Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ современных методов и научных основ построения средств автоматизации документирования организационно-технологических процессов строительного производства и процессов работы электронных архивов 14
1.1. Организационно-технологическое проектирование и информационно-вычислительные системы с интеллектуальным интерфейсом 14
1.2. Применение искусственного интеллекта в системах автоматизированного проектирования и управления 17
1.3. Методы организации базы знаний в системах автоматизированного проектирования 23
1.4. Методология и основные принципы разработки проблемно- ориентированных систем автоматизированного проектирования процессов строительного производства 32
Глава 2. Разработка системы автоматизированного безбумажного документооборота в строительном производстве при реализации взаимодействия проектных и строительно-монтажных организаций 70
2.1. Функциональная структура системы электронного документооборота в строительном производстве 70
2.2. Автоматизация основных этапов поддержки жизненного цикла нормативно-технических документов 74
2.3. Методология проектирования информационно-аналитических систем электронного документооборота 81
2.4. Разработка методов защиты документов от несанкционированного доступа и искажений при передаче средствами электронной почты и в процессе взаимодействия строительных организаций 101
Глава 3. Исследование методологических основ построения информационно-аналитических поисковых систем для автоматизации нормативно-технического документирования строительного производства 129
3.1. Типы нормативных документов и их взаимодействие в процессе организационно-технологического проектирования 129
3.2. Разработка концепции автоматизированной информационно-аналитической поисковой системы 139
3.3. Разработка методов поиска документов и методов оценки соответствия найденных документов поисковым запросам пользователей информационно-аналитической системы 153
3.4. Организация информационно-аналитического поиска нормативных документов 176
Глава; 4. Разработка информационно-аналитической системы для оперативного взаимодействия строительных организаций на различных стадиях организационно-технологического проектирования с использованием интернет-технологий 191.
4.1. Организация коллективной работы в системах организационно-технологического проектирования с использованием интернет-технологий 191
4.2. Функциональная структура интернет-портала в области проектирования, строительства и эксплуатации строительных объектов 199
4.3. Управление жизненным циклом интернет-порталов информационно-вычислительных систем 206
4.4. Обеспечения оперативного доступа к документации на различных стадиях организационно-технологического проектирования с использованием интернет-портала 219'
Глава 5. Разработка методов и; алгоритмов, построения информационно-аналитических систем- для> оценки возможности? появления, отказов в технологических коммуникациях и оборудовании промышленных объектов на стадии их сооружения и эксплуатации 231
5.1. Исследование методов принятия технических решений для решения задачи планирования ремонтно-строительных работ с использованием математических процедур метода анализа иерархий 231
5.2. Формирование структуры алгоритма оценки возможности появления отказа при эксплуатации технологических коммуникаций промышленных предприятий 243
5.3. Функциональная структура информационно-аналитической системы для оценки возможности появления строительного отказа и планирования очередности ремонтно-строительных работ 260
Глава 6. Разработка методов и алгоритмов графического сопровождения пакетов прикладных программ при проектировании организационно-технологических процессов строительного производства 277
6.1. Моделирование пространственного расположения проектируемых объектов с использованием геоинформационных систем 277
6.2. Применение геоинформационных технологий для решения задач организационно-технологического проектирования инженерных сетей и технологических коммуникаций промышленных предприятий 286
6.3. Методы передачи графических модулей технологической документации для разработки проектов организации и производства строительно-монтажных работ 303
Общие выводы 314
Литература 319
Приложение
- Применение искусственного интеллекта в системах автоматизированного проектирования и управления
- Автоматизация основных этапов поддержки жизненного цикла нормативно-технических документов
- Разработка концепции автоматизированной информационно-аналитической поисковой системы
- Функциональная структура интернет-портала в области проектирования, строительства и эксплуатации строительных объектов
Введение к работе
Актуальность исследования. В соответствии с "Основами политики Российской Федерации в области развития науки и технологий на период до 2010 года", а также с концепцией "Стратегии развития строительного комплекса Российской Федерации до 2010 года", определяющими цели и задачи развития строительной отрасли для повышения уровня благосостояния населения, удовлетворения потребности внутреннего и внешнего рынка, роста эффективности производства и производительных сил, увеличения объемов строительной продукции и развития строительного комплекса регионального уровня в ближайшее время необходимо осуществить: разработку и внедрение на всех уровнях функционирования строительного комплекса локальных и глобальных информационных баз данных и сетей, обеспечивающих формирование и выход на товарные рынки, в том числе на региональном и международном уровне, рынки услуг и инноваций в строительном комплексе, а также их информационно-аналитическое сопровождение; переход к новой системе нормативно-правовых регуляторов, обеспечивающих государственный контроль через систему строительных норм, лицензирование, стандартизацию и сертификацию продукции на всех этапах строительства. Задачами технического регулирования в строительстве является реализация требований Федерального закона "О техническом регулировании" (№ 184-93 от 01.07.2003 г.) в части проведения коренной реформы системы технического нормирования, стандартизации и сертификации в строительной отрасли, в частности, повсеместное внедрение информационной интеграции и системной поддержки жизненного цикла строительных объектов (CALS, CAD, САМ, САЕ -технологии).
