автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.22, диссертация на тему:Совершенствование методов планирования и управления экологической безопасностью на производственных предприятиях

МЕЖДУНАРОДНЫЙ МЕЖАКАДЕМИЧЕСКИЙ СОЮЗ

На правах рукописи

ЗАГОРОДСКИЙ ВАСИЛИЙ НИКОЛАЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ПЛАНИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ НА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ

Специальность 05 02.22 - Организация производства

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук в форме научного доклада

Москва 2005

Работа выполнена в Дальневосточном Государственном университете путей сообщения

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, академик Академии Транспорта РФ и Международной Академии наук по экологии и безопасности Переселенков Георгий Сергеевич;

доктор технических наук, профессор,

академик МАИ

Клыков Михаил Степанович.

Защита состоится 25 февраля 2005 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 097.024.МАИ.32 Высшей межакадемической аттестационной комиссии.

С диссертацией можно ознакомиться в диссертационном зале совета.

Диссертация в форме научного доклада разослана «22» января 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор, академик МАИ

¿¿09 з

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Интенсивность и рост масштабов техногенного воздействия на природные процессы обуславливают выработку новых подходов к планированию и управлению производственной деятельностью предприятий. Особую остроту эта проблема принимает для Дальневосточного региона в связи с неравномерным размещением производительных сил на его территории, с севера на юг, а также различным уровнем освоенности. Нагрузка на окружающую среду носит не сплошной, а очаговый характер, это ведет к серьезным локальным нарушениям. Поэтому современное состояние окружающей среды требует самых неотложных мер. Очень важно не перейти предел допустимого воздействия технических систем на природу.

Кризисная динамика производства и потребления сырья, топливно-энергетических ресурсов еще более остро ставит вопрос экологической безопасности Дальневосточного региона. Неплатежи, недостаток оборотных средств производственных предприятий Дальнего Востока только усугубляют эту проблему. Однако финансовые трудности характеризуют лишь внешнюю сторону экологического кризиса в регионе, за которым стоят глубокие структурные проблемы. В этой связи качественному и всестороннему экологическому анализу должна быть подвергнута деятельность каждого производственного предприятия.

Существующие методы планирования и управления производственной деятельностью предприятий с учетом экологических факторов не позволяют получать качественные и достоверные рекомендации, что приводит на практике к ухудшению экологической обстановки на предприятиях и в регионе. Вот почему необходимы новые подходы, обеспечивающие выработку рациональных решений по обеспечению экологической безопасности производственнах{^дещ^щ;й1|у1ь9^еров.

БИБЛИОТЕКА | О» ш5*т

Цель исследования заключается в разработке новых рекомендаций по формированию эффективных производственных программ предприятий в регионе, обеспечивающих минимальную техногенную нагрузку на среду, управлению процессами контроля и регулирования экологической безопасностью.

Методы исследования основываются на системном подходе, теории вероятностей, методах линейного и динамического программирования, новых информационных технологиях и системах, позволивших разработать новые расчетные и оптимизационные методики формирования экологической безопасности промышленных объектов. Методологической основой диссертационной работы является сочетание исторического, научного и реалистичного подхода к анализу и оценке обеспеченности экологической безопасности в регионе Дальнего Востока. Все процессы и явления рассматриваются в движении и обновлении. При сборе и первичной обработке материалов использовались личные контакты, наблюдения и обследования.

Научная новизна. Степень научной новизны диссертации определяется тем, что в ней с системных позиций и на новом математическом уровне поставлены и решены задачи совершенствования обеспечения экологической безопасности предприятий, функционирующих в экстремальных условиях. В диссертационной работе исследованы следующие научные проблемы, не получившие к настоящему времени достаточного теоретического обоснования:

- поставлена и решена проблема комплексного рассмотрения вопросов управления и планирования экологической безопасностью на производственных предприятиях;

- решена задача формирования планов выпуска промышленной продукции в регионе, обеспечивающих минимальное техногенное воздействие на природную среду;

- решены вопросы развития производства за счет выработки рациональной стратегии квотирования, обеспечивающей экологическую безопасность региона;

- предложена математическая модель и графоаналитическая методика формирования и оптимизации календарных производственных программ предприятий с учетом экологических факторов.

- разработана информационная система обеспечения экологической безопасности предприятий Хабаровского края.

Апробация работы. Автор ознакомил научную и техническую общественность с результатами исследований путем выступлений с докладами на научно-практическом семинаре "Новые информационные технологии в управлении на транспорте и организации учебного процесса", Хабаровск, 1997; на научно-технической конференции "Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта Сибири и Дальнего Востока", Хабаровск, 1999; на 43-й Всероссийской научно-практической конференции ученых транспортных вузов, инженерных работников и представителей академической науки "Современные технологии - железнодорожному транспорту и промышленности", Хабаровск, 2003.

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 8 печатных работах.

Практическая ценность работы. Рассмотренные методики составляют основу выработки региональной политики по повышению экологической безопасности Хабаровского края. Предложенные в диссертационной работе методики составляют основу разрабатываемой в Хабаровском крае информационной системы обеспечения экологической безопасностью производственных предприятий.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В условиях развивающего экологического кризиса реальное планирование и управление экологической безопасностью предприятий является важнейшей компонентой общей системы принятия решений. Полученные при этом результаты должны служить основой регулирования экологических и природо-пользовательских взаимоотношений на конкретной территории, защищать ее интересы, являться научным обоснованием формирования региональной политики.

