應用系統動力學模型於軍用發動機後勤策略之動態性研究

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(1)國立中山大學. 企業管理. 學系(研究所). 碩士論文. 應用系統動力學模型於軍用發動機後勤策略之動態性研究 System Dynamics Modeling of Logistics in Military Engine Maintenance Strategy. 研究生：許明弘撰指導教授：屠益民博士楊碩英博士. 中華民國九十五年一月.

(2) 致. 謝. 空軍軍官為何需要企管碩士學位？MBA 培養的技能適用於空軍各項職務，有助於在管理流程做出有效決策。服務軍旅多年，能有機會進入中山企管進修，對我而言意義非凡，是再次的自我挑戰和肯定。但白天工作、晚上上課真的很累，但它充實了我人生的旅程。感謝在我軍旅生涯中鼓勵我、指導我、提攜我的長官暨同仁的協助，爾後當虛懷若谷、自我剔勵並克盡職責，以不負眾望。本研究得以順利的完成，首先要感謝恩師屠益民與楊碩英博士的悉心指導，研究期間老師不時以啟發式的指引，得窺大師 Forrester 巨靈般的系統心智與恢弘研究，開拓了人生的視野，增進了研究的能力。老師嚴謹的治學態度和寬容的待人之道，更讓我受益良多，本文若有些微所得，都要歸功於老師熱誠的指導與不斷的鼓勵；本文所有謬誤及瑕疵，都要歸罪於我的怠惰與不敏。特別感謝劉賓陽和汪維揚兩位教授，不辭辛勞地審閱論文，並在口試期間給予本論文精闢的指正和建議，使本論文能更臻完善，在此致上最高的謝意。研究所求學的歷程，感謝曾教導我的各位師長，您們的無私指導讓我收獲滿盈，謝謝您們。感謝共同的奮鬥、切磋共勉的好同學們，有幸和大家共同學習，共同成長，讓我的人生中，增添一段美好的時光，這段美的回憶將永駐你我的心中。最感謝的還是悅屏的體恤和協助，妳無微不至的關懷和諒解，在人生旅途及求學過程中的陪伴與無悔付出，並悉心照顧愛女瑞兒的成長，讓我在這段期間能無後顧之憂的完成此論文，沒有妳將不可能有這篇論文的完成。謝謝妳。最後謹以此論文獻給所有關心我、幫助我的人。. 許明弘謹誌 2006年冬于西子灣. ii.

(3) 摘. 要. 軍用發動機供應鏈主要由修理環路、採購環路與申補作業環路等三個環路所串結，國軍在效益後勤策略的指導原則下，除戮力達成機隊目標妥善率的要求外，同時追求系統全壽期成本最低，以因應台海兩岸不確定因素狀況升高，防衛性軍事投資成本快速成長的排擠。但是發動機供應鏈的策略行動與組織內部流程中，是一種動態性的複雜關係，若忽略策略行動造成的副作用及後遺症影響，形成回饋資訊的誤判情形，將造成策略規劃推動的效益不如預期。系統動力學能以動態觀點，系統性地研究管理問題；特別適於研究發動機後勤策略之非線性、多變數、多動態複雜系統。本研究主要運用系統動力學方法，進行個案研究的資料蒐集與分析；利用供應鏈管理及全壽期成本相關理論，進行系統動力模型之建立、模擬、測試及分析，藉以(一)建立︰軍用發動機維修供應鏈系統動態模式，提供簡單、即時、有效的分析工具。(二)分析︰透過調控參數及策略目標的互動模擬與測試，找尋最適之關鍵績效指標，作為後勤策略決策參考。策略是一套關於因和果的假設，透過系統動力學的驗證及平衡計分卡的四個構面分類，把一個完整的因果關係鏈建構成組織的策略地圖。研究結果︰(一) 研究整理軍用發動機後勤維修之基本系統動力學模型，可做為策略調整與政策規劃之參考。(二)建構合理備份件總量之調控機制，可有效改善器材的長鞭效應或長期滯庫現象；另軍用發動機維修供應鏈中，採購環路為系統的主導性環路，經濟採購量(Eco_Qty) 與合理備份件總量(Spares)兩者為敏感性政策參數。(三)零件改善計畫(CIP：Component Improvement Program)、修理發展工程(RDE：Repair Development Engineering)受執行時機與所需經費影響對全壽期成本效益產生不同的結果，透過本模型可作為執行決策之參考。（四）結合平衡計分卡理論，提出軍用發動機維修策略地圖，明確界定策略相關的關鍵績效指標，發揮策略管理整合企業創造最大價值綜效。期望企業組織能有效運用系統動力學提升企業策略目標長期整體效益。最後提出本研究在管理上的意涵、研究限制與後續研究之建議。關鍵詞：供應鏈；全壽期成本；系統動力學；績效指標；平衡計分卡。 iii.

(4) Abstract The supply chains of military engines are linked by the repair loop, the foreign military sale loop and the procurement loop. Based on the discipline of the performance based logistics, fleet readiness and the low life cycle cost are the key performance requirement. To response the budget constraint from increasing the investment of defensive weapon systems because of the rising of the uncertain tension situation on the both sides of the Taiwan Strait, it is necessary to have good supply chain management. However most of the managers often ignore the side effects and sequelae caused by their actions to persue the success of their strategy resulting from the complicated dynamic relationship between the strategic actions and inbound logistic process of the engine supply chains. When the managers misinterpret the feedback information with the side effects and sequelae, improper strategy planning will be made and fail to make your goals as expectancy. System dynamics can be used as the solution for unlinear, multi- variables and complicated dynamic problems of engine logistic management because of its systematic, dynamic point of view characteristics. The research approach adopts the system dynamics and tries to construct a model with the data which carry on the case study. By the expansion of the supply chain management and life cycle cost, the model was carried on the setting-up, simulation, test and analyzing of the system dynamics and will be a mechanism of decision making. Besides, through the interactive simulation of the test between performance index and system variables, the key performance indexes were found out. At the same time some strategy should be revised based on the result of simulation. Because strategy is based on the logic of cause and effect, the correct strategy map can only be built after the test with the system dynamic model. Study the conclusion: (1) The consequence of the action plan implememtation for engine maintenance management strategy with the system dynamics test can be refered as the reference for policy planning and adjustment of the strategy. (2) Construct the mechanism of spares requirement controling to eliminate the Bullwhip effect. (3) The cost effectiveness of CIP( Component Improvement Program) and RDE( Repair Development Engineering) depends on the timing and cost of implementation. Those can be validated through the interactive simulation of the test. iv.

(5) (4) Built up the strategy map with the extension of balanced scorecard for military engine maintenance management. It is benefitted to utilize the business dynamics and strategy map with key performance index as the outcome for decision making to improve the operating performance of corporation. Lastly, to address the research result that in meaning on of managing, study limitation and the suggestion with follow-on research. Keyword: Supply Chain Management; Life Cycle Cost; System Dynamics; Key Performance Index; Balanced Scorecard;. v.

(6) 目目. 錄. 錄.............................................................................................. vi. 表目錄 ............................................................................................ x 圖目錄 ........................................................................................... xi 1、緒論 .............................................................................................. 1 1.1 研究背景與動機.............................................................................................1 1.2 研究目的.........................................................................................................2 1.3 研究的範圍與限制.........................................................................................3 1.4 研究流程與架構.............................................................................................4. 2、文獻回顧與探討............................................................................ 7 2.1 壽命周期成本.................................................................................................7 2.1.1 壽命週期成本發展史...........................................................................7 2.1.2 壽命週期成本結構..............................................................................7 2.1.3 壽命週期成本分配.............................................................................12 2.1.4 流程效率管理.....................................................................................13 2.1.5 壽期成本控制與管理.........................................................................14 2.2 可靠度與維護度...........................................................................................16 2.2.1 可靠度.................................................................................................16 2.2.2 維護度................................................................................................17 2.3 供應鏈管理...................................................................................................17 vi.

