Введение
На нефтеперерабатывающем производстве, которое представляет собой сложную промышленную систему, система управления процессом играет ключевую роль. Необходимо обеспечить постоянное и безошибочное управление и стабильную работу системы. Даже один день простоя означает для завода потерю огромной прибыли. С одной стороны жесткая конкуренция требует такого управления процессом, при котором будет достигнут максимальный уровень выпуска высококачественной продукции, а с другой стороны затраты на энергию, персонал и обслуживание систем, которые являются тремя важнейшими факторами, влияющими на цену готового продукта, должны по возможности удерживаться на низком уровне, чтобы продукт был конкурентоспособным на мировом рынке. Система управления процессом влияет на все типы затрат.
Поэтому именно оптимальное управление процессом может гарантировать эффективное использование потребляемой энергии и такую операторскую поддержку при управлении системой, при которой затраты на персонал будут минимальными.
Кроме того, 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.
|
|
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 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.
1. Основные вопросы, рассматриваемые процессной командой
|
|
На современном нефтехимическом предприятии работает несколько десятков установок. Для четкого планирования и управления работой этих установок необходимо иметь мощные средства автоматизации управления. Но этого недостаточно. Необходима система оценки текущих состояний технологических установок и критерии принятия управляющих воздействий. На сегодняшний день в отечественной нефтепереработке используется система нормированных показателей. По таким показателям, установленным соответствующей документацией, ведется технологический процесс, т.е. устанавливаются режимные параметры. В свою очередь расчет экономических показателей производится так же на основании утвержденных методик, которые заключаются в определении порядка отнесения и структуры производственных затрат на стоимость продукции [30].
Возникает законный вопрос в правильности существующей методики определения технико-экономических показателей. Но даже при условии принятия положения о правильности структуры распределения затрат на товарную продукцию, при функционировании такого механизма расчета технико-экономических показателей, нет достаточной оперативности в их расчетах.
Экономическая нагрузка на полученные технические результаты добавляется исходя из цены нефти - сырья, поступившего на переработку. Если на переработку поступила нефтяная смесь, по разным ценам, то среднюю цену вычисляют путем нахождения средневзвешенного показателя. Учитываются различные эксплуатационные, общезаводские затраты и рассчитывается себестоимость произведенной продукции.
|
|
На основе рассчитанных данных принимаются решения об изменении технологического регламента. Минимальный период расчета технико-экономических показателей на основе данных о технологическом процессе составляет в настоящее время одни сутки. Таким образом цикл оперативного управления по технико-экономическим показателям составляет 2 суток, с учетом получения информации о реакции управляемой системы на управляющее воздействие.
Управление непосредственно технологическим процессом осуществляется без учета технико-экономических показателей. Операторы опираются исключительно на нормы, установленные технологическим регламентом, в котором задаются значения для технических показателей. В связи с этим управление технологическими установками носит экспертный характер в пределах ограничений, накладываемых регламентом.
Перечень проблем и пути их решения
Управление современными нефтеперерабатывающими и нефтехимическими заводами представляет собой сложную и трудоемкую задачу. Обычно полагают, что она заключается главным образом в достижении предприятиями установленных планом основных показателей их производственно-хозяйственной деятельности. Если рассматривать задачу управления лишь с этих позиций, то и в этом случае следует отметить ее масштабность.
Сложность управления предприятием в условиях переходной экономики обуславливают:
- нестабильные экономические законы;
- хрупкость хозяйственных связей;
- изменчивость спроса на рынке нефтепродуктов;
- интенсивное изменение мировых цен на нефть;
- многообразие поставщиков сырья, и как следствие разнообразие показателей его качества (содержание светлых нефтепродуктов, ароматических соединений, непредельных углеводородов, содержание серы и т.д.).
