Разработка и исследование инвестиционных решений по охране воздушной среды машиностроительного производства

Рабинович, Александр Евгеньевич

Темы диссертаций по экономике » Математические и инструментальные методы экономики

Разработка и исследование инвестиционных решений по охране воздушной среды машиностроительного производства тема диссертации по экономике, полный текст автореферата

Автореферат

Ученая степень	кандидат экономических наук
Автор	Рабинович, Александр Евгеньевич
Место защиты	Москва
Год	2011
Шифр ВАК РФ	08.00.13

Диссертация

Автореферат диссертации по теме "Разработка и исследование инвестиционных решений по охране воздушной среды машиностроительного производства"

РАБИНОВИЧ АЛЕКСАНДР ЕВГЕНЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ИНВЕСТИЦИОННЫХ РЕШЕНИЙ ПО ОХРАНЕ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО

ПРОИЗВОДСТВА

Специальность

08.00.13 - Математические и инструментальные методы экономики

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук

1 6 ИЮН 2011

Москва-2011

4850524

Работа выпонена на кафедре Математических методов в экономике государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московского Государственного Индустриального Университета

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущая организация

доктор технических наук, профессор Широков Лев Алексеевич

доктор экономических наук, профессор Бадин Константин Васильевич доктор физико-математических наук, доцент Казаков Олег Андреевич

Центральный экономико-математический институт Российской Академии Наук

Защита состоится 23 июня 2011 г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.129.02 в ГОУ ВПО Московском государственном индустриальном университете по адресу: 115280, г. Москва, ул. Автозаводская, д. 16, комн. 1804.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Московского государственного индустриального университета и на сайте www.live.msiu.ru.

Ваш отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью, просим направлять по указанному адресу.

Автореферат разослан л23 мая 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.129.02 кандидат экономических наук, доцент ^ ~~ Сальникова Т.С.

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Научно-технический прогресс, обеспечивающий развитие многих сторон жизни и деятельности людей, одновременно привносит различные неблагоприятные воздействия на окружающую среду. В результате нарушается природное равновесие, сложившееся на глобальном уровне, ухудшающее привычные условия существования людей, животного и растительного мира.

Значительное загрязнение природной среды происходит в результате деятельности промышленных и в том числе машиностроительных предприятий. Это выражено в масштабном изъятии природных ресурсов на производственные цели и в загрязнении природы отходами производства. Одной их важных задач охраны здоровья людей, проживающих в современных мегаполисах, является защита окружающей среды от промышленных загрязнений, включающих твердые, жидкие и газообразные загрязнения, в том числе от выбросов в атмосферу (включающих пылевые, аэрозольные выбросы, пары окислов, растворители ароматического ряда, углеводороды эфирного ряда) которые являются наиболее вредными для человека.

С финансовой точки зрения для экологической безопасности требуются значительные инвестиции, увеличивающие издержки производства (так затраты на пылегазоочистное оборудование достигают 20% и более от стоимости основного технического оборудования), но с другой стороны, недостаточные капиталовложения и меры по очистке ведут к превышению допустимой концентрации загрязняющих веществ в воздушной среде и соответственно к увеличению штрафных платежей. В результате возникает оптимизационная задача, решение которой предусматривает поиск оптимальных инвестиций в формирование аппаратных комплексов по очистке выбросов производства в окружающую воздушную среду.

Актуальность исследования. В настоящее время взаимосвязь экологических и экономических факторов в процессе производства очень велика. Так природоохранные расходы ведут к увеличению издержек производства, что повышает себестоимость производимой продукции. В связи с этим, в сложившихся эколого-экономических условиях большую значимость приобретают исследования в области оптимизации инвестиций на природоохранную деятельность.

То есть актуальна задача повышения уровня экологической защиты народонаселения на основе комплексной оптимизации инвестиционных затрат при безусловном соблюдении накладываемых ограничений в виде нормативов воздействия на природную среду. Рассматриваемая предметная область, то есть экономика охраны воздушной среды, характерна многообразием загрязнений, широкой номенклатурой аппаратных средств для воздухоочистки, обширным спектром технологических процессов и технологических линий, а так же сложными взаимосвязями между ними. Поэтому в данном контексте остро стоит проблема разработки и исследования системы поддержки принятия решений по инвестициям в охрану воздушной среды.

Вопросам экономических и экологических аспектов деятельности промышленных предприятий посвящены труды Акимовой Т.А., Арсенова B.C., АрустамоваЭ.А., Выварца А.Д., ГирусоваЭ.В., Голуба A.A., Гофмана К.Г., Гранич JI.C., Данилова-Данильяна В.И., Деминой Т.А., Епифанцевой Е.И. Лемешева М.Я., Лукьянчикова H.H., Макар C.B., ОсиповаЮ.Б., Смирнова C.B., Струковой Е.Б., Хаскина В.В., Хачатурова Т.С. и др.

Математическому моделированию эколого-экономических систем посвящены работы многих отечественных и зарубежных ученых - Горстко А.Б., Марчука Г.И., Медоуза Д., Месаровича М., Моисеева H.H., Угольницкого Г.А., Форрестера Дж. и др.

Вопросы управления экономическими системами на основе информационного моделирования исследовались в трудах Диго С.М., Мишенина А.И., Носова Н.П., Поспелова Д.А., Тельнова Ю.Ф., Черемных Ю.Н., Широкова Л.А. и др. Среди зарубежных ученых значительный вклад в изучение данной проблемы внесли Буч Г., Йодан Э., Кодд Т., Чен П., и др.