(7) 2.3.1 供應鏈管理之定義.............................................................................18 2.3.2 長鞭效應.............................................................................................18 2.4 系統動力學...................................................................................................19 2.4.1 系統動力學的起源............................................................................19 2.4.2 系統因果回饋結構............................................................................21 2.4.3 系統動力學的相關文獻....................................................................23 2.4.4 系統動力學的相關文獻....................................................................25 2.4.5 使用系統動力學模擬的理由............................................................25 2.5 平衡計分卡與策略地圖...............................................................................27 2.5.1 平衡計分卡.........................................................................................27 2.5.2 平衡計分卡的限制.............................................................................27 2.5.3 策略地圖.............................................................................................27 2.5.4 結合系統動力學與平衡計分卡之研究.............................................30 2.6 小結...............................................................................................................32. 3、模型建構......................................................................................34 3.1 建模的步驟...................................................................................................34 3.2 空軍發動機後勤供應鏈個案運補決策模式概述........................................34 3.2.1 系統動力學建模原則.........................................................................34 3.2.2 績效衡量原則.....................................................................................37 3.3 因果回饋分析................................................................................................39 3.4 建立動態模式...............................................................................................41 vii.

(8) 3.4.1 發動機供應鏈子系統.........................................................................42 3.4.2 合理總量子系統................................................................................56 3.4.3 採購成本子系統.................................................................................57 3.4.4 修理成本子系統................................................................................59 3.4.5 商修成本子系統................................................................................60 3.4.6 全壽期成本子系統............................................................................62 3.5 模式測試........................................................................................................65 3.6 小結...............................................................................................................70. 4、情境模擬與策略分析 ...................................................................71 4.1 情境設計.......................................................................................................71 4.1.1 發動機供應鏈情境設計.....................................................................72 4.1.2 傳統供補作業配置下不同需求模擬情境設計.................................74 4.1.3 相同需求條件下之最佳化供補作業配置模擬情境設計.................74 4.2 發動機供應鏈模擬分析...............................................................................75 4.2.1 發動機供應鏈基本模擬....................................................................75 4.2.2 發動機供應鏈長鞭效應模擬.............................................................75 4.3 傳統供補作業配置下不同需求模擬分析...................................................78 4.3.1 傳統作業最適化模擬分析................................................................78 4.3.2 變動需求最適化模擬分析.................................................................80 4.4 相同需求條件下之最佳化供補作業配置模擬分析...................................86 4.5 軍用發動機後勤維修策略地圖...................................................................88 viii.

(9) 5、結論與建議 ..................................................................................91 5.1 結論...............................................................................................................91 5.2 研究貢獻.......................................................................................................93 5.3 後續研究的建議...........................................................................................94. 參考文獻 ...........................................................................................95. ix.

(10) 表目錄表 2-1：壽期成本比例表 ...........................................................................................13 表 2-2：平衡計分卡的限制 .......................................................................................29 表 2-3：結合系統動力學與平衡計分卡之研究 .......................................................31 表 3-1：系統動力學建模原則 ...................................................................................37 表 3-2：系統動力學績效衡量原則 ...........................................................................38 表 3-3：批次採購量折扣表 .......................................................................................58 表 3-4：批次送修量折扣表 .......................................................................................61 表 4-1：發動機供應鏈長鞭效應決策參數比較表 ...................................................73 表 4-2：發動機供應鏈最適化參數比較表 ...............................................................79 表 4-3：固定需求之最適化壽期成本比較表 ...........................................................80 表 4-4：變動需求全壽期成本比較表 .......................................................................82 表 4-5：發動機供應鏈長鞭效應決策參數比較表 ...................................................85 表 4-6：CIP 情境模擬成本比較表............................................................................86 表 4-7：CIP 情境設定比較表....................................................................................87 表 4-8：RDE 情境模擬成本比較表 ..........................................................................87 表 4-9：RDE 情境設定比較表 ..................................................................................88 表 4-10：發動機供應鏈關鍵績效指標表 .................................................................89. x.

(11) 圖目錄圖 1-1：研究流程 .........................................................................................................6 圖 2-1：武器系統壽期成本主要架構圖 .....................................................................8 圖 2-2：武器系統維修動態流程圖 ........................................................................... 11 圖 2-3：效益後勤範疇 ...............................................................................................14 圖 2-4：成本效益比較分析圖 ...................................................................................15 圖 2-5：積量圖 ...........................................................................................................21 圖 2-6：率量圖 ...........................................................................................................22 圖 2-7：基本流圖 .......................................................................................................22 圖 2-8：簡單回饋環路之系統流圖 ...........................................................................22 圖 2-9：因果關係圖 ...................................................................................................23 圖 2-10：系統動力學建模之步驟 .............................................................................24 圖 2-11：平衡計分卡 BSC 架構中價值鏈形成的垂直向量 ...................................30 圖 3-1：系統動力學建模之步驟 ...............................................................................36 圖 3-2：空軍供應鏈動態管理流程圖 .......................................................................37 圖 3-3：發動機後勤支援因果關係圖 .......................................................................41 圖 3-4：供應鏈子系統 ...............................................................................................42 圖 3-5：合理總量子系統 ...........................................................................................56 圖 3-6 採購成本子系統 ..............................................................................................57 圖 3-7 修理成本子系統 ..............................................................................................59. xi.

(12) 圖 3-8 商修成本子系統 ..............................................................................................60 圖 3-9 全壽期成本子系統 ..........................................................................................62 圖 3-10：無需求測試圖 .............................................................................................67 圖 3-11：無補貨測試圖 .............................................................................................67 圖 3-12：無修理測試圖 .............................................................................................68 圖 3-13：行為再造測試圖 .........................................................................................68 圖 3-14：行為異常測試圖 .........................................................................................69 圖 4-1：發動機供應鏈基本模擬圖 ...........................................................................75 圖 4-2：發動機供應鏈基本模擬妥善率比較圖 .......................................................76 圖 4-3：發動機供應鏈長鞭效應圖 ...........................................................................76 圖 4-4：發動機供應鏈長鞭效應比較圖 ...................................................................77 圖 4-5：發動機供應鏈最適備份件比較圖 ...............................................................77 圖 4-6：發動機供應鏈妥善率比較圖 .......................................................................78 圖 4-7：固定需求之最適妥善率比較圖 ...................................................................79 圖 4-8：二階變動需求妥善率變化圖 .......................................................................81 圖 4-9：二階變動需求下不同調控參數妥善率變化圖 ...........................................81 圖 4-10：二階變動需求最適妥善率比較圖 .............................................................82 圖 4-11：二階變動需求全壽期成本比較圖 .............................................................82 圖 4-12：變動需求妥善率比較圖 .............................................................................83 圖 4-13：一階變動需求下不同調控參數妥善率變化圖 .........................................84 圖 4-14：一階變動需求最適妥善率比較圖 .............................................................84. xii.

(13) 圖 4-15：經濟採購量對妥善率影響比較圖 .............................................................85 圖 4-16：軍用發動機後勤維修策略地圖 .................................................................90 圖 5-1：軍用發動機後勤維修系統動力學模型 .......................................................92. xiii.

(14)

(15) 1、緒論 1.1 研究背景與動機空軍軍官為何需要企管碩士學位？MBA 提供的訓練內容對空軍管理流程有何相關？乍看之下似乎很難看出兩者間的關聯，實際上，融合會計學、行銷學與領導決策等單一科目，串聯而成的是由線而面，最後成為一個立體的策略規劃，所培養的技能亦適用於空軍各項職務，有助於在空中或地面後勤做出有效決策。 80 年度至 89 年度的 10 年間，我國每年國防預算支出佔政府歲出之比率約為 22.47%。其間，每年國防預算約為新台幣 2659 億餘元，其中約 50%為軍事投資與作業維持費。近年台海兩岸不確定因素狀況升高，防衛性軍事投資建案快速成長，然國防預算比例逐年縮減之趨勢，已對作業維持費產生嚴重排擠作用，故唯有採行正確有效的後勤策略，才是確保建軍備戰勝利成功的保證。有效管理發動機（含備份件)是空軍後勤一項非常重要的任務，因為發動機是飛機的心臟，是動力的泉源，再強的火力武裝、再精良的射控系統，沒有動力亦無法有效發揮，所以充足的備份件是確保戰力的保證。但超量的備份件存量卻是沉重的管理（資金、人力、庫儲等)負擔。因此，為兼顧戰力及配合國防預算逐年遞減政策規劃，達成建軍備戰之目標，有賴科學化、效率化與系統化之管理。整體後勤支援(Illustrated Logistical Support, ILS)係美軍為開發新興武器系統而發展之整合性後勤管理科學模式，強調以『全壽命週期系統管理』策略，藉由系統計畫、獲得、維持及汰除各階段有效管理，使達系統成本效益最高之目標。根據 1979 年美國國防預算分配比例及美國防禦系統管理學院(Defense System Management College，簡稱 DSMC) 對武器系統壽期成本的研究中，壽期成本中維持階段所佔的比例最高，因此謀求整體庫存量最小化及修護配置最佳化，使得以降低成本、加快回應速度、提升營運效益及客戶服務滿意度，是後勤策略決策的核心價值。發動機維修的品質攸關飛行的安全，所以一切作業程序與零件處理都受到國際準則規範；每具發動機拆卸下來後，除了使用單位（各基地)執行基本簡單修護外，. 1.

