Робастный подход к логистическому инжинирингу на этапах концептуального проектирования

Н. З. Базылева, Р. А. Панов, А. Ф. Можчиль ООО «Газпромнефть НТЦ», М. С. Володькин ООО «Газпромнефть-Заполярье», И. А. Богачев, Н. Д. Шурупов ООО «Газпромнефть-Снабжение»

Журнал «Нефтяное хозяйство»

Одна из основных задач повышения эффективности деятельности компании — выполнение проектов в сжатые сроки — задает ориентир на ускорение реализации проекта. С учетом того, что курс компании взят на освоение лицензионных участков, расположенных на значительном удалении от основных транспортных узлов и магистралей, как частный случай рассматривается качественная проработка решений по материально-техническому обеспечению месторождения на начальной стадии реализации проекта — этапе концептуального проектирования.

При традиционном подходе задачи концептуального и логистического инжиниринга рассматривались по отдельности. В концептуальных проектах обустройства принимались удельные затраты на материально-техническое обеспечение, проработка логистики не выполнялась. Такой подход не только приводил к погрешности оценки затрат, но и не позволял определить потребность в логистических объектах на ранних этапах проекта, что обусловливало дополнительные риски его реализации. Логистический инжиниринг в свою очередь в качестве исходной базы не всегда давал полное представление о планируемом комплексе обустройства, что также отражалось на качестве планирования.

Предлагаемый подход позволяет учитывать взаимные ограничения систем обустройства, логистической инфраструктуры и формировать оптимальные интегрированные решения. Опережающая проработка решений по материально-техническому обеспечению месторождения даст возможность выполнить проекты в сжатые сроки, обеспечить своевременную поставку материально-технических ресурсов (МТР) в полном объеме. Кроме того, на этапе концептуального проектирования зарождаются основные идеи и решения по реализации проекта. На ранних этапах становится возможным не только качественно рассчитывать стоимость логистики МТР, но и оценивать риски и неопределенности логистического сопровождения. Для управления объектами с неполной математической моделью, содержащими неопределенности, применяется робастный подход. Термин «робастное управление» означает управление с определенным запасом, в данном случае по устойчивости.

Задачи интеграции концептуального и логистического инжиниринга

Оценка рисков и неопределенностей логистических схем поставок МТР и поиск оптимального устойчивого решения на ранних этапах жизненного цикла месторождения должны стать неотъемлемой частью концептуальных проектов разработки и обустройства.

В первую очередь определены параметры, которые необходимо рассматривать при проработке логистики МТР на ранних этапах реализации проекта. Выбор необходимого уровня детализации и глубины проработки определяется наличием или возможностью поиска исходных данных. При этом устанавливается, что оптимальной стратегией интеграции концептуального и логистического инжиниринга является использование сопоставимых по сложности алгоритмов.

На основании приведенных предпосылок разработан кросс-функциональный целевой бизнес-процесс формирования концепции логистического сопровождения при концептуальном проектировании. Описание процесса было начато с опроса и анализа ожиданий заинтересованных лиц, получателей результата и участников процесса. На основании полученной информации сформирована карта процесса, которая определяет рамки работ, ее участников, их действия, выделяет проблемные и незатронутые области. В соответствии с предложенной моделью процесса выполняется внедрение интегрированного подхода — параллельной работы, регулярного взаимодействия и обмена информацией между представителями смежных функций. Принципиальная схема интеграции концептуального и логистического инжиниринга приведена на рис. 1. Из него видно, что исходными данными для формирования концепции логистики выступает грузопоток по вариантам обустройства в динамике на период строительства и эксплуатации месторождения. Результатом концептуального проектирования обустройства являются объемы строительства объектов инфраструктуры. Из приведенной на рис. 1 схемы также следует, что варианты комплексного обустройства формируются с учетом решений по логистике МТР, а также оценки их стоимости и рисков.


Таким образом, определен функционал, необходимый для применения принципов логистики на этапе концептуального проектирования, который включает:

  • расчет грузопотока на основании физических объемов строительства объектов обустройства;
  • оценку стоимости вариантов снабжения;
  • моделирование схем поставок МТР;
  • решение оптимизационных задач (определение оптимального варианта обустройства на основании оптимального объема грузопотока с учетом операций доставки МТР).