Вместе с тем, при всей ценности проведенных исследований в них не ставились акценты на подходах применения экономико-математического моделирования для оптимизации затрат на природоохранные мероприятия и информационных технологий для решений конкретных задач на предприятиях.

Целью работы является повышение экономической эффективности принятия управленческих решений по инвестициям в охрану воздушной среды

машиностроительного производства на основе новых информационных технологий.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

1. Исследование проблематики эффективности решения вопросов защиты воздушной среды в условиях нормативных ограничений.

2. Разработка принципов оптимального управления инвестициями на охрану воздушной среды (ОВС) машиностроительного предприятия (МСП) на базе информационных технологий в условиях рыночных отношений.

3. Разработка комплекса математических моделей для оптимального управления инвестициями на ОВС для МСП.

4. Разработка комплекса агоритмов для принятия решений по инвестициям в охрану воздушной среды.

5. Разработка информационной системы для оптимального структурирования и комплексирования систем технических средств по охране воздушной среды.

6. Разработка модели принятия решений по проведению атмосферо-охранной политики на предприятии.

Объектом исследования являются системы охраны воздушной среды машиностроительных предприятий.

Предмет исследования - оптимальное формирование системы инвестиций МСП по проектированию комплексов очистки выбросов машиностроительного производства в атмосферу с целью экологической защиты народонаселения.

Методы исследования. Теоретические исследования проводились с использованием методик материально-сырьевого баланса, теории моделирования, теории оптимизации, методов линейного и нелинейного программирования, теории экономических информационных систем, теории проектирования баз и банков данных, а так же математических моделей формирования оптимального аппаратного синтеза с использованием структурированного языка запросов SQL и аппарата реляционной агебры.

В качестве информационной базы использовались действующие законодательные и нормативные акты Российской Федерации, статистические дан-

ные по состоянию окружающей среды и характеру ее загрязнений промышленными предприятиями, информационные ресурсы глобальной вычислительной сети Internet по природоохранной проблематике, ее правовым и экономическим аспектам.

Научная новизна исследования.

1. На основе исследования структуры природоохранных затрат сформулированы целевая функция и ограничения для задачи оптимизации инвестиций на охрану воздушной среды.

2. Разработаны принципы оптимизации выбора альтернативных мер и мероприятий атмосфероохранного назначения.

3. На основе исследования зависимости объемов инвестиций на ОВС от желаемого уровня очистки при использовании различного оборудования предложен метод формирования запросов для выбора технических средств очистки воздуха от промышленных загрязнителей.

4. Разработано агоритмическое обеспечение системы решения экономических задач охраны воздушной среды на МСП, проведено исследование на основе информационного моделирования рассматриваемой предметной области.

5. Предложены механизмы выработки стратегии поведения руководства предприятия по снижению экологических затрат в рамках накладываемых ограничений.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

1. Исследованием достаточно представительного статистического и аналитического материала по результатам производственной и природоохранной деятельности машиностроительных предприятий.

2. Корректным применением методов экономико-математического моделирования, проектирования экономических информационных систем.

3. Положительными результатами внедрения предложенного механизма выбора стратегий природоохранной деятельности.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации, подтверждена результатами компьютерного модели-

рования, аналитического решения конкретных примеров, а также внедрения в Отделе экологии и промышленной безопасности AMO ЗиЛ.

Практическая ценность работы состоит в том, что предложен методологический подход к формированию стратегии атмосфероохранной деятельности предприятия. Подход теоретически обоснован и может быть расширен для использования различного класса задач проектирования экономических и технических систем.

Практическая значимость работы состоит в прикладной направленности разработанных методов и методик. Для внедрения и использования программных систем на основе данных методик требуются небольшие временные и материальные затраты, а так же минимальные навыки владения компьютерными системами на уровне пользователя.

Результаты исследования могут быть использованы инженерами и экономистами, занимающимися вопросами охраны окружающей среды на предприятии.

Реализация выводов и рекомендации работы. Разработанный механизм формирования мероприятий по охране воздушной среды предложен для практического использования в Отделе экологии и промышленной безопасности AMO ЗиЛ. Результаты исследований использованы в учебном процессе и положены в основу методических рекомендаций по практическим работам студентов по дисциплинам Базы данных и Проектирование информационных систем.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Разработана экономико-математическая модель атмосфероохранной деятельности машиностроительного предприятия для принятия решений по выбору направлений для оптимизации инвестиций на охрану воздушной среды.

2. Основная информация атмосфероохранного назначения содержится в таблицах, характеризующихся переменной структурой, в результате чего взаимосвязи между этими данными не всегда могут быть описаны формальными аналитическими моделями. В диссертационной работе предложены аналитические и графические модели для представления данных по атмосфероохранной проблематике на МСП.

3. Предложена информационная модель на основе применения аппарата реляционной агебры, структурированного языка запросов (SQL) и ER-моделей (моделей сущность-связь).

4. Выведены формулы для определения в структуре затрат на ОВС количества выбросов, обеспечивающего оптимум затрат на очистку воздушной среды МСП, по каждому наименованию загрязняющего вещества.

