автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизированное управление производством и реализацией нефтепродуктов

Введение.

1. Постановка задачи исследования, описание и анализ задач, решаемых в процессе планирования производства и реализации нефтепродуктов.

1.1. Описание объекта управления и задач, возникающих при планировании производства и сбыта нефтепродуктов.

1.2. Обзор известных моделей, постановок и методов решения задач максимизации прибыли фирм на олигопольном рынке.

1.3. Постановка задачи исследования.

2. Постановка задачи максимизации дохода НПЗ путем оптимального управления отпускными ценами и объемами производимой продукции.

2.1 Общая постановка задачи максимизации дохода.

2.2 Математическое описание рыночной ситуации.

3. Постановка и алгоритмы решения задачи планирования объемов реализации и отпускных цен НПЗ на нефтепродукты.

3.1. Планирование на один период для нескольких регионов.

3.2. Планирование на несколько периодов для одного региона.

3.2.1. Решение задачи в условиях недостаточности информации о поведении конкурентов.

3.2.2. Решение задачи при наличии информации о поведении конкурентов.

3.3. Планирование на несколько периодов для нескольких регионов.

4. Разработка автоматизированной подсистемы (АПС) определения оптимальных отпускных цен и объемов реализации.

4.1. Информационное обеспечение.

В современных условиях перехода от плановой экономики к рыночным механизмам хозяйствования объем продукции разного вида (в том числе нефтепродуктов), реализованной предприятием, зависит от конъюнктуры рынка. Это должно учитываться при решении задачи управления производством и реализацией продукции. Решение данной задачи для нефтепродуктов затруднено вследствие ее большой размерности (широкой номенклатуры выпускаемой продукции и значительного числа регионов, в которые поставляются нефтепродукты с одного нефтеперерабатывающего завода (НПЗ), большого количества технологических взаимосвязей и ограничений) и неустановившегося характера рынка. В связи с этим приобретает актуальность задача разработки алгоритмов и программ управления производством и реализацией нефтепродуктов для НПЗ (или нефтяной компании) с использованием современных математических методов и средств вычислительной техники.

Проблемы, связанные с решением задачи планирования производства рассматривались в работах многих отечественных и зарубежных авторов: Канторовича Л.В., Поляка Э.М. Ицковича Э.Л., Соркина Л.Р., Дудникова Е.Е., ЦодиковаЮ.М. и др. [1-9], начиная с 50-х годов прошлого века.

Вопросам максимизации прибыли от реализации продукции на рынках также посвящено большое количество исследований, из которых основными являются работы Курно, Штаккельберга, Бертрана, Нэша, Булавского В.А. и др. [10, 18-22].

Однако в этих работах задачи определения объемов производства и определения отпускных цен рассматриваются, как правило, независимо друг от друга. Кроме того, в большинстве работ не учитывалось, что: цены реализации разных фирм (НПЗ) в одном регионе могут отличаться; один НПЗ реализует продукцию в нескольких регионах при одной отпускной цене; объем реализации зависит не только от отпускной цены, но и от множества других факторов; значения необходимо определять на несколько периодов вперед.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности управления производством и реализацией нефтепродуктов посредством разработки автоматизированной системы управления, позволяющей определять объем

-5 реализации и отпускные цены с учетом технологических взаимосвязей производства и конъюнктуры рынков сбыта.

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений.

В первой главе дается обзор известных математических моделей, постановок и алгоритмов решения задач максимизации прибыли от производства и реализации продуктов, а также формулируется постановка задачи исследования.

Во второй главе приводится общая постановка задачи максимизации прибыли от производства, и реализации нефтепродуктов с учетом технологических ограничений и конъюнктуры рынков сбыта, предлагается подход к построению математических моделей, описывающих рыночные ситуации, синтезируются соответствующие математические модели и производится проверка их адекватности.

В третьей главе формулируются модификации постановок задач максимизации прибыли для трех различных случаев (планирование на один период для нескольких регионов, на несколько периодов для одного региона, на несколько периодов для нескольких регионов). Приводятся алгоритмы решения указанных задач и результаты их апробации.