Производственно-хозяйственная деятельность каждого предприятия оценивается целым рядом показателей, таких, как объемные показатели по производству продукции в стоимостном и натуральном выражениях, показатели по труду, заработной плате, себестоимости продукции, прибыли, рентабельности и т. д. (для нефтеперерабатывающего завода, например, подобный ряд состоит почти из восьмидесяти наименований). Каждый показатель, как правило, является функцией нескольких аргументов. Так, показателями по объему производства продукции в натуральном выражении определяются с учетом качественной и количественной характеристик сырья, возможных вариантов его переработки, расходных нормативов, состояния оборудования и других данных.
Для управления заводом очень важно, что показатели деятельности завода постоянно изменяются во времени. Другими словами, помимо числового значения, у каждого показателя имеется и временная характеристика, раскрывающая его динамику.
Следует отметить, что об управлении заводом, так же как и любым другим объектом, можно говорить, только анализируя работу предприятия как динамическую систему.
Статические характеристики нефтеперерабатывающего или нефтехимического завода могут дать нам представление о номенклатуре продукции и мощности производства по основным ее видам, потребляемом сырье, источниках и количестве потребляемых энергетических ресурсов, наборе технологических производств и установок, численности производственного персонала и т.п. Эти характеристики могут вполне удовлетворять технолога, энергетика, экономиста для определения соответствующих их профилю задач. Постоянное же изменение показателей завода во времени выдвигает требование иного взгляда на завод, выступающий как объект управления.
При таком подходе нефтеперерабатывающие и нефтехимические предприятия рассматриваются как сложные (большие) системы, которые состоят из совокупности элементов, находящихся во взаимодействии (рис. 1). Поэтому исследование их должно осуществляться на основе методологических принципов такой научной дисциплины, как общая теория систем. При этом, безусловно, следует исходить из предпосылки, что упомянутая теория не заменяет, а дополняет другие науки, положения которых применится в производстве продуктов переработки нефти и нефтехимии.
Рисунок 1. Принципиальная схема представления производства нефтепродуктов в виде совокупности материальных потоков.
С позиции общей теории систем [53] управление есть функция системы, ориентированная либо на сохранение ее основного качества (т. е. совокупности свойств, потеря которых влечет за собой разрушение системы) в условиях изменения окружающей среды, либо на выполнение соответствующей программы, которая должна обеспечить устойчивость функционирования (гомеостаз), достижение определенной цели.
На основании изложенного задачу управления нефтеперерабатывающими и нефтехимическими предприятиями нужно рассматривать в более широком плане, чем только достижение ими основных показателей производственно-хозяйственной деятельности.
В условиях постоянных изменений, происходящих в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, и все возрастающих требований народного хозяйства данная задача состоит в обеспечении эффективного функционирования завода При этом работа предприятия должна удовлетворять как требованиям макро-, так и микросреды функционирования.
Например, максимальное удовлетворение рынка в продукции предприятия должно сочетаться с совершенствованием технической базы производства и улучшением условий труда и быта членов заводского коллектива.
Такое содержание задачи управления вызывает необходимость учитывать все аспекты функционирования предприятия и окружающей среды, использовать при решении упомянутой задачи системный подход, базирующийся на положениях общей теории систем.
Применение системного подхода для целей управления основано на ряде специфических приемов, а именно:
· и замене исследуемой системы некоторой аналитической или числовой моделью;
· и определении и формулировке совокупности правил (алгоритмов), характеризующих поведение системы;
· и использовании принципа внешнего дополнения.
Поиск решения задачи управления в отличие от поиска решений других задач имеет свои особенности.
Получение целевых нефтепродуктов, снабжение завода электроэнергией, экономический анализ и другие аспекты производственной деятельности предприятия реализуются через последовательные закономерные явления, переход одних явлений в другие, т. е. обеспечиваются посредством соответствующих процессов.
Управление также является одним из аспектов функционирования производства и характеризуется своими закономерностями, определяющими последовательность действий и зависимость явлений. Исходя из этого, можно говорить о существовании процессов, посредством которых обеспечивается управление, т. е. процессов управления.
Поэтому особенности управления заводами, перерабатывающими, например, нефть и ее фракции, заключаются не только в специфике производства продуктов нефтепереработки, но и в отличии собственно процессов управления от других, хорошо известных в нашей практике процессов.
