神華集團一體化調運組織方案優化研究

張志磊

【摘 要】作者通過神華集團實地調研，梳理了神華一體化調運組織方案編制過程中存在的突出問題，在對調運各環節能力狀況分析對比的基礎上，結合設備狀況、業務需求等約束條件，建立了一體化調運利潤最大化整數規劃模型，并運用Excel規劃求解法對模型舉例求解。通過研究優化，運用數學建模方法編制調運方案運營效率和效果均得到有效提高。

【關鍵詞】一體化 調運 整數規劃 優化

1研究背景

2002年至2012年，隨著我國新一輪經濟周期開始，能源需求急劇增加，煤炭迎來了“價飛量增”的巨變，期間煤炭產量年平均增長率超過11.0%，遠高于同期GDP的增長率。物極必反，受經濟增長方式轉變、進口煤沖擊、環境保護等多重因素影響，2013年以來國內煤炭供大于求的矛盾日益加劇，煤炭價格持續下跌， 2014年超過70%的煤炭企業出現虧損，煤炭行業告別黃金十年進入微利時代。

2神華一體化調運組織分析

神華集團成立近30年來，創造了礦、電、路、港、航、化一體化，產、運、銷、儲一條龍的經營模式。神華的一體化某種程度上說就是煤炭供應鏈的一體化，它的業務網絡是由煤礦裝車站、自有及國有鐵路、自有及社會港口和直達銷售網點三部分構成。其中，神東礦區、包神鐵路、神朔鐵路、朔黃鐵路、黃驊港這條主干線是神華一體化的核心內容。

神華集團日常生產運營調運指揮是以效益最大化為原則，需要科學制定計劃，需要執行過程的嚴格管控，但目前神華集團計劃制定、下達、監督實施過程中的最主要手段還是業務人員的經驗操作和人為控制，面對日益復雜的調運流程和龐大的生產運營數據，要在日常生產調運指揮中實現集團效益最大化存在較大困難。

一是調運組織方式落后，缺乏科學技術手段。神華一體化調運組織業務流程相對粗放，僅以裝車數量來匹配煤源供應、裝車能力、運輸能力、接卸能力和銷售水平之間的不平衡問題。沒有充分考慮成本、利潤、周轉時間等重要運營指標，同時缺乏科學的技術手段，不能結合客觀條件的變化準確迅速地編制調運方案。

二是調運過程不透明，主觀因素影響大。一體化調運組織過程復雜，涉及總部調度指揮部門、煤源供應單位、裝車組織單位、運輸組織單位、銷售單位等十幾個單位。然而調運組織過程中人為判斷、憑經驗決策的情況較多，調運組織效果受參與者的主觀因素影響大，增加調運難度。

三是信息化程度不夠，經營分析難度較大。調運組織涉及行業板塊多，各單位信息化程度不一致，信息復雜度增加，信息整合難度大。各類生產數據的統計手段落后，生產運營分析僅停留在增量對比方面，結構優化和生產經營分析薄弱。

3一體化調運組織方案優化

3.1一體化調運各環節能力分析

對一體化調運組織方案進行優化，首先要全面掌握一體化調運過程上游煤源供應能力、裝車站裝車能力，中游鐵路運輸能力，下游接卸能力等各環節的能力狀況及各環節能力之間的對比關系。

（1）煤炭供應及裝車能力分析。包神鐵路管內分布著14個裝車站點，神朔鐵路管內分布著15個裝車站點，神東煤炭集團、榆神能源公司、杭錦能源公司等7家單位在此區域供應煤源，煤炭供應及車站裝車能力如表1所示：

（2）鐵路運輸能力分析：目前神華鐵路運輸能力制約點有兩個：包神鐵路神東口和神朔鐵路神池南口。

結合神華鐵路機車、車輛、行車設備、供電及車站設備狀況等，經測算得出包神鐵路神東站最大通過能力為80列，含25列萬噸列車，合計105小列；神朔鐵路神池南口最大通過能力為112列，含84列萬噸列車，合計196小列。

（3）下游接卸能力分析：神華集團煤炭銷售主要分為兩種形式：港口下水銷售和鐵路沿線直達銷售。一體化調運主要涉及的是神華自有的黃驊港和天津煤碼頭。黃驊港有翻車機13臺，其中C64型和C70型翻車機5臺，日卸車能力為40列；C80型翻車機8臺，日卸車能力為92列。天津煤碼頭有翻車機4臺，C64型和C70型翻車機1臺，日卸車能力為8列；C80型翻車機3臺，日卸車能力為24列。鐵路沿線直達銷售包括國鐵沿線和自有鐵路沿線銷售，由神華銷售公司負責，沿線直達銷售可根據歷年實際經驗設為常數，大新口15列，王佐口15列，黃萬線30列，朔黃沿線20列。

綜上，神華一體化調運下游端日接卸總能力為219列，其中C80型列車最大接卸能力為142列，C70型和C64型列車最大接卸能力為105列。

（4）神華自有兩港裝船能力分析：黃驊港擁有煤炭專用泊位17個，均為萬噸級以上泊位，煤炭泊位裝船能力為60萬噸/日，大于卸車能力。天津煤碼頭擁有煤炭專用泊位3個，均為萬噸級以上泊位，煤炭泊位裝船能力為18.2萬噸/日，大于卸車能力。