В четвертой главе дается описание технического, информационного и программного обеспечения разработанной автоматизированной подсистемы определения оптимальных отпускных цен, являющейся частью автоматизированной системы управления производством и реализацией нефтепродуктов.

В приложениях приводятся исходные данные, использованные в работе, постановка и алгоритмы решения задачи определения оптимального объема производства при заданных отпускных ценах (задача оптимального производственного планирования) и результаты исследования чувствительности к различным параметрам моделей.

Основные результаты работы

1. Предложена структура математических моделей, описывающих зависимость объема реализации продукции от ее цены, а также других переменных состояния рынка (средней цены на нефтепродукты конкурентов в регионе; объема региональных поставок нефтепродуктов конкурентами, общего объема поставок нефтепродуктов конкурентами в РФ).

Даны рекомендации по выбору вида математической модели в зависимости от модификации решаемой задачи.

2. Предложена постановка и выбраны эффективные алгоритмы решения задач максимизации прибыли от производства и реализации нефтепродуктов при условии, что известен объем произведенной продукции и объем реализации не превышает объема рыночной ниши для ситуаций планирования на один период для нескольких регионов, а также на несколько периодов для одного и нескольких регионов.

Показана эффективность применения для решения этих задач метода динамического программирования и метода локального исключения зависимых переменных для случая, когда есть возможность построения моделей, описывающих поведение конкурентов, при планировании на несколько периодов для одного региона. Использование этих методов позволило повысить величину получаемого дохода на 3-5%.

Для большинства исследованных ситуаций получены аналитические решения j при линейной зависимости объема реализации от отпускной цены.

3. Показана низкая чувствительность критерия оптимальности к изменению коэффициента дисконтирования и параметров моделей.

4. Разработана структура, информационное, алгоритмическое и программное обеспечение автоматизированной подсистемы определения оптимальных отпускных цен, являющейся частью автоматизированной системы управления производством и реализацией нефтепродуктов.

5. Разработанная автоматизированная подсистема использовалась для определения оптимальных отпускных цен на нефтепродукты при выполнении договоров с ОАО НК "ЛУКойл" и ОАО "Татнефть". Использование системы позволило повысить научную обоснованность, достоверность и оперативность получаемых результатов при одновременном сокращении трудозатрат.

- 123

6. Повышение точности определения оптимальных отпускных цен на нефтепродукты приводит к повышению экономической эффективности решения задачи оперативного планирования производства и реализации нефтепродуктов в среднем на 3-5%, что составляет около 3-4,5 млн. руб. в год.

1. Канторович J1.B. Экономический расчет наилучшего использования ресурсов. М.: Изд-во АН СССР, 1959. - 343 с.

2. Завельский М.Г. Оптимальное планирование на предприятии. М.: "Экономика", 1970 396 с.

3. Поляк Э.М., Суворов Б.П. Вопросы оптимизации текущего планирования комплекса нефтеперерабатывающих предприятий. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1971. -83 с.

4. Дудников Е.Е., Цодиков Ю.М. Типовые задачи оперативного управления непрерывным производством. М.: Энергия, 1979. 272 с.

5. ArkunY., Stephanopoulos G. Optimizing Control of Industrial Chemical Process: State of Art Review. Proceedings of Joint Automatic Control Conference, San Francisco, 1980.

6. Morari M., ArkunY., Stephanopoulos G. Studies in the Synthesis of Control Structures for Chemical Process. AICHE Journal, 1980, v.26, N2.

7. Ицкович Э.Л., Соркин Л.P. Оперативное управление непрерывным производством: задачи, методы, модели. М.: Наука, 1989.

8. Ballintijn К. Optimization in refinery scheduling: Modeling and solution. In: Optimization in Industry, John Wiley&Sons, Chichester, 1993.

9. Coxhead R.E. Integrated Planning and Scheduling Systems for the Refiling Industry.- John Wiley&Sons, 1994.

10. Coumot A.A. Researches into the Mathematical Principles of the Theory of Wealth. New York: Augustus M. Kelley, 1972 (пер. с франц. Бэкона (Bacon N.T.) оригинальной работы Курно, датированной 1838 г.).