Производство нефтепродуктов относится к типу непрерывных. При этом особенностью его является то, что все направления производственно-хозяйственной деятельности НПЗ в значительной мере определяются качеством поступившего на переработку сырья.
На нефтеперерабатывающих заводах при использовании одного и того же сорта нефти в различных условиях достигаются разные выходы нефтепродуктов. Это позволяет в широких пределах варьировать технологические режимы переработки нефти (особенно при наличии нескольких сортов) в целях получения оптимальных выходов отдельных нефтепродуктов. От качества исходного сырья существенно зависит выход продукции и на нефтехимических предприятиях.
Эффективная реализация процессов управления предприятием и особенно проектирование механизма, реализующего эти процессы (или, как принято в настоящее время говорить, управляющей системы), также вызывает необходимость формализации процессов управления с достаточной степенью полноты. Иными словами, необходимо описать процессы управления формальными средствами с учетом специфики производства. Наиболее распространено сейчас такое описание языком математики и формальной логики [35].
При формализованном описании процесса используется целый ряд определений, показателей и связей между ними. С понятием «управление» тесно связаны такие термины, как уже упомянутые ранее система, среда, объект, критерий и др.
Особенно важно для раскрытия понятия «управление» определение цели. Она характеризует поведение системы для соответствующего упорядочения множества ее состояний. Формальным выражением цели служит целевая функция, т. е. функция в экстремальных задачах, минимум или максимум которой нужно найти. Цель фактически определяет направление процесса управления.
Одним из основных понятий при рассмотрении систем в связи с формализацией процесса управления является «назначение» объекта. Оно обусловливает области применения систем, раскрывает их сущность. Назначение, например, нефтеперерабатывающего завода заключается, как известно, в производстве соответствующей гаммы продуктов на базе переработки нефти.
Важной характеристикой системы служит понятие «ресурс». Это понятие, широко используемое в управлении производственными объектами, раскрывает запасы или источники возможностей системы, к которым обращаются в необходимых случаях.
Весьма существенны также такие определения, как «субъект» и «объект». «Субъект» управляет производством, активно воздействуя на предмет познания. В то же время завод, на который направлена познавательная и иная деятельность субъекта, выступает в качестве предмета познания, или «объекта». При этом довольно значительную роль играет представление завода как объекта управления, т. е. объекта реализации результатов процессов управления.
Реализация системного подхода в управлении предприятиями в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности выдвигает необходимость использования для этой цели соответствующих средств. По общепринятому мнению, сегодня такими средствами являются автоматизированные системы управления.
Переход к автоматизированному управлению есть объективная необходимость, обусловленная все возрастающей лавиной управленческой информации и требованиями дальнейшего повышения производительности труда в сфере административно-управленческих работ.
Математические модели установок и производств в нефтепереработке и нефтехимии, известные в настоящее время, содержат от нескольких десятков до сотен уравнений. Алгоритмы, определяющие поведение систем, состоят из тысяч операций [7]. Естественно, что в данном случае использование таких алгоритмов без соответствующих средств автоматизации не позволяет даже говорить об эффективном внедрении системного подхода в управление производством.
Планируемое дальнейшее увеличение мощностей заводов, производств, единичных установок существенно усложняет управление ими. Широко известно, что если объем производства возрастает в арифметической прогрессии, объем информации при его функционировании увеличивается в геометрической прогрессии. Необходимо принимать во внимание и тот факт, что сложность задач управления при этом возрастает в значительно большей степени, чем численность людей, которые могут быть заняты их решением.
Однако, наибольшие трудности возникают при необходимости осуществлять оптимальное управление заводом, поскольку даже незначительные отклонения от оптимальных значений показателей его деятельности заметно снижают эффективность работы производств большой мощности.
Оптимальное управление современным предприятием «вручную» практически невозможно, если только не рассчитывать на случайное достижение нужных результатов. Рассмотрим справедливость подобного утверждения на примере нефтеперерабатывающего завода.
