物联网环境下的煤炭ERP体系探讨

　　从 2002 年煤炭行业形势好转至今，几乎每一个煤炭企业都在管理信息系统方面进行了或多或少的投资，有些甚至非常庞大，但我国很多煤矿的信息化建设却仅是简单借鉴制造业的 EＲP 模型。由于两个行业资源配置的具体方法不同，造成了诸多煤矿的信息化建设没有达到预期的目标，这在 EＲP 的核心逻辑———生产计划管理模块上表现尤为突出。当前物联网在煤炭企业中的应用多集中于自动化和智能化方面，如安全监控［1，2］、人员定位、设备状态监控等［3］，并没有和煤炭企业的管理结合起来，即使少量从管理角度探讨的文章，也多侧重于技术［4，5］。因此，对物联网环境下的煤炭 EＲP 体系的探讨，将在推进 EＲP 理论研究的同时，也将为物联网在煤炭企业的深入应用奠定基础。

　　1 煤炭生产管理的特点与难点

　　EＲP 是以生产为核心，对企业资源利用的全面优化，强调计划与控制流程，尤其是事前的计划更是重点。煤炭属于采掘业，与典型的制造业有着明显的区别，在制造业被广泛应用的 EＲP，在煤炭企业中就存在一些必须解决的问题，其中最有代表性的问题包括:

　　1) 煤炭生产运作缺乏稳定、精确的物料需求表，即BOM 具有临时性。BOM 是制造企业 EＲP 计算的核心，独立需求经过 BOM 计算后分解得到详细的物料需求。在煤炭企业中，生产的独立需求是 “采掘开”计划，每一个新的“采掘开”任务和以前的类似工作虽有相似性，但所需的物料并不完全相同。因此，在煤炭企业中，计划人员必须根据各种技术数据，及时输入每一次 “采掘开”任务的 BOM表，才能保证煤炭 EＲP 的顺利运行。此外，煤炭生产计划的频繁调整也是煤炭 EＲP 必须考虑的重要问题。

　　2) 资源计划重视设备的配置问题。煤炭生产环境相对恶劣，对机电设备的依赖程度非常高，在制定新的生产计划时，必须同步制定设备配置计划。在制造业中，设备的位置都相对固定，在产能允许情况下，只要设备没有故障，按照工艺流程流转的在制品并不需要考虑设备问题。然而，煤炭企业生产时，所有的车辆设备等的位置都处于不断变化中，且设备的可用性也会不断发生变化，如某个任务调用设备或使用完毕后归还设备等。因此，煤炭 EＲP 制定生产计划时，尤其要重点考虑设备的配置，为每一个生产任务指定具体的设备使用时间和来源等。显然，这需要企业在时间维度上对所有设备的状况能够实时监控。

　　3) 物料和设备的来源多样化，可用物料数据预测水平较差。EＲP 的物料需求分解到全部为外购物料为止，所有的物料都来源于企业外部。煤炭企业由于生产的特殊性，很多设备和物料来自于企业内部的修旧利废，从而使物料的来源多源化，采购计划所需的净物料需求难度准确估计。同时，由于煤矿安全问题，很多物料往往会保持较高的安全库存，最终造成煤炭企业物资库存成本居高不下，企业却难以掌握未来每一个时间段内的准确可用物资和设备数量。

　　4) 生产成本核算复杂，财务数据同步困难。物流账与财务账同步生成是制造业 EＲP 的一个重要特点，保证了企业管理者对生产经营情况的实时掌握。由于煤炭企业生产成本构成复杂，从空间上难以分解到每一个班组和个人，以调动员工的积极性; 从时间上难以实时反映，以保证企业管理的及时性。因此，煤炭企业 EＲP 的实现必须要解决生产成本的分摊和核算问题。显然，这也需要对于生产有关的所有人员、物资、设备以及电力消耗等的详细跟踪记录才能实现。

　　要实现 EＲP 的有效运作，必须能够实时跟踪企业生产投入的主要资源的情况，煤炭生产的特殊性决定了所需资源在时空分布上的复杂性，从而给煤炭 EＲP 的实现带来了诸多的困难。物联网技术的应用，为煤炭企业对全生产要素的监控提供了有效的技术手段，因此一个可行的煤炭EＲP 体系必然依赖矿山物联网基础的构建。

　　3 物联网环境下面向时间维度的煤炭 EＲP 体系

　　3. 1 面向时间维度的煤炭 EＲP 的创新

　　由于煤炭企业生产要求的特殊性，导致在制造业中得到广泛应用的传统 EＲP 难以有效应用，给煤炭企业管理信息化整合带来了巨大的理论和实践困境。生产计划管理是EＲP 的核心逻辑，也是企业所有资源优化的依据，本文所提出的煤炭 EＲP 体系在资源分类和资源配置两方面与传统EＲP 有着显着的不同。

