Журнал «Главный инженер» о системе «Оптимизационное планирование»
 
Журнал "Главный инженер" о системе "Оптимизационное планирование"

Журнал «Главный инженер. Управление промышленным производством» опубликовал статью о системе «Оптимизационное планирование», разработанной специалистами «Науки». Заместитель руководителя отдела аналитики Эмиль Гасанов рассказал читателям о принципах построения, функционале и преимуществах программы. Также в материале приведены результаты её внедрения и возможности, которые система открывает для нефтеперерабатывающего предприятия.

Нефтеперерабатывающий завод, несмотря на значительную тоннажность переработки сырья, исчисляемую миллионами тонн нефти в год, – это достаточно гибкое производство, включающее в себя совокупность установок с различными переделами потоков, что предполагает наличие разнообразных сценариев получения конечной продукции. Их затруднительно просчитать вручную ввиду вариативности сценариев, непрерывности и других особенностей производственного процесса.
Поэтому для построения оптимальных планов выпуска моторных топлив применяются соответствующие программные продукты.
Основное назначение подобных программ – формирование оптимального (экономически выгодного) плана на основе бизнес-цели компании.
Это может быть выпуск дорогостоящей товарной продукции с минимальным запасом по качеству и максимальной экономией энергоресурсов, обоснованные инвестиции, оптимизация поставок сырья и др. Для расчетов многочисленных возможных сценариев в системах применяется цифровая модель линейного программирования (LP-модель).

Эмиль Гасанов, заместитель руководителя отдела аналитики компании «Наука»:
«В любой системе оптимизационного планирования используется мощный математический аппарат, который позволяет решать задачу линейного программирования большой размерности за довольно быстрое время, что помогает оперативно реагировать на изменения условий рынка».

Рис. 1. Формальное представление математической модели

 

Программные продукты на основе LP-модели, обладающие функционалом для планирования производства, существуют давно. В основном, это системы зарубежных производителей, таких как Aspen (продукт PIMS), Honeywell (RPMS) и Aveva (Spiral). Российская компания «Наука» занимается разработкой и внедрением собственной системы «Оптимизационное планирование производства», которая применяется на нефтеперерабатывающих предприятиях и может быть задействована в других отраслях промышленности.

Ниже представлены основные положения этой системы.

 

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ЛИНЕЙНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ

Постановка задачи линейного программирования сводится к максимизации или минимизации целевой функции в рамках ограничений, которые настраиваются в системе.

Целевая функция:

F(x)= c1x1 + c2x2 + … + cnxnmax(min)                      (1),

при ограничениях:

a11x1 + a12x2 + … + a1nxn {≤ = ≥} b1,

a21x1 + a22x2 + … + a2nxn {≤ = ≥} b2,                                   (2)

am1x1 + am2x2 + … + amnxn {≤ = ≥} bm .

Требование неотрицательности:

xj ≥ 0, где  j = 1, 2,……, n                                                (3).

 

При этом aij, bi, cj (I = 1, 2, ….., m; j = 1, 2,……, n – заданные постоянные величины.

 

ПРИМЕР ЗАПИСИ ЗАДАЧИ ЛИНЕЙНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ В ОБЩЕМ ВИДЕ 

Целевая функция формируется на основе реализации товарной продукции (с положительным знаком) за вычетом закупки сырья и потребления энергоресурсов. Таким образом, увеличение выпуска дорогостоящей товарной продукции с одновременным снижением потребления энергоресурсов и закупки дорогостоящего сырья (присадки, реагенты) при выпуске товарной продукции увеличивает целевую функцию. Для этого в системе используется ряд настроек: для модуля нефти, объектов модели (установок) и рецептуры смешения.

 

НАСТРОЙКА МОДУЛЯ НЕФТИ

Позволяет на основе данных о разгонке нефти, приведенных в табл. 1, сформировать режимы работы установок первичной переработки нефти.

 

Таблица 1

Данные о разгонке нефти (истинные температуры кипения)

 

НАСТРОЙКА ОБЪЕКТОВ МОДЕЛИ (УСТАНОВКИ)

Представляет собой настройку следующих параметров установки (рис. 2):

  • минимальные/максимальные загрузки: суммарная и загрузка по потокам;
  • данные о качестве сырьевых потоков, которые были получены на первом этапе формирования режимов работы первичных установок, используются при расчете вторичных процессов как исходные данные для определения качественных характеристик выходящих потоков;
  • данные о потреблении энергоресурсов в удельных нормах, либо в конкретных зависимостях от загрузки по сырью и/или сезонности работы.

 Рис. 2. Настройка объектов модели

 

НАСТРОЙКА РЕЦЕПТУРЫ СМЕШЕНИЯ

Включает в себя составление описания перечня всей номенклатуры выпускаемых товаров и компонентов, полуфабрикатов. Предполагает применение максимально возможной (расширенной) рецептуры, пример которой приведен в табл. 2. После чего настроенные данные используются для формирования оптимальной рецептуры смешения с минимальным потреблением энергоресурсов на выпуск компонентов, которые будут формировать потребительскую корзину.

