黄骅港作为我国“北煤南运”“西煤东运”的重要下水港，近年来发展迅速，年吞吐量呈长线上升态势，已成为我国战略性能源大港，是我国煤炭运输体系的重要节点。同时，作为神华煤炭供应链上的重要一环，黄骅港的生产作业水平直接影响整个供应链系统绩效。随着需求的加大，港口生产各环节从生产资源到管理策略都受到越来越多的关注和考验。黄骅港是典型的配煤生产港口，生产作业环节众多、流程复杂，且港口生产的输入端原材料受铁路运输限制，输出端受运销计划影响，港口生产运营绩效不应再依赖于传统的套用公式的计算方法，而需要在充分分析内外影响因素的前提下，从全局的角度对各生产要素及要素的配置做出客观的评价。本研究对黄骅港在生产要素的配置和生产模式的选择都有一定的指导意义，并有向全链条推广的价值。
本文从实际生产需求和流程出发，深入挖掘各个因素间的关联性，量化其影响程度，并从生产全局出发，对生产调度方案、生产运行效果做出科学评价，形成相应的生产评价体系。
2.黄骅港生产运行现状分析
黄骅港配煤码头主要由卸车线、堆场、堆取料线、装船线和泊位等组成，如图1所示。
图1 配煤码头的基本组成
在黄骅港典型的生产场景中主要包括翻、堆、取、装四个环节，且主要为翻堆、取装两种生产模式。翻堆生产模式：火车—翻车机—皮带机—取料机—堆场或者火车—翻车机—皮带机—筒仓；取装生产模式：堆场—取料机—皮带机—装船机—船舶或者筒仓—皮带机—装船机—船舶，如图2所示。
图2 黄骅港煤炭码头生产过程
2.1卸车作业
运销部门根据业务需要输入铁路进车单信息，卸车指导员根据铁路进车单信息制作卸车计划，然后中控再根据卸车计划制作卸车指令，并控制卸车流程作业，同时实时采集煤炭量等相关信息，库场员做好入库记录。
2.2堆场作业
堆场是平衡港口供应链供需落差，应对市场不确定的重要缓冲。煤种的摆布、垛位数量与大小、高温以及是否清垛等因素都直接影响着生产。堆场作业环节包括堆、取两个环节，要制定完整的堆存策略，保障火车接卸能力，同时保障装船作业的顺利进行。
2.3装船环节
中控调度员根据当天生产计划，根据流程、堆存、煤种等相关信息，制定当班装船作业计划，然后再根据作业计划制作装船指令，并控制流程的启停，同时要实时掌握装船量等相关信息。装船作业和卸车作业一样，也是一个复杂的作业流程，受众多的因素和条件影响，如船舶到港时间、装船机完好率、装船效率、天气等因素、装船指导员和装船操作员的经验等。这些都是装船作业系统的组成部分，在这些问题综合作用下就形成了装船作业系统的复杂性和独特性。
3.黄骅港生产系统的组成要素与影响因素
3.1卸车作业环节
卸车作业需要对翻车机、皮带机、堆料机和垛位资源进行分配和调度。影响卸车作业效率的因素除了相关设备的作业效率和作业调度指令外，火车到港的准点率和所拉货种与量信息的准确率、设备突发故障、堆场垛位的布置、堆垛的攒、清垛和洒水等环节也会对卸车作业的整体完成效率产生影响。
3.2堆场作业环节
黄骅港根据现有原煤的种类和进港频率、数量等将对场空间分为若干长度的垛位，在一定时间范围内垛位的大小和其上堆存的煤种不会发生变化。火车卸车和配煤装船作业都要从指定的垛位集合中选取相应的卸料和取料垛位完成作业。但随着生产的连续进行，垛位的大小和堆存煤种也会根据实际需求进行调整。黄骅港堆场虽然受自然条件限制空间不大，但周转效率很高，近年来完成的智能无人堆场系统建设更是为堆场的智慧高效管理提供了良好的条件。堆场的作业效率除了受设备固有的装卸效率和不可控的设备故障、天气等因素影响之外，很大程度上取决于卸车和配煤作业的协同情况，需要依据具体生产场景进行分析。
3.3装船作业环节
与卸车作业和堆场作业相比，装船作业流程最复杂，受不确定因素影响也最多。与装船作业相关的设备和设施主要有取料机、装船机、泊位以及传输连接的皮带等。装船环节除了受设备的作业效率影响外，还受库存不足、船型与分舱策略、维护维修、海浪天气等诸多因素影响，因此对装船作业效率的评价一定要根据作业的实际情况，从货方、港方、船方以及外部条件等多方面因素综合考虑。
4.黄骅港生产效率评价指标
4.1单机设备作业指标