5. Разработана автоматизированная информационная система поддержки принятия решений, которая позволяет формировать аппаратные комплексы выбора очистного оборудования для оптимизации инвестиций в охрану воздушной среды на предприятии.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и получили положительную оценку в научно-производственных центрах, а также международных и межвузовских конференциях. В частности:

на международной научно-практической Internet-конференции Системы, процессы и модели в экономике и управлении (Москва, 2003);

на конкурсе инновационных разработок для машиностроительных комплексов Конкурс идей, проводимом на AMO ЗиЛ (Москва, 2004). Представленный на конкурс проект Информационная система учета и анализа платежей за выбросы предприятием загрязняющих веществ по объектам загрязнения: атмосфера, водоемы, почва, стал лауреатом конкурса;

на ХУП-ой международной конференции Математика. Компьютер. Образование, Дубна 2010 г.

Публикации. По результатам выпоненных исследований опубликовано б печатных работ, общим объемом 2,3 п.л., в том числе три - в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы, включающего 143 наименования. Общий объем работы составляет 157 страницы, в том числе 40 рисунков и 9 таблиц.

И. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследования, определяются цель и задачи исследования и формулируются защищаемые положения, пред-

ставляются теоретические и практические результаты исследования и показывается научная новизна полученных результатов.

В первой главе Управление в экологии и атмосфероохранные мероприятия рассматриваются актуальные вопросы охраны природы, описываются основные экологические проблемы, возникающие в крупных городах, показывается многообразие объектов природы, подвергающихся воздействию промышленных предприятий и многообразие видов загрязнений. Обосновывается выбор воздушной среды (ВС) в качестве рассматриваемого объекта загрязнения. Рассматриваются государственные меры по регулированию вредного воздействия, которые можно разделить на три группы: правовое, административное и экономическое управления. Наибольшее внимание уделяется экономическим мерам, которые дают возможность предприятию выбрать стратегию поведения в области охраны окружающей среды, распределяя тем или иным образом средства на природоохранные цели.

Также в первой главе описывается многообразие атмосфероохранной техники по своему составу и назначению, что обуславливает возможность реализации природоохранных мероприятий различным набором средств, и, следовательно, различными стоимостями.

Вторая глава Экономико-математическое моделирование системы принятия решений по инвестициям в атмосфероохранные мероприятия машиностроительного производства рассматривает математические модели, применяемые для решения поставленных задач: модели определения значений выбросов загрязняющих веществ; модели расчета ущербов от экологических нарушений модели расчета инвестиций в охрану природной среды.

Многообразие составляющих рассматриваемой проблемы обуславливает необходимость изучения данного подхода с позиций структурного анализа, в частности ШЕР-технологий. Это позволяет выделить компоненты модели и установить характер взаимосвязей между ними с целью экономико-математического моделирования для определения характеристик атмосферо-охранных комплексов, обеспечивающих необходимый уровень защиты воздушной среды с минимальными затратами. Процесс производства продукции с

3* Ха о о о ш

п и № я о

й сч Я Я о Яс

Я м Хо я о

Оборудование

Рис.1. Процесс производства с позиций методологии ЮЕГО

чз я о "1 О Р5 Я

смотрены составляющие экологических затрат (ЭЗ) предприятия ^эз/

(/ = 1,9). Было показано, что наибольшее влияние на формирование экологических затрат предприятия оказывают следующие составляющие: Ддзд Ч затраты на природоохранную технику и технологии и 33^ - платежи за выбросы загрязняющих веществ в окружающую среду.

Затраты на природоохранную технику и технологии 33,1 задаются соотношением

'5эЗ)1=а-5оф-а-Кпр)Р. (Ч

где КПр- коэффициент проницаемости, характеризующий эффективность очистки и определяемый как отношение объема загрязняющих веществ (ЗВ) после очистки V к объему Го до нее; - общая стоимость основных фондов производства; аир Ч коэффициенты, зависящие от видов производств, которые задавались из эмпирических соображений.

Однако это эмпирическое решение приводит к тому, что, во-первых, данные коэффициенты фиксированы для целой отрасли, что не учитывает специфики отдельных производств, а во-вторых, совсем не берется во внимание динамика совершенствования и развития очистной аппаратуры, а также изменчивость рыночного ценообразования на эту аппаратуру. В диссертационной работе была предложена методика, на основании которой были выведены формулы для расчета по двум точкам ^ и 2 значений коэффициентов а и (3, посредством которых учитываются выше перечисленные факторы:

Л 1 Р 1п(1-*2Ып(1-*1)'

где Ч рассматриваемые точки графика зависимости затрат на очистное оборудование от выбросов после очистки, = у^ Кщ,^) = х,- (г = 1,2).

Во второй главе показывается, что в нормальном, безаварийном режиме работы предприятия ущерб компенсируется через платежи, определяемые составляющей ^эзб-

533,6= = (2)

где о,- Ч платежи за загрязнение воздушной среды г-м загрязнителем, определяемые в соответствии с действующим законодательством; А^звЧ количество ЗВ, разрешенных к выбросам на предприятии. Сумма платежа зависит от объема выброшенного г'-го загрязнителя:

Уг8\\ 0<^< Г/1дв ) = К.ДДВ . + 5. 5н . _ ^пдв )з ^пдв <г.< Г > (3)

К/1ДВ -Б?+ 5-Б? Х(^всв-^пдв) + 25^ВСВ

где ^-пдв Ч значение предельно-допустимого выброса, установленного для предприятия по каждому г-м у ЗВ; Ч норматив выплаты за каждую тонну /го ЗВ, выброшенную в пределах ^Хпдв; Р^всв Ч установленный временно согласованный выброс для /-го ЗВ.

