作者张毅
1 基于物联网技术的神华集团纵向一体化煤炭物流管理思路与管理框架
1.1 管理思路
面对日趋激烈的全球竞争环境，神华集团亟需利用信息技术将煤炭物流管理水平进一步提升，从生产、调运、仓储再到销售服务，各业务环节和流程环环相扣、相辅相成而又相互制约。在物流管理中，神华集团必须实时、精确地了解和掌握整个调运环节中的物流、信息流和资金流的流向和变化。
物联网技术提供了快速和准确地数据采集和输入的有效手段，能充分克服目前神华集团纵向一体化煤炭物流管理中存在的问题，从而建立敏捷而高效的管理体系。基于物联网技术的纵向一体化煤炭物流管理旨在为各相关企业提供产、运、销各个环节的信息分享和信息互动，实现煤炭物流的高度协同管理。基于物联网技术实现管控过程中各种信息的共享，涉及到产、运、销各个节点的相关数据感知与收集，这些数据均来自于各节点的物联网子系统，进一步将这些子系统的相关数据纳入统一的网络中进行监测、控制与管理，从而实现全面的信息共享。
1.2 管理框架
通过信息交互与通讯实现更为高效的管理与资源分配，煤炭生产子系统实现煤炭生产单位全面的生产和安全的集中管理；销售公司利用先进的销售管理子系统实现订单管理、采购管理以及船舶船期等业务信息化；铁路单位利用运输管理子系统实现调运计划、车辆管理以及路径规划；仓储管理子系统进一步提升港口堆场管理和PLC自动化设备控制水平。将以上4个子系统利用先进的网络、计算机和通信等信息技术集成到一起，形成物理上融’合、功能多样、网络集成、数据共享和协调管控的纵向一体化煤炭物流管理平台。基于物联网技术的神华集团纵向一体化煤炭物流管理系统框架如图1所示。
2基于物联网技术的神华集团纵向一体化煤炭物流管理系统设计
利用物联网技术实现管控过程的信息共享，其基本思路是首先给待识别物品附加电子标签，之后在物品储存或经过的关键节点安装相应的标签读写器。当附着有电子标签的待识别物品出现在读写器的读写范围内时，读写器自动以非接触的方式读取电子标签的约定识别信息，从而实现自动识别物品或自动识别物品标识信息的功能。这样，读写器就可以实现对待识别物品存储或经过的多个关键地点的实施跟踪。这个过程是自动的，无需人工参与，保证了数据采集的实时性和准确性。此外，还需要有强大的计算机网络系统支撑，以实现对所识别的数据进行处理，并实现信息共享。结合神华集团产、运、销的运营实际，从煤炭生产、调运、港口仓储以及销售4个关键子业务系统的角度分别给出具体运作模式。
2.1 生产管理子系统
神华集团煤炭板块的生产活动是企业生命的基础，贯穿于纵向一体化产业链的全过程。对于煤炭生产的管理主要包括生产计划管理和生产状态监控两个核心方面。
2. 1.1 生产管理子系统功能规划
(1)生产作业计划管理。生产作业计划管理就是管理煤炭生产日程计划、调整生产作业进程和密度等。生产作业计划管理的核心功能是编制生产作业计划，即根据销售端提供的客户订单需求信息，在订单要求完成期内，规定出生产的煤种和数量。根据生产计划制定的情况，计划和安排人力、设备、资源、工艺流程以及生产进度等。
(2)生产状态监控管理。在实际的生产过程当中，集团管理者要明确生产进度、协调不同煤炭生产单位、协同各个子系统间的生产作业计划，保证集团层面整体运行的平稳有序，实现效益最大化目标，这就必须实时掌握各煤矿生产单位的生产状况，就必须要有效地监督生产的全过程。
(3)生产信息管理。信息是生产作业计划管理和生产监控管理的支撑点，信息的采集、处理和传输是生产信息管理的核心内容，不能及时获取实时作业信息，生产计划管理和生产监控管理无从谈起。生产信息的管理事实上是对物料在生产过程中流动产生的信息管理的过程，实际生产中物料的流动、物料的数量、规格和种类的变化以及物料所处的工序位置和消耗都是按照实际生产计划来进行的。
