Организационно-экономическое обеспечение разработки системы оперативного управления нефтеперерабатывающим производством

В условия рыночных преобразований в экономике повышение эффективности деятельности предприятий и их адаптация к рыночным условиям хозяйствования является важнейшим условием дальнейшего развития и выживания.

Падение добычи нефти, отсутствие контроля за ее рациональной переработкой, требуют проведения помимо технических, организационно-экономических мероприятий, повышающих эффективность производства.

Современные российские производственные предприятия работают в динамичных социальных и экономических условиях. Новые условия работы предприятий требуют реинжиниринга систем управления.

В большинстве отраслей серьезно пострадали все элементы производительных сил. В силу конструктивных особенностей и технико-экономической значимости на НПЗ в наибольшей степени моральному износу подвержено технологическое оборудование. Известна его особенность — оно устойчиво сохраняет свои эксплуатационные свойства при оптимальных режимах работы, соответствующих эффективному использованию его технологических характеристик. При этом параллельно создаются и наилучшие экономические условия воспроизводства данного элемента производительных сил: образуются необходимые накопления для модернизации и технического обновления, последовательно умножается и обобщается технологический опыт, возрастает квалификация обслуживающего персонала.

В силу фундаментальных политико-экономических основ поразившего страну кризиса возврат к стационарному состоянию народного хозяйства будет долгим и болезненным. В этих условиях правомерно и весьма актуально ставить вопрос о мерах частичной нейтрализации разрушительного действия реформ на производительные силы отрасли и, в первую очередь, на технологическое оборудование. Их разработка отчасти может основываться на существующих достижениях отраслевой экономической науки. Многие вопросы эффективного управления производством рассмотрены и решены в трудах В. М. Андрианова, К. М. Великанова, О. В. Голованова, Е. С Докучаева, Л. Г. Злотниковой, А. И. Климова, Ю. М. Малышева, В. П. Мешалкина, A.JI. Рабкиной, Н. И. Сластенко, С. А. Соколицына, К. Г. Татевосова, и др. В их научных трудах систематизированы показатели работы оборудования и факторы, определяющие значения этих показателей, обоснованы направления структурно-технологической перестройки материально-технической базы предприятий с учетом мировых тенденций.

В общем, совокупность вопросов экономически эффективного использования оборудования — одна из самых изученных областей как в общеэкономическом плане, так и в отраслевом аспекте. Можно считать удовлетворительно разработанными в теоретико-методическом отношении:

— систему показателей оценки эффективности использования оборудования;

— зависимость обобщающих показателей эффективности производства от уровня использования агрегатов во времени и по производительности;

— оптимальную организацию воспроизводства основных фондов в структурном отношении (как сочетание различных форм воспроизводства), во временном аспекте и по источникам финансирования;

— системы организации ремонта и межремонтного обслуживания оборудования;

— оптимальные пути повышения уровня автоматизации;

— оценку качества средств i руда;

— построение оптимальной структуры цикла технического развития средств труда с закономерным и своевременным чередованием текущего и коренного их конструктивного усовершенствования.

По всем перечисленным направлениям теории эффективности использования оборудования получены существенные результаты, хотя и сохраняются вопросы, требующие дальнейшей углубленной разработки.

При общей большой изученности рассматриваемой проблемы в ней остаются слабо освещенные области, относящиеся к вопросам непосредственного управления производством на уровне технологической установке.

Традиционный подход выделяет в системах управления пять уровней [36]:

— ввод/вывод;

— управление вводом/выводом;

— диспетчерское управление и сбор данных (SCADAуровень);

— управление производством (MES-уровень);

— планирование ресурсов предприятия (MRP-уровень) MES-уровень управления призван соединить упорядоченную и обработанную информацию о производстве продукции, получаемую в ходе управления технологическим процессом, и результаты функционирования высшего уровня управления предприятием — руководства (решения, распоряжения). При этом, с одной стороны, руководство получает информацию о ходе производства и формирует распоряжения (управляющие воздействия) в рамках классической офисной автоматизации, с другой стороны, распоряжения руководства немедленно принимаются к выполнению на уровне цеха и отдельных технологических установок. Другими словами, на MES-уровне управления предприятием происходит сопоставление технико-экономических и технических показателей.

