神华集团一体化调运组织方案优化研究

张志磊

（神华集团有限责任公司，北京　100011）

神华集团一体化调运组织方案优化研究

张志磊

（神华集团有限责任公司，北京100011）

作者通过神华集团实地调研，梳理了神华一体化调运组织方案编制过程中存在的突出问题，在对调运各环节能力状况分析对比的基础上，结合设备状况、业务需求等约束条件，建立了一体化调运利润最大化整数规划模型，并运用Excel规划求解法对模型举例求解。通过研究优化，运用数学建模方法编制调运方案运营效率和效果均得到有效提高。

一体化调运整数规划优化

1　研究背景

2002年至2012年，随着我国新一轮经济周期开始，能源需求急剧增加，煤炭迎来了“价飞量增”的巨变，期间煤炭产量年平均增长率超过11.0%，远高于同期GDP的增长率。物极必反，受经济增长方式转变、进口煤冲击、环境保护等多重因素影响，2013年以来国内煤炭供大于求的矛盾日益加剧，煤炭价格持续下跌， 2014年超过70%的煤炭企业出现亏损，煤炭行业告别黄金十年进入微利时代。

2　神华一体化调运组织分析

神华集团成立近30年来，创造了矿、电、路、港、航、化一体化，产、运、销、储一条龙的经营模式。神华的一体化某种程度上说就是煤炭供应链的一体化，它的业务网络是由煤矿装车站、自有及国有铁路、自有及社会港口和直达销售网点三部分构成。其中，神东矿区、包神铁路、神朔铁路、朔黄铁路、黄骅港这条主干线是神华一体化的核心内容。

神华集团日常生产运营调运指挥是以效益最大化为原则，需要科学制定计划，需要执行过程的严格管控，但目前神华集团计划制定、下达、监督实施过程中的最主要手段还是业务人员的经验操作和人为控制，面对日益复杂的调运流程和庞大的生产运营数据，要在日常生产调运指挥中实现集团效益最大化存在较大困难。

一是调运组织方式落后，缺乏科学技术手段。神华一体化调运组织业务流程相对粗放，仅以装车数量来匹配煤源供应、装车能力、运输能力、接卸能力和销售水平之间的不平衡问题。没有充分考虑成本、利润、周转时间等重要运营指标，同时缺乏科学的技术手段，不能结合客观条件的变化准确迅速地编制调运方案。

二是调运过程不透明，主观因素影响大。一体化调运组织过程复杂，涉及总部调度指挥部门、煤源供应单位、装车组织单位、运输组织单位、销售单位等十几个单位。然而调运组织过程中人为判断、凭经验决策的情况较多，调运组织效果受参与者的主观因素影响大，增加调运难度。

表1　煤炭供应及装车信息对照表

三是信息化程度不够，经营分析难度较大。调运组织涉及行业板块多，各单位信息化程度不一致，信息复杂度增加，信息整合难度大。各类生产数据的统计手段落后，生产运营分析仅停留在增量对比方面，结构优化和生产经营分析薄弱。

3　一体化调运组织方案优化

3.1一体化调运各环节能力分析

对一体化调运组织方案进行优化，首先要全面掌握一体化调运过程上游煤源供应能力、装车站装车能力，中游铁路运输能力，下游接卸能力等各环节的能力状况及各环节能力之间的对比关系。

（1）煤炭供应及装车能力分析。包神铁路管内分布着14个装车站点，神朔铁路管内分布着15个装车站点，神东煤炭集团、榆神能源公司、杭锦能源公司等7家单位在此区域供应煤源，煤炭供应及车站装车能力如表1所示：

（2）铁路运输能力分析：目前神华铁路运输能力制约点有两个：包神铁路神东口和神朔铁路神池南口。

结合神华铁路机车、车辆、行车设备、供电及车站设备状况等，经测算得出包神铁路神东站最大通过能力为80列，含25列万吨列车，合计105小列；神朔铁路神池南口最大通过能力为112列，含84列万吨列车，合计196小列。

（3）下游接卸能力分析：神华集团煤炭销售主要分为两种形式：港口下水销售和铁路沿线直达销售。一体化调运主要涉及的是神华自有的黄骅港和天津煤码头。黄骅港有翻车机13台，其中C64型和C70型翻车机5台，日卸车能力为40列；C80型翻车机8台，日卸车能力为92列。天津煤码头有翻车机4台，C64型和C70型翻车机1台，日卸车能力为8列；C80型翻车机3台，日卸车能力为24列。铁路沿线直达销售包括国铁沿线和自有铁路沿线销售，由神华销售公司负责，沿线直达销售可根据历年实际经验设为常数，大新口15列，王佐口15列，黄万线30列，朔黄沿线20列。