Проблеме экологической безопасности предприятий посвящены многочисленные отечественные и зарубежные исследования. Предложены различные подходы к ее решению, подготовлены эффективные технологии, основная часть которых успешно реализуется на практике. Наибольший вклад в решение этой сложной и актуальной проблемы внесли Б.Н. Воронов, C.B. Белов, Л.В. Киселева, H.H., Г.С. Переселенков, Лосев, Г.П. Беспамятнов, Э.С. Спиридонов, Л.Н. Коробов, В Н. Сукачев, А.Б. Горстко, А. Тенсли, З.Г. Верзяханова, С.Д. Шлотпауэр, К.Т. Карова-нов, К. Мёбиус, Б.К. Павлов, А. Никольсон, С.П. Тимофеева, К.Б. Львовская., Н.Ф. Ремерс, Л.И. Кречетов, К. Шелфорд, В.М. Котляков, Г.Г. Вин-берг, Р. Пэнтл, В.И. Данильян, Ю. Одум, А.И. Махинов, П. Фарб, Корнее-ва Н.И., Ф. Рамад, О.Т., Котова В.В. Меншуткин, A.A. Жаков. Вопросы, затронутые в работах перечисленных авторов, исключительно многогранны и охватывают большую часть проблемы экологической безопасности производственных объектов и систем.

В своих работах они считают, что научной и методологической основой планирования и управления производством должны быть теория систем и теория математического моделирования сложных систем, в частности, имитационное моделирование. Однако проведенный анализ существующих исследований по данной проблеме показывает, что во многих работах недостаточное внимание уделяется комплексному рас-

смотрению экологических задач производства, их взаимосвязи с задачами планирования производства, учету экстремальные условий. Это затрудняет на практике применение новых эффективных организационных решений по обеспечению экологической безопасности производственных предприятий.

Необходимость углубления и совершенствования экологических исследований, их скорейшего применения на практике особенно наглядна на примере Российского Дальнего Востока. С одной стороны, Дальневосточный регион имеет огромные возможности для увеличения производства и расширения освоения своего природно-ресурсного потенциала. С другой - имеет место быстрое нарастание экологических проблем в этом территориальном образовании. Резко возросла доля ресурсодобывающих отраслей в промышленности Дальнего Востока. В 2004 году она составила 51%, в то время как в 1986 году была 25%, а в 1996 году - 32%, те народно-хозяйственный комплекс приобретает сырьевой характер. А это приводит к беспрецедентному возрастанию экологической нагрузки на окружающую среду.

Кроме того, во всех базовых отраслях промышленности: в сельском хозяйстве, энергетике, строительстве, транспорте, жилищно-коммунальном хозяйстве образуются в больших количествах отходы, являющиеся источником антропогенного загрязнения окружающей среды. Проблема отходов является неизбежным результатом потребительского отношения к природным ресурсам, низкого коэффициента использования минерального сырья, твердых бытовых отходов.

Увеличивается загрязнение воздушной среды. Это подтверждает динамика изменения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу на территории Хабаровского края: 2000 г. - 349,2; 2001 г. - 463,5; 2002 г. -409,7; 2003 г - 492,1; 2004 г - 547,6 (объемы загрязнения указаны в тыс. тонн). Некоторое снижение выбросов в 2002 г. в сравнении с 2001 г. обу-

словлено уменьшением объемов выпускаемой продукции При этом структура выброса по веществам в воздушную среду за последние два года выглядит следующим образом (рис. 1 )

О Твердые Вещества 44%

■ Диоксид Серы 16% □ Окись Углерода 19%

■ Окислы Азота 1%

■ Углеводороды 8% ШПрочие 12%

Рис. 1. Структура выброса по веществам в Хабаровском крае

Наибольшему загрязнению подвергается воздушная среда крупных городов и населенных пунктов Хабаровского края Об это свидетельствует данные, представленные в табл. 1.

Табл. 1

Динамика выбросов в атмосферу

Населенные пункты Атмосферные выбросы (тыс тонн)

2000 2001 2002 2003 2004

Хабаровск 123,9 147,8 152,1 177,1 201,4

Комсомольск 80,6 92,7 104,2 114,5 123,9

Амурск 33,9 39,2 40,5 43,9 47,6

Сов, гавань 18,6 22,1 22,8 26,1 28,5

Ургал 10,8 13,9 14,6 16,4 18,6

Такое же критическое положение сложилось и с загрязнением производственными предприятиями водных бассейнов Хабаровского края Особенно это относится к реке Амур, являющейся одной из крупнейших рек России (со средним расходом воды в устье - 10900 м3/сек), и наиболее ее крупному притоку Уссури. Так, например, содержание нефтепродуктов в реке Амур между г Комсомольск и г. Амурск доходит до 3 - 4

ПДК, а фенола до 9 - 17 ПДК При этом количество загрязнений резко возрастает с усилением размаха колебаний уровня воды в меженный и паводковый периоды. В число активно загрязняющих веществ основных водных бассейнов Хабаровского края, также входят в больших количествах железо, фенолы, цинк, медь, свинец, органические вещества и др Обобщающие данные по этим загрязнениям приведены в табл. 2 и 3.

Табл.2

Загрязнения реки Амур

Пункты Загрязняющее вещество Макс, концентрация (мг/л) ПДК (раз)

Амурск Железо общее 4,31 35,8

Хабаровск Трудно окисляемые органические вещества 81,6 5,4

Амурск Свинец 0,1 4,2

Богородское Медь 0,18 176

Мариинское Цинк 0,81 89

Николаевск Ионы аммония 2,62 5,3

Комсомольск Легкоокисляемые органические вещества 10,23 4,16

Табл.3

Загрязнения притоков реки Амур

Водный объект Территория Загрязняющие вещества Источник загрязнения

Левая Силинка п Горький Цинк, медь Солнечный ГОК

Правая Силинка п. Солнечный Цинк, медь Солнечный ГОК

Холдоми п. Солнечный Медь Солнечный ГОК

Березовка с. Федоровка Ионы аммония, медь АП "Хабаровский горводоканал"

Черная с. Сергеевка Ионы аммония, нитраты Сельхозяйствен-ные предприятия

На участке Хабаровск - Амурск - Комсомольск состояние реки Амур отнесено к 5 классу - "грязная", что свидетельствует о трансграничном загрязнении реки. В этот же класс загрязнения включены реки Хабаровского края: Хор, Кия. К 6-му классу загрязнения "очень грязная" отнесены реки Черная и Сита. Больше всего концентрация загрязнений в реках Березовка и Холдоми.