(16) 大多數的維修行動均需後送至專業工廠執行，甚至於部分需要委託協力廠商維修；此外，部分組件於發動機維修工廠檢查超出可修理規範而予以報廢處理，應採購新件補充。一型發動機服役全壽期中，發動機的供應鏈必須透過一連串相關的作業，並有效率地使用資源，以滿足部隊要求的交期與品質，故大致上符合動態性複雜的特性。由上述可知，發動機後勤維持可以系統動力學的方式進行規劃與控制。由美國麻省理工學院史隆管理學院 Forrester 教授發展出來的系統動力學 (System Dynamics)，針對多種因素交互作用下之複雜系統，採系統性研究管理問題；並輔以電腦模擬各種決策下系統輸出之趨勢預測，描述因果關係，已廣泛運用在研究非線性、多變數、多動態複雜系統之問題上。企業內部對所訂策略的執行力決定成敗，由哈佛大學教授 Robert Kaplan 與諾朗諾頓研究所（Nolan Norton Institute）執行長（CEO）David Norton 所共同發展的平衡計分卡，強調平衡計分卡是「策略管理制度」，有助於成功執行企業策略。故策略是一套關於因和果的假設，透過平衡計分卡的四個構面，把一個完整的因果關係鏈建構成組織的策略地圖，是執行策略的關鍵成功要素。因此本研究係以系統動力學模擬技術來架構軍用發動機供應鏈模式，藉由分析不同策略下該產業特有的決策問題，依平衡計分卡策略管理的角度，探討發動機後勤策略的關鍵績效指標（KPI）。. 1.2 研究目的國軍近年積極推動裝備零附件備料精革方案之法規研修、精進等作為，將以往以電腦耗用記錄為採購基準之模式，轉變為依年度交修計劃並就各系統、裝備維修廣度、深度，查證相關技術手冊後，詳實提供需求項量送交有關單位執行審查暨後續採購作業，實施迄今雖已達初步功效，然在計劃備料之定檢件部分，因有諸多不確定因素存在，故需求檢討與實際耗用仍存有一定差距。本研究目的，旨在以戰機發動機系統元件為例，因應現行後勤維修作業流程，利用系統動力學模擬工具，依系統可靠度指標 MTBF 值（Mean Time Between Failure)、維護度、系統妥善目標及可支援度等，建構一個企業動態經營模型及系統，以最低維持成本為著眼，提供後勤策略關鍵績效指標以作為政策制定之參考。本研究之目的如下：. 2.

(17) (1) 提供一套簡單、及時、有效的分析工具，模擬現行供應鏈運作模式，分析需求、備份件及採購策略對機隊妥善率與全壽期成本之影響，進而作為修正各項後勤作業之參考。 (2) 探討系統修改成本如零件改善計畫 (Component Improvement Program, CIP)、組織學習成長如修理發展工程（ Repair Development Engineering）等對全壽期成本之影響，作為後勤策略決策之參考。 (3) 結合平衡計分卡四個構面，建構發動機後勤策略地圖。. 1.3 研究的範圍與限制本研究之範圍可由產業範疇、供應鏈成員、供應管道、研究主題、研究觀點共五方面界定如下； (1) 產業範疇：本研究係以系統維持成本主宰全壽期成本之軍用發動機產業為主，探討維持階段之最佳化維修策略，若屬產品生命週期短、維持成本所佔比例不高之產業則不適用。 (2) 維修階層：本研究係以發動機維修階層中之三大主要成員：基地、專業翻修工廠、協力維修廠商作為研究之標的。基地內之線上維修與場站修護，簡化為更換失效件。 (3) 後勤供應線路：本研究係以多元供應管道為範疇。研究標的著眼於單一產品，由多供應商服務單一客戶之產、銷、儲、運互動模式。 (4) 研究主題：本研究係以軍用發動機維修支援模式，配合組織精簡建構 VMI 供應商代管庫存模式之後勤供應鏈運作為研究主題。 (5) 研究觀點：本研究係以軍用發動機系統可靠度、維護度影響全壽期成本之觀點，模擬探討供應鏈最佳化配置政策；另依平衡計分卡四大構面探討軍用發動機後勤策略之關鍵績效指標，建構經營策略地圖，俾供決策者參考。本研究之限制可由外生變數、資料效度、研究能力等三方面說明如下； (1) 外生變數之限制：本研究範圍外之所有外生變數不列入探討，並假設為固 3.

(18) 定不變。例如，國際局勢維持穩定，發動機僅作飛訓之用等。 (2) 資料效度之限制：如本研究以 MTBF 值作為系統可靠度參數，受限於資料在全壽期變動的特性，研究時僅能取平均值且假設不變。另本研究主針對系統壽期成本中之『作業維持成本』為研究範疇，其獲得成本部份，設為沉沒成本。 (3) 研究能力之限制：本研究係以系統動力學做為研究方法，研究者需具備高度系統思考及因果分析之能力；系統分析與決策推論之結果易受限於研究者個人思考能力與主觀判斷。. 1.4 研究流程與架構本研究從國軍發動機後勤維修現況的體驗與面臨的問題，觸動發動機全壽命週期成本與後勤策略議題的探討，對現今國軍發動機後勤供應鏈發展趨勢與國防經費緊縮的衝擊，提出一套簡單、及時、有效的分析工具。回顧壽期成本與供應鏈管理相關文獻，確認研究需求與本研究定位，探討目前學術界與 VMI 供應商代管庫存模式有關之供應鏈及庫存管理理論，藉以作為建構模型之理論基礎。並以系統動力學做為研究方法，以其擅於處理整體性、系統性、動態性、非線性多變數複雜問題，且可電腦量化模擬之特質，結合實務界問題及學術界理論，探討動態模型建構之方法。根據關鍵變數相互作用後產生的動態行為，使用因果關係圖提出動態假設來解釋影響的過程。進一步量化動態假設中變數關係，建立後勤策略的系統動力學模型，撰寫 DYNAMO 方程式。在建模期間，多次再回顧文獻、修改動態假設、測試並修改所建立的模型，當模式經過範疇適合性測試、結構確認檢驗、參數確認檢驗、單位一致性測試、極端狀況測試、行為再造測試、行為異常測試、敏感性測試後，本研究進行情境模擬與分析，最後，說明本研究的結論、研究貢獻與後續研究方向。本研究的流程，如圖 1-1。本論文的架構，第一章緒論，說明本研究探討後勤策略的動機與目的、研究的範圍與限制；第二章文獻回顧，從全壽命週期成本、供應鏈管理、系統動力學與平衡計分卡的相關文獻，確認研究需求與本研究定位；第三章說明建立以供應鏈管理為基礎架構的後勤系統動力學模型建構的步驟及方法，包括界定問題疆界、形成動 4.

(19) 態假設來說明後勤管理決策的重要因素及測試模式；第四章情境模擬與策略分析，進行基本模擬與情境模擬；第五章結論與建議，說明本研究的結論、研究貢獻及後續研究方向。. 5.

(20) 研究動機. 確認研究問題. 實務界個案研究. 文獻探討. 供應鏈管理. 系統動力學. 平衡計分卡. 壽命週期成本. 因果回饋分析. 蒐集系統操作資料. 建構系統動態模型. 情境設計與模擬分析. 結論與建議. 圖 1-1：研究流程（資料來源：本研究). 6.

