石油公司业务链优化实验室建设路径初探

刘倩 孟小雨 阎君 杜国敏 赵黎明 王敏

（1.中国石油天然气股份有限公司规划总院；2.中国石油大学（北京））

0 引言

国内综合性石油公司多是上中下游一体化的企业集团，具有业务链流程长、业务类型多、生产组织和管理协调难度大、应对市场变化所需调整时间长等特点。其中原油业务链涉及“生产、炼油化工、运输、销售、储存、贸易”6个环节，天然气业务链涉及“生产、调运、调峰、销售、储存、贸易”6个环节。随着石油公司上中下游业务进入稳步发展期，各环节的相互关联与影响日益密切，如何实现上中下游协调发展，提升业务链整体效益已成为石油公司实现高质量发展的关键问题。

近年来，许多综合性石油公司围绕原油和天然气两条业务链开展了大量的一体化优化研究，在提高经营计划、运行调度、营销和投资决策水平以及生产经营效益等方面发挥了重要作用。但也存在一些问题与不足：一是业务链优化所需要的数据无法及时、顺畅的获取；二是业务链优化技术手段和优化方法有待进一步完善和提高；三是缺乏一整套系统化、数字化和信息化的业务链优化决策支持工具。

基于以上现状，考虑到业务链优化是一项需要长期持续、不断深化的研究和应用工作，建议建立专业的实验室进行系统性、基础性、持续性的业务链优化研究。

1 业务链优化实验室构想

1.1 建立业务链优化实验室的总体思路

建立业务链优化实验室的总体思路：以石油公司整体效益最大化为目标，以市场为导向，聚焦生产经营方案优化、产运销矛盾破解和生产经营策略制定等重大问题，以运营管理学、运筹学、系统工程学、实验经济学、计量经济学等理论方法为基础，借助信息化、智能化、大数据和云技术等现代工具，建立业务链优化实验室。依托实验室环境，研发业务链优化模型技术，开展业务链优化应用方法、生产经营方案和策略建议等方面的分析、模拟和研究。

1.2 建立业务链优化实验室的具体任务

建立业务链优化实验室的具体任务：一是建立数据集成平台，形成一个信息资源集中、管理规范、常态化、稳定的数据获取通道，为业务链优化提供集成的数据环境，并以此平台为基础，实现信息共享、信息处理和信息发布［1］；二是开发业务支撑平台，以此为基础开展模型技术研发、模型模块化开发，为优化和相关研究提供集成、共享的模型和先进的工具软件；三是在数据集成平台和业务支撑平台的基础上，持续开展市场研究、价格研究、业务链优化方法与模型研究、优化应用及策略研究等。

1.3 实验室整体架构

业务链优化实验室采用分层体系架构设计，自下而上，由数据集成、业务支撑2层平台组成（见图1）。数据集成平台是业务链优化实验室的基础，实现业务链数据的集成、分析和查询，及资料共享和成果管理。业务支撑平台直接面向实验室研究人员，是实现优化研究和应用分析等功能的窗口。通过2层平台的搭建，形成统一集成的优化环境，满足业务链优化应用的需要。

图1 实验室整体架构示意

2 数据集成平台

数据集成平台是利用大数据技术建立的支持优化分析和模型研究所需数据的自动化集成平台，功能是将多来源数据按计划接入、清洗和存储，实现多环节业务数据的采集和集中存储管理，实现集成数据的在线查询、下载和实时图表分析等。该平台是业务链优化实验室的基础，能够为实验室提供先进、稳定和安全的数据服务，为业务链优化提供数据支持。

数据集成平台能够实现数据集成管理和数据存储管理两部分功能。

2.1 数据集成管理

数据集成管理提供内、外部多类数据的实时抽取和采集调度，以及清洗管理等，为数据实时采集、入库提供保障。同时，建立各类型数据采集接口，为实验室优化研究提供稳定的数据支持。根据数据来源和数据形式的不同，采用多种采集方式，包括集成接口方式、网络抓取方式、文件上传和手工填报录入等4种。

2.2 数据存储管理

数据存储管理采用工业大数据分布式数据集群存储技术，集成各类结构化数据和非结构化数据，建立宏观经济数据库、国内市场数据库、价格数据库、生产数据库和财务数据库等5类数据库，提供海量存储环境和实时应用能力。

3 业务支撑平台

业务支撑平台是通过集中部署相关模型，并提供多种优化和分析工具，实现模型间的数据集成共享、模型版本管理、模型建模计算、工具调用和结果输出，为实验室优化应用研究提供支撑。不同角色优化人员可在同一平台上进行优化协作、成果共享，从而实现业务链优化的有序流转和高效协同。

业务支撑平台具有模型及工具管理、输入管理、应用管理三部分功能。

3.1 模型及工具管理

对优化应用相关的模型进行整合，集成到统一的平台中，全面、有效地支持实验室优化应用需要。

平台中集成的模型一般包括成品油/化工品/天然气需求预测模型、国际油价预测模型、油品/化工品可实现价格测算模型、原油业务链一体化优化模型、天然气业务链一体化优化模型等。上述模型均采用模块化设计，实验室研究人员可以通过登录云终端，进入预置的模型环境，便捷地实现数据加载、模型调用和模型应用计算，快速开展优化研究。同时，平台还提供与第三方成熟工具软件的接口，可以直接调用工具软件的计算功能，扩展计算方法。