Они включены в категорию "чрезвычайно грязных", т е. в 7-ой класс загрязнения. Водные бассейны региона не выдерживают техногенную нагрузку 582 промышленных предприятий, со стоками которых в реки поступает ежегодно более 3-х млн. тонн вредных веществ

Резко возросло отрицательное влияние других антропогенных факторов, таких как: строительство Зейской и Вилюйской ГЭС, интенсивные рубки леса, молевый сплава древесины, горнорудные разработки, увеличение ядовитых стоков ряда отраслей промышленности, распашка земель в водоохранной зоне, неграмотное применение в сельском хозяйстве ядохимикатов и минеральных удобрений, рост неочищенных бытовых стоков. Произошло обмеление и сильное загрязнение большинства водоемов Дальнего Востока. Загрязнения р. Амур и ее притока р Уссури настолько велики, что сегодня практически нельзя пользоваться городскими пляжами в крупных городах и поселках Хабаровского края

Очень актуальна и такая экологическая проблема как обеспечение городов Дальнего Востока, и в первую очередь, одного из крупнейших городов региона - Хабаровска водой. И это при наличии протекающих рядом с крупными населенными пунктами рек: Амура, Уссури, Зеи, Хора, Ситы. и др. Эта задача, так же как и вопросы с загрязнениями воздушной среды, самым непосредственным образом связана с необходимостью выработки новых рекомендаций по регулированию техногенного давления на окружающую территорию.

По нашему мнению значительные резервы в рационализации приро-

допользования могут быть найдены на основе новых подходов к планированию выпуска производственной продукции в регионе. Например, при разработке производственных программ предприятий региона очень важно получить такие рекомендации, которые бы позволили максимизировать выпуск производственной продукции при соблюдении заданных параметров природопользования и наименьших суммарных денежных вложениях в природоохранные мероприятия.

На втором этапе полученные производственные программы могут быть откорректированы с учетом взаимных интересов предприятий-партнеров. Для этого необходима разработка соответствующей методики перераспределения квот между предприятиями. Нельзя также игнорировать ограничения экологии и при разработке внутрипроизводственных календарных графиков на самих предприятиях.

Это означает необходимость включения в рекомендации по формированию календарных производственных программ методов, направленных на детальное согласование производственных процессов с экологическими ограничениями.

Их применение должно гарантировать выполнение предприятиями в любой заданный момент времени заданных ограничений по всему реестру выбросов в окружающую среду. И, наконец, требуется создать механизмы и информационные системы управления экологической безопасностью производственных предприятий в регионе.

Представляется, что только комплексное рассмотрение и решение поставленных вопросов может иметь существенный положительный эффект для практики. Поэтому в диссертационной работе предлагается взаимоувязанное решение поставленных задач.

Решение задачи планирования выпуска промышленной продукции в регионе с учетом экологии в диссертационной работе предлагается в двух постановках: а) максимизация объемов производства при выполне-

нии требований по качеству выбросов в окружающую (воздушную и водную) среду; б) формирование планов производства с допустимыми режимами техногенного давления на окружающую среду и с минимальными затратами на очистные сооружения Выбор наиболее приемлемого варианта выпуска промышленной продукции в регионе осуществляется руководителями производства.

Рассмотрим вначале задачу максимизации выпуска промышленной продукции в регионе при соблюдении назначаемых ограничений по

выбросам. Пусть на ^ом промышленном предприятии в регионе (р1.....

п) на каждую единицу производимой продукции при ¡-ом технологическом процессе (¡=1, ..., т) в окружающую среду выбрасывается а,, приведенных по токсичности загрязненных веществ. Требуется, чтобы ¡-ой технологии соответствовали выбросы за расчетный период не большие, чем Ь|-

Необходимо определить максимальный объем производства промышленной продукции в регионе Ъ = х1 + х2+--- + хп, при котором выполняются требования по качеству выбрасываемых веществ. В функции Цх,) х, - планируемый выпуск продукции на .¡-ом предприятии С учетом сделанных предположений математическая модель задачи определения объемов производства в регионе выглядит в следующем виде.

Найти 2 = х1+х2+—+хп~>|т1ах,

при условиях аи Х1 + ак хг + - + аш х„ ^ Ы,

а21Х1+а22Х2+-+а2пХп^Ьг,

Эш1 Х1 + аш2 Хг + •■ ■ + Этп Хп — Ьт »

X , г с! 1 • • х„ ^ с!„ • где - запланированный объем производства продукции ]-му промышленному предприятию. Отыскание оптимального решения базируется на

симплекс-методе линейного программирования При этом предусмотрено выполнение оптимизационных расчетов как с учетом ограничений по выбросам в атмосферу, так и по водным загрязнениям.

На заключительном этапе принятия программ производственных предприятий в регионе выполняется сопоставление предварительно сформированных планов выпуска продукции предприятий, синхронизированных с их ресурсными возможностями, директивными установками и др., с вариантом плана производства продукции в регионе, удовлетворяющего ограничениям по всему спектру выбросов.

В условиях Дальневосточного региона, характеризуемого недостаточным финансированием производства, во многих случаях может оказаться более приемлемым другой подход к формированию планов выпуска продукции. Суть его заключается в том, чтобы обеспечить не только поддержку допустимых режимов техногенного давления на окружающую среду, но и минимизировать затраты производственных предприятий УУ = Ь1У,+Ь2у2+- + Ьтут на очистные сооружения. В функции затрат

\Л/ в качестве у, выступают удельные затраты на единицу выброса вредных веществ, скорректированных по токсичности.

Математическая модель определения экологически безопасных производственных программ региона с минимумом затрат на содержание и поддержку очистных сооружений представляет собой двойственную задачу и выглядит следующим образом.

Найти М=Ь1у1 + Ь2У2 + --. + ЬтУго->'™П,

при условиях аи у, + а21 У2 + ••• + ат ут ^ 1,

а12У1 + а22У2 + - + ат2Ут^1,

ат У1 + а2п у2 + • ■ • + атп Ут - "I >

У,>0.....ут>0.