Оптимальное решение задачи формирования аппаратных комплексов охраны воздушной среды предусматривает минимизацию затрат, включающих инвестиции в охрану воздушной среды "33 ] и штрафные платежи за загрязнение воздушной среды 33,6' при соблюдении установленных норм выбросов. Таким образом, задача оптимизации сводится к нахождению минимума экологических затрат, то есть совокупности инвестиционных расходов (1) и штрафных платежей (3).

В третьей главе Оптимизационная модель принятия управленческих решений по инвестициям в атмосфероохранные мероприятия машиностроительного производства и автоматизированная система ее реализации рассматривается проблема оптимизация выбросов загрязняющих веществ в воздушную среду и создания информационной системы поддержки принятия решения с це-

лью оптимизации инвестиций на охрану воздушной среды (СППР ОИОВС) в рамках накладываемых ограничений.

Для приведения зависимостей платежей за загрязнение атмосферы (2) и затрат на очистное оборудование (1) к относительным единицам, т.е. к общей стоимости основных фондов $оф были введены обозначения:

А=|И(а)Д (4)

Оф ЛОФ

Тогда оптимальный объем инвестирования в относительных единицах записывается следующим образом.

ЫК^ЫК^ + ЫКц). (5)

Рассмотренные формулы эффективности очистки, затрат на атмосферо-охранное оборудование (1) и (4, б), а так же платежей за загрязнение атмосферы (2), (3), (4, а) и (5), позволяют определить экстремальное количество выбросов для формирования оптимальной стратегии инвестирования в охрану воздушной среды. С этой целью на рис. 2 представлены совместно графики зависимостей относительных платежей за загрязнение ^ (кривая 1) и показателей относительных затрат Ло на очистное оборудование двух различных видов Ч для рукавных фильтров (кривая 2.1) и циклонов (кривая 2.2) от проницаемости Кщ,. Учитывая на основе (3) кусочно-линейный характер зависимости , отметим, что на оси Кщ, точка п;тв соответствует значению , а точка всв Ч

значению Квсв/У

Для определения экстремальной точки /э ] для функции в (5), учитывая вогнутость кривой, достаточно рассмотреть ее первую производную по Кпр. Суммируя результаты дифференцирования, и приравнивая сумму нулю,

было получено уравнение для определения минимума функции Я^. Поскольку

слагаемое по-разному определено в различных областях по оси Кпр, то

решение уравнения (5) дожно быть определено для каждой области отдельно: для области 1: Кпр с [О, 1ПДВ], К$г = 1- Р'1/-

а-Р-^оф

для области 2: Кир с:^, (ВСВ],А^=1 - Р ^

ПДВ> 1ВСВ-Ь"Пр

Ь-Р-Яоф'

(6) (7)

Область 1 Область 2 ^пр С пдв) ^исв] [ Область 3 1 Кпр С (пев! 1] |

ЧЧ. \\ ч\ / / > / / / 1

Ч \ / У / / /[ У "з .1 л

* 4 Ч * г ч 2.2 \ Х-'-Ч.Л .V Х

^ рев . 'Г- - Г---1 " 'Л Г"1.......

0,0 0,1 0 р. 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

Рис. 2. Зависимость атмосфероохранных инвестиций, отнесенная к стоимости основных фондов предприятия, от проницаемости для разных типов очистного оборудования КДр: 1 - зависимость между отношением и проницаемостью Кпр; 2.1 и 2.2 - зависимость между отношением и проницаемостью КДр для рукавных фильтров и циклонов соответственно; 3.1 - сумма зависимостей 1 и 2.1; 3.2 - сумма зависимостей 1 и 2.2

для области З^прС (1вса, 1], = 1 - N

Для учитывая выражения (2) и (3), для у'-ой нормативной области (_/ =1,3) запишем

где уу Ч повышающий коэффициент для каждой области 7=1,3. Тогда множество {узадает массив значений повышающих коэффициентов (штрафов) за переход Кщ в другую область.

Полученные решения (6) Ч (8) были рассмотрены в общем случае для у-ой (у=1, Но6я) области для ситуации, когда количество нормативных областей может быть увеличено с трех до некоторого числа гобл. Для отрезка

определяющего у'-ую область, экстремальное значение проницаемости будет выбираться из АТ[ф, минимального на границах рассматриваемого отрезка и точках, обращающих производную функции в ноль.

Реализовать функционирование комплекса очистки, обеспечивающее экстремальное значение количества выбросов в соответствии выражениями (6)-(8), можно различной комплектацией атмосфероохранного оборудования, и соответственно с различными затратами.

В соответствии с действующим законодательством, предприятию разрешается производить выбросы ЗВ сверх установленного предельно-допустимого уровня в течение ограниченного периода времени по согласованию с вышестоящим экологическим органом. Поэтому в нормальном (безаварийном) режиме работы предприятия представляет интерес область 1 на рис. 2.

Принимая во внимание рассмотренную выше математическую модель для однокомпонентного типа загрязнения, полученное оптимальное решение может быть распространено на случай многокомпонентного типа загрязнения. Тогда

1, о<А'Пр <

I У =' 2, ^пдв -^пр Ч

3, Цсв <АГпр <1.

