Темы диссертаций по экономике » Математические и инструментальные методы экономики

Исследование и разработка системы информационной поддержки оптимального текущего планирования производства нефтепродуктов тема диссертации по экономике, полный текст автореферата



Автореферат



Ученая степень кандидат экономических наук
Автор Кострикин, Константин Алексеевич
Место защиты Москва
Год 2000
Шифр ВАК РФ 08.00.13
Диссертация

Автореферат диссертации по теме "Исследование и разработка системы информационной поддержки оптимального текущего планирования производства нефтепродуктов"

На правах рукописи УДК 519.86:33 (043)

2 С ДЕК ?Т1

Кострикин Константин Алексеевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ОПТИМАЛЬНОГО ТЕКУЩЕГО ПЛАНИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВА НЕФТЕПРОДУКТОВ

Специальность 08.00.13 - экономико-математические методы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук

Москва - 2000

Работа выпонена на кафедре экономико-математического

моделирования в Московском государственном университете

Научный руководитель: Доктор экономических наук, профессор

Лагоша Борис Александрович Официальные оппоненты: Доктор экономических наук, профессор

Защита состоится л 7 декабря 2000 г. в 10:00 на заседании диссертационного совета К053.19.03 в Московском государственном университете экономики, статистики и информатики по адресу: 119501, г. Москва, ул. Нежинская, д.7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан л_ ноября 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат экономических наук,

экономики, статистики и информатики. /

Капитоненко Валерий Владимирович

Кандидат экономических наук, доцент Грибанов Владимир Петрович

Ведущая организация: Компания Альта-Нова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования.

При переходе российской экономики к свободному предпринимательству крупные монополии, функционировавшие в сфере нефтяного бизнеса, прекратили свое существование. Однако на их базе образовались коммерческие предприятия, вертикально-интегрированные нефтяные компании (ВИНК), которые на данный момент сосредоточили в своих руках производственные и финансовые ресурсы.

Решая стратегическую задачу насыщения российского рынка продуктами нефтепереработки, компании стакиваются с рядом проблем. В условиях жесткой конкуренции и по'. -ных колебаний мировых цен на сырую нефть жизненно важными для компаний стали повышение эффективности функционирования производства, снижение затрат на переработку и оптимальное производство затребованных на рынке нефтепродуктов с заданными свойствами (при минимальных потерях сырья и энергии). Усугубляет задачу то, что на большинстве российских нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ) оборудование в значительной степени изношено.

Основным путем решения данной задачи является реконструкция производства и внедрение новых установок и технологий, обеспечивающих более глубокую и эффективную переработку нефти. Однако этот путь требует больших затрат и не обеспечивает быстрой окупаемости вложенных средств. Стоимость проектов в данной области измеряется сотнями милионов доларов.

Наряду с этим более реалистичным представляется путь повышения эффективности уже работающих процессов и установок за счет внедрения систем оптимального планирования и оперативного управления производством. Стоимость таких проектов на порядок

ниже: при экономическом эффекте до 6 мн. дол. на установку в год срок окупаемости системы составляет не более 9 месяцев. Прибыль от внедрения на всех установках одного завода может составить до 100 мн. дол. в год.

Оценивая целесообразность внедрения систем интелектуального управления и оптимизации, необходимо учитывать, что основные затраты на автоматизацию (до 70% стоимости системы) приходятся на первичный уровень (системы автоматизации технологических процессов - PLC, DCS и SCADA), в то время как основной экономический эффект (до 80%) достигается на верхнем уровне (30% от общей стоимости системы). Верхний уровень, так называемый "Advanced Control", или расширенное управление, базируется на уже существующих системах сбора данных. В своем большинстве российские НПЗ уже имеют цифровые системы первичного уровня, следовательно, системы расширенного управления наиболее для них выгодны.

Системы управления такого рода реализуют передовые компьютерные технологии в области нефтепереработки. Их внедрение в отечественную практику позволило бы существенно снизить уровень производственных затрат и технологических потерь на российских НПЗ, значительно повысить эффективность их функционирования.

В свете вышесказанного становятся очевидными актуальность и практическая значимость проведения работ по развитию методологии и инструментария производственного планирования, решения задач оптимизации (с точки зрения максимизации прибыли или минимизации производственных затрат), производственных планов, отражающих различные сценарии изменения рыночного окружения

и технологического состояния нефтеперерабатывающего производства.

Цель- работы состоит в изучении, развитии и практическом применении на реальных объектах экономико-математических методов оптимизации нефтеперерабатывающего производства на базе использования вычислительной техники.

В соответствии с поставленной целью в диссертации сформулированы и решены следующие частные задачи:

- проведен содержательный анализ организации процесса текущего планирования производства нефтепродуктов, выявлены особенности и указаны пути повышения его эффективности;

- обоснована целесообразность всестороннего многоаспектного исследования деятельности нефтеперерабатывающего завода на основе использования информационных технологий;

- исследовано состояние информатизации управления предприятиями нефтепереработки в России и за рубежом с целью оценки возможности использования передового опыта в этой области для решения поставленной задачи;

- исследованы существующие методы и модели оптимизации текущего планирования нефтеперерабатывающего производства. Выявлены требуемые к учету в модели существенные изменения условий функционирования объекта исследования;

- проведена адаптация существующих моделей в соответствии с изменениями, произошедшими с момента их разработки. Осуществлено построение модели информационной поддержки процесса оптимального текущего планирования производства нефтепродуктов;

- проведено изучение и выбор программного обеспечения, осуществляющего информационно-технологическую поддержку функционирования модели;

- осуществлена программная реализация предлагаемых агоритмов, а также проведены модельные расчеты для получения оптимального плана производства нефтепродуктов завода, входящего в состав одной из крупнейших вертикально-интегрированных нефтяных компаний России.

Теоретической и методологической основой исследования являются труды отечественных и зарубежных ученых в области экономико-математического моделирования, системного анализа, аппарата математического программирования, а также использованы методические материалы, статьи по проектированию и оптимизации информационных систем.

