周元高

（湖南省洞口縣龍江種蓄場，湖南 洞口 422300）

0 引言

近年來，國家深入實(shí)施工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略推動(dòng)實(shí)體經(jīng)濟(jì)與數(shù)字經(jīng)濟(jì)深度融合，堅(jiān)持以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，以工業(yè)化促進(jìn)信息化的新型工業(yè)化道路，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等高新技術(shù)為代表的新一代信息技術(shù)已滲透到社會(huì)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)。智能制造加速了通信技術(shù)、自動(dòng)化和人工智能等高新技術(shù)的深度融合。隨著社會(huì)精細(xì)化程度的不斷提高，工藝需求等影響因素變革導(dǎo)致傳統(tǒng)的單機(jī)作業(yè)已不能滿足實(shí)際需求，設(shè)備聯(lián)機(jī)作業(yè)被廣泛采用，它們之間互相聯(lián)接組成的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)定義為“設(shè)備機(jī)群”。其主要通信方式：（1）最基本最直接的串行設(shè)備聯(lián)網(wǎng)；（2）單一區(qū)域串行設(shè)備的布局，數(shù)據(jù)中心收集串行數(shù)據(jù)并接受上位機(jī)調(diào)用I/O模塊中的數(shù)據(jù)；（3）多個(gè)區(qū)域或者生產(chǎn)線集中管理，可通過Ethernet端的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)聯(lián)接。

設(shè)備機(jī)群具有品牌種類繁多、協(xié)調(diào)性較高等特點(diǎn)，群內(nèi)設(shè)備互相通信共享資源。故障發(fā)生時(shí)，聯(lián)機(jī)作業(yè)暫停，等待恢復(fù)指令[1]。目前設(shè)備機(jī)群備件延誤率分析預(yù)測并未得到及時(shí)有效解決，預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性對(duì)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常重要。因此，找尋一個(gè)科學(xué)合理的庫存量及保障評(píng)估有效預(yù)測方法成為維修管理人員亟需解決的問題。通過作者現(xiàn)場實(shí)踐對(duì)備件供應(yīng)商及時(shí)保質(zhì)保量供貨的影響因素進(jìn)行分析，根據(jù)到貨數(shù)量、訂購總量及相關(guān)公開專利的綜合評(píng)判方法測出供應(yīng)及時(shí)率、延誤率。然后經(jīng)過貝葉斯網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練有代表性的歷史數(shù)據(jù)樣本，用實(shí)際數(shù)據(jù)輸入訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)際與預(yù)測結(jié)果對(duì)比分析驗(yàn)證預(yù)測效果，最后根據(jù)現(xiàn)況提出建議或改進(jìn)措施，從而解決一直困擾維修管理領(lǐng)域中備件保障方面一項(xiàng)決策問題，為設(shè)備安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行提供有力支持。

1 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)預(yù)測概述

1.1 預(yù)測技術(shù)概述

預(yù)測是指以定性和定量分析為手段在相關(guān)理論和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上調(diào)查研究有關(guān)的歷史數(shù)據(jù)對(duì)發(fā)展演變規(guī)律進(jìn)行分析以推斷未來發(fā)展趨勢的技術(shù)。

（1）預(yù)測理論的發(fā)展。預(yù)測技術(shù)在20世紀(jì)40年代在歐美得以傳播后，由于其影響大而逐漸受到重視。據(jù)統(tǒng)計(jì)，60年代后歐美各國成立了大量的預(yù)測咨詢機(jī)構(gòu)。到了70年代世界各國已有約2500多家專業(yè)預(yù)測咨詢機(jī)構(gòu)。而中國50年代就已涉及開展與預(yù)測有關(guān)的研究與運(yùn)用[2]。

（2）預(yù)測的目的及意義。預(yù)測的目的及意義主要有：①事物發(fā)展具有一定的不確定性，預(yù)測可以減少盲目性；②科學(xué)預(yù)測可以為決策提供依據(jù)，以應(yīng)對(duì)信息不完全、不對(duì)稱性；③通過科學(xué)預(yù)測可優(yōu)化事物發(fā)展變化。

（3）預(yù)測步驟。預(yù)測步驟一般包括：①預(yù)測的目的；②收集、整理有代表性的歷史資料和數(shù)據(jù)；③建立預(yù)測模型；④模型參數(shù)估計(jì)；⑤模型誤差檢驗(yàn)；⑥預(yù)測與結(jié)果分析。