Решение данной, задачи основывается на двойственном симплекс-методе с искусственным базисом Общая схема расчетов планов выпуска промышленной продукции в соответствии с предложенной методикой такова. Вначале выполняется формирование производственной программы региона из условий соблюдения заданных параметров природопользования. За основу принимается вариант программы, удовлетворяющий наиболее жестким требованиям по выбросу.

Если выясняется, что средств предприятий недостаточно для реализации предложенных рекомендаций по выпуску продукции, то формируется план, которому соответствуют наименьшие издержки на очистные установки. Корректировка плана может быть осуществлена и с учетом других факторов.

Экспериментальные расчеты на основе предложенных рекомендаций регионального планирования производства, выполненные для наиболее экологически неблагоприятных территорий Хабаровского края (г. Амурск, пос. Хор, г. Хабаровск, г. Комсомольск, пос. Многовершинный, г Николаевск) показали, что на 55% анализируемых предприятиях предварительные планы выпуска промышленной продукции (разработанные без учета экологических требований) необходимо снижать, в среднем, на 43%.

Каждое третье предприятие региона должно либо сократить объемы выпуска продукции почти вдвое, либо вложить существенные капитальные вложения на строительство новых очистительных установок или реконструкцию действующего оборудования. И только на 12% рассмотренных предприятиях производственные программы соответствуют нормативам по выбросам.

В качестве одного из примеров расчета приведены результаты планирования выпуска продукции в одной из промышленных зон г. Хабаровска, представленной предприятиями: АО Хабаровский завод отопительного оборудования, ЗАО Хабаровский картонно-рубероидный завод, АО

Хабаровский завод алюминиевых конструкций, завод стройматериалов ДВЖД, АО Хабаровский завод ЖБИ-5, ОАО завод ЖБИ-2, АО Амурка-бель. Оптимизационные расчеты выполнены для случая отыскания экстремума выпуска продукции при выполнении требований по качеству выбросов в атмосферу (табл. А) и водную сред у (табл. 5).

Из полученных данных видна необходимость исключения варианта плана выпуска продукции, представленного таблицей 5, в связи с тем, что ограничения по выбросам в воздушную среду являются более жесткими.

Табл. 4

Планирование объемов производства с учетом выбросов в атмосферу

Предприятия Плановый объем (т) Расчетные выбросы (т/год)

б|02 СО ЭО

АО Хабаровский завод отопительного оборудования 83614 279,22 2860,8 19,74

ЗАО Хабаровский картонно-рубероидный завод 49008 116,32 236,98 30,26

АО Хабаровский завод алюминиевых конструкций 43114 89,42 116,29 13,24

Завод стройматериалов ДВЖД 52623 234,42 1541,30 16,24

АО Хабаровский завод ЖБИ-5 93537 312,24 2437,35 25,67

ОАО Хабаровский завод ЖБИ-2 696482 340,20 2762,12 21,34

АО Амуркабель 27344 63,75 105,93 12,42

Разработанные на основе рассмотренных рекомендаций производственные программы обеспечивают экологическую безопасность региона, однако они не всегда могут являться окончательными, так как могут не соответствовать директивным установкам и возможностям производства. Следовательно, необходимо предусмотреть возможность корректировки полученных ранее решений. При этом вносимые изменения (не усиливающие техногенное давление на среду) должны быть выполнены с учетом взаимных интересов предприятий-партнеров.

Табл.5

Планирование объемов производства с учетом водных загрязнений

Предприятия Плановый объем (т) Расчетные выбросы (т/год)

Углеводо -роды-масла Ксилол Уайт-спирт Сольвент

АО Хабаровстй завод отопительного оборудования 104181 1,84 18,71 1,12 50,484

ЗАО Хабаровский картонно-рубероидный завод 58792 1,93 16,54 1,02 47,54

АО Хабаровский завод алюминиевых конструкций 59197 1,65 19,24 0,97 43,20

Завод стройматериалов ДВЖД 61649 1,67 17,84 1,03 45,44

АО Хабаровский завод ЖБИ-5 118231 2,06 19,45 1,34 53,15

ОАО Хабаровский завод ЖБИ-2 912532 2,79 22,74 1,29 61,39

АО Амуркабель 38542 0,87 12,75 0,96 39,19

Это может быть выполнено путем разработки экологического соглашения между предпринимателями-инициаторами. В рамках такого соглашения любое предприятие может заключить сделку, преследуя: либо уменьшение платежей за необеспеченные разрешениями выбросы, либо создание запаса разрешений на выбросы. В исследовании предлагается разработку экологического соглашения разбить на две последовательно выполняемые процедуры.

К первой из них относится поиск предприятия партнеров В качестве партнеров могут быть одно, два и большее число производственных предприятий, которые будут заключать сделки. Выбор партнера для заключения сделки определяется набором альтернатив повышения собственных выбросов предприятия и получения выгод, затратами на снижение выбросов будущего партнера по сделке

На втором шаге должно быть подготовлено эколого-экономическое обоснование сделки, которое предполагает изучение множества возможностей при заключении сделки для будущих партнеров, а также построение пространства допустимых сделок, в виде пересечения двух пространств- экологически допустимых и экономически приемлемых сделок. Математическая постановка рассматриваемой задачи следующая.

Каждое предприятие планирует повысить свои выбросы на фиксированную величину Пусть ¡-ое предприятие (¡=1, ..., п) планирует повысить свои выбросы на величину Хо и интересуется возможностью других производственных предприятий по снижению их выбросов, п - число возможных партнеров. Обозначим за х, снижение выбросов конкретного вещества на ¡-ом предприятии, которые могут являться как непрерывными, так и дискретными величинами.

Основным условием выбора партнеров является учет необходимости эффекта компенсации ухудшения экологической ситуации, которая является следствием повышения выбросов инициатором-предприятием. Пусть ........ хп) - вектор экологической допустимости стратегии снижения выбросов, который является экологическим ограничением. Предположим, что а,( - вклад предприятия в загрязнение каждой конкретной контролируемой ]-ой точки (¡=1.....т) и он известен.

