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考虑供需风险的煤炭供应链优化研究

作者:admin1 日期:2022-01-02 18:08:14 点击:173

摘 要:近年来,随着中国经济的发展和供给侧改革如火如荼地实施,许多产业将面 临多方面的考验,尤其是传统工业,既要降低供给成本、优化产业结构,又要在 大时代背景下谋取利益,获得发展,这种环境下,新一代格局逐渐形成,并对各 个产业提出更高的要求。物流业和煤炭业也日趋向绿色化、清洁化方向发展,煤 炭供应链引起了学者们的注意。根据以前的研究,结合时代热点,分析目前煤炭 供应链所面临的环境,分析环境并识别供需风险,对供需风险进行全面评估,进 而搭建模型计算煤炭调配量,对煤炭供应链进行优化,能够对现况有所缓解,对 解决目前问题提供新的思路。

本文首先介绍了近几年的大背景:中国经济发展迅猛,煤炭业面临改革问题, 然后总结概括了先前学者的研究,涉及到供应链风险管理、煤炭供应链、煤炭供 应链优化等。其次,在精确到煤炭供应链管理问题上,本文分别从风险管理、煤 炭供应链特征、供需风险、多目标规划模型以及粒子群算法进行大致描述,以便 后续搭建指标体系和数学模型。再次,本文着手分析了煤炭运输现状,了解煤炭 供应链基本特征和组成部分,结合实例和背景分析目前尚存的问题,将传统布局 和新时代背景结合去分析,更符合煤炭供应链的特点。然后搭建煤炭供应链供需 风险指标体系,分为3个维度,从供应链5个组成部分入手,在其下细致搜索出 34个二级指标,后面在爛值法和层次分析法下用实际数据进行客观打分评估, 找到影响供应链供需的关键因素。建立数学模型,将供需风险因素引入方程,或 作为约束条件,或加入模型中进行运算。该模型旨在最大限度地提高供应链的整 体利益和客户满意度,利用多目标粒子群算法求解,并对考虑与不考虑供需风险 两种条件下的结果进行比较。最后结果显示,考虑供需风险下的供应链整体效益 优于不考虑的情况,为煤炭供应链合理优化提供有效的借鉴。

本文充分考虑了煤炭供应链会面临的供需风险因素,供需风险评估指标体系 搭建较为全面,评估过程较为客观。数学模型中重点考虑供需不均衡的情况,也 将碳税等绿色物流概念引入,客户满意度和供应链收益作为函数目标求共同最大 化,以上也是本文的立异点所在。创作目的是希望能使优化模型更符合现实情况, 如何将供需因素量化并引入模型,为此提供一个继续思考的方向,也通过模型和 实际数据表明了可行性,对现实问题的解决提供相关的建议。

关键词:煤炭供应链;供需风险;风险评估;多目标规划;多目标粒子群

Abstract

In recent years, with the development of China's economy and reform in full swing to the implementation of the supply side, many industry will face the test of many sided, especially traditional industries, both to reduce the supply cost, optimizing the industrial structure, but also to benefit under the big background, development, this kind of environment, gradually formed a new generation of pattern, and puts forward higher requirements for various industries. Logistics industry and coal industry are also increasingly green, clean direction of development, coal supply chain has attracted the attention of scholars. Hot, according to previous research, the paper analyzed the cuiTent coal supply chain environment faced by the analysis of the environment and to identify risk of supply and demand, the comprehensive assessment on the risk of supply and demand, and then build model calculation of coal blending quantity, optimize the coal supply chain, ease to current conditions, providing a new method to solve the problem.

This paper began to introduce the background of recent years: China's rapid economic development, the coal industry is facing reform problems, and then summarized the previous scholars' research, involving supply chain risk management, coal supply chain, coal supply chain optimization, etc. Secondly, in terms of the precision of coal supply chain management, this paper describes roughly the risk management, coal supply chain characteristics, supply and demand risks, multi­objective programming model and particle swarm optimization algorithm, so as to build the index system and mathematical model in the future. Then, this paper began to analyze the status quo of coal transportation, understand the basic characteristics and components of the coal supply chain, combined with examples and background analysis of the existing problems, the traditional layout and the background of the new era combined to analyze, more in line with the characteristics of the coal supply chain. Then, the supply and demand risk index system of the coal supply chain is built, divided into three dimensions, starting from the five components of the supply chain, 34 secondary indicators are carefully searched under them, and then the key factors affecting supply and demand of the supply chain are found by objectively scoring and evaluating with actual data under the entropy method and analytic hierarchy process. A mathematical model is established, and supply and demand risk factors are introduced into the equation, or taken as constraint conditions, or added into the model for operation. The model is designed to maximize the overall benefit and customer satisfaction of supply chain, and is solved by multi-objective pailicle swarm optimization algorithm. The results are compared with those without considering supply and demand risks. Finally, the results show that the overall benefit of the supply chain with supply and demand risks considered is better than that without consideration, which provides an effective reference for the rational optimization of the coal supply chain.

In this paper, the supply and demand risk factors that coal supply chain will face are fully considered, and the supply and demand risk assessment index system is set up comprehensively, and the assessment process is objective. In the mathematical model, the imbalance between supply and demand is mainly considered, and the concept of green logistics such as carbon tax is also introduced. Customer satisfaction and supply chain revenue are taken as function objectives to seek common maximization. The above is also the differentiation of this article. The purpose of creation is to make the optimization model more in line with the reality, to provide a direction for further thinking on how to quantify supply and demand factors and introduce them into the model, to demonstrate the feasibility through the model and actual data, and to provide relevant suggestions for solving realistic problems.