1.2 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)概述

1988年P(guān)earl提出貝葉斯網(wǎng)絡(luò)（Bayesian Network）是Bayes方法的擴(kuò)展又稱信度網(wǎng)絡(luò)，是由圖論和概率論結(jié)合而成的描述多元統(tǒng)計(jì)關(guān)系的模型，具有緊湊有效、簡潔直觀等特點(diǎn)，擁有對(duì)大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)簡約、緊湊的表達(dá)能力，為多個(gè)變量間依賴關(guān)系的表達(dá)提供統(tǒng)一框架，通過概率推理預(yù)測事件的可能性。缺陷是只能處理有向無環(huán)圖。其主要特性：（1）一種不定性因果關(guān)聯(lián)模型；（2）較強(qiáng)的不確定性問題處理能力；（3）多源信息表達(dá)與融合。與決策樹、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、回歸等方法相比主要體現(xiàn)：（1）使用圖形的方法描述數(shù)據(jù)間的相互關(guān)系時(shí)語義清晰，易于理解；(2)易于處理不完備數(shù)據(jù)集；（3）學(xué)習(xí)變量間的因果關(guān)系；（4）與貝葉斯統(tǒng)計(jì)技術(shù)相結(jié)合能充分利用領(lǐng)域知識(shí)和樣本數(shù)據(jù)的信息[3]。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)及與其結(jié)合的相關(guān)組合技術(shù)現(xiàn)已成為人人工智能、專家系統(tǒng)、模式識(shí)別、數(shù)據(jù)挖掘、信息檢索、圖像處理、工業(yè)控制等新技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

2 備件保障概述

常言道“巧婦難為無米之炊”，備件保障是指為了及時(shí)維修縮短停機(jī)時(shí)間而儲(chǔ)備的零件對(duì)構(gòu)成起作用設(shè)備的支撐和支持。保障能力是指對(duì)保障系統(tǒng)滿足程度進(jìn)行的評(píng)估，設(shè)N（t）為t時(shí)刻工作設(shè)備的總數(shù)量，Nf（t）為t時(shí)刻因備件故障或缺失而不能運(yùn)行的總數(shù)量，二者之差與t時(shí)刻工作設(shè)備的總數(shù)量之比即得出t時(shí)工作時(shí)的保障能力，主要目標(biāo)是完善保障系統(tǒng)為決策支持、制定合理的保障方案。工況運(yùn)行是檢驗(yàn)保障系統(tǒng)及方案的最佳手段。設(shè)備機(jī)群保障相比單機(jī)主要表現(xiàn)：（1）費(fèi)用顯著增多；（2）保障活動(dòng)很大程度上制約著完好和任務(wù)成功性；（3）綜合保障明顯重要。合理利用和優(yōu)化資源配置能提高任務(wù)保質(zhì)保量完成的概率，大幅減少資源浪費(fèi)。國內(nèi)外在備件保障方面大多是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定警戒線，接近或達(dá)到警戒線時(shí)再行處理，當(dāng)代相對(duì)較為先進(jìn)的是根據(jù)統(tǒng)計(jì)缺貨數(shù)，庫存數(shù)等計(jì)算出備件周期需求量確定保障水平[4-5]。此外，備件保障體系及相關(guān)事務(wù)系統(tǒng)的構(gòu)建與流暢運(yùn)作是基本要素，科學(xué)地儲(chǔ)備和供應(yīng)高質(zhì)量備件有利于提升設(shè)備的穩(wěn)定和可靠性，同時(shí)備件占用的資金越少資金周轉(zhuǎn)率就越高[6-8]。

3 備件供應(yīng)延誤分析

備件供應(yīng)延誤影響因素較多且交錯(cuò)復(fù)雜，設(shè)備機(jī)群具有品牌繁多、精密化程高、協(xié)調(diào)性強(qiáng)等自身特點(diǎn)，“牽一發(fā)而動(dòng)全身”，選擇一家信譽(yù)良好的供應(yīng)商尤為重要。經(jīng)現(xiàn)場采訪調(diào)查，供應(yīng)商的選擇主要有如下影響因素：運(yùn)行性能、技術(shù)可靠度、結(jié)構(gòu)材質(zhì)及壽命、以往業(yè)績評(píng)價(jià)、投標(biāo)價(jià)格及付款條件、交貨期及售后服務(wù)、實(shí)力及財(cái)務(wù)狀況等[9-11]。供應(yīng)商及時(shí)供貨主要因素為：生產(chǎn)及管理能力、財(cái)務(wù)狀況、合同約期及供應(yīng)數(shù)量、相關(guān)材料獲取難易程度、相關(guān)人員的素養(yǎng)、成本及交付款條件、政策等等。備件一般劃入固定資產(chǎn)原值，固定資產(chǎn)原值減去累計(jì)折舊額即得殘值，目前折舊的計(jì)算方法主要有：

（1）年限平均法

年折舊率=[（1-預(yù)計(jì)凈殘值率）/折舊年限]×100%;

年折舊額=固定資產(chǎn)原值×年折舊率

（2）工作量法

每工作小時(shí)折舊額=

固定資產(chǎn)原值×（1-預(yù)計(jì)凈殘值率）/總工作小時(shí)數(shù)；年折舊額=每工作小時(shí)折舊額×年工作小時(shí)數(shù)