Объектом исследования является финансово-хозяйственная деятельность, а также технологические процессы нефтеперерабатывающего завода, входящего в состав одной из крупнейших вертикально-интегрированных нефтяных компаний России.

Научная новизна. В диссертации решена актуальная задача развития и практического применения методов, моделей и агоритмов построения и внедрения систем оптимизационного текущего планирования производства нефтепродуктов с целью повышения эффективности функционирования НПЗ.

В рамках решения этой задачи получены следующие результаты:

- выявлены общие закономерности технологии управления процессами нефтепереработки и согласно им выделены компоненты информационно-аналитического комплекса, внедряемого с целью повышения эффективности управления нефтеперерабатывающим производством;

- построена экономико-математическая модель поддержки процесса оптимального текущего планирования производства нефтепродуктов, являющаяся методологической основой внедряемой автоматизированной информационной системы;

- проведена адаптация модели к современным условиям функционирования хозяйствующих субъектов нефтяного рынка с целью как можно более адекватного их описания и отражения в АИС;

- разработана и реализована на практике совокупность методологических, технических и организационных требований, направленных на упорядочение процесса управления нефтепереработкой и организацию эффективного и устойчивого функционирования АИС, осуществляющей его поддержку;

- впервые в постсоветской практике осуществлено внедрение до промышленного использования автоматизированной информационной системы поддержки процесса оптимизационного текущего планирования производства нефтепродуктов. Разработанный инструментарий позволяет повысить обоснованность и качество управленческих решений путем получения в результате модельных прогонов научно обоснованных оптимальных планов производства нефтепродуктов и загрузки технологических мощностей.

Практическая значимость. Результаты практического использования разработанных моделей и агоритмов используются руководством НПЗ, входящего в состав одной из крупнейших вертикально-интегрированных нефтяных компаний России, для получения оптимальных планов производства нефтепродуктов.

Разработанная система позволяет повысить обоснованность управленческих решений, принимаемых руководством завода в

сфере как текущего производственного планирования, так и оперативного анализа, а также корректировки производства нефтепродуктов в процессе испонения утвержденных планов при изменении рыночной конъюнктуры и возникновении нештатных ситуаций на разных стадиях производственного цикла.

При этом система после некоторой адаптации к иначе организованным технологическим процессам может быть развернута на любом другом нефтеперерабатывающем предприятии.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на 15-ой Всероссийской научной конференции молодых ученых Реформы в России и проблемы управления (Москва, 26 - 27 апреля 2000 г.), 7-ом Всероссийском семинаре Проблемы управления (Москва, 20 - 21 апреля 1999 г.).

По теме диссертации было опубликовано 4 печатных работы общим объемом 0.9 п.л.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, приложений и списка используемой литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются цели и задачи исследования, раскрываются основные положения работы и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе проводится содержательный анализ состояния отечественной нефтеперерабатывающей промышленности, начиная с момента ее создания и до настоящего времени. Это было сделано

потому, что многие актуальные ныне проблемы унаследованы российскими нефтепереработчиками еще со времен централизованной экономики времен СССР.

В результате анализа сделаны выводы о том, что за этот период существенным изменениям подверглись условия функционирования субъектов нефтяного рынка, состояние технологий производства нефтепродуктов, а также права собственности и управления активами. Отмечается тот факт, что доминирующее положение в отрасли занимают вертикально-интегрированные нефтяные компании, составной частью которых и являются нефтеперерабатывающие заводы.

Выявлены многочисленные проблемы функционирования российских НПЗ, основной из которых является ухудшение состояния производственной базы. Положение усугубляется невозможностью осуществления глобальной реконструкции производства в короткие сроки. На основе анализа задач и методов организации работы лиц и подразделений, занимающихся непосредственно управлением процессом производства, делается вывод о том, что они нуждаются в эффективном информационном обслуживании, так как их управленческая деятельность, а особенно оперативность, обоснованность и качество управленческих решений во многом зависят от поноты и единообразия информационных ресурсов, которыми они обладают.

На данный момент планирование и управление нефтеперерабатывающим производством осуществляется на основе обычных ручных методов обработки информации. Решения, опирающиеся на опыт и интуицию, оказываются очень далекими от оптимума. Увеличение численности "управленческого персонала зачастую не спасает положения. Выходом из сложившейся ситуации

может послужить создание автоматизированной информационной системы управления (АИС), охватывающей все уровни иерархии.

В связи с этим особого внимания заслуживает вопрос внедрения в практику работы систем оптимизации текущего планирования производства нефтепродуктов (так называемый Advanced Control). Аккумулируя в себе данные нижестоящего уровня (технологические установки), а также вышестоящего уровня иерархической системы управления (планово-экономическая информация), система осуществляет увязку и согласование технологий с финансово-хозяйственной деятельностью НПЗ и подчиняет их одной цели, определяемой одним или несколькими критериями. Согласование достигается путем надлежащего формирования параметров модели, лежащей в основе АИС, - внутренних (производственные возможности технологических установок и блока смешения) и внешних (поставки сырья и спрос на продукцию, цены на сырье и продукцию).

Определены цели, задачи и функциональное назначение как системы в целом, так и ее модулей.

Во второй главе проведено исследование существующих методов и моделей оптимизации текущего планирования нефтеперерабатывающего производства, лежащих в основе внедряемой АИС. Эта задача сводится при некоторых естественных предпосыках к задаче линейного программирования.

Рассмотрены особенности внутренней структуры модели текущего планирования НПЗ, предпосыки и допущения которой призваны обеспечить в рамках линейного программирования как можно более адекватное реальности описание технологических возможностей нефтеперерабатывающего производства. Что касается ограничений и требований, накладываемых на предприятие извне, то

мы исходим из действующей сегодня системы планирования и управления.

Определены основные понятия, используемые в модели (производственный фактор, технологический способ, граничный вариант, принцип эффективности).