(21) 2、文獻回顧與探討 2.1 壽命週期成本 2.1.1 壽命週期成本發展史壽命週期成本 ( Life-Cycle Cost，LCC ) 簡稱壽期成本，其觀念起源於美國軍方。自 1947 年開始，美國防部為改善傳統的『最低標價』方式向民間廠商購買武器裝備，於成軍後產生龐大的武器後勤成本，即重大售後操作維持成本等甚難補救的問題，於是開始建議：「軍方供應品，除了在價格上斟酌外，尚需考慮其他有關因素，務期使用後，最終成本更低」（林英峰，1977)。壽期成本模式研究的先驅是由 George Teborgh of the Machinery and Allied Products Institute 展開（General Service Administration，1973)。他們切實指出當時美國大部份的機械設備使用者，傾向於忽視維修成本 (maintenance cost) 且往往持續使用機器設備的時間過於長久，因此發展了計算機器設備壽期成本的模式，包含維護與操作成本，而且考慮了成本對時間因素的折現，也強調軍事上所謂的成本和效益的考慮。壽期成本觀念發展初期並未有完整的理論架構，直到 1963 年美軍後勤管理學院 (Logistics Management Institute，簡稱 LMI) ，才正式展開有系統的研究。1965 年起，美國防部 (DOD) 成立國防指導委員會及壽期成本工作小組，蒐集多個有關武器採購使用資料，每月定期召開會議，研究壽期成本採購決策的可行性，終於廢棄傳統『最低標價』的謬誤，而採用『最低壽期成本』觀念做為採購決策的準則（Blanchard，1998；關季明，1997)。. 2.1.2 壽命週期成本結構壽期成本（Blanchard and Fabrycky，1998）為某一系統產品從概念設計開始，經研製開發、獲得採購、持續擁有(包括使用及維持)，直到報廢除役的生命週期中，所有花費的直接、間接成本的總和。因此，壽期成本可表示成系統或產品獲得與維持運作的總成本（Warren and Weitz，1994；李順德，1997）。 7.

(22) 根據國防部於『空軍武器系統與裝備整體後勤支援教範』第四章中之成本管理，將壽期成本分為「獲得 (投資) 成本」、「運作與支援成本」兩大部份（國防部，2004)。對於自行研發的系統，在獲得成本方面，除了要投入研究、發展的成本外，還須投入生產及建置的成本。而外購方式所獲得的系統成本，主要包含主系統及相關後勤支援系統 (含初期後勤支援成本) 的花費，其受到購買國主、客觀環境 (如迫切性、政治因素、科技水準等) 的影響最大。但就獲得成本而言，可免去研發所可能產生的各種風險問題及相關的研發成本花費。以武器系統為例，其壽期成本的主要架構，如圖 2.1 所示，以作為分類統計、分析、評估與歸戶應用。. ? ? ? ? ? ? ?. ? ? ? ? ? ? ? ?. ? ? ? ? ? ?. ? ? ? ? ? ? ?. ? ? ? ? ? ?. ? ? ? ? ? ?. ? ? ? ?. ? ? ? ? ? ?. ? ? ? ?. ? ? ? ?. ? ? ? ?. ? ? ? ? ? ? π? ? ? ? ?. ? ? ? ? ? ? ? ?. ? ? ? ? ? ?. ? ? ? ? Ε ? ? ? ?. ? π? ? ? Ε ? ? ? ? ?. 圖 2.1 武器系統壽期成本主要架構圖資料來源：本研究整理. 8.

(23) Ebeling(1997)提出在下列假設成立時，可得全壽期成本與系統效能影響因素數學式，其假設條件如下：（一）失效導致更新(Renewal)過程，裝備更換或修理至原先新的狀況(As Good As New）。（二）所有裝備都是構型相同的、且同一時期獲得。（三）全年操作需求環境皆恆定。（四）系統處於穩定、平衡狀態。（五）未考量預防保養。（六）在待命狀態（Standby）無失效。（七）開機、暖機及關機時之失效率並無不同。其推導出之數學式如下：. LCC(m, s, k, MTBF, MTTR,si,ki)= Cu (MTBF,MTTR)(m + s)+F0+ AsysP A (r,td) Com +Frep k+PA (r,td) Crep k +P A (r,td) t0 Asysm(Cf+L*MTTR) /MTBF +S[Ci si P A (r,td) Crep,iki] - P F(r,td)Sa(m+s). (2.1). 式中 Cu (MTBF,MTTR)：每單位系統(One Unit)獲得成本 MTBF：操作期間系統的失效率分佈 MTTR：系統修復時間 m：實際操作的系統數量 s：備份系統的數量 k：修護管道（如野戰級、廠級）. si：備份零件 i 的數量 9.

(24) ki：零件 i 的修理管道的數量 Asys：有效系統的可用度 (Availability)(m 個系統的平均百分比) F0：操作期間的固定成本 C0：每單位全年操作成本 Frep ：每單一維修管道一開始的獲得成本 Crep ：每單一維修管道全年的支援成本 C f：每單一失效的固定成本. Ci：零件 i 的單位成本 Crep,i：對零件 i，每單一修理管道的全年成本 L：人力費用(元/時) t0 ：每單位、每年的操作時數 td：設計壽命（年） Sa：每單位的剩餘價值（負值是處理報廢費用） r：折價率 PA (r,td )=[(1+r)td-1]/ [r(1+r) td] ：在過了壽限時間 td、折價率為 r 時之現值 (Present- Value)因子 PF (r,td )= 1/ (1+r) td ：在屆壽限時間點 td、折價率為 r 時之現值(Present- Value)因子依據式(2.1)，全壽期成本可歸類為「裝備獲得成本」、「行政成本」、「維修部門建構成本」、「維修部門運作成本」、「裝備操作成本」、「裝備停機修理成本」、「零件購置、修理成本」及「屆壽限裝備剩餘價值」因子加總而得。另依據圖 2.1，全壽期成本結構中，依據式(2.1)，在裝備獲得、部署後，獲得（投資）成本可視為沉沒成本，故其操作支援成本的高低直接影響全壽期成本的計算。而操作支援成本中，又屬裝備停機修理和零組件修理、購置成本所佔比重較高，其 10.

(25) 流程圖如圖 2.2。. ? ? ? ?. ? ? ? ?. ? ? ? ?. ? ? ? ?. ? ? ? ?. ? ? ? ? ;25. ? ? ? ?. 圖 2.2 武器系統維修動態流程圖資料來源：本研究整理圖中實線代表武器系統修理循環圖；當系統故障時，備用系統立即補上，同時故障系統送入裝備維修單位（場站階段）修理，系統維修完畢則流回備份系統區備便，而在裝備維修單位發現失效的零件，或系統超出該單位維修能量時，則送入專業維修單位。圖中虛線為專業的維修循環圖，失效系統或零件送入專業維修單位修理，完工後送回裝備維修單位；或因損壞嚴重需報廢處理而採購新件；抑或因原廠技術輸出限制或專利技術需送回原廠修理，俟送回裝備維修單位完成組裝測試後進入備件庫房備用。綜合上述，壽期成本包含獲得及作業維持(含汰除)兩階段，其中獲得階段又因自製或外購的方式不同，而有所差異。有關組成各階段相關的成本項目及工作內容，. 11.

(26) 概述如后：（一)獲得階段 (acquisition phase) 1 研發、測試與評估成本：含初期規劃、市場分析、產品研究、可行性研究、系統分析工程設計、細部設計、軟體開發、系統雛型開發、製造、組合及工程模組測試與評估、初步系統設計與評估、相關技術文件等。 2 生產與製造成本：包含工業工程及操作分析、系統製造、裝配、組合、測試、產品功能的操作與維護、品管控制、初期後勤支援需求(如：備用品與維修零件的供應、零件庫存、設備建構) 等等。（二)作業與維持階段 (operation and support phase) 1 作業、支援與維持成本：主要在根據系統實際運作狀況來計算系統全壽期成本，包含持續的作業活動、對系統壽命週期持久性的後勤支援 (如：客戶服務、維修活動、供給支援… ) 、人力與維護支援、產品配送、備用品與維修零件的庫存、測試與支援裝備維護、運輸與管理、系統修正及改良、技術文件的修正與轉換… 等等。其成本項目包括：人力資源、人員及訓練成本、物料成本、設備成本（Cole， P.A.Jr.，1991)，這些成本花費，主要在支援系統軟硬體設備的操作管理、維護與更新，必要時亦可延長系統裝備的使用壽命。事實上，作業維持成本在壽期成本的估計中，扮演了直接而明顯的角色。 2 系統汰除成本：是可能會出現賺錢或盈餘的唯一壽期成本類別，因不同報廢方式(轉售、回收) 或可免除所需處理成本開支，進而由報廢品之剩餘價值 (殘值) 而獲利。如：美軍就常將汰除之武器裝備轉售其他需要的國家；惟國內武器受美方輸出管制，在汰除階段無法轉售其他國家。甚或如彈藥的處理；由於環保觀念的提昇，使得產品在壽命週期終了時，不能再任意丟棄，而需再作處理或再利用。. 2.1.3 壽命週期成本分配有關壽期成本在武器系統發展及使用各階段的比值大小，一直是個很有爭議性的問題。主要是因為成本花費的估算牽涉因素甚廣，各系統的壽限長短不同且操作維修需求的差異性也大。高維修品質 (可靠度、維護度及支援度佳) 的武器系統， 12.