Анализ существующих программных продуктов показал, что каждый из них способен детально моделировать заданный вариант логистики, а для построения таких моделей требуется значительный объем исчерпывающей исходной информации. Рассмотренные программные продукты наиболее применимы на стадиях проекта «Определение» и «Реализация», но они не позволяют решать оптимизационные задачи, использовать наработки компании в стоимостном инжиниринге и автоматически генерировать различные решения в совокупности с вариантами поверхностного обустройства.

Таким образом, была поставлена задача реализовать необходимый функционал и разработать инструмент, который даст возможность учитывать при концептуальном проектировании операции по доставке МТР.

Робастный подход к логистическому инжинирингу

При разработке «Интегратора концептуального и логистического инжиниринга» закладывается интеграция с информационной системой интегрированного концептуального проектирования «ЭРА: ИСКРА», что дает возможность учитывать взаимные ограничения систем обустройства и логистической инфраструктуры. Кроме того, применение единой цифровой платформы позволит оперативно адаптировать параметры логистики к изменению концептуальных проектов благодаря автоматизации расчетов и хранению ранее проработанных вариантов в цифровом пространстве. Так как параметры по смежным системам задаются диапазоном значений входных параметров, необходимых для анализа рисков и неопределенностей, выбор оптимального варианта может основываться на его робастности в условиях неустойчивости по исходным данным.

На начальных этапах проекта часто возникают отклонения от исходных предпосылок, решения по всем системам месторождения принимаются в условиях той или иной степени неопределенности. В данном случае неопределенность может быть обусловлена незнанием фактических значений параметров либо непредсказуемым изменением их во времени. В связи с этим задача робастной устойчивости является одной из наиболее актуальных и представляет большой практический интерес. В общей постановке она заключается в указании ограничений на изменения параметров системы, при которых сохраняется устойчивость и которые определяются областью устойчивости по неопределенным параметрам объекта. Таким образом, формируется робастное решение, при котором характеристики проекта минимально чувствительны к факторам, вызывающим неопределенность.

Методика моделирования логистических вариантов

Моделирование схем поставок МТР выполняется на основании исходных данных об объемах строительства объектов обустройства в динамике и анализа региональной логистики. В первую очередь строится матрица логистических вариантов (рис. 2) по координатам и типам узловых точек и транспортных связей в виде графа, состоящего из точек и ребер с параметрами, необходимыми для расчета логистических вариантов. Матрица вариантов учитывает варианты размещения объектов обустройства месторождения, ограничения пропускной способности транспортных связей и узлов логистической сети, а также различные варианты владения элементами матрицы.


Путем компоновки различных элементов матрицы формируется дерево возможных логистических вариантов. По каждому варианту на основании информации о грузопотоках в динамике определяются необходимая пропускная способность логистических объектов и возможности ее достижения для обеспечения зимнего и летнего завозов в срок, в полном объеме и с минимальными рисками (рис. 3). Для этого рассчитываются текущая пропускная способность узловых точек и транспортных связей, перспективная загрузка объектов и определяются способы обеспечения необходимой мощности за счет как увеличения мощности элементов, так и включения других элементов в логистическую схему с учетом необходимости формирования замкнутого графа на матрице вариантов.


В результате работы приведенных алгоритмов формируются логистические схемы доставки каждого типа МТР и оценивается реализуемость профиля потребления для конечной точки логистической схемы. При невыполнении плана по доставке для варианта определяются узкие места, формируются предложения по использованию дополнительного числа транспортных ресурсов и увеличению складских мощностей. На следующем шаге алгоритмами предусмотрены оценка стоимости вариантов по трем группам затрат: транспортным, капитальным (CAPEX) и эксплуатационным (OPEX), — и расчет удельной средневзвешенной цены доставки 1 т МТР по формуле где i — период расчета.


Оценка логистических вариантов и выбор оптимального решения выполняются на основании трех параметров: средневзвешенной цены доставки 1 т МТР по варианту; степени надежности; результатов анализа чувствительности — стабильности ранжирования при изменении основных исходных параметров. Степень влияния данных факторов на принятие решения может регулироваться в алгоритмах на основании экспертной оценки.

Таким образом, решаются задачи моделирования логистики МТР и выбора оптимального интегрированного решения. Применение предлагаемого подхода для одного из месторождений ПАО «Газпром нефть» подтвердило актуальность проработки логистических вариантов на этапах концептуального проектирования. На первой итерации были сформированы возможные логистические схемы и проведена их оценка на основании данных концептуального проекта по объемам строительства объектов, преобразованных с применением инструментов и методик компании в потребность месторождения в МТР (рис. 4). Это позволило на ранней стадии исключить схемы, не соответствующие ограничениям, требующие чрезмерно больших капитальных вложений, площадок накопления на месторождении с недостижимой минимальной мощностью и др.