В соответствии со специфическими особенностями производства и смешения в модели для расчета производственной программы завода выделены два блока - производственный (технологические установки) и товарный (смешение полуфабрикатов и добавок).

Ввиду большой размерности и сложности модели производства, учитывающей все ключевые параметры работы технологических установок, для практических целей расчета производственной программы доказана необходимость аппроксимации в модели отдельных непрерывных технологических процессов набором дискретных режимов работы - технологических способов. При этом в качестве переменных параметров управления выступают интенсивности использования технологических способов, выраженные в рабочих днях, в тоннах переработанного сырья или выпущенной продукции.

Использование граничных вариантов и соблюдение принципа эффективности помогает при аппроксимации выбрать минимально необходимое число технологических способов из множества допустимых, что обеспечивает приемлемые размеры и достаточно хорошую репрезентативность модели.

Таким образом, каждый технологический процесс представляется нами в производственном блоке модели в виде набора технологических способов - комбинации векторов затрат-выпуска в пространстве производственных факторов. Из общего числа фактически используемых производственных факторов в модель включаются

лишь существенные с точки зрения решаемой задачи, те факторы, на ресурсы которых наложены ограничения, объективно обусловленные в силу внешних причин или внутренних обстоятельств. К таким факторам в модели производства нефтеперерабатывающего завода обычно относятся сырье (нефть) и некоторые основные материалы (присадки, этиловая жидкость), промежуточные и конечные продукты, а также производственные мощности.

Товарный блок в модели для расчета производственной программы нефтеперерабатывающего завода представлен набором технологических способов смешения.

Формализованная постановка задачи оптимизационного производственного планирования предприятий нефтепереработки представлена в следующем виде:

где х - вектор входных материальных потоков; у - вектор выходных материальных потоков; ъ - вектор управляемых технологических переменных; с - вектор ценовых характеристик сырья, продуктов, энергоносителей и т.д.;

р - вектор качественных показателей сырья, продуктов, полупродуктов и т.д.

(1) представляет собой технико-экономический критерий оптимизации;

(2) - модели технологических установок, агрегатов, связей и т.д.;

Р(х, у, ъ, с, р) ех1х в(х, у, г, с, р) < О

хеХ, уеУ, ге2, сеС, реР,

extre^ min, maxf-; X,Y,Z,C,P - множества допустимых значений соответствующих переменных задачи.

В качестве целевой функции, как правило, используется величина, представляющая собой разность между стоимостью товарной продукции и учтенными в модели переменными издержками (в западной практике данная величина называется Gross margin).

Производственная мощность R при моделировании технологической схемы предприятия оценивается для отдельных производственных установок (при этом мощность всего производства в целом, как правило, определяется суммой мощностей установок первичной переработки сырья):

где Z/ - входной материальный поток -го типа 7-ой установки; J -множество установок производства; 7,- - множество входных материальных потоков у'-ой установки.

Технология производства описывается потоковыми и балансовыми зависимостями типа:

где U'Д - выходной материальный поток ///-го типа с у-ой установки /Д-коэффициент отбора m-то компонента нау'-ой установке при её

работе в q-ом режиме; МЧмножество входных материальных потоков су'-ой установки; Ор множество режимов работы у'-ой установки и

2>/= JeJ,

ielj me.\lj

где j - потери производственного процесса на у'-ой установке.

Рыночные ограничения на выпуск той или иной продукции могут характеризоваться как интегральными (абсолютными) значениями производства того или иного продукта:

Xл 'кеК

так и величиной отклонения объема производства продукта к-го типа Ак от требований рынка сбыта:

"* JeJ леМ,

<1'тк - доля компонента ш-го типа, выпускаемого у-ой установкой, идущая на производство кг-го продукта; - прогнозное значение рыночного спроса на продукцию к-го типа.

Спецификационные ограничения на значения определенных показателей качества выпускаемой продукции описываются зависимостями типа:

где С'тк - значение л-го показателя качества в т-ом компоненте к-го продукта;

Зр-множество показателей качества смеси р, Л^-матрица поправочных коэффициентов (коэффициентов взаимодействия) показателей качества при производстве к-го продукта.

Расходы энергоносителей, реагентов, катализаторов и вспомогательных материалов (именуемых для краткости утилитами), используемых в производстве, описываются соотношениями типа:

где г' - расходный коэффициент использования / -ой утилиты на ой установке; Ь - множество утилит, применяемых в производстве.

Описание процессов смешения может осуществляться двумя способами:

- неявного объединения путем сохранения компонентов с различными свойствами в виде отдельных переменных и назначения соотношений типа

где V и У]р - объемы компонентов / и у соответственно в смеси компонентов р, а К* и Г* - объемы компонентов / и / в

I * 'р 1Р ^

смеси р, идущей в поток к;

- явного объединения путем смешения компонентов:

где Р'р - свойство с смеси р, а /г, - эквивалентное свойство -го компонента.

Для решения нелинейных задач оптимизации производства применяются различные варианты метода линеаризации, идея которого заключается в следующем.

Рассматривается задача:

шт{/0 {2УМ2)<0,, = Щ (1)

По аналогии с известным методом Ньютона решения систем нелинейных уравнений задачу (1) линеаризуют в данной точке Ъ и приращение аргумента вычисляют из решения соответствующей линейной задачи:

1шп{/.(2)+(/'о (г), ру./,(г)+(/', (г), />) < о,; = 1,и} (2)

где /', (г) - градиенты функций /,(2),/ = О/н.

В качестве нового приближения можно было бы взять точку 2+Р ; однако, как правило, задача (2) не будет иметь решения - минимум в ней будет равен - =о. Это связано с тем, что линейное приближение к нелинейной функции справедливо лишь в некоторой окрестности точки Z. Чтобы учесть этот фактор необходимо:

-ввести прямое ограничение нормы вектора Р , т.е. допонить задачу (2) ограничением ||Я||<<5,>0.

