• 黄肖玲 大连海事大学交通运输工程学院教授

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智能+绿色“前港后厂”端到端集成

黄肖玲 著

北京：科学出版社，2024.8

ISBN 978-7-03-078349-3


《智能+绿色“前港后厂”端到端集成》主旨乃向海而兴，大国航路，走向深蓝！在端到端集成基础上再促横、纵向社会化网状横向集成的同时，又践行“制造强国、海洋强国”“共”建的并行。

壹

战略层“做正确的事”之 问题、思考、创新

【问题1】如何实现“制造强国、海洋强国”“共”建？！

【思考1】“制造”与“海洋”“一体化”应是实现“共”建的最优途径。

【问题2】那又该怎样实现“制造”与“海洋”“一体化”？！

【思考2】21世纪是人类走向海洋的世纪，世界经济的重心正在向海洋转移，海洋强国战略已上升至国家战略。故提出以钢铁制造业与港口服务业“两业融合”的“前港后厂”共生模式。通过向海而兴，大国航路，走向深蓝的产业供应链绿色转型与健康生态可持续发展，实现“制造强国、海洋强国”“共”建！

【问题3】为什么选择“钢-港”两业？又该如何“融合”？！

【思考3】国家发改委等部门联合印发的《关于推动先进制造业和现代服务业深度融合发展的实施意见》明确提出：开展两业融合试点。鼓励重点行业和领域代表性企业开展行业、企业融合发展试点，探索可行模式路径，加快行业转型升级，建设世界一流企业。

  • 钢铁：如果没有钢铁制造，一个大国就可能会永远失去进入先进国家行列的机会。中国钢铁制造业产量和规模稳居世界第一，在70多年的发展历程中，不仅解决了有没有、够不够，好不好的问题，还逐步迈向引领世界钢铁发展的进程中，其是国家综合实力的重要标志。作为基础原材料工业，钢铁制造业处于产业供应链的中间环节，与上下游产业联系密切，上游牵涉原料矿石、能源、铁合金等行业，下游覆盖汽车制造、船舶制造、机械工业、建筑业、交通运输业等行业。而今作为传统意义上高投入、高能耗、高排放的钢铁制造业，在从“傻大黑粗”向“绿精富强”转变，钢铁企业欲获取最大收益，不应仅仅关注工厂内的生产线，还需建立与其他行业及社会生态链接的绿色发展的供应链，共同提高区域协同能力，对市场变化做出快速响应，提高供应链整体的敏捷性、灵活性及柔韧性，统筹运营采购、生产及销售的各个环节。如图1所示。（第1章）

▲ 图1 殷瑞钰对未来钢铁工业技术进步的战略思考

  • 港口：全球前10大港口中中国占7个，40多年磨一剑，中国港口突飞猛进，已成为“链”接海洋运输、道路运输、内河运输、轨道运输以及航空运输的多式联运集散中心，依托港口服务，中国制造走向了全球。在经济全球化时代，资源在全球范围内实现流动与共享，海运凭借其运量大、成本低的优势成为全球资源流动的支撑。港口作为水路交通的枢纽，是国际贸易货物换装、存储及集散中心，已成为全球物流链的关键节点和区域经济体系中的重要环节，在整合生产要素和催生产业集群效应上成为资源配置的枢纽。由于钢铁制造高度依赖铁矿石原材料，且水运是大宗矿石和钢铁产成品最经济的运输方式，故港口与钢厂历来具有广泛的业务合作。（第1章）

【创新】“前港后厂”的“两业融合”即“港-钢”两业因异类资源形成共生体，从横向与纵向两个维度拉近服务企业与制造企业之间的关系，破除行业间、区域间的市场壁垒，提高资源配置与复用效率，既带来了企业内效益的增加，又推动了产业间的发展。故以港口服务体系为导向的“前港后厂”致力于推进以知识化、数字化、生态化、金融化及智慧化为发展方向，联动产业链上横、纵向关联企业共享、共生、共赢、共建工业新生态，是探索“制造强国、海洋强国”“共”建的试金石。如图2所示。（第5章）

▲ 图2 “前港后厂”“港-钢”供应链联盟运作模式

贰

战术层“正确地做事”之挑 战、机遇、思考、创新

【挑战】我国已进入“大钢铁、大码头、大数据”时代，如何构建“前港后厂”这一跨界、跨域的“大用户、大系统、大数据”复杂动态巨系统，打通供应链从原材料采购到产品销售的全流程关键节点，提升港口精益化物流服务体系，有效集成钢厂上下游供应网络，优化“前港后厂”业务链，实现“港-钢”供应链“链-链”集成。

