Система «Оптимальное планирование»

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).

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 NAUKA занимается разработкой и внедрением собственной системы «Оптимальное 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 сводится к максимизации или минимизации целевой функции в рамках ограничений, которые настраиваются в системе.

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.

Позволяет на основе данных о разгонке нефти, приведенных в таблице c данными о разгонке нефти (истинные температуры кипения), сформировать режимы работы установок первичной переработки нефти.

Представляет собой настройку следующих параметров установки (рисунок «Настройка объектов модели»):

• 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

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

В системе указываются условия рынка, технологические ограничения на выпуск товарных позиций и качественные характеристики выпускаемой продукции, пример приведен в таблице с перечнем товарной продукции с качественными характеристиками. На основе этих данных формируется конечная оптимальная рецептура товара.

На графике показано, что минимально возможное потребление заводом энергоресурсов не обеспечивает исполнение плана и способствует потере потенциальной прибыли. Система «Оптимальное 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.

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.

Функционал программы позволяет:

• создавать различные модели производства в виде проектов с набором вариантов и оперативно получать результат расчета плана по выбранной модели
• использовать в модели производства наборы LP-векторов, описывающих различные режимы работы установок
• прослеживать в модели показатели качества потоков по всей схеме переработки — от нефти до готовой продукции
• 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
• формировать схемы компаундирования потоков с возможностью использования расчета неаддитивных показателей качества
• проводить расчет потребления энергоносителей для всех производственных установок и учитывать различные нормы потребления в зависимости от загрузки
• 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.)

Система «Оптимальное 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

Система оптимального 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.