 

Таблица 2

  Выпускаемые товары и компоненты, полуфабрикаты

 

ЗАДАНИЕ НА ПРОИЗВОДСТВО

В системе указываются условия рынка, технологические ограничения на выпуск товарных позиций и качественные характеристики выпускаемой продукции, пример приведен в табл. 3. На основе этих данных формируется конечная оптимальная рецептура товара.

Таблица 3

 Перечень товарной продукции с качественными характеристиками

 

ИСПОЛНЕНИЕ ПЛАНА

На рис. 3 показано, что минимально возможное потребление заводом энергоресурсов не обеспечивает исполнение плана и способствует потере потенциальной прибыли. Система «Оптимизационное планирование» рассчитывает потребление энергоресурсов с учетом повышения маржинальности предприятия. На основе всех вышеперечисленных настроек в системе определяются режимы работы, производительность установок и рецептура смешения таким образом, чтобы обеспечить производство минимальным энергопотреблением при условии выполнения плана.

Рис. 3. График зависимости потребления ресурсов от загрузки установки

 

УЧЕТ ВЛИЯНИЯ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ НА ФОРМИРОВАНИЕ ПЛАНА ПРОИЗВОДСТВА

Система рассчитывает оптимальные объемы выпуска продукции с учетом технологических ограничений и ее стоимости, при этом определяет следующие параметры производства:

  • объем и номенклатуру сырья и товарных продуктов;
  • потребление вспомогательных материалов;
  • технологические режимы работы с учетом вида сырья, ремонтов установок и величины потерь;
  • переходящие запасы по периодам;
  • качество сырья, полуфабрикатов и товарной продукции;
  • рецептуры приготовления/смешения товарной продукции;
  • технико-экономические показатели работы предприятия в целом.

В системе учитывается количество и качество нефти по узким фракциям, влияние этих параметров на качество товарных продуктов, влияние качества входных потоков на выходы с установок (в весовых долях), неаддитивность качества компонентов в операциях компаундирования, зависимость норм потребления энергоресурсов и вспомогательных материалов от загрузок установок.

 

ЭФФЕКТ ОТ ВНЕДРЕНИЯ СИСТЕМЫ

Функционал программы позволяет:

  1. Создавать различные модели производства в виде проектов с набором вариантов и оперативно получать результат расчета плана по выбранной модели.
  2. Использовать в модели производства наборы LP-векторов, описывающих различные режимы работы установок.
  3. Прослеживать в модели показатели качества потоков по всей схеме переработки — от нефти до готовой продукции.
  4. Формировать модели одно- и многопериодного типа с возможностью указывать для каждого периода собственные значения параметров, начальные или конечные запасы для сырья, промежуточных и конечных продуктов.
  5. Формировать схемы компаундирования потоков с возможностью использования расчета неаддитивных показателей качества.
  6. Проводить расчет потребления энергоносителей для всех производственных установок и учитывать различные нормы потребления в зависимости от загрузки.
  7. Получать технико-экономическую картину производства с максимизацией маржинальности предприятия (объем выпуска готовой товарной продукции с показателями качества и оптимальными целевыми рецептурами их смешения, оптимальные загрузки установок, условно-переменные статьи затрат и др.).

 

РЕЗУЛЬТАТЫ

Система «Оптимизационное планирование» обеспечивает нефтеперерабатывающему предприятию:

  • экономию до 50 млн руб. в месяц при переработке 1,5 млн т нефти;
  • формирование товарной корзины с минимальным запасом по качеству, в соответствии с требованиями ГОСТ или СТП. Что позволяет снизить общую себестоимость выпускаемого товара и тем самым увеличить прибыль предприятия;
  • обоснованные инвестициипри потребности ввода новых установок. На основании оценки роста объема переработки и затрат на нее система определяет разницу в прибыли завода до и после ввода установки. В результате выявляется более чем двукратный прирост чистой прибыли предприятия;
  • оптимизацию поставок сырья при рассмотрении разных объемов переработки нефти. Подбирается наиболее выгодный объем переработки сырья из предложенного диапазона;
  • автоматизированный контроль и отчетность.

Таким образом, система помогает сформировать оптимальный (экономически выгодный) производственный план на основе бизнес-цели предприятия.

Система оптимизационного планирования является частью платформы по управлению производством, что обеспечивает безболезненное решение проблемы интеграции систем. Так, например, данные производственного учета, лабораторной системы и системы оценки эффективности производства могут быть использованы как исходные данные при планировании. И наоборот, данные от системы планирования могут применяться в этих же системах. Это позволяет закрыть полный технологический контур по автоматизации работы предприятия.