экстремальное значение выбросов по каждому 1-му загрязняющему веществу, обеспечивающее минимум экологических затрат будет определяться следующим образом:

Система поддержки принятия решений по оптимальному формированию наборов средств и мероприятий по охране воздушной среды машиностроительного производства поддерживается следующими видами обеспечений: информационное (совокупность форм документов, сопровождающие процессы охраны воздушной среды на предприятии и схемы информационных потоков), математическое (набор математических моделей, используемых для реализации функций системы), агоритмическое (совокупность методов и агоритмов, реализующих работу математического обеспечения), техническое (набор аппаратных средств, с минимальными характеристиками), программное (операционная система Windows версии от 2000 и выше) и правовое обеспечение (действующие государственные отраслевые стандарты, законодательные и нормативные акты в области охраны природы).

В соответствии со спецификой рассматриваемой предметной области, СППР ОИОВС дожна штатно работать в нескольких режимах, как показано на рис. 3.

Режим 1. Проектирование и модернизация - поиск оптимальных вариантов комплектации оборудования в случае модернизации самого оборудования или комплекса очистки в целом. Для этого используются данные по производственному и очистному оборудованию, размещенные в созданной базе данных

Режим 2. Эксплуатационный режим - проверка эффективности действующей на предприятии системы охраны ВС с точки зрения экологических затрат. Данный режим работы системы используется тогда, когда не произошло каких-либо явных изменений в условиях работы предприятия или законодательстве.

Рис.3. Режимы работы информационной системы принятия решений по охране воздушной среды. У -условие перехода к следующей операции: Уг Проектируется новый комплекс очистки (КО)? У2: Произошли изменения в нормативах? У): Необходима проверка эффективности функционирования существующего КО? У4: Необходима корректировка в комплектации КО?

Во втором режиме может выпоняться проверка того, насколько эффективно функционирует существующая система очистки выбросов на предприятии. В этом случае может быть произведена соответствующая корректировка в комплектации систем очистки.

Режим 3. Изменение нормативов и платежей. В данном режиме рассматриваются изменения ограничений в математической модели оптимизации, в соответствии с которыми необходима перенастройка действующей системы очистки.

Во всех режимах работа системы основана на поиске оптимального решения по формированию комплексов очистки (КО) для охраны воздушной среды.

Структура автоматизированной информационной системы принятия решений по инвестициям в охрану ВС МСП показана на рис. 4.

В работе была проведена нормализация данных инвентаризации выбросов ЗВ до 3-ей нормальной формы. На основании этого была построена ЕЯ-модель базы данных, представленная на рис. 5.

На рисунке 5 для обозначения основных сущностей логической модели введены следующие сокращения: ИЗ А - источник загрязнения атмосферы; ЗВ -загрязняющее вещество; ИВ - источник выделения ЗВ; ГТГОО - пылегазоочи-стное оборудование. Также для сущности ЗВ на рис. 5. с целью удобства проведения необходимых расчетов платежей за выбросы ЗВ, введены допонительные атрибуты: ПДВ - значение предельно-допустимого выброса т/год; Норматив - норматив выплаты за каждую тонну ЗВ, выброшенную в пределах ПДВ; ВСВ - временно согласованный выброс ЗВ.

АИС принятия решений по инвестициям в охрану ВС МСГТ

Описание системы охраны воздушной среды

Описание системы производства _и воздействия на ВС_

-{Источники выбросов |

^Загрязняющие вещества (ЗВ) | -Очистное оборудование |

Описание связей между объектами

- ЗВ - источник выбросов

- ЗВ - очистное оборудование

ЗВ - элементы комплекса очистки

Описание методов обработки

Тезаурус базы знаний по охране ВС

Структура выбросов по видам производств

^Запросы на выборку данных

^Словари данных

Описание агоритмических _связей_

-|Способы очистки |

Применимость различных характеристик оборудования

Описание информационных потребностей пользователей

Виды выходных данных -[Проектные спецификации |

Расчеты экологических затрат

Формы представления

Описание исходных данных

Характеристики источников выбросов

Номенклатура выбросов ЗВ I атмосферу

Ограничения целостности

Установки ссылочной целостности

Список потенциально применимого оборудования

Результат поиска и анализ

характеристик

оборудования

Оптимальный аппаратный синтез комплексов по очистке воздушной среды

арактеристюш очистного борудования

Иерархическое управление данными

Рис. 4. Структура АИС принятия решений по инвестициям в охрану ВС МСП

На ЕЯ-диаграмме, отражающей статическую структуру системы, показаны связи типа лодин-ко-многим (закрашенный круг связи относится к дочерней сущности). Так, например, рассмотрим отношение между сущностями Тип_ПГОО и ПГОО. К одному типу пылегазоочистного оборудования (родительская таблица) может относиться несколько единиц ПГОО, но одна конкретная единица ПГОО относится только к одному типу.

Далее было проведено аналогичное информационное моделирование для комплекса очистки. На рисунке 6 приведена обобщенная блок-схема одного из вариантов проектируемой системы очистки.

Рис. 5. ЕК.-модель результатов инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу на машиностроительном предприятии

Комплекс очистки в схеме, представленной на рис. б состоит из следующих элементов: Э*0 - захватное устройство (ЗУ, местный отсос); Э|0 - газоход для загрязненного воздуха (Газоход1); Э30 - очистное оборудование (ОчОб); Э40 - газоход для очищенного воздуха (Газоход2); Э50 - вентилятор-

ная система; Э^ - труба для рассеивания (выпуск пылегазовоздушной смеси).

Рис. б. Структурная схема очистки ВС в технологической линии

ЕЯ-модель, созданная в стандарте ЮЕР1Х и соответствующая структурной схеме (см. рис. 6), приведена на рис. 7.