2.1.2 生产管理子系统关键功能模块设计
(1)生产计划管理功能模块。要实现生产的信息化管理，需要先制定生产计划，然后通过先进的信息技术手段来实施计划并监督计划的完成。生产计划管理的核心就是制定生产计划，主要功能为根据库存和销售需求订单制订计划，生产管理人员发出计划指令后，即可在任何时刻监控该计划的进展状况，可实时显示当前每个工序的已完成数量、已完成百分比和操作工人等信息。通过本模块，可以了解企业过去、现在以及未来一段时间的生产计划，了解当前计划的执行情况等，为企业调配物料提供依据。
(2)工艺工序管理功能模块。工艺工序管理包括生产工艺流程管理和工序工位生产计划日程。生产工艺流程管理主要对每种产品生产工艺流程进行管理，原煤开采出来之后，根据工艺流程被送到工艺流程的开端，沿工艺流程完成加工处理，形成最后成品。工序工位生产计划日程是每个工序和工位安排生产的日程计划，根据总生产计划和日产量得出每个工序工位每天所要完成的任务量。
(3)统计查询功能模块。统计查询功能主要是为管理者和生产者提供统计数据和查询功能，产品生产数量统计对某类产品生产总数的一个定期进行统计，将为下一个定期的生产该产品提供一个可靠预测。产品生产周期统计对各个产品各个周期进行生产数量的统计，帮助企业对以后的生产有更具前瞻性的计划安排。工艺工序统计是对每个工序所生产产品总量的统计，对将来是否需要提高该工序的生产效率以及扩大规模都有可参考的数据。
(4)基本信息管理功能模块。基本信息管理模块是生产管理子系统的数据记录模块，储存了生产过程中所有必要信息。它包括了产品生产信息、产品结构信息、产品工艺流程信息以及工序工位组成等信息。
(5)电子标签管理功能模块。电子标签是生产管理系统感知生产过程中每一个物件信息的媒介，电子标签中储存了物件的具体信息。电子标签管理功能模块主要是管理储存着物品信息的电子标签，根据物品发生物流或加工处理等活动，电子标签内的信息随之更新，在经过数据识别终端读取器时，及时将更新信息传递给生产管理子系统。另外，该管理模块可以对回收以及重新再利用的电子标签内的信息进行初始化，用于下次使用。
2.2 调运管理子系统
煤炭调运管理是神华集团产业链条中的核心业务之一，是纵向一体化煤炭物流顺畅运行的纽带与桥梁，实现了煤炭资源地理上的转移。它的任务是利用自有和国有铁路网络，并根据掌握的上下游动态信息，完成从矿区装车到将货物交到用户（包括自有港口）手中的整个物流过程。
2. 2.1 调运管理子系统实现的具体目标
(1)实现纵向一体化煤炭运输作业流程标准化和统一化；
(2)提高车辆运输的效率；
(3)实现车辆合理调度，协调车辆运输作业，增加车辆之间的协作，减少车辆闲置；
(4)实现车载煤炭资源全程跟踪和车辆实时监控。
2.2.2 调运管理子系统功能规划
(1)调运计划管理。在调运环节，通过更新贴在商品上信息标签的信息，使管理员可以通过电脑 实施精确的调度优化控制，大大加快资源配置速度和提高分流过程的效率与准确率，并能减少人工和降低成本。根据各个客户的需求订单要求以及上游煤炭生产单位提报的资源信息情况，制定系统的和统一的发货计划、配车计划、装车计划以及分流计划。
(2)调运监督指挥。充分利用GIS为每一辆运输车辆制定合理、高效以及运输成本小的路线，并通过GPS实时准确地定位运输车辆，及时掌握和监控车辆和货物等信息情况。在出现突发情况和运输计划有变时及时对车辆进行调度，给车辆正确的指示和引导。调度监控系统将物联网技术应用于信息化监管，使车辆和货物能在关键环节被有效地管理和控制。
2.2.3 调运管理子系统功能框架
(1)信息收集和信息接收部分。这一部分的信息接收主要来自3个方面：一方面是调运管理子系统接收销售管理子系统传输来的客户需求；另一方面是上游煤炭生产单位提报的资源信息情况；还有一方面信息来自物联网相关技术实时传输而来的现场作业信息，如：GIS路径信息、运输车辆的在途信息、线路定点识别的作业信息、GPS全球定位得到的信息等。