-либо ввести штраф за большие отклонения, что приводит к следующей вспомогательной задаче:

шш{(/'Д (2), Р) + ^ИГ:/Сг) + (/',. (г), Р) < О,/ = 'Ц

Поскольку на практике часто приходится решать задачи рассматриваемого вида довольно большой размерности, то первый способ является более предпочтительным, поскольку предполагает на каждом шаге агоритма решение задачи не квадратичного (как второй способ), а линейного программирования.

Таким образом, для решения на практике задач оптимизации с нелинейными ограничениями мы будем использовать модифицированный симплекс-метод, обеспечивающий нахождение точки экстремума целевой функции за конечное число шагов.

Изложенная методология применительно к процессам нефтепереработки начала разрабатываться около сорока лет назад. Ее основы были использованы в качестве теоретико-методологической базы исследования. Однако с момента начала работ в данной области значительным изменениям подверглись условия функционирования

объектов исследования. Для выявления существенных изменений, требуемых к учету в автоматизированной информационной системе, а также математической модели, лежащей в ее основе, автором проведен. сравнительный анализ между процессом оптимизационного текущего производственного планирования, актуальным на современном этапе, и действовавшим во времена централизованной экономики.

В результате анализа выявлен тот факт, что нефтеперерабатывающая промышленность, по сути, лишилась двух звеньев управляющей цепочки, а именно: министерства и отраслевого объединения, сформированного по территориальному принципу. Это, в свою очередь, повлекло за собой перенос функций, закрепленных за этими организационными единицами, в центральные аппараты вертикально-интегрированных нефтяных компаний. Таким образом, адаптация системы к изменениям вертикали управления нефтепереработкой дожна осуществляться путем переноса, настройки и поддержки функционирования автоматизированных рабочих мест, соответствующих актуальной организационной структуре.

Кроме того, изменениям подверглись:

- наборы технологических установок, что влечет за собой изменение количества балансовых соотношений модели и введение допонительных переменных;

- характеристики технологических процессов, что влечет за собой пересмотр диапазонов изменения переменных;

- требования к качеству продукции, выпускаемой предприятиями нефтепереработки, что влечет за собой введение в модель допонительных ограничений;

- наборы закупаемых у сторонних контрагентов производственных факторов. Так, во времена централизованной экономики

потребность в паре, воде, энергии, вспомогательных материалах обычно удовлетворялась без ограничений. Однако сейчас это не так, и этот момент также необходимо учесть при построении модели, т.е. ввести допонительные ограничения.

Для осуществления программной реализации предлагаемых агоритмов проведено изучение как специального программного обеспечения по моделированию и управлению технологическими процессами в нефтепереработке (DMCplus, RPMS-2000, Idcom), так и стандартного (MS-Excel). В соответствии с системой разработанных оценок для этой цели был выбран программный комплекс RPMS-2000 компании Bonner & Moore.

В третьей главе приведены результаты реализации предложенного математического аппарата на конкретном объекте - нефтеперерабатывающем заводе, входящем в состав одной из крупнейших вертикально-интегрированных нефтяных компаний России.

На первом этапе проведен содержательный анализ процесса текущего планирования производства нефтепродуктов на объекте исследования. В результате анализа выявлено назначение компонентов организационной структуры моделируемого объекта, участвующих в процессе, распределение функций и документопотоков между ними.

Исследована задача построения автоматизированной информационной системы поддержки оптимального текущего планирования производства нефтепродуктов. Исходя из этого, определен состав, назначение и основные характеристики объектов и функций, подлежащих автоматизации средствами внедряемой АИС. В процессе ее построения разработана и реализована на практике совокупность методологических, технических и организационных требований, направленных на упорядочение процесса

управления нефтепереработкой и организацию эффективного и устойчивого функционирования АИС, осуществляющей его поддержку.

Проведены сбор и проверка на непротиворечивость исходных данных, характеризующих состояние технологий и рыночного окружения объекта автоматизации и оказывающих влияние на величину плановых показателей производства нефтепродуктов. В целях удобства проверки, а также поддержания целостности и поноты разрабатываемой модели, исходные данные были разбиты на несколько групп, а именно:

- общие данные;

- характеристики перерабатываемых нефтей (плотность, содержание серы, температура выкипания 50% и т.д.);

- покупки, продажи, запасы материалов и продукции (цены на сырье, катализаторы, реагенты, вспомогательные материалы, товарную продукцию, тарифы на энергоносители и т.д.);

- характеристики установок переработки нефти (материальные балансы и ограничения технологических процессов, зависимости выхода целевых продуктов и их основных показателей качества от состава и качества сырья технологических процессов и т.д.);

- данные по смешению товарной продукции (композиционные и рецептурные ограничения, влияние присадок и добавок на качество производимых топлив и масел и т.д.);

- внутризаводской блок (схема факельного хозяйства, сведения о составе и работе котельной и т.д.).

Опираясь на проведенный анализ существующей программно-технической среды циркулирования данных в рамках предприятия,

предложен комплексный вариант организации структуры информационных потоков системы, схема которых приведена на рис. 1.

В рамках работ по решению поставленной задачи проведено построение, верификация и проверка адекватности функционирования автоматизированной информационной системы поддержки оптимального текущего планирования производства нефтепродуктов. Определены в терминах математического программирования основной и вспомогательные критерии оптимизации, балансовые соотношения и ограничения модели. Осуществлена загрузка фактических данных в систему. В результате проведения модельных прогонов получен оптимальный план производства нефтепродуктов для нефтеперерабатывающего завода, входящего в состав одной из крупнейших ВИНК России, а также сопутствующая информация о составе и качестве смесевых продуктов, материальный и экономический балансы, обобщенный экономический отчет.

Проведен анализ полученных результатов. Указаны пути развития функциональности системы.

Внедрение АИС в практику месячного планирования на исследуемом НПЗ позволило вдвое сократить время на подготовку планов производства нефтепродуктов. Выпонение оптимального плана, полученного в результате модельных прогонов АИС, позволило увеличить валовую прибыль предприятия на 6-8%.