Это означает, что при увеличении ¡-ым предприятием выброса на единицу загрязнение в точке \ возрастает на а,,. В общем случае а,, может быть вектором. Зная а,, и х, для каждого предприятия, можно вычислить суммарный вклад выбросов, который равен ¿а,х, Примем в ка-

1*1

честве Э] экологический императив в точке \ после изменения выбросов предприятий. Тогда критерий экономической допустимости определится'

П

£а„(х,° -х,) + а0Дх° + х0)<8,

1=1

где: (х° - х,) - выбросы, х° - начальное значение выброса; (х„ +х0) -выбросы предприятия-инициатора с начальным выбросом х£ и величиной возрастания выброса х0; а0) - коэффициент влияния предприятия-инициатора. Условие по экологии может варьироваться при выполнении следующих требований:

а) не ухудшения исходного состояния среды в контрольных точках

0=1.--т).

1-0

б) поэтапного улучшения состояния окружающей среды:

Э^П-Ь.^х, (0<Ь, <1).

1-0

где Ь, - коэффициент "экологической жесткости", зависящий от исходного уровня загрязнения в каждой точке \. Примем за О - лимит суммы денежных средств (заранее определенный предприятием-инициатором) на дополнительный выброс х0. Тогда критерий экономической целесообразности возможной экологической сделки определится в виде-

¿а((х,)-£л,х,<0,

1-1 1=1

где сЦх,) - функция затрат /'-го предприятия на снижение его выбросов (может быть дискретной, зависящей от конкретного мероприятия), А, -

п

ставка платежа за выбросы производственных предприятий, £л,х, -

1=1

экономия затрат предприятий, снижающих выбросы, вследствие уменьшения платежей за них.

Система критериев экологической допустимости и экономической целесообразности является базовой математической моделью, на основе

которой решается задача выделения группы производственных предприятий для совершения между ними эколого-экономической сделки. Эту группу можно обозначить через С(х,) = {0<1<п:х,>0}, где х, - партнер сделки. Пусть Х| входят линейно в математическую модель. Тогда воспользовавшись алгоритмом Н.В. Черниковой для вычисления общей формулы неотрицательных решений системы линейных неравенств, получим множество решений. ц Множество решений (в линейном случае) представляют выпуклый

острый конус. Алгоритм позволяет определить векторы у,, лежащие на ребрах этого конуса. Эти векторы являются допустимыми стратегиями, причем представимы выпуклой комбинацией таких векторов. Отсюда в(х,), где Х| - допустимая стратегия, может быть получена как группа С(у,), где у, - один из векторов, лежащих на ребрах конуса неотрицательных решений.

В ходе расчетов по отысканию группы производственных предпри-^ ятий для совершения между ними эколого-экономической сделки могут

быть случаи отсутствия стратегии снижения выбросов х(1 удовлетво-^ ряющей критериям экономической целесообразности и экологической

допустимости при заданном объеме увеличения выбросов хо, сумме й и функциям затрат сЦх,). Для таких вариантов в диссертационной работе предлагается упрощенный подход к заключению сделки.

Суть его заключается в том, чтобы выяснить предприятию-инициатору - на какую величину дополнительного выброса хо оно может заключить сделку при приемлемости результатов экологического соглашения для всех участников Пусть известны с1(хо) - функция затрат предприятия-инициатора на снижение своих выбросов; 0(х0) - функция затрат, которые предприятие-инициатор готово понести за дополнительный выброс хо Желание на сделку будет, если О(х0М с1о(х0)~ЛоХо> гДе

Ло - ставка платежа за единицу выброса В этом случае эколого-экономическая модель принимает вид

¿С11(Х1)-^ А,х,-0{Х0)5 0,

1.1 1-1

£а,(х° - х,) + а,(х§ +х0)< Соотношение между О(Хо) и с!0(х0)-д0 хо однозначно неопределенно и зависит от хо. Поэтому на практике возможны различные стратегии природоохранного поведения предприятия-инициатора, включающие регулирование выбросов собственных или выбранных производственных предприятий-партнеров по экологической сделке.

После отыскания множества стратегий в предприятия-инициатора по регулированию квот (экологически допустимых и экономически приемлемых) на завершающем этапе необходимо получение нижней оценки затрат на снижение выбросов по каждой такой группе производственных предприятий. Определение таких оценок дает возможность управленческому персоналу выбирать для реализации наиболее приемлемую стратегию Э. Для решения задачи на минимизацию затрат по выбросам при заданных экологических ограничениях в работе предлагается модель:

П 0

Хс.Ы- х°)->тт, (р (хо-х,Хо + Хо)<8,-

■и 1

в которой: с 1 - затраты на снижение выбросов предприятием; ^ ( -функция, определяющая степень загрязнения, причиняемого выбросами (х0 ~ х. Хо+ Хо) в контрольной точке; хо - параметр. В этой модели переменные могут быть дискретными, а функции у невыпуклыми. Это оправдано, т.к. на первом этапе ставится грубая задача - указать перспективные группы производственных предприятий для сделки, а на втором -проводится анализ возможностей каждой группы, требующий макси-

мально адекватного представления экологических ограничений и функций затрат. Последний шаг выработки экологического соглашения - выбор стратегии G на основе нижних оценок затрат по каждой из рассматриваемых групп предприятий

На основе рассмотренной методики перераспределения квот между производственными предприятиями разработана программа на ПЭВМ, выполнены экспериментальные расчеты Анализ полученных результа-^ тов показал эффективность подготовки оптимизированных экологиче-

ских соглашений. В сравнении с существующей практикой управленче-^ скому персоналу удается готовить взаимовыгодные договоренности о

перераспределении квот на выбросы. При этом в максимальной степени учитываются возможности производства по выпуску продукции и экологические требования по выбросам. Апробация предложенной методики формирования экологических соглашений на предприятиях г. Хабаровска и г. Комсомольска позволила предприятиям-инициаторам в большинстве случаев сохранить объемы производства и свести к минимуму р дополнительные финансовые затраты, обусловленные перераспреде-