11. Bowly A.L. The Mathematical Groundwork of Economics. Oxford: Oxford University Press, 1929.

12. Cowling K., Waterson M. Price-Cost Margins and Market Structure. Economica, vol.43 (August 1982), pp. 267-274

13. Clarke R., Davies S.W. Market Structure and Price-Cost Margins. Economica, vol. 49, August 1982, p.p. 277-287.- 125

14. Clarke R., Davies S.W., Waterson M. The Profitability-Concentration Relation: Market Power or Efficiency? Journal of Industrial Economics, vol. 32 (June 1984), pp. 435450

15. Long W.F. Market Share, Concentration and Profits: Inter-industry Evidence. December, 1982.

16. Mueller D. Profits in the Long-Run. Cambridge: Cambridge University Press,1986.

17. Шерер Ф.М., Росс Д. Структура отраслевых рынков. /Пер. с англ. М.: ИНФРА-М, 1997. 698 с.

18. Stackelberg Н. von. The Theory of the Market Economy. Oxford: Oxford University Press, 1952 (пер. с нем. оригинальной работы Штаккельберга, датированной 1934 г.).

19. Nichol A.J. Partial Monopoly and Leadership. Philadelphia, Smith-Edwards,1930.

20. Fellner W. Competition Among the Few. New York, Alfred A. Knopf, 1949.

21. Cohen J., Cyerf R.M. Theory of the Firm: Resource Allocation in a Market Economy, Englewood Cliff, N.J. Prentice-Hall, 1965.

22. Bertrand J. "Review of Theorie Mathematique de la Richesse Sociale" and "Recherchess sur les Principes Mathematiques de la Theorie des Richesses". J. des Sav, 1883.

23. Хей Д., Моррис Д. Теория организации промышленности: в 2 т./ Пер. с англ. под ред. А.Г. Слуцкого. СПб: Экономическая школа, 1999. Т.1. 384 с.

24. Singh N., Vives X. Price and Quantity Competition in a Differential Duopoly. Rand J., 1984.

25. Cheng L. Comparing Bertrand and Cournof Equilibrium: A Geomethric Approach. Rand J., 1985.

26. Dixon H. Approximate Bertrand Equilibria in a Replicated Industry. Rev. Econ. Studs., 1987.

27. Авдашева С.Б., Розанова H.M. Теория организации отраслевых рынков. М.: ИЧП "Издательство магистр", 1998. 320 с.

28. Fellner W. Competition among the Few. London, 1949.

29. Telser L.G. Competition, Collusion and Game Theory. New York, 1971.- 126

30. Cyert R.M., Groof M.H. Interfirm bearing and the Kinked Demand Curve. J. Econ. Theory, 1971, v.3.

31. Ross S.A., Wachter M.L. Pricing and Timing Decisions in Oligopoly. Q.J. Econ., 1975, v.89.

32. Simon J.L., Puig L.M., Aschoff J.A. Duopoly Simulation and Richer Theory: An End to Control. Rev. Econ. Stud., 1973, v.40.

33. Friedman J.W. ANon-cooperative Equilibrium for Supergames. Rev. Econ. Stud., 1971, v.38.

34. Riordan M.H. Imperfect Information and Dynamic Conjectural Variations. Rand J., 1985, v. 16.

35. Gal-Or E. First Mover Disadvantages with Private Information. Rev. Econ. Stud., 1987, v.54.

36. Milgrom P., Roberts J. Informational Asymmetries, Strategic Behavior and Industrial Organization. Amer. Econ. Rev., 1987, v.77.

