Olajipari optimalizálás 2 Tervezés és optimalizálás fejezet

1. Olajipari optimalizálás 2Tervezés és optimalizálás fejezet Bernáth Tibor. TBernath@mol.hu 70/3730106 Pannon Egyetem / BME 2014

2. Tartalom • Ismétlés • Szervezet, tervtípusok és időhorizontok • Az LP probléma • Kapcsolat a Stratégiával, Ütemezéssel • Az Optimalizálás gazdasági fogalmai • Az Optimalizálás feladatai, hangsúlyok • Szemléltetés, gyakorló feladat • Finomítói LP modell kézi megoldása • Finomítói LP modell megoldása (Solver) • Megoldandó feladat ismertetése 2

3. Olajipari ellátási lánc (Supply Chain Management - SCM) Beszerzési korlátok Készlet adatok Kereskedelmi korlátok Termék tárolás Másodlagos elosztás Elsődleges elosztás Kőolaj tárolás Kőolaj Piac Finomító Kőolaj érték Mi legyen az alapanyag? Mit/hol gyártsunk? Mit kell tárolni? Mire van szükség? Kereslet meghatározása Hogy vigyük oda? Leállások, termelési adatok Logisztikai kihívások

4. Strategic Planning & Performance Monitoring (G) Modelling &Support (G) Planning RP (G/L) Planning & Optimization G/L A kapcsolódó funkcionális szervezetek • Az értéklánc elemei funkcionális szervezetekként működnek a MOL Csoportnál • Az Optimalizálás szervezet központi elem • Az Optimalizálási szervezet mind a global(G) mind a lokal (L) szinten megtalálható REFINING & MARKETING DIVISION Organizational Design Supply Chain Management( G/L) PRODUCTION COMMERCIAL LOGISTICS DS DEVELOPMENT Roles Supply & Distribution G/L Refinery Scheduling L • Weekly Planning • ORION • Blending • Planning • Pumping/Transfers; Storage/Tankage • Intermediate Inventories • Material balancing • Daily Scheduling Issues • Demand Planning • Raw Materials Inventories/ Trade Balance • Volume Balancing • Distribution Planning • Depot Optimization • Tank Maintenance Plan • Exchange Balance • Logistics Issues • Coordinate with Commercial • 5-10 year Strategic Plan (Supporting Corporate Strategy) • Capex Plan (Project Justification) • Synergies & MPIMS • Long Term R&D Issues • New Feedstock & Product Specs • Coordinate CAPEX, T/A Shutdown Planning • SCM KPI’s • Solomon Studies • Sales Performance • Optimal versus Plan & Actual • Business XPIMS (Annual) • 4 Month Rolling Plan PIMS • Rolling Plan Modeling • Forecast Modeling • T/A Maintenance Planning • PIMS Documentation • Shadow Prices • Economic Evaluations • Modell maintenance and • developing • Connection with DS technology development • Connection with operational development • Connection with production excellence

5. Tervezési időhorizontok és összefüggéseik TERVEZÉS ELTÉRŐ IDŐTÁVOKRA: • HOSSZÚTÁVÚ TERVEZÉS (15 év, projektek) • Stratégiai projekttervezés (beruházások)*, szűk keresztmetszetek feloldása • Kereslet-kínálati stratégia • Reagálás a hosszú távon várható gazdasági-politikai-műszaki kihívásokra • ÜZLETI TERVEZÉS (1-3éves- negyedéves bontás) • A vállalat életben maradásának biztosítéka • Középtávú jövőkép konkretizálása, célkijelölés • Feltételek és következmények összehangolása • ÉVES OPERATÍV TERV (12 havi-egyedi) • Naturális mérleg (beszerzés, értékesítés, transzferek, készletezés, sajátfelhasználás és veszteség), … • KTM-ek meghatározása • A terv az alapja az éves szerződéseknek • GÖRDÜLŐ TERVEZÉS (3 havi) • Rugalmas alkalmazkodás a külső és belső környezet rövidtávú változásaihoz • FINOMÍTÓI, LOGISZTIKAI, KERESKEDELMI ÜTEMEZÉS • A gördülő terv első hónapjának megvalósítása AZ IDŐTÁV RÖVIDÜLÉSÉVEL A SZABADSÁGI FOK CSÖKKEN! *Az olajiparban egy új üzem építése általában minimum 3 évet vesz igénybe. A megtérülések kiszámításához szükséges a ~10 éves előretekintés. Szabadsági fok P&O