Keywords: Coal supply chain; Supply and demand risk; Risk assessment; Multi­objective programming; MOPSO

目录

摘 要................................................... I

Abstract.................................................................................................. II

第1章绪论.............................................. 1

1.1选题背景和意义...................................................... 1

1.1.1研究背景........................................................ 1

1.1.2研究意义........................................................ 2

1.2国内外研究现状...................................................... .4

1.2.1供应链风险管理研究现状........................................... 4

1.2.2煤炭供应链管理研究现状........................................... 5

1.2.3煤炭供应链物流优化研究现状........................................ 6

1.3论文主要研究内容.................................................... 7

1.4论文主要仓I」新点................................................... 7

第2章煤炭供应链管理相关理论及模型淞..................... 9

2.1风险管理与流程...................................................... 9

2.1.1风险管理........................................................ 9

2.1.2风险管理流程..................................................... 9

2.2煤炭供应链特征..................................................... 10

2.2.1供应链......................................................... 10

2.2.2煤炭供应链..................................................... 11

2.3煤炭供应链风险..................................................... 12

2.3.1供应链风险管理.................................................. 12

2.3.2供应链风险管理流程.............................................. 12

2.3.3煤炭供应链供需风险.............................................. 13

2.4煤炭供应链管理模型与方法............................................ 13

2.4.1多目标数学规划模型.............................................. 13

2.4.2多目标粒子群算法................................................ 14

2.5本章小结........................................................... 15

第3章煤炭供应现状及参与主体供需风险分析................ 16

3.1煤炭供应链发展现状分析.............................................. 16

3.1.1中国煤炭供应概述................................................ 16

3.1.2煤炭供应链的特点................................................ 16

3.1.3煤炭供应链存在的问题分析........................................ 17

3.1.4煤炭供应链参与主体分析.......................................... 18

3.2煤炭供应链参与主体供需风险分析....................................... 18

3.2.1煤炭企业供需风险因素分析........................................ 19

3.2.2储配中心供需风险因素分析........................................ 21

3.2.3交通运输供需风险因素分析........................................ 22

3.2.4消费者供需风险因素分析.......................................... 24

3.2.5外部环境供需风险因素分析........................................ 25

3.3煤炭供应链参与主体供需风险评估指标体系构建........................... 27

3.4煤炭供应链参与主体供需风险评估....................................... 28

3.4.1风险评估方法.................................................... 28

3.4.2风险评估分析.................................................... 34

3.5本章小结........................................................... 41

第4章 煤炭供应链多目标供需风险优化研究................. 42

4.1煤炭供应链供需风险决策问题.......................................... 42

4.2煤炭供应链供需风险优化模型研究....................................... 45

4.2.1模型假设....................................................... 45

4.2.2风险决策目标.................................................... 45

4.2.3风险决策约束.................................................... 48

4.3供需风险优化研究.................................................... 48

4.3.1多目标风险决策模型求解算法....................................... 48

4.3.2多目标风险决策模型求解流程....................................... 48

4.3.3参数设定....................................................... 49

4.3.4多目标风险决策模型优化前求解..................................... 52

4.3.5多目标风险决策模型优化后求解..................................... 53

4.3.6优化结果分析.................................................... 55

4.4风险规避建议....................................................... 57

4.5本章小结........................................................... 58

第5章 研究成果与结论.................................. 59

参考文献............................................... 60

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果.................... 67

致谢.................................................   68

第1章绪论

1.1选题背景和意义

1.1.1研究背景

近年来,中国经济快速增长,经济规模在不断扩大,而中国经济的快速发展 在很大程度上依赖于能源的充沛供给。作为主要能源之一,煤炭的供给与需求状 况一直是国家有关部门和企业单位关注的重点。最近几年,中国政府不断地推进 国内能源结构调整与大气治理力度。中国共产党第十九届中央委员会第四次全体 会议指出,必须全面落实新的发展理念,以供给侧结构性改革为主线,加快建设 现代经济体系。2014年6月7 0,国务院办公厅出版了《能源发展战略行动计 划(2014-2020年)》,《行动计划》指明,能源是现代化的基础和动力,能源的安 全供应关系到我国整个现代化进程⑴。中国政府着力推动煤炭供应链去产能任务, 近年来供给方产能过剩问题相对缓解,落后产能得到淘汰,煤炭供应链整体供给 质量得到一定程度的提高。截止至2020年底,中国煤炭供应链供应方累计推出 煤矿5500处左右,淘汰落后煤炭产能10亿吨多。

当前,世界政治经济格局正在调整,能源供需关系发生深刻变化。遵循“节 约、清洁、安全”的战略方针,实施节约优先、以国家为中心、绿色、减排、创 新、加快建设现代、清洁、高效、安全、可持续能源体系的四项战略[%习近平 总书记指出,要落实“科学、绿色、低碳”能源战略,坚决推进能源消费、能源供 应、能源技术和能源体系的“革命”卩】。与此同时,大气治理问题也对煤炭供应链 施予了不小压力,保护生态环境是企业应尽的社会责任,因此面对政策和市场的 变动要做足够的准备。煤炭生产与消耗的过程涉及多个环节,围绕煤炭的开采、 加工、运输、调配、消费等环节,煤炭供应链的概念因此而生,且其重要性愈加 明显。因为煤炭供应链的正常运作对中国能源安全具有显著的意义,所以为了保 证煤炭的正常供给,需要大力重视煤炭供应链。