（5）一體化調運各環節能力比較：神華煤炭一體化調運組織中的五個主要環節中，裝車能力、運輸能力、卸車能力在一定時期內能力狀況相對穩定，可以直接確定三者間的大小關系。

①裝車與運輸：包神鐵路管內各裝車站能力之和為120列，考慮到區域裝車能力限制，包神鐵路管內裝車能力為108列，大于包神鐵路運輸能力105列。神朔管內各裝車站能力之和為107列，考慮到區域裝車能力限制，神朔鐵路管內裝車能力為100列，包神、神朔裝車能力合計207列，大于神朔鐵路最大運輸能力196列。

②運輸與接卸：神朔鐵路運輸能力為196列，其中C80型列車110列，C70型列車40列，C64型列車46列，小于下游端接卸能力的219列。

③運輸和銷售：由于煤炭銷售情況受價格影響波動較大，所以無法籠統的直接比較銷售和運輸能力的大小，需要結合具體時段內的銷售實際情況，加以分析判斷，但可以確定的是目前制約一體化調運水平的因素為運輸或者銷售。

3.2一體化調運指標體系建立

神華集團一體化調運的主要經營指標包括煤炭車板成本、轉運成本、銷售收入、綜合利潤、煤炭調運量等。

（1）車板成本。煤炭的車板成本是指將煤炭送到發運站列車上產生的成本，含煤炭生產成本、短途運輸成本和搬運成本等。

（2）轉運成本。轉運成本是指煤炭從裝車站運往港口所需要支付的費用。煤炭轉運成本包括鐵路運費、回空費、港雜費等。轉運成本與鐵路運費、運輸距離等因素有關。

（3）銷售收入。銷售收入是指將煤炭所有權轉到客戶，收到貨款或取得索取價款憑證，而認定的收入，它由煤炭銷售單價和銷售量決定。

（4）綜合利潤。利潤指標是一體化調運過程中最為關注的指標，綜合利潤由銷售收入減去車板成本和轉運成本來確定，綜合利潤又等于路港利潤和銷售利潤之和。

（5）煤炭調運量。對于神華煤炭一體化調運而言，每日每個裝車站的煤炭實際調運量的分配決定著調運組織的結果。在煤炭調運總量確定的情況下，如何利用科學有效的方法，確定每個裝車站的調運數量，編制最佳調運方案，是想實現煤炭一體化調運利潤最大化的關鍵。

3.3一體化調運優化條件分析

（1）決策要素。一體化調運的優化實際上就是運用運輸規劃方法科學編制每日調運計劃的問題，包含三方面決策要素：單位調運周期內煤炭調運總量、每個裝車站調運煤炭數量、所編制的調運方案達到神華整體效益最優。

（2）模型類型選擇。運籌學中主要的模型包括線性規劃模型、整數規劃模型、動態規劃模型、非線性規劃模型和混合規劃模型等。本文采用整數規劃模型解決煤炭調運優化問題。

（3）一體化調運優化模型建立。神華煤炭一體化調運業務可簡述為：煤炭在內蒙古西部、陜西北部、陜西西部等區域生產或收購，在包神鐵路和神朔鐵路各個裝車站裝車，經包神鐵路、神朔鐵路、朔黃鐵路運送到黃驊港、天津煤碼頭及鐵路沿線直達接卸站，此問題是裝車站i到卸車站j的多到多的運輸線路整數規劃問題。但結合當前神華煤炭調運業務實際，調度指揮部門負責一體化裝車運輸計劃的下達和實施，銷售部門（單位）根據煤炭裝車運輸日班計劃，安排煤炭分流和具體銷售工作。此問題可簡化為由多個裝車車站i到一個卸車車站j的多到一的整數規劃問題。

①決策變量。決策變量是通過煤炭調運優化模型運輸確定的變量，即優化調運方案。本文優化決策變量設為Xi，表示一個煤炭調運周期內第i個裝車站的裝車列數。建立優化模型之前，我們要先確定一體化調運總量，即包神鐵路和神朔鐵路各裝車站裝車總列數，它是由一體化調運各環節中最薄弱環節確定的。

注：A-裝車總列數，B-下游分流總列數，Xi-裝車站i的日裝車數量，Li-裝車站i的日裝車能力，Xa-裝車站i裝C80型車列數，Xb-裝車站i裝C70型車列數，Xc-裝車站i裝C64型車列數，Xq-鐵路車站i的區域裝車數量，Lq-鐵路車站i的車站作業能力，A1-包神管內裝車列數，A2-神朔鐵路管內裝車列數，C1-包神鐵路通過能力，C2-神朔鐵路通過能力，Da-包神管內C80型車裝車列數，Db-包神管內C70型車裝車列數，Dc-包神管內C64型車裝車列數，Ea-神朔管內C80型車裝車列數，Eb-神朔管內C70型車裝車列數，Ec-神朔管內C64型車裝車列數。

3.5建立模型

4結語

本文通過對神華集團實地走訪調研和座談討論，在對神華一體化調運組織模式認真研究和深入分析的基礎上，結合當前調運實際建立了易于操作的運籌學整數規劃模型，實現日常調運組織方案從人工編制到計算機編制的轉變。有效提升了一體化調運效率和效果。根據本文的舉例求解情況，運用數學建模編制一體化調運組織方案從確定調運總量、添加約束條件、建立模型到模型求解確定最終方案用時較以往的人工編制方法節約75%，利潤提高1.3%。

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