外研究现状 1

1.2.2 国内船舶备件库存研究现状 2

1.3 论文主要研究内容 5

第2章 船舶备件库存特性分析 6

2.1 船舶备件库存的基本特性 6

2.1.1船舶备件库存可以降低成本 6

2.1.2备件库存可以提高航行安全系数 7

2.1.3备件库存可使船舶运营更长的时间 7

2.2船舶备件库存的成本和危害 7

2.2.1 备件库存的成本 7

2.2.2船舶备件库存的危害 8

2.3联合库存管理 8

2.4本章小结 9

第3章 船舶备件库存的建模分析 10

3.1船舶备件库存模型 10

3.1.1活塞环的特性分析 10

3.1.2经济备件库存模型的建立 13

3.2基于供应链的备件库存模型 16

3.2.1供应链简介 16

3.2.2基于供应链的备件库存模型的建立 18

3.2.3联合管理构建需要注意的问题 21

3.3本章小结 22

第4章船舶备件库存模型的仿真计算 23

4．1仿真软件介绍 23

4. 2经济库存模型仿真程序 23

4.3仿真结果分析 25

第5章 总结与展望 27

5.1全文总结 27

5.2不足之处和未来展望 28

致谢 29

参考文献 30

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

航运行业正处于一个持续低迷的阶段，各航运企业都在尝试在降低运营成本的前提下，提升服务标准，提高营运能力，优化企业结构，对供应链一体化管理进行改进，以提高企业的竞争力。航运企业在第三方物流供应链中作为核心企业的地位早已得到公认，它在全球经济中也占据着越来越重要的地位，船舶是航运企业资产和功能的主要组成部分，是供应链中的核心能力所在。船舶是由主机、辅机、电气、泵阀等组成的一个结构复杂的综合体,备件是其航运的重要物质基础和安全保证;保有一定数量的备件不仅可以确保航行安全,而且可以提高船舶的营运率,减少经济损失。而备件库存的种类，数量对于船舶的安全运营及经济效益起着极其重要的作用。库存过剩则资金积压，存储时间过长更会影响备件的使用性能；库存不足则会影响船舶的安全运营，人身安全，财产安全无法保障，可能造成无法估量的损失。而现在船舶的备件库存管理缺乏一定的科学依据，往往根据论经济管理人员的经验来储备备件，这样就很容易出现遗漏，过剩等现象。所以为保证船舶的安全运营，减少停航时间，创造更大的经济效益对船舶备件库存应采用更加科学、合理的办法。

本文从经济性角度出发，采用基于供应链的联合库存管理方法，将更加合理的对船舶备件库存进行管理，提高其经济性，安全性，以促进船舶行业经济发展，改善行业所面临的困境，减少不必要的损失，使得船舶安全高效运营，增强船舶行业竞争力。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

就库存问题的研究，国外已经进行了很系统，全面的分析。尤其是其中H-J chang 和 C-YDye^［1］建立了易变质产品的库存管理模型，其原理是短缺量部分滞后的且跟随时间变化的需求。Jamal ^［2］等对在延后付款时，变质率和需求率都是常量时，易变质物品的库存成本最小化模型，以及对最小化模型采取迭代算法进行求解。Resh ^［3］在假设需求率确定基础上，在需求量与时间成正比的前提下研究了经典的批量模型。

因为市场需求分布服从 Welbull 分布，Jen-ming Chen 和 Tsung-FfulChen^［4］据此建立了损耗率服从 Welbull 分布的库存管理研究模型。 罗宾等专家学者^［5］根据需求和采购价为变量，以 EOQ 模型为基础，在进一步加入资金时间价值和时变短缺量拖后率对异变质物品库存管理的影响，在建立了 EOQ 模型后又对模型进行优化和主要参数的灵敏度分析。夏雄^［6］利用贝叶斯预测理论对易损耗货物在缺货情况下的库存需求进行预测，给出满足一定市场需求满足 率的库存控制策略。 随着供应链的发展，以稳定随机需求的供应链库存协调机制的研究成果越来越突出。在多级供应链企业供需信息共享下，Cachon 和 Fisher^［7］提出共享需求信息和库存信息的价值并对供应链库存系统进行了优化。

因服务水平影响，且对于市场需求和累计市场需求不可预测性影响，Babal^［8］提出了动态库存模型的不平稳动态性。同样是受服务水平影响，James H. Bookbinder 和 Jin-Yan Tan^［9］等人在非平稳随机需求的条件下，提出了库存控制策略的动静结合法。

Goyal等从多个角度立体深入的研究了供应商和企业库存联合决策问题的优化方法。 Hill、Zhou Yongwu 和 Sarmah在供应链联合库存模型中研究了最佳运输策略问题。Zahir分析了产品价格波动对客户需求的影响。专家Baberjee就生产商-客户的联合库存决策问题的研究较早时就做出了一定的成果。