中国煤炭供应链的供应商主要分布在中部和西部,煤炭主要供应区域为陕西 省、山西省、内蒙古自治区等西北地区,而煤炭的需求方却分布于中国的东南沿 海地区。不难发现,中国的煤炭资源供应与中国煤炭消费市场之间呈现出逆向分 布趋势,中国煤炭供应链供给两方于空间层面存在显著的不平衡性,这在一定程 度上使得中国煤炭自供应领域至需求领域的流通过程中呈现出以“北煤南运”、 “西煤东调”为表现形式,以铁路-水路联合为运输方式的特殊供应链格局。随着这 一特殊运输模式的运用,中国现有的煤炭交易渐趋形成了以煤炭资源为交易重点, 涵盖了煤炭供应商、陆上运输企业(铁路运输、公路运输)、水上运输企业(运 输船制造商、船只代理企业)、港口企业(下水港、上水港),以及需求企业(钢 铁厂、化工厂、发电厂、煤炭进出口贸易企业)在内的庞大复杂的供应链结构, 呈现出包含多个节点、多个行业、多个部门的供应链网络,其中节点与节点之间 的联系极其繁杂。此外,煤炭供应链中的多个行业也呈现出了高度敏感性特征, 影响因素较多,受政策、市场环境的影响相对较大。此外,由于我国煤炭供应链 各节点的部门多样性大,协调和一体化操作较为困难,这就导致整个供应链的不 确定性和波动性很大。这在一定程度上进一步加剧了煤炭供应链的供需风险。当 煤炭供应超过需求时,产能过剩导致煤炭流入港口,资源闲置,库存成本上升, 供应链效率低下;当供应低于需求时,煤炭价格上涨,供应链无法及时满足下游 需求,客户满意度下降。

近几年中国煤炭的市场需求强度相对降低,2014年,煤炭消费开始负增长, 稳步下降⑷。但是需要指出的是,即便如此,作为世界上最大的煤炭消费国,中 国目前仍然对煤炭具有较高的消费需求。根据国家统计局公布的数据,2019年 标准煤总消耗量48.6亿吨,比上年增长3.3%。煤炭消费增长1.0%,煤炭消耗占 能源消耗总量的57.7%,比上年下降1.5个百分点⑸。而2020年全国煤炭消耗同 比增加0.6个百分点回。不仅围绕煤炭的产业链高度依赖于煤炭以外,而且电力 行业的发展同样深深依赖于大量的煤炭燃料消耗,其中发电厂对煤炭展现岀了极 高的依赖性。专家估计电力行业每年消耗约21亿吨煤炭,在一定时间内,煤炭 仍然将在中国的能源结构当中占据首位。在此基础上,煤炭供应链正处在较为复 杂的内外部环境下,国内煤炭的供需情况也面临着越来越严峻的挑战,由于煤炭 市场需求的下降所引起的产能过剩、供需失衡等问题日趋突出。

如何对国内煤炭供应链进行合理优化,保证国内煤炭的有效供应己经成为亟 待解决的问题。基于此,考虑供需匹配能够通过对煤炭供应链的分析、识别、优 化和调度,获得合适的匹配方案,这样既满足了下游客户端的需求,释放了供应 能力,又提高了关键节点的运作效率,降低了供应链成本,同时提高了供应链整 体绩效,供应链企业与企业间也建立了长期稳定的合作伙伴关系【I基于上述分 析,本文重点考虑煤炭供应链的供需风险,对煤炭供应链供需风险进行分析,对 煤炭供应链进行优化和风险决策,试图解决关于现存的供需风险如何有效处理的 问题,此类研究对稳定供应链各节点间的关系,减少因追求自身利益而产生的非 协调行为,提高供应链运行效率,提升供应链整体竞争力都具有重大帮助。

1.1.2研究意义

供给侧结构性改革以来,煤炭供应链面临着巨大压力,上游煤炭企业根据订 单发出规定数量和质量的煤,煤炭供应链下游则根据以往经验和市场行情预测用 电量以及煤炭需求量。在整条供应链中,原煤产地与发电厂跨越地理距离较远, 预测精准度不高,提供信息不全面不及时,运煤途中的突发状况等等都会对整条 供应链的供需情况产生很大影响。发电厂及时收到煤炭进行发电,电量充足是现 代社会正常运转的重要保障,煤炭的供应直接影响发电厂的发电量和后端的输配 电以及用电的单位和居民,所以保证煤炭供应的稳定安全是重中之重。近年来, 发电厂设备的更新换代,智能电网的高速发展,交通设施的普及和完善都对煤炭 供应提出更高的要求。由此本文提出对煤炭供应链风险进行评价分析,以及在考 虑供需不平衡风险因素下对供应链进行优化,具有以下的研究意义:

一方面从理论意义上讲:在供给侧改革背景下,论文拟对煤炭供应链整体进 行供需风险评估,充分考虑每个环节可能遇到的供需风险因素并进行具体评价分 析,在这个基础上构建供需不平衡下以顾客满意度最大,煤炭企业效益最大的多 目标模型,通过实例分析验证模型的有效性,并据此提出优化方法。在案例计算 中,釆用多目标粒子群算法进行求解,对数据结果进行详细分析,从而探究出一 种能够平衡顾客满意度和企业收益的办法。研究内容涉及到供应链风险评估方法 和供需风险因素引入到数学模型建立中的具体操作,同时还考虑到煤炭质量对顾 客满意度的影响以及企业的盈利性。

另一方面从现实意义上讲:煤炭是大宗商品,煤炭的及时供应对电厂进一步 发电有着重要意义,煤炭供应链有不同于其他供应链的特征,对此进行风险评价 可以结合煤炭供应链的特点进行有针对地分析。整条供应链是订单驱动型,所以 电厂对用户需求进行预测后向煤炭企业发订单,保证用户用电需求,煤炭企业根 据订单及时对煤炭进行调度,保证电厂用煤的需求。其中,煤炭的物流调度是整 条供应链中最重要的一环,本研究着重考虑煤炭的物流优化问题,在分析整条供 应链供需风险基础上,从物流角度再进一步考虑如何进行优化的问题,将供需风 险因素考虑进物流运输优化问题,最后结合案例分析提出相应建议,对现实生活 来说亦有参考价值。

论文结合热点,在供给侧结构性改革大背景下,首先详细分析了目前煤炭供 应链的现状和供需风险情况,把目前煤炭供应链所遇到的困难详细列举并分析原 因,然后搭建合理的风险指标体系对影响供应链供需风险的指标进行评价分析, 得到影响重大的因素指标,再根据风险评估的结果有针对性地构建多目标数学规 划模型,从而进一步优化煤炭供应链物流调度问题,其次利用实际数据进行演算, 最终对目前的煤炭供应链供需风险问题提出有参考依据的改进建议。 