Таким образом, повышение эффективности производства на современном этапе необходимо проводить за счет совершенствования систем управления и критериев, по которым оно производится. Значения показателей, используемых в качестве критериев управления, как правило, имеют нелинейный характер и поэтому не учитываются даже в некоторых моделях оптимизации, в частности, в линейной модели оптимизации производственной программы НПЗ.

Управление процессами подготовки и переработки нефти, как правило, производится в соответствии с технологическим регламентом, в котором оговариваются условия для режимных параметров ведения процесса и нормируются показатели качества получаемых продуктов.

Главной особенностью нефтеперерабатывающих производств является нестабильность характеристик сырья, определяющая необходимость изменения режимных параметров с целью поддержания нормируемых показателей качества получаемых продуктов. Сырье для нефтеперерабатывающих заводов нормируется по целому ряду параметров: содержанию воды и солей, количеству летучих углеводородов, но, тем не менее, химический и фракционный составы нефтей также могут изменяться существенным образом.

В последние несколько лет НПЗ широко практикуется использование так называемого «давальческого» сырья и переработка сырья «с колес». Это сырье является очень часто смесью нескольких нефтей, полученных с различных месторождений и обладающих различными свойствами и характеристиками. Известно, что, несмотря на огромное количество работ по изучению свойств нефтей отдельных месторождений, многие вопросы управления технологией переработки этих нефтей остаются открытыми. Необходимость использования смесей нефтей усугубляет эти проблемы, в частности, не позволяет оперативно анализировать состав сырья и вырабатывать рекомендации по ведению технологических режимов процессов переработки нефти. Острота проблемы несколько снижается для процессов вторичной переработки и нефтехимического синтеза, где в качестве сырья используются продукты первичной переработки нефти, качество которых поддерживается в определенных пределах. Тем не менее, влияние нестабильности характеристик сырья процессов первичной переработки нефти отражается на режиме производства и качестве продуктов вторичной переработки нефти и нефтехимического синтеза. Это является одной из причин, также обуславливающих необходимость повышения качества управления процессами первичной переработки нефти.

В условиях рыночной экономики выпуск продукции обусловлен потребительским спросом. Так, например, при производстве масел возникает необходимость в производстве небольших партий различных по назначению и свойствам масел, потребное количество которых производится за двое-трое суток. Изменение технологического режима установок атмосферно-вакуумных трубчаток (АВТ) часто занимает время от нескольких часов до двух суток даже в условиях стабильного по качеству сырья.

Сочетание нестабильного по характеристикам сырья и изменяющихся требований к показателям качества получаемых продуктов являются основными факторами, которые делают задачу подбора технологического режима чрезвычайно сложной. Трудности выбора режимных параметров связаны со следующими причинами.

Во-первых, отсутствуют (или крайне ограничены) средства метрологического контроля качества продуктов подготовки и переработки нефти на потоке, в связи с чем, управление производится на основе информации, получаемой путем отбора проб и проведения лабораторных анализов. Стоимость и технические возможности лабораторного контроля на предприятиях позволяют делать не более двух-трех анализов в сутки. Заметим, что частота проведения анализов на УКПН, как правило, еще меньше: обычно один-два анализа за сутки.

Во-вторых, качество процессов управления с учетом задержек, инерционности производственных процессов, достигающих в процессах подготовки нефти время от нескольких часов до нескольких десятков часов, а в процессах нефтепереработки от нескольких минут до десятков минут, принципиально не может быть сделано высоким, т.к. низкое быстродействие автоматических систем регулирования не позволяет подавлять возмущения относительно более высокой частоты.