可以调用的工具软件包括求解器软件和分析软件两类。求解器软件主要应用于求解计算特定的数学问题。分析软件主要应用于数学建模、分析和优化工作，包括GAMS（通用代数建模系统）、SPSS（社会科学统计软件包）和SAS（统计分析系统）等。

3.2 输入管理

将模型应用所需要的所有数据分成直接调用型和参数输入型两类，设计相应的输入界面，通过不同的界面实现数据调用和参数输入。

根据数据来源和数据结构的复杂程度，完成数据调用有两种方式：一是针对来源单一、结构相对简单的数据，可以通过平台内集成的BI（商业智能）工具，将查询数据包推送给相应模型工具；二是针对来源较多、格式复杂的数据，无法通过BI工具直接获得，可以通过定制开发组件的方式，将繁琐的数据准备过程进行封装，实现指定格式数据包的自动化生成，并推送给相应模型工具。

3.3 应用管理

优化研究人员可以利用集成的研究环境，进行多种优化应用；也可以在模型应用模块中，采用Web Service（网络服务）组件化技术，将已经具备实用条件的模型进行整合封装，加入工具箱，使各类用户都可以实时调用模型，并快速、直观地查看运行状态和运行结果，实现模型应用步骤的简化和易用化。

4 依托实验室开展优化研究

业务链优化实验室的核心功能是为石油公司业务链优化的各项研究工作，提供集成的数据环境、统一的研究环境。因此，可以依托实验室环境，持续开展市场需求和价格预测、业务链优化方法与模型研究、多情景模拟实验、关键瓶颈分析、价值链分析、生产经营策略动态研究等（见图2），将传统的项目制“被动研究”转变为问题导向制的“主动研究”，为石油公司生产经营提供更加高效、科学的决策支持服务。

图2 可以依托实验室开展的优化研究工作

4.1 市场需求研究

市场需求预测是业务链优化的基础。对市场需求的研究是实现业务链整体优化、制订生产计划的重要前提和基础支撑。

依托实验室环境，可以重点开展生产经营环境研究、成品油需求预测研究、化工品需求预测研究和天然气需求预测研究，以及需求预测方法论、标准化和模型化技术等方面的基础研究。

4.2 价格研究

价格预测也是业务链优化的基础，预测结果将作为业务链整体优化的重要输入参数，对优化结果具有明显导向性作用。

依托实验室环境，可以重点开展国际原油价格预测研究、国际成品油价格研究、油品可实现价格测算研究、化工品价格预测研究和天然气价格测算研究，以及价格预测方法论、标准化和模型化技术等方面的基础研究。其中，油品可实现价格测算研究包括价格走势研究、价差规律研究、与原油联动调价规律研究、国内加工油种挂靠国际油价的定价机制研究、石油产品挂靠国际油价的定价机制研究等。

4.3 业务链优化方法与模型研究

统筹安排“原油生产和进口-炼油化工-成品油销售、天然气生产和进口-管输和储气-销售”等各环节，实现两条业务链整体最优的资源平衡和物流优化。

4.3.1 原油业务链

重点围绕原油资源配置、炼化物料、成品油物流与市场等重要环节，开展一体化优化方法研究、整体优化模型研究、模型输入输出标准化研究、模型应用功能扩展性研究和模型运算效率提升研究等。研究成果可以指导统筹安排原油采购与物流、炼化加工、成品油物流等各环节，最终实现原油业务链整体最优的资源平衡、转换和物流优化，形成一体化优化生产方案和生产经营策略建议。

4.3.2 天然气业务链

重点围绕国内天然气生产和进口贸易资源的配置、管输和储气、销售配置等重要环节，开展一体化优化方法研究、整体优化模型研究、模型输入输出标准化研究、模型应用功能扩展性研究和优化计算效率提升研究等。

4.4 优化应用及策略研究

利用优化模拟技术、价值链分析方法和动态博弈方法等，开展石油行业的多情景优化模拟研究、关键瓶颈发现和分析研究、油气业务价值链分析研究，以及针对生产经营重点问题的专题研究。

4.4.1 多情景模拟优化

开展基于不同生产经营形势下的油价多情景、市场需求多情景、批零价差多情景、天然气夏季促销和压产多情景的模拟优化，开展基于不同生产经营决策下的外购或自己加工、国内销售或出口销售的多情景对比分析和灵敏度分析。

4.4.2 关键瓶颈发现及分析

分析和发现制约公司整体效益提升的宏观物流瓶颈和制约公司竞争力的微观生产瓶颈。

4.4.3 价值链分析

价值链分析包括分环节效益测算分析、整体效益测算分析、分资源-销售渠道效益测算分析、单油种加工效益测算分析、单炼厂加工效益测算分析、进口气效益测算分析和内部合理价格测算分析等。

5 结束语

实验室建成后，可以为石油公司业务链优化的各项研究工作，提供集成的数据环境和统一的研究环境。通过持续开展市场需求和价格预测、业务链一体化优化、多情景模拟实验、价值链分析等研究，为石油公司生产经营提供更加高效、科学的决策支持服务，成为解决石油公司生产经营实际问题、有效服务于石油公司生产经营优化管理工作的软科学实验平台。