(27) 雖然其初期投資成本較高，但因其整體故障率小，故障後能迅速獲得各項所需資源，以進行有效的維修行動，並於最短時間內將系統恢復正常運作的狀態，其所減少的時間損失、人力浪費及相關維持開支，從壽期成本的觀點來看，是事半功倍的效果，此乃『維修支援是設計出來的』、『成本花費是設計的結果』等觀念的基本依據。以軍事裝備而言，不同特性的武器系統，其獲得成本與作業支援成本會有不同的配當比例，系統如屬高可靠度、高品質，且服役期間維護機會小之飛彈、魚雷、衛星的本體等屬一次投射裝備，其獲得成本會高於作業維持成本；而飛機（發動機）、船艦、雷達航電系統等屬長期操作使用的裝備，透過持續的裝備維護保養及改正措施，使其整體故障率小的情況下，其作業支援成本則會高於獲得成本。根據 1979 年美國國防預算分配比例（System Acquisition Symposium，1981)及美國防禦系統管理學院(Defense System Management College，簡稱 DSMC) 對武器系統壽期成本的研究中，成本分配的比例[Joel，1995]來看，得知壽期成本各階段所佔的比例，如表 2.1 所示：表 2.1 壽期成本比例表成本項目比例研發成本 10％生產建造成本 30％作業維持成本 60％系統汰除成本－合計 100％資料來源：System Acquisition Symposium，1981；Joel，1995 由表中得知，其中作業維持成本佔了整個壽期成本的大部份 (約 60%) ，顯見其重要性。因此，若能在系統操作達到滿足需求的效能下，將作業維持成本降至最低，必能有效降低整個系統的壽期成本。這也就是壽期成本理論特別強調系統作業維持階段重要的原因之一。. 2.1.4 流程效率管理流程效率關係系統運作和維持的好壞，而系統運作和維持佔整個壽期成本的 60%，顯見其重要性。為使武器系統達到提供快速、可部署、及戰時有效支援，並. 13.

(28) 降低壽期成本負荷，可藉下述方法提升：（一）應用最佳化方法以減少系統支援需求，例如：備份件最佳化。（二）應用流程改進技術，例如：資產透明化的技術、電子商務及供應鏈管理。（三）效益後勤(PBL,Performance based Logistics)和相關管理架構的發展。依據美國國防部效益後勤計畫經理人手冊定義：「效益後勤」係透過長期的支援協議來明訂軍方與合約商間之權責關係，並以達成系統最佳之妥善率且能符合武器系統的性能為目標，故效益後勤範疇極為廣泛多元，詳如圖 2.3 所示。. 圖 2.3 效益後勤範疇（資料來源：本研究整理）. 2.1.5 壽期成本控制與管理通常在衡量評估系統的成本效益時，所採用的決策準則概有以下三種選擇（范淼等人，1998)：（一）固定效益比較成本此法係在系統達到某一效益水準的前提下，選擇總成本最低的方案。如圖 2-4 14.

(29) 所顯示的是在系統效益 E*達到一定水準的情況下，三個方案中，以方案 B 所花費的總成本最低，因此可視為最佳方案。（二）固定成本比較效益此法係在一定的預算範圍內（固定總成本），選擇能獲得系統效益最大的方案。如圖 2-4 所顯示的是在總成本 C*有所限制的情況下，方案 A 可獲得最高的效益水準，可視為最佳方案。（三）本益比或本益差此法乃依單一選擇方案所產生的效益，與其所支付的成本比值做為衡量的標準。在多個可行方案下，可以固定某一方案為基準，求得各可行方案的類比值而加以取捨，即不論益本比（E/C）或益比差（ E-C）均取最大值。 A. 成本. B. C*. 效益 E* 圖 2.4 成本效益比較分析圖資料來源：朱艷芳、范焱，後勤管理導論. 15.

(30) 2.2 可靠度與維護度一般而言，壽期成本的高低與可靠度、維護度有相當大的關係。總壽期成本在 MIL-HDBK-338 （U.S. Department of Defense，1984)中曾提及，當一裝備的系統可靠度提昇時，其獲得成本將增加，而未來的作業維持成本將減少。原因很簡單，當可靠度提昇時，則衡量可靠度的參數－平均失效間隔 (MTBF) 將會增加，為了使平均失效間隔時間增加，必須要花費更大的投資以達到此目的，而平均失效間隔的時間如果增加，系統發生失效的次數將會減少，所須維修的次數自然減少，因此作業與維持成本將會變小。另外從整體的系統成本來看，當要求較低的系統壽期成本時，也必須要求一定水準維護度(MTTR)，因為是否具備維修能量與維修工時的長短均直接影響成本。所以一般能在一定的 MTBF 下，求較小的 MTTR 或在一定的 MTTR 下，追求較高的 MTBF。. 2.2.1 可靠度可靠度定義為系統或組件在經過一段時間後，仍能正常運作的機率，若用數學式表示，首先定義一個連續、隨機的變數 T(≧0)，來代表系統或組件由至正常至失效的時間，所以可靠度函數（Ebeling，1997）可表示為： R (t) = P r { T = t }. (2.3). 在此 R( t) = 0，R(0) = 1， Lim R (t) = 0，對一個給定的時間 t 而言，至時間 t →∞. t 或大於時間 t 時，失效的機率為： F (t) =1- R (t) = P r { T < t }. (2.4). 故 F(0) = 0， Lim F (t) = 1，F(t)是在時間 t 之前系統或組件發生失效的機率。 t →∞. 在發動機另組件可靠度常用的分佈為韋伯分佈(Weibull Distribution)，因為一般裝備的失效率並非常數，而是隨時間變化，其「正常-失效-修護-失效」過程屬 16.

(31) 於非齊次卜松過程(Nonhomogeneous Possion Process )。韋伯分佈的累積分配函數(CDF)如式 2.5 所示： F (t) =1- e −(t /η ). β. (2.5). β是形狀參數，它影響各相關分佈的線型， θ是尺度參數，亦稱特徵週期參數，它影響可靠度相關機率分佈的均值及散佈。. 2.2.2 維護度維護度的定義為：在特定的時間內，可修復系統或組件修復的機率，是時間的增函數（Cole P.A Jr.，1991)。學者關季明（1997)定義維護度：一個失效（故障) 產品（系統)，依照規定的程序及方法進行維護工作，並能在允許的停機時間內，使產品在規定的環境與時間下，恢復作用的機率，所以可靠度可表示為： M (t) = P r { T≦t }. (2.6). T：實際修護時間 t：允許的停機時間假設維護時間的機率密度函數為 g(t)，則 M (t) = ∫ g (t )dt t. (2.7). 0. 平均維護時間(Mean Time to Repair：MTTR)為： ∞. MTTR= ∫ tg (t )dt. (2.8). 0. 2.3 供應鏈管理供應鏈管理是運用資訊提高競爭力之管理方法，可應用於後勤管理之各個階段，從需求整合、預測至庫儲配送，透過資訊分享、流程及資源最佳化等過程、 17.