Данное диссертационное исследование создает объективную основу для принятия научно обоснованных управленческих решений, обеспечивающих своевременное, качественное и наиболее поное удовлетворение потребностей населения и народного хозяйства в продуктах нефтепереработки и повышения экономической эффективности работы НПЗ.

Рис. 1. Структура информационных потоков системы.

В заключении приводятся основные результаты диссертационно': работы.

Основные результаты исследования и выводы:

1. На основе анализа организации управления предприятиями нефтепереработки показана необходимость использования в связи с резким возрастанием объемов экономической и управленческой информации автоматизированных информационных технологий для повышения эффективности, обеспечения качества и оперативности деятельности управляющих подразделений, связанной со сбором, хранением и обработкой информации при принятии управленческих решений в сфере производственного планирования. При проектировании среды для формирования и оценки вариантов решений с целью повышения их научной обоснованности необходимо использовать экономико-математическое моделирование.

2. Исследованы существующие методы и модели оптимизации текущего планирования нефтеперерабатывающего производства. Выявлены требуемые к учету в модели существенные изменения условий функционирования объекта исследования.

3. Проведена адаптация существующих моделей в соответствии с изменениями, произошедшими с момента их разработки. Осуществлено построение модели информационной поддержки процесса оптимального текущего планирования производства нефтепродуктов.

4. Проведено изучение и выбор программного обеспечения, осуществляющего информационно-технологическую поддержку функционирования модели.

5. Разработана и реализована на практике совокупность методологических, технических и организационных требований, направ-

ленных на упорядочение процесса управления нефтепереработкой и организацию эффективного и устойчивого функционирования АИС, осуществляющей его поддержку.

6. .Впервые в постсоветской практике осуществлено внедрение до промышленного использования автоматизированной информационной системы поддержки процесса оптимизационного текущего планирования производства нефтепродуктов. Разработанный инструментарий позволяет повысить обоснованность и качество управленческих решений путем получения в результате модельных прогонов научно обоснованных оптимальных планов производства нефтепродуктов и загрузки технологических мощностей.

7. Практические результаты работы используются для определения оптимальных объемов деятельности руководством нефтеперерабатывающего завода, входящего в состав одной из крупнейших вертикально-интегрированных нефтяных компаний России.

Основные положения работы нашли отражение в следующих публикациях:

1. Экономико-математические методы по обоснованию и выбору эффективных проектов // Тезисы докладов 1-го Всероссийского семинара Проблемы управления. Москва: ГУУ, 1999 г. - 0.1 п.л.

2. Использование экономико-математического моделирования для разработки системы оптимального функционирования предприятий нефтегазового комплекса // Экономика, управление, культура. Сб. научных трудов. Вып. 5. Москва: ГУУ, 1999 г. - 0.2 п.л.

3. Краткий обзор программного обеспечения по моделированию и управлению технологическими процессами в нефтепереработке и в нефтехимии // Экономика, управление, культура. Сб. научных трудов. Вып. 7. Москва: ГУУ, 1999 г. - 0.5 п.л.

4. К вопросу об актуальности разработки и внедрения систем оптимального функционирования предприятий нефтегазового комплекса // Тезисы докладов 15-ой Всероссийской научной конференции молодых ученых Реформы в России и проблемы управления. Москва: ГУУ, ] 999 г. - 0. ] л.л.

Диссертация: содержание автор диссертационного исследования: кандидат экономических наук , Кострикин, Константин Алексеевич

Введение.

Часть 1. Этапы развития нефтяной отрасли в нашей стране. 7 Введение в проблему.

1.1 Период централизованной экономики времен СССР;

1.2 Период перехода к рыночным отношениям;

1.3 Нефтяная промышленность России на современном 16 этапе.

1.4 Нефтеперерабатывающий завод в составе вертикально- 20 интегрированной нефтяной компании.

1.5 Проблемы, возникающие в процессе текущего 21 планирования производственной деятельности НПЗ.

1.6 Цели, задачи и функциональное назначение системы, 22 осуществляющей информационную поддержку процесса оптимизационного текущего планирования производства нефтепродуктов.

Часть 2. Постановка задачи по информационной поддержке 26 оптимизации текущего планирования производства нефтепродуктов.

2.1 Исходные предпосыки и допущения модели, лежащей 26 в основе системы.

2.2 Математическая формализация модели 35 оптимизационного текущего планирования производства нефтепродуктов.

2.3 Краткий обзор изменений, произошедших с момента начала разработки систем такого рода в нашей стране.

Ч 2.4 Выбор программного обеспечения для реализации предлагаемых агоритмов.

Часть 3. Практическая реализация предложенных агоритмов.

3.1 Анализ процесса текущего планирования производства 66 нефтепродуктов на объекте исследования.

3.2 Разработка требований к внедряемой системе.

3.3 Описание технологических процессов моделируемого 81 НПЗ.

3.4 Построение и реализация модели. 129 Заключение. 149 Приложения.

Диссертация: введение по экономике, на тему "Исследование и разработка системы информационной поддержки оптимального текущего планирования производства нефтепродуктов"

Работа, представленная Вашему вниманию, посвящена вопросам исследования и разработки системы информационной поддержки оптимального текущего планирования производства нефтепродуктов.

Объектом данного исследования является финансово-хозяйственная деятельность, а также технологические процессы нефтеперерабатывающего завода (здесь и далее НПЗ), входящего в состав одной из крупнейших вертикально-интегрированных нефтяных компаний России [3, 4].

Решая стратегическую задачу насыщения российского рынка продуктами нефтепереработки, компании стакиваются с рядом проблем. В условиях жесткой конкуренции и постоянных колебаний мировых цен на сырую нефть жизненно важными для компаний становятся вопросы повышения эффективности функционирования производства, снижение затрат на переработку и оптимальное производство затребованных на рынке продуктов с заданными свойствами (при минимальных потерях сырья и энергии). Усугубляет проблему то, что на большинстве российских НПЗ оборудование значительно изношено.