Комплекс научных знаний, современные методы проектирования организационно-технологических процессов строительного производства, а также значительный прогресс в области создания и использования новых информационных технологий на всех стадиях проектирования, сооружения и эксплуатации строительных объектов обуславливают необходимость использования информационно-аналитических систем инженерного анализа показателей организационно-технологических процессов строительного производства, средств автоматизации документирования, безбумажного сетевого документооборота и электронных архивов научно-технической документации.
Проблеме разработки и реализации систем автоматизации проектирования в строительстве, включающих комплекс взаимосвязанных информационных, аналитических, технических, технологических и иных решений, построенных на основе элементов существующего информационно-аналитического обеспечения строительного проектирования, производства и управления в среде САПР с широким набором вспомогательного прикладного программного обеспечения, посвящено достаточно большое число научных работ отечественных и
зарубежных ученых: Артемьева В.И., Волкова АА, Гинзбурга АВ., Григорьева Э.П., Гусакова АА, Демидова Н.И., Денисова Г.А, Климова В.И., Мохова А.И., Петрова А.В., Потапова В.П., Синенко С.А, Строганова В.Ю., Черевко В.П., Чулкова В.О., Яковлева В.Ф. и др. Труды этих ученых являются основополагающими в решении методологических вопросов проектирования строительного производства в информационно-вычислительной среде. Вместе с тем, современный этап развития информационных технологий и практика реализации САПР определяют также необходимость создания элементов оригинального информационно-аналитического обеспечения, составляющих уникальные компоненты систем поддержки процессов проектирования и управления.
Системный анализ существующей практики проектирования организационно-технологических процессов строительного производства позволяет говорить об отсутствии адекватной методологии, а также моделей и средств, позволяющих распространить концепцию использования информационно-аналитических средств безбумажного документооборота и электронных архивов нормативно-технических документов строительного производства на все стадии проектирования и на все этапы жизненного цикла строительных объектов.
Исследования проводились в соответствии со следующими приоритетными направлениями развития науки и техники: целевая программа "Электронное Понизовье" - развитие электронно-коммуникационных технологий в Астраханской области на 2004-2006 годы (утверждена постановлением губернатора Астраханской области № 140 от 25.03.2003 г.); федеральная целевая программа "Электронная Россия (2002-2010 годы)" (утверждена постановлением Правительства РФ № 65 от 28.01.2002 г.); федеральная целевая программа "Национальная технологическая база" на 1996-2006 гг. (утверждена постановлением Правительства РФ № 986 от 13.08.1996 г.); федеральные законы "О промышленной безопасности опасных производственных объектов" (№ 116-ФЗ от 21.07.1997 г.), "О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера" (№ 68-ФЗ от 21.12.1994 г.), "О техническом регулировании" (№ 184-93 от 01.07.2003 г.), "Об электронной цифровой подписи" (№ 1-ФЗ от 10.01.2002 г.).
Выполненные исследования связаны с реализацией задач по разработке информационно-аналитических средств безбумажного документооборота в строительном производстве. Разработанные методики, алгоритмы и пакеты прикладных программ позволяют эффективно выполнять технологическую подготовку строительного производства в среде САПР и совершенствовать для этого нормативную базу. Изложенное определяет актуальность выбранной темы диссертационного исследования, которая соответствует п.п. 2, 3 и 7 паспорта специальности 05.13.12 - системы автоматизации проектирования
(строительство), представляет собой актуальную проблему, обладающую научной новизной и практической ценностью.
Цель диссертационной работы - разработка информационно-аналитических систем для автоматизации организационно-технологических процессов строительного производства.
Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие основные задачи исследования:
- анализ современных методов построения средств автоматизации
документирования организационно-технологических процессов строительного
производства с обоснованием технологических подходов к разработке
информационно-аналитических систем (ИАС);
- исследование и разработка методологических основ построения ИАС для
автоматизации нормативно-технического документирования процессов
строительного производства на различных этапах жизненного цикла
проектируемых объектов;
разработка методов и алгоритмов автоматизированного безбумажного документооборота в строительном производстве при реализации, процессов взаимодействия проектных и строительно-монтажных организаций с учетом обеспечения необходимой целостности и достоверности информации при хранении и передаче по каналам связи электронных документов;
разработка методов и алгоритмов графического сопровождения систем проектирования организационно-технологических процессов строительного производства, включая разработку средств представления и моделирования пространственного расположения проектируемых объектов и, методов представления результатов расчетов показателей организационно-технологических процессов в виде графических модулей;
разработка методов и алгоритмов качественного анализа показателей надежности эксплуатации технологических коммуникаций промышленных предприятий для планирования объемов и очередности выполнения ремонтно-строительных работ в информационно-вычислительной среде;
разработка информационно-аналитических средств для автоматизации процессов нормативно-технического и информационно-поискового обеспечения организационно-технологического проектирования строительного производства;
исследование и разработка методологических основ проектирования с использованием Интернет-технологий средств информационно-аналитического обеспечения процессов разработки творческими коллективами нормативно-технических и проектных документов, а также методов взаимодействия проектных и строительных организаций на различных стадиях строительного производства.
Объект исследования: системы автоматизированного проектирования строительного производства для инженерного анализа и управления качеством проектных работ.
Предмет исследования: информационно-аналитические системы для управления документооборотом, моделирования и анализа показателей строительного производства в среде САПР.
Методологические и теоретические основы исследования базируются на работах отечественных и зарубежных ученых в области теории функциональных систем и системотехника строительства, теории принятия решений, методах автоматизированного проектирования, машинной графики, организации баз данных, информационного поиска и защиты информации, информационно-вычислительных технологий, обобщении исследований в области организации строительного производства.