(32) 實現物流、資訊流、金流的整合，發揮管理、經營、組織和技術之? 效，縮短供補時程、提升生產品質、降低成本、改善服務，從而提高組織的應變能力。. 2.3.1 供應鏈管理之定義供應鏈(Supply Chain)是指組織一連串的活動，涉及生產與配送產品或服務時的設施、功能及活動。這一連串的流程始於原料供應商，而延伸到最終顧客。設施包括倉儲、工廠、製程中心、配送中心、零售商及辦公室。功能及活動則包括預測、採購、存貨管理、資訊管理、品質保證、排程、生產、配送、交貨及顧客服務。在供應鏈中有兩種移動：(1)物料的實體移動，通常朝向供應鏈的末端(2) 資訊流的交換，其沿著供應鏈的雙向移動（張倫，2003)。 David J. Bloomberg(2002)對供應鏈管理之定義為：規劃、組織、控制物流及服務流之程序，將產品由前端供應者送達末端顧客手中之過程，其為一整合後勤、供應商管理及運作管理之程式，其分項說明如下：（一）整合後勤：預測顧客需求，獲得相關之資金、物料、人力、科技、資訊，建立以貨品或服務之最佳化網路，以即時正確滿足顧客之需求。（二）供應商管理：主要是指以採購為主之活動，另可擴充為與供應商、組織上下游成員之互動連結。（三）作業管理：指生產過程中由資源投入到實體或服務產出之所有活動。進一步解釋供應鏈管理，是對流程中之物流、資訊流、金流進行合理的計劃、協調與控制，以達成在正確的時間、正確的地點、將正確的需求項目按照正確的數量交給正確交易對象之目標。. 2.3.2 長鞭效應在整體供應鏈管理中，由於供應鏈間的層層供應廠商為了因應終端產品的短暫生命週期及快速顧客回應，以致於造成各層供應廠商庫存的擠壓及需求放大， 18.

(33) 如此便使得製造過多的成品零件及物料的缺貨損失，此現象稱為長鞭效應 (Bullwhip Effect)，因此在供應鏈管理中最迫於解決的莫過於解決該問題。這是一種在資訊傳遞時發生的一種資訊扭曲的現象，往往會造成上游的廠商在存貨與生產決策上的錯誤，長鞭效應常會降低供應鏈之效率，如：過多的存貨、低落的顧客服務水準、利潤損失、錯誤的生產計劃、無效的訂購、以及未完成的生產排程等。空軍發動機長鞭效應的成因可歸納如下：（一）資訊扭曲：負責補給人員未能充分掌握所有資產，可能僅考量可用件數量，忽略待修件數量而逕行下訂採購，增加其存貨及訂購水準，造成過多的存貨；或針對超出空軍修理能力的零件，未適時辦理委商修理，誤判現有資產現況，造成低落的顧客服務水準。（二）長前置時間：軍品採購屬軍售品項一般需要較長的前置時間，尤以航太軍品受專利或輸出管制，將導致供應鏈中的成員增加其安全庫存，及提高再訂購水準，亦增加需求的變動性。（三）批量訂購：批量訂購常因顧客累積一定的需求量後才下單訂購，某段時間內有大量的需求量，而接下來的時段內有需求卻未下訂單，批量訂購造成客戶需求的不連續性，同時造成了需求變異性增加。在實際應用中可採取很多措施來紓緩長鞭效應，例如加強供應鏈中實體間的資訊溝通與共用，實施供應商管理庫存策略等，這些措施均可有效降低長鞭效應。. 2.4 系統動力學傳統供應鏈管理系統未考量系統內交互影響關係及系統內之回饋結構，僅以靜態的方式評估企業或組織的情況，無法對未來作動態展望，因此需以系統動力學作宏觀觀察及驗證。發動機後勤維修策略以供應鏈系統為基本架構，備份件合理總量影響採購決策，經濟訂購量也會影響客戶獲補數量，進而影響機隊妥善情 19.

(34) 況，最後又回饋至訂購決策，因此供應鏈的採購決策為一回饋環路，環路間包括時間滯延及決策複雜性；另外，顧客需求引發之修理決策行為，也因修理前置時間、缺貨、修理能量情況產生變動，屬於非線性及動態行為。空軍後勤發動機供應鏈具有高階複雜、回饋、非線性、時間滯延及環環相扣等特性，傳統後勤策略管理系統已無法有效因應，因此本研究採系統動態學為研究方法，建構空軍後勤發動機之動態供應鏈管理模式，並進行模擬、驗證，以求得最佳之後勤維修策略。. 2.4.1 系統動力學之特性系統動力學係 1960 年代初期，由美國麻省理工學院 Forrester（1961)教授結合系統分析實驗方法、決策制訂理論、資訊回饋控制理論與電腦模擬技術作為理論基礎，透過建構模型以電腦模擬的方式探討問題，藉操控不同的變數與情境，尋找出問題的最適解；並在系統動力學建模過程中，將實際運作之系統結構呈現於具體模式中，運用分析各種決策對於系統所產生之影響，瞭解系統結構與系統問題間之因果關聯，進而徹底解決結構問題。系統動力學不但整合定性及記述資訊，亦整合定量資料，其主要特性詳述如下：（鄭穎聰，1999) （一）高階複雜性：在建立模式時，一個極為重要的問題即應將那些積量(level) 放入模式中，而此積量乃決定模式的複雜性，系統動態學可處理高複雜性系統，可描述存量與變量間複雜因素。（二）回饋：指某一元素的行為會藉由其他因數傳遞或一連串的元素經過來返而影響到最初引發的行為元素。其可說明行動如何相互推波助瀾或互相抵銷，包含增強回饋與調節性回饋，其中增強回饋有良性循環與惡性循環，而調節回饋則是穩定與抗拒的來源。（三）非線性：元素與元素間可能是非線性關係，即使是線性，因經過回饋過程，而表現出來的互動關係可能是非線性行為。 20.

(35) （四）環環相扣：真實世界是由許多因果環節組成的，但由於資訊或經驗有限，往往只看到環節中的線段，扼殺了許多系統思考的萌芽機會。其實回饋環路不足以完全表示企業或社會組織各元素間的複雜性，因每個問題都包含一些增強與調節型回饋非線性關係，彼此相互糾結而環環相扣。（五）延遲：時間延遲是變數間的影響，需要一段時間才能反映在系統輸出（Output) 的一種現象，實際上，任何行動與結果之間皆有不同程度的時間延遲，但是時間延遲通常未被察覺而引起動盪，因此添加系統的動態複雜性。. 2.4.2 系統因果回饋結構 Forrester（1961)認為：系統動態行為特質主要源自於自我封閉系統，其基本建構單位為回饋環路，回饋環路主要以積量、流量等工具形成基本結構。現僅就積量、流量、線引及流圖之定義分別詳述如下：（一）積量（Level）：為整體動態過程中所累積之數量，任何存量 t 時刻之數值，均根據它前一時刻（t-1）之值加上微小時間間隔（dt）內流量之累積量而定，會受到流量影響而增減，如圖 2-5 所示。. 圖 2-5 積量圖. （二）率量（Rate）：為單位時間內積量之改變量，具有方向性，可因方向不同使積量增加或減少，如圖 2-6 所示。. 21.

(36) 圖 2-6 率量圖（三）流圖（Flow Diagram）：清楚界定模式中積量與流量後，系統動態學利用流圖表示積量、流量間之互動關係，如圖 2.7 所示。. 圖 2-7 基本流圖（四）線引（Wire）：線引是一個箭頭符號，主要功能在於顯示連結兩端之因果關係，由積量、流量與線引之結合才可形成完整回饋環路，如圖 2-8 所示。. 圖 2-8 簡單回饋環路之系統流圖 Wolstenholme（1990)認為系統動態學的模型建構方法主要為回饋環路法(the Feedback Loop Approach)，根據問題，其時間變化的行為型態(參考行為)推測潛藏於該行為後的問題結構，尋求形成該參考行為的回饋環路，於已辨識的因果回饋 22.

(37) 環路中填入變數，並分辨各變數之狀態，轉換為模擬模式。回饋環路(feedback- loop)是一個封閉的路徑，以箭頭鏈結系統中重要變數的因果關係，如圖 2-9 所示。因果關係圖中的變數關係Ａ? Ｂ，表示變數Ａ影響變數Ｂ。如果變數Ａ增加（減少）造成變數Ｂ增加（減少），代表兩者同向移動，以＋號表示；反之，若變數Ｅ增加（減少）造成變數Ｆ減少（增加），代表兩者反向移動，以－號表示。當某一個因果環路中的「－」符號個數總和為零或偶數時，此因果環路稱為正環，以「（＋）」符號表示。而某一個因果環路中的「－」符號個數總和為奇數時，此因果環路稱為負環，以「（－）」符號表示（Goodman, 1974）。. +. （+）. A. +. （－）. D. B. +. E. +. C. +. F. －. 圖 2-9：因果關係圖（資料來源：Goodman,1974）. 2.4.3 系統動態學建模概述真實世界中的架構與決策，可用模型來表示與測試，經由模型測試得到的回饋資訊，可據以修正模型，並更新擬定規則，新的決策續在真實世界中執行，如此過程不斷循環，將能改善模型以符合真實狀況。Sterman(2000)認為建模應遵循以下法則：(如圖 2-10) （一）問題界定(範圍選定)： 23.

