李艷+李翠翠+陳勝遠(yuǎn)+冷宇

摘要： 隨著氣象觀測要素不斷增加，氣象觀測裝備備件的種類也不斷增多。本文通過對貴州省氣象觀測裝備備件故障率進(jìn)行分析，初步判斷出氣象觀測裝備的磨合期、穩(wěn)定期、衰減報(bào)廢期的運(yùn)行時(shí)長；利用EOQ模型計(jì)算出氣象觀測裝備備件的最低庫存量與其故障率曲線緊密相關(guān)。通過對氣象觀測裝備備件的故障率曲線分析發(fā)現(xiàn)，同一氣象觀測裝備備件在不同生命周期階段其故障率曲線分布也不一樣。

Abstract： With the increasing number of meteorological observational elements， the types of spare parts for meteorological observation equipment are also increasing. In this paper， the failure rate of meteorological observation equipment spare parts in Guizhou province is analyzed to determine the run-in period， the stable period and the decaying end-of-life of meteorological observation equipment. The EOQ model is used and it finds out that the minimum inventory of meteorological observation equipment spare parts is closely related its failure rate curve. According to the analysis of failure rate curve of spare parts of meteorological observation equipment， the distribution of failure rate curves of spare parts of the same meteorological observation equipment at different life stages is also different.

關(guān)鍵詞： 氣象裝備；生命周期；庫存模式

Key words： meteorological equipment；life cycle；inventory model

中圖分類號(hào)：P456.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）04-0022-03

0 引言

近年來，隨著氣象現(xiàn)代化的不斷建設(shè)，貴州省已建設(shè)完成8部新一代多普勒天氣雷達(dá)、84個(gè)國家級(jí)臺(tái)站均為雙套站互為備份運(yùn)行、3000站次以上區(qū)域氣象觀測站、交通氣象站、土壤水分觀測站、自動(dòng)監(jiān)測水位站、閃電站、降水現(xiàn)象觀測儀、能見度等多種氣象要素觀測站。為保障全省氣象觀測裝備的正常運(yùn)行，縮短氣象觀測裝備故障恢復(fù)時(shí)間，必須在省、市、縣三級(jí)存儲(chǔ)一定比例、種類的氣象觀測裝備備件（以下簡稱備件）。隨著氣象觀測要素的增加，備件的種類也越來越多。同時(shí)，每年用于購置備件的經(jīng)費(fèi)有限，而且各類備件的生命周期不盡相同，那么研究如何有效降低備件庫存的積壓，加快備件周轉(zhuǎn)效率，提升了氣象保障經(jīng)費(fèi)的有效利用率非常有必要。

1 設(shè)備生命周期相關(guān)概念

1.1 設(shè)備生命周期

指設(shè)備從投入使用到最終退出使用的總的時(shí)間長度。

1.2 設(shè)備故障率

長期統(tǒng)計(jì)研究表明[1]，設(shè)備故障率并不是一成不變的。由多種零部件組成的設(shè)備故障率曲線如圖1所示。從使用時(shí)長看，曲線明顯呈現(xiàn)3個(gè)不同的階段。

磨合期：設(shè)備在A階段時(shí)故障率較高，但隨著使用時(shí)間的延長，其故障率將明顯降低，該階段稱初期故障期，又稱磨合期。

穩(wěn)定期：設(shè)備在B階段時(shí)故障率大致趨于一個(gè)較低且穩(wěn)定的定值，表明設(shè)備已進(jìn)入穩(wěn)定使用階段。該階段為偶發(fā)故障期，又稱穩(wěn)定期。

衰減報(bào)廢期：設(shè)備在C階段時(shí)故障率再一次上升，經(jīng)過長期使用，設(shè)備的故障帶有普遍性，基本接近設(shè)備的使用壽命，此階段稱損耗故障期，又稱衰減報(bào)廢期。

可見，故障率特性曲線實(shí)際上是描述設(shè)備從開始使用到退出使用的故障率隨時(shí)間變化而變化的規(guī)律，即描述設(shè)備從開始使用到退出使用的全部生命周期。

2 氣象裝備備件故障率分析

2009年開始，省大探中心由專人利用氣象器材物資供應(yīng)軟件負(fù)責(zé)備件的出入庫登記，登記詳實(shí)。本文數(shù)據(jù)均來源于氣象器材物資供應(yīng)軟件。筆者對2009-2017年全省國家級(jí)地面?zhèn)浼恼{(diào)撥數(shù)量、建站數(shù)量、建站年限等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總后，計(jì)算得出故障率，如圖2所示。