(2)应用管理部分。基于物联网技术的调运管理子系统根据信息收集层和物联网信息传输网络传输来的信息进行处理，统筹制定最优的发货计划、配车计划、装车计划以及分流计划等，并对在途车辆进行实时跟踪、实施调度和路径规划。
2.2.4 调运管理子系统关键功能模块
(1)发货计划功能模块。该模块主要功能是制定和实施调运发货计划。根据各个客户要求到货时间表、自身运力情况、经济的周期性因素以及路况信息等客观原因，在确保货物能准确按时送到的原则下制定发货计划。
(2)车辆调度功能模块。该功能模块主要对运输车辆进行调度，充分发挥物联网信息共享和资源互换的原则。统筹协调配置车辆的运输任务，避免出现车辆闲置和某项任务运力不足等情况。
(3)分流计划功能模块。该模块为企业管理者和具体工作人员提供分流信息的查询功能。查询功能包括每个车辆运输的起止点、途径关键分流节点、每辆车所承担的货物品种和数量以及车辆行走路线等具体信息。
(4)路径规划功能模块。该模块充分利用GIS为每一辆运输车辆制定合理、高效和运输成本小的路线。
(5)计划优化功能模块。发货计划的制定往往只是从一部分客观因素出发，结合企业自身的运力情况和经济的周期性因素，只要求做到运输配送准确按时到达即可，但是在企业实际进行运输时，往往会考虑使用最小的成本完成运输配送任务。计划优化功能模块基于物联网的信息共享和资源共享，如果在同一地区的企业对同一运输目的地区有运输计划，可以将不同企业的运输计划进行整合，采用中间站编组成大列等形式进行统一运输，从而提高运输效率。对于某一企业对不同运输目的地区有运输计划，可以采用大列装车随后拆分分流等形式减少运输次数，降低企业的平均运输成本。
(6)计划变更功能模块。计划变更功能模块就是在管理层人员对调运计划作出变更后，计划的更新会及时向不同的管理子系统和车辆发出通知，原计划与相关信息都会得到更新。
(7)实时跟踪功能模块。该模块分为两个查询功能模块，一是面向企业管理者和一线工作人员提供在途运输车辆信息和货物信息的跟踪查询，为在途运输车辆提供当前路况信息和天气信息查询。如果运输车辆在途发生事故和意外，该功能模块也将提供最及时的抢救方法，联系最近的施救单位；二是为客户提供运输的查询功能，该功能是企业为客户开发的查询系统，架设在物联网网络服务器，客户只需登录物联网服务器便可随时跟踪自己的订单车辆，查询输运的完成情况与完成进度。
2.3 港存管理子系统
由于神华集团的最终煤种类别繁多，港口调入调出流程复杂，涉及的单位包括铁路与航运，所以港存管理是一个复杂的管理活动。在进行库存管理时借助于物联网相关技术，将会大大提高港存的管理效率与作业准确率，降低工作人员的工作强度，减少港存成本。
2. 3.1 港存管理子系统功能规划
(1)人港管理。运载煤炭车辆都贴有RFID标签，人港卸车之前，智能数据终端自动读取物品信息，港存管理系统可以自动生成人港卸车单。人港管理包括读入码单、制定翻车计方案以及垛位堆存作业流程等。在制定堆存流程时，系统根据销售管理子系统中的船期，优化垛位管理，方便堆取流程的安排。同时可以根据煤种资源的紧缺程度安排先后顺序人港，尤其在出现船等货的情况下，卸车后可直接经带式输送机传输装船，省去了堆取料环节，从而优化作业的先后顺序。
(2)出港管理。销售管理子系统提供到船信息，港存管理子系统自动匹配销售端的订货单，确定煤源参配方案并对其进行装船流程自动化设计，生成电子出港作业单。取料机根据作业单内容，通过PLC设备自动控制完成一系列取料和装船流程。
(3)在港管理。港存管理子系统可以实时盘点港存水平和港存结构，使盘点工作方便快捷，并为管理者提供实时查询入口。当港存资源数量和结构不满足一个生产周期内的需求时，系统会自动提示向销售管理子系统发出订货需求信息。
