Введение к работе
Актуальность темы. Сети автозаправочных станций (АЗС) как системы обеспечения нефтепродуктами служат для реализации моторных топлив конечным потребителям. Они входят в состав нефтяной промышленности и наряду с электро- и газоснабжением, транспортом и связью образуют стратегические национальные сетевые образования, необходимые для функционирования и развития государства и общества в целом. В этой связи вопросы повышения эффективности или совершенствования сетей автозаправочных станций являются актуальными.
К настоящему времени разработан целый ряд моделей и методов управления сложными системами, в том числе и в топливно-энергетическом комплексе. Широко известны работы таких ученых и специалистов как Н.П. Бусленко, С.Н. Васильев, Е.С. Вентцель, В.М. Глушков, А.П. Копелович, В.В. Кульба, О.И. Ларичев, А.Г. Мамиконов, Н.Н. Моисеев, И.В. Прангишвили, Д.А. Поспелов, В.А. Трапезников, А.Д. Цвиркун (системный анализ), В.Ю. Алекперов, Ф.А. Давлетьяров, Е.И. Зоря, Ф.М. Кантор, В.Г. Коваленко, А.Д. Прохоров, С.Р. Хабаров, Т.З. Хурамшин, Д.В. Цагарели и В.С. Шарифов (нефте-продуктообеспечение), В.А. Иващенко, В.А. Кушников, А.Ф. Резчиков, (АСУ энергохозяйством промышленных предприятий). За рубежом работы вели Р.Л. Акофф, М. Месарович, Хемди А.Таха, Я. Такахара, Р. Эшби (теория систем и управления), К. Ишикава, Дуглас Т. Росс, С. Хори (структурный анализ), Б. Польстер, Т. Рассел и М. Уитцел (нефтепродуктообеспечение).
В работах данных авторов, посвященных сетям автозаправочных станций, в качестве объекта исследования рассматривались, главным образом, системы обеспечения потребителей нефтепродуктами межрегионального или общегосударственного уровней или же устройства АСУ ТП. Появление новых видов автозаправочного оборудования и моторных топлив, неуклонный рост автотранспортных потоков, широкое применение автоматизированных систем управления и развитие региональных сетей АЗС вызывают необходимость проведения системного анализа и построения новых моделей и методов для повышения эффективности исследуемых систем. Кроме того, в современных условиях все более важным становится учет взаимодействия объектов, процессов, событий и явлений различной природы, что ранее требовалось в меньшей степени.
Таким образом, создание методологии рационального построения и непрерывного совершенствования структур сетей автозаправочных станций и эффективного автоматизированного управления процессами и объектами в данных системах, основанной на системном подходе, становится насущной необходимостью.
Диссертационная работа соответствует направлениям научных исследований, проводимых на кафедре «Системотехника» Саратовского государственного технического университета, а также в лаборатории «Системные проблемы автоматизации и управления в машиностроении» Института проблем точной механики и управления РАН в г. Саратове (№ рег. 01.99 0.0 05886).
Цель работы – разработка моделей и методов для повышения эффективности сетей автозаправочных станций.
Под эффективностью понимается наилучшее соотношение доходов и издержек, зависящее от адекватности моделей, достоверности результатов и оперативности принятия решений по построению структур и выбору управляющих воздействий, оптимальных или наилучших по заданным критериям.
Объект исследования – сети автозаправочных станций.
Предмет исследования – модели и методы анализа, построения структур и выбора управляющих воздействий, оптимальных или наилучших по заданным критериям, в сетях автозаправочных станций.
Проблема состоит в необходимости повышения технико-экономических показателей сетей АЗС и недостаточности известных моделей и методов для эффективного управления процессами и объектами в данных системах.
Направления исследования:
– анализ объекта исследования и работ по топливно-энергетическому комплексу, позволивший определить основные направления диссертации;
– построение новых и совершенствование ранее созданных моделей и методов, обеспечивающих повышение эффективности автозаправочных, автогазозаправочных (АГЗС) и многотопливных автозаправочных (МТАЗС) станций (далее АЗС), комплексов АЗС и систем предприятий нефтепродуктообеспечения (НПО);
– разработка методологии рационального построения и непрерывного совершенствования структур сетей автозаправочных станций и эффективного автоматизированного управления процессами и объектами в данных системах, направленной на повышение технико-экономических показателей функционирования предприятий НПО.
