船舶備件存貯策略研究

船舶備件存貯策略研究

1正常供應(yīng)下的配件儲(chǔ)備規(guī)劃為了確保能夠完成生產(chǎn)任務(wù)，確保運(yùn)輸運(yùn)作的連續(xù)性，交通運(yùn)輸公司必須儲(chǔ)備一定數(shù)量的輔助設(shè)備，以滿足船舶輔助設(shè)備的正常供應(yīng)。配件儲(chǔ)備多大數(shù)量最為合理,是存儲(chǔ)決策中需要解決的主要問題。本文采用整數(shù)規(guī)劃和動(dòng)態(tài)規(guī)劃來討論該問題。為提高企業(yè)管理水平,用科學(xué)的技術(shù)方法指導(dǎo)管理,研制開發(fā)了船舶配件存儲(chǔ)決策支持系統(tǒng)FSDSS,輔助庫(kù)存管理者選擇相對(duì)優(yōu)化的存儲(chǔ)決策,使企業(yè)在滿足運(yùn)輸需要的前提下,降低存儲(chǔ)費(fèi)用,獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。2其他配合部件船舶配件需求具有以下2個(gè)特點(diǎn):(1)設(shè)備的部分部件由于各種自然或人為的原因損壞,需要更換才能正常工作。(2)設(shè)備中一些動(dòng)靜配合的部件,由于磨損,其配合尺寸已超過說明書允許使用的極限,需要更換才能保證設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)。此外,水運(yùn)企業(yè)船舶流動(dòng)、分散、遠(yuǎn)離公司本廠,船舶自身需要存貯一些配件,至于存量,與船齡、負(fù)責(zé)人的偏好等因素有關(guān),這些因素在建模時(shí)要予以考慮。因此,船舶配件需求是不確定的、隨機(jī)的,但是大量統(tǒng)計(jì)表明配件需要量遵循一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律,即為有一定隨機(jī)分布的需求。3隨機(jī)型存貯模型船舶配件種類繁多,因而存儲(chǔ)模型也是多種類型。這里討論具有代表性的隨機(jī)型存貯模型,即配件需求是隨機(jī)的,概率分布為已知。在這種情況下,就需要計(jì)算隨機(jī)變量的期望值,存貯策略的優(yōu)劣,以損失期望值的大小作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。3.1最佳批量和最佳用量的確定配件需求的隨機(jī)性表明,船舶配件存貯策略應(yīng)采用(s,S)策略。存貯量降到某一確定數(shù)量時(shí)補(bǔ)充庫(kù)存。當(dāng)存貯量x>s時(shí)不補(bǔ)充,當(dāng)x≤s時(shí)補(bǔ)充存貯量至S。s為最低庫(kù)存量,S為最佳庫(kù)存量。為簡(jiǎn)化模型,考慮某時(shí)間段t,一類配件的存貯模型。設(shè)某類配件的領(lǐng)用量為v,其概率為p(v)。設(shè)單位貨物的存貯費(fèi)為c1、缺貨費(fèi)為c2、貨物單位為k,訂購(gòu)費(fèi)為c3,期初庫(kù)存為I,在本階段內(nèi)為常數(shù),訂貨量為S-I,假設(shè)需求只在期初發(fā)生,則該階段的費(fèi)用期望值為C(S)=c3+k(S?I)+∑v=0Sc1(S?v)p(v)+∑v=S+1∞c2(v?S)p(v)(1)C(S)=c3+k(S-Ι)+∑v=0Sc1(S-v)p(v)+∑v=S+1∞c2(v-S)p(v)(1)最佳庫(kù)存量是使式(1)取最小值的S。下面確定最低庫(kù)存量。