1.2国内外研究现状

1.2.1供应链风险管理研究现状

由于煤炭供应链风险对国家整体能源供应影响重大,所以煤炭供应链风险研 究是中国学者们研究的热点之一。关于风险测度评估方面,杨洋,刘旭和浮豪豪 从资源限制出发划分区域,分析了能源进入渠道和能源费用,搭建了区域能源供 应链弹性测度体系,基于贝叶斯后验概率构建了区域能源供应链弹性测度模型, 并以北京市相关数据进行了算例分析[叭谭忠富和刘平阔利用价值驱动树方法分 析了风险源的传递关系,建立了中国煤炭能源供应链指标体系,通过社会问卷收 集样本,进行主成分分析,建立结构方程模型〔刃。Hongxia Li, Yixin Huang,和 Shuicheng Tian探讨了煤炭企业经营过程中风险发生的不确定性所带来的问题, 确定和分类了各种风险的因素,总结出施工过程中涉及的11类风险和39个风险 因素,包括自然、文化、宗教、营销和外包等相关的风险【0。

需求的不确定性增大了供应链风险,所以需要对需求端进行合理评估。李晓 利和王泽江选择和改进灰色系统和神经网络的组合模型,建立煤炭物流需求预测 系统,利用2000-2012年期间的统计信息,利用改进后的灰色神经网络预测模型 进行检验〔"I。张洪潮等依据波动理论,利用趋势回归方程拟合年度尺度的中国煤 炭消费需求整体变化趋势,并通过BP滤波对1953-2012年的煤炭消费需求波 动曲线的变化特征做了进一步分析,再利用季节调整手段对2008年1月至2013 年5月的煤炭消费需求数据进行分析,进而利用回归方法,结合波动变化规律曲 线,对引起中国煤炭消费需求波动的关键因素进行具体分析问。能源产业中,供 给侧改革与绿色环保对能源供应链影响较大,所以学者们在相关的产业政策和环 境因素上进行供应链风险的研究。吴楠分析了 2018年煤炭行业运行,发现了煤 炭产量增加,净出口量大幅下降,运输量大幅上升,煤炭的生产能力以及政策的 导向对煤炭的供需平衡的影响越来越大问。

对于供应链风险发生后的补救措施,陈红梅和杨美美以秦皇岛港煤炭供应链 为研究对象,分析在我国现行煤炭供需市场和运输环境的大背景下,牛鞭效应对 煤炭供应链的影响卩臥谭忠富和刘平阔对供应链不确定性、供应链风险和鲁棒优 化进行了全面分析,界定了供应链节点企业,建立了基于鲁棒优化的煤电能源供 应链风险管理模型[⑸。彭红军,周梅华和刘满芝分别构建两级生产与需求不确定 下煤炭均衡供应测度指标与模型、煤炭供应链利润与期望利润函数,在此基础上 运用目标规划法,综合以煤炭均衡供应和煤炭供应链期望利润为目标,建立煤炭 供应链多目标优化运作模型[⑹。

1.2.2煤炭供应链管理研究现状

煤炭供应链管理研究主要是从供应链管理角度分析煤炭供应链的现状与发 展,煤炭供应链现在面临众多问题,学者们结合大宗商品的特性对煤炭供应链进 行详细分析,并提出煤炭供应链未来发展建议。戴国宝,郝美珍等人构建了山西 省煤炭产业供给侧结构性改革绩效评价指标体系,更好地评价山西省煤炭产业供 给侧结构性改革绩效,提岀了针对性的政策建议[⑺。李恒毅和李道胜对《煤炭物 流供应链管理》一书进行评价,指明煤矿企业供应链是紧紧围绕煤矿企业,通过 控制企业生产经营资金流、信息流、物流等方式,从煤矿企业采购的运输设备方 面着手,将该部分设备应用于煤炭生产中,采取煤炭、煤层气产品或其他煤炭商 品进入市场,并借助市场营销手段转至消费者手中,煤矿企业供应链中的采煤设 备配套供应商、煤矿企业生产商、产品分销商以及市场上煤炭产品终端客户等连 成一体组成系统链[叭 Wang, J.L. Zhao, Y. X. Wei通过对煤炭供应链企业内部各 环节碳排放量的测算进行了思考,考虑公平有效原则,建立了公平偏离指标模型 1191 o张树和朱莲美分别从企业、客户和区域规划角度进行综合分析,提出了基于 层次分析法的煤炭物流节点选址方法,建立了以自然因素和社会因素为主要准则 的煤炭节点选址层次模型[2°】。赵请博和侯贵宾对港口煤炭供应链协同运作信息 化体系进行总体框架设计,并选择典型平台来探讨供应链协同运作信息化体系支 撑实现模式0】。

煤炭供应链也通常借助于专业技术来降低成本。蒋洋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©I廖诺等针对由一 个供应商和一个生产商组成的二级电煤供应链,分析该链上的生产、运输和消费 三个主要碳排放环节,构建碳交易政策下电煤供应链全过程碳排放的系统动力学 仿真模型[23]。

煤炭物流一直是煤炭供应链管理研究的主要内容之一,物流成本占煤炭供应 链成本的一半以上,因此,如何合理规划煤炭物流网络是主要的研究课题之一。 王小洋和李先国认为在能源革命的背景下,我国必须建立一个安全有效的现代煤 炭运输系统,促进发展高质量的煤炭铁路通道和煤炭河流通道,确保“公转铁”政 策的实施,推动我国“九纵六横”煤炭物流渠道网络建设,保障煤炭供应和运输安 全[24]。邹健康利用SWOT定量测度模型对单个选址点及疆煤物流中心候选点构 成的煤炭物流网络进行综合评价,并增加后评价内容【25]。袁旭梅和张旭考虑港口 物流能力,增加了港口加权煤炭流量的目标,以各节点的能力限制和流量平衡为 约束,建立了海运煤炭供应链网络多目标混合整数规划模型【26】。