Оценка логистических схем выполнена по суммарным затратам и рискам, которые учитываются дополнительными затратами на минимизацию влияния вероятностных параметров на надежность маршрута (см. таблицу). Невозможность полной митигации рисков по какой-либо логистической схеме отражается на степени надежности и также влияет на ранжирование.

Оценка логистики на начальном этапе концептуального проектирования показывает, что расхождение между вариантами достигает 20%. Выбрав наилучший вариант, компания может оптимизировать затраты на доставку МТР более чем на 2 млрд руб. Анализ чувствительности логистических схем к варьированию макроэкономических параметров и исходных данных при возможном их изменении в ходе развития проекта определяет необходимость пересчета логистики и задает вектор детализации вариантов. По результатам пилотного расчета оптимальная схема лидирует по всем критериям. Однако, как видно из таблицы, учет стоимости поставки МТР на необходимый базис поставки и стоимости внутренней логистики влияет на ранжирование логистических схем. Следовательно, даже на ранних этапах необходимо учитывать объемы строительства и местоположение объектов обустройства месторождения. Развитие предлагаемых методов позволит не только правильно выбирать способы доставки, но и влиять на выбор варианта разработки и обустройства месторождения, а также сценария его реализации.

Подходы к оптимизации интегрированных решений

На ранних этапах выполнения проектов предоставляется возможность глобальной оптимизации решений по материально-техническому обеспечению в интеграции со смежными системами при рассмотрении их взаимовлияния. Так, при формировании вариантов логистических схем будут решаться задачи выбора оптимальных трасс перемещения МТР на основании данных о местоположении объектов логистической инфраструктуры и перспективных грузопотоках, проходящих по транспортной связи, существующих и запроектированных маршрутах. При определении трасс учитываются рельеф и типы местности, а также ограничения строительства, например, наличие водоохранных зон, историко-культурное зонирование, геологические ограничения. Оптимальная трасса выбирается с учетом стоимости строительства, которая в свою очередь определяется в зависимости от условий проложения маршрута.


Одной из наиболее затратных статей в логистике МТР является перемещение грунтовых строительных материалов от карьеров к участкам строительства. Следует также учитывать, что часть их расходуется на строительство дорог. Оптимизировать схему размещения карьеров предлагается путем минимизации протяженности дорог, объемов использования и перемещений грунтовых строительных материалов с учетом приоритетов взаимного расположения объектов, ограничений по условиям и рельефу местности. Принимается во внимание снижение риска возникновения строительных и эксплуатационных проблем за счет выбора качественных грунтовых строительных материалов и расположения объектов (для данной задачи в первую очередь коммуникаций) в наиболее приемлемых природных условиях.

При построении математической модели на первом этапе рассматривается двумерная задача, развитие алгоритмов будет учитывать амплитуду рельефа. На плоскости задаются объекты трех групп.

  1. Кустовые площадки, отсыпка которых проводится грунтовыми строительными материалами. Расположение площадок определяется моделью освоения месторождения, в рассматриваемой задаче является данностью. При построении модели каждой площадке присваиваются координаты и устанавливается необходимый объем грунтовых строительных материалов.
  2. Прочие объекты наземного комплекса (объекты подготовки нефти, жилые поселки, резервуарные парки и др.), положение которых может меняться в зависимости от оптимального положения коммуникаций с учетом технологических и инженерно-геологических ограничений. При построении модели каждому объекту присваивается несколько допустимых вариантов размещения и устанавливается необходимый объем грунтовых строительных материалов.
  3. Карьеры грунтовых строительных материалов, местоположение которых определяется по результатам изысканий и является фиксированным. Принимается, что при разработке логистической схемы необязательно эксплуатировать все карьеры. При построении модели каждому карьеру присваиваются координаты и объем грунтовых строительных материалов.

Расход грунтовых материалов на строительство дорог рассчтывается как отношение их объема к протяженности трассы, учитываются запасы карьеров и потребности объектов. На следующем шаге определяются приоритеты взаимного расположения объектов, накладываются ограничения по условиям местности, в том числе рельефа. В результате определяется оптимальная схема перемещения грунтовых строительных материалов от карьеров к участкам строительства.