(38) 1.找出所關注之問題。 2.找出所關注之主要變數。 3.討論問題所涵蓋未來及過去的時間。 4.定義動態問題：這些變數過去的狀況及未來的發展。（二）形成動態假說： 1.建立初始假說。 2.聚焦於內部因素：建立動態假說以解釋內部的動態現象。 3. 繪圖：根據初始假說及變數繪圖，如模型範圍圖(model boundary diagram)、次系統圖(subsystem diagram)、因果圖(causal loop diagram)、積量與流量圖(stock and flow map)、決策架構圖(policy structure diagram)。 1.界定問題疆界. 5.政策設計及評估. 2.形成動態假設. 3.建立動態模式. 4.測試. 圖 2-10：系統動力學建模之步驟（資料來源：Sterman,2000）（三）建立系統動態模型： 1.詳述架構與決策規則。 2.估計變數、行為關係、初始狀況。（四）測試模型： 1.與參考模型作比較：此模型是否將問題適切表達。 24.

(39) 2.嚴苛條件下強健性：在極嚴苛絛件下，此模型是否仍可反應真實性。 3.敏感度：在變數、初始狀況、模型範圍條件下，此模型的不確性如何。（五）政策設計與評估： 1.情境描述：何種環境將形成。 2.決策設計：何種新決策規則適用於真實世界，如何以模型表示。 3.評估決策的影響。 4.敏感度測試：在不確定的環境下，決策的強健性如何。 5.決策的影響性：是否產生綜效及補償反應。. 2.4.4 系統動力學的相關文獻 Forrester（1961）將系統動力學應用在工業的產銷系統，提出「相較於工程系統，在真實的社會系統中亦常出現延遲、放大、及變數間的非線性關係，因此社會系統行為表現常出現反直覺的結果。」有鑑於此，Forrester 等人採用微分方程式的概念設計系統動力學的程式語言，用以模擬模式中每一個變數隨時間演進的動態變化過程，使兼有複雜性與動態性的問題得以用簡單的方法解析。此後， Forrester 陸續以系統動力學從事經濟、管理與社會問題等領域的研究與探討。 Lyneis（1980），提出用來研究製造業公司的存貨政策、財務政策、供應商、顧客及競爭間的動態行為模式，並指出在銷售波動大的時候，縮短存貨調整時間會造成更大的波動，而喪失商品的市場佔有率。Lyneis 提出之模式著重在單一產品製造組織，且政策偏重原則性的討論，並不適合用來探討零售業的存貨政策分析。屠益民、鄧祖漢（2002），以系統動力學的方法與供應鏈管理中的基本理論，提出供應商代管庫存的模擬模式，應用動態模擬提升 VMI (Vendor Management Inventory)營運模式的執行效率與效能，以協助企業提升整體競爭力。 25.

(40) 石大明、陳文鎮（2004），以系統動力學的方法與全壽命週期成本、系統效能分析的基本理論，模擬成本與系統效能與時間相依的動態特性。模型以可靠度為中心展開，配合維護度對系統的影響，構建出操作可用度與維修成本間的動態模型，由最佳化分析，找出模型在特定之目標如最低成本及限制條件下之最佳調整因子，求得滿足目標之最佳解，以避免資源之浪費。此外本系統亦可提供成為國軍後勤支援決策分析之用。. 2.4.5 使用系統動力學模擬的理由 Forrester（1961）提出系統動力學，這套理論的發展源於四項基礎：（一）一般系統工程理論。（二）資訊回饋控制理論。（三）制定決策過程的知識。（四）以模擬實驗法來瞭解系統行為。（五）以數位電腦模擬數學模式。第一項基礎，系統動力學應用簡單的系統工程的概念研究複雜的經濟、管理與自然科學的系統問題。第二項基礎，則運用資訊回饋概念於組織的回饋環路，它提供選擇和組織資訊的必要架構。回饋環路無所不在，但是佷少人瞭解它。在多重的和交互串連的環路下的行為，常常和我們的直覺所預期的相反。我們看到許多政策失敗，其實如果先瞭解政策背後的回饋結構，就可以避免。第三項基礎，存在人腦中的心智資料庫，它是在系統中做決策的主要資訊來源。分析人們在新的情況下如何反應。像這樣的政策資訊，在心智資料庫中很豐富，但是在已經寫下的資料庫中卻有限，而在數據資料庫中則幾乎沒有。但是，將人腦中豐富的資料取出，然後經由回饋環路的選擇和組織後的心智模式，對人們來說是太複雜了，難以理解將會產生何種行為。所以第四及第五項基礎，它先將心智模式轉換成數學模式，然後在數位電腦中模擬實驗，就可以顯示出系統行為。藉由上述五項基 26.

(41) 礎，所以系統動力學容易表達及處理具有回饋、動態、非線性、時間滯延、及系統整體互動等特性的問題（Meadows, 1980）. 2.5 平衡計分卡與策略地圖 2.5.1 平衡計分卡 1990 年代哈佛大學教授 Robert Kaplan 與 Nolan Norton 之 CEO－David Norton 二位於 1992 年哈佛管理學報上發表其研究結論「The Balanced Scorecard －Measures That Drive Performance」；惟動態高競爭的二十一世紀，傳統的績效評估制度已無法符合策略需求，二位學者另於 1996 年發表「Using the Balanced Scorecard as a Strategic Management System」同年出版第一本平衡計分卡專書「平衡計分卡－化策略為具體行動」(The Balanced Scorecard：Translating Strategic Into Action)，發展出以策略而非控制為核心的平衡計分卡。平衡計分卡(Balanced Scorecard ; BSC) 的發展是源自於『責任會計』制度 (responsible accounting) ，所謂『責任會計』制度，係一種將組織各部門拆開，個別衡量其績效以進行績效評核的方法。Kaplan & Norton (1992) 在哈佛商業評論中首次提出平衡計分卡的概念，即將組織任務與策略轉化為廣泛的績效衡量，是將組織整體目標透過建立績效衡量模式與個人努力相連結以達成使命的管理模式。同時提出平衡計分卡的財務 (Financial) 、顧客 (Customer) 、內部流程 (Internal Business Process) 以及學習與成長(Learning and Growth) 四大構面，企圖打破傳統上以財務觀點衡量組織績效的狹隘看法，進而發展出一套策略性績效評估制度。. 2.5.2 平衡計分卡的限制根據 Silk (1998) 的調查， Fortune 1000 大企業中，有 60%曾實驗過平衡計分卡的管理方法。而根據 Lewy (1998) 的宣稱：有 70%的平衡計分卡計畫是失敗的。各學者所提出的平衡計分卡的缺失與困境，整理如表 2-2。. 2.5.3 策略地圖 Kaplan 與 Norton 團隊在 2000 年時，開始將平衡計分卡四大構面之因果關 27.

(42) 係繪製成圖，使其策略運用從平衡計分卡四個構面所選出之目標項目間之因果關係得以清楚地描述，也就是特別強化平衡計分卡中的「策略性議題」及「策略性目標」之具體內容，並且將此圖命名為「策略地圖」（Strategy Map,2003）。策略地圖是組織策略中各個重要成分間因果關係的具體表達方式，它是由平衡計分卡簡單的四個構面模式推演而成，自學習與成長構面至財務構面，將策略目標由下而上連結而成，在這架構下包括了幾個要件（參考圖 2-11）︰財務績效︰這是一個落後指標，乃組織成敗的終極定義。策略用來描述組織將如何企圖為股東價值創造出持績性的成長。顧客價值主張︰針對目標顧客獲得成功，將是改善財務績效首要因素。因此除了對顧客成功的落後結果指標，包括顧客滿意度、維持率，以及成長率要加以衡量之外，顧客構面也具體界定針對目標顧客區隔所提出的價值主張。選定顧客價值主張乃是策略的中心要件。內部流程的績效︰內部流程主要在為顧客創造並運交價值主張。是後續關於顧客及財務結果改善的領先指標。學習與成長的目標︰無形資產是持續性價值創造的終極來源，主要在說明人員、技術以及組織如何協同合作來支援策略的執行。本項目衡量數字的改善是內部流程、顧客及財務效的領先指標。因果關係︰在四個構面的目標項目彼此之間串結成因果關係。將無形資產加以強化整合，將有助於改善流程績效，進一步促成顧客與股東的成功。近年來，Kaplan 與 Norton（2000）更進一步認為，策略目標及衡量項目是一套因果關係的，因此必須能以「相互影響關係關連式圖表」的方式來表達，此外，一個結構嚴謹的平衡計分卡，更應該透過上述這種因果關係，來陳述事業單位的策略及清楚表達各種構面的目標和量度之間的關係，此種因果關係圖，即為平衡計分卡之策地略圖，藉由策略地圖，才能更清楚地瞭解組織的策略。. 28.