Производственные возможности среднего по мощности НПЗ могут быть описаны системой из 80 - 100 уравнений [58]. Область допустимых планов предприятия, определяемая такой моделью, представляет собой многогранник в n-мерном пространстве, где n - число неизвестных. Число точек в этом многограннике, дающих допустимый план, представляет собой несчетное множество (континиум точек). Поэтому перебрать все допустимые планы нельзя, да и нет необходимости: близкие точки (планы) незначительно отличаются одна от другой.
Практический интерес могут представлять лишь планы, которые существенно различаются между собой или набором технологических способов (режимов) производства и смешения, или интенсивностями их использования. Такие допустимые планы изображаются вершинами многогранника и носят название опорных планов. Известно, что именно среди опорных и находятся оптимальные планы.
Вручную перебрать все опорные планы не представляется возможным, так как число их астрономически велико. Действительно, верхняя граница числа опорных планов определяется числом сочетаний из п по т (где т - число строк модели):
Для реального нефтеперерабатывающего завода n=100 и m=80, откуда число опорных планов ориентировочно составляет 1040. Поэтому, если предположить, что для расчета одного опорного плана человеку отпускается всего одна секунда, то для перебора всех планов ему не хватит целой жизни даже при непрерывной работе.
Увеличение объемов информации, усложнение задач управления вызывают сегодня острую потребность искать пути и методы решения возникших проблем, чтобы завтра не оказаться перед необходимостью снижать темпы роста производства из-за невозможности управления им.
Увеличением численности управленческого персонала решить проблему нельзя: людские резервы ограничены. Да и этот путь имеет большие отрицательные последствия: возрастают непроизводительные расходы, снижается оперативность управления, аппарат становится более громоздким. Так, на крупных предприятиях уже теперь число подразделений только в центральном управленческом аппарате достигает сорока и выше (данный показатель не учитывает аппарата управления производств, цехов и установок).
Наличие формализованной информации, на основе которой строится любой документ, позволяет говорить о возможности механизации и автоматизации информационных процессов. Эта возможность сегодня достаточно эффективно реализуется с помощью электронно-вычислительной техники и математических методов.
Применение новейших методов и средств в управлении повышает производительность труда работников сферы управления, позволяет быстро и качественно перерабатывать информацию, находить оптимальные управляющие воздействия. Автоматизация управления освобождает человека от рутинной работы, дает возможность в полной мере использовать его опыт и творческие способности, а самое главное, обеспечивает получение всестороннего, комплексного и научно обоснованного решения задач управления в сроки, наиболее приемлемые для его реализации.
Каждый конкретный специалист по-своему представляет себе завод, на котором он работает. Например, технолога нефтеперерабатывающего завода, прежде всего, интересует схема переработки нефти. Основными характеристиками для этого работника являются в первую очередь мощности предприятия по сырью и производству стандартной продукции или вторичного сырья. Технолог принимает во внимание показатели исходного сырья, параметры установки по его переработке, особенности получения готовых продуктов и другие специфические сведения. Для специалиста по электроснабжению и электрооборудованию интерес представляют уже иные данные, а именно: установленная и потребляемая мощность электрического оборудования, годовой расход электроэнергии и другие важные для обеспечения ею завода показатели.
Помимо сырья и электроэнергии, в процессе производства продукции потребляются тепло и вода, отводятся в канализацию отработанные стоки, используется оборудование. На любом нефтеперерабатывающем или нефтехимическом предприятии имеются трубопроводные системы, подъездные автомобильные и железнодорожные пути, сливоналивные эстакады для приема сырья и реагентов и отгрузки товарной продукции. Значительную роль играют хранение сырья и готовых продуктов, смесительные станции, факельное хозяйство и объекты утилизации углеводородных газов.
В процессе производства продукции предприятие осуществляет финансовую деятельность. На каждом заводе трудится значительный эксплуатационный штат специалистов. Функционируют и другие элементы, образующие сложный организм действующего нефтеперерабатывающего или нефтехимического предприятия.
Каждому аспекту деятельности завода соответствует та или иная его модель. Так, кроме приведенной уже технологической модели возможны электроэнергетическая, экономическая, финансовая, кадровая и другие модели пред приятия.
