3D打印与备件库存联合决策优化与应用研究

作     者：尚泽 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：秦绪伟

授予年度：2021年

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：3D打印 备件库存 双源 外包 

摘      要：随着3D打印技术日趋成熟,3D打印零部件因具有生产规模小等优势,设备售后服务备件成为3D打印技术的重要应用领域;然而因3D打印成本、零件质量、耐用度等因素,一般用于解决库存紧急缺货,3D打印零部件并不能完全代替传统备件库存系统,因此3D打印备件与传统备件库存策略联合决策成为重要的新问题。本论文以设备制造商的售后备件服务系统为研究对象,探讨3D打印与传统备件库存决策之间的交互作用机制,解决是否引入3D打印、内部还是外部3D打印、备件库存水平等关键决策。具体研究包括:(1)单类型备件的3D打印与备件基库存策略联合决策优化问题。作为是否引入3D打印决策的比较基准,首先给出传统上单类型备件库存策略决策模型;然后考虑外部供应商提供3D打印备件服务情景,建立外部3D打印与备件基库存策略联合决策模型;再后考虑运营商自己内部3D打印备件情景,建立内部3D打印与备件基库存策略联合决策模型,证明目标函数具有离散凸性,给出相应的求解算法;最后比较上述情景下制造商的售后备件服务成本,进行3D打印是否引入、内部或外部3D打印的分配决策。(2)多类型备件的3D打印分配与备件基库存策略联合决策优化问题。考虑多类型备件的异质性,研究仅在内部使用3D打印时何种备件使用3D打印供应,何种备件使用库存供应。首先考虑运营商自己内部3D打印备件情景,通过库存理论与多类到达M/D/1系统等建立内部3D打印分配与备件基库存策略联合决策模型。在同质零件假设下证明了模型是一维连续凸优化,并进行求解及灵敏度分析。在异质零件情景下证明模型具有超模性,并给出求解算法。最终得到各参数对3D打印利用率及使用价值的影响。(3)以西门子交通集团备件库存系统为案例,分别研究单类型备件、多类型备件的的3D打印与备件基库存策略的最优决策方案;然后通过灵敏度分析,得到各参数对最优基库存水平、备件供应总成本以及3D打印决策的影响;最后通过更广泛数值实验,进一步验证模型的有效性,证实企业可以通过设置基库存水平来调节库存渠道与3D打印紧急渠道的最优分配。通过上述3D打印与备件基库存策略联合决策优化问题研究,获得3D打印与传统备件库存决策之间的交互作用机制以及管理启示,为3D打印在备件服务领域的推广应用提供指导性建议。