В-третьих, объем информации, который предлагается оператору (или автоматическому устройству) для выработки управляющих воздействий достаточно велик. Часто информация имеет нечеткий характер, а оценка качества того или иного решения на управление проводится по многим плохо формализованным критериям. Это приводит к тому, что решения на управление формируются обычно экспертным образом, и качество управления зависит от опыта и других личных качеств обслуживающего персонала.

Сказанное позволяет заключить, что проблема оперативного управления процессами переработки нефти является весьма актуальной, а ее разрешение позволяет заметно повысить эффективность производства.

Актуальность темы

подтверждается огромным числом публикаций, сотнями патентов и авторских свидетельств на изобретения, исследований в форме диссертаций, которые направлены на решение проблемы управления процессами подготовки и переработки нефти.

В то же время общий методологический подход к решению проблемы оперативного управления процессами нефтепереработки и нефтехимии отсутствует.

Сказанное определяет цель настоящего исследования как разработку организационно-экономического обеспечения оперативного управления и оптимизации производства по показателям экономической эффективности установок НПЗ на основе фактически установленных соотношений между экономическими показателями и параметрами работы технологических установок.

Этот, сравнительно узкий по формальному определению подход имеет для экономики нефтеперерабатывающей промышленности достаточно широкое общенаучное значение. При последовательной глубокой проработке он может дать целую систему типовых моделей оптимизации работы ведущих технологических процессов без упрощений, свойственных линейным моделям оптимизации производственной программы.

В рамкой данной концепции проводимого исследования можно ввести в оборот термин «on-line экономики» или экономики в режиме реального времени. Под данным выражением понимается работающий в режиме реального времени комплекс систем получения данных о производстве, оценки его эффективности по установленным критериям и выработки корректирующих воздействий на технологический процесс.

Создание такого комплекса подразумевает решение следующих задач:

— автоматизированный сбор данных о процессе;

— моделирование процесса с целью расчета показателей качества продуктов и полуфабрикатов;

— сведение материальных энергетических балансов;

— расчет технико-экономических показателей;

— подсистема поддержки принятия решения по управлению.

Очевидно, что данные задачи могут быть решены на базе АСУ с применением микропроцессорной техники.

На сегодняшний день современные средства автоматизации позволяют на высоком уровне построить системы, оценивающие и регулирующие технологический процесс. Но нет систем, вырабатывающих критерии управления процессом, задающих контрольные величины, рассчитанные именно с учетом экономических параметров. Главной задачей исследования в данной работе и является построение научной базы для подобного рода автоматизированных систем управления производством.

Основными функциями таких систем являются:

• анализ и классификация информации, поступающей с исследуемого объекта;

• определение характера и тесноты взаимосвязей между переменными объекта;

• выделение наиболее информативных входов;

• построение гистограмм и графиков, переменных или зависимостей между ними;

• конструирование моделей из типовых элементов;

• тестирование алгоритмов идентификации и управления на модели объекта;

• построение альтернативных моделей и выдача обоснованных рекомендаций по выбору из них наиболее подходящей в данной ситуации;

• информационная поддержка оператора при управлении технологическим объектом;

• тренаж и обучение при решении задач статистического анализа, моделирования, идентификации.

В основы данной работы наряду с экономическими теориями, легла теория нечеткой логики, в частности — применение экспертных систем. Применение таких методов построения систем управления производством на уровне технологической установки вызвано тем, что практически невозможно построить точную математическую модель сложного объекта (которыми является установки переработки нефти и нефтепродуктов), что вытекает из определения сложных систем.

Выход из положения связан с использованием методов системного анализа и современных методов обработки плохо структурированной информации.

Для этих целей можно использовать нечеткую математику, идеи ситуационного моделирования и управления, методы исследования операций и имитационного моделирования.

Системное использование данных моделей и методов предполагает итеративный характер их получения и проверки адекватности на основе анализа конечного результата.