【机遇】科学技术是第一生产力，科技创新是经济社会发展的根本动力。系统工程是反映多学科管理的概念，如何形成一个综合体系确实是非常复杂的问题。人类社会进入工业时代之后，经历了“蒸汽时代→电气时代→信息时代”三次工业革命。而今，科技再次站在了新的历史转折点——以绿色、智能为主要特征，以物联网、大数据、机器人以及人工智能等技术为驱动力的第四次工业革命（亦称工业4.0）正以前所未有的态势席卷全球。随着工业4.0探索的不断深入，跨界、融合、创新、转型已成为产业发展的主旋律。“工业+互联网”是中国两化融合的必然产物，工业互联网在“工业+互联网”的基础上充分理解工业客户的应用场景和需求点，已经成为中国企业转型升级的必然选择。（第2章）

【思考】CPS（cyber-physical systems）因控制技术而起、信息技术而兴，随着制造业与互联网融合迅速发展壮大，正成为支撑和引领各个国家以智能为标志的工业4.0的核心技术基础。同时信息化模糊了制造业（钢厂）与服务业（港口）的传统边界，加速了港口改革创新与转型升级的步伐，促使其与信息技术、网络技术融合，向智慧港口迈进。德国工业4.0战略的一个核心——“智能+网络化”，将CPS广泛深入应用于制造业，构建智能工厂，实现智能制造的目标。而产业联盟正成为骨干企业（大钢厂、大码头）整合资源的新方式，当今“互联网+”时代，“前港后厂”并不是简单的地理位置的排列，也不应理解为安装了“港-钢”之间的皮带运输就实现了“前港后厂”模式。而是要构建与管理体系相融合的“CPS+互联网”集成平台，推进“港-钢”企业间实现横向物流、信息流的联动与协同，以及企业内实现纵向实时控制信息与管理信息的一体化，迈进我国智慧港口、智能制造的主攻方向，以应对“大用户、大系统、大数据”的挑战。（第2章）

【创新】大数据时代，传统的管理变成或正在变成数据的管理，传统的决策变成或正在变成基于数据分析的决策。企业的经营和管理围绕业务展开；数据是业务在流程中流动留下的痕迹，为企业的经营和管理服务；需要管理的数据是基于流程的，数据管理还是要回归流程的。因此，运用控制论与系统工程的思想，综合计算机、互联网、信息与通信技术（ICT），通过管理模式的创新来“设计、联接、控制”，构建以“数据+模型+算法”驱动的基于四维（知识库、数据库、模型库、人机交互界面）一体的“CPS+互联网”工业互联网集成平台。从系统的角度综合考虑，将管理、科学、技术三方面有机结合与运用，从战略、战术、执行三个层次对“前港后厂”运营管理模式进行研究，综合控制论、模糊集理论、机器学习、数据挖掘、音乐学及生物学等多学科理论与技术，由宏观到微观、由定性到定量，建立具有连带关系的模型；创新性地提出闭环控制的管理学理论，以解决管理过程中的时变性问题。通过“前港后厂”的“CPS+互联网”系统平台，探索这一跨界、跨域、动态复杂巨系统的新管理理念，引领第三次管理模式与理论的变革。如图3所示。（第3章）

▲ 图3 基于四维一体的港口“CPS+互联网”工业互联网平台

叁

如何“设计、联接、控制” 实现工业4.0三“向”集成

【挑战】三“向”集成是德国工业4.0中最具技术含量和看点的理念。（第2、3章）

  • 纵向集成是企业内部的集成，包括企业内部信息化系统之间、信息化系统与设备之间的集成，是“点”的概念，也是其他两向集成的基础。MES的实施是实现纵向集成的关键。

  • 端到端集成是围绕产品生命周期和服务流程的企业间的集成，即产品价值链跨行业的集成，是“线”的概念。德国工业4.0战略新增了价值链上跨行业的端到端集成概念。

  • 横向集成是以价值网络为主线，横、纵向企业间的集成，是社会化合作的重要基础，是“生态圈”的概念。由于众企业包罗万象，不同“向”企业间网状横向集成更具挑战性。

【创新】控制论是在运动和发展中考察系统，创新性地将闭环控制原理应用于管理，以解决管理过程中的时变性问题；围绕着动态特性“流”（实物流、信息流、业务流、控制流）以及人在决策回路中的闭环，采取“状态感知→实时分析→科学决策→精准执行→反馈校正”的闭环控制策略。闭环管理的管控策略可推动大型企业智慧管理在决策与生产模式上的变革，促进大型企业科学化、透明化、精细化管理，推动“港-钢”“供应-产业-价值链”协同优化。（第2、3章）