37. Vives X. Duopoly Information Equilibrium: Cournof and Bertrand. J. Econ. Theory, 1984, v.34.

38. Gal-Or E. Information Sharing in Oligopoly. Econometrica, 1985, v.53.

39. Li L. Cournof Oligopoly with Information Sharing. Rand J., 1985, v. 16.

40. Benoit I.P., Krishna V. Dynamic Duopoly: Prices and Quantities. Rev. Econ. Stud., 1987, v.54.

41. Kreps D., Sheinkman J. Control Precommitment and Bertrand Competition Yield Control Outcomes. Bell J., 1983, v. 14.

42. Klamperer P. The Competitiveness of Market with Switching Costs. Rand. J., 1987, v. 18.

43. Weizsacker C.C. von. The Costs of Substition. Econometrica, 1984, v.52

44. Iwata G. Measurment of Conjectural Variations in Oligopoly. Econometrica, 1974, v.42.

45. Gollop F., Roberts M. Firm Interdependence in Oligopolistic Markets. J. Econometrics, 1979, v. 10.

46. Appelbaum E. Testing Price Taking Behaviour J. Econometrics, 1979, v.9.

47. Appelbaum E. The Estimation of the Degree of Oligopoly Power. J. Econometrics, 1982, v. 19.- 127

48. Anderson J.E., Kraus M. An Econometric Model of Regulated Airline Flight Rivalry. Res. in Econ. Transport, 1984, v.2.

49. Anderson J.E., Kraus M. Identification of Interactive Behaviour in Air Service Markets: 1973-1976. J. Industr. Econ., 1984, v.32.

50. Slade M. Interfirm Rivalry in a Repeated Game: An Empirical Test of Tacit Collusion. The Journal of Industrial Economics, 1987, v.35.

51. Neumann J. von, Morgenstern 0. Theory of Games and Economic Behaviour. Princenton: Proncenton University Press, 1944.

52. Shubik M. Game Theory in the Social Sciences. Cambridge: MIT Press, 1984.

53. Friedman J.W. Oligopoly and the Theory of Games. Handbook of Industrial Organization, Amsterdam, North Holland, 1989.

54. Funderberg D., Tirole J. Game Theory for Industrial Organization: Introduction and Overview. Handbook of Industrial Organization, Amsterdam, North Holland, 1989.

55. Nash J.F. Non-cooperative Games. Jr. Annals of Mathematics, 1951, v.54.

56. Friedman J.W. Oligopoly Theory. Cambridge: Cambridge University Press,1983.

57. Shapiro C. Theories of Oligopoly Behaviour. Handbook of Industrial Organization, Amsterdam, North Holland, 1989.

58. Tirole J. The Theory of Industrial Organization. Cambridge: MIT Press, 1988.

59. Булавский В.А., Калашников В.В. Равновесие в обобщенных моделях Курно и Штаккельберга. Экономика и математические методы, 1995 г., Том 31, вып.З.

60. Булавский В.А. Один мысленный эксперимент в рамках обобщенной модели Курно. Экономика и математические методы, 1996 г., Том 32, вып.2.

61. Вороновский М.М., Щербаков А.В. Поведение предприятия при олигопольной конкуренции на денежном и бартерном рынках одновременно. Экономика и математические методы, 1999 г., Том 35, вып.2.

62. Франк Р.Х. Микроэкономика и поведение. М.: ИНФРА-М, 2000 696 с.

63. Таха Х.А. Введение в исследование операций. Кн.2: М.: Мир, 1985.495 с.

64. Шестаков Н.В. Компьютерное моделирование как инструмент оптимизации технологических схем нефтехимических производств. //Тезисы докладов XI Международной научной конференции "Математические методы в химии и технологиях". Т. 1. Владимир, 1998.

65. Соркин JI.P. Достижения ИПУ РАН в разработке и внедрении информационных технологий управления в нефтеперерабатывающей промышленности,- Сб. пленарных докладов "Международной конференции по проблемам управления". М., 1999.

66. Соркин Л.Р. Информационные технологии управления в нефтегазовом комплексе,- Промышленные АСУ и контроллеры, №12, 1999.

67. Соркин Л.Р., Шестаков Н.В. Современные достижения в разработке и внедрении информационных технологий управления в нефтегазовом комплексе.-Приборы и системы управления. № 11, 1999.

68. Соркин Л.Р., Карибский А.В., Шестаков Н.В. Современные методы управления в вертикально-интегрированных нефтяных компаниях. Нефть России, №3, 1999.

69. Соркин Л.Р., Хохлов А.С. Оптимальное планирование в вертикально-интегрированных компаниях.- Приборы и системы управления, №9, 1999.

70. Л.Р. Соркин, А.С. Хохлов. Методы и модели текущего планирования для вертикально-интегрированных нефтяных компаний. М., ИНХП РАН, 2000.

71. Пугачев В.И. Теория управления (методы оптимизации): Учеб. пособие. -Краснодар: Изд-во КубГТУ, 1998.-105 с.