1.2.3煤炭供应链物流优化研究现状

在煤炭供应链物流优化方面,国外学者的研究主要集中在相关理论和方法上, 目前外洋学界对煤炭供应链优化首要集中于物流层面。如Benita针对煤矿企业 的精煤管道运输问题展开了跟踪调查,Robert Miles以及Kumares Sinha提出, 在物流成本成为影响煤炭企业发展的重要因素时,应该通过增加水路运输、实行 水陆联运等方式改进区域性煤炭运输布局、形成专业化运输网络,以此来降低运 营成本、实现煤炭运输的效益最大化。Liu Henry通过运输成本的比较分析,发 现不同的运输方式的运输成本事实上不仅覆盖成本,还影响着投资者的初始收益 和成本,因此他提议将逐步实行管道运输SI。Bahar指出,为了优化煤炭产品的 公路运输,降低运输风险,可以通过组建专业的运输团队,实施gis战略,规划 最合适的路线曲。Singh和其他人研究了澳大利亚Hunter Valley煤炭供应链,创 立了覆盖煤炭供应链各环节的产能扩大和调度优化模型,并对求解算法进行了对 比;Thomas等人基于Singh的研究,思考了资源束缚下的煤炭生产计划和供应 链规划;采取碳链的Boland等人发明了一种决策支助系统,通过港口装载数据 模拟这一供应链的具体操作流程,准确了解端口上的需求的改变情况并提高整个 供应链的运作效率[29〕。

再具体到煤炭物流网络的构建,也是煤炭物流研究的重点,因为煤炭运输中, 物流网络的搭建直接影响着物流配送的成本与效率,这个研究内容也是最普遍的 优化方向。谭忠富和刘平阔全面分析了供应链的不确定性,长期的供应链优化目 标确定了供应链的节点位置,并基于煤炭供应链的优化设立了一个风险管理模型 DO〕。吉峰等人针对煤炭企业内部供应链优化的高维、非线性问题,构建了以企业 利润最大、客户满意度最高的煤炭企业内部供应链优化模型,考虑了原煤生产量、 洗选品种与数量、客户重要性、煤炭品种与规格以及数量和质量、运输方式等因 素[3匕李绍军针对传统煤炭物流数量多、规模小和整合信息能力差等问题,提出 了一种应用于煤炭物流的智能优化调度模型[32】。

与此同时,学者也看到了对煤炭供应链当中其他环节进行优化的必要性。 Osleeb JP分析证实了煤炭供应链物流系统是一个综合运输系统,受许多因素影 响,因此优化煤炭供应链的物流系统不应只通过提高运输能力、存储管理能力等, 还应通过现代化港口的业务进行改善【33]°Conradie等人研究了煤炭供应链管理中 的开采、堆叠和回收调度问题,并通过模拟退火算法对这些问题进行初步计算求 解。Feng等利用Petrinet对煤炭供应链过程进行建模,从利益最大化的角度优化 供应链结构〔珂。

由上述可知,当前研究主要考虑了供应链风险分类与判定,大部分只是定性 地分析了供应链风险,并在宏观上对煤炭供应链进行测算和模拟仿真,归因于外 部环境的多变性,在供应链优化角度上也是采用经典模型,主要对物流调度进行 优化,没有针对煤炭供应链这种特殊的供应链进行分析,也没有考虑供需风险下 如何对煤炭调度进行优化。因此本文将用历史数据对煤炭供应链进行供需风险评 估,将供需风险引入数学模型中进行优化。

1.3论文主要研究内容

本文共分成五章,主要研究内容如下:

第一章和第二章是引言和理论基础。首先,简要描述了研究的背景和重要性。 然后结合供应链领域相关文献进行总结,大致对此领域目前的研究和发展进行概 括,从中分析现有研究的不足,结尾处对本文框架和创新点进行介绍。在煤炭供 应链管理相关理论及模型方法中从风险管理、供应链概念等方面对其进行论述, 分析了煤炭供应链供需风险,并且对煤炭供应链管理模型与方法进行简要介绍, 作为本文之后进行评价和优化的基础。

第三章对煤炭供应链参与主体的供需风险因素展开了研究,对煤炭供应链参 与主体的供需风险进行筛选和识别,建立供需端参与主体的经营风险评估指标体 系,使用层次分析法对一级指标在供应链中的重要程度进行赋权,使用爛值法对 二级指标近十年数据所包含的信息量大小进行赋权。赋权后利用最新数据对现有 煤炭供应链供需端参与主体的经营风险进行评估,得到各个因素的供需风险等级, 最后对评估结果进行分析。

第四章提出了煤炭供应链多目标风险决策优化模型。介绍了目前煤炭供应链 风险决策问题,然后参考上一章得到的供需风险评估结果,构建了煤炭供应链风 险决策优化模型,并采用多目标粒子群算法对其进行初步计算,之后加入供需风 险控制约束进行第二次计算,两次计算结果进行对比分析。

第五章为成果与结论。

1.4论文主要创新点

本文创新点如下:

(一)提出了国内煤炭供应链的风险识别与评估体系。从煤炭供应链供应 侧、需求侧、供需平衡三方入手分析5个主体的供需风险因素,进行风险因素识 别与筛选,搭建供需风险评价指标体系,利用客观数据对煤炭供应链供需风险进 行评估,大大提高了评估体系的合理性和客观性。

(-)搭建考虑供需风险的多目标数学模型,以客户满意度最大和煤炭供 应链总利润最大为优化目标,平衡两者之间的关系,并以多目标粒子群算法求解。 模型设立背景考虑供应链参与主体的供需风险,将风险因素引入数学模型中,对 算例进行优化前后的对比分析。