　　1) 煤炭 EＲP 将资源分为周转资源和消耗资源两类，提高了对关键资源的利用率。传统 EＲP 只对需求分为独立需求和相关需求两类，而其所考虑的资源主要是生产产品所需要消耗的物料，因此对资源并没有细分。而煤炭企业生产中使用的设备、物资等并不构成产品实体，因此可以被多次使用在不同的生产任务中。这些可被多次使用的资源可称之为周转资源，而与传统 EＲP 中专用于某个生产任务的资源可称之为消耗资源，在煤矿中如油脂、炸药等。显然，周转资源价值高，且往往是生产的核心或瓶颈资源，对其重点管理将大大有助于企业的生产稳定和成本降低。

　　2) 煤炭 EＲP 按照时间维度进行资源配置，更符合未来企业管理的发展方向。与周转资源相对应的是资源的分配方式的变革。传统 EＲP 将某个资源分配给某个生产任务后，便不能给其他生产任务使用。然而，煤炭企业生产中使用的大量设备往往可以用于不同的生产任务之中，当某个生产任务需要，但当前进度却并不使用时，该设备便可以用于其他生产任务，而不必等该生产任务结束才释放资源。因此，为了提高关键的周转资源的利用率，煤炭 EＲP借鉴项目管理的思想，按照时间维度进行生产任务的资源分配，从而有效解决了该问题。

　　3. 2 面向时间维度的煤炭 EＲP 逻辑

　　物联网实现了物与物间的联网，为企业实时监控每一个联网的设备和物料等资源提供了技术支持，从而为煤炭 EＲP的实现奠定了技术基础。2011 年以来，矿山物联网应用得到了快速的发展，如夹河煤矿等样板示范工程的推动作用亦开始显现。然而，当前煤矿物联网的应用多集中于对某些环境参数、设备的单独监控或对人员的范围定位，虽产生了大量的数据，但对煤矿的管理决策和资源优化并没有根本性的提升。信息化孤岛和缺乏管理视角的研究是造成物联网建设投资巨大，但收效并不显着的重要原因。因此，将物联网技术引入煤炭 EＲP，充分发挥信息技术与管理结合的威力，便成为当前相关研究的重要研究方向之一。

　　通过由大量传感器构成的物联网感知层，煤矿能够对主要的设备、物资乃至人员的具体状况进行实时监控，如采煤机的转速、矿车的可用状况及位置等，并通过无线和有线网络将之传递到煤矿调度中心。生产部门参考以前的生产物料需求表，根据煤矿的生产计划，由生产计划人员修改相关参数，计算此次生产的总资源需求。在进行资源调配时，考虑未来的维修计划，得出生产计划执行时可用资源总量，并依据此进行资源的统筹安排。在生产过程中，当安装在设备上的物联网传感器感知设备需要维修时，则从可用资源中寻找替代的设备，修改两个设备的可用状况，重新对后续的生产计划进行动态的调整。通过物联网体系，煤矿能够对资源有效监控和充分利用，从而实现煤炭企业资源计划( EＲP) 的功能，其具体逻辑流程如图 1 所示。

　　3. 3 面向时间维度的煤炭 EＲP 运作流程

　　在新的 EＲP 模型下，煤炭企业根据年度生产任务分解出各个月度生产计划后，调用地质等方面的参数和各种情况下的材料、人员和设备定额，计算出每个生产任务的详细资源需求。消耗资源的采购速度较快，因此即使现有库存不足时，仍可以制定相关生产计划( 不足的由采购计划补充) ，但周转资源的采购周期往往较长，因此会形成对生产计划的刚性制约，需要进一步调用可用周转资源数据库。

　　与传统制造业 EＲP 不同，无论是消耗资源或是周转资源都并不是已经分配给了某个生产任务，而只是给予该生产任务在某个时间节点的使用权。当出现生产计划调整时，可非常方便地将没有使用的资源的使用权转移到新的生产任务中，并重新制定新的生产计划。这种面向时间维度的EＲP 模式能够有效解决周转资源利用率不高、生产任务调整频繁等难题。

　　当生产计划人员根据周转资源库的数据，认为生产计划可行，即能够有足够的资源支持时，则生成基于时间维度的生产资源调配计划，并修改周转资源库中相关资源的可用性。如果不可行，则返回重新调整煤矿主生产计划。

　　生成可行的生产资源调配计划后，可根据消耗资源的库存情况，生成相关资源的采购计划，这一点与传统 EＲP 逻辑相同。由于基于时间维度的生产资源调配计划中包含几乎所有的信息，甚至包含人员定额、电力定额等，因此可以非常准确地生成任何一个生产任务的成本计划，并根据时间的推移，对成本的变化情况实时进行对标管理。新的煤炭 EＲP 实现了煤炭生产全资源的事前计划、事中控制和事后分析功能，且具有非常好的实际操作性。

　　3. 4 面向时间维度的煤炭 EＲP 框架

　　与制造业 EＲP 框架相比，煤炭 EＲP 由于需要监控大量资源的状态，与以物联网为核心的硬件结合非常紧密，其框架如图 2 所示。周转资源管理中的数据一方面来自于物联网传感器的监控，另一方面则来自于煤矿再制造管理模块的相关数据。如某个设备经维修后，其附带传感器则修改可用性信息，在其后的时间中，该设备可被再次投入使用。由于缺乏稳定、精确的 BOM 结构表，因此与生产计划人员的依赖性也非常高，故在煤炭 EＲP 实施的早期，可以由生产计划人员手工调整相关参数，以确定所需的资源。