Научно-техническая гипотеза предполагает, что использование информационно-аналитических систем инженерного анализа показателей организационно-технологических процессов строительного производства, средств автоматизации документирования, безбумажного сетевого документооборота и электронных архивов научно-технической документации существенно повышает технико-экономические показатели производственной деятельности строительных организаций и увеличивает эксплуатационную надежность сооружаемых промышленных объектов на всех этапах их жизненного цикла.
Научная новизна исследования состоит в следующем:
предложена концепция информационно-аналитических средств безбумажного документооборота в строительном производстве;
разработана методология построения информационно-аналитических систем для автоматизации нормативно-технического документирования процессов строительного производства на различных этапах жизненного цикла проектируемых объектов;
разработаны методы и алгоритмы автоматизированного безбумажного документооборота в строительном производстве с учетом обеспечения необходимой информационной целостности и безопасности;
разработаны методы и алгоритмы графического сопровождения ПАС проектирования организационно-технологических процессов строительного производства, обеспечивающие моделирование пространственного расположения строительных объектов с использованием геоинформационных технологий;
предложена система моделей и алгоритмов анализа показателей качества проектирования и сооружения технологических коммуникаций промышленных предприятий для планирования объемов и очередности выполнения ремонтно-строительных работ;
- разработана система информационно-аналитического обеспечения
строительного производства для автоматизации нормативно-технического
обеспечения и документирования на различных стадиях строительного
производства;
разработаны информационно-аналитические средства для автоматизации процессов коллективной разработки нормативно-технической и проектной документации с использованием Интернет-технологий;
предложена концепция проблемно-ориентированного Интернет-сервера для информационно-аналитического обеспечения организационно-технологического проектирования строительного производства.
Практическая значимость диссертационного исследования заключается в разработке моделей, организационных и технологических решений, алгоритмов и программного обеспечения информационно-аналитических систем для подготовки и контроля организационно-технологических процессов строительного производства. Предложенная концепция информационно-аналитических средств безбумажного документооборота позволяет совершенствовать работу персонала предприятий строительного комплекса за счет внедрения в производство организационных и технологических решений для подготовки и контроля процессов строительного производства. Совокупность полученных результатов дает методику построения ИАС для автоматизации нормативно-технического документирования процессов строительного производства на разных этапах жизненного цикла проектируемых строительных объектов, а разработанные информационно-аналитические системы позволяют автоматизировать процессы создания и ведения электронных архивов, осуществлять эффективное взаимодействие предприятий строительного комплекса на различных стадиях проектирования, сооружения и эксплуатации строительных объектов. Разработанные модели и алгоритмы предложены в качестве основы проектирования элементов реального информационно-аналитического обеспечения процессов организационно-технологического проектирования строительного производства, а предложенные информационно-аналитические системы представляют собой практическую реализацию предлагаемой концепции, научно-методологических рекомендаций в области совершенствования существующих схем организации информационно-аналитического обеспечения проектирования строительных объектов, действующих государственных стандартов, строительных норм и правил.
Внедрение результатов. Результаты диссертационной работы (методология, модели, технические, технологические и иные решения, алгоритмы и элементы программного обеспечения) использованы: производственным предприятием ООО "Поляр-инжениринг", Астраханским филиалом федерального государственного учреждения "Управление государственного энергетического надзора по Волго-Донскому региону", производственным предприятием 0 0 0 "Промспецтехнология", Астраханским филиалом головного научно-исследовательского и проектного института "ГИПРОНИИГАЗ", ОАО "KTVS" АК "Узгеонефтегаздобыча", производственным предприятием ООО "Севертрансэкскавация", предприятием "Проектирование зданий и сооружений II уровня ответственности". Практическая значимость
основных результатов диссертации подтверждена соответствующими актами внедрения.
На защиту выносятся положения и результаты выполненных автором научных исследований, которые являются научным обобщением по проблеме совершенствования автоматизации информационно-аналитического обеспечения организационно-технологических процессов строительного производства и легли в основу следующих разработок:
1. Научно обоснованная методология проектирования информационно-
аналитических средств автоматизации документирования организационно-
технологических процессов строительного производства и организации
электронных архивов. Разработанная информационно-аналитическая система в
виде методических материалов и пакетов прикладных программ CAIS/DTS
(Computer Analytical Information System / Document Storage System)
предназначена для обеспечения процедур автоматизированного формирования
документов на различных этапах организационно-технологического
проектирования и организации их хранения в электронных архивах.
2. Научно-обоснованные рекомендации по организации
автоматизированного безбумажного документооборота в строительном
производстве с обеспечением необходимой информационной целостности
данных при хранении и передаче документов разработаны для использования
совместно с различными информационно-аналитическими системами в среде
САПР и обеспечения безопасного использования и хранения проектной и
конструкторской документации, электронных архивов нормативных и
технических документов.
Методические рекомендации по организации различных видов информационного поиска в базах данных нормативно-технических документов, используемых на различных этапах жизненного цикла проектируемых строительных объектов. Разработанная информационно-аналитическая поисковая система в виде методических материалов и пакетов прикладных программ CAIS/ADRS (Computer Analytical Information System / Automatic Document Retrieval System) предназначена для выполнения процедур автоматизированного поиска информации, необходимой на различных стадиях организационно-технологического проектирования.