лением квот на выбросы. f Планы выпуска промышленной продукции предприятиями региона,

разработанные с учетом требований экологии и откорректированные на основе перераспределения квот предприятий, в ряде случаев не могут быть приняты к выполнению. Это связано с тем, что техногенное давление на окружающую среду производственными предприятиями, как правило, является нестационарным Статистический анализ распределения выбросов во времени на примере предприятий г Хабаровска и г Комсомольска выявил, что коэффициент вариации, характеризующий степень ритмичности выбросов, составляет, в среднем, 0,7 - 1,6. Это приводит к тому, что в некоторые периоды времени может иметь место значительное превышение фактических выбросов над нормативными

г»

Чтобы полностью исключить пиковые сбросы загрязнений, большие допускаемых, необходимо внутрипроизводственное календарное планирование осуществлять также с учетом экологических факторов. Это означает, что при разработке календарных графиков производства следует обеспечивать соответствие расчетных выбросов регламентированным Ь, не только в целом в рамках планового периода, айв каждый заданный временной интервал этого периода.

В работе предлагается следующий подход к формированию производственных календарных программ с учетом экологии. Вначале в внутрипроизводственные календарные расписания закладывается минимальная интенсивность выполнения технологических процессов с целью обязательного соблюдения заданных ограничений по регламентируемому спектру выбросов. Затем ставится задача отыскания таких режимов интенсифицирования производственных процессов, при которых обеспечивается формирование календарных производственных программ минимальной продолжительности выполнения с соблюдением заданных ограничений по выбросам.

Для отыскания оптимальных режимов интенсифицирования производственных программ используем ориентированный граф (сетевую модель). По каждому производственному процессу (работе сетевой модели) назначим следующие данные: ^ - минимально-возможное время выполнения процесса у; О,, - максимальная временная оценка процесса у; СГ - объем выброса С в единицу времени при продолжительности выполнения процесса И,, (рис. 2).

Оптимальное интенсифицирование заключается в отыскании для V,, производственного расписания продолжительностей X,, находящихся в заданных пределах с1,) < Хи <0,р которые бы обеспечили получение ка-

лендарной программы заданной продолжительности Тпя с минимальным увеличением суммарных выбросов Х^У,, То есть требуется, чтобы

Цы

цес цес

где £_| у! - множество работ расписания. Следует отметить, что на

каждом этапе интенсифицирования необходима проверка на отсутствие превышения максимального значения эпюры выброса над заданным. Если при очередной итерации, соответствующей Трас>ТПл будет достигнуто такое превышение - это означает, что план может быть получен только минимально-возможной продолжительности (Трас). а не заданной.

Оптимизационные расчеты по интенсифицированию производственного расписания предприятия должны выполняться для всех выбросов, по которым имеются ограничения. К реализации принимается расписание с большей расчетной продолжительностью, т.е. производственный план, корреспондирующийся с наиболее строгими экологическими ограничениями.

Методика отыскания наиболее выгодных вариантов интенсифицирования календарных производственных программ с учетом экологических факторов заключается в следующем:

1. Продолжительности всех производственных процессов расписания назначаются равными максимальным временным оценкам, т.е. Х,=0, Для

2. Определяются по V,, раннее начало 7?-", позднее окончание Т"°, полный резерв Я,, с учетом директивного срока выполнения производственной программы Тпл где' Т,р" :=тах1 из , ведущих к ¡;

венной программы ТПл где: Т?" тах* из VI, ведущих к ¡;

ТГ-? := Т„л - тах! из V,, ведущих к у, ^ = "С,0 -Т7 - X..

3. Формируется сетевой поток, представленный работами критического пути с наибольшим отрицательным резервом Ятахтах , и являющийся подмножеством исходной сетевой модели.

4. Формируется двойственная сетевая модель по правилам указыва-ния всех вариантов пересечения потока.

50

Рис. 2. Определение оптимального варианта интенсифицирования на графоаналитической модели

5. Указываются продолжительности работ двойственной сетевой модели, равные С,,.

6. Выполняется расчет двойственной сетевой модели на минимум с целью выявления кратчайшего пути пересечения потока.

7. Определяется максимально возможная величина сокращения:

дх = пгнп

т*п (х„ - <!,)

где (Х„-сМ - резерв сокращения (р^ ); |нт„т„(-[р1т„[ - резерв критичности (Ккр Rкp " максимальный подкритический путь. 8. Рассчитывается цена сокращения £Ду, = Дх£св.

9 Уточняются значения выбросов С,] по производственным процессам, подвергнувшихся интенсифицированию-

10. Выполняется проверка на отсутствие превышения максимального значения эпюры выброса Ь™х над заданным Ь,. При (Ь^-Ь.^О оптимизационные вычисления завершаются с получением плана минимально-возможной ПрОДОЛЖИТеЛЬНОСТИ Трас

11. Проверяется соответствие расчетного срока календарного графика Трас плановой дате окончания производственной программы Тпл . При Тпл = Трас оптимизационные процедуры завершаются. В случае Трас > Тпл выполняется переход ко второму пункту методики.

Предлагаемая методика позволяет не только разрабатывать производственные календарные программы заданной продолжительности с минимальными суммарными выбросами, но и выравнивать их эпюру. Это наглядно видно, если сравнить исходную и оптимизированную эпюры выбросов промышленного предприятия, представленные на рис. 3.

Выбросы

261—————-———————-—————

24—--_ ---—------— —--—

22_________

П - д )пу ;ка гм( ю 11ы€ ро< ы

20-------------------

18---г------Н- — --------

__'Л______и — — эпюра пыбросов в

Т 14 X 15 /сгтми>иР?ванн"м

14 ¡о рас?