期初庫(kù)存量為I,若訂購(gòu)貨物,則期望費(fèi)用為f1(I)=c3+k(S?I)+∑v=0Sc1(S?v)p(v)+∑v=S+1∞c2(v?S)p(v)(2)f1(Ι)=c3+k(S-Ι)+∑v=0Sc1(S-v)p(v)+∑v=S+1∞c2(v-S)p(v)(2)若不訂購(gòu)貨物,則期望費(fèi)用為f2(I)=∑v=0Ic1(I?v)p(v)+∑v=I+1∞c2(v?I)p(v)(3)f2(Ι)=∑v=0Ιc1(Ι-v)p(v)+∑v=Ι+1∞c2(v-Ι)p(v)(3)I為最低庫(kù)存量的充要條件是不訂貨的期望費(fèi)用小于訂貨的期望費(fèi)用,即∑v=0Ici(I?v)p(v)+∑v=I+1∞c2(v?I)p(v)<c3+k(S?I)+∑v=0Sc1(S?v)p(v)+∑v=S+1∞c2(v?S)p(v)(4)∑v=0Ιci(Ι-v)p(v)+∑v=Ι+1∞c2(v-Ι)p(v)<c3+k(S-Ι)+∑v=0Sc1(S-v)p(v)+∑v=S+1∞c2(v-S)p(v)(4)式中0≤I≤S,取滿足式(4)的最小的I為最低庫(kù)存量。綜上所述,庫(kù)存問題可歸納為如下尋優(yōu)問題:minC(S)=c3+(k?I)S+∑v=0Sc1(S?v)p(v)+∑v=S+1∞c2(v?S)p(v)minD(I)=I?????????????(5)minC(S)=c3+(k-Ι)S+∑v=0Sc1(S-v)p(v)+∑v=S+1∞c2(v-S)p(v)minD(Ι)=Ι}(5)滿足約束條件:∑v=0Ic1(I?v)p(v)+∑v=I+1∞c2(v?I)p(v)<c3+k(S?I)+∑v=0Sc1(S?v)p(v)+∑v=S+1∞c2(v?S)p(v)(6)∑v=0Ιc1(Ι-v)p(v)+∑v=Ι+1∞c2(v-Ι)p(v)<c3+k(S-Ι)+∑v=0Sc1(S-v)p(v)+∑v=S+1∞c2(v-S)p(v)(6)0≤I≤S該尋優(yōu)問題的傳統(tǒng)求解方法是差分法。實(shí)際上由于S、I只能取整數(shù),這是一個(gè)整數(shù)規(guī)劃問題,求解整數(shù)規(guī)劃的方法有多種。如枚舉法、蒙特卡洛方法、分枝定界法、割平面法等,還可使用魯棒性較好的遺傳算法求解。3.2馬氏鏈預(yù)測(cè)法在手機(jī)學(xué)習(xí)過程的應(yīng)用,其對(duì)于預(yù)測(cè)結(jié)果的不確定性設(shè)計(jì)不容易求得需求量v的概率p(v)見文獻(xiàn)和。p(v)服從泊松分布:p(v)=e?λλvv!(7)p(v)=e-λλvv!(7)式中:∑v=0∞p(v)=1∑v=0∞p(v)=1;λ為平均領(lǐng)用量。參數(shù)平均需求量λ的確定,可用時(shí)間序列分析法,如移動(dòng)平衡法、加權(quán)移動(dòng)平均法、指數(shù)平滑法;需求量的撥動(dòng)受多種因素的影響,是一種非線性隨機(jī)過程,亦可用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法來預(yù)測(cè)。但應(yīng)注意隨著時(shí)間的推移,學(xué)習(xí)樣本也逐漸移動(dòng),使得歷史數(shù)據(jù)與未來的聯(lián)系更加密切,以減少隨機(jī)過程非平衡性的影響。為了提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性,需要對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)。方法有兩個(gè):多數(shù)表決器,加權(quán)平均方案,具體見文獻(xiàn)。由于配件需求具有無(wú)后效性,可應(yīng)用馬爾科夫預(yù)測(cè)法。無(wú)后效性指:過程或系統(tǒng)將來的狀態(tài)只與現(xiàn)在所處的狀態(tài)有關(guān),而與歷史狀態(tài)無(wú)關(guān)。馬氏鏈預(yù)測(cè)的基本方法是用轉(zhuǎn)移概率矩陣。如果預(yù)測(cè)對(duì)象目前處于狀態(tài)i,pij是從第i個(gè)狀態(tài)變化到第j個(gè)狀態(tài)(j=1,2,…,n)的概率。取max{pij|j=1,2,…,n}作為預(yù)測(cè)的結(jié)果。實(shí)際上,馬氏鏈預(yù)測(cè)法不僅可得到λ,而且{pij|j=1,2,…,n}可直接用于式(5)和(6)中。