6. A középtávú tervezés célja • Rövid és középtávon összehangolni a • Kereskedelem • Finomítás és Petrolkémia • Logisztika • lehetőségeit és korlátait a maximálisprofit elérése érdekében. PIACOK MOL Ker Fin, Pet. Log

7. Tervezés menete Idő (7-10 nap) Adatszolgáltatás (KER, FIN, LOG, PET, SCM) PIMS modellek előkészítése (SCM P&O) Adatok Modellbe töltése (SCM P&O) Alapváltozat elkészítése (P&O) Alapváltozat ellenőrzése, „Pre meeting” (KER, FIN, LOG, PET, SCM) Végleges változat kidolgozása (SCM P&O) Végleges változat elfogadása (EXEC SCM) Operative meeting, végrehajtás

8. Tartalom • Ismétlés (a tudás anyja) • Szervezet, tervtípusok és időhorizontok • Az LP probléma • Kapcsolat a Stratégiával, Ütemezéssel • Az Optimalizálás gazdasági fogalmai • Az Optimalizálás feladatai, hangsúlyok • Szemléltetés, gyakorló feladat • Finomítói LP modell kézi megoldása • Finomítói LP modell megoldása (Solver) • Megoldandó feladat ismertetése 8

9. LP Optimalizálás fogalma • Vannak: • Korlátok (feltételek, egyenletek), • Változók, • van egy cél (célfüggvény), amelyet minimalizálni vagy maximalizálni kell • Több változó van, mint ahány egyenlet (szabadsági fok>0) • Az optimum a lehető legjobb megoldás, azaz a változók azon értékei, amelyek mellett a célfüggvény értéke felveszi a kívánt szélsőértéket, miközben az összes korlát teljesül. • Ha van olyan korlát, amely nem elégíthető ki akkor a szélsőérték feladatnak nincs megoldása. (infeasible)

10. Egyszerű LP probléma(Mátrix Formátum) • 1-5egyenletek LP sorok, azaz követelmények • Székek és asztalok oszlopok, azaz változók

11. PIMS modell struktúra

12. Az LP-ről bővebben, bevezető szinten: • http://www.sce.carleton.ca/faculty/chinneck/po.html 12

13. Tartalom • Ismétlés (a tudás anyja) • Szervezet, tervtípusok és időhorizontok • Az LP probléma • Kapcsolat a Stratégiával, Ütemezéssel • Az Optimalizálás gazdasági fogalmai • Az Optimalizálás feladatai, hangsúlyok • Szemléltetés, gyakorló feladat • Finomítói LP modell kézi megoldása • Finomítói LP modell megoldása (Solver) • Megoldandó feladat ismertetése 13

14. Stratégia vs. Optimalizálás • Az LP keretrendszer más-más célú felhasználását igényli a két szervezeti megközelítés!

15. Ütemezés vs. Optimalizálás • Az ütemezés az optimalizálás által használt üzem-modelleket használja fel a napi/havi készletgazdálkodás és termelésütemezés céljára. • Az optimalizálás időinvariáns (LP), az operatív infeas-ek feloldása az ütemezés feladata

16. Tartalom • Ismétlés (a tudás anyja) • Szervezet, tervtípusok és időhorizontok • Az LP probléma • Kapcsolat a Stratégiával, Ütemezéssel • Az Optimalizálás alkalmazott gazdasági fogalmai • Az Optimalizálás feladatai, hangsúlyok • Szemléltetés, gyakorló feladat • Finomítói LP modell kézi megoldása • Finomítói LP modell megoldása (Solver) • Megoldandó feladat ismertetése 16

17. LP Gazdasági fogalmak: árnyékár (PI value, Marginal value) • Egy adott sorhoz rendelhető derivált típusú érték; • Megadja a célfv. növekményt egységnyi RHS növelés mellett (kb. egy adott anyag mérlegében történő egységnyi változás haszna); • A negatív árnyékár az adott minimum korlát törlésének vizsgálatát jelzi.