12---------------Н-----

,о---1---------

8---------------------

6__^___ис хсц на 1 зг юр а в >1б{ ос в______^__

4~ = ________

2-----------------------

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38

Дни

Рис. 3. Эпюры выбросов

Анализ календарных производственных графиков предприятий промышленной зоны г. Хабаровска показал, что применение методики оптимального интенсифицирования расписаний с учетом экологических нормативов обеспечивает формирование расписаний с сроками реализации производственных программ, среднем, на 17-22 % меньшими, чем при решении аналогичной задачи другими методами. Это дает возможность, промышленным предприятиям разрабатывать экологически сбалансированные программы, минимизируя снижение объемов производства.

Экологическая безопасность производственных предприятий во многом зависит не только от выработки рациональных производственных программ, тесно увязанных с требованиями экологии, но и от того, насколько на практике будут соблюдаться выработанные рекомендации.

2

1 "Д )пу ;ка ЭМ1 ю 1ы€ ро< ы

1 19

1 ) | 1 / ; пю >а 1ы€ рос ов в

1 14 г 15 ГШ ми )ир эва ннс 'М

12 Р асг ис< 1НИ •р ~ 1.2

10

N ис хо/ на 1 эг юр а в ос в

( И.' 51 )

Поэтому необходима разработка информационной системы обеспечения экологической безопасностью производственных предприятий в регионе.

Основу первой очереди такой информационной системы, по нашему мнению, должны составить такие автоматизированные рабочие места (АРМы) как: АРМ планирования продукции (АРМ ПП), АРМ разработки экологических соглашений (АРМ ЭС), АРМ внутрипроизводственного планирования (АРМ ВП), АРМ учета и контроля выполнения плановых решений (АРМ УК).

В рамках АРМа ПП должны решаться вопросы планирования выпуска промышленной продукции в регионе с учетом экологии При этом программная реализация должна охватывать следующие постановки задачи планирования выпуска продукции' а) максимизация объемов производства при выполнении требований по качеству выбросов в окружающую (воздушную и водную) среду; б) формирование планов производства с допустимыми режимами техногенного давления на окружающую среду и с минимальными затратами на очистные сооружения

АРМ ЭС должен обеспечивать возможность корректировки предварительно сформированных производственных региональных программ с учетом взаимных интересов предприятий партнеров и при безусловном выполнении экологических ограничений по всему спектру выбросов. На АРМ внутрипроизводственного планирования возлагается задача формирования и оптимизации календарных графиков выпуска продукции, обеспечивающих исключение пиковых выбросов загрязнений, больших допускаемых, не только в целом в рамках планового периода, айв каждый заданный временной интервал этого периода.

На АРМ УК возлагается автоматизация учета и контроля выполнения плановых решений. Выходная информация АРМа УК необходима для принятия управленческим персоналом своевременных и адекватных решений по поддержке или корректировке ранее принятых рекомендаций

информационной системы обеспечения экологической безопасности производственных предприятий

При этом предлагается двухуровневая региональная информационная система обеспечения экологической безопасности производственных предприятий. Верхний уровень занимает орган управления безопасностью (соответствующие департаменты правительства края) На этом уровне функционируют АРМ ПП, АРМ ЭС, АРМ УК. Они используют в своей работе общую базу данных предприятий края для решения задач ,

обеспечения экологической безопасности производства, которая хранится на сервере. На нижнем уровне действуют производственные пред- , приятия региона. В их распоряжении должны быть АРМы внутрипроизводственного планирования.

Представленные в работе результаты исследований получили высокую оценку правительства Хабаровского края. Со второго полугодия 2005 г. планируется начать разработку первой очереди информационной системы обеспечения экологической безопасности края, которая будет основываться на предложенных в диссертационной работе рекоменда- *

циях. На начальном этапе предполагается применить информационную систему для наиболее крупных производственные предприятий г. Хаба- »

ровска, г. Комсомольска, г. Амурска, г. Советской гавани, п. Ургапа, п. Николаевска.

По результатам исследования можно сделать следующие основные выводы:

1. В настоящее время, когда интенсивность и рост масштабов техногенного воздействия на природные процессы особенно велико, обеспечение экологической безопасности предприятий является одной из важнейших современных задач управления производством. Однако существующие методы планирования и управления производственной дея-

тельностью предприятий с учетом экологических факторов не позволяют получать качественные и достоверные рекомендации по улучшению экологической обстановки на предприятиях и в регионе.

2. Только на новой методологической основе и при системном рассмотрении задач планирования и управления производством можно успешно решить сложную экологическую проблему. Поэтому в исследовании предложен комплекс взаимоувязанных математических моделей и методов для решения вопросов экологической безопасности производственных объектов.

3. Учитывая сложность решения поставленной проблемы в целом, в работе рассмотрено последовательное формирование планов производства, обеспечивающих экологическую безопасность предприятий. Вначале ставится цель разработки программы выпуска продукции в регионе, обеспечивающей минимальное техногенное воздействие на природную среду. На втором этапе решаются вопросы развития производства за счет выработки рациональной стратегии квотирования На завершающем этапе осуществляется формирование и оптимизация календарных производственных программ предприятий с учетом экологических ограничений.

4. Предложена новая методика решения задачи планирования выпуска продукции промышленными предприятиями региона, базирующаяся на симплекс-методе линейного программирования, которая позволяет максимизировать объемы производства при соблюдении заданных параметров природопользования и наименьших суммарных денежных вложениях в природоохранные мероприятия.

5. Решение задачи планирования выпуска промышленной продукции в регионе с учетом экологии в диссертационной работе предлагается как для случая максимизации объемов производства при выполнении тре-

бований по качеству выбросов в окружающую среду, так и для варианта, предусматривающего формирование планов производства с допустимыми режимами техногенного давления на природу и минимальными затратами на очистные сооружения.

6. Предложенные рекомендации по планированию промышленной продукции предусматривают выполнение оптимизационных расчетов с учетом ограничений по выбросам в атмосферу и по водным загрязнениям. На заключительном этапе принятия программ производственных | предприятий предусмотрена процедура сопоставления предварительно сформированных планов выпуска продукции предприятий, синхронизи- , рованных с их ресурсными возможностями, директивными установками и

др., с вариантом плана производства продукции в регионе, удовлетворяющего ограничениям по всему спектру выбросов.