Основным путем решения данной проблемы является реконструкция производства и внедрение новых западных установок и технологий, обеспечивающих более глубокую и эффективную переработку нефти. Однако этот путь требует значительных затрат и не обеспечивает быстрой окупаемости вложенных средств. Стоимость проектов в данной области измеряется сотнями милионов доларов.

Наряду с этим более реалистичным и эффективным представляется путь оптимизации уже работающих процессов и установок за счет внедрения систем оптимального планирования и оперативного управления производством. Стоимость таких проектов на порядок ниже: при экономическом эффекте до 6 мн. дол. на установку в год срок окупаемости системы составляет не более 9 месяцев. Прибыль от внедрения на всех установках одного завода может составить до 100 мн. дол. в год. Приведенные оценки базируются на реализации подобных опытов в западных компаниях, так как российские нефтяные компании только сейчас начинают осознавать необходимость подобных проектов, что обусловлено более низким уровнем базовой автоматизации производства. На данный момент работы такого рода начаты в таких крупных компаниях как Лукойл, ЮКОС, Сибнефть и других.

Оценивая целесообразность внедрения систем интелектуального управления и оптимизации, необходимо учитывать, что основные затраты на автоматизацию (до 70% стоимости системы) приходятся на первичный уровень (системы автоматизации технологических процессов - PLC, DCS и SCAD А), в то время как основной экономический эффект (до 80%) достигается на верхнем уровне (30% от общей стоимости системы). Верхний уровень, так называемый "Advanced Control", или расширенное управление, базируется на уже существующих системах сбора данных. В большинстве своем российские НПЗ уже имеют цифровые системы первичного уровня, следовательно, системы расширенного управления наиболее для них выгодны.

Системы управления такого рода реализуют передовые компьютерные технологии в области нефтепереработки. Их внедрение в отечественную практику позволило бы существенно снизить уровень производственных затрат и технологических потерь на российских НПЗ, значительно повысить эффективность их функционирования.

В свете вышесказанного становятся очевидными актуальность и практическая значимость проведения работ по улучшению методологии и инструментария производственного планирования, решения задач оптимизации (с точки зрения максимизации прибыли или минимизации производственных затрат), производственных планов, отражающих различные сценарии изменения рыночного окружения и технологического состояния нефтеперерабатывающего производства.

В рамках данной работы предполагается построение компьютерной системы оптимального текущего планирования производства нефтепродуктов. В качестве примера ее реализации будет промоделирована схема функционирования конкретного НПЗ. При этом система после некоторой адаптации к иначе организованным технологическим процессам может быть развернута на любом другом нефтеперерабатывающем предприятии.

Цель создания системы состоит в повышении качества планирования производственной деятельности нефтеперерабатывающего завода посредством решения следующих задач:

- расчет оптимального плана выработки нефтепродуктов с учетом заявок на выработку нефтепродуктов от сбытовых подразделений и плана распределения нефти по заводам компании на базе оптимизационного планирования;

- оптимизация загрузки производственных мощностей предприятия.

Работающая система дожна явиться базой для принятия управленческих решений руководством завода в сфере, как текущего производственного планирования, так и оперативного анализа и корректировки производства нефтепродуктов в процессе испонения утвержденных планов при изменении рыночной конъюнктуры и возникновении нештатных ситуаций на разных стадиях производственного цикла.

Для того чтобы понять нынешние насущные проблемы российских НПЗ необходимо обратиться к истории развития отрасли. Потому что возникли эти проблемы не сегодня, а унаследованы еще со времен централизованной экономики времен СССР и периода перехода к рыночным отношениям.

Диссертация: заключение по теме "Математические и инструментальные методы экономики", Кострикин, Константин Алексеевич

Основные результаты исследования и выводы:

1. На основе анализа организации управления предприятиями нефтепереработки показана необходимость использования в связи с резким возрастанием объемов экономической и управленческой информации автоматизированных информационных технологий для повышения эффективности, обеспечения качества и оперативности деятельности управляющих подразделений, связанной со сбором, хранением и обработкой информации при принятии управленческих решений в сфере производственного планирования. При проектировании среды для формирования и оценки вариантов решений с целью повышения их научной обоснованности необходимо использовать экономико-математическое моделирование.

2. Исследованы существующие методы и модели оптимизации текущего планирования нефтеперерабатывающего производства. Выявлены требуемые к учету в модели существенные изменения условий функционирования объекта исследования.

3. Проведена адаптация существующих моделей в соответствии с изменениями, произошедшими с момента их разработки. Осуществлено построение модели информационной поддержки процесса оптимального текущего планирования производства нефтепродуктов.

4. Проведено изучение и выбор программного обеспечения, осуществляющего информационно-технологическую поддержку функционирования модели.

5. Разработана и реализована на практике совокупность методологических, технических и организационных требований, направленных на упорядочение процесса управления нефтепереработкой и организацию эффективного и устойчивого функционирования АИС, осуществляющей его поддержку.

6. Впервые в постсоветской практике осуществлено внедрение до промышленного использования автоматизированной информационной системы поддержки процесса оптимизационного текущего планирования производства нефтепродуктов. Разработанный инструментарий позволяет повысить обоснованность и качество управленческих решений путем получения в результате модельных прогонов научно обоснованных оптимальных планов производства нефтепродуктов и загрузки технологических мощностей.

7. Практические результаты работы используются для определения оптимальных объемов деятельности руководством нефтеперерабатывающего завода, входящего в состав одной из крупнейших вертикально-интегрированных нефтяных компаний России. Л

Заключение.

Диссертация: библиография по экономике, кандидат экономических наук , Кострикин, Константин Алексеевич, Москва

1. Автоматизация и информационные технологии // Нефть и капитал, 2000. N3.

2. Акулич И.Л. Математическое программирование в примерах и задачах. М.: Высшая школа, 1986.