(43) 表 2-2 平衡計分卡的限制學. 者. 年代. 平. 衡. 計. 分. 卡. 的. 限. 制. Norreklit. 2000. 1. 2. 3. 4. 5.. Kaplan and Norton. 2000. Malmi. 2001. 1. 由於經營管理權易手，高階領導人換手，變革制度中斷，致使平衡計分卡被迫進行短期成效的評估，或是全然被新的策略取代。 2. 衡計分卡本身設計不當，未能將策略完整展開在平衡計分卡上。 3. 組織推動流程的缺失，包括高階主管支持與投入不足、參與人數過少、未能向下溝通、計分卡發展過程耗時過長、將計分卡視為電腦系統專案、聘用缺乏經驗的顧問、僅為了獎酬制度導入計分卡等。實際研究探討芬蘭17家採用平衡計分卡的公司，其推動平衡計分卡的原因及其如何應用，結果顯示平衡計分卡被當作推動目標管理的工具，且早期採用平衡計分卡的公司並不著重四大構面之間的因果連結關係，且缺乏考量策略搭配的概念。. Ahn. 2001. 量度間的因果關係缺實證檢驗，即效度不足。未考慮因果關係中的時間滯延。因果關係只考慮單向因果，未考慮因果回饋的可能性。利益者只考慮顧客，未考慮競爭者與產業技術發展。由上而下的控制形式，使得互動控制的雙環學習不易產生。 6. 由上而下的策略展開，使得員工對於工作之內在承諾不易產生。. 1. 策略目標間因果關係的連結，缺乏明確建議與指引。 2. 量度目標值，包含終點值與中間里程碑的決定，缺乏明確建議與指引。 3. BSC只提供一個架構，而非內容完整的制度，欠缺建議與指引。 4. 就管理控制的角度而言，BSC只能算是診斷式控制系統，而非互動式控制系統，難以觸發雙環學習。 5. BSC的建立耗時費力，相對僵固，不適於快速變遷、策略須常調整的產業環境。 6. BSC中策略目標的選取，實務中常以投票方式選取，缺乏明確建議與指引。資料來源：摘自杜強國(2004). 29.

(44) ? ? ? ? ? ? ?. ? ? ? ?. ? ? ? ?. ? ? ? ?. ? ? ? ? ? ?. ? π? ?. 圖 2-11：平衡計分卡 BSC 架構中價值鏈形成的垂直向量資料來源：整理自 Robert S.Kaplan & David p.Norton（1996），“Linking the Balanced Scorecard to Strategy” California Management Review,39（1）:65-66. 2.5.4 結合系統動力學與平衡計分卡之研究相關學者們也陸續提出系統動力學支援平衡計分卡的各種研究及觀點，針對相關學者在以系統動力學來關注組織發展平衡計分卡的研究整理如表 2-3：. 30.

(45) 表 2-3 學. 者. 結合系統動力學與平衡計分卡之研究. 年代. 研. 2002. 透過個案研究方式，將系統動力學與平衡計分卡方法結合，藉由電腦模擬，實際呈現個案公司推動平衡計分卡出現的五項限制的缺陷，甚而模擬錯誤策略所造成的影響。 1. 過度簡化的單向因果聯結關係。 2. 未考慮因和果與時間軸的關聯。 3. 缺乏策略效度檢測的機制。 4. 高層策略計分卡與作業層級指標之間的整合不足。 5. 企業內部導向，缺乏將員工面、供應商、競爭者等納入思考。. Schoeneborn. 2003. 1. 運用系統動力學的因果回饋圖檢視Kaplan and Norton 因果觀點，證明平衡計分卡確有不足之處。 2. 例如：當進行「減少員工教育訓練支出」的政策時，短期內顧客忠誠度下降的問題並未立即顯現，且可能被誤認為有助於財務績效，然而該政策對公司長期績效卻造成非常大的傷害。所以，當一個量度在短期顯現有利或不利現象時，有可能在長期呈現相反的影響；平衡計分卡無法有效分辨。 3. 當進行「擴充員工教育訓練」政策時，首先受到的是財務負擔的壓力，然而模擬結果顯示，教育訓練成本投入到產生正面效益之間，有一段時間滯延，故平衡計分卡易忽略時間滯延的效應。. Solano et. al.. 2003. 1. 進行平衡計分卡七個步驟(Kaplan & Norton，2000）前，先建立系統動力學模式，並進行整體脈絡分析，初始模擬為後續政策實驗的比較。. Akkermans 與 Oorschot. 究. 發. 現. 2. 當進行「將策略轉譯為操作性用語」步驟時，加入系統動力學模式的研究，建立策略地圖、平衡計分卡，透過模擬，檢視平衡計分卡策略模擬的結果。 3. 當進行「將策略納入持續檢視的過程」步驟時，預算、檢討、會議等機制，都可運用系統動力學模擬，輔助引發管理階層參與討論與構思不同的情境及政策，得以維繫達成目標及執行既定策略的興趣。 4. 運用系統動力學，向領導階層溝通模擬成果。資料來源：摘自吳綠惠(2004). 31.

(46) 2.6 小結由於產品可靠度與部隊運作和支援成本息息相關；而運作與支援成本又佔系統全壽期成本 60％。然而可靠度、維護度直接影響供應鏈之效能，空軍後勤作業因誤判產品需求使得資訊藉由供應鏈之放大而造成物料及生產資源的浪費，因此必須結合總體資訊，在供應鏈架構上整合採購、生產、服務各流程，改善長鞭效應以降低供應鏈之不確定性。發動機後勤運作中，機隊的妥善率、備份件數量、維修產能、經濟採購量、可靠度之間與全壽期成本彼此相互影響，環環相扣，若非藉助動態模擬的方式，很難一窺其變化。因此，本研究以系統動力學的方法建構軍用發動機後勤策略模型，期能全觀各關鍵變數間的回饋關係，並透過觀察全壽期成本與機隊妥善率的變化，進行分析、調整後勤規劃，有效達成降低成本的目標。組織策略的主要目的是為其利益關係人創造最大的價值，故各組織對策略的想法受限立場、角度及服務對象的差異而各有不同，空軍發動機供應鏈各成員間亦復如此。使用部隊主要以妥善率為第一優先，要求高存貨水準；而主管後勤作業卻受限預算管制，嚴格控管庫存。鑒於各成員對策略缺乏共識，無法齊一步調，有賴利用平衡計分卡技術擬定策略地圖，建構空軍發動機機後勤維修策略。本研究以系統動力學的方法與工具，建立空軍發動機供應鏈的動態模型，本章首先回顧全壽期成本的發展史、供應鏈相關文獻，了解降低全壽期成本之關鍵決定因素；其次，回顧本研究所使用的系統動力學和平衡計分卡之相關文獻。透過壽期成本的發展史，我們可以瞭解美軍效益後勤規劃的趨勢，而從供應鏈的相關文獻中，我們可以整理出發動機後勤規劃的要項及影響效益的關鍵變數。此外，目前平衡計分卡廣泛應用於策略規劃的研究，惟對於策略地圖中各關鍵績效指標間的因果回饋關係無法驗證，因此可能誤訂關鍵績效指標，影響組織策略的成功；而從系統動力學文獻的回顧中，可以看出系統動力學已廣泛應用於產經分析、策 32.

(47) 略分析、財務決策、組織學習等各項領域，且可以有效補足平衡計分卡之不足。因此，本研究嘗試以系統動力學的方法與工具，探討軍用發動機後勤策略議題，應無疑義。. 33.