Структура оптимизационной модели

Разработка модели эколого-экономической оптимизации стратегии развития вертикально-интегрированной компании полимерной отрасли

Структура оптимизационной модели

Рассмотренное выше математическое описание множества инвестиционных возможностей развития вертикально-интегрированной компании полимерной отрасли может использоваться для оценки эколого-экономической эффективности одного или нескольких вариантов развития производства. Учитывая, что множество инвестиционных возможностей на самом деле содержит практически бесконечное число вариантов стратегии развития ВИК, необходимо переходить от моделей многовариантного анализа к оптимизационным моделям. Основой для формирования оптимизационных моделей является математическое описание инвестиционных возможностей развития ВИК.

Объектами моделирования являются основные технологические переделы ВИК, связанные потоками газового сырья, углеводородного сырья (этана, пропана, бутана), мономеров (этилена и пропилена), полимеров (полиэтиленов и полипропиленов) и изделий из полимеров. При построении оптимизационных моделей выделяются три группы объектов, формирующих вертикально-интегрированную компанию полимерной отрасли:

- предприятия, изготавливающие необходимую продукцию;

- транспортные системы, осуществляющие поставку продукции внутреннему и внешнему потребителям и на сбытовые базы компании;

- оптовые базы, предназначенные для хранения и сбыта продукции (полимеров и изделий из них).

Значительное влияние на эффективность инвестирования средств в развитие компании оказывает размещение строящихся, приобретаемых и действующих объектов компании на территории Российской Федерации, поскольку существенную долю инвестиционных и операционных расходов составляют затраты на создание и эксплуатацию транспортных систем. В связи с этим при формировании моделей развития конкретной вертикально-интегрированной компании следует осуществлять осознанный выбор потенциальных мест размещения строящихся объектов, не ограничивая, однако, себя количеством вариантов и предусматривая, в том числе, возможность размещения производств последовательных технологических переделов в непосредственной близости друг от друга. Экономические и экологические проблемы доставки сырья и продукции, наличие различных видов транспортных средств приводят к необходимости обращать особое внимание на формирование транспортных блоков моделей, описывающих движение сырьевых и продуктовых потоков между производственно-хозяйственными объектами внутри вертикально-интегрированной компании и потоковые связи ВИК с внешними потребителями.

Балансовая природа объекта моделирования, наличие разнообразных технико-экономических и экологических ограничений, необходимость принятия наиболее эффективных инвестиционных решений делают целесообразным при построении моделей ориентироваться на модели частично целочисленного линейного программирования.

Укрупненная блочная структура модели эколого-экономической оптимизации стратегии развития вертикально-интегрированной компании полимерной отрасли представлена на рисунке 6.9.

Система линейных ограничений, приведенная к каноническому виду, в матричной форме записывается как , функционал - как . Здесь: - матрица коэффициентов при переменных в ограничениях модели; - вектор ограничений; - вектор коэффициентов функционала; - векторы действительных переменных; - векторы бинарных переменных; - вектор целочисленных переменных. В качестве функционала выступает чистый дисконтированный доход от реализации проекта.

Результаты решения задачи оптимизации выбора стратегии должны содержать информацию о выбранных:

- ассортименте и объемах производства продукции каждого из переделов;

- поставщиках сырья и способах его доставки;

- направлениях и объемах инвестирования средств в строительство новых предприятий, расширение и реконструкцию действующих заводов, приобретение производственных объектов, принадлежащих другим компаниям;

- инвестициях в системы транспортировки сырья и продукции;

- местах размещения новых производств;

- выбранных эффективных технологиях и оборудовании, которые будут применяться на вновь построенных заводах и предприятиях компании после их расширения и реконструкции;

- методах организации материально-технического обеспечения и сбыта;

- прогнозируемых показателях эффективности инвестирования средств и другой информации, необходимой для эффективного управления инвестиционным проектом.

Производственные блоки модели, соответствующие различным переделам, имеют сходную внутреннюю организацию. В них отдельно представлены субблоки, относящиеся к строящимся предприятиям, к производственным объектам, которые могут быть приобретены компанией, и заводам, уже находящимся в собственности ВИК. Определенные, хотя и незначительные, различия при формировании ограничений наблюдаются для двух типов предприятий:

- производственных объектов, осуществляющих комплексную переработку сырья с получением в одном процессе нескольких видов целевой и попутной продукции – комплексное производство (газоперерабатывающие предприятия и заводы по производству мономеров), и

- предприятий, где получение каждого из целевых продуктов происходит независимо от изготовления другого – раздельное производство (заводы по производству полимеров и изделий из них).

Структура модели строящегося предприятия приведена на рис. 6.10.

Для приобретаемых предприятий и объектов, принадлежавших компании до начала инвестиционного проектирования, характерно наличие действующего производства и возможность проведения его реконструкции и расширения. Эти особенности объекта естественно влекут за собой и отличия их математического описания от математического описания строящегося предприятия.

Внутренняя структура моделей приобретаемого предприятия и завода, уже находящегося в собственности компании, очень близки. Отличие заключается лишь в необходимости учета условий принятия решения о приобретении предприятия (для первого класса объектов). Обобщенная внутренняя структура блока модели для объектов рассмотренного типа представлена на рис. 6.11.

Ограничения модели, связанные с транспортировкой грузов, будут зависеть от вида применяемого транспорта, который в свою очередь определяется свойствами перевозимого сырья или продукции. Так при перевозке: (1) газового сырья применяют преимущественно трубопроводный транспорт, (2) углеводородное сырье может доставляться как по трубопроводам, так и в ряде случаев в сжиженном состоянии с помощью железнодорожных и автомобильных цистерн, (3) для перевозки полимеров и изделий из них используют железнодорожный и автомобильный транспорт.

