关键设备系统是指资产密集型企业(如商业航空、国防工业等)中高附加值、高技术复杂度并与运营企业的关键生产任务直接相关的设备系统。设备一旦发生故障就会给运营商带来严重的经济损失。基于性能的合同(Performance Based Contracts,PBC)是关键设备维修服务领域新兴的有效管理工具,PBC不仅能提高关键设备的可靠性,而且能降低整体维修费用。在PBC合同下原始设备供应商为运营商提供设备,并提供售后维修服务。运营商可能由于投资成本压力、阶段性产能扩张等因素,往往先安装一台关键生产设备或生产线,然后逐渐增加关键设备数量以增加生产能力;也有可能同一区域的其它运营商陆续引进该类关键设备,使得供应商逐渐扩大该地区的设备服务市场。无论上述哪种原因,对于供应商而言,该地区的关键设备拥有量会逐渐增加。尽管每台设备故障率大致保持稳定,但由于关键设备数量的增加,总维修需求随时间逐渐增加,这就要求设备供应商根据总维修需求时变特征,增加该地区的备件库存数量和维修服务能力,及时调整PBC合同。显然,采用什么库存策略,每个时段如何设定库存参数;什么时候调整PBC合同,如何设计每个周期的PBC合同参数,这些问题是供应商和运营商急需解决的关键问题。目前PBC合同相关文献主要集中在稳定维修需求下的单周期PBC合同设计方面,而非稳态维修需要下的备件库存控制问题有少量文献涉及。对于时变维修需求下的备件库存控制策略与PBC合同协同设计问题还没有看到相关文献,该问题是PBC服务模式带来的新问题。本文针对上述问题特点进行如下两方面研究:(1)研究了备件库存与性能合同协同设计问题。重点考虑设备数量增长过程中,供应商如何控制备件库存以及如何对PBC合同进行设计。将备件库存服务水平作为衡量系统性能的基准。建立了 PBC合同下多阶段的备件库存优化模型,求解得到最优的备件库存与多阶段的PBC合同决策,并与没有PBC合同的备件库存成本模型进行比较,分析PBC合同的加入对备件库存策略的影响以及备件库存服务水平的影响情况。(2)研究了可维修备件库存与性能合同协同设计问题。重点考虑备件的可维修特点,损坏关键组件在维修中心修复后重新进入备件库存。将备件库存服务水平作为衡量系统性能的基准,建立了多阶段基库存策略与PBC协同设计模型,最终确定最优基础库存水平,并与不可维修备件的库存策略进行对比分析。最后通过某航空公司备件服务案例验证得到,PBC服务模式对供应商提高备件库存服务水平有很高的激励作用,供应商建立维修中心是有理论依据的,维修中心的建立能够节省成本,对资源进行有效的利用。本文研究不仅丰富了相关的理论研究,而且为现实中基于性能合同与备件库存相结合的应用提供了重要的参考与指导,具有现实意义。