Тип_ИВ Код_Тил_ИВ

Название

'код_ИВ

: Код_Тип_ИВ(РК)

! Название_ИВ I Характеристика

Код_ИВ (РК) Код_ЗВ ^К) Код_Тип ИВ (ЯК

Код_Трубы Трубэ_ЗВ

Название Диаметр Материал

н Код_ЗВ (ЯК) Код_Тру6ы (РК)

Стоимость

Код_ЗУ

Частота

Код_ЗВ (РК) Код_ЗУ(РК)

Стоимость

- К0Д.ЗВ

"пдз " всв

Норматив

Кпасс_опасности

Описание

Код_Вент

Название Мощность

Код_ЗВ (РК) Код_Вент (РК)

Стоимость

Газоход!

Код_Газоход1

Название Диаметр

Стоимость

Код_ПГОО

Наименов ание_ПГОО Производительность Характеристика_ПГОО

Газоход2_ЗВ

ПГ00_33

Газоход1_ЗВ

К0А.ЗВ (ЯК) Код_Газоход1 (РК)

Стоимость

Код_ЗВ (РК) Код_ПГОО (РК)

КомлексОчиспси

Код_Комплекса Очистки Код_ИВ (РК) Код_ЗВ (РК) Код_Трубы (РК) Код_Вент (РК) Код_ЗУ ((=К5 Код_Газоход1 (РК) Код_ПГОО (РК) Код_ГазоходЗ Код_Тип_ИВ (РК)

Суммарна Дстоимость

Код_ЗВ (РК) Код_Газоход2 (ЯК)

Газоход2

Код_Газоход2

Диаметр Стоимость

Рис. 7. ЕЯ-модель формирования аппаратных комплексов охраны воздушной среды машиностроительного предприятия

Для схемы очистки воздуха необходимо комплексирование оборудования воздухоочистки в соответствии с агоритмом оптимизации, реализованном в АИС.

В качестве критерия оптимизации принят критерий минимума стоимости

к0 аппаратных средств разрабатываемого комплекса очитски, при условии обеспечения заданных нормативных ограничений и технических характеристик системы очистки:

/ = шт5ко(Эко) при ТН = ТН

Экос1>Э,

где ЭК

ТН - (ТЩ, Г#2... )т - вектор требуемых технических характеристик

проектируемой системы очистки; = (ТН?,ТН2 .ТН9, )т - вектор началь-

ных технических характеристик проектируемой системы очистки; ЫэЧ количество элементов в комплексе; ЫтЧ количество технических характеристик.

Совокупная стоимость аппаратных средств комплекса очистки определяется соотношением

5К0=2Ж (10)

где Б? - стоимость -го КИ, включенного в систему очистки; Ч количество

элементов г'-го вида; (г = 1, Л^э).

Процедура оптимизации дожна выпоняться итеративно. Эта задача может быть рассмотрена как задача математического программирования, где в качестве критерия оптимизации выступает минимум экологических затрат предприятия. Для решения этой задачи используется метод Фора и Малыранжа. В соответствии с ним среди отобранных информационной системой записей находится начальный план, а далее итеративно определяется наилучший вариант комплекса.

На основании реляционных таблиц, представленных на рис. 7, формируются подмножества записей по заданным диапазонам технических характеристик КИ системы очистки. Решение обеспечивают запросы к АИС на языке SQL, в которых указывается, по каким таблицам формируется запрос, какие атрибуты таблиц для этого используются, по каким условиям производится отбор данных.

При оптимизации дожна быть сформирована совокупность запросов к БД для выбора требуемых подмножеств ZX9,- (/ =1, iV3) различных видов комплектующих изделий по условиям, заданным в виде нормативных ограничений.

На последующих шагах на базе выделенных подмножеств последовательно формируются совместимые по техническим характеристикам структуры КИ из комплекса очистки, и для каждой из них выпоняется подсчет суммарной стоимости поной структуры комплекса очистки в соответствии с выражением (9). Далее по агоритму (10) определяется искомая оптимальная структурная реализация системы очистки.

В результате анализа различных вариантов наборов элементов очистной системы для представленной на рис. 6 структурной схемы получена комплектация, приведенная на рис. 8.

При выборе моделей устройств посредством АИС результаты приведены в стобце 1 гистограммы. При традиционном выборе оператором результаты представлены в стобце 2. Учитывая, что на каждом производственном участке устанавливаются десятки аналогичных систем, экономический эффект от применения системы многократно возрастает.

В заключении излагаются основные выводы, полученные в результате диссертационного исследования.

1. Исследована предметная область - экономика охраны воздушной среды на машиностроительных предприятиях (МСП). Определены направления охраны воздушной среды на машиностроительных предприятиях.

300 000

54 800?

-89 804

118 000

<46 617/

л2 60Си

1547561

СО Газоход для очищенного воздуха. Диаметр 355 мм

(3 Электродвигатель. Мощность 5,5 кВт

В Вентилятор. Мощность 5,5 кВт

В Очистное оборудование. Производительность 4500 мЗ/ч

Н Газоход для загрязненного воздуха. Диаметр 355 мм

Захватное устройство. Частота вращения 1500 об/мин

Без огггимизации С оптимизацией

Рис. 8. Гистограмма сравнения вариантов комплектации комплексов очистки

2. На основе проведенного структурного анализа построена функциональная модель процесса производства МСП, в которой выделены функциональные группы и проанализированы их блоки-функции на базе системного подхода и применения методологии ГОЕБО. Для блоков-функций сформированы обобщенные функциональные зависимости. Полученные результаты были использованы для последующего анализа стратегии предприятия в области охраны атмосферного воздуха при соблюдении заданных ограничений в виде экологических нормативов по выбросам загрязняющих веществ в воздушную среДУ-