18. LP Gazdasági fogalmak: inkrementális érték (DJ, Incremental value) • Egy adott oszlophoz rendelhető derivált típusú érték; • Megadja a célfv. változást egységnyi változónövelés mellett (kb. az adott anyag gyártási költségének felel meg); • Az adott oszlopkorlát törlésének vizsgálatát jelezheti. • Pl. Termékeladás esetén: Eladási ár = inkrementális érték + árnyékár

19. LP Gazdasági fogalmak: megtérülési érték (break-even value) • Egy adott vásárláshoz/értékesítéshez rendelhető érték; • Megadja azt az árat, ami mellett az adott aktivitás célfv. változása zérus; • Nem egy egységnyi változásra, hanem egy tranzakcióra vonatkozik! • Segítségével vizsgálható egy tranzakciónál alkalmazható engedmény/felár.

20. Egyéb Gazdasági fogalmak: spread, crackspread • Spread: a kőolajok árának összehasonlítására szolgál, mindig valamely nagy mennyiségben jegyzett, állandó minőségű referencia kőolajhoz képest (ez a referencia kőolaj az európai térségben a Brent, Amerikában a WTI), pl. Brent-Ural spread • Crackspread: a kőolajből kinyert termékek kőolajhoz viszonyított értékét jelenti • Csak a kellően volatilis, nagy mennyiségben forgalmazott termékekre van crackspread (és jegyzésár)

21. Egyéb Gazdasági fogalmak: margin-ok, EBIT, EBITDA • A tervezés eredménye egy optimális mérleget ad meg; • Az LP problémában csak a változó költségek szerepelnek (a célfüggvény értéke kb. a Variable Margin-nak felel meg); • EBIT (Earnings before Interest and Taxes): adózás és kamatkifizetés előtti üzleti eredmény • EBITDA (EBIT + Depreciation and Amortization) : kamat és adófizetés, tőketörlesztés és amortizáció előtti üzleti eredmény Finomítói margin* + Értékesítési margin *A finomítói margin csak jegyzésárakat vesz figyelembe!

22. Tartalom • Ismétlés (a tudás anyja) • Szervezet, tervtípusok és időhorizontok • Az LP probléma • Kapcsolat a Stratégiával, Ütemezéssel • Az Optimalizálás gazdasági fogalmai • Az Optimalizálás feladatai, hangsúlyok • Szemléltetés, gyakorló feladat • Finomítói LP modell kézi megoldása • Finomítói LP modell megoldása (Solver) • Megoldandó feladat ismertetése 22

23. Optimalizálási feladatok • Az Optimalizálás a meglévő eszközrendszert használja fel profit-termelésre • Az egyes tervezési változatok szinte mindig a peremfeltételek módosításával (mátrix koefficiensek(A), célfv. koefficiensek (C), korlátok (B)) állnak elő • Elsődleges feladat egy megvalósítható (feasible) megoldás az adott peremfeltételek mellett • Tervezési változatok (what-if analízisek) • Ár (C) • Beszerzés / Értékesítés (B) • Kapacitások (B) • Készletek (B) • Minőség (A) • Hozam (A)

24. Készletek jelentősége • A készlet teszi lehetővé, hogy adott időszakbeli kapacitást jövőbeli értékesítés céljából használjunk ki a nagyobb profit elérése érdekében • A finomítói flexibilitást nagymértékben növeli (pl. üzemállások) • A pénz után a legnagyobb likvid értéket képviseli az olajvállalat életében (külön Inventory Management szervezet) • Modell szempontból a készletek komoly mátrixnövekedést ill. a probléma nehezebb megoldhatóságát eredményezik.

25. Nagyleállások fontossága • Közvetlenül hat a kőolaj-feldolgozásra ill. az egyéb az üzemek bedolgozására (profit-termelő képesség csökken) • A leállás „környezetében” a flexibilitás csökken/megszűnik. • Több-finomítós rendszerben az összehangolt nagyleállások kritikusak. • Az LP problémában a nagyleállások a kapacitás (RHS) csökkenésén keresztül hatnak a rendszerre.