Очевидно, что как весь организм завода в целом (см. первый раздел), так и каждый элемент данного организма имеют количественные, качественные и временные показатели (характеристики), которые необходимо поддерживать для получения в нужном количестве продуктов требуемого качества в установленное планом время.
Следовательно, для выпуска готовой продукции необходима согласованная работа всех подразделений завода с учетом возможных изменений их характеристик в целях достижения предприятием плановых показателей его производственно-хозяйственной деятельности. Зависимость этих показателей завода от показателей функционирования его элементов обусловливает направление в решении указанной задачи. Оперируя с показателями работы элементов предприятия в пределах, определяемых возможностями элементов, можно обеспечить получение требуемых показателей деятельности завода.
Рассматривая нефтеперерабатывающие и нефтехимические, предприятия в виде элементов, образующих некоторое множество с реализацией на нем заранее заданного отношения с фиксированными свойствами, мы имеем право подтвердить предположение о том, что нефтеперерабатывающие и нефтехимические предприятия представляют собой систем, и как система обладает присущими ей свойствами.
Показатели работы завода и его структурных элементов при представлении предприятия в качестве системы можно считать ее параметрами, т. е. показателями, характеризующими состояние системы функционирования ее в условиях конкретной среды.
Согласованная работа всех звеньев предприятия обеспечивается при помощи соответствующего элемента заводского организма, который называется механизмом управления или управляющей системой предприятия. Управляющая система, как уже отмечалось, выступает по отношению ко всему заводу в качестве «субъекта» с определенными представлениями своего «объекта» действия и среды его функционирования. Одним из главных ресурсов функционирования управляющей системы является информация. Поэтому, успех функционирования управляющей системы во многом зависит от того, насколько качественно построена информационная система предприятия.
Общая концепция информационных технологий, как показывает зарубежным опыт, основана на следующем тезисе: решающим фактором для любого предприятия является предоставление соответствующей информации соответствующему лицу в соответствующий момент времени. Большую часть этой ключевой информации содержат финансовые данные. Для того, чтобы всегда быть впереди конкурентов и быстрее принимать важнейшие решения, необходимы процессы, предоставляющие актуальнейшую финансовую информацию в нужной форме. Один из вариантов организации системы управления предприятием в экономической части представлен на рис. 2.
Программные средства по учету и отчетности должны обеспечивать доступ к информации всех подразделений предприятия: исследования и разработки продукции, производства, сбыта и т.д. В результате внедрения финансового модуля руководство всех уровней предприятия получает информацию, которую можно использовать как рычаг для принятия стратегических решений, позволяющих сохранить рентабельность производства, а следственно и прибыль.
Деятельность современного предприятия подразумевает, что в основе экономических и финансовых решений лежат именно данные, характеризующие состояние предприятия в текущий момент времени, а не записи, закрытые месяц или неделю тому назад. Все это имеет решающее значение, поскольку самый оптимальный способ вывести предприятие на заданную позицию состоит в знании его сегодняшнего состояния.
Компоненты системы управления предприятием не ограничены только учетом и отчетностью, они могут включать з себя также логистику, управление персоналом, управление потоками операций и т.д.
Высокая производительность характеризует приложения учета и отчетности во многих областях, при этом обеспечивается высокая актуальность всех данных. Тесное взаимодействие модулей позволяет руководителю принимать решения быстрее и точнее, в любой момент времени.
Интеграция различных приложений в системе должна сохраняться и в том случае, когда необходима автономная обработка децентрализованных заданий. Причина: любая функция системы управления может использовать центральные данные, что позволяет избежать избыточности и обеспечивает интегрированность данных. Поскольку взаимосвязанные значения из разных областей системы синхронизированы, одновременно синхронизируются количественные данные и производные значения.
Одно из современных требований к подобного рода системам - все системы должны быть открытыми, т.с. их можно внедрять на самых разных технических платформах в наиболее современных операционных системах. Благодаря открытой системной среде, можно выбирать те платформы и операционные системы, которые наиболее полно отвечают потребностям предприятия.