Для достижения цели исследования необходимо было решить ряд взаимосвязанных познавательных, методических и расчетно-аналитических задач. Первая из них заключена в анализе фактического состояния оперативного планирования работы установок НПЗ.

Вторая задача состоит из определения элементов системы оценки и оптимизации при планировании работы установки.

Третья задача возникла па стадии моделирования и заключалась в отборе факторов, определяющих оптимальную эффективность работы.

Четвёртая задача состоит в разработке моделей оптимизации технологического процесса с точки зрения экономических критериев с использованием экспертных систем.

Теоретической основой решения перечисленных задач избрана модель экономического равновесия фирмы. Поскольку сам принцип экономического равновесия не содержит указания на конкретные приемы проведения оптимизационных расчетов, они были разработаны автором.

Научная новизна результатов проведенного исследования заключена в следующем.

1. Установлено место проблемы оперативного планирования и оптимального ведения нефтеперерабатывающего производства на уровне технологической установки.

2. Разработана структура модели системы оперативного управления технологической установкой по ТЭП.

3. Предложен критерий оперативной оценки эффективности технологического режима и методика его расчета.

4. Предложены пути дальнейшего совершенствования системы оперативного управления предприятия в целом. и.

Основные результаты и выводы по работе сводятся к следующему:

1. Анализ состояния и особенностей задачи построения систем управления процессами нефтепереработки по технико-экономическим показателям показал, что:

— задача управления не может быть решена на основе традиционных подходов к построению АСУ и поэтому требует разработки организационно-методического обеспечения;

— основными вопросами, решение которых определяет возможность управления по ТЭП являются: разработка методов получения оперативной информации о ТЭП, характеризующих состояние технологического процесса в текущий момент времениразработка критерия управленияразработка методов оптимизации ТЭП и принятия решений при управлении производством;

2. Предложена и обоснована концепция построения системы управления, включающая процедуру оптимизации технологического режима с учетом ТЭП. Оптимизацию производства в режиме реального времени предложено проводить на основе теории эффективности и, в частности, предложенного критерия Оперативной прибыль.

3. Поставлена задача оперативной оценки внутренней стоимости полуфабрикатов в зависимости от значений показателей их качества.

4. Рассмотрены особенности, разработаны принципы, поставлена задача и предложена методика проектирования и расчета подсистемы определения величины эксплуатационных затрат, в зависимости от параметров технологического режима.

5. Рассмотрены вопросы алгоритмического обеспечения и приведены примеры решения задачи расчета критерия «Оперативная эффективность».

6. Разработан алгоритм и рассмотрен пример применения критерия «Оперативная прибыль» при оперативном управление процессами прокаливания кокса и процесса платформинга установки JT-35−11/1000.

7. Намечены основные направления совершенствования оперативного управления с использованием АСУ предприятия, охватывающей различные сферы хозяйственной деятельности, в частности построение следующих подсистем:

— «План-факт анализ», направленную на определение допустимых отклонений фактических показателей по которым производится управление.

— подсистема поддержки принятия решений оперативно-диспетчерского управления (АСОДУ). обладающая наряду с традиционными функциональными возможностями, «интеллектуальными» способностями для принятия решений в условиях частичной потери и искажения информации с измерительных устройств, отсутствия точной количественной оценки параметров и показателей.

— подсистема финансового анализа, на основе таких современных информационных технологий как экспертные системы (ЭС), которые позволяют принимать решения в условиях неполноты, недостоверности, многозначности исходной информации на основании цепочки рассуждений (правил принятия решений), заложенной в базе знаний. ЭС анализа финансового состояния предприятия помогает ЛПР (лицу, принимающему решения) оценить экономическую ситуацию, провести ее анализ сформировать диагноз и сформулировать ближайшие цели, достижение которых обеспечит желаемое развитие предприятия с учетом и без учета его резервов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.