Научно-теоретическое обоснование возможности использования экспертных оценок показателей качества проектирования и сооружения технологических коммуникаций промышленных предприятий для планирования объемов и очередности выполнения ремонтно-строительных работ. Разработанная информационно-аналитическая система в виде методических материалов и пакетов прикладных программ CAIS/ERS (Computer Analytical Information System / Estimation of Risk System) предназначена для автоматизации процедур принятия решений при оценке экспертами возможности возникновения строительного отказа технологических коммуникаций промышленных
предприятий и автоматизированного определения очередности ремонтно-строительных работ;
5. Методические рекомендации по разработке средств графического
представления и моделирования пространственного расположения
проектируемых строительных объектов. Разработанная информационно-
аналитическая система в виде методических материалов и пакетов прикладных
программ CAIS/GIS (Computer Analytical Information System / Graphical
Information System) предназначена для графического сопровождения
организационно-технологического проектирования строительного производства,
включая разработку средств представления и моделирования пространственного
расположения строительных объектов с представлением результатов расчетов
показателей организационно-технологических процессов строительства объектов
в виде графических модулей;
6. Научно-практические рекомендации по осуществлению оперативного
взаимодействия проектных и строительных организаций на различных стадиях
организационно-технологического проектирования с использованием Интернет-
технологий. Разработанная информационно-аналитическая система, в виде
методических материалов и пакетов прикладных программ САКДЕБЗ (Computer
Analytical Information System / Internet Electronic DocFlow System) предназначена
для организации систем электронного документооборота и обеспечения
оперативного доступа к проектной и нормативной документации с
использованием специализированного Интернет-портала. Система также может
использоваться для автоматизации процессов модернизации нормативной базы
отрасли в соответствии с требованиями Федерального закона "О техническом
регулировании" (№ 184-93 от 01.07.2003 г.)
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: научно-технической конференции .молодых ученых и специалистов Мингазпрома СССР (г. Киев, 1979; г. Ургенч, 1980; г. Баку, 1981); научно-технической конференции "Опыт эксплуатации и перспективы развития вычислительной техники в Узбекистане" (г. Ташкент,
1981); международной научно-технической конференции "Новые информационные технологии в региональной инфраструктуре" (г. Астрахань,
1994, 1995, 1997, 2001); 7-ом международном симпозиуме "High pressure pipeline reliability after a long time operation" (г. Прага, 1998); 4-ой научно-практической конференции "Информация и реклама - 98" (г. Москва, 1999); 2-ом международном симпозиуме "Наука и технология углеводородных дисперсных систем" (г. Уфа, 2000); международной конференции "Проблемы нефтегазовой отрасли" (г. Уфа, 2000); всероссийской научно-технической конференции "Современные методы и средства защиты и диагностики трубопроводных систем и оборудования" (г. Москва, 2000); всероссийской научной конференции "Научный сервис в сети Интернет" (г. Москва, 2000, 2001, 2003, 2004); международной научно-практической конференции "Производство, технология,
экология (ПРОТЭК)" (г. Москва, 2001. 2002, 2003, 2004); 6-ой всероссийской научно-практической конференции "Биосфера и человек: проблемы взаимодействия" (г. Пенза, 2002); международной научно-практической конференции "Строительство" (г. Ростов-на-Дону, 2002, 2003, 2004, 2005); 11-ом Польско-Российском научном семинаре "Теоретические основы строительства" (г. Варшава, 2002); 2-ой международной научно-практической конференции "Информационные технологии в обследовании эксплуатируемых зданий и сооружений" (г. Новочеркасск, 2002); 2-ой научно-практической конференции "Устойчивое развитие северо-запада России: ресурсно-экологические проблемы и пути их решения" (г. Архангельск, 2002); 6-ой международной конференции "Информационное общество, интеллектуальная обработка информации, информационные технологии (НТИ-2002)" (г. Москва, 2002); научно-практической конференции "Международные и отечественные технологии освоения природных минеральных ресурсов и глобальной энергии" (г. Астрахань, 2002, 2003, 2004); международной научно-технической конференции "Трубопроводный транспорт - сегодня и завтра" (г. Уфа, 2002); 2-ой всероссийской научно-практической конференции "Энергетика, экология, экономика средних и малых городов. Проблемы и пути их решения" (г. Москва, 2003); 2-ой всероссийской научно-практической конференции "Нефтегазовые и химические технологии" (г. Самара, 2003); всероссийской научно-практической конференции "Техносферная безопасность. Надежность, качество, энергосбережение" (г. Ростов-на-Дону, 2003, 2004); всероссийской научно-технической конференции "Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону" (г. Ставрополь, 2004); 3-ей всероссийской научно-практической конференции "Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа" (г. Томск, 2004); всероссийской научной конференции "Математические модели и методы анализа и оптимального синтеза развивающихся трубопроводных и гидравлических систем" (г. Иркутск, 2004); международной научно-практической конференции "Реконструкция - Санкт-Петербург - 2005" (г. Санкт-Петербург, .2005); 5-ой международной научно-практической конференции "Методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике" (г. Новочеркасск, 2005 г.); 3-ей международной научно-практической конференции "Глобализация экономики и российские производственные предприятия" (г. Новочеркасск, 2005). Публикации. Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в 151 научной и учебно-методической работах (1 монография, 3 учебно-методические разработки, 112 статей, 22 доклада и тезисов, 13 авторских свидетельств - общим объемом более 84,0 печатных листов, лично соискателем 50,0 печатных листов), в том числе 16 в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования Российской Федерации для публикации результатов исследований докторских диссертаций [1,30,48, 57, 60,61,67,70,73,74,76-81].