3. Исследованы варианты очистки производственных выбросов в воздушную среду машиностроительного производства с целью разработки экономико-математической модели, учитывающей взаимосвязи инвестиций в атмо-сфероохранные мероприятия и технические средства очистки от выбросов в воздушную среду. Экономико-математическая модель определяет взаимосвязи многоступенчатой структуры штрафных платежей в бюджет от объемов выбро-

сов загрязняющих веществ в атмосферу. Экономико-математическая модель основана на полученном обобщенном уравнении, аппроксимирующем зависимости относительных инвестиционных затрат и платежей за загрязнение воздушной среды. Это позволило сформировать экстремальные зависимости, на основе которых разработана методика минимизации атмосфероохранных инвестиций в машиностроительное производство. Полученные результаты представляют базу для оптимального формирования аппаратных комплексов охраны воздушной среды и необходимых инвестиционных платежей. Одновременно руководство машиностроительных производств получает возможности многовариантного рассмотрения инвестиционных и технических решений по проблеме.

4. На основе разработанной экономико-математической модели для формирования аппаратных комплексов охраны воздушной среды, реализована автоматизированная информационная система. Ее особенностью является то, что она представляет собой оболочку для любой комплектации систем очистки. При рассмотрении конкретных схем очистки база данных АИС напоняется из Internet соответствующими записями, которые могут автоматически обновляться. Применение АИС дает существенный эффект как по снижению трудоемкости формирования аппаратных комплексов очистки воздушной среды, так и по сокращению инвестиционных расходов по созданию комплекса систем очистки. Снижение трудоемкости достигается за счет привлечения современных вычислительных средств и инструментария, описанного выше взамен ручного поиска необходимой информации и расчета требуемых значений.

5. Предложена методика проектирования баз данных в области охраны ВС с использованием ^-моделирования. Данная методика позволяет классифицировать мероприятия, технические и программные средства по охране ВС с целью выбора набора средств и мероприятий для принятия решений по инвестициям в охрану воздушной среды на машиностроительных предприятиях.

III. ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Журналы, рекомендованные ВАК для публикации научных работ:

1. Широков Л.А., Рабинович А.Е., Суворов C.B. Экономико-математическая модель для формирования аппаратных комплексов охраны воздушной среды машиностроительного производств И Машиностроение и инженерное образование. 2009. № 2. - 0,6 п.л., лично авт. 0,3 п.л.

2. Широков Л.А., Рабинович А.Е., Суворов C.B. Автоматизированная информационная система оптимального формирования атмосфероохранных комплексов машиностроительного производства // Машиностроение и инженерное образование. 2010. № 3. - 0,6 п.л., лично авт. 0,3 п.л.

3. Рабинович А.Е. Информационное моделирование результатов инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу на машиностроительном предприятии // Микроэкономика. 2011. №2. - 0,4 п.л.

Другие издания:

4. Широков Л.А., Рабинович А.Е. Экономико-математическая модель оптимизации расходов на охрану окружающей среды. I! Вестник Московского Государственного Индустриального Университета (ГОУ МГИУ). 2003. №2 (4). - 0,3 пл., лично авт. 0,2 п.л.

5. Широков Л.А., Рабинович А.Е., Резчиков Е.А. Функциональное моделирование деятельности машиностроительного предприятия по охране воздушной среды // Экономический блокнот Института менеджмента и бизнеса. МГИУ, 2008. Вып. 5. - 0,3 п.л., лично авт. 0,1 п.л.

6. Широков Л.А., Рабинович А.Е., Суворов C.B. Оптимизация аппаратных комплексов охраны воздушной среды машиностроительного производства. Математика. Компьютер. Образование: Сб. научных трудов. Том. 2/ Под ред. Г.Ю.Ризняченко. - М.-Ижевск: НИЦ Регулярная и хаотическая динамика. 2010. - 0,3 п.л., лично авт. 0,1 п.л.

РАБИНОВИЧ АЛЕКСАНДР ЕВГЕНЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ИНВЕСТИЦИОННЫХ РЕШЕНИЙ ПО ОХРАНЕ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО

ПРОИЗВОДСТВА

АВТОРЕФЕРАТ

Подписано в печать 20.05.11 Формат бумаги 60x84/16 Усл. печ. л. 1,75. Уч.-изд. л. 2,0. Тираж 150. Заказ № 163

Издательство МГИУ, 115280, Москва, Автозаводская, 16 www.izdat.msiu.ru; e-mail: izdat@msiu.ru; тел. (495) 620-39-90

Диссертация: содержание автор диссертационного исследования: кандидат экономических наук , Рабинович, Александр Евгеньевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. УПРАВЛЕНИЕ В ЭКОЛОГИИ И АТМОСФЕРООХРАННЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ

1.1. Характеристики загрязнения воздушной среды и актуальность ее охраны

1.2. Государственная система управления охраной окружающей среды.

1.2 Л. Правовое управление

1.2.2. Административное управление

1.2.3. Экономическое управление

1.3. Организация и технические средства охраны воздушной среды машиностроительного предприятия.

Выводы по первой главе.

ГЛАВА 2. ЭКОНОМИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПО ИНВЕСТИЦИЯМ В АТМОСФЕРООХРАННЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

2.1. Анализ факторов экономико-математического и информационного моделирования инвестиций на атмосфероохранные мероприятия машиностроительного предприятия.