1.2.2 国内船舶备件库存研究现状

1.李建森^[10]提出从供应链角度，优化船舶备件库存。从供应链的概念进入航运行业时就对行业内的船舶备件库存的方式产生了很大的影响，同时也起到了很大的促进作用，对于原来的备件库存管理理念产生了很大的冲击。传统的备件库存管理主要是对船舶的备件需求的不确定性，供应商的单一性进行管理，将存储成本和订货渠道进行优化，从而减少库存成本。然而从供应链的角度来看，传统的库存管理方法还能很大程度的进行优化。从供应链角度看船舶备件库存，最基础的供应链是船舶——船公司——供应商——生产商这四个环节构成的，所以如果想从供应链角度优化船舶备件库存就必须对这些环节进行优化控制。同时整条供应链应该满足几个条件，才能保证供应链对船舶备件库存的优化效果。（1）基于供应链的库存最优化。衡量库存的最优化配置必须是放在整个供应链中来考虑（2）全流程的信息透明化。信息透明是供应链库存优化管理的基石，想要对船舶备件库存进行最科学、严谨的管理就必须对彼此掌握的信息进行共享（3）船舶，公司等供应链组成无缝化的连接。想要控制供应链各个组成的活动，达到最为满意的运营效果就必须让供应链形成一个整体。船舶的备件库存信息应该无阻碍的在各个节点中传递，流动，从而保障船舶的备件需求能够被即时，准确的满足，将供需流程变得更为合理，以适应复杂且难预测的备件需求。

船舶备件的ABC分类策略

将船舶备用零件按其设备的关键程度进行划分，进行两次ABC分类法进行分类。分类方法如下：

关键性设备

船舶设备 辅助设备

一般设备

设备分类的标准时：设备失效引发的安全问题、该设备能否被替换、维修费用、零件配备是否容易、是否有停航风险、是否容易维修、该零件订货的等待时间、损坏对其所在机械的影响等。按设备的关键程度进行划分后，在设备划分的基础上对其备件分类。关键设备是船舶的重要基础，对整个船舶的航行安全起到决定性的作用，所以必须对其进行格外重视，所以有必要对其所使用的备件再进行ABC分类，将重要程度不同的备件采取不同的管理方法。辅助性设备因为其对于船舶的生产，安全运营的影响不大，所以对其备件直接采用C类分类进行库存管理。而一般性性设备虽然没有关键性设备重要，倒是比辅助设备对船舶的影响更大，所以对辅助设备的备件采用B类和C类分类方法进行管理。

2.不稳定需求的船舶备件库存

船舶备件库存的不稳定性时由船舶、船舶企业和供应商等在需求、运输、和生产等过程中产生一些难以预料的不确定性事件引起的。而船舶备件库存在管理中也确实受不确定性因素的影响很大，为了避免在船舶上出现更多的不可控事件，往往会对备件的订货提前期，需求量造成很大程度的影响，致使在整个供应流程中会有大量的资源闲置或浪费。并且信息的逐级传递过程中，一些本就失真的信息，失真的程度也被逐级放大，这种失真现象称为“牛鞭效应”。由于信息失真的影响，会让供应链陷入一个王府循环的困局：生产资源浪费，库存积压严重，备件质量不合格等一系列问题。此类问题的出现对于整个供应链都会造成极大的损失，所以解决这个问题并不是船舶单方面的诉求，供应商也应共同出力。为此提出了两种解决策略，对供应链整体进行了优化。

（1）由船公司依据公司所拥有的船舶备件信息进行一定量的集中库存，减少供应链中库存积压和资源浪费的问题。利用船舶信息化系统对船舶备件进行系统的管理，并同时将备件信息分享给供应链的所有环节，让供应商能够及时做出有效的生产提前期，减少船舶备件等待时间，更是对安全运营的有力保障。

（2）依据船舶备件的特殊性进行联合库存管理（JMI）。我认为采用JMI最大的优点就是将各自利益变为共同利益，将船舶和供应商牢牢锁定，一损俱损。首先船舶因其型号，标准，用途各不相同，所以很多备件具有一定的单一性，只能在船舶的生产厂家订货。这就让供应商和船舶建立起了联合库存的基础。再建立联合库存后首先应做到上述的第一点——备件信息的共享并且不用考虑信任度的问题，上面谈到的由于信息的逐级传递而扭曲失真的现象——牛鞭效应也会因联合库存管理而使各节点的库存与需求的预期保持一致所消除。这种将利益进行捆绑的合作也正是供应链在整个物流活动中起到重要作用的关键点。同时这种利益的绑定，会促使各个环节中的企业做出供应链整体最优化决策，而不是首先考虑自己的利益。虽然优点很多，但是这种管理模式也存在一些弊端，例如各企业之间存在着复杂的合作竞争关系，想要建立其联合库存管理联盟相对困难，建立之后的指挥协调成本提高，联合库存管理的监督等问题。