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, приложений и списка использованной литературы из 333 наименований. Содержание работы изложено на 346 страницах и иллюстрировано 98 рисунками и 11 таблицами. Приложение к работе включает 20 страниц машинописного текста (акты о внедрении результатов исследований и свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ Роспатентом РФ).
Автор выражает благодарность научному консультанту, доктору технических наук, профессору Колотилову Юрию Васильевичу за научно-методологическую помощь при выполнении диссертационного исследования, результаты которого развивают научное направление организационно-технологического проектирования строительного производства, основанное Ю.В. Колотиловым и его учениками.
Применение искусственного интеллекта в системах автоматизированного проектирования и управления
Манипулирование знаниями при использовании новой информационной технологии приводит к возникновению двух основных особенностей интеллектуальных систем в сравнении с традиционными вычислительными системами. 1. Интеграция информационных технологий с технологиями выполнения действий (функций) пользователя позволит получить новый системный эффект при удовлетворении персональных информационных потребностей каждого пользователя, повысить качество информационного обслуживания, которое необходимо йрежде всего для выработки и принятия решений. 2. Интеграция информационных технологий с возможностями средств вычислительной техники, компьютерный сетей и сетей связи позволит реализовать концептуальные идеи качественно нового класса систем управления - распределенных систем управления, изменить принципы информационного взаимодействия пользователей в распределенной системе, по-иному организовать информационный процесс в системе управления, при автоматизации конторской деятельности, задач планирования и т. д. Обработка информации в этом случае осуществляется в местах ее возникновения, а по линиям связи и компьютерным сетям передаются только изменяемые факты, т. е. происходит фильтрация обмениваемой информации. Интеллектуализация ЭВМ. даст выигрыш в уменьшении требований к объемам информации, передаваемой по линиям связи, поскольку стоимость обработки одного байта информации в ПЭВМ ниже стоимости передачи этого байта по каналу связи. Наряду с явно выраженным интегративным эффектом: появлением принципиально новых качеств при объединении возможностей средств вычислительной техники, информационно-вычислительных систем (ИВС) и информационно-аналитических систем (ИАС), можно говорить о различных применениях методов и средств искусственного интеллекта при проектировании и эксплуатации создаваемых распределенных вычислительных сетей, а также автоматизации управления существующими вычислительными системами и их элементами. .
Определяющей особенностью применения средств, и методов искусственного интеллекта в конкретной предметной области,:, является создание модели этой области, основанной на знаниях. В процессе проектирования разработчик любой информационно-вычислительной системы (в нашем конкретном случае - системы автоматизированного проектирования строительных объектов) должен сформировать систему знаний предметной области, а также уметь изменять и модифицировать ее в зависимости от уровня рассмотрения процессов и этапов проектирования. Исходные данные о системе пополняются и детализируются по мере перехода от макропроектирования к созданию элементов системы (схем зданий, сооружений, технологических объектов, коммуникаций) и соответствующего программного обеспечения, что в итоге позволит получить достаточно полную иерархическую систему знаний, являющуюся, с одной стороны,, основой систем автоматизированного проектирования (САПР) строительных объектов и их элементов,.а с другой -базой для реализации различных процессов управления во время эксплуатации строительных объектов. На этапе эксплуатации происходит модификация и пополнение иерархической базы знаний с учетом особенностей функционирования и развития системы [174,176].
Наличие базы знаний системы создает благоприятные условия для автоматизации процессов подготовки и аттестации специалистов по проектированию, строительству и эксплуатации строительных объектов при условии разработки необходимого для этих целей программного обеспечения.
Можно отметить доказанную эффективность применения методов и средств искусственного интеллекта в системе планирования работ по ремонту технологических трубопроводов [185].
Жизненный цикл информационно-вычислительных систем. На рис; 1.1 показано,: как меняется эффективность (Э) информационно-вычислительной системы на различных этапах ее .жизненного цикла (Т). На этапах выработки концепций и рабочего проектирования, а также по мере ввода в действие оборудования системы, внедрения в эксплуатацию программно-технологических комплексов и. отработки: различных режимов функционирования эффективность системы постепенно возрастает, достигая максимума в период развития, когда запланированное оборудование установлено в полном объеме, все программные. модули эксплуатируются в проектных режимах, накоплен и реализован опыт управления техническими средствами и эксплуатации входящего в систему программного обеспечения. На этапе регресса, а в отдельных случаях и на этапе развития в. связи с моральным и физическим старением оборудования системы, а также. эволюцией функций вышестоящих систем возникает противоречие между потребностями в услугах по получению требуемых результатов и возможностями их удовлетворения. С целью полного или частичного устранения этих противоречий происходит модернизация автоматизированной системы (расширение парка средств, замена устаревшего оборудования, введение в состав новых подсистем, эволюция функций управления, установка. новых версий программного обеспечения и т.д.), позволяющая временно повышать ее эффективность. Модернизация может производиться несколько раз. Когда оказывается, что стоимость модернизации становится; сопоставимой со стоимостью новой системы, прогрессирующее старение и гибель системы неизбежны. Рассмотренные закономерности носят достаточно общий характер и должны учитываться в первую очередь на этапе проектирования системы.