2.3.2 港存管理子系统功能框架
基于物联网技术的港存管理子系统协同调运管理子系统和销售管理子系统发出的信息，对港口内各种作业进行全面的实时监控和自动化控制，对港存煤种和结构等信息做到随时和准确掌握。此后，每次命令执行完毕，资源在系统中的信息也会相应做出改变。
(1)数据储存层。数据储存层主要储存和收集港口有关的各种数据，主要包括煤种目录、资源人港数据、各煤种港存结构以及垛位编号等。
(2)信息收集层。信息收集层主要利用物联网中信息识别技术收集信息，通过信息智能识别终端识别港内资源进出港动态、盘点港存以及监测高温异常等信息。
(3)应用作业层。应用作业层对传感层获取的信息进行处理、协调、组织和调控一系列作业环节的物流活动，应用层主要完成垛位管理、资源信息管理、出入港管理、港存资源统计分析以及港存异常监控报警等作业功能。
2.3.3 港存管理子系统关键功能模块
(1)人港管理功能模块。该模块主要功能是制定和安排进港车辆的卸车作业计划，对每一时段进港的车辆进行翻车机车型匹配和时间协调。对于待卸车，该模块会显示待卸车车型、煤种、数量和对应翻车机号等信息。对于要一次性进行多个待卸车多煤种卸车的作业活动，会自动制定最合理的翻车机利用方案和卸车方案。
(2)出港管理功能模块。该模块主要功能是制定和实施出港资源的装船计划，对于每一时段需要装船的订单需求，出港管理功能模块会根据煤种、数量、配煤需求、垛位号以及船舶停靠泊位等统筹考虑，制定出港口装船作业流程单。
(3)垛位分配功能模块。该模块的主要功能是
为进港资源合理分配垛位，对进港的煤炭资源，根
据现有港存情况、储存要求和装船时间等信息，将
其安排在合适的垛位，做到产品储存完好、方便堆
取以及垛位高效合理使用。
(4)堆取料功能模块。该模块主要是根据卸车和装船计划、用户订单要求以及垛位分配情况制定最合理和最优化的堆取料流程方案．并自动控制堆取料机进行作业，保证堆取工作的高效和高质量完成。对于要一次性进行多种和多类取料的流程活动，该模块会自动制定最合理的港内传输流程方案。
(5)进出港验收功能模块。车辆到港时，通过安装在港前站的电子标签，读取器对进港资源的信息进行读取后上传至港存管理子系统。该模块的功能是让管理者和工作人员利用上传信息再次确认进港资源种类、数量和来源等基本信息。资源出港时经过电子标签读取器，出港资源的信息被读取后上传至港存管理子系统。该模块的功能是让管理者和工作人员通过上传信息再次确认装船资源种类和数量等基本信息，识别与销售订单需求的一致性。
2.4 销售管理子系统
基于物联网技术的销售管理子系统通过网络技术、数据库技术和信息传输技术，将客户的需求信息与集团自身生产运营信息全面和综合地联系起来，实现信息高度集中，确保信息快速共享，从而大大地提高工作效率。
2. 4.1 销售管理子系统的优势
(1)实现企业与客户的双赢。该子系统涉及到每个需求信息以及每个订单需求的完成进度，既能让企业实现订单管理，又能让每个客户了解产品从订单到完成的整个流程，这样既有利于企业自身管理，也可以得到客户的了解和信任。
(2)促进维护销售市场的稳定。用户可以根据自己的需求直接进入基于物联网技术的服务平台进行订货，减少采购成本，降低受外部环境的影响．有利于形成良好的销售市场环境。
(3)帮助决策层制定正确的营销策略。建立销售管理子系统后，有利于集团决策层集中获取销售市场的前沿动态信息，洞察每一种产品的量、价、利关系走势，为制定正确的营销策略提供数据支持。
(4)促进生产产品的结构调整。在实时掌握市场产品需求信息和客户需求变化的基础上，让需求信息指导和引导上游生产运营活动，从而更好地进行产品的结构调整。
2.4.2 港存管理子系统功能规划