Выводы

  1. Автоматизация уникальных алгоритмов позволит учитывать при концептуальном проектировании обустройства транспорт, складирование и другие операции, совершаемые при доставке МТР.
  2. Предлагаемый инструмент позволяет не только рассмотреть все возможные варианты доставки МТР и ускорить процесс их оценки, но и снизить затраты на доставку 1 т МТР в результате выбора оптимального варианта логистики, учитывающего обеспечение завоза в срок, в полном объеме и с минимальными рисками.
  3. Оптимальный вариант выбирается с учетом оценки рисков и неопределенностей, таким образом достигается максимальный уровень надежности — качественный показатель чувствительности логистического варианта к изменению входных данных. Это обеспечивает логистическую возможность реализации плана разработки с большей эффективностью.
  4. Качественная проработка материально-технического обеспечения на ранних этапах повлияет также на последующие этапы жизненного цикла месторождения и реализацию проектных решений, что обусловит отсутствие дефицита необходимых МТР и их доставку своевременно и в полном объеме.
  5. Создание «Интегратора концептуального и логистического инжиниринга» предоставляет возможность осуществлять проработку логистики МТР уже на этапе концептуального проектирования. Это необходимо для выбора оптимального решения по комплексному обустройству месторождения в совокупности с решениями по его материально-техническому обеспечению с учетом оценки стоимости и рисков вариантов.

Список литературы

  1. Интегрированное концептуальное проектирование как инструмент системного инжиниринга / В. П. Батрашкин, Р. Р. Исмагилов, Р. А. Панов [и др.] // Нефтяное хозяйство. — 2016. — № 12. — C. 80–83.
  2. Брагин Ю. В. Идея робастного проектирования // Методы менеджмента качества. — 2006. — № 12. — С. 18–24.
  3. Бейсенби М.А., Мукатаев Н. С. Робастная устойчивость системы с одним входом и одним выходом в классе катастроф «гиперболическая омбилика» // Молодой ученый. — 2014. — № 2. — С. 107–117.
  4. Власов А.И., Можчиль А. Ф. Обзор технологий: от цифрового к интеллектуальному месторождению // PROнефть. — 2018. — № 3 (9). — C. 68–74.
  5. Исмагилов Р.Р., Кудрявцев И.А., Максимов Ю. В. Стадийность концептуального проектирования при разработке месторождений // Нефтяное хозяйство. — 2014. — № 12. — C. 66–70.
  6. Интегрированная модель для комплексного управления разработкой и обустройством месторождений / Р. Р. Исмагилов, Ю. В. Максимов, О. С. Ушмаев [и др.] // Нефтяное хозяйство. — 2014. — № 12. — C. 71–73.
  7. Лисенков А. Н. Робастное проектирование: использование ортогональных планов неполного перебора вариантов // Методы менеджмента качества. — 2007. — № 5. — С. 18–22.

References

  1. Batrashkin v. P., Ismagilov R.R., Panov R.A. et al., The integrated conceptual designasatoolofsystematicengineering(InRuss.), Neftyanoekhozyaystvo= Oil Industry, 2016, no. 12, pp. 80–83.
  2. BraginYU.v. ,Idea of robust design (InRuss.), Metody menedzhmenta kachestva, 2006, no. 12, pp. 18–24.
  3. Beysenbi M.A., Mukataev N.S., Robust stability of a system with one input and one output in the class of catastrophes «hyperbolic umbilic» (In Russ.), Molodoy uchenyy, 2014, no. 2, pp. 107–117.
  4. Vlasov A.I., MozhchilA.F., Technology overview: from digital to intelligent field (In Russ.), PROneft, 2018, no. 3(9), pp. 68–74.
  5. Ismagilov R.R., Kudryavtsev I.A., Maksimov Yu. v. , Phases of conceptual design for field development (In Russ.), Neftyanoe khozyaystvo = Oil Industry, 2014, no. 12, pp. 66–70.
  6. Ismagilov R.R., Maksimov Yu. v. , Ushmaev O.S. et al., Integrated model for complex management of reservoir engineering and field construction (In Russ.), Neftyanoe khozyaystvo = Oil Industry, 2014, no. 12, pp. 71–73.
  7. Lisenkov A.N., Robust design: the use of orthogonal plans for incomplete it-eration of options (In Russ.), Metody menedzhmenta kachestva, 2007, no. 5, pp. 18–22.

Возврат к списку