综上，神华一体化调运下游端日接卸总能力为219列，其中C80型列车最大接卸能力为142列，C70型和C64型列车最大接卸能力为105列。

（4）神华自有两港装船能力分析：黄骅港拥有煤炭专用泊位17个，均为万吨级以上泊位，煤炭泊位装船能力为60万吨/日，大于卸车能力。天津煤码头拥有煤炭专用泊位3个，均为万吨级以上泊位，煤炭泊位装船能力为18.2万吨/日，大于卸车能力。

（5）一体化调运各环节能力比较：神华煤炭一体化调运组织中的五个主要环节中，装车能力、运输能力、卸车能力在一定时期内能力状况相对稳定，可以直接确定三者间的大小关系。

①装车与运输：包神铁路管内各装车站能力之和为120列，考虑到区域装车能力限制，包神铁路管内装车能力为108列，大于包神铁路运输能力105列。神朔管内各装车站能力之和为107列，考虑到区域装车能力限制，神朔铁路管内装车能力为100列，包神、神朔装车能力合计207列，大于神朔铁路最大运输能力196列。

②运输与接卸：神朔铁路运输能力为196列，其中C80型列车110列，C70型列车40列，C64型列车46列，小于下游端接卸能力的219列。

③运输和销售：由于煤炭销售情况受价格影响波动较大，所以无法笼统的直接比较销售和运输能力的大小，需要结合具体时段内的销售实际情况，加以分析判断，但可以确定的是目前制约一体化调运水平的因素为运输或者销售。

3.2一体化调运指标体系建立

神华集团一体化调运的主要经营指标包括煤炭车板成本、转运成本、销售收入、综合利润、煤炭调运量等。

（1）车板成本。煤炭的车板成本是指将煤炭送到发运站列车上产生的成本，含煤炭生产成本、短途运输成本和搬运成本等。

（2）转运成本。转运成本是指煤炭从装车站运往港口所需要支付的费用。煤炭转运成本包括铁路运费、回空费、港杂费等。转运成本与铁路运费、运输距离等因素有关。

（3）销售收入。销售收入是指将煤炭所有权转到客户，收到货款或取得索取价款凭证，而认定的收入，它由煤炭销售单价和销售量决定。

（4）综合利润。利润指标是一体化调运过程中最为关注的指标，综合利润由销售收入减去车板成本和转运成本来确定，综合利润又等于路港利润和销售利润之和。

（5）煤炭调运量。对于神华煤炭一体化调运而言，每日每个装车站的煤炭实际调运量的分配决定着调运组织的结果。在煤炭调运总量确定的情况下，如何利用科学有效的方法，确定每个装车站的调运数量，编制最佳调运方案，是想实现煤炭一体化调运利润最大化的关键。

3.3一体化调运优化条件分析

（1）决策要素。一体化调运的优化实际上就是运用运输规划方法科学编制每日调运计划的问题，包含三方面决策要素：单位调运周期内煤炭调运总量、每个装车站调运煤炭数量、所编制的调运方案达到神华整体效益最优。

（2）模型类型选择。运筹学中主要的模型包括线性规划模型、整数规划模型、动态规划模型、非线性规划模型和混合规划模型等。本文采用整数规划模型解决煤炭调运优化问题。

（3）一体化调运优化模型建立。神华煤炭一体化调运业务可简述为：煤炭在内蒙古西部、陕西北部、陕西西部等区域生产或收购，在包神铁路和神朔铁路各个装车站装车，经包神铁路、神朔铁路、朔黄铁路运送到黄骅港、天津煤码头及铁路沿线直达接卸站，此问题是装车站i到卸车站j的多到多的运输线路整数规划问题。但结合当前神华煤炭调运业务实际，调度指挥部门负责一体化装车运输计划的下达和实施，销售部门（单位）根据煤炭装车运输日班计划，安排煤炭分流和具体销售工作。此问题可简化为由多个装车车站i到一个卸车车站j的多到一的整数规划问题。