▋1、企业内“信息流”闭环纵向集成

【挑战】MES“鸿沟”一直是国际未能攻克的难题。（第2~4章）

【创新】为保证“CPS+互联网”平台系统内管理层（ERP）与控制层（DCS/PCS）间的信息传输不被阻断，以控制论的思想将“信息流”模拟成电流，以MES为集结点的计划、调度为主线，能源、成本控制为核心，运用知识与数据融合的建模、控制及优化方法，构建具有指标递阶优化分解、预测、反馈补偿功能的“管-控”一体化无缝MES闭环控制系统，实现企业内“管-控”一体化的纵向集成。为MES的无缝集成提出新的理论与方法，如图4所示其设计、分解、联接、控制、集成优化。（第4章）

▲ 图4 图3的关联逻辑分解与集成体系全图

▋2、企业间“业务流”闭环端到端集成

【挑战】工业革命以来，企业管理模式经历了两次突破性变革：一次是以福特制流水线为代表的古典管理理论；另一次是以丰田制精益管理为代表的经典管理理论。曾经两次企业管理模式革命都发生在国外，但彼时的企业管理模式仅仅局限于工厂内的车间生产线上，已不能应对“前港后厂”这一跨界跨域“大系统、大用户、大数据”的复杂巨系统。

【创新1】基“CPS+互联网”平台，同时考虑系统内部各子系统之间相互作用、相互影响，根据系统工程思想，以系统整体的观点对“综合预测（第5、7章）→计划与采购（第8章）→物流与库存（第9章）→生产全过程（第6章）→仓储与物流（第11章）→销售过程（第10章）”综合集成，构建基于闭环管理新理念的集“供→产→销”“业务流”于一体“前港后厂，两头在港”的广义闭环“管-控”系统（第7章），对“供→产→销”的实时快速感知、敏捷响应进行预测、控制及决策闭环优化，因系统只有闭合才能稳定，具有反馈自学习功能，可反复修正、不断寻优。如图5所示。（第5~12章）

▲ 图5 具有反馈功能的“前港后厂，两头在港”业务流闭环系统

【创新2】为提高系统智能化水平，搭建“数据+模型+算法”的决策机制，以数据驱动业务与管理，以建模满足个性化需求，以智能算法求解最优方案，实现“数据→信息→知识→决策”的转化，并对供、产、销业务进行预测、控制及决策优化，使业务链条具象化。针对“供-产-销”环境的随机变化，可通过修订模型参数来动态调整生产调度指令，实时快速感知以适应全业务流程的随机变化，推动企业外部供应与内部生产精准匹配、敏捷响应，促进“供应-产业-价值链”的协同优化，实现“前港后厂”端到端集成。“供→产→销”“业务流”闭环管控系统。如图6所示。（第6~11章）

▲ 图6 “预测→决策→反馈→校正”闭环控制策略

与此同时，“前港”不仅仅与钢厂端到端集成，还与钢厂供应链下游的汽车制造厂、汽车零部件厂等“后厂”的入厂与出厂（场）物流实现端到端集成，为横向制造（矿石→钢铁→零部件→汽车）的供应链集成提供高质量的物流服务。（第12章）

▋3、社会化网状的横向集成

【挑战】“公转铁”“铁转水”“散改集”是推动我国交通运输网络结构持续优化的重要举措。我国是海洋大国、航运大国，集装箱运输的发展进一步深化了海运在交通运输体系中的重要作用。“前港后厂”如何以价值网络为主线，实现不同企业间三流合一（物流、能源流、信息流），形成一种社会化、生态化的协同生产。（第13章）

【机遇】港口发展正日趋“四化”（泊位大型化、深水化、功能多元化、管理信息化），通过加快“CPS+互联网”工业互联网平台的创新应用、优化供应链管理，培育融合发展新业态、新模式。（第13章）

【创新】作为“前港后厂”集成横向制造供应链（矿石→钢铁→零部件→汽车）与集成纵向港口服务供应链（船舶公司、货代、运输公司等）交会点的港口，由“运输→作业线”进行班轮航线网络规划及靠泊后码头集成作业关联性系统优化，即通过基于轴辐式的鲁棒航线优化，构建枢纽港与支线港双向互联互通的货物运输航运网络与集装箱码头作业集成调度优化模型。集成纵向各类物流服务供应商，为集成横向的制造供应链提供物流增值服务的同时，实现“两头在港”不同企业间社会化生态圈的横向集成。如图7、图8所示。（第13章）。

