油气业务链优化重点实验室

  [中国石油新闻中心2020-09-23]2017年，油气业务链优化重点实验室由科技部立项，在规划总院启动建设工作，并于2020年3月30日完成验收正式挂牌运营，是油气产业链生产经营整体优化领域唯一的软科学实验室，在模型算法研发（基础研究）、应用平台建设（软环境建设）、实验室物理环境（硬环境建设）三个方面都达到了国际先进、国内领先水平。实验室围绕集团公司油气两条业务链，开展生产经营计划的整体优化和分环节优化研究，为集团公司生产经营提供更加高效、科学的决策支持服务。
  油气业务链优化重点实验室全力打造一流的技术研发团队。目前团队规模已达到70人，涵盖信息工程、炼油、化工、天然气、市场、能源战略等专业，其中，集团公司高级专家4人，集团公司青年科技英才4人，青年科技立业英才1人，教授级高工11人，入站研究生8人。
  油气业务链优化团队经过数年的知识积累和技术攻关，研究成果为集团公司的原油资源优化配置、炼化生产优化、成品油物流优化、天然气资源优化配置等业务发挥了重要的支持作用。在相关领域的研究成果多次获得了奖励，其中包括集团公司科技进步奖共计8项、集团公司技术创新奖共计2项、协会科技进步奖共计4项。团队成员于2018年入围国际运筹学和管理科学最高奖——弗兰兹厄德曼奖。
  搭建平台集成协作
  油气业务链优化助力生产经营提质增效
  规划总院信息中心副主任杨磊
  油气市场供应端和需求端受到双重挤压，成品油销量严重下滑，炼化企业低负荷运行。在此背景下，集团公司亟须通过有效手段优化产业链运行，提升油气产业链整体价值。中国石油规划总院发挥专业配套齐全以及在油气产业链拥有多年研究经验的优势，承担了集团公司油气业务链优化重点实验室建设及运行管理工作。
  加强对市场的分析研判和把握是经营增效等工作的重要基础。实验室基于总院在市场预测方面多年的技术积累和模型基础，利用机器学习、时间序列分析、能源消费强度法和计量经济学模型等方法，建设了包括国际油价预测、成品油市场需求及可实现价格预测、化工产品需求及价格预测、天然气市场需求预测等多个市场预测模型。其中国际油价预测模型预测结果月度方向正确率T+1超过75%，全国成品油月、季、年需求预测准确率达到90%，可实现零售价格预测到位率的准确性92%，预测准确度位列行业领先。预测成果先后应用于集团公司季度生产经营市场形势分析以及“十三五”“十四五”发展战略规划中。
  油气产业链优化模型是集团公司生产经营优化的支撑，完善的边际效益分析与多情景对比分析相结合的方法体系，具有良好的适用性、针对性。原油业务链优化模型以炼销统筹协调、整体效益最大化为目标开展优化，模型变量达到十几万个，参数几十万条，是全球油气行业规模最大、涵盖业务范围最全的原油产业链优化模型，模型运算时间15分钟以内，持续应用模型开展公司年度、季度、月度生产经营计划编制，统筹优化配置自产原油、陆上进口和海上进口的原油资源，优化配置成品油自产、外采和出口，为公司破解业务矛盾提供定量依据，提升生产经营快速反应能力。天然气业务链优化模型，基于GIS系统拓扑、管网工艺仿真校核等技术建模，覆盖天然气产业链各环节，组件数量约2700个，参数数量约3万个，模型运算时间5分钟以内，是国内首个天然气业务链整体优化模型，用于支持集团公司生产经营分析、生产经营计划和销售计划编制，通过模型开展了上百版计划优化和专题测算分析，其中国产气增产效益专题分析等得到集团公司领导的肯定，在支持经营优化中的作用得到充分凸显。
  实验室协同研究平台，利用大数据、分布式计算、虚拟化和多媒体数据交互展示等多种主流技术，在石化行业内首次建设了能承载油气业务链市场预测、价格预测、业务链一体化优化等模型的统一集成、共享平台，为各类模型的协同应用提供了一个稳定、灵活的试验研究环境。
  今年疫情期间，油气业务链优化团队承接了生产经营管理部、炼化分公司、销售分公司、天然气销售分公司等总部相关单位大量的测算分析需求，依托实验室开展了多轮次、多情景的方案测算和专题分析工作。市场价格及需求预测方面，结合测算需求准确、及时地完成原油、成品油及化工产品的价格及销量预测，油气业务链优化方面完成月度及季度60多个方案的测算分析，同时完成《公司主要油种加工效益排序分析》《天然气多种资源配比方案优化分析》《沿海企业加工美国轻中质油能力分析》《汽油出口保本价测算》等20余项专题分析。