(三)煤炭质量和绿色物流的定量分析。结合当下热点,客户满意度与煤炭 质量密切相关,本文将客户满意度分为质量、数量、时间三个影响因素,考虑更 为全面,将煤炭质量与客户满意度关联起来可以凸显煤炭企业的供应水平;而绿 色物流是企业应尽的社会责任,将碳税加入到运输成本中会让煤炭企业关注发车 次数,更有效地利用运输资源。两者体现在模型中更贴合实际情况,也能对煤炭 供应链风险问题进一步深化。

第2章煤炭供应链管理相关理论及模型方法

本文研究的内容是煤炭供应链风险和优化,在以前的国内外研究文献的基础 上,本章内容继续对煤炭供应链相关理论和优化方法进行简要阐述,包含风险管 理、煤炭供应链相关理论、煤炭供应链供需风险和多目标模型以及粒子群算法概 述四个部分。

2.1风险管理与流程

2.1.1风险管理

风险管理是一种管理过程,它指的是在具有风险的环境中使风险最小化,例 如项目或业务中ML风险管理是指通过了解、测量和分析,选择最有效的方法, 主动、有针对性和有计划地解决风险,以最低成本寻求最大安全性的管理方法【殉。 当企业面临市场、政策法规和产品竞争的不确定性时,波动性会增加,从而增加 了企业经营的风险。良好的风险管理有助于减少决策失误的可能性,避免潜在的 损失,增加供应链本身的附加值〔珂。风险管理作为一种企业的管理活动,于20 世纪50年代起源于美国。后来,随着经济、社会和科技的发展,人类开始越来 越注重风险。科学技术的进步给人类带来了巨大的利益,也给社会带来了前所未 有的风险【珂。如今,风险管理已成为企业管理中功能相对独立的管理领域,与企 业的运营和战略管理同样重要卩9]。

2.1.2风险管理流程

风险管理的基本程序包括风险识别、风险预测、风险评估、风险控制和风险 管理有效性评估〔40】。风险管理进程包含将不确定的危害转化为明确的危害。包括 下面几项:

(1)      风险识别。在项目的初始阶段和发生重大转变时进行风险评估。这些 变化通常涉及成本、时间、范围或人员的变化⑷]。系统地识别风险,采用简单的 方法识别风险——定期检查、历史数据对照、沟通了解等。经由对相关风险的详 细描述来记载已知的风险。沟通已知的风险,便于其他人理解[创。

(2)      风险分析。风险剖析过程囊括将风险描述转变成按优先级排序的风险 列表。它包括识别风险驱动因素、分析风险来源、预测风险影响以及采用风险的 概率和承担的后果对风险进行分组[4习。

(3 )风险计划。风险规划进程包含将优先级风险列表转换为风险响应设计。 制定风险应对策略。风险应答方案有多种方式:接管、防备、庇护、淘汰、钻研、 存储和转移。制定风险行动步骤。风险行动阶段详细描述了所选择的风险响应路 径,将详细描述处理风险的步骤图]。

(4)     风险跟踪。风险监测历程的举动包含监测风险状态和公布风险应答措 施。它包括以下内容:阈值和状态的比较、启动风险的及时通告、关于风险的定 期通报〔佝。

(5)     风险应对。风险应答包括施行风险行动计划,目的是将危害下降到可 接受的程度。它包括以下内容:响应触发事件,执行风险行动计划,识别和报告 行动计划的进展,纠正计划偏差【佝。

从整个供应链的角度来看,与全面质量管理类似的风险管理可称为供应链风 险管理[47]。在研究中,脆弱性因素又分为间断、蓄意打击、外部压力、资源限制、 敏感性、链接和供应商/客户间断;弹性因素分为下列要素:柔韧性、灵活性、生 产能力、效率、辨别能力、适应能力、预见能力、修复能力、配置能力、合作能 力、组织能力、市场定位、安全能力和财务健全RM。基于上述结果,本文认为供 应链风险管理框架应包括:目标是提高供应链的弹性;厘清供应链成员,构建成 员的联合管理[4刃;从头计划供应链风险管理的控制流程;改良风险管理的控制方 式和企业之间的互助模式;搭建集成供应链所有数据的信息系统a】o

2.2煤炭供应链特征

2.2.1供应链

供应链的概念可以从五个层面来解释:第一层,供应链是一种网络。链中的 每个企业共同构成了网络结构,网络作为在关联企业之间转移和流动材料、资金 和信息的工具[刊;在第二层,供应链是一个增值链。供应链中的每个企业都必须 通过特定的活动,如:加工、包装等,为供应链增加价值;第三层,物流、信息 流和资本流构成了供应链活动di。信息流在供应链的运作中起着至关重要的作 用;在第四层,供应链由相关公司组成。严格地讲,供应链是企业形成战略联盟 的产业链;从广泛的角度来看,供应链包括向最终用户提供产品或服务的所有公 司[删;在第五层次,供应链由围绕核心企业的几个节点企业组成,通过核心企业 的供需信息进行协调和协作。简而言之,供应链是向最终用户提供产品或服务的 所有参与企业的网络结构,是包括物流、信息流和资本流在内的价值链。基于对 供应链概念的理解,供应链的基本结构模型可以表示为图2-1。