通過圖2發(fā)現(xiàn)大部分備件故障率均呈現(xiàn)“浴盆”狀。貴州省老式自動(dòng)氣象站建站約在2002年左右，設(shè)備故障率峰值基本都約在2010-2011年間。2012年貴州省啟動(dòng)了新型自動(dòng)氣象站的建設(shè)，故除風(fēng)速傳感器故障率外，其余備件的故障率峰值之后呈現(xiàn)下降趨勢。風(fēng)速傳感器由于新型自動(dòng)氣象站與老式自動(dòng)氣象站可通用，故其故障率在2014年出現(xiàn)了二次峰值。因此可粗略判斷出，貴州省老式自動(dòng)氣象站在運(yùn)行8-9年之后設(shè)備基本進(jìn)入衰減報(bào)廢期，貴州省新型自動(dòng)氣象站在運(yùn)行1-2年之初設(shè)備尚處于磨合期，貴州省老式自動(dòng)氣象站在運(yùn)行3-7年之間設(shè)備均處于穩(wěn)定期。此判斷結(jié)論與中國氣象局綜合觀測司關(guān)于印發(fā)氣象專用技術(shù)裝備使用年限標(biāo)準(zhǔn)的通知[2]中規(guī)定新型自動(dòng)氣象站使用年限為8年比較一致。

貴州省老式自動(dòng)氣象站面臨著升級(jí)改造，在保障老式自動(dòng)氣象站正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上，將適當(dāng)增加新型自動(dòng)氣象站備件的備份。每一種備件所服務(wù)的站數(shù)不同，每一類氣象觀測裝備建站時(shí)長不同，每一種備件的故障率分布不同等，如何實(shí)現(xiàn)在有限的經(jīng)費(fèi)下合理的采購備件，用來保障氣象觀測裝備的正常運(yùn)行。那么就迫切需要對所有在用備件的庫存儲(chǔ)備進(jìn)行一個(gè)合理的規(guī)劃與設(shè)計(jì)。endprint

3 氣象觀測裝備庫存模式研究

氣象要素?cái)?shù)據(jù)是氣象預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)的基礎(chǔ)，只有氣象觀測裝備的正常運(yùn)行，才能保障氣象要素?cái)?shù)據(jù)的采集與傳輸。盡管隨著氣象觀測裝備制造水平的提高可縮短故障修復(fù)時(shí)間，但是故障能否及時(shí)修復(fù)往往依賴于故障件是否有備件庫存。對氣象觀測裝備備件進(jìn)行合理的庫存儲(chǔ)備，不僅可提高庫存?zhèn)浼苻D(zhuǎn)率，還可以提高經(jīng)費(fèi)有效使用率。

3.1 影響備件數(shù)量的因素

根據(jù)徐洪濤[3]研究發(fā)現(xiàn)，決定備件數(shù)量的主要因素有：設(shè)備數(shù)量、壽命、訂貨周期、性價(jià)比與使用頻率。結(jié)合氣象觀測裝備的實(shí)際情況，筆者認(rèn)為影響備件庫存數(shù)量的因素有：①站數(shù)。各類備件服務(wù)的站數(shù)不同，將決定所需備份的備件的數(shù)量也不同。②故障率與建站時(shí)長。氣象觀測裝備的建站時(shí)長決定了氣象觀測裝備所處的不同階段。磨合期、穩(wěn)定期、衰減報(bào)廢期各個(gè)階段備件的故障率不同，進(jìn)而影響備件的備份數(shù)量。③訂貨周期。目前備件從采購計(jì)劃的擬定到最終的到貨周期均不同。有些備件從簽訂合同到設(shè)備到貨可能僅需半個(gè)月，而有些備件從簽訂合同到設(shè)備到貨有可能需要半年以上。因此訂貨周期的長短也要在庫存儲(chǔ)備中考慮進(jìn)去。

3.2 備件儲(chǔ)備模型的建立

為保障氣象觀測裝備的正常運(yùn)行，貴州省備件倉庫儲(chǔ)備了10大類5萬以上的備件。有些備件從入庫到現(xiàn)在都未使用，有些氣象備件又呈現(xiàn)短缺。本文利用古典運(yùn)籌學(xué)中的庫存公式即EOQ模型[4]，結(jié)合貴州省氣象觀測裝備備件的特殊性，對貴州省氣象觀測裝備備件的儲(chǔ)備模型進(jìn)行了研究。