  油气业务链优化支持工作是一项长路漫漫、没有终点的工作，“云、大、物、智”等新一代数字化技术的发展正在推动油气产业持续创新转型。以油气业务链优化重点实验室为依托，下一步重点研究利用新技术建立智能、高效的整体优化模型应用分析方法，形成覆盖油气上、下游全产业链的生产经营优化体系，助力提质增效，为集团公司高质量发展提供有力支撑。
  专家点评
  助力生产经营提质增效
  打造油气产业链优化新实践
  中国石油生产经营管理部副总经济师钟伟荣
  随着大数据、云计算和物联网等技术的日新月异发展，传统油气能源行业正迎来新一轮科技革命和产业变革。同时，世界地缘政治动荡、国际油价剧烈波动、市场竞争日益激烈，集团公司迫切需要建立以市场为导向、以效益为中心的生产经营优化决策支持机制和优化团队。
  油气业务链优化实验室作为集团公司首个软科学重点实验室，始终以集团公司油气产业链生产经营优化为核心，为各项研究提供集成的数据环境、统一的研究环境，持续开展市场需求和价格预测、生产经营分析优化研究、生产经营策略动态研究等，为集团公司生产经营优化、提质增效提供更加高效、科学的决策支持服务。
  油气业务链优化实验室成立以来，在油气市场预测、生产经营优化、经营策略研究等方面进行了创新和优化实践，已取得了阶段性成果。充分利用原油资源整体优化模型，对原油产业链生产经营进行整体优化，支持集团公司年度、季度、月度生产计划的优化编制，实现原油成品油资源的高效配置，助力公司提质增效。针对集团公司生产经营的热点、难点问题开展专题分析，自2016年以来已开展三十余项，如大庆原油资源优化配置专题研究、兰州石化与呼石化资源置换效益分析、海上进口原油优化分析等，为集团公司破解油气产业链矛盾提供了大量的科学依据，提升了集团公司快速决策反应能力。油气业务链优化实验室对生产经营方案的优化和专题研究，直接或间接地带来了显著的经济效益，如大庆等原油资源优化配置专题研究，为公司带来超过1亿元的经济效益提升。
  展望未来，油气业务链优化实验室要继续加强优化创新，加大油气产业链的关键核心技术攻关力度，牢牢把核心技术掌握在自己手中，实现完全自主可控。要继续发挥行业优势，群策群力、攻坚克难，把实验室打造成国内一流的原油成品油、天然气等市场预测和价格研判中心、国际先进的油气产业链优化技术研发中心、集团公司油气产业链生产经营优化支持中心，为集团公司提质增效和高质量发展做出新的贡献。
  技术应用
  软件研发与推广应用情况
  油气业务链优化团队自2013年开始进行优化技术研究以及优化软件的研发。软件研发方向涉及原油评价数据管理与切割计算、原油调度优化、炼化生产计划优化、原油业务链整体优化、天然气业务链整体优化等领域，目前已成功研发出多个软件产品。其中，在炼化计划优化领域以及天然气计划优化领域形成的具有自主知识产权的软件产品已经在集团公司成功进行了推广应用。
  在炼化计划优化领域，项目团队结合多年在炼化计划排产领域研究和实施运维经验，于2019年成功研发凌睿炼化计划优化平台（英文名称：RefineryIntelligentPlanningOptimization，简称RIPO）。RIPO是基于“平台+应用”建设模式，采用微服务技术架构开发的在线炼化计划优化平台，包括模型管理、优化应用、结果输出和基础管理等功能模块，覆盖企业从原料采购、装置加工、产品调和、产品销售的供应链全链条加工过程，满足炼化企业生产计划优化与管理的需要。RIPO系统从建模、运算到结果分析都简便易用，用户间的协同共享十分便捷、高效。这一平台在易用性、规范性、安全性等方面都优于国外同类软件。平台已成功在四川石化和华北石化推广应用。
  在天然气计划优化领域，项目团队在前期天然气计划优化和模型应用的基础上，于2018年自主设计和开发了天然气价值链优化软件。软件基于规划总院自主研发的“凌云PaaS平台”的技术架构，包含可视化、计划优化、专题分析、方案管理、模型管理、数据管理、基础功能等功能模块，覆盖天然气全产业链各环节；采用B/S和C/S架构相结合的方式，通过在地图上拖拽油田、站场、管道、客户等元素建立实际业务关联关系，录入计算所需的参数和约束条件进行优化计算，实现结果的可视化展示。软件操作界面简洁友好，可视化界面交互灵活，通过地图、报表、图形等多种形式辅助集团公司领导生产经营决策。优化模型拓展性强，后期可根据业务发展需要进行定制化服务。天然气价值链优化软件自2019年底已实际应用到生产经营管理部和天然气销售分公司的生产经营计划优化和分析业务中，测算和优化结果主要用于集团公司的月度和季度生产经营分析会、生产经营计划和销售计划编制，为天然气产业链生产经营分析提供了重要的决策参考依据。