2.2. Обоснование выбора аппарата исследования и базовые аспекты экономико-математического и информационного моделирования атмосфероохранной деятельности.

2.3. Математическое моделирование процесса формирования загрязняющих веществ при производственной деятельности предприятия.

2.4. Математическое моделирование государственного экономического управления в области охраны атмосферы.

2.5. Математическая модель инвестиций в охрану воздушной среды.

2.6. Оптимизация атмосфероохранных затрат на машиностроительном предприятии.

Выводы по второй главе.

ГЛАВА 3. ОПТИМИЗАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ПРИНЯТИЯ УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО ИНВЕСТИЦИЯМ В АТМОСФЕРООХРАННЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА И АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ЕЕ РЕАЛИЗАЦИИ

3.1. Оптимизация выбросов загрязняющих веществ в воздушную среду.

3.2. Информационная система оптимального формирования атмосфероохранных комплексов.

3.3. Принятие решений по инвестированию в охрану воздушной среды с использованием автоматизированной информационной системы.

3.4. Реализация методики оптимального формирования атмосфероохранных комплексов машиностроительного производства.

Выводы по третьей главе.

Диссертация: введение по экономике, на тему "Разработка и исследование инвестиционных решений по охране воздушной среды машиностроительного производства"

Научно-технический прогресс, обеспечивающий развитие многих сторон жизни и деятельности людей, одновременно привносит различные неблагоприятные воздействия на окружающую среду. В результате нарушается природное равновесие, сложившееся на глобальном уровне, ухудшающее привычные условия существования людей, животного и растительного мира.

Значительное загрязнение природной среды происходит в результате деятельности промышленных и в том числе машиностроительных предприятий. Это выражено в масштабном изъятии природных ресурсов на производственные цели и в загрязнении природы отходами производства. Одной их важных задач охраны здоровья людей, проживающих в современных мегаполисах, является защита окружающей среды от промышленных загрязнений, включающих твердые, жидкие и газообразные загрязнения, в том числе от выбросов в атмосферу (включающих пылевые, аэрозольные выбросы, пары окислов, растворители ароматического ряда, углеводороды эфирного ряда) которые являются наиболее вредными для человека.

С финансовой точки зрения для экологической безопасности требуются значительные инвестиции, увеличивающие издержки производства (так затраты на пылегазоочистное оборудование достигают 20% и более от стоимости основного технического оборудования), но с другой стороны, недостаточные капиталовложения и меры по очистке ведут к превышению допустимой концентрации загрязняющих веществ в воздушной среде и соответственно к увеличению штрафных платежей. В результате возникает оптимизационная задача, решение которой предусматривает поиск оптимальных инвестиций в формирование аппаратных комплексов по очистке выбросов производства в окружающую воздушную среду.

Актуальность исследования. В настоящее время взаимосвязь экологических и экономических факторов в процессе производства очень велика.

Так природоохранные расходы ведут к увеличению издержек производства, что повышает себестоимость производимой продукции. В связи с этим, в сложившихся эколого-экономических условиях большую значимость приобретают исследования в области оптимизации инвестиций на природоохранную деятельность. То есть актуальна задача повышения уровня экологической защиты народонаселения на основе комплексной оптимизации инвестиционных затрат при безусловном соблюдении накладываемых ограничений в виде нормативов воздействия на природную среду. Рассматриваемая предметная область, то есть экономика охраны воздушной среды, характерна многообразием загрязнений, широкой номенклатурой аппаратных средств для воздухоочистки, обширным спектром технологических процессов и технологических линий, а так же сложными взаимосвязями между ними. Поэтому в данном контексте остро стоит проблема разработки и исследования системы поддержки принятия решений по инвестициям в охрану воздушной среды.

Вопросам экономических и экологических аспектов деятельности промышленных предприятий посвящены труды Акимовой Т.А., Арсенова B.C., Арустамова Э.А., ВыварцаА.Д., Гирусова Э.В., Голуба A.A., Гофмана К.Г., ГраничЛ.С., Данилова-ДанильянаВ.И., Деминой Т.А., Епифанцевой Е.И. Лемешева М.Я., ЛукьянчиковаН.Н., Макар C.B., ОсиповаЮ.Б., Смирнова C.B., Струковой Е.Б., Хаскина В.В., Хачатурова Т.С. и др.

Математическому моделированию эколого-экономических систем посвящены работы многих отечественных и зарубежных ученых Ч Горст-коА.Б., МарчукаГ.И., МедоузаД., Месаровича М., Моисеева H.H., Уголь-ницкого Г.А., Форрестера Дж. и др.

Вопросы управления экономическими системами на основе информационного моделирования исследовались в трудах Диго С.М., Мишени-на А.И., Носова Н.П., Поспелова Д.А., Тельнова Ю.Ф., Черемных Ю.Н., Широкова Л.А. и др. Среди зарубежных ученых значительный вклад в изучение данной проблемы внесли Буч Г., Йодан Э., Кодд Т., Чен П., и др.

Вместе с тем, при всей ценности проведенных исследований в них не ставились акценты на подходах применения экономико-математического моделирования для оптимизации затрат на природоохранные мероприятия и информационных технологий для решений конкретных задач на предприятиях.

Целью работы является повышение экономической эффективности принятия управленческих решений по инвестициям в охрану воздушной среды машиностроительного производства на основе новых информационных технологий.