目前,馬氏鏈模型已廣泛應(yīng)用于市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)和決策方面。此外還可應(yīng)用灰色預(yù)測(cè)等方法確定λ或p(v)的模型。除泊松分布外,不排除某些配件服從其他概率分布,此時(shí)需要修正模型。這涉及到系統(tǒng)辨識(shí)理論和方法,不在此敘述。4部件系統(tǒng)的組成決策支持系統(tǒng)(DSS)是綜合利用大量數(shù)據(jù),有機(jī)組合眾多模型(數(shù)學(xué)模型與數(shù)據(jù)處理模型等),通過人機(jī)交互,輔助各級(jí)決策者實(shí)現(xiàn)科學(xué)決策的系統(tǒng),由“綜合部件、模型部件、數(shù)據(jù)部件”三部件組成。數(shù)據(jù)部件的核心實(shí)際上是一個(gè)管理信息系統(tǒng),為模型提供數(shù)據(jù)。模型部件提供模型的存儲(chǔ)、運(yùn)行管理,支持多模型的組合。綜合部件按決策問題的要求,控制模型的運(yùn)行以及模型的組合運(yùn)行,存取數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù),進(jìn)行有關(guān)的數(shù)據(jù)處理和計(jì)算,并完成人機(jī)交互功能,集成三部件形成DSS。根據(jù)以上所述,配件存儲(chǔ)決策支持系統(tǒng)FSDSS按三部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。4.1系統(tǒng)平臺(tái)的選擇DU是DSS的重要組成部分,對(duì)配件入庫(kù)、領(lǐng)用、庫(kù)存進(jìn)行統(tǒng)計(jì),收集和存儲(chǔ)基礎(chǔ)數(shù)據(jù),為MU提供數(shù)據(jù)。包含的功能模塊見圖1,其功能和實(shí)現(xiàn)方法與一般信息系統(tǒng)類似,不再進(jìn)一步介紹。為減少FSDSS開發(fā)的困難,選用成熟的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)作為該部件的開發(fā)工具。在此DBMS選用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù),用VisualFoxpro5.0進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)。4.2fsdss的模型庫(kù)模型庫(kù)MB的組織和存儲(chǔ)是MU的重要問題,與模型的表示形式有關(guān)。在FSDSS中,模型以程序形式表示,程序又有源程序和目標(biāo)程序,目標(biāo)程序由源程序編譯而得。為便于對(duì)模型的說明,此外還有模型幫助部分(對(duì)模型的功能、模型的數(shù)學(xué)方程以及解法進(jìn)行說明)、數(shù)據(jù)描述部分(對(duì)模型的變量、模型的輸入輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行說明)。所以一個(gè)模型需要4個(gè)說明部分。為便于對(duì)模型分類、查詢和修改,方便模型與其他各部分的聯(lián)系,建立索引是必要的。模型字典由此而生,它對(duì)每個(gè)模型的名稱、編號(hào)、相應(yīng)的模型文件名及存取路徑進(jìn)行說明。模型字典的內(nèi)容按照關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的表組織形式存放,每個(gè)模型是一條記錄。根據(jù)以上所述,FSDSS的模型庫(kù)主要由模型字典和模型表組成,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。在模型字典中,設(shè)置前趨模型字段為模型的組合運(yùn)行提供了方便。