　　随着煤炭企业信息化的完善，对生产任务各参数收集质量的提高，也可由 EＲP 系统自动计算每次生产计划的资源需求表，从而进一步提升 EＲP 的效率。

　　在新的 EＲP 逻辑中，资源被分为周转资源和消耗资源两类，有效解决了设备和物料来源多样化的问题。企业可以根据其自身的需要和实际情况，逐渐在一些可维修再用的消耗资源上设置传感器，将之纳入周转资源中管理，从而实现资源优化的持续改进。从这个意义上而言，面向时间维度的煤炭 EＲP 的效果会随着使用时间的增加而不断提升，对于煤炭企业的精益管理有着极其重要的意义。

　　4 面向时间维度的煤炭 EＲP 体系面临的挑战

　　1) 物联网技术的全面推广应用。对煤矿所拥有的资源的全面优化，需要对大量资源的实时监控，因此物联网技术在煤矿的全面推广是其前提。由于煤矿生产条件的限制，地面物联网技术需要进行大量的技术研发才能应用于井下［6］，显然这涉及诸多的技术、基础设施和成本方面的因素，需要一定的时间才能逐步形成较为完善的硬件基础。

　　2) 不同数据格式的统一和共享。物联网传感器种类众多，所收集的数据更复杂，如何将不同类型的数据在煤矿或矿业集团层面统一管理和共享，是面向时间维度煤炭EＲP 的前提。虽然数据仓库和数据集市技术，乃至最新的云计算技术为异构数据的共享和分析提供了技术基础，但距离在煤炭企业中的有效应用仍有较长的距离。

　　3) 以 BOM 管理人员为代表的专业化人才的培养。新的 EＲP 体系与煤炭企业现有的生产管理模式有较大的区别，产生了很多对新专业人才的需求，典型的如 BOM 管理人员。在 EＲP 数据积累不足，相关模型难以满足资源需求的准确计算的情况下，需要由经验丰富的 BOM 管理人员及时调整参数，以保证整个生产计划的顺利展开。此外，由于物联网等技术的广泛应用，相关系统维护工作量也会大幅度增加，从而给煤矿 EＲP 维护人员带来了全新的挑战。

　　随着煤炭企业精益管理需求的日渐迫切，传统的煤炭企业信息化建设已不能满足企业对资源全面优化的需要。

　　虽然还需解决一些必要的问题，但伴随着物联网技术在煤矿应用的逐渐深入，依托面向时间维度的煤炭 EＲP，全面整合各种管理信息系统，将成为煤炭企业未来发展的重要战略。

　　5 结 语

　　除了煤炭行业外，其他采掘行业和设备依赖性强的流程型行业的生产模式都与制造业都有明显的区别，从而给相关 EＲP 提出了独特的要求。由于对设备等周转资源的巨大依赖，提高核心、瓶颈资源利用率的面向时间维度的资源优化模式就成为此类 EＲP 的重要思路。本文的研究对于这几类行业的 EＲP 研究都具有重要的借鉴意义。而物联网技术的快速突破及其在各行业的广泛和快速应用，又给新的 EＲP 体系提供了关键的技术支持，使得对重要资源的实时监控成为可能。当前环境压力和能源压力日益严峻，国内外市场竞争形势紧张，加剧了企业对全面资源优化的需求，也进一步加强了新的 EＲP 体系在企业中应用的动力。

　　此外，随着时间日益成为一个关键性的竞争指标以及全球对循环经济、闭环供应链管理的重视，新的 EＲP 体系中的周转资源、消耗资源的分类和时间维度的资源配置思想，不仅对煤炭企业管理思想的革新有着极其重要的价值，也将为传统 EＲP 理论的改进提供有益的借鉴。

　　参考文献:

　　［1］ 神华集团成功实现 EＲP 系统试点上线 ［OL］． ［2012 －10 －16］ ．
　　［2］ 王军号，孟祥瑞． 物联网感知技术在煤矿瓦斯监测系统中的应用 ［J］． 煤炭科学技术，2011( 7) : 64 －69．
　　［3］ 张 锋，顾 伟． 物联网技术在煤矿物流信息化中的应用［J］． 中国矿业，2010( 8) : 101 －104．
　　［4］ 谭章禄，史后波，方毅芳． 物联网技术在煤矿可视化管理的应用研究 ［J］． 煤矿机械，2012( 8) : 280 －283．
　　［5］ 王吴宜． 基于煤矿企业的矿山物联网应用技术研究 ［J］．中国煤炭，2012 ( 2) : 79 －83/87．
　　［6］ 孙继平． 煤矿物联网特点与关键技术研究 ［J］． 煤炭学报，2011( 1) : 167 － 171．