氣象觀測裝備在磨合期、穩(wěn)定期、衰減報(bào)廢期內(nèi)均會(huì)出現(xiàn)故障，因此必須儲(chǔ)備合理的備件，既保障了氣象觀測裝備的正常運(yùn)行，又不至于大量備件積壓庫存。設(shè)某一類氣象觀測裝備備件的使用壽命為T，它的概率密度函數(shù)為f（t），此類氣象觀測裝備備件服務(wù)站數(shù)為N*。在氣象觀測裝備備件使用生命周期內(nèi)，該類氣象觀測裝備備件故障總數(shù)為n*= N*f（t）dt。即在氣象觀測裝備備件使用生命周期內(nèi)，應(yīng)準(zhǔn)備好備件數(shù)n*。

考慮氣象觀測裝備備件從簽訂采購合同到備件入庫有一個(gè)訂貨周期T0，設(shè)服務(wù)站數(shù)為N*的某一類氣象觀測裝備備件在訂貨之后廠家立即發(fā)出?，F(xiàn)在為t0時(shí)刻，那么在（t0，t0+T0）期間，備件還未到貨。那么這段時(shí)間的此類氣象觀測裝備備件存儲(chǔ)量為N0（t0）=N*■f（t）dt。即如果在t0時(shí)刻，此類氣象觀測裝備庫存?zhèn)浼镹0（t0），就需要對此類氣象觀測裝備備件進(jìn)行庫存?zhèn)浞萘恕0（t0）為該類氣象觀測裝備備件的最低庫存量。

3.3 備件故障率曲線擬合

本文第2章節(jié)對各類備件故障率進(jìn)行了分析，大部分備件故障率呈現(xiàn)“浴盆”狀。上文對備件庫存存儲(chǔ)模型進(jìn)行了研究，N0（t0）為某一類備件的最低庫存量。N0（t0）與f（t）緊密相關(guān)，筆者根據(jù)最小二乘法進(jìn)行故障率曲線擬合得出某類備件的故障率擬合曲線。

2009-2016年間，ZQZ-CII型采集器、氣壓傳感器、溫濕度傳感器故障率曲線與時(shí)間t顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.73、0.52、0.67。ZQZ-TFS型風(fēng)速傳感器、CAWS型采集器、CAWS型風(fēng)向傳感器、CAWS型風(fēng)速傳感器故障率曲線時(shí)間t低度相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.35、0.39、0.48、0.36。地溫變送器、ZQZ-TFX型風(fēng)向傳感器、CAWS型電源系統(tǒng)、CAWS型防雷系統(tǒng)、雨量傳感器、溫度傳感器等的故障率曲線與時(shí)間t微弱相關(guān)，相關(guān)系數(shù)在（0.1，0.3）之間。

根據(jù)氣象觀測裝備不同階段進(jìn)行分階段故障率曲線擬合。氣象觀測裝備處于衰減報(bào)廢期：溫度傳感器、氣壓傳感器、溫濕度傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器故障率曲線為f（t）=-at+b。其中t為建站時(shí)長，a，b為常數(shù)。相關(guān)系數(shù)均在0.9以上，屬于高度相關(guān)。采集器類與電源系統(tǒng)類故障率曲線為f（t）=-at2+bt+c其中t為建站時(shí)長，a，b，c為常數(shù)。相關(guān)系數(shù)均在0.9以上，屬于高度相關(guān)。氣象觀測裝備處于磨合期：風(fēng)向傳感器、溫濕度傳感器、溫度傳感器故障率曲線為f（t）=-at+b。其中t為建站時(shí)長，a，b為常數(shù)。相關(guān)系數(shù)均在0.5以上，屬于顯著相關(guān)。風(fēng)速傳感器、氣壓傳感器故障率曲線為f（t）=-at2+bt+c其中t為建站時(shí)長，a，b，c為常數(shù)。相關(guān)系數(shù)均在0.5以上，屬于顯著相關(guān)。由于貴州省暫無氣象觀測裝備處于穩(wěn)定期的數(shù)據(jù)，故本文暫未分析。通過對比發(fā)現(xiàn)：同一備件在磨合期、穩(wěn)定期、衰減報(bào)廢期下，其故障率曲線分布也不盡相同。

4 小結(jié)

本文通過對氣象觀測裝備備件故障率進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：大部分備件故障率曲線呈現(xiàn)“浴盆”狀。利用EOQ模型結(jié)合貴州省備件實(shí)際情況得出，備件的最低庫存量與其故障率緊密相關(guān)。筆者對不同備件在磨合期、穩(wěn)定期、衰減報(bào)廢期下的故障率曲線進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)即使相同的備件在不同階段其故障率曲線分布也不盡相同。

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