（3）雙倍余額遞減法

年折舊額=（2/折舊年限）×100%；

年折舊額=年初固定資產(chǎn)凈值×年折舊率；

年初固定資產(chǎn)凈值=固定資產(chǎn)原值-以前各年累計(jì)折舊

實(shí)行雙倍余額遞減法的，應(yīng)在折舊年限到期前兩內(nèi)，將固定資產(chǎn)凈值扣除凈殘值后的凈額平均攤銷。

（4）年數(shù)總和法

年折舊率={2×（折舊年限-已使用年數(shù)）/[折舊年限×（折舊年限+1）]}×100%；

年折舊額=（固定資產(chǎn)原值-預(yù)計(jì)凈殘值）×年折舊率

4 實(shí)例驗(yàn)證

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)將因果關(guān)系以網(wǎng)絡(luò)圖的形式表示，通過概率推理預(yù)測事件的可能性，根據(jù)歷史信息和發(fā)生路徑計(jì)算各事件發(fā)生概率。作者經(jīng)現(xiàn)場實(shí)踐收集某單位100種備件及100組歷史數(shù)據(jù)，根據(jù)到貨數(shù)量、訂購總量及相關(guān)公開專利[12]的綜合評(píng)判方法測算得出備件供應(yīng)及時(shí)率，結(jié)果取反算出其延誤率。然后選擇有代表性的歷史數(shù)據(jù)樣本經(jīng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，用最近一組有效數(shù)據(jù)輸入訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)，MATLAB程序執(zhí)行結(jié)果如圖1所示。

圖1 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)預(yù)測與實(shí)際對(duì)比效果

從圖1可以看出實(shí)際延誤率與貝葉斯網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的結(jié)果極為相近，空白部分表示沒有延誤，表明貝葉斯網(wǎng)絡(luò)在分類預(yù)測中的優(yōu)越性能，同時(shí)與選取有代表性、大量的有效歷史數(shù)據(jù)密不可分。通過實(shí)際數(shù)據(jù)與貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的輸出結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)其他后續(xù)備件的延誤率密度較低，由于相關(guān)情況錯(cuò)綜復(fù)雜，除了與貨源有關(guān)，也可能與單位對(duì)供應(yīng)商實(shí)施的保障措施有關(guān)。根據(jù)實(shí)際情況采取必要策略以減少或降低延誤率，優(yōu)化供應(yīng)商。

5 備件延誤對(duì)策分析

備件延誤的影響因素繁多，消除或降低主要影響因素的效果成為維修管理人員急需思考和應(yīng)解決的問題。因而備件延誤率分析與尋找解決問題的辦法變得十分有意義。從基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的備件延誤預(yù)測分析程序執(zhí)行結(jié)果可以看出，排名靠前的備件延誤率密度較大，應(yīng)為重點(diǎn)管控對(duì)象，其他延誤率較高的可以分類分散控制管理，主要采取的措施：（1）大范圍公開招標(biāo)擇優(yōu)選擇供應(yīng)商，采取技術(shù)經(jīng)濟(jì)手段保障其正常供給；（2）加強(qiáng)急需緊缺貨源的儲(chǔ)備；（3）適當(dāng)增加備用量及提升備用額度；（4）加強(qiáng)備品庫的管理與維修保養(yǎng)；（5）加強(qiáng)相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員技能培訓(xùn)及儲(chǔ)備；（6）制定針對(duì)性的操作規(guī)程；（7）加強(qiáng)易耗品及替換品的儲(chǔ)備；（8）嚴(yán)格操作人員培訓(xùn)；（9）加強(qiáng)錯(cuò)發(fā)貨管理；（10）加強(qiáng)供應(yīng)商評(píng)價(jià)管理及備件分類，等等。其他方案措施可根據(jù)實(shí)際情況發(fā)展變化而定，以切實(shí)能減少或降低延誤率為目的的措施和手段都是值得參考借鑒的。

6 結(jié)語

本研究緊緊圍繞基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的備件延誤預(yù)測分析及對(duì)策主題從研究的理由、方法、效果及對(duì)策與建議等幾個(gè)方面進(jìn)行。通過作者現(xiàn)場實(shí)踐對(duì)備件供應(yīng)商供貨的影響因素進(jìn)行分析，根據(jù)到貨數(shù)量、訂購總量及相關(guān)公開專利的綜合評(píng)判方法測出最終備件供應(yīng)及時(shí)率，結(jié)果取反算出其延誤率。然后經(jīng)過貝葉斯網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練有代表性的歷史數(shù)據(jù)樣本，用實(shí)際測試數(shù)據(jù)輸入訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)際與預(yù)測結(jié)果對(duì)比分析驗(yàn)證了貝葉斯網(wǎng)絡(luò)在備件供應(yīng)延誤率預(yù)測效果，最后根據(jù)現(xiàn)況提出了針對(duì)性建議或改進(jìn)措施以減少延誤或獲取最低的延誤率，實(shí)踐證明結(jié)論可靠，方法應(yīng)用效果明顯。從而解決了一直困擾維修管理領(lǐng)域備件保障的一項(xiàng)決策問題。