關(guān)于前趨模型定義如下:設(shè)A、B是2個(gè)模型,如果A的輸出數(shù)據(jù)作為B的輸入數(shù)據(jù),則A是B的前趨模型,B是A的后繼模型。設(shè)A、B、C是模型,C模型的前趨模型可以是某個(gè)模型(如A);若干模型的“與”、“或”組合,用&&、‖表示“與”、“或”。A&&B→C表示A、B的輸出均是C的輸入,只有A、B運(yùn)行后,才可調(diào)用C;A‖B→C表示A、B的輸出都可以作為C的輸入,只要A、B之一運(yùn)行后,就可調(diào)用C;也可以無(wú)前趨模型,用NULL表示。例如隨機(jī)型存貯模型運(yùn)行前需要確定平均需求量λ,可有5種模型供其選用,分別為:A1,A2,A3,A4,A5。則在字典表中的記錄如下:模型表中的字段源程序、模型幫助、數(shù)據(jù)描述均是文本形式,可用備注類型實(shí)現(xiàn)。它們?yōu)閷?shí)現(xiàn)模型查詢的功能提供了方便。模型維護(hù)包括模型的建立、添加、修改、刪除、輸出等功能。考慮到一般用戶計(jì)算機(jī)知識(shí)有限,該功能暫未向用戶開放,僅供程序員、系統(tǒng)管理員使用。4.3fsdss數(shù)據(jù)的輸出和模型的選擇綜合部件的核心是總控程序,根據(jù)前面所述,具有如下功能:控制模型程序的運(yùn)行,存取數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù),進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,完成人機(jī)交互。FSDSS總控程序的流程圖如圖3所示。總控程序選擇合適的模型,根據(jù)模型運(yùn)行需要提取數(shù)據(jù),進(jìn)行模型運(yùn)算,并對(duì)運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行方案評(píng)價(jià)。變動(dòng)模型參數(shù),進(jìn)行靈敏度分析,分析其對(duì)決策方案的影響,必要時(shí)重新運(yùn)算模型,然后從中選優(yōu)。當(dāng)決策方案滿意時(shí),可輸出決策方案。選擇模型有自動(dòng)和人工2種方式,數(shù)據(jù)庫(kù)中的配件代碼表存有模型編號(hào),這是FSDSS默認(rèn)或建議使用的存貯模型,為系統(tǒng)自動(dòng)選擇模型提供了可能。人工選擇是顯示FSDSS提供的所有模型及說明,用戶通過鍵盤或鼠標(biāo)選擇。模型調(diào)用是總控程序通過模型字典作橋梁,找到并運(yùn)行模型目標(biāo)程序文件。若有前趨模型,首先運(yùn)行前趨模型,這是一個(gè)遞推調(diào)用的過程。為了提高系統(tǒng)的友好性、可接受程度,人機(jī)界面的設(shè)計(jì)不容忽視。在FSDSS中,充分利用了多窗口技術(shù)、菜單技術(shù)、多媒體技術(shù)(即數(shù)據(jù)、文字、聲音、圖形、圖像的集成技術(shù)),為人機(jī)交互提供了更友好的環(huán)境。窗口、菜單引導(dǎo)用戶逐級(jí)進(jìn)入和使用系統(tǒng),對(duì)初級(jí)用戶非常適宜。FSDSS通過多媒體技術(shù)表現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行情況和最終結(jié)果,使人機(jī)交互的形式、內(nèi)容更加豐富。5發(fā)展向通用集成語(yǔ)言(1)討論了具有代表性的隨機(jī)存儲(chǔ)模型。其他類型的模型分析及在本系統(tǒng)中的應(yīng)用由于篇幅所限,未作討論。(2)建立模型本身就是一個(gè)困難的工作。人工建模,取決于人的經(jīng)驗(yàn),建立模型的效果則因人而異?？梢酝ㄟ^機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來進(jìn)行計(jì)算機(jī)建模。這將從更高層次上促進(jìn)DSS的研究和發(fā)展。(3)