В первом случае структура транспортного блока модели примет следующий вид (рис. 6.12).

Во втором случае использование трубопроводов, специализированных железнодорожных и автомобильных цистерн увеличивает количество ограничений в транспортном блоке модели. Там кроме условий использования трубопроводов появятся ограничения, относящиеся к транспортировке сжиженных видов углеводородного сырья и мономеров.

Железнодорожные цистерны различаются по емкости, могут являться собственностью предприятия, браться в аренду или относиться к общему парку Российских Железных Дорог. При необходимости предприятие может приобрести дополнительное количество цистерн, если такое решение окажется экономически эффективным. На выбор типа цистерны оказывают влияние размеры партии продукции, отправляемой конкретному потребителю. Минимальный и максимальный уровень заполнения

цистерн каждого типа лимитирован.

Все эти показатели определяют выбор тарифной схемы[1], величину тарифов и общую сумму затрат на доставку продукции.

Автомобильные цистерны обычно принадлежат компании. Парк специализированных автомобильных цистерн предприятия также может быть расширен за счет приобретения в собственность новых цистерн.

Транспортировка с применением цистерн требует наличия производства сжижения газов на предприятии, что может потребовать дополнительных капитальных вложений и текущих затрат. Для строящихся предприятий предусматривается возможность создания такого производства, для приобретаемых и находящихся в собственности компании заложена возможность строительства нового цеха сжижения или расширения существующего. Учитывая, что транспортировка в цистернах осуществляется только при наличии возможности сжижении газообразных продуктов, ограничения, связанные с цехом сжижения, включены в соответствующий транспортный блок модели (рис. 6.13).

В третьем случае ориентируются на применение железнодорожного и автомобильного транспорта для перевозки полимеров и различных изделий из них. Возможны различные виды отправки перевозимого груза по железной дороге (повагонная, групповая, маршрутная, контейнерная, мелкая или сборная повагонная), различаются тип и принадлежность вагона, контейнера, локомотива (собственные, арендуемые, общего парка)^[2]. Все это с учетом тарифного класса груза существенно влияет на тарифы перевозок, а, следовательно, и на общие транспортные затраты. При выборе способа отправки по железной дороге принимаются во внимание размеры минимальной весовой нормы (МВН).

При доставке продукции автомобильным транспортом пользуются собственными транспортными средствами различной вместимости. При необходимости предусматривается возможность приобретения дополнительного количества автомобилей. Структура этой части модели приведена на рис. 6.14.

Содержание ограничений, описывающих условия транспортировки продукции со сбытовых баз, мало чем отличается от содержания соответствующих моделей для транспорта продукции с предприятий. Разница заключается лишь в потребителях продукции – с предприятия продукция поставляется как ее непосредственным потребителям, так и сбытовым базам компании, а с баз - только непосредственным потребителям.

Еще одним объектом моделирования являются оптовые базы по сбыту полимеров и изделий из них, т.е. процессы строительства и эксплуатации таких баз. Математические модели сбытовых баз (рис. 6.15) для этих двух групп продукции в основном похожи по содержанию. Имеющиеся незначительные различия определяются местом соответствующего передела по изготовлению продукции в структуре вертикально интегрированной компании. Полимеры в первую очередь производятся для обеспечения нужд следующего передела, а уже затем и внешних потребителей. Изделия из полимеров – продукт конечного передела, а, следовательно, их потребители находятся вне компании.

Для переделов с продукцией, реализуемой как самими предприятиями, так и через сбытовые базы, выделяются в отдельный субблок ограничения на суммарные поставки этих видов продукции внешним потребителям (рис. 6.16).

Блок модели, задающий ограничения на инвестиции, включает единовременные затраты по всем производственным переделам, транспортным системам и сбытовым базам. В состав таких затрат для предприятий компании входят:

Очень близка структура инвестиционных затрат и для строящихся сбытовых баз. Строительство трубопроводов, также как и строительство предприятий требует инвестиций в основные фонды, затрат, компенсирующих ущерб от загрязнения атмосферы, водных объектов, размещения отходов, платежей за использование водных ресурсов, перевод земель из одного вида пользования в другой, нанесение вреда растительности, животному миру, ихтиофауне и др.

В качестве функционала выступает чистый дисконтированный доход от реализации продукции проекта

Критерием достижения оптимума будет служить максимум этого показателя. При формировании функционала в составе интегрального эффекта учитываются:

- доходы от реализации продукции различных переделов предприятиями и сбытовыми базами;

- доходы от транспортировки продукции внешним потребителям;

- капитальные затраты, связанные со строительством и приобретением предприятий, расширением и реконструкцией объектов ВИК;

- капитальные затраты в создание оптовых баз по сбыту продукции;

- капитальные затраты, связанные со строительством трубопроводов, приобретением железнодорожных и автомобильных цистерн, контейнеров, вагонов, автотранспортных средств и других компонентов транспортных систем;

- компенсационный платежи за негативное воздействие на окружающую среду в процессе строительства, реконструкции и расширения различных объектов компании;

- текущие затраты (операционные издержки) компании в процессе функционирования предприятий, сбытовых баз и транспортных систем, включая и экологические платежи за загрязнение окружающей среды в процессе эксплуатации этих объектов.

Разработанное математическое описание множества доступных для инвестора инвестиционных возможностей и рассмотренные выше требования к структуре оптимизационной модели легли в основу формирования системы ограничений и функционала задачи оптимизации развития вертикально интегрированной компании полимерной отрасли.

Описание всех введенных переменных модели представлено в Приложении 2. Принимая во внимание большие размеры модели, систему ограничений и функционал задачи пришлось также поместить в приложение (Приложение 3).