黄骅港生产系统中的翻车机、堆/取料机、装船机、皮带机等主要的生产设备受工艺的限制有其自身的作业效率。但在实际生产中，受调度计划、设备故障、安全等因素的影响，单独的设备的运行效率和时间往往达不到设计工作时效，对单机设备作业情况进行分析有助于发现设备瓶颈、比较调度合理性以及进行故障、能耗关联分析等。在该部分中应关注的指标有：
（1）规划期内单机连续作业时长与作业量。
（2）规划期内单机停滞时长。
（3）规划期内单机能耗与完成任务比。
（4）规划期内单机启停次数。
（5）规划期内单机故障率。
4.2流程作业指标
火车卸车和配煤装船在绝大部分情况下要通过装卸设备和传送设备的连接组合来完成。翻堆流程包括翻车机—皮带机—堆料机的流程组合，而取装流程则包括取料机—皮带机—装船机的流程组合。不同的流程组合带来的作业效率也不同，通过对流程作业效率指标的跟踪，有利于制定更贴近实际的系统参数，并洞察现有生产模式和调度策略的利弊。该部分指标主要包括：
（1）规划期内卸车/装船流程最大/小作业量/效率。
（2）设备中断对流程效率的影响。
（3）规划期内不同流程间切换的频率与时长。
4.3卸车作业指标
从铁路运营方角度看，希望火车在港区外排队等待的时间和卸车时间尽可能缩短；但从港口方来看，如果只是按就近、就快原则为到港车辆安排垛位和设备卸车可能会导致后续环节拥堵和货船衔接不上。因此，在卸车环节，不但要跟踪单车卸车时长等指标，还应考虑规划期内与其他环节指标相结合的综合指标，包括：
（1）规划期内卸车量。
（2）规划期内最大/最小/平均卸车时长。
（3）规划期内火车平均等待时长。
4.4装船作业指标
装船环节要在运销签订的合同基础上优先满足排队靠前的船舶需求，另外，由于船舶稳定性要求，装船作业的作业效率除了受取料、装船等设备作业效率影响外，很大程度上还取决于配煤所需原材料的分配和调度策略，在这一环节除考虑单船作业时长外，还应关注：
（1）规划期内到港船只整体离泊时间。
（2）规划期内到港船只最晚离泊时间。
（3）规划期内到港船只实际离港时间与计划离港时间差。
（4）规划期内锚地船只平均等待时长。
4.5系统通过量指标
虽然在黄骅港生产系统运行的不同阶段、不同部门有不同的诉求，但从整体上或者供应链范围来看，最终目标还是要将供给和需求最大程度地协同起来，最大化系统绩效。因此，规划期内系统的通过能力无疑是一个重要的指标。对该指标的跟踪也有助于识别系统瓶颈，提高供与销的协同程度，使港口作业峰谷更平缓。
5.黄骅港生产效率评价方法
以往的研究虽然围绕煤炭港口生产效率评价提出了一些指标和评价的方法，但这些指标往往过于简单，而基于诸如DEA或者层次分析的方法也只能从大面上对港口的竞争力做一些综合的比较，对港口生产实际的资源管理和配置并没有太多的指导。考虑到黄骅港生产系统的复杂性、多样性以及与外部诸多因素的关联性，其生产效率评价应建立在完整的生产场景之上通过量化的方法进行。
5.1基于卸车—堆存—装船一体化数学模型的评价
黄骅港生产场景中卸车作业和装船作业存在对堆场资源的争夺情况：对同一垛位而言，堆料环节（卸车）和取料环节（装船）是不能同时进行的。并且，卸车作业对卸料垛位的选取影响着装船环节对所需货种的可取性；同样装船环节取料之后才能为卸车腾出更充裕的堆场空间。因此，卸车和堆料作业应放在一起，通过基于数学模型的量化的方法进行评价。
5.2多时间粒度下的评价指标
由于时间亦是黄骅港生产运行系统的一个重要维度，在不同的作用时间内（小时、天、周、月、年等）产生的决策是相互影响的，而这种影响又不是简单的线性叠加的关系：有时为了取得长周期内的最优结果，在相对较短的周期反而要进行次优策略的选取。因此，根据管理的需求在不同的时间范围内对系统生产各项指标进行计算和比较也是监测系统运行效率的一个重要方法。
5.3基于不同中断条件下的生产效率指标评价
外部环境、供需变化以及设备设施故障等不确定因素对系统运行产生的影响是众所周知的。因此，对系统运行效率的评价还应对这些影响因素进行监测和记录，将各影响因素以最大/最小/平均或满足某种变化曲线的形式量化地引入指标计算，从而更真实和公正地对系统设备设施、维护、生产、调度等一系列港口管理者关心的系统能力进行监测和分析。
作者：刘华实（作者单位：神华黄骅港务公司）
本文刊发于《中国高新科技》杂志2020年第21期
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