3. Алафинов С. В. Нефтяной бизнес интеграционные процессы вчера, сегодня, завтра // Нефть и капитал, 1995. N11.

4. Алекперов В.Ю. Вертикально-интегрированные нефтяные компании России.- М.: АУТОПАН, 1996.

5. Андреев А.Ф., Дунаев В.Ф., Зубарева В.Д. и др. Основы проектного анализа в нефтяной и газовой промышленности. М.: Изд-во НУМЦ Минприроды России, 1997.

6. Арбатов А. Камо грядеши? Нефтяная промышленность России на пороге новой стадии развития // Нефть России, 1996. N8.

7. Афанасьев М.Ю., Суворов Б. П. Исследование операций в конкретных ситуациях. М.: ТЭИС, 1999,- 88с.

8. Банди Б. Основы линейного программирования. М.: Радио и связь, 1989.

9. Брагинский О. 300 нефтегазовых компаний США + 100 в мире // Нефть и бизнес, 1996. N1.

10. Ю.Бурков С. Залог или доверительное управление? // Рос. Нефт. Бюл., 1996. N77.

11. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. -М.: Наука, 1978.-400 с.

12. Вабищевич П.Н. Численное моделирование. М.: Изд-во МГУ, 1993.-152.

13. Вентцелъ Е.С. Исследование операций. М.: Сов. Радио, 1972.

14. Вентцель Е.С. Исследование операций. Задачи, принципы, методология. М.: Наука, 1980.

15. Вестник топливно-энергетического комплекса // Специальное приложение к журналу Нефть, Газ и Право, 1999. N10, 11, 12.

16. Вестник топливно-энергетического комплекса // Специальное приложение к журналу Нефть, Газ и Право, 2000. N1-6.

17. Высшая математика для экономистов / Под ред. Н.Ш. Кремера. -М.: Банки и биржи, ЮНИТИ, 1997.

18. Голицын Г.А., Петров В.М. Информация поведение -творчество. - М.: Наука, 1991.

19. Гольштейн E.V., Юдин Д.Б. Новые направления в линейном программировании. -М.: Сов. Радио, 1966.

20. Ю.Горелик В.А., Ушаков И.А. Исследование операций. М.: Машиностроение, 1986.

21. Горчаков A.A., Орлова И.В. Компьютерные экономико-математические модели. -М.: Компьютер, ЮНИТИ, 1995.

22. И.Догоштова ТТ. Российские предприятия в переходной экономике. М.: Дело тд, 1995.- 285 с.

23. Дородницын A.A. Информатика: предмет и задачи // Кибернетика. Становление информатики. -М.: Наука, 1996.

24. Дубров А.М., Лагома Б.А., Хрусталев Е.Ю. Моделирование рисковых ситуаций в экономике и бизнесе. М.: Финансы и статистика, 1999,- 174 с.

25. Дубров А.М. Математико-статистическая оценка эффективности в экономических задачах. М.: Финансы и статистика, 1982.

26. Едельштайн Н. Интелектуальные средства анализа, интерпретации и представления данных в информационных хранилищах//Компьютеруик, 1996. N16.

27. Ермилов О.М., Миловидов К.Н., Чугуяов Л.С., Ремизов В.В. Стратегия развития нефтегазовых компаний. М.: Наука, 1998.624 с.

28. Жетое Ю.П., Золотухин А.Б., Пономарева И.А. Методы прогнозирования развития нефтегазового комплекса. М.: Наука, 1991,-230 с.

29. Зайченко Ю.П. Исследование операций. Киев: Выща школа, 1986.

30. Замков О.О., Тостопятенко A.B., Черемных Ю.Н. Математические методы в экономике. -М.: ДИС, 1997.

31. Инструментальные средства персональных ЭВМ. В 10 кн. М.: Высшая школа, 1993.

32. Исследование операций. В 2-х т./ Под ред. Дж. Моудера и С. Эмаграби. Пер с англ. - М.: Мир, 1981.

33. Исследование операций/ Под ред. М.А. Войтенко и Н.Ш. Кремера. -М.: Экономическое образование, 1992.

34. Карасев A.M., Аксютина З.М., Савельева Т.И. Курс высшей математики для экономических вузов. 4.2. - М.: Высшая школа, 1982.

35. Карасев A.M., Кремер Н.Щ., Савельева Т.И. Математические методы и модели в планировании. М. : Экономика, 1987.

36. Карпелевич Ф.И., Садовский Л.Е. Элементы линейной агебры и линейного программирования. М.: Наука, 1967.

37. Киндлер Е. Языки моделирования. М.: Энергия, 1985. - 288 с.

38. Клейн ер Г.Б. Риски промышленных предприятий // Российский экономический журнал, 1994. N5-6.

39. Клейн ер Г. Б., Тсшбовцев В. Л., Качалов P.M. Предприятие в нестабильной экономической среде: риски, стратегии, безопасность. -М.: Экономика, 1997.

40. Комплексная оценка эффективности мероприятий, направленных на ускорение научно-технического прогресса: Сб. трудов. М.: Информэлектро, 1989.

41. Конопляник A.A. Два пути развития нефтяного хозяйства России // Нефтяное хозяйство, 1999. N 6, 7, 9.

42. Кострикин К.А. Краткий обзор программного обеспечения по моделированию и управлению технологическими процессами в нефтепереработке и в нефтехимии // Экономика, управление, культура. Сб. научных трудов. Вып. 7. Москва: ГУУ, 1999 г.

43. Кострикин К.А. Экономико-математические методы по обоснованию и выбору эффективных проектов // Тезисы докладов 7-го Всероссийского семинара Проблемы управления. Москва: ГУУ, 1999 г.

44. Кофман А. Методы и модели исследования операций. М.: Мир, 1966.

45. Кочетков В.А. Реструктуризация управления нефтяной компании ключ к повышению ее эффективности // Нефть России. 1996. N6.

46. Краснощекое П.С., Петров A.A. Принципы построения моделей. -М.: Изд-во МГУ, 1983. 264 с.