72. Поляк Б.Т. Введение в оптимизацию. М.: Наука, 1983 384 с.

73. Аоки М. Введение в методы оптимизации. М.: Наука, 1977 334 с.

74. Моисеев Н.Н., Иванилов Ю.П., Столярова Е.М. Методы оптимизации. М.: Наука, 1978-351 с.

75. Васильев Ф.П. Численные методы решения экстремальных задач М.: Наука, 1980 -518 с.

76. Гилл Ф., Мюррей У., Райт М. Практическая оптимизация. М.: Мир, 1985509 с.

77. Цирлин A.M. Оптимальное управление технологическими процессами. Уч. пособие для ВУЗов. М.: Госэнергоиздат, 1986 400с.

78. Болдырев Ю.Я. Методы оптимизации. Математическое программирование: Учеб. пособие/ Болдырев Ю.Я., Родионова Е.А. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1999. -81 с.

79. Базара М., Шейн К. Нелинейное программирование. М.: Мир, 1982 583 с.

80. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. М.: Мир, 1975 -534 с.

81. Карманов В.Г. Математическое программирование. М.: Наука, 1980 256 с.

82. Сигал И.Х. Приближенные методы и алгоритмы в дискретной оптимизации: Учеб. пособие. М.: МИИТ, 2000. -107 с.

83. Юкаева Н.А. Численные методы решения задач оптимизации: Учеб. пособие для студентов втузов. Владивосток, 1996. -166 с.

84. Васильев О.В. Лекции по методам оптимизации: Учеб. пособие. Иркутск: Изд-во Иркутск, ун-та, 1994. -340с.

85. Понтрягин Л.С., Болтянский В.Г., Гамкрелидзе Р.В., Мищенко Е.Ф. Математическая теория оптимальных процессов. М.: Наука, 1976

86. Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1988 128 с.

87. Методы оптимизации в экономико-математическом моделировании. М.: Наука, 1991 -448 с.-13093. Пападимитриу X., Стайглиц К. Комбинаторная оптимизация. Алгоритмы и сложность. М.: Мир, 1985 510 с.

88. Исследование операций: в 2-х томах. Пер. с англ./под ред. Дж. Моудера, С. Элмаграби. T.l. М.: Мир., 1981 712 с.

89. Эддоус М., Стэнсфилд Р. Методы принятия решений. М.: Аудит, ЮНИТИ, 1997.-590 с.

90. Сио К.К. Управленческая экономика. Пер. с англ. М.:ИНФРА-М, 2000.671 с.

91. Математические методы термодинамики при конечном времени /В.А. Миронова, С.А. Амелькин, A.M. Цирлин. М.: Химия, 2000. 384 с.

92. Миронова В.А., Соболев В.А., Цирлин A.M. Усредненные задачи нелинейного программирования при оптимальном управлении ценами и товарными потоками на производстве. Автоматика и телемеханика, №7, 2000. с. 131-139.

93. Шелобаев С.И. Математические методы и модели в экономике, финансах, бизнесе: Учеб. пособие для вузов. М.:ЮНИТИ-ДАНА, 2000. 367 с.

94. Себер Дж. Линейный регрессионный анализ. М.: Мир, 1980. - 456 с.

95. Химмельблау Д. Анализ процессов статистическими методами. М.: Мир, 1973.- 957 с.

96. Теория вероятностей и математическая статистика: Учеб. пособие для экон. спец. вузов. Под ред. В.А. Колемаева. М.: Высшая. Школа, 1991 - 400 с.

97. Айвазян С.А. и др. Прикладная статистика: Исследование зависимостей. М.: Финансы и статистика, 1985. 487 с.

98. Дрейпер Н. Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. М.: Статистика, 1973. 392 с.

99. Рабочая книга по прогнозированию. М.: Мысль, 1982. 430 с.

100. Афифи Ф., Эйзен С. Статистический анализ. Подход с использованием ЭВМ. М„ Мир, 1982. 452 с.

101. Миронова В.А., Севрюков В.Н. Идентификация моделей объектов химической технологии: Учебное пособие. М.: МИХМ, 1985. 76 с.