Для реализации поставленной цели решены следующие задачи:
– создание новых и совершенствование ранее созданных постановок задач, показателей, моделей и методов, позволяющих синтезировать структуры и выбирать управляющие воздействия, приводящие к повышению эффективности сетей АЗС;
– построение алгоритмов и информационно-логических схем, обеспечивающих принятие решений в системах управления сетями автозаправочных станций по неполной информации;
– разработка методологии рационального построения и непрерывного совершенствования структур сетей автозаправочных станций и эффективного автоматизированного управления процессами и объектами в данных системах, обеспечивающей рост технико-экономических показателей функционирования предприятий нефтепродуктообеспечения;
– выработка рекомендаций по практическому использованию результатов.
Методы исследования. Исследования выполнены с использованием теории систем, теории управления, исследования операций, функционального анализа, теории графов, теории множеств, математической логики, теории вероятности и имитационного моделирования.
Научная новизна:
– новая методология рационального построения и непрерывного совершенствования структур сетей автозаправочных станций и эффективного автоматизированного управления процессами и объектами в данных системах, отличающаяся использованием системного причинно-следственного подхода и обеспечивающая рост технико-экономических показателей функционирования предприятий нефтепродуктообеспечения;
– предложенные постановки и методы решения задач уменьшения потерь от простоев автотранспортных средств и автозаправочного оборудования на автозаправочных станциях, рационального размещения сетей АЗС в местах максимальной интенсивности транспортных потоков с учетом параметров АЗС и характеристик улично-дорожных сетей и повышения эффективности систем предприятий нефтепродуктообеспечения;
– взаимоувязанные показатели, модели и структуры, отличающиеся совместным анализом и синтезом управляющих и управляемых систем различных уровней и обеспечивающие адекватность моделирования, достоверность результатов и оперативность принятия решений в системах управления сетями автозаправочных станций;
– новые алгоритмы и информационно-логические схемы, позволяющие принимать решения по построению структур и выбору управляющих воздействий, оптимальных или наилучших по заданным критериям при неполных и разнородных данных об исследуемых системах, внешней среде и их взаимодействии.
Достоверность теоретических разработок и научных положений и обоснованность выводов подтверждаются:
– корректностью применения методов исследования при изучении процессов и объектов сетей автозаправочных станций;
– анализом, имитацией и синтезом структур исследуемых систем путем моделирования на ЭВМ;
– близостью результатов ранее созданных и предложенных моделей и их апробацией на производственных объектах;
– использованием результатов в системах управления предприятий НПО.
На защиту выносятся следующие положения.
1. Взаимоувязанные показатели, модели и структуры сетей автозаправочных станций, отличающиеся совместным анализом и синтезом управляющих и управляемых систем, что позволяет повышать эффективность объекта исследования.
2. Постановки и методы решения задач рационального построения структур и эффективного автоматизированного управления в сетях автозаправочных станций, имеющих важное практическое значение.
3. Алгоритмы и информационно-логические схемы, обеспечивающие принятие решений по построению структур и выбору управляющих воздействий, оптимальных или наилучших по заданным критериям, по неполным и разнородным данным об исследуемой системе, внешней среде и их взаимодействии.
4. Методология рационального построения и непрерывного совершенствования структур сетей автозаправочных станций и эффективного автоматизированного управления процессами и объектами в данных системах, повышающая технико-экономические показатели функционирования предприятий нефтепродуктообеспечения и, в конечном итоге, приводящая к экономии топлива на транспорте.
Практическая значимость заключается в повышении эффективности сетей автозаправочных станций путем создания моделей и методов, направленных на уменьшение очередей автотранспортных средств (АТС), снижение простоев топливораздаточных (ТРК) и газовых топливораздаточных (ГТРК) колонок, рациональное размещение АЗС с учетом характеристик улично-дорожных сетей (УДС) и параметров объектов, а также построение структур и выбор управляющих воздействий на предприятиях НПО, оптимальных или наилучших по заданным критериям. Результаты применяются в сетях АЗС в Центральном, Приволжском и Южном федеральных округах Российской Федерации.