47. Крем ер Н.Ш., Путко Б.А., Тришин ИМ., Фридман М.Н. Исследование операций в экономике. М.: ЮНИТИ, 1997,- 408 с.

48. Кузнецов A.B., Сакович В.А., Холод H.H. Высшая математика. Математическое программирование. Минск: Вышэйшая школа, 1994.

49. Кузнецов Ю.Н., Кузубов В.И., Волощенко А.Б. Математическое программирование. М: Высшая школа, 1986.

50. Леффлер Уильям Л. Переработка нефти. М.: Олимп-бизнес, 1999.-224 с.

51. Лилаев В.В. Мобильность программ и данных в открытых информационных системах. М.СИНТЕГ, 1998.

52. Липаев B.B. Системное проектирование сложных программных средств для информационных систем. М.: СИНТЕГ, 1999,- 224г

53. Математическое программирование / Под ред. Н.Ш. Кремера. -М.: Финстатинформ, 1995.

54. Методологии и средства реинжиниринга бизнес-процессов // Банки и технологии, 1997. N4.

55. Мшовидов К.Н. Концепция перехода нефтяной и газовой отрасли к рыночной экономике. -М.: ГАНГ им. И.М. Губкина, 1995.

56. Моисеев H.H. Математические задачи системного анализа. М.: Наука, 1981.-488 с.щ. 66. На пороге безопасности // Нефтегазовая вертикаль, 2000. N6.

57. Hum И.В. Линейное программирование. М.: Изд-во МГУ, 1978.

58. Ойхмаи Е.Г., Попов Э.В. Реинжиниринг бизнеса. М.: Финансы и статистика, 1997.

59. Основные методические положения оптимизации развития и размещения производства / Под ред. Академиков А.Г. Аганбегяна Н.П. Федоренко. -М.: Наука, 1978.

60. Пакеты прикладных программ: Математическое моделирование / Под ред. A.A. Самарского. М.: Наука, 1989. - 128 с.

61. Переработка нефти и рынок нефтепродуктов в России. М.: ИАЦ КОРТЕС, 1999,- 118 с.

62. Петров A.A., Поспелов ИТ., Шанаиии A.A. Опыт математического моделирования экономики. -М: Энергоиздат, 1996.-544 с.

63. Поляк Э.М., Суворов Б.П. Вопросы оптимизации текущего планирования комплекса нефтеперерабатывающих предприятий. -М.: Наука, 1971.- 86 с.

64. Попов Э.В., Фоминых И.Б., КисельЕ.Б., Шапот М.Д. Статические и динамические экспертные системы. М.: Финансы и статистика, 1996.

65. Попов Э.В., Фоминых И.Б., Кисель Е.Б. Статические и динамические экспертные системы (классификация, состояние, тенденции). // Методические материалы. Центральный Российский Дом знаний. М., 1995.

66. Реинжиниринг бизнес-процессов и информационные технологии. // Открытые системы, 1995. N1.

67. Руководство к решению задач с экономическим содержанием по курсу высшей математики / Под ред. А.И. Карасева и Н.Ш. Кремера. М.: ВЗФЭИ, 1989.

68. Самарский A.A., Михайлов А.П. Математическое моделирование. -М.: Наука, 1997.-320 с.

69. Сафин Р. Расширению рынка пределы не поставлены: компании делают акцент на торговле готовой продукцией // Нефть России, 1996. N3/4.

70. Середа Н.Г., Муравьев В.М. Основы нефтяного и газового дела. -М.: Недра, 1980,- 288 с.

71. Системное обеспечение пакетов прикладных программ / Под ред. A.A. Самарского. -М.: Наука, 1990. 208 с.

72. Советов Б.Я. Информационная технология. М.: Высшая школа, 1994.-368 с.

73. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. М.: Высшая школа, 1998.-320 с.

74. Сравнительный анализ инструментальных средств для разработки систем управления реального времени. // Материалы семинара Экспертные системы реального времени. Центральный Российский Дом знаний. М., 1995.

75. Суворов Б.П. Математические методы и модели в планировании нефтеперерабатывающей промышленности. М.: Наука, 1967,256 с.

76. Суворов Б.П. Оптимизация планирования полимерно-нефтехимического комплекса. М.: Наука, 1984.

77. Суворов Б.П. Оптимизация текущего планирования нефтеперерабатывающего производства. М.: Наука, 1974,- 176 с.

78. Суворов Б.П. Системы управления и информационное обеспечение. М.: ЦЭМИ, 1979,- 200 с.

79. Суворов Б.П. Совершенствование текущего отраслевого планирования. -М.: Наука, 1984.

80. Технология системного моделирования / Под ред. C.B. Емельянова. М.: Машиностроение; Берлин: Техник, 1989. - 520 с.

81. Управление проектами / Под ред. В.Д. Шапиро. СПб.: Два-ТрИ, 1996.-610 с.

82. Управление ресурсами. Передовые технологии на службе компании ОАО Татнефть // Нефть и капитал, 2000. N6.

83. Хан Д. Планирование и контроль: концепция контролинга. -М.: Финансы и статистика, 1997,- 800 с.

84. Черчмен У., Акоф Р., Арноф JI. Введение в исследование операций / Пер. с англ. М.: Наука, 1968.95 .Шарифов В. Проблемы переходного периода: особенности реформирования структуры нефтяной отрасли // Нефть России, 1996. N5.

85. Шагиев P.P. Интегрированные нефтегазовые компании. Под ред. А.Г. Аганбегяна. М.: Наука, 1996,- 304 с.

86. Шагиев P.P. Нефтегазовые компании: управление, стратегия, структура // Нефтяное хозяйство, 1996. N 4.

87. Шаьиурии С. От лоскутной автоматизации к комплексному решению по управлению предприятиями ТЭК // Нефть и капитал, 2000. N6.

88. Экспертные системы реального времени. // Открытые системы, 1995. N2.

Похожие диссертации