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图2-1供应链结构模型图

2.2.2煤炭供应链

煤炭供应链是由众多功能不同的节点企业组成,实现从煤炭开采到电能的转 换并满足终端客户用电需求的产业链,具有复杂性、周期性、动态性等特征。煤 炭供应链的主要部门有:煤炭企业、煤炭洗涤加工厂、物流企业、煤炭储配中心、 发电企业、电网企业和终端用户[列。煤炭生产存在规模效益,大批量的生产运作 更能节约开采成本,因此大型规范化的煤炭企业更容易垄断煤炭市场,当今小型 煤矿仍大量存在,且缺乏统一的标准,这使得煤炭行业管制机制相当复杂,国家 也正大力推动煤炭开采企业的整合。目前,我国煤炭分销企业约10万家,规模 较小[旳。煤炭储备和电能消耗企业跨越地理距离大,煤炭开采也是煤炭供应链的 首要环节,在未来,大型的煤炭提供商将成为主流。洗煤通常是指从煤中去除肝 石或其他杂质的过程,煤的洗涤通常是利用煤和肝石的不同物理性质来分离的, 所以煤炭洗选加工是煤炭质量的严格把关,把刚开采出来的原煤经过一定处理后 再进行后续运输,洗选可以去掉煤炭杂质,节约运输成本,保证煤炭质量。对于 煤炭的运输部分,通常使用火车作为运输工具,也有货船、货车等进行协助运输, 交通设施的完善对于煤炭供应链具有非常重要的意义,煤炭运输环节也是煤炭供 应链的重点。煤炭储备中心主要是应对下游应急情况的,从而保证煤炭供应的可 靠性,也是对煤炭调度的再一次规划,使运输更合理科学。发电厂是一种利用煤 炭将热能转化为电能的过程,社会的正常运转离不开电能,所以发电厂要时时刻 刻关注用电量的变化,及时做出调整来保证电能的充足。电网企业可以通过输配 电对电能进行调配,满足不同终端用户的用电需求,也是用电安全的有力监督者。 终端用户包括普通居民用电、贸易用电、产业用电、农业生产用电等八种,并慢 慢归为住民生活、农业生产、工商业及其他三种用电部门。

2.3煤炭供应链风险

2.3.1供应链风险管理

供应链风险管理是一套科学系统的体系,目的是减小供应链网络的脆弱性, 确保供应链系统持续和稳定运作,并且增强整体系统应对风险的能力。将供应链 风险分为中断风险和经营风险,如供应需求的不确定性,属于操作风险范畴,即 供应链固有的不确定性;中断风险是指自然或人为灾害(如地震、洪水、飓风、 恐怖袭击等)对供应链造成的重大破坏[56]。供应链系统的结构不同于单个企业的 结构,与普通企业风险不同,供应链风险具有不同于一般企业风险的几个特征31:

(1) 客观性和必然性。从发展角度看,目前供应链所在的外部环境,自然 灾害如地震、台风等,以及战争和恐怖袭击,可能发生在供应链以外的社会环境 中,它们并没有改变供应链的本质。从供应链内部环境来看,节点企业是市场的 独立经济实体,因此个体企业之间可能会出现信息不对称和利益冲突〔澗。

(2) 多样性和复杂性。自从相关公司开始构建供应链以来,供应链就面临 着多种风险。不仅要处理单个节点企业作为独立实体所面临的风险,还要处理整 条供应链中可能出现的风险,由于供应链中的节点企业相互影响,风险的原因也 将更加复杂,这将无法避免地使风险分析和预防更加困难。

(3) 传递性和放大性。由于供应链的结构和具体企业间的相互依赖关系和 影响,某个风险事件的出现会产生多米诺骨牌效应,此外,风险事件进程的影响 有时会被放大传播,因此当风险事件发生时,及时有效的措施能将风险造成的损 害降至最低。

(4) 偶然性和不确定性。供应链风险是不确定的,意外事件发生在外部环 境,特别是自然灾害经常发生,近年来,在现有技术条件下我们不能准确知道何 时何地发生风险事件,我们只能预测风险发生的概率。

2.3.2供应链风险管理流程

有效的供应链风险管理,首先通过科学的方法识别和评估风险;其次,以有 效且合理的方式处理风险和控制风险,最后建立监测和反馈系统a〕。供应链风险 管理过程由四个连续的阶段组成,分为四个周期:风险识别、评估、处理、监控 和反馈同〕。

第一个供应链风险识别周期。供应链风险管理的第一步是进行风险识别,在 供应链的运作过程中,风险管理者在风险尚未发生时采用适当的办法和手段全面 综合分析可能存在的风险,并且对可能引起风险的非明显因素也要鉴别。风险鉴 别过程是人为主观的过程,而风险的存在是客观的,这就使得风险识别工作比较 困难。

第二个供应链风险评估周期。供应链风险评估是对风险发生的概率进行定量 计算,或者对其造成的危害进行估计,为后续控制风险提供依据,并且管理主体 根据评估结果在管理风险时有的放矢。对供应链风险评估时不能只探讨单个企业 的损失,还要以系统的观点探讨风险对整个供应链引起的危害,并且要注意一点, 不能只看到风险带来的直接影响,即经济损失,还要看到风险事件带来的间接影 响,即一些非经济损失如企业声誉等无形损失。

第三个供应链风险处理周期。前两个环节为风险管理提供了科学和坚实的基 础,而供应链风险管理则侧重于风险管理⑹]。一般来说,解决供应链风险的方法 是预防、控制、转移和接受风险。通过选择适当的风险处理方法,使风险发生后 的结果可以保持在可接受或可预见的范围内[62】。

第四个供应链风险监控与反馈周期。在供应链风险管理进程,应采取有效措 施及时应对出现的风险,一个系统的监测和反馈机制能够执行具体措施,其跟踪 和反馈的结果能够说明是否与预期目标有偏差。通过监控和反馈机制不仅可以总 结应对风险存在的问题,也可以利用经验帮助供应链应对不断变化的风险,因此, 任何供应链的风险管理都是一个动态的、持久的过程。

2.3.3煤炭供应链供需风险

煤炭供应链的安全运行对保障能源安全至关重要。传输大量煤炭、运输距离 长、多种联接运输是我国煤炭供应链的核心特点,这就规定了我国煤炭供应链运 作中拥有较大的风险。风险是引发、造成损失的不确定性,供需风险具体指的是 由于各个因素的影响产生的上下游煤炭供应和需求不匹配的情况,供应链供需风 险是较为常见的风险之一,会对供应链系统造成破坏,对上下游企业带来损失。 煤炭供应链供需风险既是由煤炭供应链参与者造成的,也是由外部因素造成的。 煤炭供应链供需风险指的是,供应链所连接的是煤炭供给与需求两端,由于供需 两端的参与主体在生产经营过程中存在的不确定性等多个因素,使得煤炭的供给 与需求可能与空间、时间、供应能力三个层面呈现出不匹配现象,使得煤炭供应 链受其他因素的影响进一步加强,因此在煤炭供应链优化方面需要增加考虑供需 风险因素。