  RIPO软件以及天然气价值链优化软件的成功研发和推广，对实现产业链优化技术中的核心优化引擎自主可控、提升集团核心竞争力具有重要意义。为“人人参与优化”奠定坚实基础，从而更好地支持油气产业链优化，助力集团公司数字化转型。
  亮点技术
  ■国际油价预测技术
  利用极限学习机（ELM）等方法建立了国际油价预测模型，2015-2019年预测方向正确率75%。
  ■天然气市场需求预测技术
  采用支持向量机、时间序列分析等方法，建立了天然气市场需求预测模型体系，预测结果应用于集团公司的月度和季度生产计划制定中。
  ■成品油市场需求预测技术
  采用主成分分析、面板数据回归技术等分别建立了全国、典型区域成品油需求预测模型，预测成果应用于集团公司年度和季度生产计划制定及发展战略规划编制中。
  ■化工品市场需求预测技术
  建立了线性聚乙烯、低密聚乙烯、高密聚乙烯、聚丙烯等产品的基于时间序列分析方法的月度价格预测模型，以及基于主成分多元回归分析预测方法的年度需求预测模型。
  ■原油业务链整体优化技术
  利用运筹学优化技术，建立了涵盖原油业务链“炼销贸”环节的整体优化模型，应用于原油资源优化配置、炼销衔接优化等方面，取得了显著的经济效益。
  ■原油业务链分环节优化技术
  建立了炼化生产计划优化模型、成品油一次物流优化模型、成品油二次物流优化模型等，应用于原油业务链分环节优化，支持各专业公司挖潜增效；自主开发了基于微服务架构和B/S应用的炼化生产计划优化软件RIPO，达到国际先进水平。
  ■天然气业务链整体优化技术
  自主开发了天然气业务链整体优化软件，整体达到国际先进水平；建立了天然气业务链整体优化模型，涵盖“运销储贸”等环节，进行天然气资源配置优化等应用，取得了显著的经济效益。
  ■天然气业务链分环节优化技术
  建立了天然气业务链分销售环节、进口环节等的优化模型，应用于销售资源优化配置、进口LNG资源优化配置等。
  ■原油业务链效益测算与价值分析技术
  研发了原油业务链毛利测算模型、炼化财务效益测算模型等，可用于生产经营计划的效益测算和业务链价值分析，提升了“业财融合”。
  ■天然气业务链效益测算与价值分析技术
  研发了天然气业务链效益测算模型，可进行天然气业务链整体效益测算、分气源效益测算、分省公司效益测算等，提高决策分析水平。
  ■大数据集成分析和融合展示技术
  连接ERP、MES等多个系统的自动集成技术，可自动获取各类生产、价格、成本等数据；基于即时可视交互操作的数据分析和展示技术，建立了多个BI分析数据模型，助力生产经营决策。
  创新感悟
  业务驱动自主创新
  提质增效引领未来
  原油价值链优化技术研发团队
  中国石油原油业务链条长，各环节相互关联与影响非常密切，公司效益的提升日益依赖整个链条的整体优化来实现。面对日益复杂多变的国际和国内市场，尤其是疫情期间突如其来的冲击，我们持续应用模型开展多情景优化方案测算及分析，并对生产经营中的热点焦点问题进行专题研究，为公司决策提供重要支撑。
  我们对原油业务链整体优化模型的功能和性能进行了大幅提升，创新性地建立边际效益分析与多情景对比分析相结合的原油业务链优化分析方法体系，从而更全面地分析生产瓶颈突破后对原油业务链各环节的影响程度；同时应用回归分析、聚类分析等大数据分析手段，深入开展价格影响因素及规律研究，不断提升价格预测的准确度。我们建立模型校核机制，根据业务变化对模型进行更新，同时应用报表工具进行模型输出数据的汇总和展示，使决策分析过程更加直观高效；利用数据建模技术，解决成品油销售量价联动等业务难题。
  数字化转型背景下，技术创新是提高竞争力的有效手段。创新工作解决方案，创造一流优化团队，发挥主力军和突击队作用，助力集团公司夺取疫情防控和生产经营改革发展双胜利，持续为集团公司提质增效、实现高质量发展打造新动能。