基于成本的工程物流系统可靠度分配

 基于成本的工程物流系统可靠度分配

古晓敏

西安水务（集团）规划设计研究院有限公司 陕西省西安市 710055

工程建设过程中，存在大量的专用机械设备、原材料、预制品等的采购、运输、保管、库存等活动，结合建设项目投资高、规模大、技术复杂、建设周期长，且对国民经济发展有重要影响等特殊性，关于建设项目物流系统的可靠性研究迫在眉睫。然而，建设项目物流系统的高可靠度往往意味着项目投资成本的增加。文章的目的在于让建设物流系统的运行满足相应可靠性指标的要求的同时，投资成本最优，最终保证在正确的时间将正确数量的材料、设备运送至正确的地点。

1  建设项目物流系统结构

建设项目物流系统是由工程业主、设计单位、总承包商、专业 分包商、材料供应商、机械设备供应商按照一定的合同关系构成的复杂系统[2]。业主是该系统结构物流链的最终成员，起主导作用。

2  影响可靠性的不确定性因素

2.1不确定性因素

1）项目参与各方的不确定因素

工程项目的运作受业主、设计方、监理及施工总承包方的影响较大。施工过程中不可预见性和多变性时有发生，每一个细节发生变化都需要及时的物流保障。如土建子工程进度的变化，会造成混凝土制品时间上或数量需求上的变化，延伸到原材料供应商的供应量及供应时间，最终引起整个建设项目的存储系统、运输系统、装卸搬运系统的全部调整[3]。诸如此类情况引发的工期延误，物料供应推迟等情况，势必导致局部物料供应方案的临时改变，但物流系统管理人员无法获得有关物资供应数量和时间的确切信息。

2 ）建设项目物流系统管理的不确定因素

影响物流系统可靠性的另一个不确定性因素是组织管理。缺乏可实施的可靠性规范引发了管理的不确定性，我国项目管理采用矩阵式职能组织，施工项目部虽有专门的物资管理部门，但条块分割、部门分割严重，物资部门权利被削弱，难以系统组织，给物流系统的管理带来困难。

3  建设项目物流系统故障状态影响评估

依照系统故障状态对可靠性参数的影响程度，将其排序，就可以直观的了解哪些事件高故障率，哪些高影响性，还是两着都有，将分析结果显示在概率/影响坐标平面中。

图2   概率—影响坐标图

经过状态分析，在图B区域中的故障属高概率高影响事件，其对系统可靠度危害最为严重，在分配可靠性指标时，应重点考虑B 区域的系统事件。建设项目中，常有大型作业设备的使用，部分设备甚在全世界也为数不多。这些设备往往在运输、安装及使用时遇到难题，因为没有备用解决方案，其物流过程的任一环节出现故障，都会影响物流系统中其他活动的展开。这样的故障成为根源性故障，也是物流系统的薄弱环节，将根源故障位置在总物流系统中标记，方便项目管理人员制定相应的应对策略。

4  可靠性指标分配

在建设项目开工前，子项目物流管理人员就要明确自己所负责的物流环节应该达到的可靠性指标，通过可靠性指标分配，可以从人力、时间、资源等方面分析建设项目物流子系统指标[5]实现的难易情况，同时暴露了出薄弱环节。

高可靠度往往意味着高成本，因此，需要在满足可靠度要求和控制成本之间找一个均衡点。成本最小，可靠度指标最高，是优化中的理想状态，实际项目中，我们只能在接近这种状态的区域内选择相对合理的可接受成本与可靠性指标。

4.1   建立物流子系统成本与可靠度关系

建设项目物流系统中各子系统投入成本与可靠度关系函数的建立是困难的：1）缺乏足够的统计数据；2）影响子系统单元成本与可靠度关系的因素众多，如环境、技术水平、人力物力资源等，严格来说成本与可靠度的关系不是一一对应的。特性：1）低可靠度对应低成本，高可靠度对应高成本；2）成本是可靠度的单调递增函数，成本对可靠度求导也是单调递增函数[6]。