Внедрение. Основные результаты диссертации используются в Саратовском Филиале ООО «ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефтепродукт» (с нефтебазами в Саратовской, Пензенской, Воронежской и Белгородской областях), Саратовском и Волгоградском филиалах ОАО «ЛУКОЙЛ-Интер-Кард» (с агентствами, офисами и пунктами обслуживания в Саратовской, Воронежской, Пензенской и Тамбовской областях), Волгоградском филиале ЗАО «ЛУКОЙЛ-Информ» (с отделами в Саратове и Пензе), ООО «Техно-Информ-Системы» (с участками в Саратовской, Пензенской, Воронежской и Белгородской областях), ООО «Правобережное предприятие сервисного обслуживания» (с агентством в г. Саратове, представительствами в Пензенской и Воронежской и участком в Белгородской областях), ООО «Автотанк-Сервис-Волгоградский» (с подразделениями в Саратовской, Пензенской и Воронежской областях).
Результаты исследований применяются в учебном процессе на кафедрах «Системотехника» Саратовского государственного технического университета, в учебном центре ООО «ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефтепро-дукт» (г. Волгоград), учебном классе Саратовского филиала ООО «ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефтепродукт» (г. Саратов), а также в работах по теме «Исследование и разработка человеко-машинных методов анализа и синтеза систем управления сложными объектами» по плану НИР Института проблем точной механики и управления РАН в г. Саратове (№ гос. регистрации 0120 0 8030015).
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры «Системотехника» Саратовского государственного технического университета (Саратов, 1998-2010), на научно-практических семинарах лаборатории «Системные проблемы автоматизации и управления в машиностроении» и ученом совете Института проблем точной механики и управления РАН (Саратов, 1998 - 2010), заседании научно-технического совета Института проблем управления сложными системами РАН (Самара, 2010), в университете Саскатчевана (Оттава, Канада, 2002) и технологических институтах Южной и Северной Альберты (Калгари и Эдмонтон, Канада, 2002), на итоговом совещании по результатам производственной практики на MacEwen Petroleum, Inc. (Оттава, Канада, 2002), на VI Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении» (Пенза, 2003), IV российско-украинском научно-техническом симпозиуме «Информационно-вычислительные технологии и их приложения» (Пенза, 2006), III (Когалым, 2003), V (Москва, 2005) и VI (Нижний Новгород, 2006) научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов ОАО ЛУКОЙЛ, на II и III (Волгоград, 2005 и 2006), IV (Саратов, 2007) и V-м (Волгоград, 2009) конкурсах молодых ученых и специалистов ООО «ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефтепродукт», в Oy AutoTank Ab (Финляндия, 2006), XVIII-й Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, проектировании и производстве» (г. Нижний Новгород, 2006 г.), VI Всероссийской научно-технической конференции «Современные промышленные технологии» (Нижний Новгород, 2006), X международной научно-практической конференции «Системный анализ в проектировании и управлении» (Санкт-Петербург, 2006), I Международной научно-практической конференции «Передовые научно-технические разработки – 2006» (Днепропетровск, 2006 г.), I международной научно-технической конференции «Аналитические и численные методы моделирования естественнонаучных и социальных проблем» (Пенза, 2006), Международных конференциях «Проблемы и перспективы развития прецизионной механики и управления в машиностроении» (Саратов, 2006 и 2007), III Международной научно-практической конференции «Умения и нововведения» (София, Болгария, 2007), I Международном Форуме «Нефтебаза-2008» (Москва, 2008), III Международной научно-практической конференции «Системы проектирования, моделирования, подготовки производства и управление проектами» (Пенза, 2009), VII Международной конференции «Современная АЗС: Рынок нефтепродуктов России, тенденции, оборудование и эксплуатация АЗС» (г. Москва, 2010), 7-й научно-технической конференции «Мехатроника. Автоматизация. Управление» (Санкт-Петербург, 2010).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы самостоятельно и в соавторстве в 56 работах, в том числе в двух монографиях, одном учебном пособии и восьми статьях в ведущих научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации научных результатов диссертаций на соискание ученой степени доктора наук.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав с выводами, заключения, списка литературы из 174 наименований и приложений. Объем работы составляет 333 страницы, в том числе 318 страниц основного текста, 104 рисунков и 137 таблиц.