随着电子商务活动成为主流商业活动，这样新型的交易方式将企业和客户之间地域的限制消除，客户可以方便地完成繁琐的商务活动，同时使企业对客户的服务质量大大提高。这其中最直接的就是通过电子商务完成订单的签约和支付，这不仅仅降低了双方进行磋商、谈判和交易的成本，也容易高效地达成一致。同时，订单进入企业的物联网管理系统中，企业可以将自己的内部相关信息分享给客户，让双方都对订单的完成情况与进度实时地监控。另外销售管理子系统易于完成订单需求全过程的协调、控制和管理，实现从下单到最终客户收货的所有中间过程的服务。
(1)企业接受客户订单需求。客户通过登录物联网网络服务器，向销售管理部门发出订单需求，销售管理子系统确定客户产品需求种类和数量，联系港存管理子系统，根据现有港存判断是否存货满足订单要求。如果港存满足订单要求，通过港存管理子系统协调安排在合适时机装船出港。
(2)企业向上游单位发出订购需求。企业接受订单需求后，销售管理子系统对订单进行录入和处理，协同生产管理子系统和运输管理子系统，上游相关单位收到订单需求通知后，安排生产和运输，在规定时间内调入港口，或自行采购组织煤源再经过铁路运输进港。
(3)企业向下游用户落实船舶船期。满足企业订单需求信息后，安排自有船队或协调用户自有船舶船期，并结合煤炭调运和港存等情况，将船舶船期和进出港时间顺序等内容以合同的形式进行落实，并提报给港存管理子系统，以方便进一步安排装船等作业。
2.4.3 销售管理子系统关键功能模块
(1)订单管理功能模块。订单管理功能模块主要包括客户订单管理、采购订单管理和船舶订单。客户订单管理为客户提供订单制定与订单支付的服务；采购订单管理主要管理企业外购煤采购订单，销售管理部门根据自身资源的生产情况和市场需求，汇总资源短缺情况信息，集中所需采购的煤种和所需数量，向供应商集中进行采购，从而达到采购成本最小和效率最高。船舶订单是为了满足客户订单需求而进行的自有和公共船舶船期的安排。
(2)订单变更响应功能模块。订单变更功能模块是对订单的更改、更新或撤销进行管理。在市场竞争日趋激烈的环境下，产品价格变动频繁，资源种类日趋多样，也许仅仅几个月的订货期，原来畅销煤种已经处在市场滞销阶段。为了提高自身竞争力与服务水平，对于客户订单需求的要求做到及时快速地响应，提升自我市场竞争能力，这也是争取客户信任与建立长期合作关系的良好方法。订单变更后，信息的变更将通过基于物联网技术的销售管理子系统迅速传递给其他子系统，达到最快速的信息共享与相关作业安排的调整。
(3)订单查询统计功能模块。每个订单需求中都包含了客户需求产品种类、数量、交货时间以及交货方式等具体信息，也包含了资源的生产、运输和销售等各环节的成本与价格指标，这为企业管理者提供全面实时的数据信息，为集团经营调度分析工作提供数据支撑，有助于企业绩效管理水平和经营决策水平的提升。
3 结语
从神华集团的产业链来看，从煤炭的生产到调运、仓储以及销售等各个环节都具备与物联网技术相结合的可能。在未来的实践中，从煤炭的生产到销售，商品在整个供应链中的分布情况以都完全可以实时、准确地反映在企业的信息系统中，不仅使得企业乃至整个供应链中其他相关单位能够在最短的时间内对复杂多变的市场做出快速的反应，提高集团对市场变化的适应能力，而且增加了企业管控的可视性，使得企业的整个生产运行变成一个完全透明的体系。
4摘 要 针对神华集团纵向一体化运营发展的典型模式，提出了神华集团纵向一体化煤炭物流管理的思路和框架．剖析了神华集团煤炭物流业务模式，基于物联网的应用特点，将煤炭生产、调运、仓储和销售这4个关键子业务环节与物联网技术紧密结合，深入阐述了纵向一体化煤炭物流管理系统的具体设计方案。
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