根据以上经验，子系统可靠度与成本关系为

，                                                    （4.1）

4.2  构造理想成本可靠度指标分配模型

根据建设项目物流系统结构，按时标网络计划安排，单项工程施工结束后，其紧后工作才能开始，得出该系统是复杂的串并联混合系统，依据时标网络图划分物流子系统较为合理，围绕关键线路，将并联结构的单项工程合并为一个物流单元，最终系统被划分为在关键线路上串联的n个物流子系统。

以物流系统成本最小为目标：可靠度最大为约束，用拉格朗日乘数法进行可靠度指标分配。为理想的成本，为可靠度指标。模型如下

           （4.2）

引入拉格朗日乘数，

  （4.3）

令，再根据式（4.1）有：，有方程组

，                                                                         （4.4）

解方程组，即可得到理想成本下的子系统可靠度，带入式（4.1），可得

，系统总成本为。

上式中，，为待定经验参数，为可靠度为0的物流系统成本，决定曲线的趋势，越小，曲线前段坡度越平，后段越陡，表明R不大时，提高R所需成本小，R较大时再提高，需很高的成本

[7]。

以上分析，在分配可靠度指标时，以成本为唯一因素，这是不科学的，建设项目物流系统的根源性故障事件必须要求高可靠度，不能因为成本高而降低可靠度指标，会影响建设项目的成败。由于1）影响其可靠性的不确定性因素较多；2）缺乏预测各子系统的可靠性数据；3）物流子系统的失效不是相互独立的，故利用评分法重新分配，得到，和以成本为目标分配的对比，筛选不满足评分法分配的，进一步优化。下面用评分法求建设项目物流系统可靠度指标：

传统评分法考虑因素不全面，针对建设项目物流子系统，需考虑的因素集为{重要程度、复杂程度、成员技术水平、运作时间、运作环境条件、投资成本}，用j表示，（j=1,2，……6）。

（1）求评分系数，——第i个子系统的评分系数

，                                                                      （4.5）

（2） 物流系统要求的可靠度指标为

将按照等分原则分配到n个串联的物流子系统中，子系统的可靠性指标为，有

（4.6）

第i个子物流系统的可靠度分配值为

       ( i=1,2，……n)                                                   （4.7）

依照此方法[8]，逐层将可靠性指标分配给物流活动的子系统各单元，将可靠性指标细化，使建设项目物流系统管理有了可依据的科学的定量指标。

同理，子系统单元若为并联结构，，  （4.8）

将两种方法分配的对比，

就情况分析，首先找出该部分子系统在故障状态概率/影响坐标的分布，判断其是否属于高故障率，高影响的物流子系统，若是，提高指标，使=，反之，则依据实际情况做出判断，或可适当提高。

最终确定一组新的相对最优可靠度指标，此时系统可靠度，成本C也实现了最优化，将代入式（4.1），得出C，虽提高了理想成本，但保证了物流系统高可靠度运行，使分配的可靠度指标更科学，达到优化目标。

5  结论

建设项目的风险性延伸到围绕其展开的一切物流活动中，其物流系统的可靠度关系到整个项目的经济价值，甚至决定着建设项目的成败。由于我国工程建设物流大都施行粗放式管理，物流系统的运行可靠度远远超过允许的偏差范围，成本费用也得不到控制。

本文对工程建设物流系统结构进行划分，根据找出物流系统的薄弱环节，从成本最优角度对系统可靠度指标进行初步分配，随后综合更多影响因素，用评分法再次分配可靠度指标，将两次指标对比，结合故障概率/影响坐标，筛选出需要提高的子系统可靠度指标，最终分配出新的科学的可靠度指标集，并计算出最优成本C。该方法对提高建设项目物流系统可靠度的实际操作有很大帮助。对我国现行工程建设施行的项目管理有一定的现实意义。