2.4煤炭供应链管理模型与方法

2.4.1多目标数学规划模型

多目标规划是数学规划的一个分支,它研究给定区域内多个目标函数的优化, 也称为多目标优化,通常称为MOP〔63]。在许多实际问题中,如经济、管理、军 事、科学和工程设计,衡量一个方案的优点和缺点往往很难用一个指标来确定, 但需要比较各种方法,这些方法有时是不一致的,甚至是相互矛盾的I"】。解决多 目标规划问题的方法有:将多个目标转换为更容易解决的单目标或双目标形式, 如主要目标法、线性加权法、理想点法等等;另一种方法,称为层次序列方法, 是根据目标的重要性给出目标序列,每次在前一个目标的最优解集中寻找下一个 目标的最优解,直到找到一个公共的最优解[冏。在多目标线性规划的情况下,可 以适当地利用单纯形法来解决上述问题;另一种方法,称为层次分析(ahp),由操 作研究人员shadan在20世纪70年代提出的,是一种结合质量和数量的多目标 决策和分析方法,当目标设计很大且不需要数据时,ahp的优点就更加明显了〔6叭 多目标优化的观点最先是在1896年由法国经济学家V. pareto提岀的。他从政治 经济学的角度考虑了优化许多本质上无法比较的问题⑹]。1947年,J. vonneumann 和0. mogenstem从反措施理论的角度提出了多重目标问题[68]« 1951年,T.C. koopmans提出了从生产和运输运动出发的多目标优化问题,提出了有效解决方 案的概念,并取得了一些基本成果〔69〕。同年,H.W.库恩和A.W.塔克从深化数学 规划的角度提出了向量极端的问题,引入了库恩和塔克有效解的概念,并进一步 阐述了其必要性和充分条件[7°]。1963年,L.A.zad从控制论的角度提出了多指标 优化的问题,并给出了一些基本的结果El。1968年,A.M.zyvrion为了解异常有 效解,引入了真正有效解的概念el。从70年代到现在,多目标规划的研究越来 越受到重视,迄今仍然是多目标规划的高速发展阶段。

2.4.2多目标粒子群算法

粒子群优化算法,简称PSO,是J. Kennedy和R. C. Eberhart等人发展的一 种新的进化算法El。粒子群算法(PSO)是一种类似于模拟退火算法的进化算法[7臥 粒子群优化(PSO)是一种并行算法,从随机解开始通过迭代过程找到最佳解。它 还可以通过一致性来评估解决方案的质量,而不需要遗传算法的“交叉”和“变异” 阶段,它通过当前寻找的最优值来寻找最优的全局解"J。这类算法以计算容易, 高精度和快速收敛等优点引起了学术界的注意,并证明了它在处理实际问题方面 的优越性。粒子群优化源于对鸟类进食行为的研究[76]。该算法最初的灵感来自于 鸟群的规律性活动,因此是一个由群智能创建的简化模型[77]。想象一个场景,一 群鸟随意猎食。这个低于只有一块食品。最简单的方法是寻找鸟类离食物最近的 地方[7%粒子群算法的灵感来自于这个模型,并利用它来解决优化问题。粒子群 算法中的每一个优化问题的解都是搜索空间中的一只鸟[79]。我们称之为“粒子”。 所有粒子都有一个由优化函数决定的自适应值,每个粒子都有一个速度,这个速 度决定了它们飞到哪里和飞多远【鲫。然后粒子们就跟随当前的最优粒子在解的 空间中搜刮【81]。粒子群算法被初始化为一群随机粒子,然后通过迭代过程求出最 优解【82〕。在每次迭代中,粒子按照两个“极端”进行更新[呵。第一个是粒子自身找 到的最佳解,称为单端解[84】。另一个极端是到目前为止为整个种群找到的最优解, 这个值是全局的极值呀】。此外,与其使用整个种群,还不如只使用其中的一部分 作为邻居粒子,因此所有邻居的极值都是局部极值〔旳。PSO接近遗传算法,是一 种基于迭代的优化算法[87】。系统在一组随机解中初始化,这些解被迭代地搜索以 获得最佳值。PSO的信息交换机制与遗传算法不同陋】。在遗传算法中,染色体相 互共享信息,使整个种群更均匀地向最优区域移动[呦。在大多数情况下,与遗传 算法相比,所有粒子都更快、更有可能收敛到最优解【9°]。PSO其优点是易于实 现,不需要调节太多的参数,它广泛应用于功能优化、神经网络练习、模糊系统 控制等领域〔9讥

2.5本章小结

本章从风险管理、供应链特征、供需风险、优化模型等方面对煤炭供应链相 关的基本理论进行概述,阐述了煤炭供应链风险管理、供需风险等重要性,在风 险管理中本文阐述了风险的类别以及管理的流程,风险管理作为管理的一种,其 重要性被公司发现是比较晚的,现在公司的经营普遍更看重风险的管理,也会有 公司专门划为部门进行风险管控,风险管理也相继推出了管理流程,更为规范化 和专业化,所以风险管理已经成为公司管理中必不可少的一部分。供应链是本文 的核心,在本章中先从宏观角度去解释什么是供应链,供应链的发展历程,之后 再细化到煤炭供应链,找到煤炭供应链和其他供应链相比有什么特别之处。供应 链的风险管理作为研究课题具有很大的意义,因为风险在供应链中会传递并放大, 连累到整条供应链的运作,所以供应链如何进行风险管理是研究热点之一。本文 介绍了其特性、流程,再具体到供需风险究竟是什么,如何影响供应链的正常运 作。最后对多目标管理模型和多目标粒子群算法作简要介绍,作为本文之后进行 评价和优化的基础。

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