Автоматизация основных этапов поддержки жизненного цикла нормативно-технических документов
Предприятия строительного комплекса являются сложными производственно-технологическими комплексами, функционирующими в условиях неопределенности и динамичности окружающей социально-экономической среды. Предприятия строительной индустрии также являются техногенными комплексами, оказывающими активное воздействие на природную среду. Внедрение новых информационных и коммуникационных технологий на предприятиях приводит к необходимости поиска или формирования новых методов и структур, позволяющих перестроить их деятельность. Одним из направлений повышения эффективности их функционирования является применение современных информационных технологий для интеграции процессов, выполняющихся в ходе всего жизненного цикла продукции и ее компонентов, к которым относятся CALS-технологии [71,144].
CALS-технологии представляют собой современную организацию процессов разработки, производства, эксплуатации и сервисного обслуживания изделий путем информационной поддержки процессов их жизненного цикла на основе стандартизации методов представления данных на каждой стадии жизненного цикла и безбумажного электронного обмена данными. Концепция и стандарты CALS определяют набор правил и регламентов, в соответствии с которыми строится взаимодействие субъектов в процессах проектирования, производства, испытаний, эксплуатации, сервиса и т. д.
В отличие от бумажного документооборота и простейших форм электронного, основанного на использовании электронных образов бумажных документов, в рамках CALS речь идет об использовании интегрированных информационных моделей (баз данных) продукции и процессов - сущностей, не имеющих прямых аналогов в традиционном бумажном документообороте. Данная концепция практически реализуется через применение соответствующих информационных технологий (CALS-технологий) и нормативной базы (стандартов) [32].
Использование CALS-технологий в качестве концепции организационной и информационной поддержки различных этапов производственно-технологического цикла на предприятиях строительного комплекса позволяет повысить эффективность процессов проектирования, разработки, производства, внедрения, эксплуатации и сервисного обслуживания строительных объектов за счет: ускорения процессов проектирования и сооружения строительных объектов; сокращения издержек в процессах проектирования, сооружения и эксплуатации строительных объектов; повышения качества сооружения строительных объектов и повышения уровня сервиса в процессах их эксплуатации и технического обслуживания.
Применение CALS активно развивается, прежде всего, в процессах разработки и производства сложной наукоемкой продукции, производимой интегрированными промышленными структурами, включающими в себя научно-исследовательские институты, конструкторские бюро, основных подрядчиков, субподрядчиков, поставщиков готовой продукции, потребителей, предприятий технического обслуживания и ремонта продукции.
Использование CALS-технологий позволяет [31]: обеспечить решение задачи интеграции всех процессов в ходе жизненного цикла (в отличие от компьютерной автоматизации и интеграции отдельных процессов); расширить рамки решаемых задач за границы отдельного предприятия; обеспечить информационное взаимодействие территориально удаленных предприятий; предоставить способы и технологии представления и корректной интерпретации разнородной информации (маркетинговой, конструкторской, технологической, производственной, юридической и т.д.).
Для CALS-технологий характерно использование глобальной сети Интернет в качестве основной среды передачи данных. Использование Интернет как единого информационного пространства обеспечивает возможность взаимодействия проектных организаций, производственных предприятий, поставщиков, организаций сервиса и конечного потребителя на всех стадиях жизненного цикла.
Совместно используемое хранилище конструкторских данных об изделии позволяет нескольким проектным организациям наладить процесс кооперативного проектирования. Данные о конструкции изделия используются для технологической подготовки производства, планирования потребностей в материальных ресурсах, закупок, производственного планирования, процессов изготовления, испытаний, продаж, поддержки процессов эксплуатации и т. д.
Разработка и внедрение любого сложного наукоемкого изделия, такого, как автоматизированная или информационно-аналитическая система, сопровождается исключительно большим объемом технической документации. Поэтому традиционное бумажное документирование сложных изделий в виде сотен томов требует огромных затрат на поддержку архивов, корректировку документации, а также снижает эксплуатационную привлекательность и конкурентоспособность изделия.
Решение проблемы заключается в переводе в электронный вид эксплуатационной документации на изделие, поставляемой потребителю. При этом комплект электронной эксплуатационной документации следует рассматривать как составную часть единой интегрированной информационной модели изделия. Особенностью электронной поддержки изделия на этапе эксплуатации является то, что новые данные об изделии на этом этапе создаются с меньшей интенсивностью, чем на этапе конструкторской и технологической подготовки производства.
Новые данные здесь появляются в результате фиксирования результатов проведения ремонтных работ и замены отдельных узлов изделия.
При использовании CALS-технологий в строительстве комплект технической документации на любой строительный объект разрабатывается в электронной форме и используется на этапе сооружения и эксплуатации объекта как часть его интегрированной модели в качестве интерактивного электронного руководства.
Разработка концепции автоматизированной информационно-аналитической поисковой системы
Мы понимаем под автоматизированной информационной системой (АИС) человеко-машинную систему, использующую информационные технологии с применением персонального компьютера и других средств автоматизации.
Обычно процесс обработки информации сводится к процедурам поиска, сортировки, корректировки и обновления информации. Часто подобные процедуры осуществляются по запросам персонала предприятия с целью получения каких-либо справок или консультаций. В этом случае можно говорить о том, что такой процесс осуществляет информационная система поискового или справочного типа, например, справочная правовая система (СПС) [162].