7. Экспериментальные расчеты по планированию объемов производства, выполненные в работе, показали, что на половине анализируемых предприятиях Хабаровского фая предварительные планы выпуска промышленной продукции (разработанные без учета экологических требо- * ваний) необходимо снижать, в среднем, на 43%. Каэдое третье предприятие региона должно либо сократить объемы выпуска продукции почти вдвое, либо вложить существенные капитальные вложения на ввод в действие новых или реконструкцию действующего очистного оборудования. И только на 12% рассмотренных предприятиях производственные программы соответствуют ограничениям по экологии.

8. Подготовленные на основе рассмотренных рекомендаций производственные программы не всегда могут быть приняты к реализации, так как они могут не соответствовать директивным установкам или возможностям производства. Следовательно, необходимо предусмотреть механизм корректировки полученных ранее решений. При этом вносимые изменения (не усиливающие техногенное давление на среду) должны вы-

подняться с учетом взаимных интересов предприятий-партнеров.

9 В работе предусмотрена математическая модель и методика перераспределения объемов производства между предприятиями в регионе, позволяющие заключать взаимовыгодные экологические соглашения. В рамках такого соглашения любое предприятие может подготовить сделку, направленную либо на уменьшение платежей за необеспеченные разрешениями выбросы, либо на создание запаса разрешений на выбросы. Разработку экологического соглашения предлагается разбить на две последовательно выполняемые процедуры, первая из которых заключается в поиске предприятием партнеров. На втором шаге подготавливаются эколого-экономические обоснования сделок и выбирается наиболее приемлемая стратегия перераспределения квот на выбросы.

10. Выполненный в работе статистический анализ распределения выбросов во времени предприятий Дальневосточного региона выявил нестационарный характер техногенного давления на окружающую среду. Коэффициент вариации, характеризующий степень ритмичности выбросов, составляет для большинства предприятий, в среднем, 0,7 - 1,6. Это означает, что при разработке календарных графиков производства следует обеспечивать соответствие расчетных выбросов регламентированным не только в целом в рамках планового периода, айв каждый заданный временной интервал этого периода.

11. В работе предлагается графоаналитическая модель и оптимизационная методика формирования производственных календарных программ с учетом экологии, позволяющие отыскивать режимы интенсифицирования производственных процессов, обеспечивающие получение расписаний минимальной продолжительности выполнения с соблюдением заданных ограничений по всему спектру выбросов. Предлагаемые рекомендации позволяют не только находить оптимальные режимы выполнения производственных процессов, но и одновременно выравнивать

эпюру выбросов.

12. Рассмотренные методики составляют основу для проектирования информационной автоматизированной системы управления экологической безопасностью предприятиями Хабаровского края. Предлагается в состав первой очереди информационной систем ввести следующие автоматизированные рабочие места планирования продукции (АРМ ПП), разработки экологических соглашений (АРМ ЭС), внутрипроизводственного планирования (АРМ ВП), учета и контроля выполнения плановых решений (АРМ УК).

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Загородский В.Н., Шалягин Г.Л Планирование выпуска продукции с учетом экологических факторов. - Материалы научно-практического семинара "Новые информационные технологии в управлении на транспорте и организации учебного процесса". Хабаровск: ДВГАПС, 1997. -с.79-83.

2. Загородский В.Н., Крикунов С.С. Нормативы и меры обеспечения экологической безопасности при перевозке грузов по железной дороге// Сб. научных трудов Академии права и управления "Крайний Север: проблемы экологии". - М.: АПиУ, 1999. с 57-64.

3. Загородский В.Н. Разработка эколого-экономических соглашений между предприятиями. - Сб. тезисов докладов научно-технической конференции "Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта Сибири и Дальнего Востока". Часть 3. - Хабаровск: ДВГУПС, 1999. - с.92-96.

4. Дудников А.Н., Загородский В.Н. Техногенные смоги// Сб. научных трудов Академии права и управления "Крайний Север: проблемы экологии". - М.: АПиУ, 1999. с 112-116,'.' "

5. Дудников А.Н., Загородский В.Н., Сафронеев H.H. Остановить де-

градацию биосферы// Сб научных трудов Академии права и управления "Крайний Север- проблемы экологии". - М.: АПиУ, 1999 с 131-135.

6. Загородский В.Н., Федоренко Е В. Графоаналитическая методика внутрипроизводственного календарного планирования. Материалы 43-й Всероссийской научно-практической конференции ученых транспортных вузов, инженерных работников и представителей академической науки "Современные технологии - железнодорожному транспорту и промышленности", ДВГУПС, Хабаровск, Изд-во ДВГУПС, 2003. - с.81-84.

7. Гончарук А.П., Загородский В.Н., Емельянов P.E., Щеглов A.A. Проблема ресурсного обеспечения строительства и реконструкции транспортного объекта// Методы моделирования организации и управления в строительном производстве: Межвузовский сборник научных трудов, вып. 976, М., МГУПС, 2004 - с.72-85.

8. Спиридонов Э.С., Гончарук А.П., Винницкая Т.П., Загородский В.Н. Определение факторов экономической безопасности транспортных строительных предприятий// Методы моделирования организации и управления в строительном производстве: Межвузовский сборник научных трудов, вып. 976, М., МГУПС, 2004 - с.151-159.

Василий Николаевич Загородский

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ПЛАНИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ НА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук в форме научного доклада

ИД № 05247 от 2.07.2001 г. ПЛД № 79-19 от 19.01.2001 г. Подписано в печать 20.1.05 Печать офсетная. Бумага тип № 2 Формат 60x84 / 10 Уел печ л. 2 0. Зак. 14. Тираж 100 экз.

Издательство ДВГУПС. 680021, г Хабаровск, ул Серышева,47

»-3 127

РНБ Русский фонд

2006-4 5509

\

(