3.完善船舶备件管理的对策

王东海^[11]提出了对船舶备件库存结构优化的思考。通过对船舶生产运营过程的了解，发现船舶备件库存的管理中仍然存在很多问题，首先是对于备件的入库管理不够全面。一个备件在入库之前不能做到全面的检查如何能够保证其质量，不能保证质量一旦需要此备件而其却不能安全使用，极有可能影响船舶的安全运营，也是对备件的浪费。备件的存储数量、种类与船舶的实际需求相差甚远；一些不经常替换的备件在库存中常年积压，导致库存周转不便；备件管理系统陈旧，信息技术应用不够灵活；逆向物流完全被忽视等。因为这些问题的存在导致船舶备件库存不能对船舶的安全做出基础的保障，所以提出了以下优化策略：

(1)明确责任体系，落实到轮机管理人员的身上

(2)将船舶备件的信息化管理全面应用

(3)备件明确储存方式和存储规范

(4)构建船舶备件库存模型，进行科学管理

(5)对于备件库存规模，种类，数量依据船舶的状态机型控制

(6)积极探索部分备件实施零库存管理

李建森^[12]对船舶备件的逆向物流管理的研究。逆向物流是指不合格物品的返修、退货、以及周转使用的包装容器从需方返回到供应方所形成的物品实体流动。船舶对于逆向物流尤其是对有维修价值的零件的返修不够重视。每年有大量的备件被当作废品处理掉，这是不经济，不合理的做法。如果将这些备件通过逆向物流进行维护、维修管理，船舶每年在备件方面能节省大量的资金。但逆向物流的处理也相对麻烦，海关报备，联系厂家，可维修度定义都是逆向物流不得不考虑的问题。尤其是当备件维修之后，船舶对于维修后的零件能否满意，能否与供应商达成一致，修复程度是否会对船舶安全运营产生影响等。不合格零件的退换也存在诸多问题。零件出现问题是在什么时候产生的，相关费用应该由谁来承担，逆向物流的费用应该出在哪里，对于备件的管理如何记录，这就需要一套完整的备件逆向物流处理体系。重视船舶备件逆向物流的处理必须建立一套严格的船舶备件逆向物流的操作程序和模块，并将它补充到船舶备件信息管理系统中。

4.建模分析

杨华龙和李德源^[13]通过建立数学模型的方法解决备件库存模型问题。通过建立数学模型将影响船舶备件库存的不确定因素和难以预料的零件损坏问题转化为数学问题，通过精准的计算来应对这些比较复杂的情况。首先是根据备件的消耗情况，对数据进行加工处理找出其概率分布模型。再从总费用最低的角度出发建立经济库存模型。通过期望值求解，做出船舶备件库存的最有决策。通过对供应链环节的不断优化，分别从联合库存，多级库存方面进行了进一步的深入探究。但是没有过多的考虑船舶安全运营的问题。李群霞在前人研究的基础上建立供应链提前期供需联合优化库存模型来研究由供货商和船舶共同建立的联合库存问题。从供应链的角度来研究船舶的备件库存问题，通过对平均库存成本的计算来证明库存联合决策模型优于库存分散决策模型。

1.3 论文主要研究内容

建立船舶备件库存模型，分析船舶备件（活塞环）的订购量的最优决策，

建立基于供应链的船舶备件库存模型，分析有供货商和船舶共同建立联合库存的优势所在，完善联合库存的策略机制

应用Matlab软件对船舶备件库存进行计算和仿真分析，运用计算仿真程序，输出未来一段时间内船舶备件（活塞环）消耗量，并对船舶备件模型进行验证。

第2章 船舶备件库存特性分析

2.1 船舶备件库存的基本特性

库存就是在企业生产和物流渠道中各点堆积的原材料、供给品、零部件、半成品和成品。而船舶备件库存就是船舶设备的备用零件的存储。它是由船舶向相关供应商或生产商所购买的零件的集合。从不同角度对船舶备件库存进行多种不同的分类：（1）按资源生产过程中所处的状态，可以将船舶备件库存归为成品库存类；（2）按库存的功能作用分类可以把船舶备件库存归为安全库存类；（3）按库存需要重复程度分类可以将其归为多周期库存；（4）库存需求特性分类可以将其归为独立需求库存。通过这些分类，我们可以更清晰的了解船舶备件库存的特性。同时船舶备件库存不同于一般的库存，因为船舶运输的不确定性，时间地点都不固定，且受天气等影响很大而这些影响都算是船舶备件的特性之一^[14]。

2.1.1船舶备件库存可以降低成本