В настоящее время на предприятиях строительного комплекса как в проектных, так и в строительных организациях широко используются СПС различных типов. Наиболее широкое применение получили СПС, входящие в семейство "Гарант", "Консультант-Плюс" и "Кодекс".
Все они включают в себя правовые базы данных по экономическому и юридическому законодательству, образцы правовых документов, а также специализированные базы данных, предназначенные для специалистов в конкретных областях, в том числе для проектировщиков и строителей.
Наиболее известны следующие СПС в области строительства: "Стройэксперт-Кодекс", содержащая не только правовые документы (законы, постановления, акты), но и технические (СНиПы, ГОСТы и т.д.); "Стройконсультант", разработка и поддержка которого осуществляется специализированным информационным центром (ИЦ) "Стройконсультант", "ГарантСтроитель" [231].
Как известно, выбор этих систем определяется следующими факторами: полнота и достоверность баз данных и оперативность их обновления; аналитические возможности правовой системы; сервис, предоставляемый разработчиком, в том числе возможность оперативного получения обновлений по электронной почте или путем загрузки со специализированного сайта в сети Интернет; стоимость поставки и услуг по сопровождению СПС.
Сравнительные характеристики наиболее известных СПС в области строительства приведены в табл. 3.1 и табл. 3.2, где представлены: КС -Кодекс-Стройэксперт, С - Стройконсультант, ГС - Гарант-Строитель, СА -CAIS/ADRS, ТД - текст документа, ГИФ - графическая информация и формулы.
В таблицах представлены сравнительные характеристики справочных правовых систем для предприятий строительного комплекса и проектировщиков: Стройэксперт-Кодекс, профессиональный вариант; Стройконсультант, профессиональная версия; ГарантСтроитель; разработанная автором информационно-аналитическая система CAIS/ADRS (Computer Analytical Information System / Automatic Document Retrieval System). Из таблицы видно, что система ГарантСтроитель существенно уступает по многим показателям трем другим рассмотренным системам. СПС Стройэксперт-Кодекс и Стройконсультант имеют самые полные базы данных нормативных документов, в частности, в CAIS/ADRS совершенно не представлены тексты Указов Президента и Постановлений Правительства. Качественные показатели и сервисы трех из представленных примерно идентичны, здесь Кодекс несколько выигрывает по средствам работы с гипертекстовыми ссылками, закладками и папками пользователей. Однако из всех систем только CAIS/ADRS имеет в своем составе средства, обеспечивающие возможность хранения электронных документов, адекватных их бумажным оригиналам, а именно: возможность использования форматов TIF и PDF, возможность использования электронной подписи документов.
Отметим, что базы данных всех рассмотренных систем предусматривают возможность хранения различных версий нормативно-технических документов, в том числе отмененных, а также недействующих в настоящее время отдельных документов.
Дело в том, что очень часто те или иные находящиеся в эксплуатации строительные объекты были спроектированы и построены по нормам, отличным от действующих в настоящее время, а соответствующие нормативно-технические документы, как правило, отсутствуют в базах данных современных СПС. Таким образом, отмененные или замененные НТД не должны удаляться из состава нормативной базы СПС, а переноситься в архивную часть базы данных.
CAIS/ADRS, подобно другим рассмотренным в таблицах СПС для строительного комплекса, представляет собой реквизитную и полнотекстовую поисковую базу данных нормативно-технических и нормативных правовых документов, регулирующих строительство на территории России [207, 237, 308, 309]. База данных CAIS/ADRS содержит реквизиты (сведения о документах) и тексты документов.
Документы "Системы нормативных документов в строительстве", сгруппированные в соответствии со структурой этой Системы [272, 273]: СНиП - строительные нормы и правила Российской Федерации, ГОСТ -межгосударственные стандарты в области строительства, ГОСТ Р -государственные стандарты Российской Федерации в области строительства, СП - своды правил по проектированию и строительству, РДС - руководящие документы Системы, ТСН - территориальные строительные нормы, РСН -нормативные документы, утвержденные Госстроем РСФСР, СН - нормативные документы, утвержденные Госстроем СССР, применяемые в качестве рекомендуемых документов, ВСН - нормативные документы, утвержденные подразделениями Госстроя СССР, применяемые в качестве рекомендуемых документов, нормативные документы органов надзора в области строительства, согласованные Госстроем России.
Документы органов надзора: Госархстройнадзора России, Государственной противопожарной службы и вневедомственной охраны МВД России, Государственного энергетического надзора России, Госгортехнадзора России, Министерства охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ, Госсанэпиднадзора и Минздрава России, Госстандарта России. Государственные стандарты, утвержденные Госстандартом России: ГОСТ, ГОСТ Р на материалы, изделия, машины, оборудование и виды работ, по пожарной и промышленной безопасности, охране природы, системам контроля и качества, системам конструкторской документации и др. Справочные пособия к строительным нормам (СНиП, ВСН, СЫ, СП и др.), справочные нормативные документы, рекомендации, руководства, методические документы.
Нормативно-технические и нормативные методические документы по строительству других министерств и ведомств по направлениям: проектирование и строительство автомобильных дорог, железных дорог, сооружений на дорогах, тоннелей и метрополитенов; проектирование и строительство объектов связи, объектов нефтяной и газовой промышленности, энергетических объектов и др.