26. Értékesítési szempontok • A célfv. maximalizálás nem minden áron kell, hogy megvalósuljon • A cél a hosszú távú szerződések (term) beállítása olyan szintre, ami megfelelő profitot ad, de a kockázatot is a lehető legalacsonyabb szinten tartja. • Sok esetben a term szerződések teszik lehetővé a spot eladásokat, ezt is figyelembe kell venni • Az LP megoldás nem feltétlenül ésszerű kereskedői szemléletet tükröz (‘PIMS is not a salesman’)

27. Szűk keresztmetszetek • Olyan korlátok, amelyek a rendszer profittermelő-képességét csökkentik. • Szűk keresztmetszet lehet egy üzemi kapacitás, készlet vagy kereskedelmi igény is. • A szinergiák megtalálásának előfeltétele a szűk keresztmetszetek feltárása. • Egy szűk keresztmetszetet mindig szélsőértéken lévő változó jelez, feloldása a korlát (RHS) megszűntetésével lehetséges.

28. Tartalom • Ismétlés (a tudás anyja) • Szervezet, tervtípusok és időhorizontok • Az LP probléma • Kapcsolat a Stratégiával, Ütemezéssel • Az Optimalizálás gazdasági fogalmai • Az Optimalizálás feladatai, hangsúlyok • Szemléltetés, gyakorló feladat • Finomítói LP modell kézi megoldása • Finomítói LP modell megoldása (Solver) • Megoldandó feladat ismertetése 28

29. Szemléltető gyakorlati feladat • Szék-asztal gyártóegység LP modellje • Kétperiódusú terv készítése • Készletek bevonása a tervezésbe • Több-gyártósoros optimalizálás analógiája

30. Szemléltető gyakorlati feladat: az alap-probléma Megjelenik a vásárlás és az anyagmérleg!

31. Szemléltető gyakorlati feladat: többperiódusú megoldás Több periódus = többszörös mátrixméret

32. Szemléltető gyakorlati feladat: többperiódusú megoldás? Erőforrások nem megfelelő eloszlása infeas-t okozhat: min asztal a JAN periódusban!

33. Szemléltető gyakorlati feladat: többperiódusú megoldás készlettel Készletezés = plusz változók és mérleg sorok

34. Szemléltető gyakorlati feladat: többperiódusú megoldás készlettel A készletek felhasználása révén többlet profit elérhető!

35. Szemléltető gyakorlati feladat: több-gyártósor A többperiódusúval analóg mátrix struktúra,de máshol a hangsúlyok: Periódusok közötti készlettranszfer kontra gyártósorok közötti transzfer A gyártási fajlagosok módosíthatóak (a több-periódusúnál is lehetőség lenne rá) Transzfer árnak megfeleltethető egyfajta készletezési költség

36. Tartalom • Ismétlés (a tudás anyja) • Szervezet, tervtípusok és időhorizontok • Az LP probléma • Kapcsolat a Stratégiával, Ütemezéssel • Az Optimalizálás gazdasági fogalmai • Az Optimalizálás feladatai, hangsúlyok • Szemléltetés, gyakorló feladat • Finomítói LP modell kézi megoldása • Finomítói LP modell megoldása (Solver) • Megoldandó feladat ismertetése 36

37. Manuális finomítói optimalizálás • Adatszolgáltatás értelmezése • Kőolajfeldolgozás és S1-S9 áramosztók vizsgálata • Intuitív profitkeresés: Supply Push és Demand Pull technika • Vizsgálatok

38. Manuális finomítói optimalizálás: adatszolgáltatás • Árak: Alapanyagok és termékek • Igények: min és max értékek • Kapacitások: maximum üzemnapok és napi fajlagosok 1 bbl = 0.1589 m3

39. Manuális finomítói optimalizálás: Supply Push vs. Demand Pull supply demand Max desztilláció Max konverzió Max fehéráru-igény

40. Tartalom • Ismétlés (a tudás anyja) • Szervezet, tervtípusok és időhorizontok • Az LP probléma • Kapcsolat a Stratégiával, Ütemezéssel • Az Optimalizálás gazdasági fogalmai • Az Optimalizálás feladatai, hangsúlyok • Szemléltetés, gyakorló feladat • Finomítói LP modell kézi megoldása • Finomítói LP modell megoldása (Solver) • Megoldandó feladat ismertetése 40

41. Tartalom • Ismétlés (a tudás anyja) • Szervezet, tervtípusok és időhorizontok • Az LP probléma • Kapcsolat a Stratégiával, Ütemezéssel • Az Optimalizálás gazdasági fogalmai • Az Optimalizálás feladatai, hangsúlyok • Szemléltetés, gyakorló feladat • Finomítói LP modell kézi megoldása • Finomítói LP modell megoldása (Solver) • Megoldandó feladat ismertetése 41