▲ 图7 对应图3基于“CPS+互联网”平台的航运网络优化决策支持系统

▲ 图8 “前港后厂”“CPS+互联网”驱动横向与纵向集成为社会化网状横向集成（德国工业4.0）

肆

书名与封面图来源

笔者对“前港后厂”一词最初的认知来自包起帆、罗文斌编著的《港口物流前沿技术研究与实践》，是企业家他们发现的“实际问题”，让笔者提炼出“科学问题”。“前港后厂”把“港-钢”联合起来恰配笔者的“10年钢铁+10年港口+”科研有效“集成”。

智能+“信息流闭环”实现企业内“管-控”一体化，各级管理者通过“管-控”一体化平台系统能够及时、直观、透明地了解生产现场的物料装卸情况及设备运行状态，进行运营数据的综合分析，从而决策生产活动，统一规划全港区资源。“管-控”一体化的构建，将大大提高码头作业和钢厂物料配送JIT模式的智能化水平，提高劳动生产率，避免产能过剩并降低物流成本。

绿色+“前港后厂，两头在港”倡导的供应链管理是基于循环经济的一种闭环管理。通过“业务流闭环”打通企业间合作壁垒，构建绿色+“供→产→销”全业务优化链条，提高资源利用率及产业链竞争力。实践中，最理想的状态是核心企业的绿色要求不仅可以传递到上游企业，而且能够沿着供应链向下游延伸，以产品为载体通过供应链的渠道向产品采购、生产及销售等环节进行需求传导，驱动整个供应链的绿色变革。

端到端集成是“前港”不仅参与“后厂”的供应物流和销售物流，且促使“后厂”生产物流与供应物流、销售物流链接于一体。该过程不仅能加强港口企业与港口供应链纵向企业的合作；而且能促进港口物流链与钢铁生产链无缝衔接；更重要的是将钢厂供应、生产及销售链接成为不可分割的整体——供应链，故是社会化网状横向集成基石。落笔至此，笔者仍担忧读者误解该“横向集成”，因笔者就曾将社会化网状的横向集成曲解为横向制造供应链的集成。感谢北京兰光创新科技有限公司董事长，智能工厂领域专家，学者型企业家朱铎先先生及时纠偏了笔者的认知并给予图9。故附此图愿读者能一步到位理解三“向”集成。

▲ 图9 三大集成——纵向集成、端到端集成、横向集成

【调研国景】画面左侧（前）是首次去大连港矿石码头调研的实地拍摄，右侧（后）是去宝钢生产线外部调研观察宝钢自主码头矿堆原料堆场煤堆、原料运输等作业工序，进一步坚定“后厂”供应链的集成优化是提质增效的又一个渠道。虽然笔者深入调研国内外各类工业企业，有更多的美景照片，但笔者初心是想把国际上唯一的“前港后厂”前沿学术理论，以国字、国景落在祖国的大地上。感谢具有丰富实践经验的港口、船舶、钢铁、智能化科技公司优秀的企业家们助力笔者实现心愿——学致国用！

智能+绿色“前港后厂”端到端集成

黄肖玲著. 北京：科学出版社，2024.8

ISBN 978-7-03-078349-3

责任编辑：张 震 杨慎欣 孟宸羽

本书依循环经济的物质闭环流动规律，考虑技术配置与资源配置要素，运用控制论与系统工程思想，将单一“反馈回路”扩展成可处理的复杂“因果互动”和“递归组织”，提出“CPS+互联网”的工业互联网平台起步模式，构建“信息流”闭环MES 控制系统，实现“CPS+互联网”“管-控”系统纵向集成。基于此，再构“前港后厂，两头在港”“供-产-销”一体化“业务流”闭环系统，对“综合预测→计划与采购→物流与库存→生产全过程→仓储与物流→销售过程”进行预测、控制及决策优化，其衍生的物“资”银行金融服务，形成“大手拉小手”共赢联盟，实现“前港后厂”端到端集成。同时，汽车入厂与出厂（场）物流，通过货运班轮航线网络规划与靠泊集成作业调度优化模型，使得港航纵向集成各类物流服务商，为横向集成的“矿石→钢铁→零部件→汽车”制造供应链提供服务的同时，实现“两头在港”的不同企业间社会化网状生态圈的横向集成。

本书诸多理论与探讨可尝试付诸产业实践，希望能为关注、参与管理学与工业变革的高校生、学者、工程师及企业家提供参考。

（本文编辑：刘四旦）

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