Все рассмотренные выше справочные правовые системы обеспечивают возможность выполнения поиска нормативных документов в базах данных в соответствии со сформулированными пользователем поисковыми предписаниями. При этом поиск может осуществляться как по заданным значениям поисковых реквизитов, так и по тексту заголовка документа и непосредственно по тексту нормативного документа.
Функциональная структура интернет-портала в области проектирования, строительства и эксплуатации строительных объектов
В настоящее время в строительном комплексе применяются различные информационно-аналитические системы для обеспечения оперативного взаимодействия проектных и строительных организаций на различных стадиях организационно-технологического проектирования. Большая часть из них базируется на применении различных систем электронной почты и распределенных вычислительных систем, использующих ставшими уже традиционными технологии "клиент-сервер". В рамках исследований автором разработана информационно-аналитическая система в виде методических материалов и пакетов прикладных программ CAIS/IEDS (Computer Analytical Information System / Internet Electronic DocFIow System), предназначенная для организации систем электронного документооборота и обеспечения оперативного доступа к проектной и нормативной документации на различных стадиях организационно-технологического проектирования с использованием специализированного интернет-портала. Система также предназначена для автоматизации процессов модернизации нормативной базы в соответствии с требованиями федерального закона "О техническом регулировании" (№ 184-93 от 01.07.2003 г.) [120].
Закон устанавливает новые, гармонизированные с международным опытом технического регулирования, правовые отношения в области разработки, исполнения и контроля обязательных требований к продукции, процессам производства, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации. Положения указанного закона распространяются на установление и применение обязательных требований в области промышленной безопасности, регулируют отношения в области оценки соответствия обязательным требованиям, в том числе и вопросы надзора (контроля) за их соблюдением. Задачи интеграции в мировую экономику, увеличения конкурентоспособности отечественных товаров и услуг, повышения безопасности определяют необходимость кардинального пересмотра не только самих нормативов, но и всей системы (структуры) нормативной базы, включая пересмотр самих основ и принципов ее формирования.
В соответствии с требованиями закона в ближайшее время необходимо провести инвентаризацию действующих в отрасли нормативно-технических документов с целью выделения требований, носящих обязательный и рекомендательный характер для формирования нормативной основы технических регламентов и для включения в национальные стандарты, а также для определения положений документов рекомендательного характера.
Большую практическую ценность в этих условиях приобретают методы и средства, позволяющие организовать и унифицировать процесс разработки нормативных документов, ускорить создание и согласование документов, обеспечить максимальную полноту и согласованность содержащихся в них требований. Такие средства должны, в частности, обеспечить возможность формирования творческих коллективов для совместной разработки проектов концепций, технических заданий, технических регламентов по основным направлениям деятельности строительного комплекса и вопросам межотраслевого характера с целью обеспечения участия ведущих специалистов отрасли на стадиях обсуждения и разработки технических регламентов и других нормативных документов. Необходимо также выполнить законодательно установленные требования публичности при разработке технических регламентов и доступности информации, что легко может быть достигнуто путем размещения проектов технических регламентов на специализированном Интернет-сайте [132,133]. Использование Интернет-технологий предоставляет принципиально новые возможности для решения задач разработки нормативно-технических документов существенно упрощает взаимодействие всех участников разработки с использованием таких свойств сети Интернет, как: простота и эффективность организации общения; отсутствие задержек передачи информации, связанных с удаленностью разработчиков друг от друга; гибкость выбора режима общения (диалог в реальном времени, форум, электронная почта и т.п.); повсеместное распространение Интернет-технологий и стандартных средств их использования; круглосуточный автоматизированный режим работы серверов.
Основная цель разработки и применения подобных технологий - создать интегрированную среду взаимодействия членов сообщества специалистов-разработчиков, обеспечивающую свободный доступ ко всем необходимым материалам (проектам, замечаниям, комментариям, предложениям и т.п.), к информационным каналам связи между разработчиками, к информационным системам общего пользования [210, 212, 213].
Использование современных технический решений в области Интернет-технологий для организации коллективного доступа к базам данных нормативно-технических документов при проектировании информационно-аналитической системы CAIS/ADRS позволяет легко масштабировать разработанные ранее программно-технические комплексы и модернизировать их для решения стоящих перед отраслью задач по приведению отраслевой системы технического нормирования в соответствие требованиям Федерального Закона "О техническом регулировании". Осуществляемые в настоящее время в соответствии с требованиями Федерального Закона "О техническом регулировании" мероприятия по модернизации отраслевой системы технического нормирования определяют основные направления совершенствования и расширения функциональности комплексов программ для пополнения и обслуживания отраслевого фонда нормативно-технических документов.
Одно из требований Закона "О техническом регулировании" состоит в придании коллективного характера процессу разработки, обсуждения и согласования нормативно-технических документов, что предполагает обеспечение различных методов совместной работы. В их числе: организация публичных обсуждений проектов документов и их отдельных положений; распределение задач между исполнителями; сбор и распространение информации в среде участников разработки; организация и унификация документооборота и т.д.
Для реализации этого и ряда других требований в рамках исследований разработано программное обеспечение, существенно расширяющее функциональность используемых в настоящее время ИАС. Предполагается, что результаты этих работ могут быть использованы для создания проблемно-ориентированного Интернет-сервера, предназначенного для организации и поддержки процедур разработки нормативных документов. Рассмотрим подробнее его структуру и решаемые с его помощью задачи (рис. 4.2).