①决策变量。决策变量是通过煤炭调运优化模型运输确定的变量，即优化调运方案。本文优化决策变量设为Xi，表示一个煤炭调运周期内第i个装车站的装车列数。建立优化模型之前，我们要先确定一体化调运总量，即包神铁路和神朔铁路各装车站装车总列数，它是由一体化调运各环节中最薄弱环节确定的。

当煤炭销售水平大于等于铁路运输能力时，装车总列数由铁路运输能力决定。包神铁路和神朔铁路装车总列数不大于神朔铁路运输能力，包神铁路装车列数不大于包神铁路运输能力，有：

注：A1-包神铁路装车列数，A2-神朔铁路装车列数。

当煤炭销售水平小于铁路运输能力时，下游分流数量必须按照销售数量确定，装车总列数由销售水平决定，包神铁路和神朔铁路装车总列数不大于下游总销售水平，有：

注：B-下游总分流列数，B1-大新口分流列数，B2-王佐口分流列数，B3-黄万线分流列数，B4-朔黄沿线分流列数，B5-黄骅港分流列数。

②优化指标。综合利润是一体化调运过程中最为关注的指标，同时也是模型的优化指标，一体化调运综合利润等于所有装车站煤炭调运利润之和。

注：Zt-一体化调运综合利润。

3.4约束条件

模型约束条件是根据煤炭一体化调运过程中业务需求、设备情况和能力状况等因素进行设置的，体现模型建立与调运实际紧密结合，从而更好地应用于调运组织。

约束1：一体化装车总列数小于等于销售水平限制下的下游分流总列数。

约束2：各装车站日装车数量小于等于装车能力。

约束3：每个装车站装车列数等于该站各种车型列车装车列数之和。

约束4：铁路车站区域装车数量小于等于车站作业能力。

约束5：铁路区段装车总列数小于等于该铁路最大通过能力。

约束6：铁路区段各车型列车最大通过能力限制。

约束7：装车站设备条件限制其装车车型。

当装车站i不具备某车型装车条件时，该车型在装车站i的装车列数为0。

约束8：决策变量为自然数。

注：A-装车总列数，B-下游分流总列数，Xi-装车站i的日装车数量，Li-装车站i的日装车能力，Xa-装车站i装C80型车列数，Xb-装车站i装C70型车列数，Xc-装车站i装C64型车列数，Xq-铁路车站i的区域装车数量，Lq-铁路车站i的车站作业能力，A1-包神管内装车列数，A2-神朔铁路管内装车列数，C1-包神铁路通过能力，C2-神朔铁路通过能力，Da-包神管内C80型车装车列数，Db-包神管内C70型车装车列数，Dc-包神管内C64型车装车列数，Ea-神朔管内C80型车装车列数，Eb-神朔管内C70型车装车列数，Ec-神朔管内C64型车装车列数。

3.5建立模型

集团利润最大化模型：综合考虑神华煤炭的车板成本、转运成本和销售收入等经营指标，在业务需求、设备能力等约束条件下，使得集团煤炭一体化调运利润最大化的调运优化模型，一体化调运总利润等于所有装车站调运利润之和：

s.t.约束1～约束8

注：Pi-从装车站i到黄骅港调运1吨煤炭集团获得的利润，Wi-装车站所装列车的平均载重，Xi-装车站i的装车列数。

3.6模型举例求解

在运筹学领域，整数规划模型的求解算法有很多，比如分支定界法、割平面法、匈牙利法、Excel规划求解法等，本文采用的方法为Excel规划求解法。

例：神华集团自有港口、相关社会港口以及各直达销售点库存均处于正常水平，预测某日神华煤炭销售量为150万吨，其中下水销量为80万吨，下游各交口预计销售量均大于铁路运输能力。编制当日一体化装车效益最优调运方案？

运用Excel规划求解方法对该模型进行求解得出最佳调运方案下集团可获得最大利润maxZ=6080.9万元，较人工方案利润高78万元。

调运方案为：一体化装车安排196列，其中包神管内105列，神朔管内91列。

4　结语

本文通过对神华集团实地走访调研和座谈讨论，在对神华一体化调运组织模式认真研究和深入分析的基础上，结合当前调运实际建立了易于操作的运筹学整数规划模型，实现日常调运组织方案从人工编制到计算机编制的转变。有效提升了一体化调运效率和效果。根据本文的举例求解情况，运用数学建模编制一体化调运组织方案从确定调运总量、添加约束条件、建立模型到模型求解确定最终方案用时较以往的人工编制方法节约75%，利润提高1.3%。

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