102. Мотышина М.С. Методы социально-экономического прогнозирования: Учебное пособие. СПб.: Изд-во СПбУЭФ, 1994. - 114 с.- 131

103. Четыркин Е.М. Статистические методы прогнозирования М.: Статистика, 1977. 200 с.

104. Ивахненко А.Г. Долгосрочное прогнозирование и управление сложными системами. Киев: Техника, 1975. 312 с.

105. Льюис К.Д. Методы прогнозирования экономических показателей М.:Финансы и статистика, 1986. 130 с.

106. Кендэл М. Временные ряды М.: Финансы и статистика, 1981. 192 с.

107. Бокс Дж., Дженкинс Г. Анализ временных рядов. Прогноз и управление. Вып. 1-2. М.: Мир, 1974 406 с.

108. Замков О.О., Толстопятенко А.В., Черемных Ю.Н. Математические методы в экономике. М.: МГУ им. Ломоносова, Изд-во "ДИС", 1998 368 с.

109. Макконнелл Кэмпбелл Р., Брю Стэнли Л. Экономикс: Принципы, проблемы и политика. В 2 т.: Пер. с англ. М.: Республика, 1993 400 с.

110. Рзаев Т.Г. Задача оптимизации планирования работы нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий с переменными технологическими коэффициентами моделей. //За технический прогресс №7, 1972 -с.7 9.

111. Доля В.Н. Математические модели систем оптимизации процессов нефтепереработки. Киев: ИК, 1973. 65 с.

112. Манн А. С. Модель линейного программирования нефтяной промышленности США. В кн.: Отраслевые экономико-математические методы (Анализ производственных возможностей). М.: Прогресс, 1967 - с. 41 - 86.

113. Амирагов К.А. Задача линейного программирования с переменными технологическими параметрами. //Труды ВЦ АН Азерб. ССС, вып. 3, 1965 с. 110 — 125.

114. Суворов Б.П. Оптимизация текущего планирования нефтеперерабатывающего производства. М.: Наука, 1974 445 с.

115. Под ред. Суворова Б.П. Математические методы и модели планирования нефтеперерабатывающей промышленности. М.: Наука, 1967 254 с.

116. Гарин А.Н. Оптимальное текущее планирование нефтеперерабатывающего производства. М.: Наука, 1977 110 с.

117. Гарин А.Н. Применение экономико-математических методов и вычислительной техники в планировании работы нефтеперерабатывающих предприятий. М.: Химия, 1973 112 с.

118. Карибский А.В., Рязанов И.В., Соркин JI.P., Хохлов А.С., Шестаков Н.В., Шишорин Ю.Р. Методология и практика разработки Бизнес-планов реконструкции предприятий химико-технологического типа. // Препринт, Москва, Институт проблем управления РАН, 1998.

119. Рязанов И.В., Миронова В.А. Определение объемов производства и отпускных цен НПЗ на нефтепродукты с учетом конъюнктуры рынков сбыта. Труды МГУИЭ: Сборник статей аспирантов и студентов. М.: МГУИЭ, 1999. с. 151-158

120. Рязанов И.В., Миронова В.А. Максимизация дохода от реализации нефтепродуктов с учетом конъюнктуры рынка. /Сб. трудов Международ, науч. конф. "Математические методы в технике и технологиях" (ММТТ-13) Санкт-Петербург, 2000.-с. 13-15

121. Рязанов И.В., Миронова В.А. Методы максимизации дохода от реализации нефтепродуктов с учетом конъюнктуры рынков сбыта. Наука и технология углеводородов, №3, 2001 с. 57-61.

122. Рязанов И.В., Миронова В.А., Грицук А.В. Максимизация дохода от реализации нефтепродуктов с использованием дискретного принципа максимума.- 133

123. Сб. трудов Международ, науч. конф. "Математические методах в технике и технологиях" (ММТТ-14) Смоленск, 2001 с. 9-11.

124. Рязанов И.В., Миронова В.А., Карасев Д.И. Определение оптимальных отпускных цен на олигопольных рынках в условиях неопределенности. /Сб. трудов Международ, науч. конф. "Математические методы в технике и технологиях" (ММТТ-14) Смоленск, 2001 с. 14-16.